DE102010033502A1 - Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Kupplungssystems - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Steuerung einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten automatisierten Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug mit einer Schlupfregelung sowie einer Fahrsituationserkennung zur Erfassung der aktuell vorliegenden Fahrsituation.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.
  • Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen weisen eine gewisse Drehungleichförmigkeit auf. Diese Unförmigkeit ist umso ausgeprägter, je weniger Zylinder und je mehr Hubraum bzw. je mehr Motormoment ein Fahrzeug hat. Somit weisen insbesondere 4 Zylinder Dieselmotoren eine starke Drehungleichförmigkeit auf.
  • Diese Drehungleichförmigkeit kann sich je nach Eigenfrequenz des Triebstrangs bei unterschiedlichen Motordrehzahlen durch Geräusche oder Schwingungen bemerkbar machen. Zur Beseitigung bzw. Dämpfung dieser negativen Eigenschaften kann ein sog. Zweimassenschwungrad eingesetzt werden.
  • Eine Alternative oder Optimierungsmöglichkeit zum Zweimassenschwungrad ist die Schlupfregelung. Hierbei wird die Kupplung bei kritischen Motordrehzahlen nicht vollständig geschlossen, sondern es wird je nach Fahrsituation eine bestimmte Schlupfdrehzahl eingestellt oder eingeregelt, so dass der Triebstrang vom Motor isoliert wird. Die Schlupfregelung wird zumeist anhand vorgegebener Drehzahlschwellen aktiviert.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 37 793 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer zwischen einem Motor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordneten, automatisierten Reibungskupplung bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden Betriebszustandsgrößen des Antriebsstrangs erfasst und die Kupplung derart gesteuert, dass sie ein Kupplungsmoment überträgt, das sich aus einem im Wesentlichen von dem Motormoment abhängigen Anteil und einem schlupfabhängigen Anteil zusammensetzt. Dabei wird eine vom Schlupf der Kupplung abhängige Störgröße erfasst und ein die Kupplung betätigender Aktor derart gesteuert, dass die Kupplung ein aus Betriebsgrößen des Antriebsstrangs errechnetes Kupplungsmoment überträgt und abhängig von der Störgröße derart geöffnet wird, dass die Störgröße unter einem vorbestimmten Schwellwert bleibt. Ein Schlupfregelschalter schaltet abhängig von bestimmten Betriebszustandsgrößen auf Regelbetrieb. Der Sollschlupf wird bei vorbestimmten Fahrzuständen in vorbestimmter Weise verändert. Die Reibungskupplung kann in einem schlupfenden oder einem nicht schlupfenden Zustand betrieben werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den Fahrkomfort weiter zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch eine Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Steuerung einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten automatisierten Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug mit einer Schlupfregelung sowie einer Fahrsituationserkennung zur Erfassung einer aktuell vorliegenden Fahrsituation vor. Die Schlupfregelung wird erfindungsgemäß in zumindest einer der folgenden Fahrsituationen aktiviert:
    • – bei Lastwechsel
    • – nach Schaltungen
    • – nach Anfahrten
    • – bei Temperaturänderungen der Kupplung
    • – nach Verschleißnachstellung
    • – nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs
    • – im Schub
    • – bei Fahren in Synchron
    • – bei Erfüllen eines Schlupf-Aktivierungskriteriums bei Schlupf in der Reibungskupplung, wenn keine Schlupfregelung aktiviert ist
    • – beim Kriechen
    • – beim Anhalten
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine periodische Aktivierung der Schlupfregelung erfolgt, wenn keine Schlupfregelung aktiviert ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Aktivierung der Schlupfregelung bei Lastwechsel erfolgt, wenn ein Quantisierungsmaß bezüglich der Fahrpedalbetätigung einen Schwellenwert überschreitet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einer Aktivierung der Schlupfregelung bei Lastwechsel ein Vorsteueranteil der Kupplungssteuerung abgesenkt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schlupf-Aktivierungskriterium erfüllt ist, wenn der Betrag des Schlupfes oberhalb eines Schwellenwerts, der zwischen 10 und 100 Umdrehungen pro Minute, besonders bevorzugt 30 Umdrehungen pro Minute beträgt, liegt.
