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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektromechanischen Kupplungssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine Kupplung und ein mechanisch von der Kupplung entkoppeltes Kupplungspedal aufweist.
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In einem elektromechanischen Kupplungssystem (Clutch by Wire) besteht zwischen dem Kupplungspedal und der Kupplung keine direkte mechanische Verbindung. Vielmehr wird eine Kupplungspedalstellung elektronisch an ein Steuersystem abgegeben, welches über einen Aktor auf die Kupplung wirkt. Die tatsächliche Betätigung der Kupplung erfolgt damit letztlich über eine Kraft, die im Aktor erzeugt wird und nicht an dem Kupplungspedal. Der Aktor kann dabei beispielsweise elektromotorische, hydraulische oder pneumatische Komponenten aufweisen.
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Aus der
DE 102 16 548 A1 ist ein Fahrzeug mit Überdrehschutz bekannt geworden, bei dem das Einkuppeln in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert wird. Die Kupplung öffnet oder schlupft in dem Fall, dass die Motordrehzahl beim Einkuppeln einen voreinstellbaren Grenzwert überschreitet. Als Grenzwert wird eine Motordrehzahl verwendet, die sich aus der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und der momentanen oder angestrebten Getriebeübersetzung ergibt. Fehlschaltungen und ein damit verbundenes Überdrehen des Motors werden dadurch sicherer vermieden als bisher.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zur Steuerung einer elektromechanischen Kupplung mit einem mechanisch von der Kupplung entkoppelten Kupplungspedal anzugeben, welches ein Überschreiten der maximal zulässigen Drehzahl des Motors bzw. der Maximaldrehzahl bei einer Fehlbetätigung der Kupplung verhindert.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, welche in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Vorgesehen ist demgemäß ein Verfahren zur Steuerung eines elektromechanischen Kupplungssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine Kupplung und ein mechanisch von der Kupplung entkoppeltes Kupplungspedal aufweist, mit den Schritten:
- – Ermitteln einer Getriebeeingangsdrehzahl (nG),
- – Ermitteln eines vom Kupplungspedal (12) zurückgelegten Pedalwegs (w),
- – Betätigen der Kupplung (2) unabhängig vom Pedalweg (w), wenn
- a) die Getriebeeingangsdrehzahl (nG) größer ist als die Maximaldrehzahl (nmax) des Motors, und
- b) der Pedalweg (w) so klein ist, dass eine von dem Pedalweg (w) abhängige Betätigung der Kupplung (12) zu einem Überschreiten der Maximaldrehzahl (nmax) führen würde.
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Der zurückgelegte Pedalweg w ist dabei derjenige, der vom Fahrer durch Fußbetätigung vorgenommen wird. Er kann ausgehend von einem vollständig losgelassenen bzw. nicht gedrückten Kupplungspedal mit eingerückter Kupplung mit w = 0% bis zum vollständig durchgedrückten Kupplungspedal mit ausgerückter Kupplung mit w = 100% variieren.
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Die Maximaldrehzahl ist ein für den jeweiligen Motor spezifischer Drehzahlwert, der elektronisch hinterlegt sein kann, bspw. in einem Permanentspreicher wie in einem Flash-Speicher, der dem Motorsteuergerät zugeordnet ist.
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Die im vorletzten Absatz genannte, vom Pedalweg unabhängige Betätigung der Kupplung ist die vom Fahrer unabhängige bzw. elektromechanische Kupplungsbetätigung im Gegensatz zum klassischen Ansatz einer Kupplungsbetätigung, die gemäß einer Pedalfeldkennlinie vom zurückgelegten Pedalweg abhängt.
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Durch das obige Verfahren kann vermieden werden, dass der Motor beim Einkuppeln nach einer fehlerhaften Rückschaltung bzw. bei einer Fehlbetätigung des Kupplungspedals in einem Drehzahlbereich dreht, welcher einen erhöhten Verschleiß bzw. eine Überbelastung der Komponenten nach sich ziehen würde.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Kupplung solange schleifend betrieben, bis die Getriebeeingangsdrehzahl soweit abgefallen ist, dass diese mit der Maximaldrehzahl übereinstimmt, bzw. diese nicht mehr überschreitet.
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Dadurch kann der Motor zur Verzögerung des Fahrzeugs verwendet werden (Motorbremse), ohne den Motor über seine Maximaldrehzahl hinaus zu drehen. Bei Erreichen der Maximaldrehzahl kann die Kupplung vollständig geschlossen werden bzw. das Wegsignal des Kupplungspedals wieder elektronisch in einer für das jeweilige Kupplungssystem vorgesehenen Weise an die Kupplung weitergegeben werden.
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In einer Ausgestaltung wird die Getriebeeingangsdrehzahl aus einer Raddrehzahl, einem Übersetzungsverhältnis des Antriebsstranges und einer eingelegten Gangstufe ermittelt.
