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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen
eines Energieeintrags in eine Kupplung eines Kraftfahrzeugs mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 10 2006
037 389 A1 ist ein Verfahren zur Abschätzung einer
an eine Kupplung eines Kraftfahrzeugs dissipierten Energiemenge
bekannt, bei dem u. a. ein von einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs
in die Kupplung eingeleitetes Kupplungsmoment berücksichtigt
wird. Im Einzelnen wird beim bekannten Verfahren ein Schlupf an
der Kupplung ausgehend von einer Drehzahl vor der Kupplung und einer
Drehzahl nach dem Getriebe und einer Übersetzung des Abtriebes
abgeschätzt. Für eine erste Abschätzung
der Energiemenge wird eine angenommene Übersetzung des
Getriebes verwendet. Ferner wird eine Erkennung der tatsächlichen Übersetzung
des Getriebes durchgeführt und bei einer Abweichung der
erkannten von der angenommenen Übersetzung die Abschätzung
der Energiemenge ausgehend von der erkannten Übersetzung korrigiert.
Ein derartiges Verfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
bei einem handgeschalteten, mechanischen Getriebe keine Gangerkennung
vorhanden ist.
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Ein
weiteres Verfahren zum Schutz einer automatisierten, zwischen einer
Antriebsmaschine und einem automatisierten Getriebe angeordneten
Kupplung in Form einer Reibungskupplung eines Antriebsstrangs eines
Kraftfahrzeugs gegen Überhitzung ist aus der
DE 103 12 088 A1 bekannt.
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Die
genannten Verfahren dienen dazu, die Kupplung des Fahrzeugs vor
einer Überhitzung zu schützen. Dabei wird die
Temperatur der Kupplung anhand einer Energiebilanz ermittelt, da
zuverlässig arbeitende Temperatursensoren hierzu nicht
geeignet sind und/oder nicht vorgesehen sind.
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Die
bekannten Verfahren integrieren dabei die im Verlaufe der Zeit in
die Kupplung eingeleitete Energie und die in der gleichen Zeit davon
abgeführte Energie. Das von der Brennkraftmaschine in die
Kupplung eingeleitete Kupplungsmoment bildet dabei einen wesentlichen
Beitrag zur Energie, die in die Kupplung eingeleitet wird. Fehlerhafte
Werte des Kupplungsmoments wirken sich daher signifikant auf den
abgeschätzten Energieeintrag und somit auf die zu ermittelnde
Temperatur der Kupplung aus.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein Verfahren der eingangs genannten eine verbesserte
Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch
auszeichnet, dass die Abschätzung der in die Kupplung eingeleiteten
Energie eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Kupplungsmoment
in Situationen, in denen ein vollständiges Öffnen
der Kupplung erkannt wird, unberücksichtigt zu lassen.
Unter einem vollständigen Öffnen der Kupplung
soll verstanden werden, dass kein Kontakt zwischen Kupplungseingang
und Kupplungsausgang besteht. Die Kupplung ist also über
den so genannten Greifpunkt hinaus geöffnet.
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Die
Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass das vom Motorsteuergerät
ermittelte Motormoment, aus dem das Kupplungsmoment bestimmt wird,
in manchen Bereichen nicht sehr genau ist. Durch die Nichtberücksichtigung
des Kupplungsmoments in Situationen, in denen wegen der geöffneten
Kupplung kein Drehmoment in die Kupplung eingeleitet werden kann,
können Fehler in der Abschätzung der Kupplungstemperatur erheblich
reduziert werden. Somit kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene,
relativ einfach realisierbare Maßnahme die Genauigkeit
des Verfahrens zur Abschätzung des Energieeintrags in die
Kupplung erheblich verbessert werden.
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Ein
vollständiges Öffnen der Kupplung kann insbesondere
mittels eines Kupplungsschalters erfolgen. Der Kupplungsschalter
ist so angeordnet, dass er erkennt, wenn die Kupplung so weit betätigt
ist, dass sie sicher vollständig offen ist.
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An
der Kupplung kann auch ein zweiter Kupplungsschalter angeordnet
sein, der erkennt, wenn die Kupplung nur ein kleines Maß,
also deutlich weniger als vollständig geöffnet
ist, beispielsweise 20% geöffnet ist.
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Statt
eines oder zwei Kupplungsschalters kann auch ein kontinuierlich
messender Kupplungssensor verwendet werden. Aus der gemessenen Kupplungsposition
kann dann ein vollständiges Öffnen der Kupplung erkannt
werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt einen Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs.
