DE102008052253B4 - Verfahren zur Regelung eines Abtriebsmomentes - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Regelung eines von einer steuerbaren Momentenquelle (12) über eine Momentübertragungsvorrichtung (10) mit wenigstens zwei steuerbaren Momentübertragungselementen (14, 16, 18, 18') auf einen Abtrieb (20) eines Kraftfahrzeugs übertragenen Abtriebsmomentes, wobei ein aktuell an einem ersten Momentübertragungselement (16) übertragenes, erstes Teilmoment zumindest nicht in dessen sämtlichen Zuständen autonom bestimmbar ist, umfassend die folgenden Schritte;- Einstellen, an dem ersten Momentübertragungselement (16), eines vorgegebenen, stationären Zustandes, in dem das erste Teilmoment einer dem vorgegebenen Zustand zugeordneten, aktuellen Übertragungskapazität des ersten Momentübertragungselementes (16) entspricht,- Bestimmen des aktuellen, übertragbaren Ausgangsmomentes der Momentenquelle (12),- Bestimmen des an allen Momentübertragungselementen (14, 18, 18') außer dem ersten (16) aktuell übertragenen zweiten Teilmomentes,- Bestimmen der aktuellen Übertragungskapazität des ersten Momentübertragungselementes (16) als Differenz des aktuellen Ausgangsmomentes der Momentenquelle (12) und des zweiten Teilmomentes,- Regeln des Abtriebsmomentes auf ein einzustellendes Ziel-Abtriebsmoment durch entsprechende Steuerung des von wenigstens einem Momentübertragungselement (14, 18, 18') außer dem ersten übertragenen Teilmomentes.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines von einer steuerbaren Momentenquelle über eine Momentübertragungsvorrichtung mit wenigstens zwei steuerbaren Momentübertragungselementen auf einen Abtrieb eines Kraftfahrzeugs übertragenen Abtriebsmomentes, wobei ein aktuell an einem ersten Momentübertragungselement übertragenes, erstes Teilmoment zumindest nicht in dessen sämtlichen Zuständen autonom bestimmbar ist.
• Stand der Technik
• Drehmomentübertragungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge, umfassend einen hydraulischen Drehmomentwandler und eine diesen überbrückende, als Trennkupplung ausgebildete Wandlerüberbrückungskupplung sind seit langem bekannt. Sie finden beispielsweise Einsatz im Zusammenhang mit Automatikgetrieben und/oder im Zusammenhang mit Elektromotoren als Antriebsaggregat, d.h. als Momentenquelle.
• Aus der EP 1 217 264 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Schlupf eines mit einer Kupplung überbrückten Drehmomentwandlers dadurch geregelt wird, dass basierend auf dem Motormoment und einem Soll-Wert für das über den Drehmomentwandler zu übertragende Teilmoment ein Sollwert für das Kupplung zu übertragende Teilmoment berechnet wird, woraufhin die Kupplung entsprechend geregelt wird.
• Aus der EP 1 605 192 A2 ist ein Steuerungsverfahren zum Überbrücken eines Drehmomentwandlers bekannt, bei dem analog zum oben beschriebenen Verfahren ein Soll-Moment für die Kupplung berechnet wird, um die Kupplung schließlich auf diesen Wert zu regeln.
• Zudem ist aus der DE 101 26 080 A1 ein Verfahren zum Steuern des von einer automatisch betätigten Kupplung übertragenen Drehmoments bekannt, bei dem die Kupplung zeitweise im Schlupf betrieben wird, um das von ihr übertragene Drehmoment zu bestimmen. Auch hier wird schließlich die Kupplung angesteuert, um das von ihr übertragene Drehmoment zu ändern.
• Weiter ist aus der DE 10 2008 009 764 A1 ein Verfahren zur Einstellung eines Drehmomentwandlerüberbrückungszustands bekannt. Wenn die Drehmomentdifferenz über den Drehmomentwandler so groß ist, dass die Kupplung im geschlossenen Zustand durchrutschen würde, wird dem Achsantrieb mittels einer hinter dem Drehmomentwandler angeordneten Elektroenergiewandlervorrichtung Drehmoment zugeführt. Auf diese Weise wird die Drehmomentdifferenz über den Drehmomentwandler reduziert, was ein leichtgängigeres und/oder früheres Überbrücken des Drehmomentwandlers ermöglicht, auch wenn die Kapazität der Kupplung ungenügend ist.
• Aus der DE 199 34 246 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der tatsächlich übertragenen Leistung an einer Wandlerüberbrückungskupplung zum Schutz vor einer Überlastung bekannt. Die Berechnung der Verlustleistung am Kupplungsreibbelag basiert auf der Erkenntnis, dass das Gesamtmoment an der Primärseite des Wandlers T_gesamt = T_Motor gleich der Summe des über die Kupplung T_Reibbelag und des über den Wandler übertragenen Teilmoments T_Hydraulik ist. Die schließlich berechnete Verlustleistung am Kupplungsreibbelag wird dann mit einem Sollwert verglichen und, wenn erforderlich, wird die Reibleistung mittels Absenkung der Drehzahldifferenz reduziert. Entstehen trotz einer Reduzierung der Drehzahldifferenz noch zu hohe Reibleistungen an dem Reibbelag der Kupplung, wird diese geschlossen, um den Reibbelag vor bleibenden Schäden zu schützen.
