DE102009053692B4

DE102009053692B4 - Verfahren zum Bestimmen eines Anlegepunktes einer in einem Antriebsstrang angeordneten Kupplung sowie Antriebsstrang und Assistenzsystem

Info

Publication number: DE102009053692B4
Application number: DE102009053692.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Drenckhahn Gerald; Leonhard Basel
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: DE102009053692A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Anlegepunktes einer in einem Antriebsstrang angeordneten Kupplung, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte:- Bereitstellen eines Antriebsstrangs (1) mit-- einer Kupplung (2) zur Drehmomentübertragung von einer Antriebsseite (3) zu einer Abtriebsseite (4),-- einem ersten Drehzahlsensor (27) und einem von diesem beabstandeten zweiten Drehzahlsensor (28), und-- einer Steuereinheit (24) zum Bestimmen eines Anlegepunktes der Kupplung (2),- Betätigen der Kupplung (2) durch Vorgeben eines Soll-Signals (ps) mittels der Steuereinheit (24),- Messen einer ersten Drehzahl (n1) mittels des ersten Drehzahlsensors (27) und einer zweiten Drehzahl (n2) mittels des zweiten Drehzahlsensors (28),- Ermitteln eines Torsionswinkels (φ̂) des Antriebsstrangs (1) zwischen den Drehzahlsensoren (27, 28) aus den gemessenen Drehzahlen (n1, n2), wobei der Torsionswinkel (φ̂) mittels eines Beobachters ermittelt wird, der als Eingangsgrößen die gemessenen Drehzahlen (n1, n2) und ein bereitgestelltes Motormoment (M) und als Ausgangsgröße den beobachteten Torsionswinkel (φ̂) aufweist, und- Bestimmen des Anlegepunktes der Kupplung (2) durch Auswerten des Torsionswinkels (φ̂) und des zugehörigen Soll-Signals (ps) mittels der Steuereinheit (24).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Anlegepunktes einer in einem Antriebsstrang angeordneten Kupplung, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Zur Optimierung des Schaltkomforts bei Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, den Anlegepunkt der Kupplung zu bestimmen. Der Anlegepunkt charakterisiert den Punkt im Drehmomentübertragungsverhalten einer Kupplung, bei dem die Kupplungselemente bzw. Kupplungslamellen eine Drehmomentübertragung der Kupplung von der Antriebsseite zu der Abtriebsseite ermöglichen.
Die DE 103 51 906 A1 ist ein Verfahren, eine Vorrichtung und deren Verwendung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs beschrieben.
In der DE 10 2006 027 834 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehmoments bekannt.
Die DE 199 47 377 A1 offenbart eine kontinuierliche Ermittlung eines Motormomentes eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen eines Anlegepunktes einer in einem Antriebsstrang angeordneten Kupplung zu schaffen, das einfach und genau ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Torsionswinkel des Teiles des Antriebsstrangs, der zwischen zwei Drehzahlsensoren angeordnet ist, ein Maß für den Anlegepunkt der Kupplung ist. Im Anlegepunkt der Kupplung steigt der Torsionswinkel aufgrund der möglichen Drehmomentübertragung infolge des abtriebsseitigen Gegenmomentes stark an und überschreitet einen für den Anlegepunkt charakteristischen Schwellwert. Der Schwellwert charakterisiert eine Obergrenze für den Torsionswinkel, die nicht überschritten wird, solange der Anlegepunkt nicht erreicht ist und dementsprechend eine Drehmomentübertragung der Kupplung nicht möglich ist. Durch das Betätigen der Kupplung und Messen der Drehzahlen kann der Torsionswinkel des Antriebsstrangs im Bereich zwischen den Drehzahlsensoren einfach und genau bestimmt werden. Der Anlegepunkt der Kupplung ergibt sich durch Auswerten des Torsionswinkels und des zugehörigen Soll-Signals für das Betätigen der Kupplung. Der dem Anlegepunkt entsprechende Wert des Soll-Signals kann beispielsweise in einem Assistenzsystem zur Optimierung des Schaltverhaltens eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Prinzipiell kann für das erfindungsgemäße Verfahren jeder Bereich des Antriebsstrangs zwischen zwei Drehzahlsensoren verwendet werden. Insbesondere können die Drehzahlsensoren auf der Antriebsseite und/oder auf der Abtriebsseite