DE102012207611B4 - Verfahren zum bestimmen von grenzflächentemperaturen für einen trockenlaufenden doppelkupplungsmeachnismus - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Bestimmen von Grenzflächentemperaturen für einen trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus (116), mit den Schritten:Bestimmen, dass ein Schlupfereignis an einer Reibgrenzfläche (142, 144) einer Kupplung (132, 134) in dem trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus (116) stattfindet;Bestimmen eines Wärmeflusses, der durch das Schlupfereignis erzeugt wird;Aufteilen der Kupplung (132, 134) in mehrere Gitterabschnitte (135), wobei jeder der Gitterabschnitte (135) von einem Gitterpunkt (1-7) begrenzt wird;Berechnen der Temperatur jedes Gitterpunkts (1-7) infolge des Wärmeflusses;Bestimmen einer Durchschnittstemperatur aus dem bestimmten Wärmefluss als der Durchschnitt der Temperaturen der mehreren Gitterpunkte (1-7);Bestimmen einer Grenzflächentemperatur aus dem bestimmten Wärmefluss, wobei die Grenzflächentemperatur die Temperatur des Gitterpunkts an der Reibgrenzfläche (142, 144) ist;Subtrahieren der Grenzflächentemperatur von der Durchschnittstemperatur, um eine Delta-Grenzflächentemperatur zu berechnen;Lesen einer absoluten Durchschnittstemperatur, die die durchschnittliche Temperatur über die Kupplung (132, 134) repräsentiert, wobei die absolute Durchschnittstemperatur aus einem theoretischen Modell gelesen wird, welches Temperaturänderungen berücksichtigt, die durch mehrere Schlupfereignisse und Kühlperioden im Laufe der Zeit verursacht werden;Addieren der Delta-Grenzflächentemperatur zu der absoluten Durchschnittstemperatur, um eine absolute Grenzflächentemperatur zu berechnen; undAusführen einer Steuerungsaktion unter Verwendung der berechneten absoluten Grenzflächentemperatur.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von Grenzflächentemparaturen für einen trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus.
• HINTERGRUND
• Motorisierte Fahrzeuge nutzen Doppelkupplungsgetriebe, um einige der Merkmale von sowohl manuellen als auch automatischen Getrieben zu kombinieren. Doppelkupplungsgetriebe nutzen zwei Kupplungen, um zwischen Sätzen von Zahnrädern innerhalb des gleichen Getriebes zu schalten, wobei mit einigen der Charakteristiken von sowohl manuellen als auch herkömmlichen automatischen Getrieben gearbeitet wird. Einige Doppelkupplungsgetriebe nutzen nasslaufende Mehrscheibenkupplungen im Ölbad und einige nutzen trockenlaufende Kupplungen ohne Öl oder Fluid.
• Die DE 10 2007 053 706 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Reibkupplung, bei dem ein Temperaturgradient innerhalb einer Kupplungsplatte bestimmt und aufgrund der ermittelten Daten und/oder eines Temperaturmodells eine Stellkennlinie in Abhängigkeit einer abgespeicherten Kennlinie zur Steuerung der Kupplung bestimmt wird.
• Ferner beschreibt die DE 41 24 722 A1 ein Verfahren zum Schutz einer Reibkupplung vor thermischer Überbelastung, im Rahmen dessen die momentane Temperatur der Kupplung mit einem mathematischen Modell berechnet und mit einem Schwellwert verglichen wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Bestimmen von Grenzflächentemperaturen für einen trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus zu schaffen, das möglichst exakt arbeitet.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Es wird ein Verfahren zum Bestimmen von Grenzflächentemperaturen für einen trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus geschaffen. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen, dass ein Schlupfereignis an einer Reibgrenzfläche einer Kupplung in dem trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus auftritt, und ein Bestimmen eines durch das Schlupfereignis erzeugten Wärmeflusses. Das Verfahren umfasst auch ein Bestimmen einer Fluss-Bulk-Temperatur aus dem bestimmten Wärmefluss und ein Bestimmen einer Fluss-Grenzflächentemperatur aus dem bestimmten Wärmefluss. Die Fluss-Grenzflächentemperatur ist die Temperatur an der Reibgrenzfläche während des Schlupfereignisses.
• Das Verfahren berechnet eine Delta-Grenzflächentemperatur, indem die Fluss-Grenzflächentemperatur von der Fluss-Bulk-Temperatur subtrahiert wird. Das Verfahren führt eine Steuerungsaktion mit der berechneten Delta-Grenzflächentemperatur aus.
• Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Verfahren und anderer Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
• Figurenliste
• 1 ist eine schematische Ansicht eines ebenen Schnitts eines Motor/Antriebsstrangs mit einem veranschaulichenden trockenlaufenden Doppelkupplungsgetriebe, verwendbar mit hierin beschriebenen thermischen Modellen;
• 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens oder Algorithmus zum Bestimmen von Kupplungstemperaturen in einem trockenlaufenden Doppelkupplungsgetriebe wie zum Beispiel dem in 1 dargestellten;
• 3 zeigt schematische Diagramme oder Graphen, die ein Testen und eine Validierung thermischer Modelle, die auf das in 1 dargestellte trockenlaufende Doppelkupplungsgetriebe angewendet werden, allgemein veranschaulichen;
• 4 ist ein vergrößerter Abschnitt einer zweiten Kupplung von dem in 1 dargestellten trockenlaufenden Doppelkupplungsgetriebe; und
• 5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens oder Algorithmus zum Bestimmen von Grenzflächentemperaturen von Kupplungen in einem trockenlaufenden Doppelkupplungsgetriebe wie zum Beispiel dem in 1 dargestellten.
• AUSFÜHRLCIHE BESCHREIBUNG
• Bezug nehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, wann immer dies in den verschiedenen Figuren möglich ist, ist in 1 ein schematisches Diagramm eines Motor/Antriebsstrangs 100 dargestellt. Der Motor/Antriebsstrang 100 kann in ein (nicht dargestelltes) Hybridfahrzeug oder ein (nicht dargestelltes) herkömmliches Fahrzeug eingebaut sein. Merkmale, Komponenten oder Verfahren, die in anderen Figuren dargestellt oder beschrieben werden können, mit jenen in 1 dargestellten eingebaut und genutzt werden.
• Obgleich die Erfindung im Detail bezüglich kraftfahrzeugtechnischer Anwendungen beschrieben wird, erkennt der Fachmann die umfassendere Anwendbarkeit der Erfindung. Der Fachmann erkennt, dass Ausdrücke wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „aufwärts“, „abwärts“, etc. für die Figuren beschreibend verwendet werden und keine Beschränkungen des Umfangs der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüchen definiert, repräsentieren.
• Der Motor/Antriebsstrang 100 enthält ein trockenlaufendes Doppelkupplungsgetriebe 110, auf das hierin als trockenlaufendes DCT 110 verwiesen werden kann, und empfängt Antriebsleistung von einem Verbrennungsmotor 112. Das trockenlaufende DCT 110 enthält einen Getriebekasten 114 und einen Doppelkupplungsmechanismus 116. Der Motor 112 ist antreibend für eine Kraftflussverbindung mit dem trockenlaufenden DCT 110 verbunden. Der Doppelkupplungsmechanismus 116 erlaubt selektiv eine Drehmomentübertragung zwischen dem Motor 112 und dem Getriebekasten 114.
• Der Getriebekasten 114 ist wirksam mit einem Endantrieb 118 (oder Achsantrieb) verbunden. Der Endantrieb 118 ist schematisch dargestellt und kann ein vorderes oder rückwärtiges Differential oder einen anderen Drehmoment übertragenden Mechanismus einschließen, der letztendlich eine Drehmomentabgabe an ein oder mehr (nicht dargestellte) Räder liefert. Der Endantrieb 118 kann jede bekannte Ausgestaltung einschließen, einschließlich eines Vorderradantriebs (FWD), Hinterradantriebs (RWD), Vierradantriebs (4WD) oder Allradantriebs (AWD), ohne die Beschreibung hierin zu ändern.
• In 1 ist nur ein Teil des Motor/Antriebsstrangs 100 veranschaulicht. Die untere Hälfte (wie in 1 ersichtlich) des Motor/Antriebstrangs 100 liegt unterhalb einer Mittelachse 120, kann aber im Wesentlichen ähnlich den dargestellten Abschnitten sein. Die Übertragungswellen zwischen dem Doppelkupplungsmechanismus 116 und dem Motor 112 und dem Getriebekasten 114 sind in 1 nicht dargestellt. Der Doppelkupplungsmechanismus 116 ist in einer Getriebeglocke oder einem Glockengehäuse 122 untergebracht.