• Aus der DE 197 51 225 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines Drehmomentübertragungssystems, wie einer Kupplung, bekannt. Nach einer Bestimmung des Motormoments bei im Wesentlichen ausgerückter Kupplung wird die Kupplung eingerückt oder das von der Kupplung übertragbare Drehmoment wird erhöht, bis die Motormomenterhöhung einen Sollwert erreicht hat.
• Insbesondere bei Anfahrvorgängen ist die Wandlerüberbrückungskupplung vollständig geöffnet, sodass das gesamte übertragbare Moment des Antriebsaggregates, d.h. sein Gesamtmoment abzgl. des für seine Eigenbewegung benötigten dynamischen Momentes, über den Drehmomentwandler übertragen wird. In diesem Zustand kann die Regelung des übertragenen Abtriebsmomentes, d.h. die Einstellung eines beispielsweise durch Fahrerwunsch oder durch automatische Berechnung vorgegebenen Ziel-Abtriebsmomentes in Kenntnis der Übertragungseigenschaften des Drehmomentwandlers durch Steuerung der Momentenquelle, insbesondere durch deren Drehzahlsteuerung erfolgen.
• Nach dem Anfahrvorgang wird die Wandlerüberbrückungskupplung typischerweise vollständig geschlossen, sodass das gesamte Moment auf rein mechanischem Wege über die Kupplung übertragen wird.
• Lediglich beim Überblenden von der reinen Wandlerübertragung zur reinen Kupplungsübertragung befindet sich die Kupplung im Schlupfbetrieb. Dieser Zustand wird bislang als kritisch angesehen, da das jeweils aktuell über die Kupplung übertragene Teilmoment schwer quantifizierbar ist. Typischerweise sind Wandlerüberbrückungskupplungen nämlich druckgesteuert, sodass beispielsweise Temperatur oder Verschleiß der Kupplungselemente starken Einfluss auf die Übertragungskapazität der Kupplung haben. Unter Übertragungskapazität wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung dasjenige Moment verstanden, welches ein Momentübertragungselement in einem gegebenen Zustand zu übertragen in der Lage ist. Im vollständig geöffneten Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung ist deren Kapazität null. Im vollständig geschlossenen Zustand ist die Kapazität maximal, jedoch in der Regel höher als das tatsächlich aktuell übertragene Moment. Man spricht hier von einem überangepressten Zustand. Lediglich im Schlupfbetrieb entspricht das jeweils aktuell übertragene Moment der Übertragungskapazität der Kupplung. Anders als beispielsweise bei Drehmomentwandlern ist dieses Moment jedoch aufgrund der oben erwähnten Abhängigkeiten nicht autonom, d.h. durch Bestimmung einfach messbarer Parameter desselben Elementes, wie etwa einer Differenz zwischen Ein- und Ausgangsdrehzahl, ermittelbar. Folglich sind bislang sämtliche Zustände der Überbrückungskupplung, in denen diese im Schlupfbetrieb arbeitet, außer zur Überblendung zwischen reiner Wandlerübertrag und rein mechanischer Übertragung in die Regelung des Abtriebsmomentes nicht miteinbezogen worden. Dabei sind durchaus Fahrsituationen denkbar, in denen eine teilweise Momentenübertragung über den Wandler und eine teilweise Momentenübertragung über die schlupfende Kupplung aus Verbrauch- und/oder Komfortgründen wünschenswert wäre.
• Aufgabenstellung
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Regelverfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine größere Anzahl von Zuständen mehrerer parallel geschalteter Momentübertragungselemente selbst in dem Fall erlaubt, dass die Übertragungskapazität bzw. ein aktuell übertragenes Moment eines der Momentenübertragungselemente nicht auf einfache Weise messbar ist.
• Darlegung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 gelöst durch die folgenden Schritte;
• - Einstellen, an dem ersten Momentübertragungselement, eines vorgegebenen, stationären Zustandes, in dem das erste Teilmoment einer dem vorgegebenen Zustand zugeordneten, aktuellen Übertragungskapazität des ersten Momentübertragungselementes entspricht,
• - Bestimmen des aktuellen, übertragbaren Ausgangsmomentes der Momentenquelle,
• - Bestimmen des an allen Momentübertragungselementen außer dem ersten aktuell übertragenen zweiten Teilmomentes,
• - Bestimmen der aktuellen Übertragungskapazität des ersten Momentübertragungselementes als Differenz des aktuellen Ausgangsmomentes der Momentenquelle und des zweiten Teilmomentes,
• - Regeln des Abtriebsmomentes auf ein einzustellendes Ziel-Abtriebsmoment durch entsprechende Steuerung des von wenigstens einem Momentübertragungselement außer dem ersten übertragenen Teilmomentes.
• Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass das übertragbare Ausgangsmoment der Momentenquelle der Summe sämtlicher an den Momentübertragungselementen übertragener Momente entspricht. Mathematisch ausgedrückt bedeutet dies, $$M_{MQ}-J_{MQ}\cdot \frac{d{\omega }_{MQ}}{dt}=M_{\ddot{U}G1}+M_{\ddot{U}G2}+\dots +M_{\ddot{U}Gn}$$

