DE102012001198B4 - Approximation und Invertierung einer Kupplungskennlinie von Kraftfahrzeugkupplungen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie zur automatisierten Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung, indemder Schließvorgang der Kraftfahrzeugkupplung in mehrere Phasen unterteilt wird,wobei in einer ersten Phase eine Überwindung der Rückstellfedern und in wenigstens einer weiteren Phase eine Überwindung der Reibbelagfedern und / oder ein Zusammenpressen von wenigstens einem Lamellenpaar erfolgt,wenigstens ein Parameter der Kupplungskennlinie ermittelt wird, wobei der Parameter eine geometrische Abmessung und / oder einen Reibbeiwert und / oder eine Federkonstante umfasst und die Kupplungskennlinie der Formfolgt, wobeiM das statisch übertragbare Drehmoment,s die Stellgröße,θdas Produkt aus Kupplungskonstante und Federkonstante beziehungsweise hydraulisch effektive Fläche,θden Offsetwert für die Stellgröße zum Zusammendrücken der Rückstellfeder,θden Offsetwert für die Stellgröße zum Zusammendrücken der Reibbeläge oder des Lamellenpaketes undθein Maß für die Federsteifigkeit der Reibbelagfederung oder des Lamellenpaketes definiert, undzur Bestimmung einer erforderlichen Stellgröße in Abhängigkeit eines gewünschten, statisch übertragbaren Drehmomentes eine analytische Invertierung der Kupplungskennlinie verwendet wird.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Approximation und Invertierung einer Kupplungskennlinie von Kraftfahrzeugkupplungen.
• Stand der Technik
• Zur Steuerung von automatisierten Kraftfahrzeugkupplungen werden Kupplungskennlinien verwendet. Eine Kupplungskennlinie beschreibt den Zusammenhang zwischen einer Stellgröße und einem stationär über die Kupplung übertragbaren Drehmoment. Je nach Art der Kupplung kann es sich bei der Stellgröße um einen Betätigungsweg oder auch um einen Betätigungsdruck handeln.
• Die Kupplungskennlinie unterliegt dauerhaften statischen Änderungen, welche sich durch den fortwährenden Verschleiß der Kupplung, insbesondere der Reibflächen und weiterer Systemkomponenten ergeben. Auch während des Fahrbetriebs ergeben sich durch die Änderung von Temperaturen der Kupplung dynamische temporäre Änderungen in der Kupplungskennlinie.
• Durch geeignete Verfahren wird deshalb versucht, Änderungen in der Kupplungskennlinie zu erfassen und die Kupplungskennlinie entsprechend zu korrigieren. Aus dem Stand der Technik sind bereits einige Verfahren zur Adaption einer Kupplungskennlinie bekannt.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 103 08 517 A1 geht ein Verfahren zur Kupplungskennlinienadaption eines automatisierten Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeugs hervor, bei welchem die Kupplungskennlinie der Kupplung des passiven Getriebestrangs während des Fahrbetriebs adaptiert wird. Dazu wird eine Synchronisiereinrichtung auf dem freien Getriebestrang verwendet, um eine Kupplungsstellgröße mit einer Synchronisierstellgröße abzugleichen.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 199 31 160 A1 geht ein Verfahren zur Kupplungskennlinienadaption eines automatisierten Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges hervor, bei welchem die Kupplungskennlinie der Kupplung des passiven Getriebestrangs während des Fahrbetriebs adaptiert wird. Dazu wird eine Änderungsgeschwindigkeit während des Angleichens einer Drehzahldifferenz zwischen Kupplungseingangswelle und Kupplungsausgangswelle beziehungsweise der freien Getriebeeingangswelle bei einer bestimmten Kupplungsstellkraft ermittelt.
