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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Riemenscheibengenerators mit einer Elektromaschine, einem zwischen der Elektromaschine und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angeordneten schaltbaren Planetengetriebe, einer ein Bauteil des Planetengetriebes gegen ein Gehäuse oder ein anderes Bauteil bremsenden Bremse, einem die Bremse entlang eines ein Bremsmoment der Bremse einstellenden Betätigungswegs betätigenden, von einer Steuereinheit gesteuerter Aktor, einer einen über Betriebszeit zunehmenden Betätigungsweg mechanisch kompensierenden Nachstelleinrichtung sowie einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Schlupf der Bremse.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 013 995 A1 offenbart eine Kurbelwellenriemenscheibe mit einem Getriebe und einer schaltbaren Verspanneinrichtung, die einen spielfreien und einen spielbehafteten Betrieb des Getriebes ermöglicht.
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Die
DE 10 2012 202 991 A1 offenbart eine Kurbelwellenriemenscheibe mit einer schaltbaren Dämpfungseinrichtung.
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Riemenscheibengeneratoren sind an der Riemenscheibenebene einer Brennkraftmaschine angeordnet und enthalten eine Elektromaschine, die über eine Riemenanbindung, in der beispielsweise Nebenaggregate wie ein Klimakompressor und dergleichen angeordnet sein können, mit der Brennkraftmaschine verbunden ist und diese in einem Motorbetrieb die Brennkraftmaschine starten kann. Weiterhin kann die Elektromaschine in einem von der Brennkraftmaschine abgekoppelten Modus, wenn diese beispielsweise stillgesetzt ist, die Nebenaggregate antreiben oder als Boost-Einheit die Brennkraftmaschine antriebsmäßig unterstützen. Weiterhin kann die Elektromaschine im Generatorbetrieb von der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Hierzu ist zwischen der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine ein Getriebe angeordnet, welches abhängig von der Betriebssituation unterschiedliche Übersetzungen bereitstellt. Beispielsweise kann zum Start der Brennkraftmaschine die Drehzahl der Elektromaschine ins Langsame übersetzen, während im Generatorbetrieb eine 1:1-Übersetzung oder eine Übersetzung ins Schnelle vorgesehen sein kann. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2011 087 697 A1 ein Riemenscheibengenerator bekannt, bei dem ein zwischen der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine von einem Aktor geschaltetes Planetengetriebe angeordnet ist. Um zwei unterschiedliche Übersetzungen des Planetengetriebes zu schalten, betätigt der Aktor eine Bremse, die das Hohlrad des Getriebes gegenüber dem Gehäuse bremst, um eine Schaltung des Getriebes zu bewirken. Abhängig von den Reibwerten der Reibbeläge der Bremse kann insbesondere während eines Starts der Brennkraftmaschine Schlupf an der Bremse auftreten, so dass das maximale Moment der Elektromaschine nicht übertragen werden kann, so dass unter widrigen Umständen die Brennkraftmaschine nicht gestartet werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren vorzuschlagen, mittels dessen ein Schlupf minimiert wird und die Brennkraftmaschine sicher gestartet werden kann.
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Die Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die dem Anspruch 1 untergeordneten Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens wieder.
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Das vorgeschlagene Verfahren zur Steuerung eines Riemenscheibengenerators mit einer Elektromaschine, einem zwischen der Elektromaschine und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angeordneten schaltbaren Planetengetriebe, einer ein Bauteil des Planetengetriebes gegen ein Gehäuse oder ein anderes Bauteil bremsenden Bremse, einem die Bremse entlang eines ein Bremsmoment der Bremse einstellenden Betätigungswegs betätigenden, von einer Steuereinheit gesteuerter Aktor, einer einen über Betriebszeit zunehmenden Betätigungsweg mechanisch kompensierenden Nachstelleinrichtung sowie einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Schlupf der Bremse aktiviert bei von der Steuereinheit erkanntem Schlupf der Bremse bei maximalem Betätigungsweg einen Nachstellvorgang der Nachstelleinrichtung zur Verkürzung des Betätigungswegs, so dass ei maximalem Betätigungsweg das maximale Moment der Elektromaschine aufgebracht werden kann und daher der Schlupf der Bremse unterbunden wird.