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Jedem Gang ist ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Getriebeeingangsdrehzahl und einer Getriebeausgangsdrehzahl zugeordnet. Aus einem bekannten Übersetzungsverhältnis des Antriebsstranges und einem gerade eingelegten Gang kann aus einer Raddrehzahl bzw. einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem dynamischen Raddurchmesser die Getriebeeingangsdrehzahl errechnet werden.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung wird die Getriebeeingangsdrehzahl über einen am Getriebe angeordneten Drehzahlsensor ermittelt.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird die Kupplung abhängig von dem Pedalweg eingekuppelt, wenn das Kupplungspedal vom Fahrer selbstständig an einem Schleifpunkt betätigt wird, bei welchem die Motordrehzahl kleiner oder gleich der Maximaldrehzahl bleibt.
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Dies bedeutet, dass das Verfahren zur Vermeidung eines Überschreitens der Maximaldrehzahl erst aktiv wird, wenn der Fahrer das Kupplungspedal zu schnell loslässt. Bei sachgemäßer Betätigung des Kupplungspedals merkt der Fahrer damit nicht, dass sein Fahrzeug die Maximaldrehzahl durch das Verfahren nach Anspruch 1 automatisch verhindert.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, während der Betätigung der Kupplung einen in die Kupplung eingeleiteten Energieeintrag zu errechnen und ab einem vorbestimmten Energieeintrag die Kupplung zu öffnen.
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Der Energieeintrag ist ein Maß für die in die Kupplung eingeleitete Reibungswärme. Es kann aus bekannten Wärmeableitungseigenschaften auf die Temperatur der Kupplung geschlossen werden. Um die Kupplung vor einem Erhitzen auf unerwünschte Temperaturen zu schützen, kann diese gemäß der im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Weise geöffnet werden.
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Das Kupplungssystem kann vorgesehen sein in einem Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit ein Speichermittel mit einem darauf abgelegten Computerprogramm aufweist, wobei das Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche ausgestaltet sein kann.
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Die Steuereinheit kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundenen digitalen Mikroprozessoreinheit (CPU) einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie ein Speichermittel besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nicht flüchtige Medien besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen im Stande ist, so dass die CPU die Schritte ausführen kann und damit das Kupplungssystem steuern kann.
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Zur Durchführung eines Verfahrens geeignet ist ein Computerprogramm, welches Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Das Computerprogramm kann mit einfachen Mitteln in bereits bestehende Steuereinheiten eingelesen und verwendet werden, um ein elektromechanisches Kupplungssystem zu steuern. Hierfür vorgesehen ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auch als Nachrüstoption in einer Steuereinheit integriert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Apparat zur Steuerung eines elektromechanischen Kupplungssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine Kupplung und ein mechanisch von der Kupplung entkoppeltes Kupplungspedal aufweist, wobei der Apparat aufweist:
- – Mittel zum Ermitteln einer Getriebeeingangsdrehzahl,
- – Mittel zum Ermitteln eines vom Kupplungspedal zurückgelegten Pedalwegs,
- – Mittel zum Betätigen der Kupplung unabhängig von einem Pedalweg des Kupplungspedals, wenn
- a) die Getriebeeingangsdrehzahl nG größer ist als die Maximaldrehzahl nmax des Motors, und
- b) der Pedalweg w so klein ist, dass eine von dem Pedalweg w abhängige Betätigung der Kupplung zu einem Überschreiten der Maximaldrehzahl nmax führen würde.
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In einer Ausgestaltung des Apparats sind die Betätigungsmittel ausgebildet, die Kupplung solange schleifend zu betreiben, bis die Getriebeeingangsdrehzahl soweit abgefallen ist, dass diese mit der Maximaldrehzahl des Motors übereinstimmt, bzw. diese nicht mehr überschreitet.
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Weiterhin können bei dem Apparat die Betätigungsmittel ausgebildet sein, die Kupplung abhängig vom Pedalweg w einzukuppeln, wenn das Kupplungspedal vom Fahrer selbstständig an einem Schleifpunkt betätigt wird, bei welchem die Motordrehzahl nMot kleiner oder gleich der Maximaldrehzahl nmax bleibt.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Apparats sind Mittel vorgesehen, welche die Getriebeeingangsdrehzahl aus einer Raddrehzahl, einem Übersetzungsverhältnis des Antriebsstranges und einer eingelegten Gangstufe ermitteln.
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Bei einer Ausführungsform des Apparats sind ferner Mittel vorgesehen, mit denen während der Betätigung der Kupplung ein in die Kupplung eingeleiteter Energieeintrag errechnet wird und ab einem vorbestimmten Energieeintrag die Kupplung geöffnet wird.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1: schematisch ein Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs, und
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2: schematisch einen Verfahrensablauf zur Steuerung des Kupplungssystems.
