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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung dient zur Ermittlung der Kupplungstastpunkte bei Doppelkupplungsgetrieben im Fahrbetrieb bei erhöhtem Schleppmoment auf der inaktiven Getriebeeingangswelle. Doppelkupplungsgetriebe sind seit langem bekannt und beispielsweise in der
DE 10 2008 023 360 A1 dargestellt.
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DE 10 2007 025 253 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung des Eingriffspunkts einer Kupplung eines automatisierten Doppelkupplungsgetriebes.
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DE 102 24 064 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Zahnräderwechselgetriebes für ein Kraftfahrzeug.
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Wikipedia: Savitzky-Golay-Filter, Version vom 11.11.2011; URL:
- https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Savitzkv-Golay-Filter&oldid=106396453 beschreibt den Savitzky-Golay-Filter.
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Die Kupplungstastpunkte werden bei der Inbetriebnahme bestimmt und dann während des Betriebs des Fahrzeugs bei Bedarf adaptiert. Hierzu wird in der
DE 10 2010 024 941 A1 ein Verfahren vorgeschlagen bei dem während der Gang während der Fahrt auf der inaktiven Getriebeeingangswelle ausgelegt wird, bei offener Kupplung (Phase 1) aus dem Drehzahlverhalten (Drehzahlgradienten) der Eingangswelle ein Schleppmoment bestimmt wird, dann wird die Kupplung auf ein bestimmtes Moment geschlossen und es wird die Summe aus Schleppmoment und Kupplungsmoment aus dem Drehzahlverhalten in einer weiteren Phase (Phase 2) bestimmt. Annahme hierbei ist, dass man das Schleppmoment für diese kurze Gangauslegephase als konstant betrachten darf.
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Bei höherem Schleppmoment wird die Getriebeeingangswelle entweder sehr stark auf die Motordrehzahl abgebremst, wenn eine erhöhte Reibung zwischen den beiden Eingangswellen oder zwischen Eingangswelle und Motor besteht - in der
DE 10 2012 209 869 A1 wird dies als kupplungsseitiges Schleppmoment bezeichnet - oder die Getriebeeingangswelle wird stark abgebremst auf die Drehzahl Null des sich nicht bewegenden Getriebegehäuses - dies wird in der
DE 10 2012 209 869 A1 als getriebeseitiges Schleppmoment bezeichnet. Das Ergebnis dieses höheren Schleppmomentes (z.B. über 1 Nm) ist, dass die Ermittlung des auf die Getriebeeingangswelle wirkenden Momentes bereits in Phase 1 oder in Phase 2 fehlschlägt. Grund hierfür ist, dass in Phase 1 eine bestimmte Zeit gewartet wird, um den Drehzahlgradienten aus der (gefilterten) Eingangswellendrehzahl zu bestimmen. In Phase 2 wird eine Mindestzeit gefordert, damit eine Bestimmung als erfolgreich bewertet wird. Nur wenn die Drehzahlgradientenbestimmung in beiden Phasen gelingt, ist es möglich aus diesen Informationen den Tastpunkt erfolgreich anzupassen. Eine mögliche Lösung ist nun die Zeiten der Phasen per Kalibration stark zu verkürzen, allerdings ist aus Messungen ersichtlich, dass dann der Fehler in der Drehzahlgradientenbestimmung und damit der Fehler im Tastpunkt sehr stark zunimmt, sodass dieser einfache Weg nicht zielführend ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die beiden Phasen stark zu verkürzen und dabei die Genauigkeit der Tastpunkte wenigstens auf dem Niveau des oben zitierten Standes der Technik zu erhalten.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Kupplungstastpunkts einer Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit sowie einem Getriebe vorgesehen, wobei die Reibungskupplung zwischen der Antriebseinheit und dem Getriebe angeordnet ist und wobei aus der Getriebeeingangswellendrehzahl im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ein Drehzahlgradient der Getriebeeingangswellen ermittelt wird und wobei zur Ermittlung des Kupplungstastpunkts der ermittelte Drehzahlgradient hinzugezogen wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Drehzahlverlauf der Getriebeeingangswelle auf lineares Verhalten hin überprüft wird und bei Feststellung eines linearen