• Aus der Patentanmeldung DE 199 28 538 A1 ist vorbekannt, eine Kennlinie zur Regelung einer automatisierten Kupplung zu approximieren. Es wird dabei der Zusammenhang einer Stellgröße, des Betätigungsstroms des Steuerventils, zu einer Regelgröße, dem sich aus der Einstellung des Regelventils ergebenden Druckverlaufes, approximiert. Aus dem Verlauf der Regelgröße wird die für die Betätigung der Kupplung charakteristische Ventilkennlinie des Steuerstromes als Funktion des Druckes ermittelt.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 054 257 A1 geht ein Verfahren zum Ermitteln des Übersprechverhaltens eines Doppelkupplungssystems mit zwei Teilkupplungen hervor. Es wird angeführt, dass die Betätigung einer der Teilkupplungen das übertragbare Drehmoment der anderen Teilkupplung beeinflusst. Für die Ermittlung des Übersprechverhaltens wird ein Tastpunkt oder Änderungen des Tastpunkts und / oder ein Reibwert oder Änderungen des Reibwerts mindestens einer der beiden sich gegenseitig beeinflussenden Teilkupplungen berücksichtigt.
• Aus der deutschen Übersetzung der europäischen Patentschrift DE 60 2004 005 077 T2 geht eine gesteuerte Vorrichtung hervor, welche eine zwischen einem Motor und einem Getriebe angebrachte Kupplung, eine Kupplungsbetätigungseinrichtung und Steuermodule umfasst. Darin ist ein Modul zur Überwachung der Kraftübertragung, ein Modul zur Steuerung der Kupplung und ein Modul zur Steuerung der Betätigungseinrichtung enthalten. Die Vorrichtung dient dazu, die Kupplung linear nach dem Drehmoment zu steuern. Die Abweichungen der verschiedenen Komponenten der Kraftübertragung des Fahrzeugs werden in Kaskadenanordnung durch die mehreren Steuermodule ausgeglichen, indem Veränderungen gemessen oder geschätzt werden und das übertragbare Drehmoment korrigiert wird.
• Die Offenlegungsschrift DE 100 45 757 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb einer Kupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und zumindest einem Antriebsrad eines Fahrzeugs. Das zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Antriebsrad übertragene Moment wird durch Zusammenpressen der Kupplung mit einer Anpresskraft oder einem Anpressdruck bewirkt, wobei die Anpresskraft oder der Anpressdruck in Abhängigkeit eines Kupplungsschlupfes und eines Soll-Kupplungsschlupfes geregelt wird.
• Die Offenlegungsschrift DE 100 60 642 A1 beschreibt eine Steuerung für eine automatisch betätigte Kupplung. Die zwischen einem Motor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordnete Kupplung wird durch einen Kupplungsaktuator ein- und ausgerückt. Die Lage des Kupplungsaktuators wird von einem Lageregelkreis gesteuert, indem eine Drehzahldifferenz zwischen Motor und Getriebe durch Anpassung der Sollposition der Kupplung reduziert wird. Durch eine Störgrößenaufschaltung werden Änderungen des Motormoments beim Ein- und Auskuppeln berücksichtigt.
• Durch die aus dem Stand der Technik hervorgehenden abstrakten Beschreibungsformen der Kupplungskennlinien ist keine Information über die Änderungsursachen der Kupplungskennlinie verfügbar. Diese Kennlinienapproximationen ermöglichen lediglich eine Adaption der Form der Kupplungskennlinie, welche beispielsweise als Polynom definiert ist. Bei der Kennlinienapproximation durch ein Polynom werden die Polynomkoeffizienten geschätzt, wobei dies zu physikalisch inkorrekten Zusammenhängen führen kann. Dadurch sind zusätzliche Verfahren zur Plausibilisierung der adaptierten Kupplungskennlinie notwendig.
• Aufgabe der Erfindung
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie von Kraftfahrzeugkupplungen und deren Invertierung zu schaffen, bei dem physikalische Vorgänge während der Schließphase von Kupplungen zu Grunde gelegt werden.
• Lösung der Aufgabe
• Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
• Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie von Kraftfahrzeugkupplungen und deren analytische Invertierung bereit. Schaltbare Kupplungen in Kraftfahrzeugen sind vorzugsweise als Reibkupplungen ausgeführt, welche in spezieller Weise als Trockenkupplungen oder Nasskupplungen ausgeführt und entweder manuell oder automatisch betätigt werden. Bei dem Verfahren werden physikalische Vorgänge während der Schließphase von Kupplungen zu Grunde gelegt. Sind entsprechende Eigenschaften der Kupplung bekannt, so können diese Informationen direkt einfließen, indem bestimmte Parameter als konstante Werte definiert werden und nicht adaptiert werden müssen. Der physikalische Ansatz definiert sich durch die Verwendung von Eigenschaften der Kupplung, wie geometrische Abmessungen, Reibbeiwerte, Federkonstanten und so weiter.
