DE102012218227A1

DE102012218227A1 - Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102012218227A1
Application number: DE201210218227
Authority: DE
Inventors: Georg Göppert; Johannes Moosheimer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2013-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten, selbsthemmenden Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein über die Reibungskupplung übertragbares Kupplungsmoment mittels einer Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird und die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand auf ein Kupplungsmoment geregelt wird, welches einem von der Brennkraftmaschine gelieferten, mit einem Überanpressmoment beaufschlagten Motormoment entspricht. Um den Kupplungsaktor zwischen Schaltungen mit verringerter Energie betreiben und dennoch schnelle Kupplungsbetätigungen während Schaltungen des Getriebes durchführen zu können, wird das Überanpressmoment abhängig von einer Prediktionsgröße einer bis zu einer nächsten Schaltung verbleibenden Zeit gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten, selbsthemmenden Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein über die Reibungskupplung übertragbares Kupplungsmoment mittels einer Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird und die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand auf ein Kupplungsmoment geregelt wird, welches einem von der Brennkraftmaschine gelieferten, mit einem Überanpressmoment beaufschlagten Motormoment entspricht.
Automatisierte Reibungskupplungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Antriebseinheit, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, einem Elektromotor oder einer hybridischen Anordnung aus beiden sind aus Serienanwendungen hinreichend bekannt. Hierbei ist beispielsweise aus der DE 101 59 267 A1 ein Verfahren zu deren Steuerung bekannt, bei dem eine so genannte Momentennachführung wirksam ist. Dies bedeutet, dass die Reibungskupplung jeweils nur soweit geschlossen wird, dass das Motormoment der Antriebseinheit übertragen wird. Dies bedeutet, dass die Reibungskupplung bei Schaltvorgängen des Getriebes mit verringerten Betätigungswegen betrieben und daher schnell und spontan gesteuert werden kann. Des Weiteren können mittels eines eingestellten Mikroschlupfs Drehungleichförmigkeiten der Antriebseinheit gefiltert werden. Um die Ausrück- und Haltekräfte der Reibungskupplung, insbesondere bei zugedrückten Reibungskupplungen zu verringern, werden selbsthemmende Kupplungsaktoren eingesetzt, die lediglich bei einer Anforderung einer Änderung des Kupplungsmoments bestromt werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass während einer Momentennachführung das Kupplungsmoment häufig geregelt wird und damit selbsthemmende Kupplungsaktoren einen hohen Energieverbrauch aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren für eine mittels eines selbsthemmenden Kupplungsaktors betätigte Reibungskupplung vorzuschlagen, bei dem der Energieverbrauch des Kupplungsaktors gering und dessen Steuerung dennoch schnell ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten, selbsthemmenden Kupplungsaktor, beispielsweise ein mittels eines entsprechenden Getriebes selbsthemmend ausgebildeten elektronisch kommutierten Elektromotors, betätigt wird, gelöst, wobei ein über die Reibungskupplung übertragbares Kupplungsmoment mittels einer Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird, die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand auf ein Kupplungsmoment geregelt wird, welches einem von der Brennkraftmaschine gelieferten, mit einem Überanpressmoment beaufschlagten Motormoment entspricht und das Überanpressmoment abhängig von einer Prediktionsgröße einer bis zu einer nächsten Schaltung verbleibenden Zeit gesteuert wird. Das Überanpressmoment kann dabei als Schleppzeiger zwischen einem Kupplungsmoment bei vollständig geschlossener Reibungskupplung und einem Kupplungsmoment mit Schlupf wie Mikroschlupf, beispielsweise 20 bis 100 Hz, betrachtet werden. Die Steuerung des aus dem Motormoment und dem Überanpressmoment zusammengesetzten Kupplungsmoments erfolgt vorteilhafterweise anhand der mittels zumindest eines Schwellwerts oder in ähnlicher Weise ausgewerteten Prediktionsgröße. Beispielsweise wird bei Überschreiten eines Schwellwerts der Prediktionsgröße das Überanpressmoment derart eingestellt, dass die Reibungskupplung ohne Schlupf und bei gleichem oder unterschrittenem Schwellwert der Prediktionsgröße die Reibungskupplung mit geregeltem Schlupf betrieben wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, abhängig von der Prediktionsgröße die Momentenauflösung des Kupplungsmoments zu steuern. Hierdurch kann beispielsweise während des nicht schlupfenden Betriebs die Momentenauflösung des Kupplungsmoments gegenüber einer Momentenauflösung im Betrieb mit schlupfender Reibungskupplung vermindert werden. In dem bei nicht erwarteter Schaltanforderung mit höheren Überanpressmoment betriebenen Kupplungszustand wird die Momentenauflösung herabgesetzt, so dass die Regelstufen des Kupplungsmoments wenig fein abgestuft sind, so dass weniger Regelschritte des Kupplungsaktors auftreten und der selbsthemmende Kupplungsaktor weniger Steuerimpulse erhält und damit weniger Energie verbraucht und insgesamt über Lebensdauer weniger zum Einsatz kommt. Wird anhand der Prediktionsgröße eine zeitlich näher kommende Schaltung ermittelt, wird die Momentenauflösung verfeinert und die Reibungskupplung aufgrund eines verringerten Überanpressmoments in Richtung des Öffnungszustands verfahren, indem beispielsweise ein geregelter Schlupf eingestellt wird. Durch die Erhöhung der Momentenauflösung und Verringerung des Überanpressmoments kann bei angeforderter Schaltung die Reibungskupplung schnell und dosiert geöffnet werden. In vorteilhafter Weise kann die Momentenauflösung abhängig vom Überanpressmoment ermittelt werden.
