DE102011102391A1 - Verfahren zur Diagnose einer nicht trennenden Kupplung in einem Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer nicht trennenden Kupplung in einem Kraftfahrzeug, welche im geschlossenen Zustand eine Drehbewegung einer Antriebseinheit auf ein Getriebe weiterleitet, wobei das Getriebe die Drehbewegung an die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges führt.
- Aus der
DE 10 2009 014 469 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Doppelkupplung bekannt, bei welchem das maximale Kupplungsmoment, welches von einer Reibkupplung übertragen wird, beobachtet wird, und bei einem Abfall des maximalen Kupplungsmomentes einer Reibkupplung unter einen bestimmten Schwellwert und bei Überschreitung einer dieser Reibungskupplung zugeordneten Kupplungstemperatur ein Notlauf eingeleitet wird. Bei diesem Notlauf wird der zu der betroffenen Kupplung gehörende Teilantriebsstrang durch Öffnen der Reibkupplung deaktiviert sowie eine Änderung der Vorwahlstrategie und eine Aktivierung des anderen Teilantriebsstranges durchgeführt. Dieses Verfahren betrifft den Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges und dient dazu, das Fahrzeug in einem Notlaufbetrieb noch sicher an eines gewünschten Ort zu bringen. - Nicht nur bei Doppelkupplungen sondern auch bei Einfachkupplungen kann die Übertragung von Schleppmomenten bzw. das nicht vollständige Trennen eines Drehmomentflusses vom Antrieb zum Getriebe verschiedene Ursachen haben. Durch das nicht vollständige Trennen überträgt die Kupplung auch immer dann noch ein Drehmoment, wenn sie eigentlich durch ein entsprechendes elektrisches Signal in einem sich trennenden Zustand geschaltet sein soll. Ihre Funktion ist somit nicht mehr gegeben. Dies kann zum einen bei dem Getriebe oder bei Aktoren nicht nur zu erheblichen Schäden, sondern auch zu sicherheitskritischen Situationen führen. Mögliche Ursachen für eine mangelnde Trennung der Kupplungsscheiben sind beispielsweise eine hohe Temperatur an der Kupplung bzw. Überhitzung der Kupplung, wodurch ein Verbiegen der Kupplungsplatten oder ein Aufweiten des Kupplungsscheibenbelages hervorgerufen wird. Die mangelnde Trennung kann aber auch mechanische Ursachen haben, wobei ein Verklemmen von Fremdkörpern innerhalb der Kupplung zu Blockaden führt, was ein Nichttrennen der Kupplung hervorruft.
- Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose einer nicht trennenden Kupplung in einem Kraftfahrzeug anzugeben, bei welchem ohne großen konstruktiven Aufwand eine Fehlfunktion der Kupplung detektiert werden kann.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Raddrehzahlen der Antriebsräder auf Null geführt und ein elektrisches Signal zur Öffnung der Kupplung ausgegeben wird, wobei beim Drehen der Antriebseinheit eine Drehzahl einer, mit der Kupplung verbundenen Getriebeeingangswelle des Getriebes überwacht wird, wenn in dem Getriebe kein Gang eingelegt ist. Die Überwachung der Getriebeeingangswelle erfordert lediglich die Installation eines, der Getriebeeingangswelle gegenüberliegenden Drehzahlsensors. Dieser Drehzahlsensor liefert die von ihm detektierten Signale an ein an sich vorhandenes Getriebesteuergerät, welches einfach die Drehzahl der Getriebeeingangswelle auswertet. Somit erfolgt die Diagnose mittels an sich im Kraftfahrzeug vorhandener Komponenten. Das elektrische Öffnen der Kupplung erfolgt dabei durch ein Signal des Getriebesteuergerätes. Dieses elektrische Signal muss nicht zwingend eine mechanische Öffnung der Kupplung zur Folge haben. Die Feststellung, ob sich die beiden Kupplungsscheiben tatsächlich getrennt haben und somit auch eine mechanische Öffnung der Kupplung erfolgt ist, wird durch das Diagnoseverfahren zuverlässig detektiert.