• Durch die entwickelte Approximation der Kupplungskennlinie ist ebenfalls eine analytische Invertierung der Kennlinie möglich, so dass einerseits ein über die Kupplung übertragbares Drehmoment in Abhängigkeit einer Stellgröße oder bei einer Invertierung der Kupplungskennlinie die Stellgröße in Abhängigkeit des vorgegebenen, übertragbaren Drehmomentes analytisch berechnet werden kann.
• Die Kupplungskennlinie bildet den Zusammenhang zwischen der Stellgröße und dem übertragbaren Drehmoment ab, wobei die dynamischen Änderungen von Temperaturen, Drehzahldifferenzen zwischen den Kupplungsscheiben beziehungsweise Reibbelägen und so weiter nicht mit betrachtet werden. Deshalb ergibt sich ein einfacher Ansatz für die Kupplungskennlinie, wobei sich das stationär übertragbare Drehmoment der Kupplung aus einer Anpresskraft, aus einem Reibbeiwert der Reibbeläge, dem mittleren Reibradius und der Anzahl der Reibflächen ergibt. Die Eigenschaften der Kupplung und deren Reibbeläge, wie Reibbeiwert der Reibbeläge, den mittleren Reibradius und der Anzahl der Reibflächen, sind konstant und können zu einer Kupplungskonstante zusammengefasst werden. Somit ergibt sich eine Kupplungskennlinie, mit welcher ein stationär übertragbares Drehmoment aus einer Anpresskraft und der Kupplungskonstante ermittelt wird.
• Die stationäre Kupplungskennlinie gilt sowohl für Trockenkupplungen als auch für Nasskupplungen, wobei dynamische Kräfte nicht betrachtet werden. Das stationär übertragbare Kupplungsmoment ist direkt proportional zur Anpresskraft, welche durch die Stellgröße erzeugt wird.
• Herkömmliche Trockenkupplungen sind wenigstens aus einer Druckplatte, einer Kupplungsscheibe und einer Gegenplatte aufgebaut. Auf der Kupplungsscheibe sind beidseitig je ein Reibbelag angeordnet, welche über wenigstens eine Reibbelagfeder zueinander axial gefedert sind. Die Druckplatte wird mittels wenigstens einer Kupplungsfeder und beispielsweise einem Ausrücker als Betätigungselement betätigt. Die Kupplungsfeder der Druckplatte kann beispielsweise aus mehreren einzelnen Schraubenfedern oder auch aus wenigstens einer Tellerfeder gebildet sein. Für einen automatisierten Kupplungsvorgang wird die Druckplatte aus einem geöffneten Kupplungszustand über die Kupplungsfeder mittels einer Stellwegvorgabe für den Ausrücker in einen geschlossenen Kupplungszustand überführt. Dazu bewegt sich die Druckplatte zunächst in Richtung der Kupplungsscheibe, bis der Reibbelag der Kupplungsscheibe berührt wird. Die Kupplungsscheibe berührt dann mit dem weiteren Reibbelag die, mit der Antriebsseite verbundene Gegenplatte. Die Druckplatte muss dafür auch die Federkraft einer Rückstellfeder überwinden. Die Kupplungsscheibe befindet sich also über die jeweilige Reibfläche mit der Gegenplatte und der Druckplatte in Kontakt, wobei eine Übertragung von Drehmoment erfolgt. Die Druckplatte wird entsprechend einer Vorgabe des Stellweges weiter bewegt, so dass die Reibbelagfeder weiter zusammengedrückt wird. Damit ist die Kupplungsscheibe zwischen der Druckplatte und der Gegenplatte eingeklemmt. Durch eine weitere Betätigung des Ausrückers wird die Anpresskraft weiter erhöht. Durch den Stellweg des Ausrückers wird die Anpresskraft, dementsprechend die Reibkraft und somit das statisch übertragbare Drehmoment bestimmt.
• Herkömmliche Nasskupplungen sind als Lamellenkupplungen ausgeführt, wobei die Reibbeläge der einzelnen Lamellen beziehungsweise Reibscheiben mit Öl gekühlt werden. Im Allgemeinen sind mehrere Lamellen entweder der Eingangsseite oder der Ausgangsseite der Kupplung zugeordnet und wechselnd in einem Lamellenkorb als Lamellenpaket aufgenommen. Für eine automatisierte Betätigung wird die Nasskupplung mittels eines hydraulisch angetriebenen Kupplungskolbens von einem geöffneten Kupplungszustand in einen geschlossenen Kupplungszustand überführt. Die Stellgröße wird hier als Vorgabe eines Stelldrucks realisiert. Dazu bewegt sich der