DE102010052382A1

DE102010052382A1 - Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102010052382A1
Application number: DE102010052382A
Authority: DE
Inventors: Mario Jung; Cedric Kieffer; Björn Stehle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2011-06-16
Also published as: US8449434B2; CN102656072B; DE112010004786A5; KR20120115266A; CN102656072A; WO2011072633A1; DE112010004786B4; US20120316033A1; KR101739160B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten, in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung, die mittels eines von einem Steuergerät gesteuerten Aktors weggesteuert betätigt wird und bei geschlossener Reibungskupplung ein maximales Kupplungsmoment überträgt, vorgeschlagen, wobei bei einem Unterschreiten des maximalen Kupplungsmoments ein vom Verbrennungsmotor bereitgestelltes Motormoment reduziert und bei steigendem maximalem Kupplungsmoment wieder erhöht wird. Um einen besseren Kupplungsschutz bei möglichst früh einsetzender Wiederherstellung des abgesenkten Motormoments zu erzielen, wird nach einer Feststellung eines verminderten übertragbaren Kupplungsmoments das Motormoment auf ein dem verminderten übertragbaren Kupplungsmoment höchstens entsprechendes vermindertes Motormoment begrenzt und nach Ablauf eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls wieder auf das dem maximal übertragbaren Kupplungsmoment entsprechendes Motormoment erhöht, wobei bei einer erneuten Feststellung eines verminderten übertragbaren Kupplungsmoments das Motormoment mittels eines zweiten, längeren Zeitintervalls begrenzt wird.

Description

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten, in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung, die mittels eines von einem Steuergerät gesteuerten Aktors weggesteuert betätigt wird und bei geschlossener Reibungskupplung ein maximales Kupplungsmoment überträgt, vorgeschlagen, wobei bei einem Unterschreiten des maximalen Kupplungsmoments ein vom Verbrennungsmotor bereitgestelltes Motormoment reduziert und bei steigendem maximalem Kupplungsmoment wieder erhöht wird.
Automatisierte Reibungskupplungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen und Verfahren zu deren Steuerung sind bekannt. Infolge einer hohen Last insbesondere an Steigungen und/oder im Anhängerbetrieb können dazu führen, dass die maximale Übertragungskapazität überschritten wird. Folge ist ein Aufheizen der Reibungskupplung und eine Zerstörung der Reibbeläge, so dass das Kraftfahrzeug ohne Schutzmaßnahme letztendlich liegen bleibt. Weiterhin können Bauteiltoleranzen bei zugedrückten Reibungskupplungen, bei denen ein zunehmendes Kupplungsmoment durch axiales Belasten eines Kupplungshebels erzielt wird, eine zu geringe Anpresskraft bereitstellen oder zu geringe Reibwerte der Reibbeläge und/oder deren Gegenreibflächen zu einer zu geringen Momentenübertragungskapazität der Reibungskupplung führen. Insbesondere eine Erwärmung der Reibbeläge führt neben deren Zerstörung zu verminderten Reibwerten, wobei ein schonender Umgang mit den erhitzten Reibbelägen diese vor Zerstörung schützen kann.
Zur Vermeidung einer Überhitzung der Reibungskupplung, insbesondere der Reibbeläge der Kupplungsscheibe, wurden daher verschiedene Maßnahmen ergriffen. So wird bei aufgedrückten Reibungskupplungen die Reibungskupplung bei Überschreiten vorgegebener Temperaturgrenzen geöffnet oder geschlossen, um den Fahrer auf die Situation der Reibungskupplung aufmerksam zu machen und eine Abkühlung der Reibungskupplung zu bewirken.
Eine weitere Möglichkeit ist die Begrenzung des Motormoments, was im Extremfall zu einem Abstellen des Verbrennungsmotors führen kann. Eine Begrenzung des Motormoments erfolgt dabei – wie in der DE 197 52 276 A1 gezeigt – durch Überwachung der Drehzahl des Verbrennungsmotors in den vorgegebenen Fahrsituationen, beispielsweise während eines Anfahrvorgangs. Wird die Drehzahl überschritten, wird das Motormoment auf einen vorgegebenen Wert begrenzt und die Begrenzung bei Unterschreiten der Drehzahl wieder aufgehoben. Dies kann zu unkomfortablen Wechseln zwischen Momentenbegrenzung und deren Freigabe führen.