  • Erfindungsgemäß wird auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm vorgeschlagen, das Softwaremittel zur Durchführung der oben genannten Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Ein solcher Computer kann Teil eines Steuergerätes zur Steuerung einer automatisierten Kupplung sein.
  • Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Steuerung einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten automatisierten Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug mit einer Schlupfregelung sowie einer Fahrsituationserkennung zur Erfassung einer aktuell vorliegenden Fahrsituation zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren vorgeschlagen. Durch diese Vorrichtung ist die Schlupfregelung in zumindest einer der folgenden Fahrsituationen aktivierbar:
    • – bei Lastwechsel
    • – nach Schaltungen
    • – nach Anfahrten
    • – bei Temperaturänderungen der Kupplung
    • – nach Verschleißnachstellung
    • – nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs
    • – im Schub
    • – bei Fahren in Synchron
    • – bei Erfüllen eines Schlupf-Aktivierungskriteriums bei Schlupf in der Reibungskupplung, wenn keine Schlupfregelung aktiviert ist
    • – beim Kriechen
    • – beim Anhalten
  • Die Schlupfregelung – deren Prinzip wie bereits oben ausgeführt vorsieht, dass ein vorgegebener Sollschlupf in der Kupplung eingeregelt wird – soll nach wie vor in den kritischen Motordrehzahlbereichen sowie durch konsequente Nutzung der Schlupfregelungsoption zusätzlich in Fahrsituationen, in denen Schlupfregelung sinnvoll ist, eingesetzt werden.
  • Zunächst sollen die Situationen erkannt werden, in denen eine Aktivierung der Schlupfregelung eine Komfortverbesserung bewirkt, oder eine Aktivierung bzgl. Robustheit (Kupplungsschutz, Systemüberwachung) Vorteile gegenüber konventionellen Strategien hat. Aufgrund der Situationserkennung wird über Aktivierung und Deaktivierung entschieden. Die Entscheidung kann mit Hilfe beispielsweise eines Zustandsautomaten der beispielsweise als Aktivierungskaskade ausgeführt sein kann getroffen werden.
  • Unten genannte Aktivierungsstrategien lassen sich in folgende Kategorien unterscheiden:
    • 1.) Komfortverbesserung
    • 2.) Systemidentifikation
    • 3.) Systemüberwachung
  • 1. Komfortverbesserung
  • Schwingungsisolation im kritischen Motordrehzahlbereich
  • Die Schwingungsisolation im kritischen Motordrehzahlbereich stellt Stand der Technik dar und wird aus Gründen der Vollständigkeit erwähnt.
  • Lastwechseldämpfung
  • Anhand der Änderung des Gaspedalwinkels oder des Gaspedalweges – wobei sowohl der Betrag der Änderung als auch die Änderungsgeschwindigkeit ausgewertet wird – wird ein Quantisierungsmaß zwischen 0 und 100% berechnet, wobei 0 keine Änderung und 100% sehr starke Änderung mit hoher Geschwindigkeit bedeutet. Selbstverständlich können auch andere Zahlenwerte die dieselbe Aussage haben verwendet werden. Das Quantisierungsmaß ist also vom Betrag der Änderung als auch von der Änderungsgeschwindigkeit des Gaspedals abhängig.
  • Überschreitet dieses Quantisierungsmaß einen Grenzwert von z. B. 40% so wird erkannt, dass eine Lastwechseldämpfung erforderlich ist. Dabei sind die konkreten Werte auf das jeweils verwendete Getriebe, die Kupplung sowie die verwendete Getriebe- und Kupplungsaktorik abzustimmen. (Gaspedal wird auch als Fahrpedal bezeichnet.)
  • Um eine Lastwechseldämpfung durchzuführen wird die Schlupfregelung aktiviert und der Vorsteueranteil derart abgesenkt, dass die Kupplung leicht geöffnet wird. Wie stark der Vorsteueranteil abgesenkt wird ist wiederum von vielen Faktoren abhängig:
    • – Quantisierungsmaß: Je höher das Quantisierungsmaß, desto stärker die Absenkung.
    • – Motordrehzahl: In unterschiedlichen Motordrehzahlbereichen sind unterschiedliche Absenkungen erforderlich, aktuell wird zwischen 2 Bereichen unterschieden, wobei beliebig viele Bereiche denkbar sind.
