DE102013203051A1

DE102013203051A1 - Vorhersagender Wärmeschutz für Doppelkupplungsgetriebe

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Publication number: DE102013203051A1
Application number: DE102013203051A
Authority: DE
Inventors: Joseph B. Burtch; Sahm Litkouhi; John E. Marano
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2013-09-05
Also published as: CN103303302A; US20130231833A1; CN103303302B; US9090240B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Managen thermischer Kupplungsbelastungen in einem Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe (DCT), das in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine gepaart ist, offenbart. Das Verfahren enthält das Bewerten des Betriebs des DCT und das Feststellen einer Betriebsart einer Kupplung in dem DCT. Außerdem enthält das Verfahren das Vorhersagen einer Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung eine Schwellentemperatur erreicht, in Ansprechen auf die festgestellte Betriebsart der Kupplung. Außerdem enthält das Verfahren das Feststellen, ob die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs liegt. Darüber hinaus enthält das Verfahren das Aktivieren eines Indikators, der dafür konfiguriert ist zu signalisieren, dass die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs liegt. Außerdem wird ein Fahrzeug offenbart, das eine DCT, eine Brennkraftmaschine und einen Controller, der zum Vorhersagen der thermischen Belastung einer Kupplung in dem DCT konfiguriert ist, aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung bezieht sich auf ein System und auf ein Verfahren für den vorhersagenden Wärmeschutz von Kupplungen in einem Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe.
HINTERGRUND
Moderne Fahrzeuge sind häufig mit Mehrgang-Doppelkupplungsgetrieben (DCT) als Teil des Antriebsstrangs des jeweiligen Fahrzeugs ausgestattet. Solche DCTs sind wegen ihrer erhöhten mechanischen Effizienz im Vergleich zu typischen mit Drehmomentwandler ausgestatteten Automatikgetrieben bevorzugt. Außerdem sind DCTs häufig wegen der Fähigkeit von DCTs, qualitativ bessere Gangschaltvorgänge bereitzustellen, gegenüber typischen automatisierten Schaltgetrieben bevorzugt.
Ein typisches DCT nutzt zwei Reibungskupplungen zum Schalten zwischen seinen Vorwärtsübersetzungsverhältnissen und führt diese Schaltungen durch alternativen Eingriff zwischen einer und der anderen der zwei Reibungskupplungen aus. Ein solches Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe kann in einem Hybridfahrzeug, d. h. in einem Fahrzeug, das zwei oder mehr verschiedene Leistungsquellen wie etwa eine Kraftmaschine und einen Elektromotor nutzt, um Vortriebsenergie auf die getriebenen Räder des vorliegenden Fahrzeugs zu übertragen, genutzt werden.
Während des Betriebs eines mit einem DCT ausgestatteten Fahrzeugs können wegen des zum Anfahren des Fahrzeugs und während Gangschaltungen verwendeten Kupplungsschlupfs erhebliche Wärmemengen oder thermische Belastungen innerhalb der DCT-Kupplungen erzeugt werden. Wenn solche Belastungen spezifische Schwellenwerte übersteigen, können die Leistungsfähigkeit und die Haltbarkeit der DCT-Kupplungen sowie die allgemeine Leistungsfähigkeit des DCT und des Fahrzeugs nachteilig beeinflusst werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zum Managen thermischer Kupplungsbelastungen in einem Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe (DCT), das in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine gepaart ist, offenbart. Das Verfahren enthält das Bewerten des Betriebs des DCT und das Feststellen einer Betriebsart einer Kupplung in dem DCT. Außerdem enthält das Verfahren das Vorhersagen einer Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung eine Schwellentemperatur erreicht, in Ansprechen auf die festgestellte Betriebsart der Kupplung. Außerdem enthält das Verfahren das Feststellen, ob die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs liegt. Darüber hinaus enthält das Verfahren das Aktivieren eines Indikators, der dafür konfiguriert ist zu signalisieren, dass die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs liegt.
Die Schwellentemperatur kann ein erster Wert sein, der angibt, dass die Kupplung überhitzt ist, wobei der Betrieb des DCT in der Weise reguliert wird, dass in die Kupplung eingegebene Energie sowie ihre thermische Belastung verringert werden, wenn die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung den ersten Wert erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs liegt.
Die Tätigkeit des Regulierens des Betriebs des DCT in der Weise, dass die in die Kupplung eingegebene Energie verringert wird, kann das Ausrücken der Kupplung enthalten.