Aus der DE 10 2009 014 467 A1 ist eine Schutzstrategie für eine automatisierte Reibungskupplung bekannt. Hierbei wird bei schlupfender Reibungskupplung das Motormoment verringert, bis vom Fahrer ein höheres Wunschmoment angefordert wird. Es wird eine erneute Regelschleife durchfahren und der Fahrer gegebenenfalls gewarnt. Eine gezielte Senkung des Motormoments unabhängig vom Fahrerwunschmoment zum Schutz der Reibungskupplung ist dabei nicht möglich. Fordert der Fahrer beispielsweise dauernd ein höheres Fahrerwunschmoment als das abgesenkte Motormoment an, wird er zwar gewarnt falls dieses nicht umgesetzt werden kann, bei einem unter dem abgesenkten Motormoment bleibenden Fahrerwunschmoment wird dieses jedoch nicht wieder selbsttätig erhöht, so dass eine Einleitung einer Erhöhung oder Wiederherstellung des Fahrerwunschmoments bei einer plötzlichen Anforderung eines größeren Motormoments nicht sofort zur Verfügung steht. Weiterhin wird die Routine zur Begrenzung des Motormoments bei geringerem Fahrerwunschmoment als dem begrenzten Motormoment ausgesetzt und eine erneute Schlupfregelung aktiviert, die wiederum zu einer Erwärmung der Reibungskupplung mit sich verminderndem übertragbarem Kupplungsmoment führen kann.
Diesen Verfahren ist gemein, dass die Reibungskupplung, die in ihrem aktuellen Betriebszustand beispielsweise infolge einer erhöhten Betriebstemperatur, Verschmutzung und dergleichen lediglich ein beschränktes Moment gegenüber ihrem maximal übertragbaren Moment übertragen kann, durch die Überprüfung ihrer Funktionsfähigkeit zusätzlich negativ beeinflusst, teilweise weiter geschädigt wird. Um die Reibungskupplung effektiv zu schonen und nicht durch erneute Überprüfungsroutinen, die stets einen Schlupf der Reibungskupplung bedingen und deren Fehlzustand noch weiter steigern, zu vermeiden, muss daher der erkannte Fehlzustand (Fading) mit geringerem übertragbarem Moment und daher begrenztem Motormoment beibehalten werden, bis gegebenenfalls die Brennkraftmaschine stillgelegt wird. Dies ist für den Fahrer mit einem Komfortverlust verbunden, da er auf einen Teil der Leistung der Brennkraftmaschine verzichten muss, obwohl die Reibungskupplung bereits wieder ihr maximales Moment übertragen könnte.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zum Schutz einer Reibungskupplung vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten, in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung, die mittels eines von einem Steuergerät gesteuerten Aktors weggesteuert betätigt wird und bei geschlossener Reibungskupplung ein maximales Kupplungsmoment überträgt, gelöst, wobei bei einem Unterschreiten des maximalen Kupplungsmoments ein vom Verbrennungsmotor bereitgestelltes Motormoment reduziert und bei steigendem maximalem Kupplungsmoment wieder erhöht wird, indem nach einer Feststellung eines verminderten übertragbaren Kupplungsmoments das Motormoment auf einen dem verminderten übertragbaren Kupplungsmoment höchstens entsprechendes vermindertes Motormoment begrenzt und nach Ablauf eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls wieder auf das dem maximal übertragbaren Kupplungsmoment entsprechendes Motormoment erhöht wird, wobei bei einer erneuten Feststellung eines verminderten übertragbaren Kupplungsmoments das Motormoment mittels eines zweiten, längeren Zeitintervalls begrenzt wird.