• Der Doppelkupplungsmechanismus 116 enthält eine erste Kupplung 132 oder Kupplung Eins (C1) und eine zweite Kupplung 134 oder Kupplung Zwei (C2). Eine Mittelplatte 136 (CP) befindet sich zwischen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134. Sowohl die erste Kupplung 132 als auch die zweite Kupplung 134 beinhalten Reibscheiben, Reibplatten oder andere Reibmaterialien. Die Mittelplatte 136 enthält entsprechende Reibplatten.
• Eine erste Reibgrenzfläche 142 ist an den Reibplatten zwischen der ersten Kupplung 132 und der Mittelplatte 136 angeordnet. Wenn der Doppelkupplungsmechanismus 116 einen Schlupf (relative Differenz der Drehzahl) zulässt und ein Drehmoment zwischen der ersten Kupplung 132 und der Mittelplatte 136 überträgt, erzeugt die erste Reibgrenzfläche 142 Wärme. Eine zweite Reibgrenzfläche 144 ist an den Reibplatten zwischen der zweiten Kupplung 134 und der Mittelplatte 136 vorhanden. Wenn der Doppelkupplungsmechanismus 116 einen Schlupf zulässt und ein Drehmoment zwischen der zweiten Kupplung 134 und der Mittelplatte 136 überträgt, erzeugt die zweite Reibgrenzfläche 144 Wärme.
• Ein erster Zug-Deckel (engl. pull cover) 146 und ein zweiter Zug-Deckel 148 (PC1 bzw. PC2) sind mit der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 wirksam verbunden. Der erste Zug-Deckel 146 und der zweite Zug-Deckel 148 werden genutzt, um eine Drehmomentübertragung zwischen der ersten Kupplung 132 und der Mittelplatte 136 und zwischen der zweiten Kupplung 134 und der Mittelplatte 136 zu betätigen bzw. auszuführen, um eine Kraft- bzw. Leistungsübertragung auf den Getriebekasten 114 selektiv zu steuern.
• Das trockenlaufende DCT 110 und der Doppelkupplungsmechanismus 116 können durch einen (nicht dargestellten) Controller oder ein Steuerungssystem gesteuert und überwacht werden. Das Steuerungssystem kann ein oder mehrere Komponenten mit einem Speichermedium und einem geeigneten Umfang eines programmierbaren Speichers enthalten, welche einen oder mehrere Algorithmen oder Verfahren speichern und ausführen können, um eine Steuerung des trockenlaufenden DCT 110 oder des Motor/Antriebsstrangs 100 zu bewerkstelligen. Jede Komponente des Steuerungssystems kann eine verteilte Controller-Architektur wie zum Beispiel eine elektronische Steuereinheit (ECU) auf Mikroprozessorbasis enthalten. Zusätzliche Module oder Prozessoren können innerhalb des Steuerungssystems vorhanden sein. Das Steuerungssystem kann alternativ als Getriebe-Steuerungsprozessor (TCM) bezeichnet werden.
• Die innere Kammer des Glockengehäuses 122 ist mit Gehäuseluft 150 gefüllt. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Doppelkupplungsmechanismus 116 und des angewendeten thermischen Modells, das genutzt wird, um Temperaturen des Doppelkupplungsmechanismus 116 zu bestimmen, kann der Motor/Antriebsstrang 100 einen Gehäuseluft-Temperatursensor 152 enthalten.
• Der Gehäuseluft-Sensor 152 misst die Temperatur von Luft innerhalb des Glockengehäuses 122. Der Motor/Antriebsstrang kann auch einen Umgebungsluft-Sensor 154, einen Motorkühlmittel-Sensor 156 und einen Getriebekastenöl-Sensor 158 enthalten. Wie hierin verwendet bezieht sich eine Umgebungsluft auf Luft unmittelbar außerhalb des Glockengehäuses 122. Die Temperaturmessungen von diesen Sensoren können in thermischen Modellen, um die Temperaturen der Komponenten des Doppelkupplungsmechanismus 116 zu bestimmen, genutzt werden.
• In dem Doppelkupplungsmechanismus 116 gibt es eine kritische Temperatur der Reiboberflächen, die Drehmoment für die erste Kupplung 132 und die zweite Kupplung 134 tragen. Oberhalb dieser Temperatur können die Komponenten beginnen, dauerhaften Schaden zu nehmen. Überdies sind die Kupplungsreibcharakteristiken - das heißt der Reibungskoeffizient und die Drehmoment tragende Kapazität der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 - eine Funktion der Temperaturen der ersten Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144.
• In vielen Ausgestaltungen des trockenlaufenden DCT 110 kann es schwierig sein, einen Temperatursensor direkt auf der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 zu platzieren, und kann es unmöglich sein, einen Temperatursensor nahe der ersten Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144 des Doppelkupplungsmechanismus 116 zu platzieren. Daher nutzt das Steuerungssystem ein thermisches Modell, um die Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 zu bestimmen, um die Drehmomentkapazität an der ersten Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144 abzuschätzen und auch Warnungen für den Fahrer zu liefern, um eine Fehlgebrauch des trockenlaufenden DCT 110 zu verhindern.
• Ein thermisches Modell mit sieben Zuständen kann verwendet werden, um die Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 für das trockenlaufende DCT 110 zu bestimmen. In einigen Ausgestaltungen kann jedoch stattdessen ein vereinfachtes thermisches Modell mit fünf Zuständen genutzt werden. Das thermische Modell mit fünf Zuständen erfordert weniger Berechnungsaufwand.
• Wenn das thermische Modell mit sieben Zuständen verwendet wird, werden Zustände (oder Temperaturen) berechnet bei: der ersten Kupplung 132, der zweiten Kupplung 134, der Mittelplatte 136, dem ersten Zug-Deckel 146, dem zweiten Zug-Deckel 148, dem Glockengehäuse 122 und der Gehäuseluft 150. Wenn das vereinfachte thermische Modell mit fünf Zuständen verwendet wird, sind die Zustände reduziert auf: die erste Kupplung 132, die zweite Kupplung 134, die Mittelplatte 136, den ersten Zug-Deckel 146 und den zweiten Zug-Deckel 148. Das thermische Modell mit fünf Zuständen kann verwendet werden, wenn die Temperatur der Gehäuseluft 150 bekannt ist, wie zum Beispiel aus dem Einschluss des Gehäuseluft-Temperatursensors 152.
• Das thermische Modell mit fünf Zuständen wird zuerst beschrieben. Wenn entweder die erste Kupplung 132 oder die zweite Kupplung 135 eingerückt wird, schiebt die Einrückkraft die entsprechende Druckplatte der ersten Kupplung 132 oder zweiten Kupplung 134, wobei die Reibscheiben gegen die Mittelplatte 136 gedrückt werden. Der Doppelkupplungsmechanismus 116 ist im Glockengehäuse 122 eingehaust, das zwischen dem Motor 112 und dem Getriebekasten 114 angeordnet ist. Die erste Kupplung 132, die zweite Kupplung 134, die Mittelplatte 136, das erste Zug-Deckel 146 und das zweite Zug-Deckel 148 sind alle Massen, die Wärme leiten, und jede Masse im System wird durch einen einzelnen Temperaturzustand repräsentiert.
• Das Glockengehäuse 122 weist keine getriebene Kühlung und keine Lüftungen auf. Die Wärme von den Massen wird durch Konvektion auf die Gehäuseluft 150 und von der Gehäuseluft 150 auf die Masse des Glockengehäuses 122 übertragen. Wärme wird dann vom Glockengehäuse 122 an die Umgebungsluft unmittelbar außerhalb des Glockengehäuses 122 abgeleitet.
• Es gibt auch eine Wärmeübertragung zwischen dem Glockengehäuse 122 und dem Motor 112, dem Getriebekasten 114. Es wird jedoch angenommen, dass Wärme von den Massen nur an die Glockengehäuseluft 150 übertragen wird. Wenn daher der Gehäuseluft-Temperatursensor 152 eine bekannte Temperatur der Gehäuseluft 150 liefert, ist das thermische Modell mit fünf Zuständen dafür eingerichtet, Zustandsgleichungen zu verwenden, welche die Temperatur der Massen repräsentieren. Das thermische Modell mit fünf Zuständen nimmt auch an, dass andere Wärmequellen wie zum Beispiel der Motor 112, der Getriebekasten 114 und die Umgebungsluft die Temperaturvorhersage über die gemessene Temperatur der Gehäuseluft 150 hinaus nicht separat beeinflussen werden.
• Die gültige Gleichung, die das Wärmegleichgewicht für jede einzelne Masse beschreibt, ist gegeben durch: $${\text{Mass}}_{\text{i}}*{\text{Cp}}_{\text{i}}*{\text{dT}}_{\text{i}}={\text{Q}}_{\text{i\_in}}-Q_{\text{i\_out}}$$