    • – Tipp In oder Back Out: In diesen beiden Situationen sind unterschiedliche Lastwechseldämpfungen und somit unterschiedliche Absenkungen erforderlich.
    • – Gang: Die Absenkung ist gangabhängig.
  • Auch dabei sind die konkreten Werte für die Absenkung auf die jeweils verwendeten Baugruppen im Kraftfahrzeug abzustimmen.
  • Aktivierung zum Verschleifen nach Schaltungen und Anfahrten
  • Nach Schaltungen und Anfahrten ist ein Verschleifen erforderlich um Anhaften und Einkuppelschläge zu vermeiden.
  • Hierzu wird das Regelmoment des Schlupfreglers berechnet und erfindungsgemäß die Schlupfregelung aktiviert sobald anhand des Ergebnisses mittels des Kupplungsaktors in Richtung Kupplung Offen gefahren werden würde.
  • 2. Systemidentifikation (Adaption)
  • Periodische Aktivierung der Schlupfregelung für Adaptionen
  • In Schlupfphasen herrscht an der Kupplung Momentgleichgewicht zwischen Kupplungsmoment und Motormoment
    Figure 00050001
    Somit ist es möglich in Schlupfphasen eine Adaption der Kupplungskennlinie und weiteren Parametern der Kupplung durchzuführen. Um diese Adaption zu ermöglichen, wird in Phasen, in denen keine Schlupfregelung erforderlich ist, die Schlupfregelung periodisch aktiviert, um eine Adaption durchführen zu können.
  • Dabei ist vorgesehen, dass die aktive Phase zwischen 5 bis 20 Sekunden, besonders bevorzugt 10 Sekunden dauert, während die inaktive Phase zwischen 1 Minute und 10 Minuten, besonders bevorzugt 3 Minuten andauert. Alternativ wird die aktive Phase abgebrochen, sobald die Adaption erfolgreich durchgeführt ist. Die Dauer der aktiven Phase sowie die Aktivierung der aktiven Phase können auch davon abhängig gemacht sein, ob sich die Kupplungstemperatur über einen vorgegebenen Wert hinaus geändert hat. Dieser Wert ist vom jeweils verwendeten Kupplungssystem abhängig.
  • Aktivierung bei Temperaturänderungen in der Kupplung zwecks Adaption
  • Wird eine große Temperaturänderung in der Kupplung detektiert z. B. nach harten Anfahrten oder nach Abkühlphasen im Modus der Momentennachführung so kann die Schlupfregelung aktiviert werden, so dass eine Adaption durchgeführt werden kann. Bei der Momentennachführung wird die Kupplung im Zustand des Haftens gehalten, indem das Kupplungsmoment höher als das Motormoment gehalten wird.
  • Weitere Aktivierungsmöglichkeiten zur Systemidentifikation
  • Um das System zu identifizieren – dabei werden die relevanten Kupplungsparameter wie beispielsweise Tastpunkt, Reibwert, Kennliniencharakteristik identifiziert, was der Adaption der Parameter dient – ist es sinnvoll die Schlupfregelung ebenfalls in folgenden Situationen zu aktiveren:
    • – Aktivierung nach aktiver Verscheißnachstellung
    • – Aktivierung nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs bzw. des Kupplungssystems wie Aktorik und Steuergerät
    • – Aktivierung im Schub zwecks Adaption und/oder Abgleich des Motor-Schleppmomentes
  • 3. Systemüberwachung
  • Aktivierung zur Zug-Schub-Erkennung
  • Beim Fahren mit Synchron kann die Schlupfregelung aktiviert werden um entscheiden zu können ob Schub oder Zug vorliegt. Diese Information ist für die Schaltstrategie wesentlich. Die Aktivierung dauert ca. 300–400 ms.
  • Schlupfüberwachung
  • In Phasen in denen die Schlupfregelung nicht aktiv ist, d. h. wenn die Kupplung entweder vollständig geschlossen ist oder Momentennachführung durchgeführt wird, ist vorgesehen die Schlupfdrehzahl zu überwachen.