- Vorteilhafterweise wird die Drehzahl der Getriebeeingangswelle mit einer Drehzahlschwelle verglichen, wobei bei Überschreitung der Drehzahlschwelle durch die Drehzahl der Getriebeeingangswelle eine Fehlfunktion der Kupplung erkannt wird. Grundgedanke ist hierbei, dass bei geöffneter Kupplung kein Drehmoment vom Antrieb auf das Getriebe übertragen werden kann, weshalb sich die Drehzahl der Getriebeeingangswelle bei tatsächlich mechanisch geöffneter Kupplung gegen Null bewegt oder diesen Zustand schon erreicht hat.
- In einer Ausgestaltung ist die Drehzahlschwelle frei kalibrierbar und kleiner oder gleich der Antriebsdrehzahl. In dem speziellen Fall, wo die Kupplung trotz angeblich geöffnetem Zustand die volle Antriebsdrehzahl der Antriebseinheit auf das Getriebe überträgt, kann davon ausgegangen werden, dass bei der Kupplung ein mechanischer Defekt vorliegt.
- In einer Weiterbildung wird die Temperatur der Kupplung bestimmt, welche mit einem Temperaturschwellwert verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Temperaturschwellwertes durch die Temperatur der Kupplung die Änderung der Drehzahl thermisch bedingt und bei Unterschreitung des Temperaturschwellwertes durch die Temperatur der Kupplung die Änderung Drehzahl mechanisch bedingt wird. Die Auswertung der Kupplungstemperatur erleichtert somit die Feststellung, ob es sich bei der Fehlfunktion der Kupplung um einen thermisch oder einen mechanisch bedingten Fehler handelt.
- In einer Variante wird die Kupplungstemperatur mit einem Temperatursensor gemessen. Auch bei dieser Ausgestaltung wird keine zusätzliche Hardware benötigt, da solche Sensoren an sich für andere Anwendungen bereits im Kraftfahrzeug vorhanden sind. Bei der Verwendung eines Doppelkupplungsgetriebes, wo für jede Kupplung ein Temperatursensor vorhanden ist, lässt sich das Problem einfach einer oder beiden Kupplungen zuordnen. Dementsprechend können selektive Maßnahmen zum Schutz von Getriebe und der Fahrsicherheit des Kraftfahrzeuges getroffen werden.
- Alternativ wird die Kupplungstemperatur aus einem Kupplungstemperaturmodell abgeleitet. Dieses Kupplungstemperaturmodell kann dabei der Einfachheit halber im Getriebesteuergeräte abgelegt sein.
- Vorteilhafterweise werden bei Vorliegen einer thermisch bedingten Drehzahländerung Maßnahmen zur Reduzierung der Kupplungstemperatur eingeleitet. Eine solche thermische Überlast, welche beispielsweise massive Schleppmomente der Kupplung durch ein Verbiegen der Kupplungsplatten nach sich zieht, wird z. B. durch Reduktion des Antriebsmomentes für eine begrenzte Zeit eingegrenzt. Als weitere Maßnahmen kann eine aktive Kühlung durch einen Lüfter oder die Reduktion von Schlupfzeiten beim Anfahren des Kraftfahrzeuges und beim Schalten des Getriebes eingeleitet werden.
- Ferner wird bei Vorliegen einer mechanisch bedingten Drehzahländerung ein Notlauf eingeleitet. Damit wird sichergestellt, dass das Kraftfahrzeug auch bei defekter Kupplung bzw. eingeschränkter Kupplungsfunktion eine Werkstatt erreichen kann.