  

  worin Massi und Cpi die Masse und spezifische Wärme der spezifischen Komponente des Doppelkupplungsmechanismus 116 repräsentieren, die betrachtet wird; Q_{i_in} und Q_{i_out} Wärmeeinspeisung bzw. Wärmeabgabe für die Masse repräsentieren; und dTi die Änderung der Massentemperatur bezüglich der Zeit ist.
• Wenn entweder die erste Kupplung 132 oder die zweite Kupplung 134 eingerückt und Drehmoment über die Kupplung übertragen wird, wird an der ersten Reibgrenzfläche 142 oder der zweiten Reibgrenzfläche 144 Wärme erzeugt, falls die eingerückte Kupplung schleift. Wenn es keinen Schlupf gibt, rotieren die beiden Seiten der Kupplung im Wesentlichen synchron und im Wesentlichen wird die gesamte Leistung über die Kupplung übertragen.
• Nutzt man zur Veranschaulichung die erste Kupplung 132, nimmt das thermische Modell mit fünf Zuständen an, dass die an der ersten Reibgrenzfläche 142 erzeugte Wärme im Wesentlichen gleichermaßen durch die erste Kupplung 132 und die Mittelplatte 136 absorbiert wird. Die Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der Mittelplatte 136 nehmen während des Schlupfereignisses zu, was eine Wärmeübertragung aufgrund von Leitung und Konvektion an andere Komponenten im Doppelkupplungsmechanismus 116 zur Folge hat.
• Da die Gleichungen für alle Massen ähnlich sind, die in den thermischen Modellen mit fünf Zuständen und sieben Zuständen verwendet werden, werden hier nur die Gleichungen für die erste Kupplung 132 veranschaulicht. Die Wärmeleistungseinspeisung (Watt) in die erste Kupplung 132 ist das Produkt aus Drehmoment (Nm) und Schlupfdrehzahl (rad/s) an der ersten Kupplung 132. Die über die Zeit integrierte Wärmeleistung ergibt Wärme (Joule).
• Die Schlupfdrehzahl ist bekannt oder kann aus Messungen oder Abschätzungen der Eingangsdrehzahlen und Ausgangsdrehzahlen des Doppelkupplungsmechanismus 116 oder des trockenlaufenden DCT 110 bestimmt werden. Ähnlich ist das von der ersten Kupplung 132 getragene Drehmoment bekannt oder wird aus einem Drehmoment des Motors 112 oder anderen Parametern bestimmt.
• Die diskrete Form des Heizmodus der ersten Kupplung 132 ist gegeben durch: $${\text{T}}^{\text{h}}{}_{\text{c1}}\left(\text{k}+1\right)={\text{T}}_{\text{c1}}\left(\text{k}\right)+\left(\mathrm{½}{\text{Torque}}_{\text{c1}}*{\mathrm{\omega }}_{\text{C1\_Slip}}*\text{delta\_time}\right)/\left({\text{Cp}}_{\text{c1}}*{\text{Mass}}_{\text{c1}}\right)$$

  

  worin C_pc1 die spezifische Wärme des Materials der ersten Kupplung 132 ist und Mass_c1 die Masse der ersten Kupplung 132 ist. Der Ausdruck k repräsentiert den Wert der Variable (wie zum Temperatur der ersten Kupplung 132)zur Zeit k und ist die augenblickliche (oder aktuelle) Zeitperiode oder Schleife des thermischen Modells. Der Term k+1 repräsentiert die nächste Zeitperiode nach Ablauf von delta_time.
• Die Wärmeverluste aufgrund von Leitung von der ersten Kupplung 132 zum ersten Zug-Deckel 146 und zur Mittelplatte 136 sind durch die folgenden Ausdrücke gegeben: $$\text{Heatloss\_PC1=}\left[{\text{T}}_{c1}\left(\text{k}\right)-{\text{T}}_{\text{pc}1}\left(\text{k}\right)\right]*\text{Cond}*\text{Area}\_\text{PC}1$$

  

  $$\text{Heatloss\_PC=}\left[{\text{T}}_{\text{c}1}\left(\text{k}\right)-{\text{T}}_{\text{pc}1}\left(\text{k}\right)\right]\ast \text{Cond}\ast \text{Area}\_\text{PC}$$

  

  wobei Cond die thermische Leitfähigkeit des verbindenden Materials ist.
• Area_PC1 und Area_CP sind die leitenden Flächen, geteilt durch die Dicke der leitenden Abschnitte. Die Flächen/Dickenwerte für jeden Leitungsweg können durch Testen und Datenoptimierung oder durch CAD-Modelle identifiziert werden. Diese Wärmeverluste werden von der Wärmeeinspeisung aufgrund des Schlupfes an der ersten Reibgrenzfläche 142 subtrahiert.
• Die Kühlung der ersten Kupplung 132 infolge von Konvektion ist gegeben durch: $${\text{T}}^{\text{c}}{}_{\text{c1}}\left(\text{k+1}\right)=\left({\text{T}}_{\text{c1}}\left(\text{k}\right)-{\text{T}}_{\text{housing}}\left(\text{k}\right)\right)\ast \text{exp}\left(-\text{b}\ast \text{deta\_time}\right)+{\text{T}}_{\text{housing}}\left(\text{k}\right)$$

  

  wo T_housing die gemessene Gehäuselufttemperatur ist und b der Kühlkoeffizient für die erste Kupplung 132 ist.
• Der Kühlkoeffizient ist gegeben durch: $${\text{b=h}}_{\text{c}1}\ast {\text{A}}_{\text{c1}}/\left({\text{Cp}}_{\text{c1}}\ast {\text{Mass}}_{\text{c}1}\right)$$

  

  wobei A_c1 die Oberfläche der ersten Kupplung 132 ist, die die Wärme leitet, und h_c1 der Wärmeübertragungskoeffizient ist.
• Der Wärmeübertragungskoeffizient wird unter Verwendung der Nusselt-Zahl berechnet. Die Nusselt-Zahl ist proportional mit der Quadratwurzel der Reynolds-Zahl, wobei die Proportionalitätskonstante NuReConst_c1 aus den Kühldaten der ersten Kupplung 132 zu bestimmen ist. Die Reynolds-Zahl ist eine Funktion der Kupplungsdrehzahl, wie in den folgenden Gleichungen dargestellt ist: $${\text{h}}_{\text{c1}}=\text{Nu}\ast {\text{K}}_{\text{air}}/\text{mean\_radius}$$

  

  $$\text{Nu}={\text{NuReConst}}_{\text{c1}}\ast \text{sqrt}\left(\text{Re}\right)$$

  

  $$\text{Re}={\mathrm{\omega }}_{c1}\ast {\text{mean\_radius}}^2/\left(\text{mu/rho}\right)$$

  