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Entsprechend 1 umfasst
ein Antriebsstrang 10 eines Kraftfahrzeugs eine Brennkraftmaschine oder
Antriebsmaschine 11 in Form eines Verbrennungsmotors, der über
eine Ausgangswelle 12 mittels einer Kupplung 13 und über
eine Eingangswelle 14 eines Getriebes 15 mit dem
genannten Getriebe 15 gekoppelt werden kann. Die Kupplung 13 ist
vorzugsweise über ein entsprechendes Kupplungspedal mit
Fußkraft des jeweiligen Fahrzeugführers betätigbar.
Das gewandelte Drehmoment und die Drehzahl der Antriebsmaschine 11 werden über
eine nicht dargestellte Ausgangswelle des Getriebes 15 mittels
einer Antriebswelle 16 an ein Achsgetriebe 17 übertragen,
welches in an sich bekannter Weise das Drehmoment über
zwei Abtriebswellen 18, 19 an Fahrzeugräder 20, 21 überträgt.
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Die
Antriebsmaschine 11 wird von einer Steuerungseinrichtung 22 angesteuert.
Diese erhält über eine Signalleitung 23 Informationen über
eine gemessene Stellung eines Leistungsstellorgans 24,
das vom Fahrzeugführer betätigt wird. Beim Leistungsstellorgan 24 handelt
es sich üblicherweise um ein Gaspedal, das im Folgenden
auch mit 24 bezeichnet wird. Mittels des Leistungsstellorgans 24,
also mittels des Gaspedals 24 kann der Fahrzeugführer
ein Wunschmoment, also einen Sollwert für das abgegebene
Drehmoment der Antriebsmaschine 11 einstellen.
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Weiterhin
erhält die Steuerungseinrichtung 22 über
eine Signalleitung 25 Informationen über den Betriebszustand
der Antriebsmaschine 11, wie zum Beispiel eine gemessene
Drehzahl der Antriebsmaschine 11 und eine gemessene Drosselklappenstellung.
Aus den genannten Informationen bestimmt die Steuerungseinrichtung 22 ein
abgegebenes Drehmoment an der Ausgangswelle 12. Dieses
von der Antriebsmaschine 11 abgegebene Drehmoment entspricht
zumindest im eingekuppelten Zustand auch dem in die Kupplung 13 eingeleiteten
Kupplungsmoment. Dieses Kupplungsmoment wird im Folgenden Mk abgekürzt.
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Eine
weitere Steuerungseinrichtung 30 erfasst unter anderem über
Signalleitungen 31, 32 von Sensoren 33, 34 gemessene
Drehzahlen der Fahrzeugräder 20, 21 und
damit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Steuerungseinrichtungen 22 und 30 sind über
eine Datenleitung 35, wie zum Beispiel eine serielle CAN-Bus-Verbindung,
gekoppelt, mittels der Informationen, wie zum Beispiel die Drehzahlen
der Fahrzeugräder 20, 21 und die Fahrzeuggeschwindigkeit,
zwischen den Steuerungseinrichtungen 22 und 30 ausgetauscht werden.
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Aufgrund
der Gesamtzahl der Informationen bestimmt die Steuerungseinrichtung 22 Stellsignale,
zum Beispiel für Kraftstoffzufuhr, Drosselklappenstellung,
Zündzeitpunkt oder Einspritzzeit, welche über
eine Signalleitung 36 an entsprechende, nicht dargestellte
Stellglieder der Antriebsmaschine 11 gesendet werden.
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Das
Getriebe 15 ist beispielsweise als handgeschaltetes Getriebe
mit Schaltstufen von sechs Vorwärtsgängen und
einem Rückwärtsgang ausgeführt. Schaltungen,
also der Wechsel der Gänge werden vom Fahrzeugführer
mit Hilfe eines Schalthebels 37 durchgeführt,
welcher eine mechanische Verbindung 38 zum Getriebe 15 aufweist.
Am Getriebe 15 ist ein Sensor 28 angeordnet, mittels
dem lediglich erkannt werden kann, ob der Rückwärtsgang
eingelegt ist. Der Sensor 28 ist über eine Signalleitung 29 mit
der Steuerungseinrichtung 22 verbunden. Die Auswertung
des Sensors 28 kann auch von einer anderen Steuerungseinrichtung durchgeführt
werden, welche die daraus abgeleitete Information der Steuerungseinrichtung 22 zur
Verfügung stellt.