- In einer Ausgestaltung wird die Diagnose bei einem Start der Antriebseinheit, vorzugsweise eines Verbrennungsmotors, oder beim Halten des Kraftfahrzeuges, insbesondere an einer Verkehrsleiteinrichtung, ausgeführt. Da sich zu diesen Zeitpunkten die Voraussetzung für die Diagnose wie Auslegen der Gänge, elektronisches Öffnen der Kupplung und Stillstand der Räder sowie Betreiben der Antriebseinheit, einfach realisieren lassen, lässt sich die Kupplungsdiagnose in kurzen Zeiträumen ausführen.
- In einer Weiterbildung wird die Diagnose nach einem Abschatten mindestens einer Antriebseinheit, insbesondere einer elektrischen Maschine, im Nachlauf eines Steuergerätes, insbesondere eines Getriebesteuergerätes, ausgeführt, wobei die elektrische Maschine insbesondere Bestandteil eines Hybridantriebes ist. Auch hier lässt sich die Funktionsweise der Kupplung kurzfristig überprüfen, um für die Weiterfahrt ausreichend Erkenntnisse über die Funktionsweise der Kupplung zu sichern.
- Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
- Es zeigt:
-
1 : schematische Darstellungen eines Antriebsstranges mit einem Doppelkupplungsgetriebe; -
2 : ein Ausführungsbeispiel für eine Routine zur Überwachung der Kupplung. - In
1 ist ein Antriebsstrang dargestellt, wie er in einem Kraftfahrzeug eines konventionellen Fahrzeuges eingesetzt wird. Dabei ist eine Antriebseinheit, welche als Verbrennungsmotor1 ausgebildet ist, über eine Antriebswelle2 mit einem Doppelkupplungsgetriebe3 verbunden. Das Doppelkupplungsgetriebe3 weist zwei Getriebestränge auf. Der erste Getriebestrang besitzt eine Kupplung4 , welche mit der Antriebswelle2 verbunden ist. Die Kupplung4 führt über eine Getriebeeingangswelle5 an ein Teilgetriebe6 , in welchem die geraden Gänge des Doppelkupplungsgetriebes3 abgelegt sind. Der zweite Getriebestrang weist ebenfalls eine zweite Kupplung7 auf, die ebenfalls mit der Antriebswelle2 verbunden ist. Über eine zweite Getriebeeingangswelle8 ist die zweite Kupplung7 mit dem zweiten Teilgetriebe9 verbunden, auf welchem die ungeraden Gänge des Doppelkupplungsgetriebes3 abgelegt sind. Beide Teilgetriebe6 und9 führen auf ein Differenzial10 , welches auf einer Fahrzeugachse11 gelagert ist, an welcher die Antriebsräder12 und13 des Kraftfahrzeuges angeordnet sind. Die Teilgetriebe6 und9 sind mit einem Getriebesteuergerät14 verbunden. An der ersten Getriebeeingangswelle5 ist ein Drehzahlgeber15 gelagert und gegenüber der zweiten Getriebeeingangswelle8 befindet sich ein zweiter Drehzahlgeber17 . An der Kupplung4 befindet sich ein Temperatursensor16 . Ein vergleichbarer Temperatursensor18 ist an der zweiten Kupplung7 gelagert, wobei die Kupplungen4 und7 ebenfalls mit dem Getriebesteuergerät14 verbunden sind. Die Drehzahlsensoren15 und17 sowie die Temperatursensoren16 und18 sind ebenfalls mit dem Getriebesteuergerät14 verbunden. - Bei dem Doppelkupplungsgetriebe
3 werden beide Getriebestränge abwechselnd durch Schließen der zugehörigen Kupplung4 bzw.7 betrieben. Während des Betriebs eines Teilgetriebes6 ,9 wird das andere für den kommenden Betrieb vorbereitet. Das heißt, dass der nächste im Fahrbetrieb wahrscheinliche Gang in einem Teilgetriebe6 vorgewählt wird, während in dem anderen Teilgetriebe9 ein Gang fest eingelegt ist, mit welchem das Fahrzeug fährt. Bei solchen Doppelkupplungsgetrieben3 handelt es sich um sogenannte automatisierte Kupplungssysteme, welche vollelektronisch arbeiten, ohne dass ein Schaltvorgang des Fahrers notwendig ist. Da die Kupplungen nicht in einem Ölbad angeordnet sind, werden diese als trockene Kupplungssysteme bezeichnet. - Mit Hilfe von