  wobei mu die Viskosität von Luft ist, rho die Dichte von Luft ist, K_air die Leitfähigkeit in Luft ist und der mean_radius derjenige der ersten Kupplung 132 ist. Ähnliche Gleichungen können für die anderen vier Massen (die zweite Kupplung 134, die Mittelplatte 136, den ersten Zug-Deckel 146 und den zweiten Zug-Deckel 148) in dem Doppelkupplungsmechanismus 116 abgeleitet werden.
• Mit ähnlichen Gleichungen für alle fünf Massen in dem Doppelkupplungsmechanismus 116 bestimmt das Steuerungssystem die Betriebstemperatur von jeder der einzelnen Komponenten infolge von Wärme während Schlupfereignissen (gewöhnlich von Gangwechseln oder Anfahrvorgängen) und Kühlung während schlupffreier Ereignisse (stationäre Betriebszustände). Die Zielsetzung oder das Ziel des thermischen Modells mit fünf Zuständen besteht darin, die Temperatur der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 zu bestimmen. Diese Temperaturen können als die kalorische Mittel- bzw. Bulk-Temperaturen (engl. bulk temperature) der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 bezeichnet werden und repräsentieren eine durchschnittliche Temperatur über die gesamte Masse der Komponente. Aus den Bulk-Temperaturen kann das Steuerungssystem bestimmen, ob die erste Kupplung 132 und die zweite Kupplung 134 unterhalb kritischer Temperaturen liegen und die Drehmomentkapazität an der ersten Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144 abschätzen.
• Einige der Eingaben und Werte der Heiz- und Kühlgleichungen können nicht einfach durch Inspektion, Referenztabellen oder CAD-Modelle bestimmt werden. Diese Einspeisungen und Werte können durch Datenoptimierung bestimmt werden, indem Testdaten des Doppelkupplungsmechanismus 116 mit vorher optimierten Simulationen verglichen werden. Die Daten werden optimiert, indem die Simulationen mit den Testdaten verglichen werden, und das thermische Modell mit fünf Zuständen wird mit präziseren Eingaben und Werten für den verwendeten tatsächlichen Doppelkupplungsmechanismus 116 entwickelt.
• Das thermische Modell mit fünf Zuständen wird entwickelt, um Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 basierend auf Heizereignissen (Kupplungsschlupf) und Kühlereignissen (Perioden eines schlupffreien Eingriffs oder ohne Eingriff) zu bestimmen. Das thermische Modell mit fünf Zuständen kann man innerhalb des Steuerungssystems zu allen Zeiten laufen lassen, einschließlich während Perioden, in denen das Fahrzeug ausgeschaltet ist. In solch einem Fall verfolgt das thermische Modell mit fünf Zuständen alle Änderungen der Temperatur der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134, und die Temperaturen sind genaue absolute Temperaturen.
• Falls jedoch das thermische Modell mit fünf Zuständen nicht arbeitet, während das Fahrzeug ausgeschaltet oder im Abschalt-Modus ist, wird das thermische Modell mit fünf Zuständen tatsächlich die Änderungen der Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 bestimmen. Daher kann das Steuerungssystem auch eine Kenntnis der anfänglichen (Start-)Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 beim Anlassen des Fahrzeugs benötigen, um die absoluten Temperaturen aus den Temperaturänderungen (Delta-Temperatur) zu bestimmen, die durch das thermische Modell mit fünf Zuständen bestimmt werden. Fahrzeugstart- und Fahrzeugausschaltzustände können auf zahlreiche Arten definiert oder auf den Laufzustand des Motors 112 gestützt werden. Die Anfangstemperaturen können durch das Steuerungssystem - wie zum Beispiel von einem anderen Modell - separat bestimmt werden.
• Das thermische Modell mit fünf Zuständen arbeitet mit bekannten Temperaturen von der Gehäuseluft 150 wie zum Beispiel vom Gehäuseluft-Sensor 152. Es mag jedoch nicht immer praktikabel oder möglich sein, den Gehäuseluft-Sensor 152 oder einen anderen Mechanismus zum Bestimmen der Temperatur der Gehäuseluft 150 zu haben. Ohne bekannte Temperaturen der Gehäuseluft 150 kann das thermische Modell mit fünf Zuständen darin unzureichend sein, die Temperatur der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 zu bestimmen. Daher wird das nicht vereinfachte Modell, das thermische Modell mit sieben Zuständen, verwendet, um die Temperatur der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 zu bestimmen, wenn die Temperatur der Gehäuseluft 150 nicht bekannt oder nicht einfach bestimmt wird.
• Das thermische Modell mit sieben Zuständen umfasst Temperaturzustände oder Knoten für das Glockengehäuse 122 und für die darin enthaltene Gehäuseluft 150. Das thermische Modell mit fünf Zuständen enthielt nur zwei Wärmequellen, die während Schlupfereignissen an der ersten Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144 der ersten Kupplung 132 bzw. der zweiten Kupplung 134 erzeugte Wärme. Der Doppelkupplungsmechanismus 116 steht jedoch auch in wärmeaustauschender Verbindung mit dem Motor 112, dem Getriebekasten 114 und der Umgebungsluft außerhalb des Glockengehäuses 122. Die Effekte dieser anderen Heiz- oder Kühlquellen werden durch die bekannte Temperatur der Gehäuseluft 150 tatsächlich in das thermische Modell mit fünf Zuständen einbezogen. Da das thermische Modell mit sieben Zuständen bekannte Temperaturen der Gehäuseluft 150 nicht einschließt, werden die Wärmeeffekte des Motors 112, des Getriebekastens 114 und der Umgebungsluft in das thermische Modell mit sieben Zuständen einbezogen.
• Wenn das thermische Modell mit sieben Zuständen verwendet wird, ist der Motor/Antriebsstrang 100 mit Mechanismen ausgestattet, um die Temperatur des Motors 112, des Getriebekastens 114 und der Umgebungsluft außerhalb des Glockengehäuses 122 zu bestimmen. Wie in 1 veranschaulicht ist, können der Motorkühlmittel-Sensor 156, der Getriebekastenöl-Sensor 158 und der Umgebungsluft-Sensor 154 diese Temperaturen bestimmen, damit sie in dem thermischen Modell mit sieben Zuständen verwendet werden. Alternativ dazu können besonders für die Umgebungstemperatur andere Sensoren verwendet werden, um die Temperatur genau zu approximieren. Zum Beispiel kann ein Sensor am Lufteinlass für den Motor 112 angeordnet sein, und diese Temperatur kann als die Umgebungslufttemperatur für das thermische Modell mit sieben Zuständen verwendet werden, statt den Umgebungsluft-Temperatursensor 154 unmittelbar außerhalb des Glockengehäuses 122 anzuordnen.
• Zwei zusätzliche Temperaturzustände und drei zusätzliche Heiz- und Kühlquellen sind Ersetzungen in dem thermischen Modell mit sieben Zuständen für die bekannte Temperatur der Gehäuseluft 150 in dem thermischen Modell mit fünf Zuständen. Daher ist das thermische Modell mit fünf Zuständen eine vereinfachte Version des thermischen Modells mit sieben Zuständen. Das thermische Modell mit sieben Zuständen umfasst nur eine Wärmeübertragung mittels Leitung mit dem Motor 112 und dem Getriebekasten 114, wobei angenommen wird, dass Konvektion und Strahlung von jenen Quellen vernachlässigbar sind.
• Die Gleichungen für die Temperatur der Gehäuseluft 150 und die Temperatur des Glockengehäuses 122 können wie folgt geschrieben werden. Für die Gehäuseluft 150: $${\text{Mass}}_{\text{h}}\ast {\text{Cp}}_{\text{h}}\ast {\text{dT}}_{\text{h}}={\text{Q}}_{\text{h\_in}}-{\text{Q}}_{\text{h\_out}}$$

  

  wobei der Index h sich auf Gehäuseluft 150 bezieht und dTh die Änderung der Lufttemperatur bezüglich der Zeit ist. Q_{h_in} ist die Wärmemenge, die von den fünf Massen im Doppelkupplungsmechanismus 116 abgeleitet wird. Die Ausdrücke für Q_h_i'' wurden in der Beschreibung des thermischen Modells mit fünf Zuständen angegeben. Q_{h_out} ist die Wärmemenge, die zum Glockengehäuse 122 geleitet wird, und ist gegeben durch: $$Q_{\text{h\_out}}={\text{h}}_{\text{air}}\ast {\text{Area}}_{\text{air}}\left({\text{T}}_{\text{h}}\left(\text{k}\right)-{\text{T}}_{\text{c}}\left(\text{k}\right)\right)$$

  

  wobei hair und Areaair der Wärmeübertragungskoeffizient und die Konvektionsfläche sind und diese durch Parameteroptimierung bestimmt werden.
• Ähnlich für das Glockengehäuse 122: $${\text{Mass}}_{\text{h}}\ast {\text{Cp}}_{\text{c}}\ast {\text{dT}}_{\text{c}}{\text{=Q}}_{\text{c\_in}}-{\text{Q}}_{\text{c\_out}}$$

  

  wobei der Index c sich auf das Glockengehäuse bezieht und dT_c die Änderung der Temperatur des Glockengehäuses 122 bezüglich der Zeit ist. Q_{e_in} ist die Wärmemenge, die durch Konvektion von der Gehäuseluft 150 (oben angegeben Q_{h_out}) abgeleitet wird, und die Wärme, die von den Seiten des Motors 112 und des Getriebekastens 114 abgeleitet wird.
• Fokussiert man sich nur auf die Leitung vom Motor 112 und dem Getriebekasten 114 zum Glockengehäuse 122, können wir schreiben: $${\text{Q}}_{\text{eng\_gear}}={\text{K}}_{\text{c}}\ast {\text{Area}}_{\text{eng}}\left({\text{T}}_{\text{eng}}\left(\text{k}\right)-{\text{T}}_{\text{c}}\left(\text{k}\right)\right)+{\text{K}}_{\text{c}}\ast {\text{Area}}_{\text{gear}}\left({\text{T}}_{\text{gear}}\left(\text{k}\right)-{\text{T}}_{\text{c}}\left(\text{k}\right)\right)$$

  

  wobei T_eng die Temperatur des Kühlmittels im Motor 122 ist, wie sie durch den Motorkühlmittel-Sensor 156 gemessen wird, und T_gear die Temperatur des Öls im Getriebekasten 114 ist, und gemessen durch den Getriebekastenöl-Sensor 158. Die Leitungsflächen Area_eng und Area_gear können aufgrund der eigentümlichen Formen und Grenzflächen der Komponenten sehr kompliziert sein. Daher können die Leitungsflächen für jeden spezifischen Motor/Antriebsstrang 100 durch die Parameteroptimierung aus Testdaten bestimmt werden.
• Der Wert Q_{c_out} ist die Wärmemenge, die an die Umgebungsluft unmittelbar außerhalb des Glockengehäuses 122 abgeleitet wird, und ist gegeben durch: $${\text{Q}}_{\text{c\_out}}={\text{K}}_{\text{c}}\ast {\text{Area}}_{\text{c}}\left({\text{T}}_{\text{c}}\left(\text{k}\right)-{\text{T}}_{\text{amb}}\left(\text{k}\right)\right)$$

