DE102011103774A1

DE102011103774A1 - Verfahren zum Ansteuern einer automatischen Kupplung

Info

Publication number: DE102011103774A1
Application number: DE102011103774A
Authority: DE
Inventors: Markus Baehr; Jürgen Eich
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2011-12-29
Also published as: CN102971548B; CN102971548A; DE112011102159A5; WO2012000473A1; DE112011102159B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer automatisierten Kupplung, die über einen hydrostatischen Aktor betätigt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Lastsignal des hydrostatischen Aktors verwendet wird, um eine Schnüffelposition eines Kupplungsgebers zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer automatisierten Kupplung, die über einen hydrostatischen Aktor betätigt wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 009 145 A1 ist ein Kupplungssystem mit einem hydrostatischen Kupplungsausrücksystem bekannt, wobei das Druckverhalten des hydrostatischen Kupplungsausrücksystems ausgewertet wird, um Abweichungen der Öffnung und Lage einer Verbindungsöffnung zu einem Nachlaufbehälter festzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Ansteuerqualität einer automatisierten Kupplung, die über einen hydrostatischen Aktor betätigt wird, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Ansteuern einer automatisierten Kupplung, die über einen hydrostatischen Aktor betätigt wird, dadurch gelöst, dass ein Lastsignal des hydrostatischen Aktors verwendet wird, um eine Schnüffelposition eines Kupplungsgebers zu ermitteln. Als Schnüffelposition wird eine Geberposition bezeichnet, an der eine Verbindungsöffnung zu einem Vorratsbehälter oder Ausgleichsbehälter durch einen Geberkolben geschlossen wird. Die Verbindungsöffnung ist in einem Geberzylinder vorgesehen und wird auch als Schnüffelöffnung oder Schnüffelbohrung bezeichnet. Die Schnüffelöffnung kann auch als Schnüffelnut ausgeführt sein. Eine Verschiebung der Schnüffelposition auf dem Geberweg führt zu einer Verschiebung einer Kupplungskennlinie über dem Geberweg. Derartige Verschiebungen können aus einer thermischen Ausdehnung unterschiedliche Aktorbauteile resultieren. Darüber hinaus unterliegt eine Dichtungsposition im Kupplungsgeber einem gewissen Spiel, das in Betrieb der Kupplung zu unterschiedlichen Schnüffelpositionen führen kann. Durch das Erkennen der aktuellen Schnüffelposition am Ende eines Schnüffelvorgangs kann die Ansteuerung der Kupplung verbessert werden. Als Lastsignal kann zum Beispiel ein Drucksignal oder ein Kraftsignal, insbesondere ein Spindelkraftsignal, des hydrostatischen Aktors verwendet werden. Die Aktorlast kann zum Beispiel mit einem Spindelkraftsensor, einem Spindel-Lastmomentsensor oder einem Motorstromsignal eines Aktormotors ermittelt werden. Darüber hinaus kann eine Aktormotordrehzahl bei einer Ansteuerung mit konstanter Spannung gemessen werden, um die Aktorlast zu ermitteln. Mit Hilfe der Schnüffelposition können auch das Spiel der Dichtung, das thermische Verhalten des Aktors und die Wegerfassung optimiert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Lastsignal ein Drucksignal des hydrostatischen Aktors verwendet wird. Das Drucksignal wird zum Beispiel durch einen Drucksensor erfasst. Der Drucksensor wird zum Beispiel mit dem Druck einer hydraulischen Strecke beaufschlagt, die einen Kupplungsgeber mit einem Kupplungsnehmer verbindet. Mit dem Drucksensor wird vorzugsweise der Druck des Kupplungsgebers erfasst.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Schnüffelposition als Referenzposition bei der Ermittlung des Betätigungswegs der Kupplung beziehungsweise des hydrostatischen Aktors verwendet wird. Bei einer Bewegung des Geberkolbens in Betätigungsrichtung wird die Verbindungsöffnung oder Schnüffelöffnung der aktuellen Schnüffelposition geschlossen. Sowie die Schnüffelöffnung geschlossen ist, erfolgt bei einer weiteren Bewegung des Geberkolbens der Druckaufbau in der Hydrostatik.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal des hydrostatischen Aktors bei einer Bewegung eines Geberkolbens mit einer definierten Geschwindigkeit erfasst wird. Für die Ermittlung der Schnüffelposition ist es günstig, wenn bei allen Messungen dieselbe Geberkolbengeschwindigkeit verwendet wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein einfacher Lastschwellwert verwendet wird, um die Schnüffelposition des Kupplungsgebers zu ermitteln. Die Verwendung eines einfachen Lastschwellwerts reicht insbesondere bei einem gut lokalisierten Druckanstieg und einem nicht zu stark verrauschten Signal aus, um die Schnüffelposition genau genug zu ermitteln.