Die Schwellentemperatur kann ein zweiter Wert sein, der angibt, ob die Kupplung im Wesentlichen kühl ist, d. h. eine zusätzliche Energieeingabe aushalten kann. In diesem Fall kann das Verfahren zusätzlich das Regulieren des Betriebs des DCT, um zu ermöglichen, dass zusätzliche Energie in die Kupplung eingegeben wird, wenn die Temperatur der Kupplung unter den zweiten Wert verringert wird, enthalten.
Jede der Tätigkeiten des Bewertens des Betriebs des DCT und des Feststellens einer Betriebsart einer Kupplung in dem DCT und des Vorhersagens der Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung eine Schwellentemperatur erreicht, und des Feststellens ob die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs liegt und des Aktivierens des Indikators kann über einen Controller ausgeführt werden.
Die Tätigkeit des Vorhersagens der Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, kann das Nutzen des Newton-Raphson-Verfahrens zum Approximieren der Zeitdauer enthalten.
Die jeweilige Kupplung kann eine Kupplung für ein ungerades Übersetzungsverhältnis oder eine Kupplung für ein gerades Übersetzungsverhältnis sein. Der Indikator kann ein hörbares Signal und/oder eine sichtbare Anzeige sein. Die sichtbare Anzeige kann außerdem eine übermittelte Aufforderung für den Betreiber des Fahrzeugs, i) die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen oder die Fahrzeugbremse zu betätigen und/oder ii) die Fahrzeugbremse zu betätigen und zu halten, enthalten. Darüber hinaus kann die sichtbare Anzeige eine übermittelte Aufforderung für einen Betreiber des Fahrzeugs, die Fahrzeugbremse zu lösen, enthalten. Zusätzlich kann der Indikator eine codierte Nachricht enthalten, die in dem Controller gespeichert ist und dafür konfiguriert ist, bei Bedarf wiedergewonnen zu werden.
Außerdem wird ein Fahrzeug offenbart, das eine DCT, eine Brennkraftmaschine und einen Controller, der zum Vorhersagen der thermischen Belastung an eine Kupplung in dem DCT konfiguriert ist, aufweist.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Ausführungsart(en) der beschriebenen Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und mit den angefügten Ansprüchen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs, der eine Brennkraftmaschine und ein dynamisch schaltbares Doppelkupplungsgetriebe (DCT) aufweist.
2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht des in 1 gezeigten DCT, die spezifisch die Getriebekupplungen darstellt.
3 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren für das Management thermischer Kupplungsbelastungen in der in 1–2 gezeigten DCT darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein dynamisch schaltbares Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe (DCT) kann als Teil eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug genutzt werden, um die effiziente Verwendung nicht erneuerbarer Energiequellen wie etwa fossiler Kraftstoffe durch das Fahrzeug weiter zu verbessern. Eine solche DCT kann für ein Fahrzeug, das einen herkömmlichen Antriebsstrang aufweist, der allein eine einzelne Brennkraftmaschine zur Leistungsversorgung des Fahrzeugs nutzt, oder für einen Hybridantriebsstrangtyp, bei dem das Fahrzeug durch eine Kraftmaschine, durch einen Elektromotor oder durch eine Kombination der Zwei mit Leistung versorgt werden kann, bereitgestellt werden.
Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff ”dynamisch schaltbar” auf die Nutzung einer Kombination zweier Reibungskupplungen und mehrerer Klauenkupplungen/Synchroneinrichtungen, um durch Abwechseln zwischen dem Eingriff einer Reibungskupplung und der anderen ”Einschalt-”Schaltungen oder dynamische Schaltungen zu erzielen. Außerdem bedeutet ”dynamische Schaltung”, dass das Antriebsdrehmoment in dem Getriebe vorhanden ist, wenn eine gekuppelte Schaltung zu einem herankommenden Drehzahlübersetzungsverhältnis vorgenommen wird. Allgemein werden die Synchroneinrichtungen für das herankommende Übersetzungsverhältnis physikalisch ”vorgewählt”, bevor die dynamische Schaltung tatsächlich vorgenommen wird. Wie der Fachmann auf dem Gebiet leicht versteht, werden Synchroneinrichtungen auf die notwendigen Positionen sowohl des herankommenden als auch des weggehenden Übersetzungsverhältnisses ”vorgewählt”, bevor eine ”dynamische Schaltung” vorgenommen wird, bevor der Drehmomentweg von einer Kupplung zu der anderen tatsächlich geschaltet wird. Um Spinverluste zu minimieren, wird die Vorwahlbedingung so lange wie möglich verschoben, da das Vorwählen des nächsten Übersetzungsverhältnisses eine Drehzahldifferenz in der offenen, d. h. nicht eingerückten, Kupplung erzwingt. Diese besondere Ganganordnung ermöglicht die Kombination von Drehzahlübertragungsmechanismen für irgendein Übersetzungsverhältnis und sein Nachbarübersetzungsverhältnis (d. h. das Übersetzungsverhältnis N und das Übersetzungsverhältnis N + 1), ohne dass in dem Getriebe eine mechanische Blockierung erhalten wird.
