DE102012213886B4

DE102012213886B4 - Verfahren zur Steuerung einer automatisierten trockenen Kupplung

Info

Publication number: DE102012213886B4
Application number: DE102012213886.2A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus; Lukas Holzer; Ekkehard Reibold
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: DE102012213886A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer automatisierten trockenen Kupplung (10) im Triebstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle, wobei die Kupplung (10) nach einer Kupplungskennlinie gesteuert wird, welche in Abhängigkeit von einer Kupplungsposition (posist) ein Kupplungsmoment angibt, und die Kupplungskennlinie zur Kompensation von Änderungen im Kupplungsverhalten korrigiert (16) wird, wobei die Korrektur (16) der Kupplungskennlinie in Abhängigkeit einer Luftfeuchtigkeit (Lf) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskennlinie nach einem vorgegebenen Kupplungsmodell (15) erstellt wird, bei welchem ein Quellen eines Kupplungsbelages als Maß für den Einfluss der Luftfeuchtigkeit (Lf) berücksichtigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten trockenen Kupplung im Triebstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle, wobei die Kupplung nach einer Kupplungskennlinie gesteuert wird, welche in Abhängigkeit von einer Kupplungsposition ein Kupplungsmoment angibt und die Kupplungskennlinie zur Kompensation von Änderungen im Kupplungsverhalten korrigiert wird.
DE 101 05 183 A1 offenbart ein Drehmomentübertragungssystem für ein Fahrzeug mit einer Reibeinheit und einem Stellaktuator.
DE 102 13 946 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatisierten Steuerung eienr Kupplung in einem Fahrzeug.
DE 103 12 386 A1 offenbart ein Verfahren zur Begrenzung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs.
Im Rahmen dieser Schrift wird unter einer automatisierten trockenen Kupplung eine Kupplungsscheibeneinrichtung verstanden, welche in axialer Richtung voneinander beabstandete Reibbelagteile aufweist, die zwischen zwei Kupplungselementen einklemmbar sind. Eine solche Kupplungsscheibeneinrichtung ist aus der DE 10 2007 035 125 A1 bekannt. Solche automatisiert betätigten Kupplungen werden beispielsweise in Verbindung mit einem automatisierten Schaltgetriebe oder einem Doppelkupplungsgetriebe verwendet, wobei die Kupplung mittels eines Aktuators betätigt wird, der von einer Steuervorrichtung angesteuert wird.
Da die Kupplung bei einem Doppelkupplungsgetriebe während des Betriebes des Fahrzeuges Verschleiß unterliegt und sich unter anderem aufgrund der Temperaturschwankungen beim Betrieb das Reibverhalten der Kupplung ändert, werden im Stillstand oder auch während des Betriebs des Fahrzeuges Adaptionen einer Kupplungskennlinie durchgeführt, um beispielsweise zu erreichen, dass das in der Steuerungssoftware angenommene, von der Kupplung zu übertragene Kupplungsmoment möglichst genau dem tatsächlich übertragbaren Kupplungsmoment entspricht, um beispielsweise einem Komfort beeinflussenden Schaltruck vorzubeugen. Die Kennlinie umfasst dabei das Kupplungsmoment in Abhängigkeit von einer Kupplungsposition. Mit Hilfe eines Kupplungsmodells wird das Kupplungsmoment als Funktion der Kupplungsposition modelliert.
Bei langem Stillstand eines Kraftfahrzeuges tritt der Effekt auf, dass die trockenen Reibbeläge der Kupplung aufquellen, wodurch sich das Lüftspiel der Kupplung verkleinert. In diesem Zustand überträgt die Kupplung mehr Moment als von der Software angefordert. Dabei kann es zu Anlegeschäden, hartem Einkuppeln und eventuell sogar zu ungewolltem Ankriechen der Kupplung, d.h. einem Schließen der Kupplung, kommen, obwohl dies vom Fahrzeugführer nicht gewünscht ist. Das Quellen der Kupplungsbeläge wirkt sich somit nachteilig auf den Komfort des Kraftfahrzeuges aus und kann sogar die Sicherheit des Kraftfahrzeuges beeinflussen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten trockenen Kupplung anzugeben, bei welchem ein Quellen der Kupplungsbeläge ohne Auswirkung auf den Komfort und die Sicherheit des Kraftfahrzeuges bleibt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Korrektur der Kupplungskennlinie in Abhängigkeit einer Luftfeuchtigkeit erfolgt. Da die Luftfeuchtigkeit das Quellen der Kupplungsbeläge stark beeinflusst, ist die Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit bei der Modellierung der Kupplungskennlinie von besonderer Bedeutung. Durch die Korrektur der Kupplungskennlinie wird eine aktuelle, feuchtigkeitsbedingte Veränderung des Lüftspiels der Kupplung jederzeit berücksichtigt, so dass immer das dem aktuellen Lüftspiel entsprechende Kupplungsmoment zur Ansteuerung der Kupplung ausgegeben wird.