  

  wobei Areac die Konvektionsfläche des Glockengehäuses 122 ist und ebenfalls durch die Parameteroptimierung bestimmt werden kann. T_amb(k) ist die Umgebungstemperatur um das Glockengehäuse 122. Diese Temperatur könnte von der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs verschieden sein. Die Ansauglufttemperatur des Motors 112 kann für die Umgebungstemperatur substituiert werden.
• Daher können die Konvektion und Leitung für jede der sieben Komponenten in dem thermischen Modell mit sieben Zuständen bestimmt werden. Das thermische Modell mit sieben Zuständen wird mit einem Konzentierter-Parameter-Ansatz (engl. lumped parameter approach) entwickelt, bei dem jede Komponente durch einen Temperaturzustand repräsentiert wird. Nach Implementierung für das spezifische Fahrzeug und den Motor/Antriebsstrang 100 nutzt das Steuerungssystem das thermische Modell mit sieben Zuständen, um die kalorischen Mittel- bzw. Bulk-Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 zu bestimmen.
• Das thermische Modell mit sieben Zuständen kann man nicht laufen lassen, während das Fahrzeug ausgeschaltet oder im Abschalt-Modus ist, so dass das thermische Modell mit sieben Zuständen tatsächlich die Temperaturänderungen - im Gegensatz zu den Absoluttemperaturen - der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 bestimmt. Daher kann das Steuerungssystem auch eine Kenntnis der anfänglichen (Start-) Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 beim Anlassen des Fahrzeugs benötigen, um die absoluten Temperaturen aus den Temperaturänderungen (Delta-Temperatur) zu bestimmen, die durch das thermische Modell mit sieben Zuständen bestimmt werden.
• Bezug nehmend nun auf 2 und mit fortgesetztem Verweis auf 1 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens 200 zum Bestimmen von Kupplungstemperaturen in einem trockenlaufenden Doppelkupplungsgetriebe wie zum Beispiel in 1 dargestellten trockenlaufenden DCT 110 dargestellt. 2 zeigt nur ein High-Level-Diagramm des Verfahrens 200. Die exakte Reihenfolge der Schritte des Algorithmus oder Verfahrens 200, das in 2 dargestellt ist, ist nicht erforderlich. Schritte können umgeordnet werden, Schritte können weggelassen werden, und zusätzliche Schritte können einbezogen werden. Überdies kann das Verfahren 200 ein Teil oder eine Sub-Routine eines anderen Algorithmus oder Verfahrens sein.
• Zu Veranschaulichungszwecken kann das Verfahren 200 mit Verweis auf die Elemente und Komponenten beschrieben werden, die in Bezug auf 1 dargestellt und beschrieben wurden, und kann vom Steuerungssystem ausgeführt werden. Andere Komponenten können jedoch genutzt werden, um das Verfahren 200 und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen. Jeder der Schritte kann durch mehrere Komponenten innerhalb des Steuerungssystems ausgeführt werden.
• Schritt 210: Start.
• Das Verfahren 200 kann mit einem Start- oder Initialisierungsschritt beginnen, während welcher Zeit das Verfahren 200 Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und des Motor/Antriebsstrangs 100 überwacht. Eine Initiierung bzw. Inbetriebnahme kann zum Beispiel als Antwort darauf stattfinden, dass der Bediener des Fahrzeugs den Zündschlüssel einführt, oder als Antwort darauf, dass andere spezifische Bedingungen erfüllt sind. Das Verfahren 200 kann konstant oder iterierend in einer Schleife ablaufen, wann immer das Fahrzeug in Gebrauch ist.
• Schritt 212: Vorherige Zustände (Temperaturen) lesen.
• Das Verfahren 200 liest die vorherigen fünf oder sieben Temperaturzustände. Die vorherigen Zustände werden durch das Steuerungssystem von der letzten Schleife des Verfahrens 200 gespeichert. Falls das Verfahren 200 zum ersten Mal abläuft, wie zum Beispiel nachdem der Motor 112 und das Fahrzeug gerade gestartet wurden, können die vorherigen Zustände durch Anfangsbedingungen der Komponenten ersetzt werden. Nötigenfalls können die Anfangsbedingungen von dem Steuerungssystem entweder berechnet oder abgeschätzt werden.
• Schritt 214: Wärme von Kupplungen bestimmen.
• Das Verfahren 200 bestimmt die Wärme, die von den Kupplungen erzeugt wird. Die erzeugte Wärme ist eine Funktion der Drehmomentkapazität und Schlupfdrehzahl der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134. Die Wärme wird an der ersten Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144 erzeugt.
• Wenn weder die erste Kupplung 132 noch die zweite Kupplung 134 schlupfen, wie zum Beispiel während eines stationären Betriebs, wird von den Kupplungen keine Wärme erzeugt. Im Allgemeinen kühlt der Doppelkupplungsmechanismus 116, wenn von den Kupplungen keine Wärme erzeugt wird.
• Schritt 216: Gehäuselufttemperatur bestimmen.
• Das Verfahren 200 berücksichtigt ungeachtet des thermischen Modells, das verwendet wird, die Temperatur der Gehäuseluft 150. Falls die Temperatur der Gehäuseluft 150 bekannt ist, wie zum Beispiel vom Gehäuseluft-Sensor 152, kann dann das thermische Modell mit fünf Zuständen verwendet werden, und das Verfahren 200 nimmt einfach die bekannte Temperatur von dem Gehäuseluft-Sensor 152. Falls jedoch die Temperatur der Gehäuseluft 150 nicht bekannt ist, nutzt dann Verfahren 200 das thermische Modell mit sieben Zuständen, statt die Temperatur der Gehäuseluft 150 direkt zu messen.
• Schritt 218: Umgebungs-, Motor- und Getriebekastentemperaturen bestimmen.
• Falls das Verfahren 200 das thermische Modell mit sieben Zuständen nutzt, werden ebenfalls Schritte 218 und 220 ausgeführt. Das Verfahren bestimmt oder misst die Temperaturen der Umgebungsluft außerhalb des Glockengehäuses 122, des Motors 112 und des Getriebekastens 114. Der Umgebungsluft-Sensor 154, der Motorkühlmittel-Sensor 156 und der Getriebekastenöl-Sensor 158 können jeweils diese Temperaturen messen. Alternativ dazu können die Temperaturen aus anderen bekannten Bedingungen abgeleitet oder approximiert werden.
• Schritt 220: Wärme von Umgebung, Motor und Getriebekasten bestimmen.
• Das Verfahren 200 berechnet den Wärmeübergang zwischen dem Glockengehäuse 122 und der Umgebungsluft außerhalb des Glockengehäuses 122, dem Motor 112 und dem Getriebekasten 114. In Abhängigkeit von den betreffenden relativen Temperaturen kann Wärme in das oder aus dem Glockengehäuse 122 fließen.
• Schritt 222: Modellparameter laden.
• Das Verfahren 200 lädt die Parameter des Doppelkupplungsmechanismus 116 zur Verwendung mit dem thermischen Modell mit fünf Zuständen oder sieben Zuständen. Die Parameter beinhalten ohne Beschränkung: Wärmeübertragungskoeffizienten und andere Charakteristiken der spezifischen Materialien, die die Komponenten bilden, Nusselt- und Reynolds-Zahlen für die Komponenten, die Konvektion erfahren, und die Flächen und Dicke von Leitungsgrenzflächen zwischen Komponenten.
• Schritt 224: Thermisches Modell mit fünf Zuständen oder sieben Zuständen anwenden.
• Das Verfahren 200 wendet eines der thermischen Modelle an. Falls die Temperatur der Gehäuseluft 150 bekannt ist, wendet das Verfahren 200 das thermische Modell mit fünf Zuständen an und schließt Temperaturzustände ein für: die erste Kupplung 132, die zweite Kupplung 134, die Mittelplatte 136, den ersten Zug-Deckel 146 und den zweiten Zug-Deckel 148. Wenn die Temperatur der Gehäuseluft 150 nicht bekannt ist, wendet das Verfahren 200 das thermische Modell mit sieben Zuständen an und bezieht ferner Temperaturzustände für das Glockengehäuse 122 und die Gehäuseluft 150 ein.
• Schritt 226: Kalorische Mittel- bzw. Bulk-Temperatur der Kupplungen C1 und C2 ausgeben.
• Aus dem thermischen Modell bestimmt das Verfahren 200 die Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134. Diese Temperaturen können das Primärziel des Verfahrens und des thermischen Modells mit fünf Zuständen oder sieben Zuständen sein.
