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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Anlegepunkts einer Anfahrkupplung, wobei aus einem aktuellen Motormoment und einer aktuellen Motordrehzahl ein Kupplungsmoment ermittelt und dessen Veränderung erfasst wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges, bei welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Anwendung kommt.
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Bei Kraftfahrzeugen mit automatisierten Schaltgetrieben werden Anfahrkupplungen im Rahmen von Anfahrvorgängen und auch bei der Durchführung von Gangwechseln üblicherweise automatisch betätigt. Dabei wird die jeweilige Anfahrkupplung zumeist über eine Getriebesteuerung des Getriebes gesteuert, welche über Sensoren die Absichten des Fahrers und einen aktuellen Bewegungszustand des Fahrzeugs erkennt. Im Zuge der Steuerung ist es für die Gewährleistung eines hohen Fahrkomforts unerlässlich, einen Anlegepunkt der Anfahrkupplung zu kennen, um deren Schließen optimal regeln zu können. Da sich der Anlegepunkt aber beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder auch temperaturbedingt verschieben kann, wird dieser häufig in bestimmten Zeitabständen durch die Steuerung neu erfasst bzw. überprüft.
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Aus der
DE 10 2006 042 357 A1 geht ein Verfahren zur Bestimmung eines Anlegepunkts einer Anfahrkupplung hervor, wobei ein Kupplungsmoment aus einem aktuellen Motormoment und einer aktuellen Motordrehzahl ermittelt, sowie eine Veränderung dieses Kupplungsmoments erfasst wird. Zunächst wird dabei zu Beginn des Verfahrens ein Referenzkupplungsmoment berechnet, mit welchem dann zyklisch das im Folgenden aus Motormoment und Motordrehzahl ermittelte Kupplungsmoment abgeglichen wird. Wird dabei ein signifikanter Anstieg des Kupplungsmoments gegenüber dem Referenzkupplungsmoment erkannt, so wird die zu diesem Zeitpunkt aktuelle Kupplungsposition einem Anlegepunkt der Anfahrkupplung gleichgesetzt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung eines Anlegepunkts einer Anfahrkupplung zu schaffen, mittels welchem eine präzise Ermittlung des Anlegepunkts möglich ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Antriebsstrang eines Fahrzeuges, bei welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Anwendung kommt, geht des Weiteren aus den Ansprüchen 7 und 8 hervor.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Bestimmung eines Anlegepunkts einer Anfahrkupplung ein Kupplungsmoment aus einem aktuellen Motormoment und einer aktuellen Motordrehzahl ermittelt und im Folgenden dessen Veränderung erfasst. Erfindungsgemäß ist die Anfahrkupplung dabei insbesondere zwischen einer Antriebsmaschine und einem Kraftfahrzeuggetriebe, bevorzugt einem automatisierten Schaltgetriebe, angeordnet und kann dabei das Kraftfahrzeuggetriebe antriebsseitig mit der Antriebsmaschine verbinden. Eine Betätigung der Anfahrkupplung, bei welcher es sich bevorzugt um eine trocken- oder nasslaufende Schaltkupplung handelt, wird dabei insbesondere entweder über ein Getriebesteuergerät oder aber über ein separates Kupplungssteuergerät geregelt, wobei im letztgenannten Fall das Getriebesteuergerät im Zuge des jeweiligen Anfahr- oder Schaltvorganges anleitend auf das Kupplungssteuergerät zugreift.