Die Prediktionsgröße wird beispielsweise als Erwartungswert abhängig von Betriebsgrößen des Getriebes, der Brennkraftmaschine, abhängig von Navigationsdaten eines mit dem Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs und/oder Fahrereingaben ermittelt. Beispielsweise kann die Prediktionsgröße abhängig von in einem Steuergerät hinterlegten Schaltkennlinien, Drehkennwerten wie Drehzahlen, Drehbeschleunigungen und dergleichen des Getriebeeinund -ausgangs, der Drehzahl der Antriebseinheit, beispielsweise am Eingangsteil der Reibungskupplung, Fahrpedalstellung, im Getriebe eingelegtem Gang und dergleichen ermittelt werden, so dass eine nachfolgende Schaltung aufgrund des Verlaufs dieser mit ausreichender Wahrscheinlichkeit vorausgesagt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können weitere Betriebsgrößen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise Navigationssignale wie GPS-Signale und daraus aus entsprechenden Karten abgeleitete Größen wie topographische Größen oder Daten über die Fahrbahnentwicklung, sensorische Größen von Gier- und Beschleunigungssensoren und dergleichen herangezogen werden.
Das Verfahren eignet sich für alle automatisierten, bevorzugt von dem Kupplungsaktor zugedrückten Reibungskupplungen in einem Antriebsstrang mit bevorzugt automatisiertem Schaltgetriebe. Als besonders vorteilhaft hat sich das Verfahren zur Steuerung einer Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes mit zwei jeweils mittels eines Kupplungsaktors unabhängig voneinander gesteuerten, jeweils einem Teilgetriebe zugeordneten Reibungskupplungen erwiesen. Hierbei kann die Prediktionsgröße auch abhängig von einem vorausgewählten Gang auf dem nicht aktiven Teilantriebsstrang ermittelt werden. Um ein Verblocken des Doppelkupplungsgetriebes bei fehlerhaft arbeitenden, selbsthemmend ausgebildeten Kupplungsaktoren zu vermeiden, kann ein entsprechendes, sogenanntes fail-safe- System vorgesehen sein, das bei einem Ausfall eines Kupplungsaktors die mittels des anderen Kupplungsaktors gegebenenfalls geschlossene Reibungskupplung sofort öffnet.
Das maximale Überanpressmoment kann vor dem Erreichen der nächsten Schaltung beziehungsweise einer entsprechend ausgebildeten Prediktionsgröße bereits vermindert werden, wenn ein Betrieb des Kupplungsaktors beispielsweise infolge hoher Lagerbeanspruchung unwirtschaftlich oder verschleißbehaftet ist. Weiterhin kann die Selbsthemmung des Kupplungsaktors soweit reduziert sein, dass bereits ein Beschleunigungsimpuls des Elektromotors ausreichend ist, um eine zugedrückte Reibungskupplung unterstützt von einem Hebelsystem zur Verspannung der Anpressplatte gegen eine Gegendruckplatte selbständig zu öffnen. Insbesondere beim Einsatz einer Reibungskupplung in einem Doppelkupplungsgetriebe kann eine dadurch erhöhte Öffnungszeit der Reibungskupplung von untergeordneter Bedeutung sein, da zugleich die andere Reibungskupplung geschlossen wird und während der überschneidend Moment übertragenden Reibungskupplungen Moment auf beide Teilantriebsstränge übertragen wird.
Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt schematisch ein Diagramm mit den Teildiagrammen I, II, III mit dem Moment M über die Zeit mit verschiedenen Momentenverläufen, dem Strom i des Kupplungsaktors und der Prediktionsgröße PG über die Zeit zwischen zwei Schaltungen des Getriebes.
Teildiagramm I zeigt die Momentenverläufe 1, 2, 3, 4 über die Zeit zwischen zwei Schaltungen. Hierbei variiert der Momentenverlauf 1 des Motormoments der Antriebseinheit über die Zeit, beispielsweise infolge einer umzusetzenden Fahrerwunschmomentvorgabe über ein Fahrpedal oder sich ändernden Fahrbahneigenschaften. Um eine sichere Übertragung des Motormoments zu gewährleisten, wird die Reibungskupplung auf ein Kupplungsmoment eingestellt, das zwischen dem in Momentenverlauf 2 gezeigten minimalen und einem im Momentenverlauf 4 dargestellten maximalen Kupplungsmoment eingestellt wird. Hierbei wird dem Motormoment ein entsprechendes Überanpressmoment zugeschlagen.