• Die Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 können mit den kritische Temperaturen die Reibbeläge der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 verglichen werden, und um den Fahrer vor möglichen schädlichen Bedingungen zu warnen. Überdies können die Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 genutzt werden, um den Reibungskoeffizienten der ersten Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144 zu berechnen.
• Schritt 228: Steuerungsaktion ausführen.
• Das Verfahren 200 führt eine Steuerungsaktion basierend auf, zumindest, den bestimmten Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 aus. Ein Ausführen der Steuerungsaktion kann viele Aufgaben oder Operationen einschließen.
• Zum Beispiel kann die Steuerungsaktion ein Speichern aller (fünf oder sieben) bestimmten Temperaturen einschließen. Die gespeicherten Temperaturen können während der nächsten Schleife verwendet werden oder können als die letzten Bedingungen gespeichert werden, wenn das Fahrzeug oder der Motor 112 ausgeschaltet wird.
• Ein Ausführen der Steuerungsaktion kann ein Bestimmen des tatsächlichen Reibungskoeffizienten an der Reibgrenzfläche 142 und der zweiten Reibgrenzfläche 144 basierend auf den bestimmten Temperaturen der ersten Kupplung 132 und der zweiten Kupplung 134 einschließen. Die Steuerungsaktion kann auch ein Speichern der Temperaturen zur Berechnung von Wartungs- oder Serviceaktionen und Zeitplänen für die erste Kupplung 132 und die zweite Kupplung 134 oder andere Teile des Motor/Antriebsstrangs 100 einschließen.
• Schritt 230: Stopp/Schleife.
• Das Verfahren 200 kann einen Ablauf stoppen, bis es vom Steuerungssystem aufgerufen wird, wieder abzulaufen, wie zum Beispiel während des Eintretens von Ereignissen, die wahrscheinlich die Temperatur von Komponenten der Doppelkupplungsmechanismen 116 ändern. Alternativ dazu kann das Verfahren 200 mit einer planmäßig festgelegten Anzahl Schleifen pro Zeitsegment, wie zum Beispiel mehrere Male pro Sekunde, ablaufen.
• Bezug nehmend nun auf 3 und mit fortgesetztem Verweis auf 1 - 2 sind schematische Diagramme oder graphische Darstellungen dargestellt, die einen Test und eine Validierung der hierin beschriebenen thermischen Modelle allgemein veranschaulichen. 3 zeigt tatsächliche Testdaten verglichen mit tatsächlichen Daten von dem thermischen Modell mit fünf Zuständen. Während des Tests wurde die erste Kupplung 132 für wiederholte Anfahrvorgänge von einer Schlupfdrehzahl 0 bis 1200 UpM verwendet, und dann ließ man sie abkühlen.
• In dem in 3 gezeigten Test wurden die Temperaturen der ersten Kupplung 132, der zweiten Kupplung 134 und der Mittelplatte 136 tatsächlich gemessen. Die Ergebnisse des thermischen Modells mit fünf Zuständen mit optimierten Parametern wurden ebenfalls berechnet.
• Ein Diagramm 310 zeigt die Temperatur der ersten Kupplung 132, wobei die Temperatur auf einer y-Achse 312 und die Zeit auf einer x-Achse 314 dargestellt sind. Eine gemessene Temperatur der ersten Kupplung 132 ist als eine durchgezogene Linie 320 dargestellt. Die aufwärts gerichteten Spitzen in der Linie 320 sind Temperaturerhöhungen aufgrund der Wärme, die erzeugt wurde, als die erste Kupplung 132 vom Zustand ohne Eingriff bis zum Zustand mit vollständigem Eingriff während der Anfahrereignisse schlupfte. Eine simulierte Temperatur von dem thermischen Modell mit fünf Zuständen ist als eine gestrichelte Linie 322 dargestellt.
• Ein Diagramm 330 zeigt die Temperatur der zweiten Kupplung 134, wobei die Temperatur auf einer y-Achse 332 und Zeit auf einer x-Achse 334 dargestellt sind. Eine gemessene Temperatur der zweiten Kupplung 134 ist als eine durchgezogene Linie 340 dargestellt. Eine simulierte Temperatur der zweiten Kupplung 134 aus dem thermischen Modell mit fünf Zuständen ist als eine gestrichelte Linie 342 dargestellt.
• Ein Diagramm 350 zeigt die Temperatur der Mittelplatte 136, wobei die Temperatur auf einer y-Achse 352 und Zeit auf einer x-Achse 354 dargestellt sind. Eine gemessene Temperatur der Mittelplatte 136 ist als eine durchgezogene Linie 370 dargestellt. Eine simulierte Temperatur der Mittelplatte 136 von dem thermischen Modell mit fünf Zuständen ist als eine gestrichelte Linie 372 dargestellt. Die aufwärts gerichteten Spitzen in der durchgezogenen Linie 370 sind Temperaturerhöhungen aufgrund der Wärme, die in der ersten Kupplung 132 erzeugt wurde und von der ersten Reibgrenzfläche 142 in die Mittelplatte 136 gelangte.
• Wie in 3 gezeigt ist, sagt das thermische Modell mit fünf Zuständen die Temperaturen der ersten Kupplung 132 während des dargestellten Tests genau bzw. nahe vorher. Das thermische Modell mit fünf Zuständen sagt auch die Temperatur der zweiten Kupplung 134 und der Mittelplatte 136 nahe vorher.
• Bezug nehmend nun auf 4 und mit fortgesetztem Verweis auf 1 - 3 ist ein Abschnitt der zweiten Kupplung 134 dargestellt. Die zweite Kupplung 134 ist schematisch veranschaulicht während eines Heizereignisses, das durch einen Schlupfeingriff mit der (in 4 nicht dargestellten) Mittelplatte 136 verursacht wird.
• Während des Schlupfereignisses an der zweiten Reibgrenzfläche 144 wird Wärme erzeugt, da die Reibplatten der zweiten Kupplung 134 und der Mittelplatte 136 übereinander gleiten. Die erzeugte Wärmemenge ist eine Funktion der Schlupfdrehzahl und der Drehmomentkapazität der zweiten Kupplung 134. Ein Grenzflächentemperaturmodell wird verwendet, um die Temperatur der zweiten Kupplung 134 an der Reibgrenzfläche 144 zu bestimmen, im Gegensatz zu der kalorischen Mittel- bzw. Bulk-Temperatur der zweiten Kupplung 134, die durch das thermische Modell mit fünf Zuständen oder mit sieben Zuständen bestimmt wird.
• Der Reibungskoeffizient zwischen der zweiten Kupplung 134 und der Mittelplatte 136 ist eine Funktion der Grenzflächentemperatur - das heißt der Temperatur an der zweiten Reibgrenzfläche 144. Die thermischen Modelle mit fünf Zuständen und sieben Zuständen berechnen jedoch die Bulk-Temperatur der zweiten Kupplung 134. Der Reibungskoeffizient ändert die Betriebscharakteristiken der zweiten Kupplung 134 und ändert die Art und Weise, in der das Steuerungssystem die zweite Kupplung 134 nutzt, um unter anderem das Fahrzeug anfahren zu lassen und Gänge in dem trockenlaufenden DCT 110 zu wechseln.
• Während die kalorische Mittel- bzw. Bulk-Temperatur von den thermischen Modellen genutzt werden kann, um die Temperatur der zweiten Reibgrenzfläche 144 und daher den Reibungskoeffizienten zu approximieren, kann das Steuerungssystem besser den Doppelkupplungsmechanismus 116 betätigen, falls die Temperatur der zweiten Reibgrenzfläche 144 direkt bestimmt wird. Ähnlich steuert die Temperatur an der ersten Reibgrenzfläche 142 den Reibungskoeffizienten zwischen der ersten Kupplung 132 und der Mittelplatte 136.
• Wie in 4 gezeigt ist, teilt das Grenzflächentemperaturmodell die zweite Kupplung 134 in mehrere Gitterabschnitte 135 (in der dargestellten Veranschaulichung sechs). Jeder der Gitterabschnitte 135 wird von einem Gitterpunkt oder -knoten begrenzt, der wie in 4 ersichtlich von rechts nach links mit 1 bis 7 bezeichnet ist. Es gibt einen Gitterpunkt an jeder/jedem der beiden Begrenzungen oder Ränder der mehreren Gitterabschnitte 135.
• Für das Grenzflächentemperaturmodell wird die auf die zweite Kupplung 134 übertragene Wärme schematisch als ein Wärmefluss 145 veranschaulicht, der an der zweiten Reibgrenzfläche 144 beaufschlagt wird. Das Grenzflächentemperaturmodell nutzt diesen eindimensionalen Wärmefluss 145, um die durch einen Schlupfeingriff der zweiten Kupplung 134 mit der Mittelplatte 136 erzeugte Wärmeeinspeisung zu modellieren.
• Die Größe des Wärmeflusses 145 ist eine Funktion des Drehmoments, das von der zweiten Kupplung 134 getragen wird, und der Schlupfdrehzahl über die zweite Kupplung 134. Die gesamte erzeugte Wärme ist gegeben durch die Gleichung: $${\text{Q}}_{\text{h}}=\left({\text{Torque}}_{\text{c2}}\ast {\mathrm{\omega }}_{\text{c2\_Slip}}\ast \text{delta\_time}\right)$$