Verhaltens, der Drehzahlgradient der Getriebeeingangswelle bestimmt wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Getriebe ein Teilgetriebe eines Doppelkupplungsgetriebes ist und die Reibungskupplung zwischen der Antriebseinheit und dem Teilgetriebe angeordnet ist und die Getriebeeingangswelle die Getriebeeingangswelle des Teilgetriebes ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehzahlverlauf der Getriebeeingangswelle auf lineares Verhalten hin überprüft wird, wenn die Reibungskupplung des Teilgetriebes kein Drehmoment überträgt, die Kupplung also offen ist und durch das Teilgetriebe kein Drehmoment von der Getriebeeingangswelle des Teilgetriebe auf die Getriebeausgangswelle des Teilgetriebes übertragen wird, im Teilgetriebe also kein Gang oder der Neutralgang eingelegt ist (Phase 1) und/oder der Drehzahlverlauf der Getriebeeingangswelle auf lineares Verhalten hin überprüft wird, wenn die Reibungskupplung des Teilgetriebes ein kleines vorgegebenes Drehmoment überträgt, die Kupplung also teilweise geschlossen ist und durch das Teilgetriebe kein Drehmoment von der Getriebeeingangswelle des Teilgetriebe auf die Getriebeausgangswelle des Teilgetriebes übertragen wird, im Teilgetriebe also kein Gang oder der Neutralgang eingelegt ist (Phase 2).
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeder neu ermittelte Wert der gefilterten Drehzahl der Getriebeeingangswelle zusammen mit dem Zeitpunkt der Ermittlung des Wertes als Drehzahldatenpunkt in einem Speicher hinterlegt wird und wobei ab der Hinterlegung einer vorgegebenen erste Anzahl von Drehzahldatenpunkten, nach jeder Hinterlegung eines neu ermittelten Drehzahldatenpunkts eine lineare Regression über eine vorgegebene zweite Anzahl der aktuellsten hinterlegten Drehzahldatenpunkte durchgeführt wird, sodass mittels der lineare Regression zwei Parameter einer Geradengleichung ermittelt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Speicher ein Ringspeicher oder ein Linearspeicher ist und/oder dass die vorgegebene erste Anzahl gleich der vorgegebenen zweiten Anzahl ist und/oder dass die vorgegebene erste Anzahl gleich der vorgegebenen zweiten Anzahl plus einer vorgegebenen dritten Anzahl ist.
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Die dritte Anzahl gibt dem System etwas Zeit einen linearen Drehzahlverlauf anzunehmen.
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Die dritte Anzahl können z.B. die ersten 5 Datenpunkte sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für die Drehzahldatenpunkte, welche zur Ermittlung der jeweiligen Geradengleichung herangezogen wurden, der Abstand von jedem dieser Drehzahldatenpunkte zur jeweiligen Geraden ermittelt wird und der Absolutwert der Abstandswerte aufsummiert wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der aufsummierte Absolutwert der Abstandswerte mit der Anzahl der Summanden und/oder mit der Getriebeeingangswellendrehzahl skaliert wird und die Steigung der Geradengleichung als Drehzahlgradient gewertet wird, wenn der Wert der skalierten Summe kleiner als ein vorgegebener Drehzahlgradienten-Schwellenwert ist.
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Die Skalierung mit der Getriebeeingangswellendrehzahl ermöglicht es mit einem Schwellenwert über den ganzen Drehzahlbereich zu arbeiten.
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In einer nicht-erfindungsgemäßen Alternative ist vorgesehen, dass zu jedem neu ermittelten Wert der gefilterten Drehzahl der Getriebeeingangswelle die Differenz zum zeitlich unmittelbar zuvor ermittelten Wert der gefilterten Drehzahl ermittelt wird und die ermittelten Differenzen gefiltert werden. Dies stellt eine nicht-erfindungsgemäße Alternative dar.
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Nicht-erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Filter ein Tiefpassfilter ist und/oder dass der Filter auf die zuerst ermittelte Differenz initialisiert wird, wobei die Initialisierung nach dem Zeitpunkt der Ermittlung des zweiten Werts der gefilterten Drehzahl und noch vor dem Zeitpunkt der Ermittlung des dritten Werts der gefilterten Drehzahl erfolgt.