Kupplungskolben in Richtung des Lamellenpaketes, bis der erste Reibbelag einer nächstliegenden Lamelle berührt wird und daraufhin die Lamellen in Kontakt gebracht werden. Ab diesem Punkt beginnt die reibkraftbasierte Momentübertragung. Der Kupplungskolben muss zunächst die Federkraft einer Rückstellfeder überwinden. Der Kupplungskolben wird entsprechend einer Vorgabe des Stelldrucks weiter bewegt, wodurch zunächst das Lamellenpaket zusammengedrückt wird. Entsprechend der Ausführung wird das Lamellenpaket unterschiedlich stark zusammengedrückt. Ist das Lamellenpakete beispielsweise mit Wellfedern ausgestattet, erfolgt eine deutlich größere Zusammendrückung als bei Lamellenpaketen ohne Wellfedern. Weitere Ursachen können beispielsweise Fertigungsungenauigkeiten oder vorhandene Welligkeiten der Lamellen darstellen. Außerdem wird das zwischen den Lamellen befindliche Öl während der Druckerhöhung herausgepresst, was sich auch auf die Zusammendrückung des Lamellenpaketes auswirkt. Nach der Zusammendruckung des Lamellenpakets wird, durch eine weitere Betätigung des Kupplungskolbens, die Anpresskraft entsprechend der Vorgabe des Stelldrucks erhöht. Durch den Stelldruck des Kupplungskolbens wird die Anpresskraft, dementsprechend die Reibkraft und somit das statisch übertragbare Drehmoment bestimmt.
• Der Schließvorgang der Trockenkupplung als auch der Nasskupplung lässt sich somit in unterschiedliche Phasen aufteilen, welche durch die Kupplungskennlinie abgebildet werden müssen. Bis eine Anpresskraft in den Reibbelägen oder Reibscheiben erzeugt werden kann, muss zunächst ein Reibkontakt hergestellt werden. Dazu muss die Kraft einer Rückstellfeder, sowie sonstige Gegenkräfte überwunden werden, indem die Höhe der Stellgröße so gewählt wird, dass die Stellkraft sämtliche Gegenkräfte aufhebt. Dieser Ablauf stellt die erste Phase des Schließvorganges der betrachteten Kupplungen dar. Für das Zusammenpressen der Reibflächen beziehungsweise des Lamellenpaketes muss wiederum die Reibbelagfeder das Lamellenpakets zusammengedrückt werden. In der zweiten Phase befinden sich die Reibflächen bereits in Kontakt, wobei eine Drehmomentübertragung stattfindet. Gleichzeitig erfolgt jedoch die Zusammendrückung und die Kupplungskennlinie weist einen nichtlinearen Verlauf auf. Ist die Reibbelagfeder beziehungsweise das Lamellenpaket vollständig zusammengedrückt, beginnt die dritte Phase des Schließvorganges in welcher der Anstieg des übertragbaren Kupplungsmoments als proportional zur Stellgröße angenommen wird.
• Eine für die Generierung der Anpresskraft effektive Stellgröße ergibt sich aus der gesamten Stellgröße des Betätigungselementes, welche sich um die Stellgröße für die Überwindung der Rückstellfedern, für die Zusammendrückung der Reibbelagfedern beziehungsweise das Zusammenpressen des Lamellenpakets reduziert. Die dafür erforderlichen Stellgrößen ergeben sich aus einer Kennlinienverschiebung entlang der Abszisse für die Rückstellfedern und einem exponentiellen Kennlinienverlauf für die Reibbelagfedern und dem Reibbelag selbst. Der exponentielle Verlauf wird erfindungsgemäß vorteilhaft durch eine natürliche Exponentialfunktion, einer Exponentialfunktion mit der Eulerschen Zahl als Basis gebildet.
• Unter Verwendung der natürlichen Exponentialfunktion wird die Reduzierung des Anstieges der Anpresskraft infolge der Zusammendrückung der Reibbeläge beziehungsweise des Lamellenpaketes beschrieben. Alternativ können auch andere Darstellungsformen gewählt werden, um die nichtlineare zweite Phase der Kennlinie zu beschreiben.
• Dementsprechend lässt sich eine für Trockenkupplungen und Nasskupplungen gültige, universelle Berechnungsvorschrift zur Berechnung der Anpresskraft in Abhängigkeit der Stellgröße bilden, welche zur Definition der erfindungsgemäß vorteilhaften Kupplungskennlinie verwendet wird. Die daraus abgeleitete universelle Kupplungskennlinie definiert sich deshalb zu: $$M\left(s\right)={\theta }_1\left(s-{\theta }_2-{\theta }_3\left(1-e^{-{\theta }_4\left(s-{\theta }_2\right)}\right)\right),$$