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal des hydrostatischen Aktors gefiltert wird. Bei schlechten Lastsignalen, zum Beispiel mit viel Rauschen beziehungsweise einer eher geringen Auflösung, kann es erforderlich sein, speziell optimierte digitale Filter zum Erkennen einer Druckstufe an der Schnüffelposition zu verwenden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal des hydrostatischen Aktors einer Tiefpassfilterung unterzogen wird. Solange das Rauschen auf dem Lastsignal nicht zu groß ist, reicht eine Tiefpassfilterung aus, um die Schnüffelposition mit ausreichender Qualität zu ermitteln.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteigen des Lastsignals vor einem vollständigen Schließen einer Schnüffelöffnung ausgewertet wird, um eine effektive Schnüffelposition zu ermitteln. Durch das Auswerten des Druckanstiegs kann eine fluideigenschaftsbedingte Verschiebung der effektiven Schnüffelposition ermittelt und für die Ansteuerung der Kupplung kompensiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuelle Schnüffelposition ermittelt wird, die einen konstanten Abstand zu einer realen Schnüffelposition aufweist. Wenn sich die ermittelte Schnüffelposition immer in der gleichen Distanz zu der realen Schnüffelposition befindet, dann reicht es aus, die virtuelle Schnüffelposition zu ermitteln. Ein erhöhter Aufwand zum Ermitteln der physikalisch exakten Schnüffelposition muss dann nicht betrieben werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung über den hydrostatischen Aktor sowie einen Geberzylinder und einen Nehmerzylinder direkt betätigt wird. Bei der Kupplung handelt es sich vorzugsweise um eine direkt betätigte beziehungsweise zugedrückte Kupplung. Die Kupplung ist vorzugsweise als trockene Reibungskupplung ausgeführt, kann aber auch als nasslaufende Kupplung, zum Beispiel in Lamellenbauweise, ausgeführt sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 ein Kupplungsbetätigungssystem zur Betätigung einer automatisierten Reibungskupplung;
2 zwei kartesische Koordinatendiagramme, in denen der Nehmerweg eines Nehmerkolbens und der Druck eines Geberzylinders jeweils über dem Geberweg aufgetragen sind und
3 ein kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem ein Druckanstieg bei verschiedenen Viskositäten über dem Geberweg aufgetragen ist.
In 1 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 1 für eine automatisierte Kupplung 10, insbesondere eine automatisierte Doppelkupplung 10, vereinfacht dargestellt. Das Kupplungsbetätigungssystem 1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der als Reibungskupplung ausgeführten Kupplung 10 zugeordnet und umfasst einen Geberzylinder 4, der über eine auch als Druckleitung bezeichnete Hydraulikleitung 5 mit einem Nehmerzylinder 6 verbunden ist. In dem Nehmerzylinder 6 ist ein Nehmerkolben 7 hin und her bewegbar, der über ein Betätigungsorgan und vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Lagers die Kupplung 10 direkt betätigt.
Der Geberzylinder 4 ist über eine Verbindungsöffnung, die auch als Schnüffelöffnung bezeichnet wird, mit einem Ausgleichbehälter 12 verbindbar. In dem Geberzylinder 4 ist ein Geberkolben 14 hin und her bewegbar. Der Geberzylinder 4, die Hydraulikleitung 5, der Nehmerzylinder 6, der Nehmerkolben 7 und der Geberkolben 14 stellen Teile eines hydrostatischen Aktors 19 dar, der über einen elektromotorischen Stellantrieb 20 antreibbar ist, der auch als Aktorantrieb bezeichnet wird. Der Stellantrieb 20 umfasst einen Aktormotor, der über ein Aktorgetriebe 24 mit dem Geberkolben 14 gekoppelt ist. Über das Aktorgetriebe 24 wird eine Antriebsdrehbewegung des Aktormotors in eine Längsbewegung oder translatorische Bewegung des Geberkolbens 14 umgewandelt.
Der hydraulische Druck in der hydraulischen oder hydrostatischen Strecke, die den Geberzylinder 4, die Hydraulikleitung 5 und den Nehmerzylinder 6 umfasst, wird mittels eines Drucksensors 30 erfasst, der an der Hydraulikleitung 5 angebracht ist. Der Drucksensor 30 liefert ein Drucksignal, das auch als Aktordrucksignal bezeichnet wird.