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Nicht-erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Filter ein Tiefpassfilter ist und/oder dass der Filter auf diejenige Differenz initialisiert wird, die erstmals kleiner als ein vorgegebener Filterschwellenwert ist und die Filterung der ermittelten Differenzen erst ab diesem Differenzwert beginnt und zuvor noch nicht ausgeführt wird.
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Dies dient dazu um die Verzögerungseigenschaften des Filters zu verkürzen.
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Nicht-erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die ermittelten Werte der gefilterten Differenzen in einem Speicher hinterlegt werden und wobei ab der Hinterlegung einer vorgegebenen erste Anzahl von Werten der gefilterten Differenzen nach jeder Hinterlegung eines neu ermittelten Wertes der gefilterten Differenzen eine Mittelwertbildung über eine vorgegebene zweite Anzahl der aktuellsten hinterlegten Werte der gefilterten Differenzen durchgeführt wird sowie für diejenigen Werte der gefilterten Differenzen, welche zur jeweiligen Mittelwertbildung herangezogen wurden, der Abstand von jedem dieser Werte zum jeweiligen Mittelwert bestimmt wird und der Absolutwert der Abstandswerte aufsummiert wird.
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Nicht-erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der aufsummierte Absolutwert der Abstandswerte mit der Anzahl der Summanden und/oder mit der Getriebeeingangswellendrehzahl skaliert wird.
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Die Skalierung mit der Getriebeeingangswellendrehzahl ermöglicht es mit einem Schwellenwert über den ganzen Drehzahlbereich zu arbeiten.
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Nicht-erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Drehzahlgradient aus denjenigen Werten der gefilterten Drehzahl der Getriebeeingangswelle, die zur Ermittlung der skalierten Summe herangezogen wurden, ermittelt wird, wenn der Wert der skalierten Summe kleiner als ein vorgegebener Mittelwert-Schwellenwert ist.
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Nicht-erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Speicher ein Ringspeicher oder ein Linearspeicher ist und/oder dass die vorgegebene erste Anzahl gleich der vorgegebenen zweiten Anzahl ist und/oder dass die vorgegebene erste Anzahl gleich der vorgegebenen zweiten Anzahl plus einer vorgegebenen dritten Anzahl ist.
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Die dritte Anzahl gibt dem System etwas Zeit einen linearen Drehzahlverlauf anzunehmen.
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Die dritte Anzahl sind bevorzugt z.B. die ersten 5 Datenpunkte.
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Nicht-erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Skalierung mit einer Getriebeeingangswellendrehzahl entfällt, wenn der Drehzahlgradienten-Schwellenwert und/oder der Mittelwert-Schwellenwert abhängig von der Getriebeeingangswellendrehzahl ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels eines Savitzky-Golay-Filters mit einer vorgegebenen Filterlänge und einer linearen Approximation das Getriebeeingangswellendrehzahlsignals geglättet wird sowie bei Anwendung des Filters auf mindestens zwei aufeinanderfolgende Drehzahldatenpunkt die Geradensteigung ermittelt wird.
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Die vorzugebenden Anzahlen sowie vorzugebenden Schwellenwerte festzulegen, muss dem Fachmann überlassen bleiben da hierzu der technische Einzelfall zu berücksichtigen ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die zur Ermittlung eines Drehzahlgradienten und damit die zur Ermittlung eines Kupplungstastpunkts benötigte Zeit deutlich reduziert werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibung.
- 1 Über lineare Regression bestimmter Drehzahlgradient der Getriebeeingangswelle und zugehörige Fehlerfunktion
- 2 Drehzahlgradient der Getriebeeingangswelle bestimmt durch Differenzbildung und Filterung und zugehörige Fehlerfunktion
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Statt eine feste Zeit für die Phase 1 und eine Mindestzeit in Phase 2 zu fordern soll der Drehzahlverlauf der Eingangwelle betrachtet und in jedem Abtastschritt auf einen linearen Drehzahlgradienten hin geprüft werden, bis dieser sich für die Dauer einer deutlich kleinere Zeit, als ursprünglich in Phase 1 bzw. Phase 2 gefordert wurde, einstellt. Mit dem ermittelten stabilen Drehzahlgradienten wird dann das Moment, das auf die Eingangswelle wirkt, berechnet.