Erfindungsgemäß wird die Kupplungskennlinie nach einem vorgegebenen Kupplungsmodell erstellt, bei welchem ein Quellen eines Kupplungsbelages als Maß für den Einfluss der Luftfeuchtigkeit berücksichtigt wird. Das Kupplungsmodell beschreibt den Einfluss aller relevanten Größen auf die Kupplungskennlinie, welche den Zusammenhang zwischen Kupplungsposition und Kupplungsmoment wiedergibt. Mit Hilfe des Kupplungsmodells wird das richtige Kupplungsmoment ermittelt, d.h. dass durch ein dosiertes Schließen der Kupplung ein definiertes Übertragungsmoment zwischen den Kupplungsscheiben sichergestellt wird. Das Kupplungsmoment wird somit von der feuchtigkeitsabhängigen Kupplungsposition beeinflusst.
In einer Ausgestaltung wird das Quellen des Kupplungsbelages durch einen Quellkoeffizienten dargestellt, welcher neben der Luftfeuchtigkeit eine Kupplungstemperatur berücksichtigt. Dieser Quellkoeffizient geht in die Adaption der Kupplungskennlinie ein und korrigiert dabei das aufzubringende Kupplungsmoment in Abhängigkeit von der Kupplungsposition und dem Quellzustand des Kupplungsbelages.
In einer Variante begrenzt der Quellkoeffizient eine Quelldicke des Kupplungsbelages zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert. Dieses Intervall der Quelldicke berücksichtigt, dass das Quellen der Kupplung begrenzt ist.
In einer Weiterbildung wird die Quelldicke in der Kupplungskennlinie dahingehend berücksichtigt, dass bei einem Tastpunkt der Kupplung der Maximalwert der Quelldicke berücksichtigt wird, wobei die Quelldicke bis zu einem maximalen Kupplungsmoment auf den Minimalwert absinkt. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass auch die Quelldicke mit zunehmender Anpresskraft der Kupplungsscheiben abnimmt.
In einer Variante wird das Quellen des Kupplungsbelages nur bei der Initialisierung der Kupplungsansteuerung berücksichtigt. In vielen Fällen reicht ein solches statisches Quellmodell aus, da beim späteren Betrieb der Kupplung eine normale Adaption der Kupplungskennlinie greift.
Vorteilhafterweise wird bei der Initialisierung der Kupplungsansteuerung der Quellkoeffizient in Abhängigkeit einer Abstellzeit des Kraftfahrzeuges berücksichtigt. Unter der Annahme, dass die Quelldicke des Kupplungsbelages mit zunehmender Abstellzeit des Kraftfahrzeuges zunimmt, da die Kupplung nicht betätigt wird, wird dies bei der Korrektur der Kupplungskennlinie berücksichtigt. Das bedeutet, dass bei längerer Abstellzeit ein größerer Quellkoeffizient als Korrekturfaktor angesetzt wird.
In einer Ausgestaltung wird ein Vertrauensmaß des Kupplungsmodells bei der Initialisierung der Kupplungsansteuerung reduziert. Durch das Vertrauensmaß werden messtechnisch nicht erfasste Parameter bei der Kupplungsansteuerung berücksichtigt, so dass Zusatzinformationen bei der Korrektur der Kupplungskennlinie mit berücksichtigt werden. Eine solche Zusatzinformation kann beispielsweise darin bestehen, dass das Kupplungsmoment höher als angenommen ist. Das Vertrauensmaß ist somit ein Bewertungskriterium zum Qualifizieren der aktuell verwendeten Kupplungskennlinie, um in Abhängigkeit von diesem Bewertungskriterium eine Adaptions- oder Steuerungsstrategie auszuwählen.