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Die
Kupplung 13 ist beispielsweise als Einplatten-Reibtrockenkupplung
ausgeführt. Die Kupplung 13 wird vom Fahrzeugführer
mittels eines Kupplungspedals 39, das in Wirkverbindung
mit der Kupplung 13 steht, geöffnet und geschlossen.
An der Kupplung 13 ist ein Kupplungsschalter 27 angeordnet,
der mittels einer Signalleitung 26 mit der Steuereinrichtung 22 in
Signalverbindung steht. Mittels des Kupplungsschalters 27 kann die
Steuerungseinrichtung 22 erkennen, ob die Kupplung 13 vollständig
geöffnet ist. Dazu gibt der Kupplungsschalter 27 dann
ein Signal ab, wenn die Kupplung 13 mehr als ein bestimmtes
Maß, das für eine vollständige Öffnung
ausreicht, geöffnet ist.
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Die
Kupplung 13 dient zum Ausgleich der Drehzahlunterschiede
zwischen der Ausgangswelle 12 der Antriebsmaschine 11 und
der Eingangswelle 14 des Getriebes 15 beim Anfahren
des Kraftfahrzeugs sowie zum Auftrennen des Antriebsstrangs 10 im
Stand und bei Schaltungen im Getriebe 15. Dabei tritt Schlupf,
also eine Drehzahldifferenz an der Kupplung 13 auf, so
dass an der Kupplung 13 eine Energiemenge dissipiert wird, die
zu einer Erwärmung der Kupplung 13 führt.
Die für die reibschlüssige Übertragung
des Drehmoments der Antriebsmaschine 11 notwendige Anpresskraft
wird von einer nicht dargestellten Kupplungsfeder aufgebracht. Die
Kupplungsfeder ist so ausgelegt, dass es bei vollständig
geschlossener Kupplung 13 nicht zu einem Schlupf an der
Kupplung 13 kommen dürfte. Aufgrund von erhöhter
Reibung innerhalb der Kupplung 13, Klemmen von Bauteilen
oder Verschleiß von Kupplungsbelägen kann es dennoch
zu einem Schlupf kommen, so dass eine vom Drehmoment der Antriebsmaschine 11 und
dem Schlupf abhängige Energie- bzw. Wärmemenge
dissipiert wird. Zu Schlupf und dissipierter Wärmemenge
kann es auch kommen, wenn der Fahrzeugführer die Kupplung 13 mit
dem Kupplungspedal 39 leicht öffnet.
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Die
Steuerungseinrichtung 22 der Antriebsmaschine 11 schätzt
die bei Schlupfbetrieb dissipierte Energiemenge ab. Diese Abschätzung
wird in einem festen Zeittakt von beispielsweise 20 ms durchgeführt.
Die ermittelten Betriebsgrößen werden für
die Dauer zwischen zwei Abschätzungsschritten als konstant
angenommen, so dass die erste Abschätzung nach folgender
Formel ermittelt wird: E_a = Σ(n_mot – i_a·n_rad)·M_mot·Δt (Gleichung 1)
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Mit
- E_a:
- abgeschätzte
Wärmemenge
- n_mot:
- Drehzahl der Antriebsmaschine 11
- i_a:
- angenommene Übersetzung,
welche sich aus der Übersetzung eines als eingelegt angenommenen
Gangs und der Übersetzung des Achsgetriebes 17 ergibt,
- n_rad:
- Mittelwert der Drehzahlen
der angetriebenen Fahrzeugräder 20, 21
- M_mot:
- abgegebenes Drehmoment
der Antriebsmaschine 11
- Δt:
- Zeitraster der Abarbeitung.
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Die
Differenz n_mot – i_a·n_rad ist dabei eine Abschätzung
des Schlupfs an der Kupplung 13.
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Als
angenommene Übersetzung wird bei Geschwindigkeiten kleiner
als eine Geschwindigkeitsschwelle von beispielsweise 5 km/h die Übersetzung
des ersten Gangs angenommen. In diesem Fall wird von einem Anfahren
aus dem Stand ausgegangen. Ist die Geschwindigkeit höher,
so wird als angenommene Übersetzung normalerweise die Übersetzung
des als eingelegt erkannten Gangs genutzt.