In 1 ist ein Fahrzeug 10 gezeigt, das einen Antriebsstrang 12 aufweist. Der Antriebsstrang 12 enthält eine Brennkraftmaschine 14, die zum Erzeugen eines Drehmoments konfiguriert ist, Antriebsräder 16, die zur Ankopplung mit einer Straßenoberfläche konfiguriert sind, und ein DCT 18, das mit der Kraftmaschine 14 funktional verbunden ist und zum Übertragen eines Kraftmaschinendrehmoments an die Antriebsräder konfiguriert ist. Obwohl dies nicht spezifisch gezeigt ist, kann der Antriebsstrang 12 wie oben angemerkt als ein Hybridtyp konfiguriert sein und zusätzlich einen Elektromotor enthalten.
Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, nutzt die Kraftmaschine 14 eine Kurbelwelle 15, um eine hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Das DCT 18 ist bei einer Kraftmaschine-Getriebe-Ankopplung unter Verwendung irgendeines geeigneten Mittels einschließlich Befestigungseinrichtungen (nicht gezeigt) wie etwa Gewindeschrauben und Dübel mit der Kraftmaschine 14 gepaart. Das DCT 18 enthält ein Getriebegehäuse 20 zum Aufnehmen eines Zahnradzugs 22, der dafür konfiguriert ist, eine vorgegebene Anzahl wählbarer Übersetzungsverhältnisse zum Verbinden der Kraftmaschinenkurbelwelle 15 mit den Antriebsrädern 16 bereitzustellen. Außerdem enthält das DCT 18 ein Steuerungsteilsystem 24, das genutzt wird, um den Betrieb eines Kupplungsteilsystems 26 zu steuern.
Obwohl dies nicht spezifisch gezeigt ist, kann das Steuerungsteilsystem 24 allgemein ein elektrisches Antriebssystem enthalten, das dafür konfiguriert ist, Gleichstrom einer Bordenergiespeichervorrichtung wie etwa einer Batterie in Wechselstrom für die Leistungsversorgung eines Dreiphasenelektromotors umzuwandeln. Der Elektromotor kann daraufhin genutzt werden, um eine elektrische Pumpe anzutreiben, um einen Körper von Steuerfluid wie etwa Pentosin über ein DCT-Ventilgehäuse, das ein System von Ventilen und Solenoiden enthält, mit Druck zu beaufschlagen. Das DCT-Ventilgehäuse nutzt wiederum das System von Ventilen und Solenoiden, um das Druckfluid zum Regulieren des Betriebs des Kupplungssystems 26 zu leiten.
Wie in 2 gezeigt ist, befindet sich das Kupplungsteilsystem 26 innerhalb eines Kupplungsgehäuses 27 und enthält es Trockenkupplungen 28 und 30. Wie gezeigt ist, ist die Kupplung 28 eine Kupplung für gerade Übersetzungsverhältnisse und ist die Kupplung 30 eine Kupplung für ungerade Übersetzungsverhältnisse. Die Kupplungen 28, 30 sind dafür konfiguriert, das besondere Antriebsübersetzungsverhältnis in dem DCT 18 auszuwählen. Genauer enthält die Kupplung 28 eine Kupplungsscheibe 32, die Reibbeläge 32-1 aufweist, während die Kupplung 30 eine Kupplungsscheibe 34 enthält, die Reibbeläge 34-1 aufweist. Außerdem enthält das DCT 18 einen Kupplungsdeckel 36, der einen Abschnitt 38, der zum Betätigen der Kupplung 28 über eine Feder 40 genutzt wird, und einen Abschnitt 42, der zum Betätigen der Kupplung 30 über eine Feder 44 genutzt wird, aufweist. Außerdem enthält die Kupplung 28 eine Druckplatte 46, während die Kupplung 30 eine Druckplatte 48 enthält.
