DE102012220215B4 - Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit einem ein über die Reibungskupplung zu übertragendes Kupplungsmoment einstellenden Kupplungssteller, einem das zu übertragende Kupplungsmoment aus einem Fahrerwunsch und Kenndaten des Kraftfahrzeugs ermittelnden in eine Steuergröße zur Steuerung des Kupplungsstellers umsetzenden Steuergerät, einem zwischen Kupplungssteller und Steuergerät zur Übertragung der Steuergröße wirksam angeordneten Bussystem, einer Einrichtung zur Erfassung und Dämpfung von Rupfschwingungen der Reibungskupplung, wobei eine Korrekturfunktion zur Kompensation der Rupfschwingungen bestimmt wird, die Korrekturfunktion charakterisierende Daten von dem Steuergerät über das Bussystem sowie ein eine Phasenlage der Rupfschwingungen repräsentierendes Referenzsignal über eine separate Datenleitung zwischen Steuergerät und Kupplungssteller auf den Kupplungssteller übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal eine vorgegebene Zeitdauer nach Ermittlung einer vorgegebenen Phasenlage der Rupfschwingungen in Echtzeit geschaltet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäß Anspruch 7.
• Automatisierte Reibungskupplungen werden mittels eines Kupplungsstellers betätigt, der beispielsweise mittels einer Stellgröße gesteuert wird, die von einem Steuergerät abhängig von der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Die Fahrsituation selbst wird hierbei vom Fahrer und/oder einer entsprechenden automatisierten Steuerung des Kraftfahrzeuges, beispielsweise einem automatisierten Getriebe mit entsprechenden Gangwechseln, eines Geschwindigkeitsreglers und dergleichen vorgegeben. Durch den Kupplungssteller wird ein über die Reibungskupplung übertragbares Kupplungsmoment eingestellt, welches beispielsweise über einen Verstellweg der Reibungskupplung vom Kupplungssteller vorgegeben wird.
• Infolge einer Empfindlichkeit des Antriebsstrangs gegenüber Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen, sich änderndem zu übertragendem Kupplungsmoment insbesondere während Anfahr- und Schaltvorgängen sowie bedingt durch die Reibeigenschaften der Reibbeläge, geometrische Abweichungen wie beispielsweise Schiefstellungen der Reibungskupplung, Achsversatz zwischen Kurbel- und Getriebeeingangswelle, Unebenheiten zwischen Motor- und Getriebegehäuse, am Kupplungsaktor, der Kupplungsscheibe und dergleichen können sogenannte Rupfschwingungen auftreten, so dass die Reibungskupplung zyklisch die Schlupfdrehzahl, also eine Differenzdrehzahl zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle ändert. Derartige Rupfschwingungen sind gegenüber üblichen Stellvorgängen zur Einstellung des Kupplungsmoments hochfrequent, so dass hohe Anforderungen an die Taktrate der Steuerung des Kupplungsstellers und die Ermittlung der Parameter der Rupfschwingungen wie Phase und Frequenz zu stellen sind.
• Die DE 10 2006 014 072 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs insbesondere zur Ansteuerung von Getriebe- und Kupplungsbauteilen.
• Die DE 103 23 567 A1 offenbart ein Verfahren zum Modulieren des von einer Fahrzeugkupplung übertragbaren Moments.
• Die DE 10 2005 029 344 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen eines Kupplungsmoments.
• Die DE 10 2006 001 468 A1 offenbart ein Verfahren zum Verstellen einer in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung.
• Aus der DE 10 2007 006 803 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung von Rupfschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Hierbei wird in Echtzeit eine Steuergröße aus einem Modell des Kupplungsstellers gewonnen, mit einem Korrekturwert des realen Kupplungsstellers korrigiert und eine Wichtung der Steuergröße vorgenommen.