2 soll die Routine für eine Diagnose einer nicht trennenden Kupplung in einem Kraftfahrzeug an einem Beispiel erläutert werden. Im Block100 startet das Verfahren. Dabei werden die Drehzahl der Antriebsräder12 ,13 gegen Null geführt, so dass das Fahrzeug steht. Aus den jeweiligen Teilgetrieben6 und9 wird jeder Gang ausgelegt bzw. falls es sich um ein Automatikgetriebe handelt, wird die Neutralstellung eingestellt. Die Kupplungen4 und7 erhalten vom Getriebesteuergerät14 das elektronische Signal zum Öffnen. Der Verbrennungsmotor1 befindet sich im Betrieb und dreht sich. Im Block101 wird anschließend mittels der Drehzahlsensoren15 und17 die Drehzahl der jeweiligen Getriebeeingangswelle5 bzw.8 gemessen. - Danach wird im Block
102 jede Drehzahl n einzeln mit einer Drehzahlschwelle ns verglichen. ist eine Drehzahl n größer als die Drehzahlschwelle ns, wird zum Block103 übergegangen, wo die Temperatur TK der Kupplung4 ,7 , welche zu der jeweiligen Getriebeeingangswelle5 oder8 gehört, gemessen wird. Ist die Temperatur TK größer als eine Kupplungstemperaturschwelle TKS, was im Block104 überprüft wird, wird darauf geschlossen, dass die Änderung der Drehzahl n thermisch bedingt ist und Maßnahmen zur Verringerung der Temperatur TK der Kupplung4 ,7 ergriffen werden müssen. Diese Maßnahmen werden im Block105 eingeleitet und können unterschiedlichster Natur sein. So kann eine aktive Kühlung durch einen Lüfter erfolgen oder es kann das Motormoment des Verbrennungsmotors1 für eine vorgegebene begrenzte Zeit reduziert werden. Auch ist vorstellbar, dass die Schlupfzeiten beim Anfahren des Fahrzeuges und beim Schalten des Getriebes reduziert werden. - Wurde im Block
104 festgestellt, dass die Kupplungstemperatur TK kleiner ist als die Betriebstemperatur, welche beispielsweise durch die Kupplungstemperaturschwelle TKS repräsentiert wird, wird zum Block106 übergegangen, wo das Teilgetriebe6 ,9 , welches die fehlerhafte Drehzahl n gemäß Block102 aufweist, stillgelegt wird. Wird im Block102 festgestellt, dass keine der beiden Drehzahlen n der Getriebeeingangswellen5 ,8 größer ist als der Drehzahlschwellwert ns, so wird zum Start100 zurückgekehrt und die Routine von Neuem gestartet. - Durch die Verwendung von zwei Drehzahlgebern
15 und17 bzw. zwei Temperatursensoren16 und18 lässt sich das Fehlverhalten direkt jeder Kupplung4 ,7 zuordnen. Daraus folgt, dass dementsprechende selektive Maßnahmen für die betroffene fehlerhafte Kupplung4 ,7 getroffen werden können, wobei besonderen Wert auf den Schutz des Doppelkupplungsgetriebes3 und die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeuges gelegt wird. Sind beide Kupplungen4 ,7 mit einem Fehler belegt, kann generell das Schalten verhindert werden und eine entsprechende Warnmeldung in einem Display des Kraftfahrzeuges an den Fahrer ausgegeben werden. - Die erläuterte Diagnose kann bei konventionellen Fahrzeugen, wie es soeben im Zusammenhang mit dem Verbrennungsmotor