Außerdem nutzen die Kupplungen 28 und 30 eine Mittelplatte 50 gemeinsam, wobei jede der Druckplatten 46 und 48 die jeweiligen Reibbeläge 32-1 und 34-1 durch die Tätigkeit der Federn 40 und 44 mit einer vorgewählten Rate für den Eingriff mit der jeweiligen Kupplung gegen die jeweilige Mittelplatte 50 klemmt. Wenn eine der Kupplungen 28, 30 während des Betriebs des DCT 18 Kraftmaschinendrehmoment in einem bestimmten Übersetzungsverhältnis überträgt, wählt die Andere der zwei Kupplungen eine geeignete Synchroneinrichtung des herankommenden Übersetzungsverhältnisses vor. Das oben beschriebene Ventilgehäuse steuert das wahlweise Einrücken der Kupplungen 28, 30, indem es das Steuerfluid zu verschiedenen Solenoiden (nicht gezeigt) leitet, die wiederum die Strömung des Steuerfluids zu der geeigneten Kupplung regulieren.
Wenn das DCT 18 während des Betriebs des Fahrzeugs 10 ein Kraftmaschinendrehmoment überträgt, kann die thermische Belastung des Kupplungsteilsystems 26 übermäßig werden, d. h., können eine oder mehrere der Kupplungen 28, 30 eine schnelle Temperaturzunahme und eine Überhitzungsbedingung erfahren. Eine solche thermische Belastung ist häufig das Ergebnis eines zum Anfahren des Fahrzeugs 10 und während Gangschaltungen des DCT 18 verwendeten Kupplungsschlupfs. Falls eine solche übermäßige thermische Belastung nicht behandelt wird, kann sie folglich zu verringerter Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der Reibbeläge 32-1 und 34-1 sowie der allgemeinen Leistungsfähigkeit des DCT 18 und des Fahrzeugs 10 führen. Was eine übermäßige thermische Belastung in Bezug auf die Kupplungen 28, 30 bildet, kann auf Betriebsanforderungen des DCT 18 sowie auf Haltbarkeitsgrenzwerten der Flächen 32-1 und 34-1 sowie anderer Komponenten der jeweiligen Kupplungen beruhen.
Wieder anhand von 1 enthält das Fahrzeug 10 außerdem einen Controller 52, der ein dedizierter Getriebecontroller, der zum Regulieren des Betriebs des DCT 18 konfiguriert ist, oder ein integrierter Antriebsstrangcontroller, der zum Regulieren des Betriebs des gesamten Antriebsstrangs 12 konfiguriert ist, sein kann. Der Controller 52 ist außerdem mit einem Algorithmus programmiert und für das Management thermischer Belastungen an den Kupplungen 28, 30 in dem DCT 18 konfiguriert. Als Teil seines Managements der thermischen Belastungen an den Kupplungen 28, 30 ist der Controller 52 zum Bewerten des Betriebs des DCT 18 und zum Feststellen, ob die Kraftmaschine 14 gestartet worden ist und ob das Fahrzeug 10 durch seinen Betreiber angewiesen worden ist, sich in Bewegung zu setzen, indem veranlasst worden ist, dass das DCT Kraftmaschinenleistung an die Antriebsräder 16 überträgt, programmiert. Außerdem ist der Controller 52 dafür programmiert festzustellen, in welcher Betriebsart jede der Kupplungen 28, 30 ist, mit anderen Worten, ob jede der Kupplungen eingerückt ist, ausgerückt ist, einen gesteuerten Schlupf während des Fahrzeuganfahrens erfährt oder in dem Prozess einer Übergabe von einem Zahnrad zu dem Nächsten während eines Gangwechsels ist.