  

  wobei

M

das statisch übertragbare Drehmoment,

s

die Stellgröße,

θ₁

das Produkt aus Kupplungskonstante und Federkonstante beziehungsweise hydraulisch effektive Fläche,

θ₂

den Offsetwert für die Stellgröße zum Zusammendrücken der Rückstellfeder,

θ₃

den Offsetwert für die Stellgröße zum Zusammendrücken der Reibbeläge beziehungsweise des Lamellenpaketes und

θ₄

ein Maß für die Federsteifigkeit der Reibbelagfederung beziehungsweise des Lamellenpaketes

definiert.
• Für die Trockenkupplung entspricht der Parameter θ₁ dem Produkt aus Kupplungskonstante und Steifigkeit der Kupplungsfeder, beispielsweise eine Membranfeder oder Tellerfeder, und für die Nasskupplung dem Produkt aus Kupplungskonstante und hydraulisch effektiver Fläche. Der Parameter θ₂ beschreibt einen Offsetwert für den Stellweg beziehungsweise den Stelldruck zum Zusammendrücken der Rückstellfeder. Der Parameter θ₃ charakterisiert die Zusammendrückung der Reibbelagfederung beziehungsweise des Lamellenpaketes in Bezug auf die jeweilige Stellgröße. Der Exponentialparameter θ₄ charakterisiert die Federsteifigkeit der Reibbelagfederung beziehungsweise des Lamellenpaketes. Die universelle Kupplungskennlinie gilt somit sowohl für die Trockenkupplung als auch für die Nasskupplung und stellt eine universelle Approximation dar. Der nichtlineare Bereich kann dabei mehr oder weniger stark ausgeprägt sein. Eine komplett lineare Kupplungskennlinie kann damit ebenfalls dargestellt werden, indem der Parameter θ₃ zu Null definiert wird.
• Die Ermittlung der Parameterwerte für θ₁ bis θ₄ entsprechend der universellen Kupplungskennlinie kann entweder mit Hilfe der allgemein bekannten Methoden der Systemidentifikation während des Betriebs, oder auch durch entsprechende Vorgaben des Kupplungsherstellers erfolgen. Die zumindest als geschätzte Werte ermittelten Parameter θ₁ bis θ₄ werden anschließend für die Invertierung der Kupplungskennlinie beziehungsweise für die Ermittlung der Stellgröße aus einem vorgegebenen Kupplungsmoment benötigt.
• Für die automatisierte Betätigung der Kupplung ist der Zusammenhang zwischen dem gewünschten, statisch übertragbaren Drehmoment und der dafür erforderlichen Stellgröße von Bedeutung. Um diesen Zusammenhang zu beschreiben, ist es erforderlich, die universelle Kupplungskennlinie zu invertieren. Die universelle Kupplungskennlinie nach Gleichung [1] entspricht einer transzendenten Gleichung, da das Argument der Stellgröße sowohl exponentiell als auch linear eingeht.
• Im Allgemeinfall können transzendente Gleichungen nur numerisch beziehungsweise grafisch aufgelöst werden. Die erfindungsgemäß vorteilhafte, universelle Kupplungskennlinie stellt jedoch einen Spezialfall der transzendenten Gleichungen dar, so dass im Gegensatz zu den meisten bekannten Kennlinienapproximationen, wie Polynome, Tabellen und so weiter, die Invertierung der Kennlinie analytisch erfolgen kann. Dazu wird die Lambert-W Funktion herangezogen, die als Umkehrfunktion der natürlichen Exponentialfunktion f(x) = xe^x definiert ist.
• Aus der Umformung der universellen Kupplungskennlinie folgt: $$M_{Soll}\left(s\right)+{\theta }_1{\theta }_2+{\theta }_1{\theta }_3={\theta }_{1}s-{\theta }_1{\theta }_3{e}^{{\theta }_4{\theta }_2}{e}^{-{\theta }_{4}s}.$$