• Insbesondere bei mehreren von einem zentralen Steuergerät betriebenen Kupplungsstellern, beispielsweise in einem Doppelkupplungsgetriebe, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zwischen den Kupplungsstellern und dem Steuergerät ein Bussystem, beispielsweise CAN-Bus einzusetzen, um die Steuergrößen und Korrekturgrößen vom Steuergerät auf die einzelnen Kupplungssteller zu übertragen. Es hat sich dabei gezeigt, dass die Übertragungsrate sowie die Zuverlässigkeit der Taktrate abhängig von einer Auslastung des Bussystems und der Priorisierung des Datentransfers ist. Dies hat zur Folge, dass eine Übertragung des Korrektursignals zeitlich indifferent ist, so dass eine Anwendung des Korrektursignals nicht in der erforderlichen Genauigkeit der Phasenlage der Rupfschwingungen erfolgen kann, so dass der Dämpfungseffekt ineffektiv ist oder die Rupfschwingungen sogar verstärkt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist daher, unter Beibehaltung eines Bussystems zur Übertragung von Steuer- und Regelgrößen vom Steuergerät auf einen Kupplungssteller die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Anwendung des Korrektursignals zu verbessern.
• Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Die Aufgabe wird also durch ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit einem ein über die Reibungskupplung zu übertragendes Kupplungsmoment einstellenden Kupplungssteller, einem das zu übertragende Kupplungsmoment aus einem Fahrerwunsch und Kenndaten des Kraftfahrzeugs ermittelnden in eine Steuergröße zur Steuerung des Kupplungsstellers umsetzenden Steuergerät, einem zwischen Kupplungssteller und Steuergerät zur Übertragung der Steuergröße wirksam angeordneten Bussystem, einer Einrichtung zur Erfassung und Dämpfung von Rupfschwingungen der Reibungskupplung gelöst, wobei eine Korrekturfunktion zur Kompensation der Rupfschwingungen bestimmt wird, die Korrekturfunktion charakterisierende Daten von dem Steuergerät über das Bussystem sowie ein eine Phasenlage der Rupfschwingungen repräsentierendes Referenzsignal über eine separate Datenleitung zwischen Steuergerät und Kupplungssteller auf den Kupplungssteller übertragen werden. Die Korrekturfunktion kann dabei eine Sinusfunktion bestehend aus Amplitude und Frequenz, jedoch auch eine beliebig andere Funktion sein, welche zyklisch der Stellgröße überlagert werden wird.
• Das Verfahren eignet sich insbesondere für Doppelkupplungsgetriebe, bei dem die Reibungskupplungen einer Doppelkupplung von jeweils einem Kupplungssteller (LCU, Local Control Unit) mit einer Vorortelektronik zur Umsetzung einer Steuergröße und Regelung eines Elektromotors gesteuert werden. Diese LCU's werden von dem zentralen Steuergerät (TCU, Transmission Control Unit) gesteuert, in dem die Steuergröße aus erfassten Sensorsignalen und Kennfeldern beispielsweise dem Motormoment, Drehzahlen der Kurbelwelle, der Getriebeeingangswelle, der modellierten oder erfassten Kupplungstemperatur und dergleichen ermittelt wird. Die Sensordaten können von der TCU direkt erfasst oder beispielsweise über CAN-Bus von anderen Steuergeräten, beispielsweise einem Master-Steuergerät übertragen werden. Neben der Ermittlung der Steuergröße zur Einstellung eines gewünschten über die Reibungskupplung übertragbaren Kupplungsmoments wird in der TCU erfasst, ob und in welchem Maße Rupfschwingungen vorliegen. Hierbei werden aus Sensordaten wie beispielsweise einer hochauflösenden Differenzdrehzahlermittlung der Drehzahlen der Kurbel- und der Getriebeeingangswelle zumindest Phasenlage, Frequenz und Amplitude der Rupfschwingungen bestimmt und eine Korrekturfunktion ermittelt, die ebenfalls über CAN-Bus auf das betroffene LCU übertragen wird, die durch entsprechende Steuerung des Elektromotors eine Kompensation der Rupfschwingungen bewirkt. Die Übertragung der Steuergrößen an die einzelnen LCU's erfolgt bevorzugt über CAN-Bus. Hierbei ist die Signalübertragung über den CAN-Bus zur Kompensation von Rupfschwingungen in der Regel zu langsam, zu niederfrequent, und nicht in Echtzeit möglich. Wann die von der TCU zu übertragende Korrekturgröße tatsächlich gesendet und empfangen wird, hängt dabei von Auslastung des CAN-Bus und den Prioritäten der Datenübertragung ab.