Außerdem ist der Controller 52 dafür programmiert, in Ansprechen auf den festgestellten Betrieb der Kupplungen 28, 30 eine Zeitdauer vorherzusagen, die verbleibt, bis jede Kupplung eine Schwellentemperatur 54 erreicht. Die Schwellentemperatur 54 der bestimmten Kupplung 28 oder 30 gibt an, ob die Kupplung ausreichend Wärmeenergie aufgenommen hat, um innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der oben beschriebenen Überhitzungsbedingung zu sein. Innerhalb der Bedeutung der vorliegenden Offenbarung kann die Schwellentemperatur 54 entweder ein Wert, der der Tatsache entspricht, dass die Kupplung 28 oder 30 eine übermäßige thermische Belastung aufgenommen hat, oder einer, der der Tatsache entspricht, dass sich die Kupplung auf eine akzeptable Betriebstemperatur abgekühlt hat, nachdem sie die Überhitzungsbedingung erreicht hat, sein. Dementsprechend kann eine Kupplung als im Wesentlichen kühl oder bei einer akzeptablen Betriebstemperatur liegend angesehen werden, falls die Kupplung eine zusätzliche Energieeingabe aushalten kann. In einer Ausführungsform kann die Schwellentemperatur 54 ein Temperaturwert sein, der zuvor auf der oder in der Nähe der Reibungsoberfläche der Druckplatte 46, 48 oder 50 bewertet wurde. In einer anderen Ausführungsform kann die Schwellentemperatur 54 ein Temperaturwert sein, der zuvor auf der oder in der Nähe der Reibungsoberfläche der Kupplungsbeläge 32-1 oder 34-1 bewertet worden ist. Außerdem kann der Controller 52 mit zwei verschiedenen Schwellentemperaturwerten, einem ersten Schwellenwert 54-1, der angibt, dass die Kupplung überhitzt ist, d. h. dem Überhitzungsschwellenwert, und einem zweiten Schwellenwert 54-2, der angibt, dass die Kupplung im Wesentlichen kühl ist und eine zusätzliche Energieeingabe aushalten kann, d. h. einem Abkühlschwellenwert, programmiert sein. Dementsprechend kann der Controller 52 dafür programmiert sein, in einem spezifischen Fall auf der Grundlage der folgenden mathematischen Ausdrücke eine Bestimmung der Wärmeübertragung für die fragliche Kupplung 28 oder 30 auszuführen.
Eine im Folgenden gezeigte Gleichung 56 repräsentiert die Temperatur ”T^h _c” der bestimmten Druckplatte 46, 48 oder 50 zu einem spezifischen Zeitpunkt ”k + 1”: T^h _c(k + 1) = T_c(k) + ((Q·HeatPortion) – (Heatloss_pc) – (Heatloss_cp))/(Cp_c·Mass_c)·Δt. (56)
Der Term ”T_c(k)” repräsentiert die Temperatur der bestimmten Druckplatte 46, 48 oder 50 zu dem Anfangszeitpunkt ”k”. Der Term ”Q” repräsentiert die während des Schlupfs der bestimmten Kupplung 28 oder 30 erzeugte Gesamtwärmemenge. ”HeatPortion” ist ein Term, der die Wärmemenge repräsentiert, die die bestimmte Druckplatte 46, 48 und die Mittelplatte 50 während des Eingriffs der jeweiligen Kupplung gemeinsam besitzen. ”HeatLoss_pc” ist ein Term, der den Betrag des Wärmverlusts durch Leitung zu dem Kupplungsdeckel 36 während des jeweiligen Ereignisses repräsentiert. ”HeatLoss_cp” ist ein Term, der den Wärmeverlust durch Leitung zu der Mittelplatte 50 repräsentiert. ”Mass_c” ist ein Term, der die Gesamtmasse der durch die bestimmte Druckplatte 46, 48 oder 50 bereitgestellten Wärmesenke repräsentiert. ”Cp_c” ist ein Term, der die spezifische Wärme der bestimmten Druckplatte 46, 48 oder 50 repräsentiert. Außerdem ist ”Δt” ein Term, der die Zeitdauer repräsentiert, die die bestimmte Druckplatte einen Zustrom von Wärmeenergie sieht. Eine im Folgenden gezeigte Gleichung 58 repräsentiert die Abkühlkonvektion ”T^c _c” oder den Betrag des Wärmeverlusts zu der Umgebungsluft, die die Druckplatten 46, 48 und 50 innerhalb des Gehäuses 27 umgibt: T^c _c(k + 1) = (T_c(k) – T_h(k))e^–b(Δt) + T_h(k). (58)
Der Term ”b” in der Gleichung 58 repräsentiert einen Abkühlkoeffizienten, während der Term ”T_h(k)” die Temperatur der Luft innerhalb des Gehäuses 27 zum Zeitpunkt ”k” repräsentiert.
Die Gleichungen 56 und 58 können nachfolgend kombiniert und zum Auflösen nach ”T_c(k + 1)”, d. h. nach der Zeit, die es dauert, bis sich die bestimmte Druckplatte 46, 48 oder 50 entweder überhitzt oder abkühlt, angeordnet werden, so dass eine Gleichung 60 erhalten wird: T_c(k + 1) = (T_c(k) + (Conduction·Δt) – T_h(k))e^–b(Δt) + T_h(k). (60) Um eine Lösung für die Zeitdauer zu erhalten, die es dauert, die durch den Term ”T_c” der bestimmten Druckplatte 46, 48 oder 50 repräsentierte Schwellentemperatur 54 zu erreichen, kann ein Newton-Raphson-Verfahren verwendet werden, um die Gleichung (60) zu manipulieren. Das Newton-Raphson-Verfahren ist eine rechnerische Herangehensweise zum sukzessiven Ermitteln genauerer Nährungen an die Nullstellen oder Wurzeln einer reellwertigen Funktion und wird allgemein als ”x_n+1 = x_n(k) – f(x_n)/(f'(x_n))” ausgedrückt.