In einer Weiterbildung wird das Vertrauensmaß des Kupplungsmodells in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit und/oder der Kupplungstemperatur und/oder der Abstellzeit des Kraftfahrzeuges reduziert. Eine Verminderung des Vertrauensmaßes wird beispielsweise in Abhängigkeit der Änderung der Luftfeuchtigkeit seit dem letzten Adaptionsschritt durchgeführt.
In einer Variante wird zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit ein bereits im Kraftfahrzeug vorhandener Luftfeuchtigkeitssensor verwendet. Somit können Luftfeuchtigkeitssignale, die beispielsweise zur Ansteuerung von SCR-Systemen (Selective Catalytic Reduction) genutzt werden, bei der Kupplungsansteuerung verwendet werden. Da zusätzliche Sensoren für die luftfeuchtigkeitsabhängige Kupplungssteuerung nicht notwendig sind, ist die vorgeschlagene Lösung sehr kostengünstig.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:

1: schematischer Aufbau eines hydraulischen Kupplungsaktors für eine automatisierte Kupplung
2: Blockschaltbild eines Kupplungsmodells, mit dem die Kennlinienadaption gesteuert wird

In Kraftfahrzeugen mit einem Automatikgetriebe wird im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges ein Doppelkupplungsgetriebe verwendet. Das Doppelkupplungsgetriebe besteht aus zwei Teilsträngen, wobei jeder Teilstrang eine Teilgetriebekupplung und einen Teilgetriebestrang aufweist. Zur Betätigung der Teilgetriebekupplung wird als Teilgetriebekupplungsaktorik ein hydraulischer hydrostatischer Kupplungsaktor (HCA) verwendet, dessen schematischer Aufbau mit Hilfe von 1 anhand der Teilgetriebekupplungsaktorik 1 näher erläutert werden soll. Alternativ zur Betätigung der Teilgetriebekupplung kann selbstverständlich auch jede andere Teilgetriebekupplungsaktorik, beispielsweise eine nicht-hydraulische Hebelaktorik wie sie aus der DE 10 2004 009 832 A1 oder der DE 10 2009 010 136 A1 seit langem bekannt ist, verwendet werden. Die hydrostatische Teilgetriebekupplungsaktorik 1 umfasst dabei auf der Geberseite das Steuergerät 2, das den Elektromotor 3 ansteuert. Bei einer Lageveränderung des Elektromotors 3 und eines durch den Elektromotor 3 betätigten Kolbens 4 des Geberzylinders 5 entlang des Aktorweges nach rechts wird das Volumen des Geberzylinders 5 verändert, wodurch ein Druck p in dem Geberzylinder 5 aufgebaut wird, der über eine Hydraulikflüssigkeit 6 in einer Hydraulikleitung 7 zur Nehmerseite 8 der Teilgetriebekupplungsaktorik 1 übertragen wird. Die Hydraulikleitung 7 ist bezüglich ihrer Länge und Form der Bauraumsituation des Fahrzeuges angepasst. Auf der Nehmerseite 8 verursacht der Druck p der Hydraulikflüssigkeit 6 in einem Nehmerzylinder 9 eine Wegänderung, die auf die Teilgetriebekupplung 10 übertragen wird, um diese zu betätigen. Der Druck p in dem Geberzylinder 5 auf der Geberseite 11 der Teilgetriebekupplungsaktorik 1 kann mittels eines Drucksensors 12 ermittelt werden. Die von dem Kolben 4 des Geberzylinders 5 zurückgelegte Wegstrecke wird mittels eines Wegsensors 13 bestimmt. Das Steuergerät 2 ist darüber hinaus mit einem Luftfeuchtigkeitssensor 14 verbunden, welcher in einer anderen Anwendung des Kraftfahrzeuges verbaut ist.
Im Steuergerät 2 ist eine Software zur Ansteuerung der Teilgetriebekupplung 10 durch den Nehmerzylinder 9 abgelegt, welche eine Kupplungskennlinie adaptiert. Die Kupplungskennlinie stellt dabei einen Zusammenhang zwischen einem Kupplungsmoment und einer Kupplungsposition her, wobei die Kupplungsposition durch den Wegsensor 13 detektiert wird. Eine solche Adaption ist in 2 dargestellt. Als Eingangsgröße eines Kupplungsmodells 15 werden die Kupplungstemperatur T, die Wartezeit des Kraftfahrzeuges wt (Abstellzeit des Kraftfahrzeuges) und die Luftfeuchtigkeit Lf berücksichtigt. Mit Hilfe dieser Eingangssignale wird im Kupplungsmodell 15 das Quellen eines Kupplungsbelages der Teilgetriebekupplung 10 moduliert. Als Ergebnis der Kupplungsmodellierung wird ein Quellkoeffizient q bestimmt, welcher an eine Kennlinienadaption 16 ausgegeben wird.