Dabei wird das erste Zeitintervall so festgelegt, dass sich eine überhitzte Reibungskupplung wieder soweit abkühlen kann, dass sie ihr normales Übertragungsverhalten wieder erreicht. Ein entsprechendes Zeitintervall ist fahrzeugspezifisch, vom Klima und von der konstruktiven Auslegung des Antriebsstrangs abhängig. Als praktikable Größe hat sich beispielsweise ein Zeitintervall von 3 bis 10 Minuten als vorteilhaft erwiesen. Nach Ablauf des ersten Zeitintervalls kann das ursprüngliche oder ein erhöhtes, dem ursprünglichen Motormoment noch nicht entsprechendes Motormoment angelegt werden. Ist danach die Reibungskupplung ohne Schlupf dauerhaft betriebsbereit, kann bei noch nicht vollständig angehobenem Motormoment dieses an das ursprüngliche übertragbare Kupplungsmoment ohne Störung angeglichen werden und die Routine beendet werden. Tritt Schlupf immer noch oder erneut auf, beispielsweise bei infolge ungünstiger Umgebungsbedingungen noch nicht ausreichend abgekühlter Reibungskupplung, kann das zweite Zeitintervall die Anwendung des verminderten Motormoments fortsetzen. Das zweite Zeitintervall kann beispielsweise in etwa der doppelten Länge des ersten Zeitintervalls entsprechen und eine sichere Abkühlung der Reibungskupplung gewährleisten.
Ist nach Ablauf des zweiten Zeitintervalls die Reibungskupplung immer noch schlupfbelastet, haben Erfahrungen gezeigt, dass die Reibungskupplung gegebenenfalls einen anderen Defekt aufweist und das Motormoment wird auf ein dem verminderten übertragbaren Kupplungsmoment höchstens entsprechendes vermindertes Motormoment dauerhaft begrenzt, zumindest jedoch bis zum nächsten Stilllegen der Brennkraftmaschine. Eine entsprechende Fahrerwarnung kann ausgegeben werden. Weiterhin können Fahrerwarnungen oder zumindest Fahrerinformationen bei jeder automatisierten Änderung des Motormoments, also bei einer Einschränkung des Motormoments oder einer Aufhebung der Beschränkung akustisch, optisch und/oder in anderer, für den Fahrer wahrnehmbarer Weise, mitgeteilt werden. Um den Fahrer jedoch nicht mit derartigen Warnungen oder Hinweisen zu überfluten, werden bevorzugt nur Warnungen ausgegeben, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Betriebssicherheit aufweisen, beispielsweise wenn das Motormoment soweit zurückgenommen wird, dass Überholvorgänge nicht mehr möglich sind oder die Reibungskupplung soweit geschädigt ist, dass ein Ausfall dieser Reibungskupplung droht. Derartige Zustände können über Schwellen beispielsweise für das absolute begrenzte Motormoment, über das graduelle Verhalten des Motormoments, das Verhältnis von maximalem und abgesenktem Motormoment und/oder dergleichen festgestellt werden.
Bei der Reibungskupplung kann es sich um eine zugedrückte oder zugezogene Reibungskupplung handeln, die im entspannten Zustand geöffnet und mittels eines sich am Gehäuse abstützenden Kupplungshebels, beispielsweise einer Teller- oder Hebelfeder, zugedrückt wird. Die zugedrückte Reibungskupplung kann mit einer weiteren Reibungskupplung zu einer Doppelkupplung für ein als Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltetes Getriebe zusammengefasst sein. Alternativ kann die Reibungskupplung eine aufgedrückte oder aufgezogene Reibungskupplung sein, die im nicht vom Aktor beaufschlagten Zustand geschlossen und vom Aktor durch Anwendung einer Axialkraft geöffnet wird.
Der Aktor kann ein hydrostatisch betätigter, beispielsweise konzentrisch um die Getriebeeingangswelle angeordneter, von einem Geberzylinder betätigter Nehmerzylinder, ein über einen hydraulisch, hydrostatisch oder elektrisch betätigten Ausrückhebel von außerhalb der Kupplungsglocke betätigter Ausrücker oder ein Hebelaktor sein, bei dem mittels einer elektromotorisch bewegten Spindel eine sich zwischen einem Hebel und einer Grundplatte abstützende Rolle eine Axialverlagerung des Hebels erfolgt, der unter Zwischenschaltung eines Einrücklagers den Kupplungshebel beaufschlagt. Der Aktor wird vom Steuergerät gesteuert. Im Steuergerät können entsprechende Kupplungskennlinien oder als Formeln hinterlegte Zusammenhänge zwischen dem zurückgelegten Weg und der damit verbundenen Übertragungskapazität der Reibungskupplung vorhanden sein, die abhängig von der Temperatur der Reibungskupplung, deren Verschleißzustand und materialspezifischen Größen kalibriert und laufend adaptiert werden.