In Übereinstimmung mit dem Newton-Raphson-Verfahren wird in den Ausdruck ”x_n+1 = x_n(k) – f(x_n)/(f'(x_n))” eine Anfangsvermutung eingegeben, die sinnvoll nahe bei der wahren Wurzel der zugrundeliegenden Funktion liegt. Mit dem nächsten aufeinanderfolgenden Schritt wird die Funktion durch ihre Tangente approximiert, die unter Verwendung der Hilfsmittel der Infinitesimalrechnung berechnet werden kann. Daraufhin wird unter Verwendung elementarer Algebra der Schnittpunkt der Tangente der zugrundeliegenden Funktion mit der x-Achse berechnet. Der somit berechnete Schnittpunkt mit der x-Achse ist üblicherweise eine bessere Approximation an die Wurzel der Funktion als die ursprüngliche Vermutung. Mit jeder aufeinanderfolgenden Iteration konvergiert die Approximation in der Wurzel der Funktion und in vielen praktischen Anwendungen wird innerhalb weniger solcher Iterationen des Verfahrens das gesuchte Ergebnis erzielt.
Um das Newton-Raphson-Verfahren zu nutzen, kann der Term ”T_c(k + 1)” in der Gleichung (58) durch ”T_c(k + m)” ersetzt werden, wobei ”m” einen spezifischen Zeitschritt repräsentiert, zu dem die Zieltemperatur ”T_c” erreicht wird. Dementsprechend kann der Term ”f(x_n)” des Newton-Raphson-Verfahrens durch eine Gleichung (62) repräsentiert werden: 0 = (T_c(k) + (Conduction·Δt·m) – T_h(k))e^–b(Δt·m) + T_h(k) – T_c(k + m). (62)
Außerdem kann der Term ”f'(x_n)” des Newton-Raphson-Verfahrens durch Gleichung (64) repräsentiert werden: (Conduction·(1 + (–b)(Δt·m)) + (–b)·(T_c(k) – T_h(k)))e^–b(Δt·m). (64)
Dementsprechend kann die Gleichung (60) in Bezug auf das Newton-Raphson-Verfahren über die folgende Gleichung (66) ausgedrückt und analysiert werden: (Δt·m)_n+1 = (Δt·m)_n – ((T_c(k) + (Conduction·(Δt·m)_n) – T_h(k))e^–b(Δt·m) _n + T_h (k) – T_c(k + m))/((Conduction·(1 + (–b)(Δt·m)_n) + (–b)·(T_c(k) – T_h(k)))e^–b(Δt·m) _n). (66)
In der Gleichung (66) repräsentiert der Term ”Δt·m” die Zeit, die es dauert, damit sich die bestimmte Druckplatte 46, 48 oder 50 auf die Temperatur ”T_c(k + m)”, die als die Schwellentemperatur 54 definiert sein kann, entweder überhitzt oder abkühlt. Die Gleichung (66) kann für die nachfolgende iterative Echtzeitanalyse und für das vorhersagende Management thermischer Kupplungsbelastungen in den Controller 52 codiert und programmiert werden. Die Anfangsvermutung für den Term ”Δt·m” in der programmierten Gleichung (66) kann aus einem vorgegebenen Bereich von Werten, z. B. 0–45 Sekunden, ausgewählt werden.
Im Einklang mit einer früheren Beschreibung kann die Schwellentemperatur 54 der Kupplung 28, 30 ebenfalls einen getrennten ersten und zweiten Schwellenwert 54-1 und 54-2 enthalten, so dass die Zeitdauer, die es dauert, damit sich die bestimmte Druckplatte 46, 48 oder 50 oder der Kupplungsbelag 32-1, 34-1 überhitzt sowie abkühlt, durch den Controller 52 bestimmt werden kann. Der erste und der zweite Schwellenwert 54-1 und 54-2 der Kupplung 28 oder 30 können über ein Rechenverfahren oder empirisch während Tests der bestimmten Kupplung und/oder des DCT 18 bestimmt werden. Darüber hinaus kann die Gleichung 60 daraufhin für die Echtzeitanalyse der Rate des Wärmeenergiezustroms in die bestimmte Kupplung 28, 30 in den Controller 52 programmiert werden. Darüber hinaus kann der Controller 52 daraufhin zur vorhersagenden Bestimmung der Zeitdauer, die verbleibt, bis der erste und der zweite Schwellentemperaturwert 54-1 und 54-2 für die nachfolgende Iteration von Wärmeschutzmaßnahme(n) des DCT 18 erreicht wird, verwendet werden.