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In den Figuren sind gleiche bzw. gleichwirkende Bauteile und Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch ein Kupplungssystem 1 mit einer Kupplung 2, welche dazu ausgestaltet ist, durch Reibschluss einen Motor 3 mit einem Getriebe 4 zu verbinden. Hierfür weist die Kupplung 2 Reibbeläge 5 auf, welche bei geschlossener bzw. verbundener Kupplung 2 über Federn 6 miteinander in Reibschluss gebracht werden. Zum Öffnen der Kupplung 2 können die Reibbeläge 5 bzw. die Federn 6 durch einen Zylinder 7 entlastet werden. Der Zylinder 7 steht in Fluidverbindung mit einem Kolben 8, welcher über einen Aktor 9 linear verschoben werden kann. Hiermit kann ein Fluiddruck aufgebaut werden, welcher den Zylinder 7 bewegt. Der Aktor 9 wird von einer Steuereinheit 10 gesteuert, welche datenübertragend mit einem Wegsensor 11 verbunden ist. Der Wegsensor 11 ist an einem Kupplungspedal 12 vorgesehen, wobei der Wegsensor 11 dazu ausgestattet ist, einen am Kupplungspedal zurückgelegten Weg w zu erfassen. Abhängig von der Stellung des Kupplungspedals 12 kann damit die Kupplung 2 ohne eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Kupplungspedal 12 und der Kupplung 2 gesteuert werden. Das Kupplungspedal 12 weist eine nicht dargestellte Feder auf, welche das Kupplungspedal 12 in seine in 1 dargestellte Lage (Pedalweg w = 0) zurückdrückt, wenn das Pedal losgelassen wird.
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Das Kupplungssystem 1 kann in einem ansonsten nicht dargestellten Kraftfahrzeug vorgesehen sein, bei welchem ein Ausgang des Getriebes 4 über ein Differential 13 mit Rädern 14 drehmomentübertragend verbunden ist, so dass der Motor 3 über die Kupplung 2 bzw. das Getriebe 4 das Kraftfahrzeug antreiben kann.
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Das Getriebe 4 kann in verschiedenen Gangstufen betrieben werden. Jeder Gangstufe ist ein Übersetzungsverhältnis ix zugeordnet. Das Differential 13 weist ein konstantes Übersetzungsverhältnis iDiff auf. Aus einer Raddrehzahl nR kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt werden. Bei einer eingelegten Gangstufe im Getriebe 4 kann ferner aus dem der Gangstufe zugeordneten Übersetzungsverhältnis ix eine Getriebeeingangsdrehzahl nG ermittelt werden. Die Gangstufe kann beispielsweise über einen Gangerkennungssensor 23 erfasst werden. Alternativ oder ergänzend kann die Getriebeeingangsdrehzahl nG auch über einen am Getriebe 4 angeordneten Drehzahlsensor 15 ermittelt werden.
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Der Motor 3 kann mit einer variablen Motordrehzahl nMot betrieben werden. Die Kupplung 2 ist dazu ausgestaltet, durch Reibschluss an den Reibflächen die Getriebeeingangsdrehzahl nG stetig bis zum vollständig verbundenen Zustand anzugleichen. Hierfür kann die Kupplung 2 so lange an einem Schleifpunkt gehalten werden, bis die Getriebeeingangsdrehzahl nG gleich der Motordrehzahl nMot ist. Das Halten der Kupplung 2 am Schleifpunkt kann durch die Steuereinheit 10 gesteuert bzw. geregelt werden. Gesteuert werden kann auf Basis eines Kennfeldes, welches als Eingangsparameter beispielsweise die Getriebeeingangsdrehzahl nG und/oder die Motordrehzahl nMot aufweist und anhand von empirisch ermittelten oder errechneten Parametern die Kupplung 2 über den Aktor 9 ansteuert. Weiterhin kann in dem Steuergerät 10 elektronisch eine Regelung mit einem P-Regler, einem PI-Regler, einem PID-Regler oder dergleichen implementiert sein. Eine Regelung kann beispielsweise als Sollwert die maximale Motordrehzahl nMot aufweisen und entsprechend so lange die Kupplung 2 (am Schleifpunkt) regeln, bis die Getriebeeingangsdrehzahl nG kleiner oder gleich der maximalen Motordrehzahl nMax ist. Die Regelung kann auch in einem von dem Steuergerät 10 getrennten Bauteil erfolgen.