angeordnet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert insbesondere auch dann, wenn der Antriebsstrang mehr als eine Kupplung aufweist. Die Anzahl der Kupplungen im Antriebsstrang kann prinzipiell beliebig sein. Darüber hinaus müssen im Anlegepunkt der Kupplung nicht zwingend die Reibflächen der Kupplungselemente aneinanderliegen. Bei Nasskupplungen ist beispielsweise auch eine Drehmomentübertragung über das Öl möglich, bevor die Kupplungselemente aneinanderliegen. Der Anlegepunkt ist dementsprechend die Stellung der Kupplung, bei der ein vordefiniertes Drehmoment übertragbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache und genaue Bestimmung des Torsionswinkels. Da der Torsionswinkel in Kraftfahrzeugen standardmäßig nicht gemessen wird, muss dieser rechnerisch ermittelt werden. Mittels eines Beobachters, der als Eingangsgrößen die gemessenen Drehzahlen und das bereitgestellte Motormoment aufweist, kann eine genaue Schätzgröße für den Torsionswinkel berechnet werden. Das Motormoment wird in Steuereinheiten von Kraftfahrzeugen standardmäßig zur Verfügung gestellt.
Ein Verfahren nach Anspruch 2 gewährleistet eine einfache Bestimmung des Anlegepunktes. An der Antriebsseite sind in Kraftfahrzeugen standardmäßig zwei geeignete Drehzahlsensoren angeordnet, wobei der dazwischen liegende Bereich des Antriebsstrangs eine ausreichende Elastizität gewährleistet.
Ein Verfahren nach Anspruch 3 stellt eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung des Anlegepunktes sicher. In Kraftfahrzeugen ist an der Antriebsseite standardmäßig ein Torsionsdämpfer in Form eines Zwei-Massen-Schwungrads angeordnet, um die Drehunförmigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu glätten. Der Torsionsdämpfer weist gegenüber dem restlichen Teil des Antriebsstrangs eine hohe Elastizität auf, wodurch sich bei Erreichen des Anlegepunktes der Torsionswinkel des Torsionsdämpfers verhältnismäßig stark ändert. Der Anlegepunkt kann hierdurch sicher bestimmt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 4 ermöglicht eine einfache und zuverlässige Bestimmung des Anlegepunktes. Über die Steigung des Soll-Signals kann die Dauer sowie die Genauigkeit der Bestimmung des Anlegepunktes eingestellt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 eignet sich zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, da deren Kupplungen hydraulisch mittels eines Fluids betätigt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 6 gewährleistet, dass sich der Torsionsdämpfer zu Beginn des Verfahrens in einer definierten Lage befindet.
Ein Verfahren nach Anspruch 7 ermöglicht eine einfache Bestimmung des Anlegepunktes. Der Schwellwert wird empirisch bestimmt. Ist der ermittelte Torsionswinkel gleich dem Schwellwert, entspricht der Wert des zugehörigen Soll-Signals, insbesondere des Soll-Drucks, dem Anlegepunkt. Dieser Wert kann für die Kupplungsregelung verwendet werden, wodurch der Schaltkomfort optimiert werden kann. Wird das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt durchgeführt, so kann der Verschleiß der Kupplung bei der Bestimmung des Anlegepunktes erfasst werden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang zu schaffen, bei dem der Anlegepunkt einer darin angeordneten Kupplung einfach und genau bestimmbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs wird auf die bereits beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. Insbesondere kann der Antriebsstrang auch entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 8 weitergebildet werden.
Ein Assistenzsystem nach Anspruch 9 ermöglicht eine Optimierung des Schaltkomforts der Kupplung für das jeweils zu übertragende Drehmoment. Ist der Anlegepunkt der Kupplung bekannt, kann das Soll-Signal der Kupplung auf das zu übertragende Drehmoment angepasst werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Torsionsdämpfer und einer Kupplung,
2 einen zeitlichen Verlauf eines Soll-Drucks zur Betätigung der Kupplung in 1,
3 einen zeitlichen Verlauf eines Torsionswinkels des Torsionsdämpfers in 1 bei Vorgabe eines Soll-Drucks gemäß 2, und
4 eine schematische Darstellung eines Beobachters zur Bestimmung des Torsionswinkels in 3.