Außerdem ist der Controller 52 dafür programmiert festzustellen, ob die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung 28 oder 30 die Schwellentemperatur 54 erreicht, innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs 68 liegt. Der Zeitbereich 68 kann auf Kupplungsentwurfskriterien und/oder auf empirisch hergeleiteten Daten beruhen und in den Controller 52 programmiert sein. Ferner ist der Controller 52 mit einem Algorithmus programmiert, der zum Aktivieren eines Indikators 70 konfiguriert ist, der dafür konfiguriert ist, dem Betreiber des Fahrzeugs 10 zu signalisieren, dass die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung 28 oder 30 die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb des Zeitbereichs 68 liegt.
Der Indikator 70 kann ein hörbares Signal und/oder eine sichtbare Anzeige sein. Die sichtbare Anzeige kann eine übermittelte Aufforderung für den Betreiber des Fahrzeugs 10, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen oder die Fahrzeugbremse zu betätigen oder die Fahrzeugbremse zu betätigen und zu halten, wenn die Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung 28 oder 30 den ersten Schwellenwert 54-1 erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs 68 liegt, enthalten. Außerdem kann die sichtbare Anzeige eine übermittelte Aufforderung für den Betreiber, die Fahrzeugbremse zu lösen, wenn die Temperatur der jeweiligen Kupplung unter den zweiten Schwellenwert 54-2 verringert wird, enthalten. Außerdem kann der Indikator 70 eine codierte Nachricht enthalten, die in dem Controller 52 gespeichert ist und die dafür konfiguriert ist, bei Bedarf wiedergewonnen zu werden.
Außerdem kann der Controller 52 dafür konfiguriert sein, den Betrieb des DCT 18 in der Weise zu regulieren, dass eine in die bestimmte Kupplung 28 oder 30 eingegebene Energie verringert wird, wenn die vorhergesagte Zeitdauer ”Δt·m”, die verbleibt, bis die Kupplung den ersten Schwellenwert 54-1 erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs 68 liegt. Um somit die Energieeingabe in die bestimmte Kupplung 28 oder 30 zu verringern, kann der Controller 52 die jeweilige Kupplung ausrücken. Außerdem kann der Controller 52 dafür konfiguriert sein, den Betrieb des DCT 18 so zu regulieren, dass eine zusätzliche Energieeingabe in die bestimmte Kupplung 28 oder 30 möglich ist, wenn die Temperatur der jeweiligen Kupplung unter den zweiten Schwellenwert 54-2 verringert wird.
3 zeigt ein Verfahren 80 zum Managen thermischer Kupplungsbelastungen in dem DCT 18, wie es oben in Bezug auf die 1–2 beschrieben ist. Das Verfahren beginnt im Rahmen 82 mit dem Bewerten des Betriebs des DCT über den Controller 52. Vom Rahmen 82 geht das Verfahren zum Rahmen 84 über, wo das Verfahren das Feststellen einer Betriebsart der Kupplung 28 oder 30, die gegenwärtig verwendet wird, um entweder das Fahrzeug 10 anzufahren oder das DCT 18 in ein nachfolgendes Übersetzungsverhältnis zu schalten, über den Controller 52 enthält. Nach dem Rahmen 84 schreitet das Verfahren zum Rahmen 86 fort, wo das Verfahren das Vorhersagen der Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur 54 erreicht, über den Controller 52 in Ansprechen auf den festgestellten Betrieb der jeweiligen Kupplung 28 oder 30 enthält.
Wie oben anhand von 1 beschrieben wurde, kann der Controller 52 über das Newton-Raphson-Verfahren dafür programmiert werden, die Zeitdauer vorherzusagen, die verbleibt, bis die jeweilige Kupplung 28 oder 30 die Schwellentemperatur 54 erreicht. Wie außerdem anhand von 1 beschrieben wurde, liefert das Newton-Raphson-Verfahren eine iterative Echtzeitanalyse, die von dem Verfahren für das vorhersagende Management thermischer Kupplungsbelastungen verwendet werden kann.