  
• Unter der Verwendung der Hilfsvariablen $${\beta }_1=M_{Soll}\left(s\right)+{\theta }_1{\theta }_2+{\theta }_1{\theta }_3,$$

  

  $${\beta }_2={\theta }_{\mathrm{1,}}$$

  

  $${\beta }_3={\theta }_1{\theta }_3{e}^{{\theta }_4{\theta }_2}\text{ und}$$

  

  und $${\beta }_4={\theta }_4$$

  

  folgt für Gleichung [2] $${\beta }_1={\beta }_{2}s-{\beta }_3{e}^{-{\beta }_{4}s}.$$

  
• Mit der Lambert-W Funktion ergibt sich die gesuchte Stellgröße zu: $$s\left(M_{Soll}\right)=\frac{W\left(x\left(M_{Soll}\right)\right)}{{\beta }_4}+\frac{{\beta }_1}{{\beta }_2}$$

  

  mit der Hilfsvariablen $$x=-\frac{{\beta }_3{\beta }_4{e}^{-\frac{{\beta }_1{\beta }_4}{{\beta }_2}}}{{\beta }_2}$$

  

  welche das Funktionsargument der Lambert-W Funktion angibt. Der Funktionswert der Lambert-W Funktion an der Stelle des Funktionsargumentes kann beispielsweise durch die Reihenentwicklung $$W_0\left(x\right)={\displaystyle \sum _{n=1}^{\infty }\frac{{\left(-n\right)}^{n-1}}{n!}}{x}^n$$

  

  bestimmt werden. Basierend auf diesem physikalischen Ansatz wird ein Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie zur automatisierten Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung etabliert, indem wenigstens ein Parameter einer universellen, auf physikalischen Vorgängen basierenden Kupplungskennlinie ermittelt wird und der wenigstens eine Parameter daraufhin zur Bestimmung einer erforderlichen Stellgröße in Abhängigkeit eines gewünschten, statisch übertragbaren Drehmoments durch eine invertierte, universelle Kupplungskennlinie verwendet wird. Der Schließvorgang der Kraftfahrzeugkupplung wird in mehrere Phasen unterteilt, wobei in einer ersten Phase eine Überwindung der Rückstellfedern und in wenigstens einer weiteren Phase eine Überwindung der Reibbelagfedern und / oder ein Zusammenpressen der Reibbeläge erfolgt. Wenigstens ein Parameter der universellen Kupplungskennlinie umfasst eine geometrische Abmessung und / oder einen Reibbeiwert und / oder eine Federkonstante. Der wenigstens eine Parameter der universellen Kupplungskennlinie wird durch eine Methode der Systemidentifikation und / oder durch eine Adaption während des Betriebs der Kupplung bestimmt und / oder ist durch Herstellervorgaben bekannt. Eine für die universelle Kupplungskennlinie effektive Stellgröße zur Generierung einer Anpresskraft ergibt sich aus einer gesamten Stellgröße des Betätigungselementes und aus einer Reduzierung um einen Offsetwert der Stellgröße für die Überwindung der Gegenkräfte vor dem Kontakt und einem Offsetwert der Stellgröße zum Zusammenpressen der Reibbeläge beziehungsweise des Lamellenpaketes. Die Reduzierung der gesamten Stellgröße ergibt sich im Besonderen aus einer Verschiebung der Kupplungskennlinie entlang der Abszisse für die Überwindung sämtlicher Gegenkräfte vor dem Kontakt und einem exponentiellen Kennlinienverlauf für die Reibbelagfedern und den Reibbelag. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird der exponentielle Verlauf durch eine Exponentialfunktion mit der Eulerschen Zahl als Basis gebildet.
• Figurenliste
• Beispielhaft wird hier eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In der dazugehörigen Figur zeigt:
• 1: eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs.
• Basierend auf einem physikalischen Ansatz wird ein Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie zur automatisierten Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung beschrieben, indem wenigstens ein Parameter einer universellen, auf physikalischen Vorgängen basierenden Kupplungskennlinie ermittelt wird und der wenigstens eine Parameter daraufhin zur Bestimmung einer erforderlichen Stellgröße in Abhängigkeit eines gewünschten, statisch übertragbaren Drehmoments durch eine invertierte, universelle Kupplungskennlinie verwendet wird.
• Zur Realisierung des Verfahrens wird in einem ersten Schritt (1) während des Fahrbetriebs eine Adaption beziehungsweise ein Identifikation durchgeführt, um sämtliche, nicht genau bekannte Parameterwerte der universellen Kupplungskennlinie zu ermitteln. Als Initialwerte für diese Adaption können Informationen vom Hersteller der Fahrzeugkupplung, welche hauptsächlich geometrische Abmessungen, Reibbeiwerte und Federkonstanten beinhalten, verwendet werden. In einem zweiten Schritt (2) werden die adaptierten Werte verarbeitet und die universelle Kupplungskennlinie gebildet. Dazu wird die universelle, auf physikalischen Vorgängen basierende Kupplungskennlinie entsprechend Gleichung [1] herangezogen. Mit diesen bekannten Parameterwerten wird in einem dritten Schritt (3) und unter Verwendung einer Invertierung der universellen Kupplungskennlinie eine erforderliche Stellgröße berechnet, wobei durch eine Drehmomenteingabe (5) ein gewünschtes Solldrehmoment vorgegeben wird. In einem vierten Schritt (4) wird die ermittelte, für die Drehmomentvorgabe erforderliche Stellgröße ausgegeben, mit der eine automatisierte Betätigung der Kraftfahrzeugkupplung erfolgen kann.
• Bezugszeichenliste