  
• In Formel 1 entspricht der Term links des Gleichheitszeichens dem übertragbaren Ausgangsmoment der Momentenquelle, nämlich der Differenz von deren Gesamtmoment M_MQ minus dem Produkt ihres Trägheitsmomentes J_MQ mal ihrer Winkelbeschleunigung dω_MQ/dt. Rechts des Gleichheitszeichens steht die Summe der an den Momentübertragungselementen ÜGm übertragenen Teilmomente, wobei zum Zwecke der vorliegenden Erläuterung das Momentübertragungselement ÜG1 demjenigen Element entspricht, dessen Übertragungskapazität bzw. dessen aktuell übertragenes Moment nicht auf einfachem Wege bestimmbar ist, z.B. eine Wandlerüberbrückungskupplung.
• Formel 1 lässt sich leicht umschreiben in $$M_{MQ}-J_{MQ}\cdot \frac{d{\omega }_{MQ}}{dt}-M_{\ddot{U}G2}-\dots -M_{\ddot{U}Gn}=M_{\ddot{U}G1}$$

  
• Hieraus folgt, dass im Fall, dass sich ÜG1 in einem stationären Zustand befindet, dessen aktuell übertragenes Moment in Kenntnis des übertragbaren Ausgangsmomentes der Momentenquelle und der leicht bestimmbaren aktuell übertragenen Momente der übrigen Momentübertragungselemente leicht ermittelbar ist. Dieses ermittelte Moment kann dann in die Berechnungen zur weiteren Regelung des Abtriebsmomentes genutzt werden.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Bevorzugt ist wenigstens ein Momentübertragungselement außer dem ersten ein hydraulischer Drehmomentwandler. Das erste Momentübertragungselement ist vorzugsweise eine den Wandler überbrückende Wandlerüberbrückungskupplung, die bevorzugt als schlupfende Reibkupplung ausgebildet ist. Beim hydraulischen Drehmomentwandler ist dessen aktuell übertragenes Moment abhängig von der Differenz aus Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl und somit leicht bestimmbar. Andererseits kann das über den Wandler übertragene Moment durch Steuerung der Eingangsdrehzahl, d.h. im Wesentlichen durch Drehzahlsteuerung der Momentenquelle geregelt werden. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, in Kenntnis des von der schlupfenden Überbrückungskupplung übertragenen Momentes, das von der Drehzahl der Momentenquelle unabhängig ist, das Gesamtabtriebsmoment allein durch Drehzahlsteuerung der Momentenquelle, die bevorzugt als Elektromotor ausgebildet ist, zu regeln, d.h. am Abtrieb des Kraftfahrzeugs allein durch Drehzahlsteuerung ein der Fahrsituation angemessenes Ziel-Abtriebsmoment einzustellen.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
• Figurenliste
• Es zeigt:
• 1 eine schematische Darstellung einer Momentenübertragungsvorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
• 1 zeigt als schematisches Blockdiagramm eine Momentenübertragungsvorrichtung 10 eines nicht weiter im Detail dargestellten Kraftfahrzeugs. Ein Elektromotor 12 dient als Momentenquelle. Sein erzeugtes Ausgangsmoment verteilt sich auf eine Mehrzahl von Momentübertragungselementen, insbesondere auf einen hydrodynamischen Wandler 14, eine diesen überbrückende, parallel zu ihm geschaltete Reibkupplung 16 sowie optional, weitere, ebenfalls parallel geschaltete Elemente 18, 18', die grundsätzlich in beliebiger Anzahl vorhanden sein können. Wesentlich ist jedoch, dass die jeweils aktuell übertragenen Momente der einzelnen Elemente 14, 18, 18' aus auf einfache Weise messbaren Betriebsparametern in Kenntnis ihrer bekannten Übertragungsfunktionen ermittelbar sind. Eine solche einfache Ermittlung ist für die Kupplung 16 nicht möglich.