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Zur
Erkennung des eingelegten Gangs bildet die Steuerungseinrichtung 22 des
Antriebsstrangs 10 zunächst einen Quotienten i
aus der Drehzahl n_mot der Antriebsmaschine 11 und den
Mittelwert n_rad der Drehzahlen der Fahrzeugräder 20, 21: i = n_mot/n_rad (Gleichung
2)
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Die
Steuerungseinrichtung 22 prüft, ob der Quotient
i für eine einstellbare Zeitspanne innerhalb eines Bestimmbereichs
um eine der möglichen Übersetzungen zwischen Antriebsmaschine 11 und
Fahrzeugräder 20, 21 liegt. Wird außerdem
mit Hilfe des Kupplungsschalters 27 erkannt, dass die Kupplung 13 nicht
geöffnet ist, so wird der Gang des Getriebes 15,
aus dem sich die Übersetzung, in dessen Bestimmbereich
der Quotient i liegt, als der eingelegte Gang g erkannt. Kann kein
eingelegter Gang erkannt werden, so nimmt g den Wert 0 an. Damit
nimmt g bei einer Schaltung im Getriebe 15 zumindest kurzzeitig
den Wert 0 an.
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Zur
Bestimmung des eingelegten Gangs können noch weitere Bedingungen
abgeprüft werden, wobei dies hier aber nicht weiter von
Interesse ist. Eine derartige Bestimmung des eingelegten Gangs wird
von modernen Steuerungseinrichtungen 22 von Antriebsmaschinen 11 standardmäßig
durchgeführt.
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Sobald
g den Wert 0 annimmt, ist nicht mehr sichergestellt, dass der als
eingelegt angenommene Gang auch dem tatsächlich eingelegten
Gang entspricht. Die Wahrscheinlichkeit ist sehr hoch, dass der
Fahrzeugführer eine Schaltung im Getriebe 15 ausführen
will. Um möglichst die Übersetzung des nach der
Schaltung eingelegten Gangs als angenommene Übersetzung
zu nutzen, ändert sich die angenommene Übersetzung.
Bei einem Wechsel von g nach 0 wird ausgehend von der Drehzahl der
Antriebsmaschine 11 abgeschätzt, ob eine Hoch-
oder Rückschaltung wahrscheinlicher ist. Bei hohen Drehzahlen
wird eine Hochschaltung und bei niedrigen Drehzahlen eine Rückschaltung
als wahrscheinlich angesehen.
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Alternativ
dazu kann ausgehend vom eingelegten Gang, der Geschwindigkeit und
der Stellung des Fahrpedals oder Gaspedals 24 kurz vor
der Betätigung der Kupplung 13 abgeschätzt
werden, ob eine Hoch- oder Rückschaltung wahrscheinlicher
ist. Es kann dazu ein, einem bei Automatikgetrieben gebräuchlichen Schaltkennfeld
vergleichbares Kennfeld in der Steuerungseinrichtung 22 abgelegt
sein.
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Bei
einer als wahrscheinlich angesehenen Hochschaltung wird als die
angenommene Übersetzung die Übersetzung des gegenüber
dem letzten als eingelegt erkannten Gangs nächsthöheren
Gangs verwendet. Bei einer als wahrscheinlich angesehenen Rückschaltung
die des nächstniedrigeren Gangs.
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Sobald
wieder ein Gang als eingelegt erkannt wird, wird geprüft,
ob dessen Übersetzung der angenommenen Übersetzung
entspricht. Ist dies der Fall, so ist keine Korrektur der abgeschätzten
Energiemenge erforderlich.
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Weichen
die Übersetzungen voneinander ab, so muss die abgeschätzte
Energiemenge korrigiert werden. Eine Abweichung kann beispielsweise
dann vorkommen, wenn der Fahrzeugführer eine sogenannte
Doppelschaltung ausführt, also nicht nur um einen, sondern
um zwei Gänge herauf- oder herunterschaltet.
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Die
korrekte Abschätzung der dissipierten Wärmemenge
zwischen den Zeitpunkt t0, an dem der als eingelegt erkannte Gang
g nach 0 wechselte bis zum Zeitpunkt t1, bei dem wieder ein Gang
als eingelegt erkannt wurde, lautet:
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Mit
- E_k:
- korrigierte abgeschätzte
Wärmemenge
- i_k:
- Übersetzung
des als eingelegt erkannten Gangs
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Da
die Zeitspanne t0 bis t1, für die die Korrektur durchgeführt
werden muss, in der Vergangenheit liegt, müssen die Werte
für n_mot, n_rad und M_mot in der Steuerungseinrichtung 22 zwischengespeichert
werden.