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Sobald der Gang auf der inaktiven Welle in Neutral ist, wird jeder neue Wert der gefilterten Drehzahl der Eingangswelle in einen Ringspeicher der Länge N geschrieben. Sobald der Speicher gefüllt ist, also nach genau N Abtastschritten, wird dann zusätzlich zur Speicherung des neuen Wertes in dem Ringspeicher der Inhalt des Ringspeichers ausgewertet. Um eine Regression durchführen zu können muss zu jedem Wert die zeitliche Zugehörigkeit mit abgespeichert werden.
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Über die N Werte kann nun eine lineare Regression durchgeführt werden, die zwei Parameter einer Geradengleichung liefert. Anschließend wird der Abstand von jedem Messpunkt zur Gerade bestimmt und der Absolutwert des Wertes aufsummiert und mit der Drehzahl skaliert. Ist oder fällt dieser Summenwert unter einen Schwellwert, dann wird die Steigung der Geradengleichung als Drehzahlgradient ausgewertet. Die Skalierung mit der Drehzahl ist nötig um mit einer Schwelle über dem gesamten Drehzahlbereich arbeiten zu können.
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In 1 ist beispielhaft der Verlauf der Drehzahl der Eingangswelle 140 und die zur Approximation der Drehzahl verwendete Geradennäherung 150 zum Zeitpunkt 180 der Ermittlung des Drehzahlgradienten dargestellt. Der Fehler 160 fällt hierbei unter die Fehlerschwelle 170.
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In 1 erkennt man deutlich, dass der benötigte Zeitaufwand durch die Ermittlung des Drehzahlgradienten über eine lineare Regression und zugehöriger Fehlerfunktion deutlich abnimmt. Bereits nach 9 Datenpunkten kann der Drehzahlgradient mit einem kleinen Fehler ermittelt werden. Die reine Zeitsteuerung hätte in diesem Fall 17 Datenpunkte benötigt. Die ersten 5 Datenpunkte werden dabei generell nicht betrachtet, um dem System etwas Zeit zu geben einen linearen Drehzahlverlauf anzunehmen. In 1 sind im Bereich der ersten 4 Datenpunkte noch Schleppmomente im Getriebe (z.B. Synchronisiervorrichtung) vorhanden, welche versuchen die Eingangswelle über das Differenzial an eine höhere Drehzahl heranzuziehen.
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Drehzahlgradientenbestimmung über Differenzenfilterung:
- Alternativ zur linearen Regression der gefilterten Drehzahlwerte 250, kann die Differenz 260 zwischen den einzelnen Drehzahldatenpunkten des gefilterten Signals 250 bestimmt werden, und diese Differenz 260 mit einem Tiefpassfilter gefiltert 270 werden. Der Filter wird dabei auf die erste Differenz initialisiert, der Zeitpunkt entspricht dabei dem zweiten Datenpunkt des Drehzahlsignals. Die gefilterten Drehzahldifferenzen 270 werden anschließend ohne Zeitinformationen in einen Ringspeicher der Länge N abgelegt. Ist dieser gefüllt, wird der Mittelwert über alle gespeicherten und gefilterten Differenzen bestimmt und es werden die Absolutwerte der Abstände (Fehler) 290 zwischen gefilterten Differenzen 270 und Mittelwert in jedem Schritt neu bestimmt. Diese Fehlerfunktion wird dabei wieder mit der Eingangwellendrehzahl skaliert um einen Schwellwert für alle Drehzahlbereiche verwenden zu können. In 2 ist zum Vergleich der gleiche Drehzahlverlauf 250 mit dieser Methode hin auf einen linearen Verlauf der Drehzahl bewertet.
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Alternativ kann es von Vorteil sein, den Filter für die Differenzen erst ab einer Mindestdifferenz der Drehzahl zu initialisieren, um die Verzögerungseigenschaften des Filters zu verkürzen. In 2 könnte so eine Mindestdrehzahldifferenz von +-10 rpm (Umdrehungen pro Minute) gefordert werden.