Ein Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs weist eine Kupplung 2 auf, die den Antriebsstrang 1 in eine Antriebsseite 3 und eine Abtriebsseite 4 unterteilt. Die Antriebsseite 3 umfasst einen Verbrennungsmotor 5, der über eine Antriebswelle 6 mit einem antriebsseitigen, ersten Kupplungselement 7 verbunden ist. In die Antriebswelle 6 ist ein Torsionsdämpfer 8 in Form eines Zwei-Massen-Schwungrads integriert. Der Torsionsdämpfer 8 weist ein dem Verbrennungsmotor 5 zugewandtes erstes Schwungrad 9 und ein dem Verbrennungsmotor 5 abgewandtes zweites Schwungrad 10 auf, die über ein Federelement 11 miteinander gekoppelt sind. Der Aufbau des Zwei-Massen-Schwungrads ist bekannt und üblich.
Auf der Abtriebsseite 4 umfasst der Antriebsstrang 1 ein abtriebsseitiges, zweites Kupplungselement 12, das über eine Abtriebswelle 13 und einem darin integrierten Getriebe 14 mit einem Differenzial 15 verbunden ist. Das Differenzial 15 ist wiederum über Radwellen 16 mit den Antriebsrädern 17 verbunden.
Die Kupplungselemente 7 und 12 sind relativ zueinander verschiebbar, sodass diese in einem offenen Zustand der Kupplung 2 nicht gegeneinander anliegen und in einem geschlossenen Zustand der Kupplung 2 gegeneinander anliegen, wodurch mittels der Kupplung 2 ein Drehmoment von der Antriebsseite 3 zu der Abtriebsseite 4 übertragbar ist. Die Kupplungselemente 7 und 12 sind vorzugsweise als Kupplungslamellen bzw. Lamellenpakete ausgebildet. Zum Anlegen des ersten Kupplungselements 7 an das zweite Kupplungselement 12 ist ein Kupplungsaktuator 18 vorgesehen, der hydraulisch ausgebildet ist und mittels eines Fluids in Form von Öl betätigbar ist. Der Kupplungsaktuator 18 umfasst eine Kolben-Zylinder-Einheit 19 mit einem Zylinder 20 und einem darin geführten Kolben 21. Der Kolben 21 wirkt auf das erste Kupplungselement 7, was in 1 mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Der Zylinder 20 bildet einen Druckraum 22 aus, der an einer Seite von dem axial verschiebbaren Kolben 21 begrenzt ist. Alternativ kann die Kupplung 2 auch elektromotorisch betätigbar sein.
Mittels eines steuerbaren Druckventils 23 ist ein Ist-Druck p_I in dem Druckraum 22 einstellbar, der einem entsprechenden Soll-Druck ps entspricht. Der Soll-Druck ps ist von einer Steuereinheit 24 vorgebbar. In dem Druckraum 22 ist ein Drucksensor 25 angeordnet, der zum Messen des Ist-Drucks p_I dient. Der Drucksensor 25 ist zur Übertragung des Ist-Drucks p_I an die Steuereinheit 24 mit dieser verbunden. An einer dem Druckraum 22 abgewandten Seite des Kolbens 21 ist ein Federelement 26 angeordnet, das eine auf den Kolben 21 wirkende Vorspannkraft erzeugt.
Zur Messung einer ersten Drehzahl n₁ der Antriebswelle 6 zwischen dem Verbrennungsmotor 5 und dem ersten Schwungrad 9 umfasst der Antriebsstrang 1 einen ersten Drehzahlsensor 27, der mit der Steuereinheit 24 verbunden ist. Zur Messung einer zweiten Drehzahl n₂ der Antriebswelle 6 zwischen dem zweiten Schwungrad 10 und der Kupplung 2 umfasst der Antriebsstrang 1 einen entsprechenden zweiten Drehzahlsensor 28, der ebenfalls mit der Steuereinheit 24 verbunden ist.