• Ausgangsseitig der Momentübertragungselemente 14, 16, 18, 18' werden die jeweils übertragenen Teilmomente eingangsseitig eines Getriebes 20 zusammengeführt. Das Getriebe 20 steht stellvertretend für den gesamten nachfolgenden Abtriebsstrang des Fahrzeugs. Mit dem Bezugszeichen 22 ist eine elektronische Steuereinheit bezeichnet, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Entsprechende Verfahrensregeln können beispielsweise in Software in einem Speicher der Steuereinheit 22 hinterlegt sein.
• Nachfolgend sollen drei verschiedene Arbeitsweisen der Vorrichtung 10 geschildert werden, wobei von den Momentübertragungselementen lediglich der Drehmomentwandler 14 und die Überbrückungskupplung 16 berücksichtigt werden. In einem ersten Betriebsmodus ist die Kupplung 16 überangepresst. Dies bedeutet, dass die Momentübertragungskapazität der Kupplung 16 maximal und typischerweise deutlich größer als das aktuell über sie übertragene Moment ist. In diesem Zustand wird das Ausgangsmoment des Elektromotors ausschließlich über die Kupplung 16 übertragen. Der über den Wandler übertragene Momentenanteil ist null, d.h. im Wandler ist kein Schlupf vorhanden.
• In einem zweiten Betriebsmodus ist die Kupplung 16 komplett offen. Das gesamte Ausgangsmoment des Elektromotors wird über den Drehmomentwandler 14 übertragen. Aufgrund der Abhängigkeit des Ausgangsmomentes des Wandlers 14 von seinem Schlupf, d.h. von der Differenz zwischen seiner Eingangs- und seiner Ausgangsdrehzahl, kann das am Getriebe 20 anliegende Abtriebsmoment durch eine Änderung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors bei gegebener Drehzahl des Getriebes 20 eingestellt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch Zwischenzustände. Hierbei wird die Kupplung 16 auf einen vorgegebenen, schlupfenden Zustand eingestellt und hier konstant gehalten. Dies kann beispielsweise durch Halten eines gegebenen Steuerdrucks geschehen. Auf diese Weise kann die Kupplung 16 auf einem beliebigen, im Detail nicht bekannten Momentenniveau „eingefroren“ werden. Hierdurch wird ein Teilmoment über die Kupplung übertragen und der Schlupf des Wandlers 14 entsprechend reduziert. Das konkret über den Wandler 14 übertragene Teilmoment lässt sich anhand von dessen Ein- und Ausgangsdrehzahlen ermitteln. In Kenntnis des vom Elektromotor 12 zur Verfügung gestellten Momentes lässt sich hieraus das aktuell von der Kupplung 16 übertragene Moment ermitteln. Die weitere Regelung des Abtriebsmomentes am Getriebe 20 lässt sich durch eine Drehzahlregelung des Elektromotors 12 einstellen, wobei der über die Kupplung 16 übertragene Anteil konstant gehalten wird.
• Für den Fachmann ist es leicht, das an diesem vereinfachten Beispiel beschriebene Verfahren auf Systeme zu verallgemeinern, in denen mehr als die zwei beschriebenen Momentübertragungselemente parallel geschaltet sind.
• Natürlich stellt die in der speziellen Beschreibung diskutierte und in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform nur ein illustratives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Variationsspektrum anhand gegeben. Insbesondere kann die spezielle Art und Konstruktion der parallel geschalteten Momentübertragungselemente sowie Art und Konstruktion der Momentenquelle sowie des Getriebes an die Erfordernisse des jeweiligen Einzelfalls angepasst werden.
• Bezugszeichenliste