Die von dem Aktor beaufschlagten Hebelspitzen des Kupplungshebels werden axial vom Aktor verlagert, der weggesteuert die zwischen einer axial vom Kupplungshebel beaufschlagten Druckplatte und einer feststehenden Gegendruckplatte angeordneten Reibbeläge der Kupplungsscheibe in Eingriff bringt. Dabei liefert der axial zurückgelegte Weg des Aktors und damit der Hebelspitzen ein wegabhängiges Kupplungsmoment, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen Wegschwelle das maximale Kupplungsmoment erreicht wird. Sinkt infolge mangelnder Anpresskraft, eines beispielsweise durch Temperaturerhöhung verschlechterten Reibwerts oder infolge anderer Einflussfaktoren die Übertragungskapazität der Reibungskupplung und es tritt ein unerwünschter Schlupf bei Aktorwegen jenseits der Wegschwelle ein, der nicht durch eine höhere Beaufschlagung der Druckplatte mit einer Anpresskraft, die durch eine zusätzliche Wegbeaufschlagung der Hebelspitzen erfolgt, kompensiert werden kann, wird das Motormoment der Brennkraftmaschine um einen vorgebbaren Wert, der im Wesentlichen dem Haftzustand der Reibungskupplung ohne Schlupf unter diesen Bedingungen entspricht, verringert.
Hierzu wird in vorgeschlagener Weise das Motormoment abhängig von dem unerwünschten Schlupf an das noch verbleibende maximale Kupplungsmoment angepasst. In vorteilhafter Weise wird dabei der Schlupf im Steuergerät berechnet, beispielsweise aus der Differenz der Motordrehzahl und der Drehzahl der Getriebeeingangswelle der betroffenen Reibungskupplung, die auch aus der Übersetzung des Getriebes und repräsentativen Raddrehzahlen ermittelt werden kann. Vorzugsweise im Steuergerät wird eine Schlupfregelung durchgeführt. Mithilfe dieser Schlupfregelung wird auf einen Mikroschlupf von beispielsweise bis zu 50 Umdrehungen pro Minute geregelt, indem eine Kupplungsmodulation durchgeführt wird, das heißt der Aktorweg vergrößert oder verkleinert wird. Bei unzureichender Anpresskraft kann eine weitere Zustellung der Reibungskupplung durch den Aktor nicht mehr zur Verringerung des Schlupfes erfolgen. Es wird daher bei Überschreiten einer vorgegebenen Größe für den Schlupf das Motormoment für die Dauer des ersten Zeitintervalls abgesenkt. Die Größe kann dabei direkt auf das Motorsteuergerät mittels einer separaten analogen oder digitalen Leitung, über ein Datennetzwerk wie CAN-Bus oder telemetrisch übertragen und zur Steuerung der das Motormoment beeinflussenden Parameter, beispielsweise die Drosselklappenstellung, den Zündwinkel und/oder den Schließwinkel eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19752276 A1 [0004]
DE 102009014467 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer automatisierten, in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung, die mittels eines von einem Steuergerät gesteuerten Aktors weggesteuert betätigt wird und bei geschlossener Reibungskupplung ein maximales Kupplungsmoment überträgt, wobei bei einem Unterschreiten des maximalen Kupplungsmoments ein vom Verbrennungsmotor bereitgestelltes Motormoment reduziert und bei steigendem maximalem Kupplungsmoment wieder erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Feststellung eines verminderten übertragbaren Kupplungsmoments das Motormoment auf einen dem verminderten übertragbaren Kupplungsmoment höchstens entsprechendes vermindertes Motormoment begrenzt und nach Ablauf eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls wieder auf das, dem maximal übertragbaren Kupplungsmoment entsprechenden Motormoment erhöht wird, wobei bei einer erneuten Feststellung eines verminderten übertragbaren Kupplungsmoments das Motormoment für die Dauer eines zweiten Zeitintervalls begrenzt wird, das länger ist als das erste Zeitintervall.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Feststellung eines verminderten übertragbaren Kupplungsmoments nach Ablauf des zweiten Zeitintervalls das Motormoment bis zur Stilllegung der Brennkraftmaschine auf ein dem verminderten übertragbaren Kupplungsmoment höchstens entsprechendes vermindertes Motormoment begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung des Motormoments ein Fahrer des Kraftfahrzeugs informiert wird.