  

  wobei Torque_c2 das über die zweite Kupplung 134 getragene Drehmoment ist und ωc_{2_Slip} die Schlupfdrehzahl der zweiten Kupplung 134 ist. Man beachte, dass die Schlupfdrehzahl und das von der zweiten Kupplung 134 getragene Drehmoment sich während des Schlupfereignisses ändern können, so dass das Anfangstemperaturmodell den Wärmefluss 145 wiederholt berechnen kann oder den Wärmefluss 145 als einen Durchschnitt während des gesamten Schlupfereignisses abschätzen kann.
• Die Größe des Wärmeflusses 145 zur zweiten Kupplung 134, der als q_C2 bezeichnet wird, wird durch das Grenzflächentemperaturmodell als die Hälfte der gesamten Wärme Q_h, verteilt über die Fläche der zweiten Kupplung 134 bestimmt, so dass gilt q_c2 = Q_h/2/dt/area. Die andere Hälfte der gesamten Wärme wird auf die Mittelplatte 136 übertragen.
• Das Grenzflächentemperaturmodell berechnet die Temperaturen von jedem der Gitterpunkte während des Heizereignisses, während der Wärmefluss 145 beaufschlagt wird. Das Grenzflächentemperaturmodell nimmt an, dass während dieser Berechnung keine Kühlung stattfindet, die über eine kurze Dauer erfolgt. Daher sind die Effekte einer Konvektion zur Gehäuseluft 150 und Leitung zum zweiten Zug-Deckel 148 nicht in das Grenzflächentemperaturmodell einbezogen.
• Die verbleibende Wärmeübertragung in der zweiten Kupplung 134 als Folge des Wärmeflusses 145 wird aufgrund einer Leitung zwischen den Gitterabschnitten 135 berechnet. Aus den Leitungsgleichungen bildet das Grenzflächentemperaturmodell unter Verwendung der sieben Gitterpunkte ein eindimensionales instationäres Problem.
• Die Gleichungen zum Lösen nach einem Gradienten, basierend auf dem Wärmefluss 145 aus Schlupfereignissen, beinhalten separate Gleichungen für: die Grenzflächenbegrenzung (am Gitterpunkt 1) an der zweiten Reibgrenzfläche 144; die äußere Begrenzung (am Gitterpunkt 7), wo die zweite Kupplung 134 auf die Gehäuseluft 150 trifft; und die Gitterabschnitte 135 zwischen Gitterpunkten 1 bis 2). Die Gleichung für die Grenzflächenbegrenzung lautet: $${\text{q}}_{\text{c2}}-\text{k}/\text{dx}\ast \left({\text{T}}_1-{\text{T}}_2\right)=\left(\text{Rho}\ast \text{Cp}/\text{dt}\ast \text{dx}/2\right)\ast \left({\text{T}}_1-{\text{T}}_1{}^0\right)$$

  

  wobei k die Leitfähigkeit des Materials der zweiten Kupplung 134 ist, dx die Breite der Gitterabschnitte 135 (in diesem Beispiel ein Sechstel der Breite der zweiten Kupplung 134) ist, T₁ und T₂ die Temperaturen sind, die an den Gitterpunkten 1 und 2 zu bestimmen sind. Rho ist die Dichte des Materials, Cp ist die spezifische Wärme, T₁ ⁰ war die vorherige Temperatur (vorheriger Zeitschritt) der zweiten Reibgrenzfläche (Gitterpunkt 1) und dt ist die Zeitänderung ab der vorherigen Iteration. Das Grenzflächentemperaturmodell kann die Temperaturen in einem festen Zyklus oder einer Schleife in einem festgelegten Intervall berechnen, wann immer der Doppelkupplungsmechanismus 116 Schlupfereignissen ausgesetzt ist.
• Da keine Kühlung an die Gehäuseluft von der äußeren Begrenzung am Gitterpunkt 7 aus stattfindet, lautet die Gleichung für die äußere Begrenzung: $$\text{k/dx}\ast \left({\text{T}}_{\text{6}}-{\text{T}}_{\text{7}}\right)=\left(\text{Rho}\ast \text{Cp/dt}\ast \text{dx}/2\right)\ast \left({\text{T}}_7-{\text{T}}_7{}^0\right)$$

  

  wobei T₆ und T₇ die Temperaturen sind, die an den Gitterpunkten 6 und 7 zu bestimmen sind, und T₇ ⁰ die vorherige Temperatur (vorheriger Zeitschritt) der äußeren Begrenzung (Gitterpunkt 7) war. Die vorherigen Temperaturen können aus dem Speicher des Steuerungssystems gelesen werden.
• Die Gleichungen für die anderen Gitterpunkte sind mit Ausnahme der Änderungspunkte alle im Wesentlichen identisch zueinander. Die Gleichung für eine Wärmeübertragung am Gitterpunkt 2 lautet: $$\text{k}/\text{dx}\ast \left({\text{T}}_1-{\text{T}}_2\right)-\text{k}/\text{dx}\left({\text{T}}_2-{\text{T}}_3\right)=\left(\text{Rho}\ast \text{Cp}/\text{dt}\ast \text{dx}/2\right)\ast \left({\text{T}}_2-{\text{T}}_2{}^0\right)$$

  