• In dem vorgeschlagenen Verfahren wird daher das Steuergerät mit ausreichend Rechenleistung versehen und beinhaltet die Erfassung der Rupfschwingungen und eine Einrichtung wie Software zur Kompensation von Rupfschwingungen, in der die Kompensationsfunktion mit Phasenlage für den Kupplungssteller bestimmt wird. Die Kompensationsfunktion wird über das vorhandene Bus-System (CAN-Bus) an den Kupplungsteller übertragen. Bei einer vorgegebenen Funktion wie beispielsweise einer Sinusform kann die Korrekturfunktion direkt auf das LCU übertragen werden. Alternativ kann ausreichend sein, die Korrekturfunktion indirekt über eine Übertragung von Frequenz und Amplitude dieser zu übertragen und die Sinusfunktion im Kupplungsteller zu berechnen werden. Weiterhin kann die Kompensationsfunktion in Form von mehreren Datenpunkten, beispielsweise Korrekturwert und Zeit zu übermitteln. Damit die auf diese Weise die direkt oder indirekt in der LCU hinterlegte Korrekturfunktion zyklisch und phasenrichtig auf die Stellgröße aufmoduliert werden kann, wird über die Datenleitung hierbei ein Referenzsignal in Echtzeit, beispielsweise ein Digitalsignal in Form eines Schaltpegels oder ein analoges Signal, beispielsweise ein pulsweitenmoduliertes Signal von dem Steuergerät auf die LCU übertragen, welches eine konstante Phasenlage oder einen konstanten Zeitversatz zu einer charakteristischen Stelle der erkannten Schwingung hat. Beispielsweise kann an einem digitalen Ausgang des Steuergeräts ein positiver Pegel angelegt und über die Datenleitung übertragen werden. Dieser kann beispielsweise 30° nach einem positiven Nulldurchgang des Schwingungsverlaufs der Rupfschwingungen angelegt werden, so dass die Anwendung der Korrekturgröße abhängig von dem Vorliegen dieses Pegels an dem Kupplungssteller wie LCU angewendet werden kann. Alternativ zu einer winkelabhängigen Ausgabe des Pegels kann bei bekannter Frequenz eine zeitabhängige Ausgabe des Pegels vorgesehen sein. Beispielsweise kann jeweils 12 Mikrosekunden nach einem positiven Nulldurchgang einer Rupfschwingung ein positiver Pegel an die Datenleitung angelegt werden. Soll ein analoges Pulsweitenmodulationssignal angelegt werden, kann dieses in einem Tastverhältnis von 0-100% vorgesehen werden, wobei ein vorgegebenes Tastverhältnis jeweils eine Phasenverschiebung oder einen Zeitversatz angibt. Alternativ kann ein Drehzahlsignal generiert werden, dessen Frequenz die Phasenverschiebung oder den Zeitversatz der Rupfschwingungen angibt. Hierbei wird bevorzugt eine geringe Rechenbelastung des sendenden Steuergeräts und des oder der empfangenden Kupplungssteller vorgesehen. Alternativ können Zusatzbeschaltungen an den Controllern von Steuergerät und Kupplungsstellern vorgesehen werden, um deren Rechenlast zu verringern.
• Die Korrekturfunktion wird parallel zu dem über die Datenleitung übertragenen Referenzsignal über CAN-Bus übertragen. Durch das Referenzsignal wird die exakte Anwendung der über CAN-Bus übertragenen Korrekturgröße festgelegt wie getriggert, so dass der Zeitpunkt der Übertragung der Korrekturgröße nicht zeitkritisch ist. Vielmehr hat sich gezeigt, dass die Korrekturfunktion für eine Schwingungsamplitude so schnell übertragen wird, dass sie rechtzeitig angewendet kann. Sollte dies nicht der Fall sein, kann die Korrekturgröße mit ausreichender Genauigkeit auch auf die zeitlich nachfolgende Schwingungsamplitude angewendet werden, da benachbarte Schwingungsamplituden in der Regel in ähnlicher Intensität vorliegen.
• Um die Datenleitung in einfacher Weise in eine aus Steuergerät und mit diesem wirksam verbundenen Kupplungssteller gebildete Vorrichtung integrieren zu können, wird die Datenleitung bevorzugt in einen freien Steckerpin einer Steckverbindung integriert, der mit den Mikrocontrollern von Steuergerät und Kupplungssteller verdrahtet ist, so dass weitere Steckverbindungen verzichtbar sind.