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Die Bestimmung des Drehzahlgradienten über die Differenzenfilterung benötigt etwas weniger Speicher und deutlich weniger Rechenzeit, da die Zeitinformationen nicht im Ringspeicher gespeichert werden müssen und die lineare Regression (der Rechenaufwand ist im Vergleich zur einfachen Filterung sehr hoch) nicht durchgeführt wird. Durch die Differenzbildung und Filterung verliert man allerdings bereits zu Beginn mehrere Abtastschritte bevor die Auswertung beginnen kann.
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Variable Schwelle:
- Alternativ zur festen Schwelle und einer Skalierung des Fehlers, kann auch eine variable Schwelle betrachtet werden. Eine Skalierung des Fehlers wäre dann nicht nötig.
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Nichtlineare Skalierung:
- Alternativ zu einer Skalierung mit einem festen Wert kann die Skalierung des Fehlers oder des Schwellwertes abhängig von z.B. Drehzahl, Schlupf, oder anderer Größen mittels eines Kennfeldes oder eines nichtlinearen Zusammenhangs durchgeführt werden.
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Vereinfachte Regression mit Filterung:
- Ein Savitzky-Golay-Filter mit z.B. einer Filterlänge von 5 Datenpunkten und einer linearen Approximation (Polynom 1. Ordnung) kann benutzt werden, um das Messsignal - die Eingangswellendrehzahl - stark zu glätten. Der Filterwert, in der Regel der mittlere (z.B. 3te) Datenpunkt, liegt bei geeigneter Wahl der Filterkoeffizienten, auf der Geraden die zu den betrachteten, z.B. 5, Datenpunkten den quadratisch kleinsten Abstand hat.
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Aus der Anwendung des Filters auf mindestens zwei aufeinander folgende Datenpunkte kann so auf die Steigung der Gerade, die zur Approximation genutzt werden soll, geschlossen werden. Mit der Steigung und einem der mindestens zwei gefilterten Datenpunkte kann so die Gerade, die zur Approximation benutzt werden soll, aufgestellt werden und damit die Fehlerfunktion über die betrachteten N+1 Punkte bestimmt werden. Statt einem Ringspeicher - für mindestens zwei aufeinander folgende Datenpunkte der Länge N+1 - kann auch ein Linearspeicher zur leichteren Indizierung verwendet werden.
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Bei erhöhtem Schleppmoment an der Kupplung kann der Versuch den Tastpunkt über die Auswertung der Getriebeeingangswellendrehzahl zu adaptieren fehlschlagen, da der Schlupf sich sehr schnell verringert. Um dennoch erfolgreiche Tastpunktadaptionen durchführen zu können, müssen die Beobachtungszeiten stark verkürzt werden. Dies gelingt dadurch, dass man den Drehzahlverlauf auf lineares Verhalten hin überprüft und bei Feststellung des linearen Verlaufs den Drehzahlgradienten bestimmt. Damit sind deutlich kürzere Zeiten möglich und es ist sicher gestellt, dass der Drehzahlgradient die geforderte Güte besitzt. Die Bestimmung bei deutlich kürzeren Zeiten erlaubt somit auch bei höherem Schleppmoment den Tastpunkt über die Auswertung der Getriebeeingangswellen zu adaptieren.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Drehzahl der Eingangswelle
- 120
- Zeit in 0,01 Sekunden
- 130
- Summe abs. skal. Fehler
- 140
- gefilterte Drehzahl
- 150
- Geradennäherung
- 160
- Fehler
- 170
- Schwellwert
- 180
- Zeitpunkt der Gradientenbestimmung
- 210
- Drehzahl der Eingangswelle
- 220
- Zeit in 0,01 Sekunden
- 230
- Drehzahldifferenzen der Eingangswelle
- 240
- Summe abs. skal. Fehler
- 250
- gefilterte Drehzahl
- 260
- Differenzen
- 270
- gefilterte Differenzen
- 280
- Datenpunkte die linearen Verlauf zeigen
- 290
- Fehler
- 300
- Schwellwert
- 310
- Zeitpunkt der Gradientenbestimmung