Die Steuereinheit 24 dient zum Steuern bzw. Regeln der Kupplung 2 und umfasst ein Assistenzsystem 29, das das Schaltverhalten des Kraftfahrzeugs optimiert. Hierzu ist in das Assistenzsystem 29 ein Beobachter implementiert, mittels dessen aus den gemessenen Drehzahlen n₁ und n₂ sowie einem in der Steuereinheit 24 standardmäßig vorliegenden Motormoment M des Verbrennungsmotors 5 eine Schätzgröße φ̂ für einen Torsionswinkel φ des Torsionsdämpfers 8 ermittelbar ist. Der Beobachter ist in 4 dargestellt, wobei

M: das Motormoment,

J: das Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors 5 und des damit verbundenen ersten Schwungrads 9,
c: die Federkonstante des Federelements 11,
n1: die gemessene erste Drehzahl,
n̂1: die beobachtete erste Drehzahl,
n2: die gemessene zweite Drehzahl,
φ̂: der beobachtete Torsionswinkel und
11, 12: die Rückführkoeffizienten des Beobachters bezeichnen.

Das Motormoment M sowie die gemessenen Drehzahlen n₁ und n₂ stellen die Eingangsgrößen und der beobachtete Torsionswinkel φ̂ die Ausgangsgröße des Beobachters dar.
Zum Bestimmen des Anlegepunktes bzw. Greifpunktes der Kupplung 2 muss das Kraftfahrzeug stehen. Der Verbrennungsmotor 5 läuft. Im Getriebe 14 ist ein Gang eingelegt. Im Zeitraum Δt₁ ist die Kupplung 2 offen, sodass der Torsionswinkel φ bzw. φ̂ des Torsionsdämpfers 8 willkürlich ist.
Im Zeitraum Δt₂ wird die Kupplung 2 durch Vorgabe eines Soll-Signals in Form eines Soll-Drucks ps betätigt und geschlossen, wodurch der Torsionswinkel φ bzw. φ̂beruhigt und in eine definierte Ausgangslage überführt wird. Das Soll-Signal ps ist vorzugsweise rechteckförmig bzw. impulsförmig ausgebildet.
Im Zeitraum Δt₃ ist die Kupplung 2 wieder geöffnet, wobei der Torsionswinkel φ bzw. φ̂ in der beruhigten Ausgangslage bleibt.
Anschließend wird im Zeitraum Δt₄ der Soll-Druck ps rampenförmig erhöht, wodurch sich die Kupplung 2 zunehmend schließt. Ist der Anlegepunkt der Kupplung 2 erreicht, so wird über diese ein abtriebsseitiges Gegenmoment auf den Torsionsdämpfer 8 übertragen, wodurch der Torsionswinkel φ bzw. φ̂ stark ansteigt. Der Anlegepunkt wird derart bestimmt, dass der Torsionswinkel φ̂ mit einem in Vorversuchen empirisch bestimmten Schwellwert S verglichen wird. Zu dem Torsionswinkel φ_A, der gleich dem Schwellwert S ist, wird der zugehörige Zeitpunkt t_A ermittelt, zu dem wiederum der zugehörige Soll-Druckwert p_A bestimmt wird. Der Soll-Druckwert p_A charakterisiert somit den Anlegepunkt der Kupplung 2.
Ist der Anlegepunkt der Kupplung 2 bekannt, lässt sich die Betätigung der Kupplung 2 auf das gewünschte, zu übertragende Drehmoment optimieren, wodurch mittels des Assistenzsystems 29 der Schaltkomfort verbesserbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Einfach- und Doppelkupplungsgetrieben angewandt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Anlegepunkt bzw. Greifpunkt einer Kupplung 2 durch Beobachtung der Verdrillung bzw. des Torsionswinkels φ̂ eines Torsionsdämpfers 8 ermittelt. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist der genaue Torsionswinkel φ̂ nicht notwendig, da nur die Auswirkung der Drehmomentübergabe von der Kupplung 2 auf den Torsionsdämpfer 8 beobachtet wird. Eine qualitative Aussage über den Torsionswinkel φ̂ am Torsionsdämpfer 8 ist für das erfindungsgemäße Verfahren ausreichend.