In 1 ist durch Pfeile 41 und 45 angedeutet, dass das Drucksignal des Drucksensors 30 in einer Aktorsteuerung 40 ausgewertet wird. Die Aktorsteuerung 40 umfasst ein Aktorsteuergerät, das zum Beispiel zur Lageregelung und Überwachung der Kupplung 10 dient. Durch weitere Pfeile 42 und 43 ist angedeutet, dass das ermittelte Drucksignal zur weiteren Verarbeitung an eine Triebstrangsteuerung 50 weitergeleitet wird.
In hydrostatischen Kupplungsaktoren ist es erforderlich, einen Volumenausgleich des in der Hydrostatik abgeschlossenen Volumens zu sorgen. Dies wird über das Öffnen der Verbindung mit dem Vorratsbehälter 12 erreicht. Dabei wird der Geberkolben 14 in 1 soweit nach oben bewegt, bis die Verbindungsöffnung oder Schnüffelöffnung freigegeben wird. Damit stellt sich im Inneren der Hydrostatik der Umgebungsdruck ein und die Aktorik wird kraftfrei. Gleichzeitig nimmt der Nehmerkolben 7 eine Anschlagposition bei minimalem Nehmerweg ein.
Zum Betätigen der Kupplung wird der Geberkolben 14 in 1 nach unten bewegt, um Druck aufzubauen. Allerdings wird der Nehmerkolben 7 seine Anschlagposition bei minimalem Nehmerweg erst verlassen, wenn die Verbindungsöffnung im Geberzylinder 4 durch den Geberkolben 14 geschlossen wird. Der Vorgang des Volumenausgleichs wird auch als Schnüffeln bezeichnet.
Für die Ansteuerung einer gewünschten Nehmerkolbenposition ist es erforderlich, auch die Geberposition, an der die Verbindung zum Vorratsbehälter 12 geschlossen wird, zu kennen. Diese Geberposition wird auch als Schnüffelposition bezeichnet.
Bei der Ansteuerung einer direkt betätigten, zugedrückten Kupplung oder bei der Ansteuerung von Nasskupplungen kann eine betriebsbedingte Veränderung der Schnüffelposition zu signifikanten Verschiebungen des Kupplungskennfelds führen. Das kann zu deutlichen Beeinträchtigungen des Fahrkomforts führen. Daher wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitgestellt, um die aktuelle Schnüffelposition am Ende eines Schnüffelvorgangs zu ermitteln beziehungsweise zu erkennen. Die ermittelte Schnüffelposition kann dann als Referenzposition bei der Ermittlung des Betätigungswegs, insbesondere des Einrückwegs, der Kupplungsaktorik verwendet werden.
In 2 sind übereinander zwei kartesische Koordinatendiagramme 60, 70 dargestellt, die jeweils eine x-Achse 61; 71 und eine y-Achse 62; 72 aufweisen. In dem Koordinatendiagramm 60 ist der Nehmerweg über dem Geberweg in Form einer Kennlinie 65 aufgetragen. In dem Koordinatendiagramm 70 ist der durch den Drucksensor 30 in 1 erfasste Druck in Form einer Kennlinie 75 über dem Geberweg aufgetragen. Die Schnüffelposition ist in den beiden Diagrammen 60 und 70 durch eine gestrichelte Linie 68 angedeutet.
Bei einer Bewegung des Geberkolbens in Betätigungsrichtung wird die Schnüffelöffnung an der aktuellen Schnüffelposition geschlossen. Sowie die Schnüffelöffnung geschlossen ist, erfolgt bei einer weiteren Bewegung des Geberkolbens der Druckaufbau in der Hydrostatik. Die genaue Form des Übergangs vom druckfreien Zustand zum Zustand, in dem der Druck eindeutig durch die Einrückkraft am Nehmer bestimmt ist, hängt dabei von den Elastizitäten innerhalb des Betätigungssystems, insbesondere Einrücksystems, ab. Speziell die Volumenaufnahme der Hydrostatik und die Anschlagsteifigkeit am Nehmerkolben beeinflussen dieses Verhalten.
Dieser Einfluss und auch die Eigenschaften des verwendeten Drucksensors (30 in 1), insbesondere im Hinblick auf Auflösung, Rauschen und Dynamik, beeinflussen die Anforderungen an die Auswertung des Drucksignals des Drucksensors. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, die physikalisch exakte Schnüffelposition zu ermitteln. Es genügt, wenn die ermittelte Schnüffelposition immer in der gleichen Distanz zu einer realen Schnüffelposition gefunden wird. Für die Ermittlung der Schnüffelposition ist es daher günstig, wenn bei allen Messungen die gleiche Geberkolbengeschwindigkeit verwendet wird.