  • Durch ungünstige Adaptionen oder durch Ungenauigkeiten in Momentensignalen, kann es vorkommen, dass fälschlich zu wenig Kupplungsmoment eingestellt wird. Dies äußert sich durch Schlupf. Durch die Überwachung des Schlupfes kann die Schlupfregelung sofort aktiviert werden, wenn Schlupf auftritt. Der Schlupf wird durch die Schlupfregelung abgebaut und anschließend die Berechnung des Kupplungsmomentes wieder an die Kupplungssteuerung übergeben. Zuvor wird der eigentliche Fehler durch eine Adaption der Kupplungskennlinie behoben.
  • Die Schlupfregelung wird bei Eintreten eines Schlupf-Aktivierungskriteriums aktiviert.
  • In einer Ausführungsform wird die Schlupfregelung aktiviert wenn der Betrag des Schlupfes einen Schwellenwert der zwischen 10 und 100 Umdrehungen pro Minute, besonders bevorzugt 30 Umdrehungen pro Minute beträgt auftritt.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird die Schlupfregelung abhängig vom Betrag des Schlupfes, der Dauer des Schlupfes sowie vom aktuellen Treibstrangmoment aktiviert.
  • Aktivierung im Kriechen und/oder Anhalten zwecks Abwürgeschutz
  • Es ist vorgesehen die Schlupfregelung beim Kriechen sowie alternativ oder zusätzlich beim Anhalten zu aktivieren um einen Abwürgeschutz zu haben.
  • Zur Isolation des Triebstranges vom Motor wird eine Schlupfregelung eingesetzt, mit deren Hilfe an der Kupplung ein kleiner Schlupf eingestellt und somit die Isolation erreicht wird. Die Aktivierung der Schlupfregelung geschieht automatisch in allen Situationen, in denen eine Triebstrangisolation zur Vermeidung von Geräuschen und Schwingungen erforderlich ist. Diese Situationen sind:
    • – Fahren bei kritischen Motordrehzahlen mit und ohne betätigte Bremse.
    • – Schub-Zug und Zug-Schubübergänge.
    • – Lastwechsel
  • Weiterhin wird die Schlupfregelung periodisch aktiviert um Adaptionen durchführen zu können sowie bei Auftreten von Schlupf bei geschlossener Kupplung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10237793 A1 [0005]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Steuerung einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten automatisierten Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug mit einer Schlupfregelung sowie einer Fahrsituationserkennung zur Erfassung einer aktuell vorliegenden Fahrsituation dadurch gekennzeichnet, dass die Schlupfregelung in zumindest einer der folgenden Fahrsituationen aktiviert wird: • bei Lastwechsel • nach Schaltungen • nach Anfahrten • bei Temperaturänderungen der Kupplung • nach Verschleißnachstellung • nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs • im Schub • bei Fahren in Synchron • bei Erfüllen eines Schlupf-Aktivierungskriteriums bei Schlupf in der Reibungskupplung, wenn keine Schlupfregelung aktiviert ist • beim Kriechen • beim Anhalten
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine periodische Aktivierung der Schlupfregelung erfolgt, wenn keine Schlupfregelung aktiviert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung der Schlupfregelung bei Lastwechsel erfolgt, wenn ein Quantisierungsmass bezüglich der Fahrpedalbetätigung einen Schwellenwert überschreitet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aktivierung der Schlupfregelung bei Lastwechsel ein Vorsteueranteil der Kupplungssteuerung abgesenkt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlupf-Aktivierungskriteriums erfüllt ist, wenn der Betrag des Schlupfes oberhalb eines Schwellenwerts, der zwischen 10 und 100 Umdrehungen pro Minute, besonders bevorzugt 30 Umdrehungen pro Minute beträgt, liegt.
  6. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
  7. Vorrichtung zur Steuerung einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten automatisierten Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug mit einer Schlupfregelung sowie einer Fahrsituationserkennung zur Erfassung einer aktuell vorliegenden Fahrsituation dadurch gekennzeichnet, gekennzeichnet, dass die Schlupfregelung in zumindest einer der folgenden Fahrsituationen aktivierbar ist: • bei Lastwechsel • nach Schaltungen • nach Anfahrten • bei Temperaturänderungen der Kupplung • nach Verschleißnachstellung • nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs • im Schub • bei Fahren in Synchron • bei Überschreiten eines Schlupf-Schwellenwerts bei Schlupf in der Reibungskupplung, wenn keine Schlupfregelung aktiviert ist • beim Kriechen • beim Anhalten
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