Bei der Bestimmung des Quellkoeffizienten q wird davon ausgegangen, dass die Quelldicke des Kupplungsbelages begrenzt ist und zwischen einem Minimalwert, vorzugsweise 0, und einem Maximalwert liegt. Die Kupplungskennlinie wird so modelliert, dass am Tastpunkt der Teilgetriebekupplung 10 die Quelldicke einen maximalen Wert annimmt, während die Quelldicke zum maximalen Kupplungsmoment hin abnimmt. Dabei wird unter dem Tastpunkt der Punkt verstanden, bei welchem die Kupplungsscheiben der Teilgetriebekupplung 10 ihren Berührungspunkt erreichen, d.h. die Übertragung des Drehmomentes von dem Antriebsmotor auf das Getriebe beginnt. Mit zunehmender Änderung der Position der Teilgetriebekupplung 10, d.h. beim zunehmenden Schließen der Kupplung, nimmt das Kupplungsmoment zu, bis bei völlig eingerückter Kupplung das gesamte Drehmoment des Antriebsmotors durch die Teilgetriebekupplung 10 übertragen wird.
Dieses dynamische Kupplungsmodell 15 geht mit dem Quellkoeffizienten q in die Kennlinienadaption 16 ein. Mittels dieser Kennlinienadaption 16 wird das richtige Kupplungsmoment an der Teilgetriebekupplung 10 eingestellt, d.h. durch dosiertes Schließen der Teilgetriebekupplung 10 wird die Übertragung des Drehmoments des Antriebsmotors auf das Getriebe sichergestellt. Im vorliegenden Fall sind als Eingangsgrößen der Kennlinienadaption 16 neben dem Quellkoeffizient q auch das Sollkupplungsmoment M_soll sowie die aktuelle Kupplungsposition pos_ist vorgesehen. Aufgrund dieser Eingangsgrößen wird eine Kupplungskennlinie adaptiert, welche das Quellverhalten der Kupplungsbeläge bei der aktuellen Luftfeuchtigkeit Lf berücksichtigt. Mittels der Kupplungskennlinie wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Kupplungsmoment die Kupplungsposition pos_Soll festgelegt, bei welcher dieses Kupplungsmoment übertragen wird.
Bei einem statischen Kupplungsmodell 15 wird der Quellkoeffizient q nur bei der Initialisierung des Steuergerätes 2 verwendet, bei welcher auch die Kupplungsansteuerung initialisiert wird. Im normalen Fahrbetrieb greift dann die normale Adaption der Kupplungskennlinie, bei welcher Einflussgrößen, wie Alterung und Verschleiß der Kupplung, die Kupplungsdrehzahl u.ä. in das Kupplungsmodell 15 eingehen. Als besonders entscheidendes Kriterium für die Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit Lf ist dabei die Abstellzeit wt des Fahrzeuges zu benennen. Je länger das Fahrzeug bei abgeschaltetem Antriebsmotor abgestellt ist, umso größer ist das Maß, in welches die Luftfeuchtigkeit Lf in den Quellkoeffizienten q eingeht, da sich durch eine längere Abstellzeit das Aufquellen des Kupplungsbelages vergrößert.
Neben der Verwendung der Information der Luftfeuchtigkeit Lf bei der Erstellung des Kupplungsmodells 15 kann diese Information aber auch als direkte Eingangsgröße der Kennlinienadaption 16 zugeführt werden. Dabei wird ein Kupplungsmodellvertrauensmaß bei der Initialisierung der Kupplungsansteuerung in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit Lf, der Kupplungstemperatur T und der Abstellzeit wt des Fahrzeuges reduziert, wobei beispielsweise die Zusatzinformation „Kupplungsmoment wahrscheinlich höher als angenommen“ berücksichtigt wird. Bei dem Kupplungsmodellvertrauenmass wird ein Beobachter verwendet, um ein Bewertungskriterium für die adaptierte Kupplungskennlinie zu schaffen. Die Verwendung des Beobachters besitzt dabei den Vorteil, dass bei bekannten Funktionszusammenhängen zwischen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen messtechnisch nicht erfasste Parameter ermittelt werden können. Aufgrund der Veränderung des Kupplungsmodellvertrauenmaßes reduziert die Fahrstrategie den Vorsteueranteil, welcher den Korrekturwert einstellt und/oder erhöht den Regelungsanteil, indem das Kupplungmodell 15 verändert wird.