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Um
den Speicherplatzbedarf möglichst gering zu halten, kann
folgende Vereinfachung durchgeführt werden: i_k soll sich
aus einem Produkt aus i_a und einem Faktor f ergeben. Dies wird
in die Gleichung 3 eingesetzt. Dann wird die Gleichung 1 nach n_mot
M_mot aufgelöst und das Ergebnis wird ebenfalls in die
Gleichung 3 eingesetzt. Dies ergibt für die korrigierte
Energiemenge:
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Die
Summe aus dem Produkt aus n_rad und M_mot kann in jedem Rechenschritt
aktualisiert und das aktualisierte Ergebnis abgespeichert werden.
Somit muss nur ein zusätzlicher Wert gespeichert werden.
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Die
abgeschätzten Energiemengen werden über die Laufzeit
des Antriebsstrangs aufsummiert und in einem Langzeit- oder Fehlerspeicher
abgelegt. Mit der aufsummierten Energiemenge wird ein Verschleiß der Kupplung 13 abgeschätzt.
Bei Erreichen einer Verschleißgrenze wird der Fahrzeugführer
informiert und zu einem Werkstattbesuch aufgefordert. Ausgehend
von dieser Abschätzung der Energiemenge wird auch eine Temperatur
der Kupplung 13 abgeschätzt. Dabei werden Aufheiz-
und Abkühlverläufe der Kupplung 13 beachtet,
welche den Aufbau der Kupplung 13, die Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs, die Außentemperatur und/oder die dissipierte
Energiemenge berücksichtigen. Durch derartige Berechnungsmethoden
kann die momentane Temperatur der Kupplung 13 vergleichsweise
genau abgeschätzt werden. Diese Abschätzung der Temperatur
läuft auch nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs weiter,
da sich die Kupplung 13 dann durch Abkühlung bis
auf die Umgebungstemperatur abkühlt. Um nun die Zuverlässigkeit
der Abschätzung der in die Kupplung 13 eingebrachten
Energiemenge zu verbessern, schlägt die Erfindung vor,
bei einem Gasstoß das Kupplungsmoment Mk für die
Dauer eines vorbestimmten Zeitfensters unberücksichtigt
zu lassen. Das Kupplungsmoment Mk entspricht dabei dem in den vorstehend
genannten Gleichungen 1, 3 und 4 genannten Motormoment M_mot. Dieses
Motormoment bzw. das Kupplungsmoment Mk lässt sich wie
folgt ermitteln: Mk = M_STA – n_mot
Grad·J_mot (Gleichung
5)
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Mit
- M_STA:
- berechnetes statisches
Moment der Antriebsmaschine 11,
- n_mot_Grad:
- Gradient der Motordrehzahl
(Winkelbeschleunigung)
- J_mot:
- Massenträgheitsmoment
der Antriebsmaschine 11
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Sobald über
den Kupplungsschalter 27 ein vollständiges Öffnen
der Kupplung 13 erkannt wird, wird das Kupplungsmoment
Mk bzw. sein statischer Anteil M_STA ausgeblendet und bei der Integration
bzw. Aufsummierung der Energiemenge nicht berücksichtigt.
Dabei ist es grundsätzlich möglich, bei der Ermittlung
der in die Kupplung eingeleiteten Energie während des vollständigen Öffnens
mit dem Wert 0 gleichzusetzen. Ebenso ist es möglich, nur
den statischen Anteil des Kupplungsmoments Mk also den Wert M_STA
auf den Wert 0 zu setzen. Ebenso ist es möglich, das Kupplungsmoment
Mk und/oder dessen statischen Anteil M_STA während des
vollständigen Öffnens auf dem Wert zu belassen,
den die jeweilige Größe vor dem vollständigen Öffnen
hatte.
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Der
dynamische Anteil des Kupplungsmoments Mk, also das Produkt aus
Winkelbeschleunigung n_mot_Grad und Massenträgheitsmoment
J_mot kann dabei ebenfalls gleich Null gesetzt werden. Dies kann jedoch
auch rechnerisch durchgeführt werden. Beispielsweise kann
hierzu die Winkelbeschleunigung n_mot_Grad gefiltert werden. Ferner
kann das Massenträgheitsmoment mit einem Applikationsfaktor
versehen werden, um es entsprechend korrigieren zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006037389
A1 [0002]
- - DE 10312088 A1 [0003]