Alternativ kann für das erfindungsgemäße Verfahren der Torsionswinkel φ̂ eines beliebigen Teils des Antriebsstrangs 2 verwendet werden, indem durch Messung die Auswirkung des Drehmoments an der Kupplung 2 auf die entsprechende Elastizität im Antriebsstrang 1 gemessen bzw. ermittelt wird.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Anlegepunktes einer in einem Antriebsstrang angeordneten Kupplung, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Antriebsstrangs (1) mit -- einer Kupplung (2) zur Drehmomentübertragung von einer Antriebsseite (3) zu einer Abtriebsseite (4), -- einem ersten Drehzahlsensor (27) und einem von diesem beabstandeten zweiten Drehzahlsensor (28), und -- einer Steuereinheit (24) zum Bestimmen eines Anlegepunktes der Kupplung (2), - Betätigen der Kupplung (2) durch Vorgeben eines Soll-Signals (ps) mittels der Steuereinheit (24), - Messen einer ersten Drehzahl (n₁) mittels des ersten Drehzahlsensors (27) und einer zweiten Drehzahl (n₂) mittels des zweiten Drehzahlsensors (28), - Ermitteln eines Torsionswinkels (φ̂) des Antriebsstrangs (1) zwischen den Drehzahlsensoren (27, 28) aus den gemessenen Drehzahlen (n₁, n₂), wobei der Torsionswinkel (φ̂) mittels eines Beobachters ermittelt wird, der als Eingangsgrößen die gemessenen Drehzahlen (n₁, n₂) und ein bereitgestelltes Motormoment (M) und als Ausgangsgröße den beobachteten Torsionswinkel (φ̂) aufweist, und - Bestimmen des Anlegepunktes der Kupplung (2) durch Auswerten des Torsionswinkels (φ̂) und des zugehörigen Soll-Signals (ps) mittels der Steuereinheit (24).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlsensoren (27, 28) an der Antriebsseite (3) angeordnet sind und die Drehzahlen (n₁, n₂) antriebsseitig gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Drehzahlsensoren (27, 28) ein Torsionsdämpfer (8) angeordnet ist und aus den gemessenen Drehzahlen (n₁, n₂) der Torsionswinkel (φ̂) des Torsionsdämpfer (8) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Signal (ps) der Kupplung (2) linear verändert wird und die Kupplung (2) zunehmend geschlossen oder geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (2) mittels eines Fluides betätigt wird und das Soll-Signal (ps) ein Soll-Druck des Fluides ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsdämpfer (8) durch Vorgabe eines rechteckförmigen Soll-Signals (ps) vorgespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlegepunkt der Kupplung (2) derart bestimmt wird, dass - der ermittelte Torsionswinkel (φ̂) mit einem Schwellwert (S) verglichen wird, und - der Wert (p_A) des Soll-Signals (ps) dem Anlegepunkt entspricht, bei dem der ermittelte Torsionswinkel (φ̂) gleich dem Schwellwert (S) ist.
Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit - einer Kupplung (2) zur Drehmomentübertragung von einer Antriebsseite (3) zu einer Abtriebsseite (4), - einem ersten Drehzahlsensor (27) zum Messen eines ersten Drehzahl (n₁), - einem von dem ersten Drehzahlsensor (27) beabstandeten zweiten Drehzahlsensor (28) zum Messen einer zweiten Drehzahl (n₂), - einer Steuereinheit (24) zum Bestimmen eines Anlegepunktes der Kupplung (2), die eingerichtet ist, -- ein Soll-Signal (ps) zum Betätigen der Kupplung (2) vorzugeben, -- aus den gemessenen Drehzahlen (n₁, n₂) ein Torsionswinkel (φ̂) des Antriebsstrangs (1) zwischen den Drehzahlsensoren (27, 28) zu ermitteln, wobei der Torsionswinkel (φ̂) mittels eines Beobachters ermittelt wird, der als Eingangsgrößen die gemessenen Drehzahlen (n₁, n₂) und ein bereitgestelltes Motormoment (M) und als Ausgangsgröße den beobachteten Torsionswinkel (φ̂) aufweist, und -- durch Auswerten des Torsionswinkels (φ̂) und des zugehörigen Soll-Signals (ps) den Anlegepunkt der Kupplung (2) zu bestimmen.
Assistenzsystem zur Optimierung des Schaltverhaltens eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Assistenzsystem eingerichtet ist, einen Anlegepunkt einer in einem Antriebsstrang (1) angeordneten Kupplung (2) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu bestimmen.