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Im Schleppbetrieb fährt das Fahrzeug bereits mit einer Geschwindigkeit v, so dass der Motor 3 vom Antriebsstrang (gebildet im Wesentlichen aus Getriebe 4 und Differential 13) bei geschlossener Kupplung 2 von außen angetrieben werden kann. Dabei sollte zur Schonung insbesondere der hier nicht dargestellten mechanischen Komponenten im Motor 3 eine zulässige Maximaldrehzahl nmax nicht überschritten werden. Wählt der Fahrer bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten v eine niedrige Gangstufe ix aus, so kann die Getriebeeingangsdrehzahl nG unter Umständen höher sein als die Maximaldrehzahl nmax. Das Einlegen einer niedrigen Gangstufe ix kann beispielsweise bei Fahrten bei Gefälle absichtlich vom Fahrer initiiert werden, um den Motor 3 als Bremse zu betreiben (Motorbremse). Der Motor 3 läuft dann im Schleppbetrieb, was prinzipiell auch über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden kann. Damit die Maximaldrehzahl nmax bei niedrigen Gangstufen und erhöhten Geschwindigkeiten nicht überschritten wird, ist vorgesehen, dass die Kupplung 2 unabhängig von der Pedalbetätigung so lange am Schleifpunkt betrieben wird, bis zumindest die Maximaldrehzahl nmax am Motor 3 erreicht wird. Hierfür kann ein im Folgenden beschriebenes Verfahren in der Steuereinheit 10 implementiert sein. Das Verfahren kann in der Steuereinheit 10 ständig laufen oder erst gestartet werden, wenn bei erhöhten Fahrzeuggeschwindigkeiten v in einen verhältnismäßig niedrigen Gang zurückgeschaltet wird.
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Nach dem Start 16 kann in der oben beschriebenen Weise die Getriebeeingangsdrehzahl nG in einem Schritt 17 erfasst werden. In einer Abfrage 18 kann abgefragt werden, ob die Getriebeeingangsdrehzahl nG größer ist, als die Maximaldrehzahl nmax. Lautet die Antwort darauf „nein”, so kann das Programm in einem Schritt 18 beendet werden, worauf es erneut gestartet werden kann. Lautet die Antwort auf die Abfrage 18 „ja”, so kann in einer nächsten Abfrage 20 abgefragt werden, ob das Kupplungspedal 12 so betätigt wird, dass auch ohne einen Eingriff die Maximaldrehzahl nmax nicht überschritten wird. Erst bei einer Fehlbetätigung des Kupplungspedals 12, wenn der Weg w so klein und das über die Kupplung 2 auf den Motor 3 übertragene Drehmoment so groß würde, dass die Maximaldrehzahl nmax überschritten wird, greift die Steuereinheit 10 in Schritt 21 ein. Der Eingriff erfolgt so, dass die Kupplung 2 so lange am Schleifpunkt unabhängig von dem Pedalweg w betrieben wird, bis die Getriebeeingangsdrehzahl nG kleiner oder gleich der Maximaldrehzahl nmax ist. Der Fahrer wird dadurch beim Ausnutzten der Motorbremse durch Einlegen einer kleinen Fahrstufe unterstützt. Eine Belastung des Motors 3 über die Maximaldrehzahl nmax hinaus ist ausgeschlossen. Um ein Überhitzen der Kupplung 2 zu verhindern, kann in einem Schritt 22 ein in die Kupplung 2 eingeleiteter Energieeintrag ermittelt werden und ggf. bei erhöhtem Energieeintrag die Kupplung 2 geöffnet werden, um diese abzukühlen. Anschließend kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden, um den Fahrer über diesen Vorgang zu informieren. Der Energieeintrag kann aus einem Zeitraum, in welchem die Kupplung 2 schleifend betrieben wird sowie aus einem übertragenen Drehmoment ermittelt werden. Das Drehmoment kann empirisch für verschiedene Betriebspunkte ermittelt bzw. aus gegebenen Parameter errechnet und in einem Kennfeld hinterlegt werden. Eine Reserve kann vorgesehen sein, um den erhöhten Energieeintrag gar nicht erst zu erreichen.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungssystem
- 2
- Kupplung
- 3
- Motor
- 4
- Getriebe
- 5
- Reibbelag
- 6
- Federn
- 7
- Zylinder
- 8
- Kolben
- 9
- Aktor
- 10
- Steuereinheit
- 11
- Wegsensor
- 12
- Kupplungspedal
- 13
- Differential
- 14
- Rad
- 15
- Drehzahlsensor
- 16
- Start
- 17
- Getriebeeingangsdrehzahl erfassen
- 18
- Abfrage
- 19
- Ende
- 20
- Abfrage
- 21
- Betätigung der Kupplung unabhängig von dem Pedalweg
- 22
- Errechnen eines Energieeintrags
- 23
- Gangerkennungssensor
- ix
- Übersetzungsverhältnis
- nG
- Getriebeeingangsdrehzahl
- nmot
- Motordrehzahl
- nmax
- Maximaldrehzahl des Motors
- w
- Pedalweg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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