1

erster Schritt

2

zweiter Schritt

3

dritter Schritt

4

vierter Schritt

5

Drehmomenteingabe

Claims (3)

1. Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie zur automatisierten Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung, indem der Schließvorgang der Kraftfahrzeugkupplung in mehrere Phasen unterteilt wird, wobei in einer ersten Phase eine Überwindung der Rückstellfedern und in wenigstens einer weiteren Phase eine Überwindung der Reibbelagfedern und / oder ein Zusammenpressen von wenigstens einem Lamellenpaar erfolgt, wenigstens ein Parameter der Kupplungskennlinie ermittelt wird, wobei der Parameter eine geometrische Abmessung und / oder einen Reibbeiwert und / oder eine Federkonstante umfasst und die Kupplungskennlinie der Form $$M\left(s\right)={\theta }_1\left(s-{\theta }_2-{\theta }_3\left(1-e^{-{\theta }_4\left(s-{\theta }_2\right)}\right)\right)$$

   

   folgt, wobei M das statisch übertragbare Drehmoment, s die Stellgröße, θ₁ das Produkt aus Kupplungskonstante und Federkonstante beziehungsweise hydraulisch effektive Fläche, θ₂ den Offsetwert für die Stellgröße zum Zusammendrücken der Rückstellfeder, θ₃ den Offsetwert für die Stellgröße zum Zusammendrücken der Reibbeläge oder des Lamellenpaketes und θ₄ ein Maß für die Federsteifigkeit der Reibbelagfederung oder des Lamellenpaketes definiert, und zur Bestimmung einer erforderlichen Stellgröße in Abhängigkeit eines gewünschten, statisch übertragbaren Drehmomentes eine analytische Invertierung der Kupplungskennlinie verwendet wird.
2. Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie zur automatisierten Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Invertierung der Kupplungskennlinie unter Verwendung einer Lambert-W Funktion erfolgt.
3. Verfahren zur Approximation einer Kupplungskennlinie zur automatisierten Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter der universellen Kupplungskennlinie durch eine Methode der Systemidentifikation und / oder durch eine Adaption während des Betriebs der Kupplung bestimmt wird und / oder auch durch Herstellervorgaben bekannt ist.

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