• Alternativ hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Datenleitung eine Aktivierungsleitung (ENABLE-Leitung) zwischen Steuergerät und Kupplungssteller ist, um das Referenzsignal vom Steuergerät auf den Kupplungssteller zu übertragen. Hierbei wird zur Aktivierung beziehungsweise Aufrechterhaltung des aktivierten Kupplungsstellers auf die Aktivierungsleitung ein erster Signalpegel oder ein erstes Signalmuster aufgeprägt wie aufmoduliert. Zur phasenselektiven Triggerung der Korrekturfunktion wird dabei der Aktivierungsleitung ein zweiter, vom ersten Aktivierungspegel unterscheidbarer Aktivierungspegel oder ein zweites, entsprechendes Aktivierungsmuster aufgeprägt.
• Es versteht sich, dass die Einrichtung zur Kompensation von Rupfschwingungen auf andere Weise über mehrere Steuereinheiten verteilt werden kann. Hierzu wird die Datenleitung und das an ihr anliegende Referenzsignal entsprechend zwischen den Steuereinheiten übertragen, die eine Echtzeitanwendung einerseits ermitteln und andererseits eine Korrekturgröße in Echtzeit anzuwenden haben.
• Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens enthaltend ein Steuergerät und einen Kupplungssteller zur Betätigung einer Reibungskupplung, einem Bussystem zwischen Steuergerät und Kupplungssystem zur Übertragung einer Steuergröße zur Steuerung der Reibungskupplung auf ein vorgegebenes übertragbares Kupplungsmoment und einer Einrichtung zur Kompensation von an der Reibungskupplung auftretenden Rupfschwingungen gelöst, wobei das Bussystem zur Übertragung eines die Rupfschwingungen kompensierenden Korrektursignals und eine zusätzliche Datenleitung zur Triggerung des Korrektursignals vorgesehen sind. Die Datenleitung wird hierbei in vorteilhafter Weise in eine Steckverbindung von Kupplungssteller und Steuergerät integriert.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit einem ein über die Reibungskupplung zu übertragendes Kupplungsmoment einstellenden Kupplungssteller, einem das zu übertragende Kupplungsmoment aus einem Fahrerwunsch und Kenndaten des Kraftfahrzeugs ermittelnden in eine Steuergröße zur Steuerung des Kupplungsstellers umsetzenden Steuergerät, einem zwischen Kupplungssteller und Steuergerät zur Übertragung der Steuergröße wirksam angeordneten Bussystem, einer Einrichtung zur Erfassung und Dämpfung von Rupfschwingungen der Reibungskupplung, wobei eine Korrekturfunktion zur Kompensation der Rupfschwingungen bestimmt wird, die Korrekturfunktion charakterisierende Daten von dem Steuergerät über das Bussystem sowie ein eine Phasenlage der Rupfschwingungen repräsentierendes Referenzsignal über eine separate Datenleitung zwischen Steuergerät und Kupplungssteller auf den Kupplungssteller übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal eine vorgegebene Zeitdauer nach Ermittlung einer vorgegebenen Phasenlage der Rupfschwingungen in Echtzeit geschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Datenleitung ein Digitalsignal übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Datenleitung ein analoges, pulsweitenmoduliertes Datensignal übertragen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zyklisch zu wiederholende und eine der Steuergröße zu überlagernde Korrekturfunktion im Steuergerät berechnet und über die das Bussystem an den Kupplungssteller übermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion in Form von Kennzahlen oder Kennfeldern übertragen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion in Form von Parametern übertragen wird und die Korrekturfunktion im Kupplungssteller aus diesen Parametern ermittelt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, enthaltend ein Steuergerät und einen Kupplungssteller zur Betätigung einer Reibungskupplung, einem Bussystem zwischen Steuergerät und Kupplungssystem zur Übertragung einer Steuergröße zur Steuerung der Reibungskupplung auf ein vorgegebenes übertragbares Kupplungsmoment und einer Einrichtung zur Kompensation von an der Reibungskupplung auftretenden Rupfschwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem zur Übertragung eines die Rupfschwingungen kompensierenden Korrektursignals und eine zusätzliche Datenleitung zur Triggerung des Korrektursignals vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenleitung in eine Steckverbindung von Kupplungssteller und Steuergerät integriert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Datenleitung eine zwischen Steuergerät und Kupplungssteller vorgesehene Aktivierungsleitung zur gesteuerten Aktivierung des Kupplungsstellers vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfunktion auf die Aktivierungsleitung aufmoduliert ist.