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Es hat sich dabei als vorteilhaft gezeigt, die Nachstelleinrichtung so auszulegen, dass diese bei dem maximalen Betätigungsweg einen Verschleiß sensiert und beim nächsten Öffnungsvorgang der Bremse nachstellt, beispielsweise indem mittels des Aktors ein Überweg des Betätigungswegs eingestellt wird, bei dem der zur Verfügung stehende Betätigungsweg zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position der Bremse mittels mechanischer Maßnahmen verkürzt beziehungsweise die Reibbeläge mittels einer am Überweg freigeschalteten Rampeneinrichtung wieder justiert werden, so dass bei kleineren Betätigungswegen die Bremse auf Anschlag belastet wird. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, eine Nachstellung zusätzlich von der Anwesenheit von Schlupf der Bremse abhängig zu machen. Auf diese Weise braucht eine Bremse nicht nachgestellt zu werden, wenn der Reibwert der Reibbeläge der Bremse ausreichend ist, um das geforderte Moment an der schlupffreien Bremse zu übertragen. Hierdurch wird ein möglichst großes Lüftspiel der Bremse beibehalten, so dass Axialbewegungen der Kurbelwelle und Bauteiltoleranzen in größtmöglichem Maße ausgeglichen werden können. Tritt bei maximalem Schlupf infolge einer Verschlechterung der Reibwerte der Reibbeläge auf, wird ein Bedarf des Nachstellvorgangs durch eine Bedingung einer schlupfender Bremse bei maximal eingestelltem Betätigungsweg sensiert. Anschließend wird die Bremse zur Erzielung eines schnellen Schaltvorgangs mit maximaler Dynamik geöffnet und während des Öffnens die Nachstelleinrichtung nachgestellt und die Bremse anschließend wieder geschlossen wird. Hierbei wird die Nachstelleinrichtung um einen vorgegebenen kleinen Betrag nachgestellt, um zu große, das Lüftspiel der Bremse nachteilig beeinflussende Nachstellbeträge zu verhindern.
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Sollte nach Durchführung eines Nachstellvorgangs weiterhin ein Schlupf der Bremse bei maximalem Betätigungsweg der erneut geschlossenen Bremse verbleiben, kann der Nachstellvorgang wiederholt werden, bis die Bremse keinen Schlupf mehr im geschlossenen Zustand der Bremse aufweist. Hierbei kann eine Wiederholung des Nachstellvorgangs unterbleiben, wenn ein vorgegebenes Lüftspiel der offenen Bremse im vorhergehenden Nachstellvorgang einen vorgegebenen Wert unterschritten hat. Dies dient der Erhaltung eines Mindestlüftspiels, das bei geöffneter Bremse einen Reibkontakt der Reibbeläge verhindert. Hierbei können Bauteiltoleranzen, Axialschwingungen der Kurbelwelle, Sicherheitszuschläge und dergleichen berücksichtigt werden. Kann die Brennkraftmaschine bei Erreichen des Mindestlüftspiels infolge eines verbleibenden Schlupfes der Bremse nicht gestartet werden, kann zur Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit des Kraftfahrzeugs mit einem die Brennkraftmaschine mit dem Riemenscheibengenerator enthaltenden Antriebsstrang das Lüftspiel unter Ausgabe einer Fehlermeldung weiter verringert werden und gegebenenfalls ein Anfahren einer Werkstatt angefordert werden.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 ein Momentenübertragungsverhalten einer Bremse über deren Betätigungsweg,
- 2 ein Wegverhalten eines eine Bremse eines schaltbaren Planetengetriebes betätigenden Aktors über die Zeit,
- 3 ein Anpresskraftverhalten der Bremse der 1 und 2 über die Zeit
und
- 4 ein Schlupfverhalten der Bremse der 1 bis 3 über die Zeit.
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Die 1 zeigt das systematische Momentenverhalten des Bremsmoments M einer Bremse eines schaltbaren Planetengetriebes eines Riemenscheibengenerators, welche beispielsweise zwischen dem Hohlrad des Planetengetriebes und einem gehäusefesten Bauteil wirksam angeordnet ist, gegen den Betätigungsweg s eines die Bremse betätigenden Aktors. Das Planetengetriebe steuert dabei die Übersetzung zwischen dem Rotor der Elektromaschine des Riemenscheibengenerators und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abhängig von dem erwünschten Betriebszustand der Elektromaschine, beispielsweise antreibend oder angetrieben, um die Brennkraftmaschine zu starten, diese zu unterstützen oder von dieser angetrieben zu werden. Die durchgezogene Momentenkennlinie K1 zeigt das Momentenverhalten im nicht nachgestellten Zustand, die gestrichelte Momentenkennlinie K2 den nachgestellten Zustand. Zwischen dem Betätigungsweg s=0 und den Greifpunkten s1, s2, bei denen die Bremse jeweils beginnt, Moment zu übertragen ist jeweils das Lüftspiel Δs1, Δs2 vorgesehen, bei dem kein Moment übertragen wird. Die Lüftspiele Δs1, Δs2 berücksichtigen Bauteiltoleranzen und Axialschwingungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Soll die Bremse geschlossen werden, um das Hohlrad gegen das Gehäuse zu bremsen, verlagert der Aktor ein Betätigungselement, welches die Reibbeläge der Bremse aufeinander zu bewegt entlang des Betätigungswegs s bis zu dem maximalen Betätigungsweg smax, bei dem das maximale Bremsmoment Mmax1, beziehungsweise Mmax2 übertragen wird.