1 erläutert wurde, bei einem Motorstart durchgeführt werden, da der Start nur bei gedrückter Fußbremse möglich ist und das Fahrzeug somit steht. Alternativ kann die Diagnose beim Halten vor einer roten Ampel durchgeführt werden. Hierzu müssen, wie bereits erläutert, beide Teilgetriebe6 ,9 in eine Neutralposition geschaltet werden, wobei eine Änderung der Drehzahlen der Getriebeeingangswellen5 und8 ausgewertet wird. - In einem besonderen Fall, in dem das Fahrzeug mit einem Hybridantrieb ausgestattet ist, d. h. das Fahrzeug neben dem Verbrennungsmotor
1 noch eine elektrische Maschine aufweist, lässt sich die Diagnose vorteilhafterweise auch beim Abstellen des Kraftfahrzeuges im Nachlauf des Getriebesteuergerätes14 durchführen. Dabei werden zu diesem Zeitpunkt die Teilgetriebe6 ,9 in die Neutralposition geschaltet und die elektrische Maschine wird auf eine bestimmte Drehzahl beschleunigt. Wie bereits erläutert, wird durch die Drehzahlmessung der Getriebeeingangswellen5 bzw.8 detektiert, ob die Getriebeeingangswellen5 und8 mitgeschleppt werden. Ist dies der Fall, ist davon auszugehen, dass die Kupplung4 oder7 eine Fehlfunktion aufweist. - Die in
3 dargestellten Grafiken veranschaulichen nochmals die beiden Situationen. In3a ist ein funktionsfähiges Kupplungssystem dargestellt, während in3b ein fehlerbehaftetes Kupplungssystem gezeigt wird, bei welchem beispielsweise Schleppmomente mitgeführt werden oder eine nicht trennende Kupplung vorhanden ist. In beiden Fällen wird davon ausgegangen, dass ein fahrendes Fahrzeug abgebremst wird und die Kupplung4 ,7 geöffnet werden soll, wobei jeder Gang aus dem Doppelkupplungsgetriebe3 ausgelegt ist. Bei einem Automatikgetriebe wird die Position neutral eingeschaltet. Dies passiert zum Zeitpunkt t = neutral, wie es in den Grafiken dargestellt ist. Wurde die Kupplung4 ,7 mechanisch geöffnet, dreht der Verbrennungsmotor1 mit einer Drehzahl nM weiter und behält diese Drehzahl auch bei. Arbeitet die Kupplung4 ,7 fehlerfrei, das heißt, dass die Kupplung4 ,7 nach Erhalt des elektronisches Signals sich vollständig mechanisch öffnet, verringert sich die Drehzahl nw der Getriebeeingangswellen5 ,8 in einem sehr starken Abfall gegen Null und erreicht die Drehzahl nw = 0 schon zu einem Zeitpunkt, zu welchem sich das Fahrzeug noch bewegt und erst zum Stillstand kommt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist dabei durch die Raddrehzahl nR charakterisiert. Wie aus der3a ersichtlich ist, erreicht die Drehzahl nw der Getriebeeingangswelle5 ,8 eher den Nullpunkt als die Raddrehzahl nR und somit die Fahrzeuggeschwindigkeit. - In
3b wird nun der Fall betrachtet, dass die Getriebeeingangswelle5 ,8 durch eine nicht richtig mechanisch geöffnete Kupplung4 ,7 weiter mitgeschleppt wird. Wie ersichtlich, fällt nach Einlegen der Neutralposition des Doppelkupplungsgetriebes3 die Drehzahl nw der Getriebeeingangswelle5 ,8 nur sehr schwach ab. Die Drehzahl nw ist somit, wie bereits erläutert, größer als eine Drehzahlschwelle nS. Während die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Raddrehzahl nR nach einer gewissen Zeit den Nullpunkt erreicht, dreht sich die Getriebeeingangswelle nw immer noch mit, de der Verbrennungsmotor1 sich noch im drehenden Betrieb befindet. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Doppelkupplungsgetriebe
- 4
- Kupplung
- 5