Die bei trockenen Doppelkupplungsbelägen auftretenden Quelleffekte werden mit der beschriebenen Lösung in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft bei der Erstellung des Kupplungsmodells 15 und/oder der Ausführung der Kupplungsansteuerung berücksichtigt. Durch Verwendung von Luftfeuchtigkeitssensorsignalen kann das Kupplungsmoment vorgesteuert und/oder geeignet initialisiert werden, um die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort des Kraftfahrzeuges zu erhöhen. Das Kupplungsmodellvertrauenmaß variiert dabei je nachdem wie lange das Kraftfahrzeug gestanden hat, wie hoch die Kupplungstemperatur T bzw. wie hoch die Luftfeuchtigkeit Lf sind. Wird bei hoher Luftfeuchtigkeit Lf eine geringe Kupplungstemperatur T gemessen, ist ein höheres Kupplungsmoment notwendig, da von einem größeren Aufquellen der Kupplungsbeläge ausgegangen wird. Wird eine hohe Luftfeuchtigkeit Lf bei höherer Kupplungstemperatur T bestimmt, geht das Kupplungsmoment zurück.
Bezugszeichenliste

1: Teilgetriebekupplungsaktorik
2: Steuergerät
3: Elektromotor
4: Kolben
5: Geberzylinder
6: Hydraulikflüssigkeit
7: Hydraulikleitung
8: Nehmerseite
9: Nehmerzylinder
10: Teilgetriebekupplung
11: Geberseite
12: Drucksensor
13: Wegsensor
14: Luftfeuchtigkeitssensor
15: Kupplungsmodell
16: Kennlinienadaption
T: Kupplungstemperatur
wt: Stillstandszeit des Kraftfahrzeuges
Lf: Luftfeuchtigkeit
MSoll: Kupplungssollmoment
posist: aktuelle Kupplungsposition
posSoll: Kupplungssollposition

Claims

Verfahren zur Steuerung einer automatisierten trockenen Kupplung (10) im Triebstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle, wobei die Kupplung (10) nach einer Kupplungskennlinie gesteuert wird, welche in Abhängigkeit von einer Kupplungsposition (pos_ist) ein Kupplungsmoment angibt, und die Kupplungskennlinie zur Kompensation von Änderungen im Kupplungsverhalten korrigiert (16) wird, wobei die Korrektur (16) der Kupplungskennlinie in Abhängigkeit einer Luftfeuchtigkeit (Lf) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskennlinie nach einem vorgegebenen Kupplungsmodell (15) erstellt wird, bei welchem ein Quellen eines Kupplungsbelages als Maß für den Einfluss der Luftfeuchtigkeit (Lf) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellen des Kupplungsbelages durch einen Quellkoeffizienten (q) dargestellt wird, welcher neben der Luftfeuchtigkeit (Lf) eine Kupplungstemperatur (T) berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Quellkoeffizient (q) eine Quelldicke des Kupplungsbelages zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert begrenzt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelldicke in der Kupplungskennlinie dahingehend berücksichtigt wird, dass bei einem Tastpunkt der Kupplung (10) der Maximalwert der Quelldicke berücksichtigt wird, wobei die Quelldicke bis zu einem maximalen Kupplungsmoment auf den Minimalwert absinkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellen des Kupplungsbelages nur bei der Initialisierung der Kupplungsansteuerung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Initialisierung der Kupplungsansteuerung der Quellkoeffizient (q) in Abhängigkeit einer Abstellzeit (wt) des Kraftfahrzeuges berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vertrauensmaß des Kupplungsmodells (15) bei der Initialisierung der Kupplungsansteuerung reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vertrauensmaß des Kupplungsmodells (15) in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit (Lf) und/oder der Kupplungstemperatur (T) und/oder der Abstellzeit (wt) des Kraftfahrzeuges reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit (Lf) ein bereits im Kraftfahrzeug vorhandener Luftfeuchtigkeitssensor (14) verwendet wird.