Bei einem gut lokalisierten Druckanstieg und einem nicht stark verrauschten Drucksignal kann ein einfacher Druckschwellwert zur Ermittlung der Schnüffelposition verwendet werden. Solange ein Rauschen auf dem Drucksignal nicht zu groß ist, kann eine Tiefpassfilterung des Drucksignals hilfreich sein. Bei noch schlechteren Signalen, insbesondere im Hinblick auf Rauschen und Auflösung, kann es erforderlich sein, spezielle optimierte digitale Filter zum Erkennen der Druckstufe zu verwenden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich bei einer Betrachtung der Vorgänge beim Schließen der Schnüffelöffnung gezeigt, dass auch bei niedrigen Geberkolbengeschwindigkeiten zum Zeitpunkt des Schließens die Hydrodynamik des Fluids in der hydraulischen Strecke einen nicht vernachlässigbaren Einfluss hat. Beim Schließen wird durch die konstante Bewegung des Geberkolbens ein konstanter Volumenstrom des Fluids aus dem Geberzylinder geschoben.
Dabei wird der Schnüffelöffnungsquerschnitt immer kleiner, so dass sich hier zunehmende Strömungsverluste ergeben. Dadurch steigt der Druck in der Hydrostatik bereits an, bevor die Schnüffelöffnung vollständig geschlossen ist. Das kann dazu führen, dass sich die Schnüffelposition in Richtung kleinerer Geberpositionen verschiebt. Die Größe dieser Verschiebung hängt neben der Geberkolbengeschwindigkeit auch von temperaturabhängigen Eigenschaften des Fluids, wie der Viskosität und der Dichte, ab.
In 3 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm 80 mit einer x-Achse 81 und einer y-Achse 82 dargestellt. In dem Diagramm 80 ist der mit dem Drucksensor (30 in 1) erfasste Druck in Form einer Kennlinie 85 über dem Geberweg beziehungsweise der Bewegungszeit aufgetragen. Die Kennlinie 85 zeigt den Verlauf des Druckanstiegs bei einem Fluid mit einer idealen Viskosität. Durch eine gestrichelte Kennlinie ist der Verlauf des Druckanstiegs bei einem Fluid mit einer eher großen Viskosität angedeutet. Durch eine punktierte Kennlinie ist der Verlauf des Druckanstiegs bei einem Fluid mit einer eher kleinen Viskosität angedeutet. Durch das Auswerten des Druckanstiegs kann eine fluideigenschaftsabhängige Verschiebung der effektiven Schnüffelposition ermittelt und für die Ansteuerung der Kupplung kompensiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsbetätigungssystem
4: Geberzylinder
5: Hydraulikleitung
6: Nehmerzylinder
7: Nehmerkolben
10: Kupplung
12: Ausgleichsbehälter
14: Geberkolben
19: Aktor
20: elektromotorischer Stellantrieb
24: Aktorgetriebe
30: Drucksensor
40: Aktorsteuerung
41: Pfeil
42: Pfeil
43: Pfeil
45: Pfeil
50: Triebstrangsteuerung
60: kartesisches Koordinatendiagramm
61: x-Achse
62: y-Achse
65: Kennlinie
68: Schnüffelposition
70: kartesisches Koordinatendiagramm
71: x-Achse
72: y-Achse
75: Kennlinie
80: kartesisches Koordinatendiagramm
81: x-Achse
82: y-Achse
85: Kennlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009009145 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer automatisierten Kupplung (10), die über einen hydrostatischen Aktor (19) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lastsignal des hydrostatischen Aktors (19) verwendet wird, um eine Schnüffelposition eines Kupplungsgebers zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lastsignal ein Drucksignal des hydrostatischen Aktors (19) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Schnüffelposition als Referenzposition bei der Ermittlung des Betätigungswegs der Kupplung (10) beziehungsweise des hydrostatischen Aktors (19) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal des hydrostatischen Aktors (19) bei einer Bewegung eines Geberkolbens (14) mit einer definierten Geschwindigkeit erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einfacher Lastschwellwert verwendet wird, um die Schnüffelposition des Kupplungsgebers zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal des hydrostatischen Aktors (19) gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal des hydrostatischen Aktors (19) einer Tiefpassfilterung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteigen des Lastsignals vor einem vollständigen Schließen einer Schnüffelöffnung ausgewertet wird, um eine effektive Schnüffelposition zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuelle Schnüffelposition ermittelt wird, die einen konstanten Abstand zu einer realen Schnüffelposition aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (10) über den hydrostatischen Aktor (19) sowie einen Geberzylinder (4) und einen Nehmerzylinder (6) direkt betätigt wird.