  und die Gleichungen für Gitterpunkte 3 bis 6 sind die gleichen und werden nicht separat beschrieben.
• Aus den obigen Gleichungen werden die Lösungen für die Temperaturen (T₁ bis T₇) an jedem der Gitterpunkte mittels eines TriDiagonal-Matrix-Algorithmus (TDMA) erhalten. Die Temperatur (T₁) ist die Fluss-Grenzflächentemperatur, welche die Temperatur an der zweiten Reibgrenzfläche 144 ist, die durch das Grenzflächentemperaturmodell berechnet wird. Die Fluss-Grenzflächentemperatur kann verwendet werden, um den Reibungskoeffizienten zu bestimmen oder um zu bestimmen, ob irgendeine Beschädigung an den Reibflächen aufgetreten ist. Das Grenzflächentemperaturmodell bestimmt auch eine Fluss-Bulk-Temperatur, welche der Durchschnitt der Temperaturen aller sieben Gitterpunkte als Ergebnis des Wärmeflusses 145 ist.
• Die oben bestimmte Fluss-Grenzflächentemperatur ist jedoch tatsächlich nur die Grenzflächentemperatur, die als Ergebnis des Wärmeflusses 145 während des Heizereignisses auftritt. Diese Fluss-Grenzflächentemperatur umfasst nicht Temperaturänderungen aufgrund vorheriger Schlupfereignisse und Kühlperioden. Zum Beispiel kann man der zweiten Kupplung 134 befehlen, während eines Anfahrereignisses eines Fahrzeugs zu schlupfen, und dann befehlen, während einer nachfolgenden Schaltung kurz nach dem Anfahrereignis wieder zu schlupfen.
• Daher bestimmt das Grenzflächentemperaturmodell auch eine Delta-Grenzflächentemperatur, welche die Differenz zwischen der Fluss-Grenzflächentemperatur (Punkt 1) und der Fluss-Bulk-Temperatur (Durchschnitt aller Punkte) ist. Die Delta-Grenzflächentemperatur kann zu der absoluten Bulk-Temperatur addiert werden, die durch das thermische Modell mit fünf Zuständen oder das thermische Modell mit sieben Zuständen bestimmt wurde - von denen beide vorherige Ereignisse berücksichtigen und Bedingungen kontinuierlich verfolgen -, um die absolute oder reale Grenzflächentemperatur an der zweiten Reibgrenzfläche 144 zu bestimmen.
• Bezug nehmend nun auf 5 und mit fortgesetztem Verweis auf 1 - 4 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens 500 dargestellt, um Grenzflächentemperaturen in einem trockenlaufenden Doppelkupplungsgetriebe wie zum Beispiel dem in 1 gezeigten trockenlaufenden DCT 110 zu bestimmen. 5 kann ein Subprozess oder ein Zusatzprozess des Verfahrens 200 sein, das in 2 dargestellt wurde. Die genaue Reihenfolge der Schritte des Algorithmus oder Verfahrens 500, dargestellt in 5, wird nicht verlangt, und 5 zeigt nur eine High-Level-Veranschaulichung des Verfahrens 500. Schritte können umgeordnet werden, Schritte können weggelassen werden, und zusätzliche Schritte können einbezogen werden.
• Zu Veranschaulichungszwecken kann das Verfahren 500 mit Verweis auf die Elemente und Komponenten beschrieben werden, die in Bezug auf 1 und 4 gezeigt und beschrieben wurden, und kann vom Steuerungssystem ausgeführt werden. Andere Komponenten können jedoch verwendet werden, um das Verfahren 500 und den beanspruchten Gegenstand in die Praxis umzusetzen. Beliebige der Schritte können durch mehrere Komponenten innerhalb des Steuerungssystems ausgeführt werden.
• Schritt 510: Start.
• Das Verfahren 500 kann bei einem Start- oder Initialisierungsschritt beginnen, während welcher Zeit das Verfahren 500 Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und des Motor/Antriebsstrangs 100 überwacht. Eine Einleitung bzw. Initiierung kann zum Beispiel als Antwort darauf stattfinden, dass der Fahrzeugbediener den Zündschlüssel einführt, oder als Antwort darauf, dass andere spezifische Bedingungen erfüllt sind, oder kann sich verzögern, bis sie für ein spezifische Ereignis aufgerufen wird, wie z.B. ein Anfahren des Fahrzeugs oder Gangwechsel, die vom Steuerungssystem angefordert werden. Das Verfahren 500 kann dafür eingerichtet sein, in nur einer einzigen Schleife oder mehrere Male abzulaufen, um seine Ergebnisse zu validieren.
• Schritt 512: Wärmefluss bestimmen.
• Das Verfahren 500 bestimmt den Wärmefluss 145, der als Folge des Schlupfereignisses in der ersten Kupplung 132 oder der zweiten Kupplung 134 erzeugt wird. Der Wärmefluss 145 wird bestimmt als eine Funktion des Drehmoments und der Schlupfdrehzahl über die schlupfende Kupplung während des Schlupfereignisses. Da der Wärmefluss 145 sich während des Schlupfereignisses ändern kann, kann, falls das Verfahren 500 während des Schlupfereignisses nicht mehrere Male eine Schleife durchläuft, ein Bestimmen des Wärmeflusses 145 als Teil jeder Schleife des Fahrverfahrens 500 mehrere Male wiederholt werden oder kann einen bestimmten Wärmefluss 145 im Wesentlichen konstant während des Schlupfereignisses ausgeben.
• Schritt 514: Gitterpunkttemperaturen bestimmen.
• Das Verfahren 500 bestimmt die Temperaturen an den Gitterpunkten während des Schlupfereignisses. Wie hierin beschrieben wurde, können die Temperaturen durch Gleichungen bestimmt werden, die den Wärmefluss in die erste Kupplung 132 oder die zweite Kupplung 134 während des Schlupfereignisses modellieren. Ein Bestimmen der Gitterpunkttemperaturen kann auch ein Wählen der Anzahl von Gitterabschnitten 135 einschließen, die mit dem Grenzflächentemperaturmodell verwendet werden sollen.
• Schritt 516: Fluss-Bulk-Temperatur eines Grenzflächenmodells bestimmen.
• Das Verfahren 500 bestimmt die Fluss-Bulk-Temperatur gemäß dem Grenzflächentemperaturmodell. Die Fluss-Bulk-Temperatur von dem Grenzflächentemperaturmodell ist die durchschnittliche Temperatur all der bestimmten Gitterpunkte. Diese Fluss-Bulk-Temperatur ist eine relative Bulk-Temperatur basierend nur auf dem Wärmefluss 145 während des Schlupfereignisses.
• Schritt 518: Delta-Grenzflächentemperatur bestimmen.
• Das Verfahren 500 bestimmt die Differenz zwischen der Fluss-Bulk-Temperatur aus dem Grenzflächentemperaturmodell (Durchschnitt der sieben Gitterpunkte) und der Fluss-Grenzflächentemperatur (am Gitterpunkt 1). Diese Differenz ist die Delta-Grenzflächentemperatur von dem Grenzflächentemperaturmodell. Während das Modell der Fluss-Grenzflächentemperatur die tatsächliche oder absolute Grenzflächentemperatur der ersten Kupplung 132 oder der zweiten Kupplung 134 als Folge des Wärmeflusses 145 nicht bestimmt, bestimmt das Grenzflächentemperaturmodell die Differenz zwischen der Fluss-Bulk-Temperatur und der Fluss-Grenzflächentemperatur aufgrund des Wärmeflusses 145.
• Schritt 520: Bulk-Temperatur aus thermischem Modell lesen.
• Das Verfahren 500 bestimmt oder liest die absolute Bulk-Temperatur aus dem thermischen Modell mit fünf Zuständen oder mit sieben Zuständen.
• Die absolute Bulk-Temperatur aus dem thermischen Modell berücksichtigt die Temperaturänderungen, die durch mehrere Schlupfereignisse und Kühlperioden im Laufe der Zeit verursacht werden, und liefert daher einen Basispunkt zum Bestimmen der absoluten Grenzflächentemperatur aus der durch das Grenzflächentemperaturmodell gefundenen Delta-Grenzflächentemperatur.
• Schritt 522: Absolute Grenzflächentemperatur berechnen.
• Das Verfahren 500 berechnet die absolute Grenzflächentemperatur unter Verwendung sowohl des Grenzflächentemperaturmodells als auch des thermischen Modells mit fünf Zuständen oder sieben Zuständen. Die absolute Grenzflächentemperatur wird berechnet, indem die absolute Bulk-Temperatur von dem thermischen Modell zu der Delta-Grenzflächentemperatur von dem Grenzflächentemperaturmodell addiert wird.
• Schritt 524: Reibungskoeffizienten berechnen.
• Das Verfahren 500 berechnet den Reibungskoeffizienten für die erste Kupplung 132 oder die zweite Kupplung 134 während des Schlupfereignisses. Der Reibungskoeffizient kann in Echtzeit bei jeder Schleife des Verfahrens 500 berechnet werden oder als ein Durchschnitt von mehreren Schleifen des Verfahrens berechnet werden.
• Schritt 526: Resultate ausgeben.
• Das Verfahren 500 führt eine Steuerungsaktion mit den Ergebnissen der Grenzflächentemperatur aus, wie zum Beispiel ein Ausgeben der Ergebnisse des Grenzflächentemperaturmodells zur Verwendung in einer anderen Berechnung oder durch einen anderen Prozess oder System. Die Ergebnisse können ein oder mehrere: der Fluss-Bulk-Temperatur, der Fluss-Grenzflächentemperatur, der Delta-Grenzflächentemperatur, der absoluten Grenzflächentemperatur, der individuellen Gitterpunkttemperaturen und des Reibungskoeffizienten einschließen. Ein Ausgeben der Ergebnisse des Grenzflächentemperaturmodells kann ein Durchlaufen des Verfahrens 500 in einer Schleife einschließen, falls das Schlupfereignis andauert.
• Das Steuerungssystem kann die absolute Grenzflächentemperatur und andere bestimmte Temperaturen speichern. Überdies kann die Ausgabe der Grenzflächentemperaturen vom Steuerungssystem genutzt werden, um Wartungsintervalle oder die vorhergesagte Lebensdauer der zweiten Kupplung 134 basierend auf der Erfahrung der absoluten Grenzflächentemperatur während der von der zweiten Kupplung 134 erfahrenen Schlupfereignisse zu berechnen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Bestimmen von Grenzflächentemperaturen für einen trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus (116), mit den Schritten: Bestimmen, dass ein Schlupfereignis an einer Reibgrenzfläche (142, 144) einer Kupplung (132, 134) in dem trockenlaufenden Doppelkupplungsmechanismus (116) stattfindet; Bestimmen eines Wärmeflusses, der durch das Schlupfereignis erzeugt wird; Aufteilen der Kupplung (132, 134) in mehrere Gitterabschnitte (135), wobei jeder der Gitterabschnitte (135) von einem Gitterpunkt (1-7) begrenzt wird; Berechnen der Temperatur jedes Gitterpunkts (1-7) infolge des Wärmeflusses; Bestimmen einer Durchschnittstemperatur aus dem bestimmten Wärmefluss als der Durchschnitt der Temperaturen der mehreren Gitterpunkte (1-7); Bestimmen einer Grenzflächentemperatur aus dem bestimmten Wärmefluss, wobei die Grenzflächentemperatur die Temperatur des Gitterpunkts an der Reibgrenzfläche (142, 144) ist; Subtrahieren der Grenzflächentemperatur von der Durchschnittstemperatur, um eine Delta-Grenzflächentemperatur zu berechnen; Lesen einer absoluten Durchschnittstemperatur, die die durchschnittliche Temperatur über die Kupplung (132, 134) repräsentiert, wobei die absolute Durchschnittstemperatur aus einem theoretischen Modell gelesen wird, welches Temperaturänderungen berücksichtigt, die durch mehrere Schlupfereignisse und Kühlperioden im Laufe der Zeit verursacht werden; Addieren der Delta-Grenzflächentemperatur zu der absoluten Durchschnittstemperatur, um eine absolute Grenzflächentemperatur zu berechnen; und Ausführen einer Steuerungsaktion unter Verwendung der berechneten absoluten Grenzflächentemperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Bestimmen eines Reibungskoeffizienten für die Kupplung (132, 134) im Schlupfereignis, wobei der Reibungskoeffizient eine Funktion der berechneten absoluten Grenzflächentemperatur ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit den Schritten: Speichern der absoluten Grenzflächentemperatur, Berechnen eines Wartungsintervalls oder einer Lebensdauer der Kupplung (132, 134) basierend auf der absoluten Grenzflächentemperatur.

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