Üblicherweise werden die die zur Aufbringung des Kupplungsmoments entsprechend gesteuerten Reibungskupplungen beaufschlagenden Kupplungsaktoren selbsthemmend ausgebildet, so dass bei jeder Änderung des Kupplungsmoments der Elektromotor des Kupplungsmotors entsprechend pulsweise angetrieben wird. Bei entsprechend hoher Momentenauflösung, beispielsweise zur Einstellung des Momentenverlaufs 2 mit minimalem Kupplungsmoment ist daher eine entsprechend hohe Anzahl von Steuerpulsen nötig, die eine hohe elektrische Betriebsenergie erfordern. Erfindungsgemäß wird das Kupplungsmoment beziehungsweise dessen Anteil in Form des Überanpressmoments abhängig von dem Verlauf der Prediktionsgröße PG, die die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Schaltung angibt, angehoben, so dass der Momentenverlauf 3 erzielt wird. Bevorzugt in Verbindung mit der Anhebung des Kupplungsmoments kann eine Verringerung der Momentenauflösung erfolgen, so dass gemäß dem Teildiagramm II mit dem Strom i des Kupplungsaktors über die Zeit eine verringerte Anzahl von Strompeaks 6 oder Spannungspeaks der entsprechenden Energieversorgung vonnöten ist, um den Momentenverlauf 3 einzuregeln. Die Verringerung der Momentenauflösung erfolgt dabei bevorzugt bei höheren Überanpressungen, um ein Unterschreiten des Kupplungsmoments unter das Motormoment bei langsamer Regelung zu vermeiden.
Ändert sich zum Zeitpunkt t die Prediktionsgröße PG, wird also ein Schaltwechsel wahrscheinlicher, wird das maximale Kupplungsmoment des Momentenverlaufs 4 abgesenkt und damit das aktuell eingestellte Kupplungsmoment gemäß Momentenverlauf 5 ebenfalls erniedrigt. Hierzu wird mittels des Strompeaks 7 der Kupplungsaktor angesteuert. Um ein schnelles Öffnen der Reibungskupplung zu erzielen, kann ein vergleichsweise hoher Strompeak 8 ausgegeben werden, der dazu führt, dass die Selbsthemmung des Kupplungsaktors unterstützt von dem Hebelsystem wie Hebelfeder, gegebenenfalls zwischen einem Gehäuse der Reibungskupplung und der betätigten Anpressplatte wirksamen Blattfedern und/oder dergleichen die Reibungskupplung selbsttätig entlang des Momentenverlaufs 9 öffnet. Gleichzeitig mit einer Verminderung des Kupplungsmoments bei abnehmender Prediktionsgröße PG wird eine verringerte Momentenauflösung des Kupplungsaktors beziehungsweise dessen Steuerung wieder erhöht, so dass der Kupplungsaktor mit höherer Auflösung und bei kleinerem Kupplungsmoment schnell und exakt gesteuert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Momentenverlauf
2: Momentenverlauf
3: Momentenverlauf
4: Momentenverlauf
5: Momentenverlauf
6: Strompeak
7: Strompeak
8: Strompeak
9: Momentenverlauf
I: Teildiagramm
II: Teildiagramm
III: Teildiagramm
i: Strom
M: Moment
PG: Prediktionsgröße
t: Zeitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10159267 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten, selbsthemmenden Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein über die Reibungskupplung übertragbares Kupplungsmoment mittels einer Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird und die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand auf ein Kupplungsmoment geregelt wird, welches einem von der Brennkraftmaschine gelieferten, mit einem Überanpressmoment beaufschlagten Motormoment entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Überanpressmoment abhängig von einer Prediktionsgröße (PG) einer bis zu einer nächsten Schaltung verbleibenden Zeit gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Schwellwerts der Prediktionsgröße (PG) das Überanpressmoment derart eingestellt wird, dass die Reibungskupplung ohne Schlupf betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichem oder unterschrittenem Schwellwert der Prediktionsgröße (PG) die Reibungskupplung mit geregeltem Schlupf betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des nicht schlupfenden Betriebs die Momentenauflösung des Kupplungsmoments gegenüber einer Momentenauflösung im Betrieb mit schlupfender Reibungskupplung vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenauflösung abhängig vom Überanpressmoment ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prediktionsgröße (PG) abhängig von Betriebsgrößen des Getriebes und/oder der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prediktionsgröße (PG) abhängig von Navigationsdaten eines mit dem Antriebsstrang ausgestatten Kraftfahrzeugs und/oder Fahrereingaben ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Steuerung einer Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes mit zwei jeweils mittels eines Kupplungsaktors unabhängig voneinander gesteuerten, jeweils einem Teilgetriebe zugeordneten Reibungskupplungen.