Vom Rahmen 86 geht das Verfahren zum Rahmen 88 über. Im Rahmen 88 enthält das Verfahren das Feststellen, ob die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die jeweilige Kupplung 28 oder 30 die Schwellentemperatur 54 erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs 68 liegt, über den Controller 52. Nach dem Rahmen 88 geht das Verfahren zum Rahmen 90 über, wo es das Aktivieren des Indikators 70, um zu signalisieren, dass die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die jeweilige Kupplung die Schwellentemperatur 54 erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs 68 liegt, enthält.
Nach dem Rahmen 90 kann das Verfahren zum Rahmen 92 fortschreiten, wo es zusätzlich das Regulieren des Betriebs des DCT 18 in der Weise, dass die Energieeingabe in die jeweilige Kupplung verringert wird, wenn die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung den ersten Schwellenwert 54-1 erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs 68 liegt, enthalten kann. Im Rahmen 92 kann der Controller 52 die jeweilige Kupplung 28 oder 30 ausrücken, um die Energieeingabe dazu zu verringern. Alternativ kann das Verfahren nach dem Rahmen 90 zum Rahmen 94 fortschreiten, wo es zusätzlich das Regulieren des Betriebs des DCT 18, um eine zusätzliche Energieeingabe zu der jeweiligen Kupplung 28 oder 30 zu ermöglichen, wenn die Temperatur der Kupplung unter den zweiten Schwellenwert 54-2 verringert wird, enthalten kann.
Das beschriebene Verfahren soll durch Vorhersagen übermäßiger thermischer Belastung an die jeweiligen Kupplungen, bevor diese Wärme die Kupplungsbeläge nachteilig beeinflusst, eine erhöhte Haltbarkeit und eine verlängerte Lebensdauer für die DCT 18 und genauer für die Kupplungen 28 und 30 ermöglichen. Dementsprechend kann das Verfahren verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit, dass wegen längerer thermischer Belastung ein unangenehmer Kupplungsgeruch erzeugt wird, zu verringern und einen verlängerten zuverlässigen Betrieb des DCT 18 sicherzustellen.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, wobei der Schutzumfang der Erfindung aber allein durch die Ansprüche definiert ist. Obwohl einige der besten Ausführungsarten und andere Ausführungsformen der beanspruchten Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, gibt es verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Erfindung zu verwirklichen.

Claims

Verfahren zum Managen thermischer Kupplungsbelastungen in einem Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe (DCT), das in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine gepaart ist, wobei das Verfahren umfasst: Bewerten des Betriebs des DCT; Feststellen einer Betriebsart einer Kupplung in dem DCT; Vorhersagen einer Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung eine Schwellentemperatur erreicht, in Ansprechen auf die festgestellte Betriebsart der Kupplung; Feststellen, ob die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs liegt; und Aktivieren eines Indikators, der dafür konfiguriert ist, zu signalisieren, dass die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwellentemperatur ein erster Wert ist, der angibt, dass die Kupplung überhitzt ist, wobei das Verfahren ferner das Regulieren des Betriebs des DCT in der Weise, dass die in die Kupplung eingegebene Energie verringert wird, wenn die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung den ersten Wert erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs liegt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Regulieren des Betriebs des DCT in der Weise, dass die in die Kupplung eingegebene Energie verringert wird, das Ausrücken der Kupplung enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwellentemperatur ein zweiter Wert ist, der angibt, dass die Kupplung im Wesentlichen kühl ist, wobei es ferner das Regulieren des Betriebs des DCT, um zu ermöglichen, dass zusätzliche Energie in die Kupplung eingegeben wird, wenn die Temperatur der Kupplung unter den zweiten Wert verringert wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bewerten des Betriebs des DCT und das Feststellen der Betriebsart der Kupplung in dem DCT und das Vorhersagen der Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, und das Feststellen, ob die vorhergesagte Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, innerhalb des vorgegebenen Zeitbereichs liegt, und das Aktivieren des Indikators über einen Controller ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorhersagen der Zeitdauer, die verbleibt, bis die Kupplung die Schwellentemperatur erreicht, das Nutzen des Newton-Raphson-Verfahrens zum Approximieren der Zeitdauer enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kupplung eine Kupplung für ungerade Übersetzungsverhältnisse oder eine Kupplung für gerade Übersetzungsverhältnisse ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Indikator ein hörbares Signal und/oder eine sichtbare Anzeige ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die sichtbare Anzeige eine Aufforderung für einen Betreiber des Fahrzeugs enthält, i) die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen oder die Fahrzeugbremse zu betätigen und/oder ii) die Fahrzeugbremse zu betätigen und zu halten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die sichtbare Anzeige eine Aufforderung für einen Betreiber des Fahrzeugs, die Fahrzeugbremse zu lösen, enthält.