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Aufgrund des in der Momentenkennlinie K1 vorliegenden geringen Reibwerts der Reibbeläge der Bremse kann lediglich das maximale Bremsmoment Mmax1 übertragen werden, das gegebenenfalls das Hohlrad nicht stillsetzen kann, so dass Schlupf auftritt, so dass die Reibbeläge belastet und zerstört werden können beziehungsweise aufgrund der nicht gezielt einstellbaren Übersetzung die Brennkraftmaschine nicht gestartet werden kann. Liegen daher die Bedingungen einer schlupfenden Bremse und maximal eingestellter Betätigungsweg smax vor, wird auf einen Nachstellbedarf der Bremse erkannt und die Bremse schnellstmöglich geöffnet und um einen vorgegebenen Betrag nachgestellt, der zu der Momentenkennlinie K2 mit einem bei kleineren Betätigungswegen beginnenden Greifpunkt s2 und einem verkürzten Lüftspiel Δs2 führt. Aufgrund der höheren Anpresskraft der Reibbeläge wird mittels der Momentenkennlinie K2 das höhere maximale Bremsmoment Mmax2 erzielt, das trotz schlechter Reibwerte der Reibbeläge das notwenige Bremsmoment erzeugt, um das Hohlrad gegen das Gehäuse festzulegen und die notwendige Übersetzungsstufe stabil einzulegen. Tritt nach wie vor Schlupf auf, kann ein erneuter Nachstellvorgang eingeleitet werden, bis die Bremse im betätigten Zustand schlupffrei ist. Die Anzahl der wiederholten Nachstellvorgänge wird beschränkt, falls das Lüftspiel einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
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Wie aus der 1 weiterhin hervorgeht, braucht eine Nachstellung der Bremse bei ausreichendem Reibwert bei erreichtem maximalem Betätigungsweg smax nicht zu erfolgen, da eine derartige Momentenkennlinie startend bei dem Greifpunkt s1 das maximale Bremsmoment Mmax2 erreichen würde. Des Weiteren wird vorgesehen, das maximale Bremsmoment beispielsweise aus dem Lastmoment der Elektromaschine zu ermitteln, so dass bei guten Reibwerten zur Erzielung des maximalen Bremsmoments nicht der maximale Betätigungsweg smax angefahren werden muss.
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Die 2 zeigt den Betätigungsweg s über die Zeit t während eines ersten Betätigungszyklus Z1 zum Schließen der Bremse und einem nachfolgenden Betätigungszyklus Z2, wobei zwischen den beiden Betätigungszyklen Z1, Z2 eine Nachstellung gemäß 1 erfolgt ist. Da die Reibbeläge mittels der Nachstelleinrichtung aufeinander zubewegt werden, beispielsweise mittels einer im offenen Zustand der Bremse und einem Überweg freigeschalteten Rampeneinrichtung, ändert sich an dem Absolutweg der Betätigungseinrichtung des Aktors nach einer Nachstellung zwischen dem Weg s=0 und dem maximalen Betätigungsweg smax nichts.
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3 zeigt die Anpresskraft F der Reibbeläge der Bremse über die Zeit t. Während des ersten Betriebszyklus B1 entlang der Momentenkennlinie K1 der 1 wird an der Bremse die Anpresskraft F1 aufgebracht, die zu dem übertragbaren maximalen Bremsmoment Mmax1 der 1 führt. Nach dem Nachstellvorgang wird in dem Betriebszyklus B2 entlang der Momentenkennlinie K2 der 1 die höhere Anpresskraft F2 erzielt, die zu dem höheren maximalen Bremsmoment Mmax2 führt.
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4 zeigt schließlich den Schlupf Δn über die Zeit t während der beiden Betriebszyklen B1, B2 der 3. Im ersten Betriebszyklus B1 verbleibt infolge der eingestellten Momentenkennlinie K1 der 1 ein Restschlupf Δnr, während im Betriebszyklus B2 der 3 infolge der höheren Anpresskraft bei nachgestellter Bremse der Schlupf Δn auf Null abfällt.
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Bezugszeichenliste
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- B1
- Betriebszyklus
- B2
- Betriebszyklus
- F
- Anpresskraft
- F1
- Anpresskraft
- F2
- Anpresskraft
- K1
- Momentenkennlinie
- K2
- Momentenkennlinie
- M
- Bremsmoment
- Mmax1
- maximales Bremsmoment
- Mmax2
- maximales Bremsmoment
- s
- Betätigungsweg
- s1
- Greifpunkt
- s2
- Greifpunkt
- smax
- maximaler Betätigungsweg
- t
- Zeit
- Z1
- Betätigungszyklus
- Z2
- Betätigungszyklus
- Δn
- Schlupf
- Δnr
- Restschlupf
- Δs1
- Lüftspiel
- Δs2
- Lüftspiel