10

Momentenübertragungsvorrichtung

12

Elektromotor

14

hydrodynamischer Drehmomentwandler

16

Wandlerüberbrückungskupplung

18, 18'

weitere Momentübertragungselemente

20

Getriebe

22

elektronische Steuereinheit

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung eines von einer steuerbaren Momentenquelle (12) über eine Momentübertragungsvorrichtung (10) mit wenigstens zwei steuerbaren Momentübertragungselementen (14, 16, 18, 18') auf einen Abtrieb (20) eines Kraftfahrzeugs übertragenen Abtriebsmomentes, wobei ein aktuell an einem ersten Momentübertragungselement (16) übertragenes, erstes Teilmoment zumindest nicht in dessen sämtlichen Zuständen autonom bestimmbar ist, umfassend die folgenden Schritte; - Einstellen, an dem ersten Momentübertragungselement (16), eines vorgegebenen, stationären Zustandes, in dem das erste Teilmoment einer dem vorgegebenen Zustand zugeordneten, aktuellen Übertragungskapazität des ersten Momentübertragungselementes (16) entspricht, - Bestimmen des aktuellen, übertragbaren Ausgangsmomentes der Momentenquelle (12), - Bestimmen des an allen Momentübertragungselementen (14, 18, 18') außer dem ersten (16) aktuell übertragenen zweiten Teilmomentes, - Bestimmen der aktuellen Übertragungskapazität des ersten Momentübertragungselementes (16) als Differenz des aktuellen Ausgangsmomentes der Momentenquelle (12) und des zweiten Teilmomentes, - Regeln des Abtriebsmomentes auf ein einzustellendes Ziel-Abtriebsmoment durch entsprechende Steuerung des von wenigstens einem Momentübertragungselement (14, 18, 18') außer dem ersten übertragenen Teilmomentes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Momentübertragungselement außer dem ersten ein hydraulischer Drehmomentwandler (14) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Drehmomentwandler (14) übertragene Teilmoment durch Bestimmen dessen Schlupfes bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des von wenigstens einem Momentübertragungselement (14, 18, 18') außer dem ersten (16) übertragenen Teilmomentes durch Drehzahlsteuerung der Momentenquelle (12) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Momentübertragungselement eine Wandler-Überbrückungskupplung (16) ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenquelle eine elektrische Maschine (12) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenquelle einen Verbrennungsmotor umfasst.

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