- Getriebeeingangswelle
- 6
- Teilgetriebe
- 7
- Kupplung
- 8
- Getriebeeingangswelle
- 9
- Teilgetriebe
- 10
- Differenzial
- 11
- Achse
- 12
- Rad
- 13
- Rad
- 14
- Getriebesteuergerät
- 15
- Drehzahlsensor
- 16
- Temperatursensor
- 17
- Drehzahlsensor
- 18
- Temperatursensor
- ns
- Drehzahlschwelle
- nM
- Motordrehzahl
- nw
- Drehzahl der Getriebeeingangswelle
- nR
- Raddrehzahl
- TK
- Kupplungstemperatur
- TKS
- Kupplungstemperaturschwellwert
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009014469 A1 [0002]
Claims (10)
- Verfahren zur Diagnose einer nicht trennenden Kupplung in einem Kraftfahrzeug, welche im geschlossenen Zustand eine Drehbewegung einer Antriebseinheit (
1 ) auf ein Getriebe (3 ) weiterleitet, wobei das Getriebe (3 ) die Drehbewegung an die Antriebsräder (12 ,13 ) des Kraftfahrzeuges führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Raddrehzahlen (nR) der Antriebsräder (12 ,13 ) auf Null geführt und ein elektrisches Signal zur Öffnung der Kupplung (4 ,7 ) ausgegeben wird, wobei beim Drehen der Antriebseinheit (1 ) eine Drehzahl (nw) einer, mit der Kupplung (4 ,7 ) verbundenen Getriebeeingangswelle (5 ,8 ) des Getriebes (3 ) überwacht wird, wenn in dem Getriebe (3 ) kein Gang eingelegt ist. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (nw) der Getriebeeingangswelle (
5 ,8 ) mit einer Drehzahlschwelle (ns) verglichen wird, wobei bei Überschreitung der Drehzahlschwelle (ns) durch die Drehzahl (nw) der Getriebeeingangswelle (5 ,8 ) eine Fehlfunktion der Kupplung (4 ,7 ) erkannt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlschwelle (ns) frei kalibrierbar ist und kleiner oder gleich der Antriebsdrehzahl ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (TK) der Kupplung (
4 ,7 ) bestimmt wird, welche mit einem Temperaturschwellwert (TKS) verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Temperaturschwellwertes (TKS) durch die Temperatur (TK) der Kupplung (4 ,7 ) die Änderung der Drehzahl (nw) thermisch bedingt, und bei Unterschreitung des Temperaturschwellwertes (TKS) durch die Temperatur (TK) der Kupplung (4 ,7 ) die Änderung der Drehzahl mechanisch bedingt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungstemperatur (TK) mit einem Temperatursensor (
16 ,18 ) gemessen wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungstemperatur (TK) aus einem Kupplungstemperaturmodell abgeleitet wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer thermisch bedingten Drehzahländerung Maßnahmen zur Reduzierung der Kupplungstemperatur (TK) eingeleitet werden.
- Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer mechanisch bedingten Drehzahländerung ein Notlauf eingeleitet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnose bei einem Start der Antriebseinheit (
1 ), vorzugsweise eines Verbrennungsmotors, oder beim Halten des Kraftfahrzeuges, insbesondere an einer Verkehrsleiteinrichtung, ausgeführt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnose nach einem Abstellen mindestens einer Antriebseinheit (
1 ), insbesondere einer elektrischen Maschine, im Nachlauf eines Steuergerätes (14 ), insbesondere eines Getriebesteuergerätes, ausgeführt wird, wobei die elektrische Maschine insbesondere Bestandteil eines Hybridantriebes ist.
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