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Die Bestimmung des Anlegepunkts der Anfahrkupplung wird dabei dann ebenfalls entweder durch das Getriebesteuergerät oder aber das separate Kupplungssteuergerät vollzogen. Die relevanten Daten in Form des aktuellen Motormoments und der aktuellen Motordrehzahl werden dem jeweiligen Steuergerät dann bevorzugt durch ein Motorsteuergerät der Antriebsmaschine übermittelt, wobei die Steuergeräte dazu insbesondere in ein Datenbussystem eingebunden sind, über welches ein Datenaustausch zwischen den einzelnen Steuergeräten dargestellt werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung ist unter dem „Anlegepunkt“ der Anfahrkupplung eine konkrete Kupplungsposition, d.h. ein konkreter Abstand zwischen Kupplungshälften der Anfahrkupplung, zu verstehen, bei welcher die beiden Kupplungshälften der Anfahrkupplung im Zuge des Schließens der Kupplung gerade miteinander in Berührung gelangen, so dass erstmalig ein Drehmoment zwischen den beiden Kupplungshälften übertragen werden kann. Ggf. kann als „Anlegepunkt“ aber auch ein enger Bereich von Kupplungspositionen bezeichnet sein, in welchem sich die Kupplungshälften im Zuge des Schließens der Kupplung erstmalig berühren. Da sich dieser Anlegepunkt verschleißbedingt und auch bei einem sehr hohen Energieeintrag in die Kupplung, insbesondere durch Reibung, verändern kann, ist dessen zyklische Bestimmung notwendig, um ein Schließen der Anfahrkupplung im Zuge von Anfahr- und Schaltvorgängen optimal im Hinblick auf einen hohen Komfort regeln zu können.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass bei der Bestimmung des Anlegepunkts der Anfahrkupplung überwacht wird, ob die Veränderung des Kupplungsmoments mit einer Veränderung einer Kupplungsposition korreliert. Im zu bejahenden Fall wird dann die bei Korrelation aktuelle Kupplungsposition als Anlegepunkt der Anfahrkupplung erfasst. Mit anderen Worten werden also eine Veränderung des Kupplungsmoments und eine Veränderung einer Kupplungsposition einander gegenübergestellt und im Folgenden überprüft, ob die beiden Veränderungen miteinander korrelieren, d.h. eine Wechselbeziehung zwischen beiden Veränderungen besteht. Wird eine derartige Wechselbeziehung erkannt, d.h. eine Veränderung der Kupplungsposition zieht auch eine Veränderung des Kupplungsmoments nach sich, so wird die entsprechende Kupplungsposition, bei welcher eine Korrelation erstmalig erfasst wurde, als Anlegepunkt der Anfahrkupplung vermerkt.
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Ein derartiges Verfahren zur Bestimmung eines Anlegepunkts einer Anfahrkupplung hat dabei den Vorteil, dass eine präzise Ermittlung des Anlegepunkts möglich ist, da mit dem Kupplungsmoment mittelbar die Motordrehzahl und auch das Motormoment in Relation zu der Kupplungsposition gesetzt werden. Insofern wird damit der Einfluss einer Betätigung der Kupplung auf Drehzahl und/oder Moment der Antriebsmaschine beobachtet. In der Folge kann hierdurch auch ausgeschlossen werden, dass Änderungen der Motordrehzahl und/oder des Motormoments, welche ihre Ursache in anderweitigen Einflüssen haben, fälschlicherweise als Anlegepunkt der Anfahrkupplung deklariert werden, da stets auch eine Veränderung der Kupplungsposition vorliegen muss.
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So wird zwar auch im Falle der
DE 10 2006 042 357 A1 eine Reaktion einer Antriebsmaschine beobachtet, indem zyklisch aus dem aktuellen Motormoment und der Motordrehzahl ein Kupplungsmoment errechnet wird. Im Unterschied zu der vorliegenden Erfindung wird dieses errechnete Kupplungsmoment aber nicht in Relation zu der Kupplungsposition gesetzt, so dass es bereits zu einer Erfassung eines Anlegepunkts der Anfahrkupplung kommen kann, sobald eine signifikante Abweichung, ggf. auch aufgrund einer Fehlmessung, von dem im Vorfeld ermittelten Referenzwert auftritt.
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Im Sinne der Erfindung ist unter „Korrelation“ eine statistische Überprüfung zweier Signale auf einen ggf. auch nur teilweise linearen Zusammenhang zu verstehen, indem Messwerte dieser beiden Signale hergenommen und miteinander auf deren Abweichung vom jeweiligen Mittelwert (Varianz) verglichen werden. Im Falle der Erfindung ist dabei die Grundidee, dass ein Schließen der Anfahrkupplung einen Einfluss auf die Motordrehzahl und/oder das Motormoment der Antriebsmaschine ausübt, wobei sich dabei je nach Güte der Regelung der Antriebsmaschine ggf. auch einer der beiden vorgenannten Parameter nicht beim Schließen der Kupplung verändert. Als Anlegepunkt wird nun der Punkt gewählt, wo ein zumindest teilweiser linearer Einfluss (Korrelation) der Kupplungsbewegung auf den Betrieb der Antriebsmaschine festzustellen ist, wobei eine Reaktion der Antriebsmaschine dabei mittelbar über das ermittelte Kupplungsmoment berücksichtigt wird.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Kupplungsmoment mit Hilfe eines Störgrößenbeobachters abgeschätzt. Unter einem „Störgrößenbeobachter“ ist erfindungsgemäß ein mathematischer Beobachter zu verstehen, welcher ausgehend von einem physikalischen Modell eine Störgröße abschätzt. Im vorliegenden Fall wird das Kupplungsmoment dabei als Störgröße abgeschätzt, während das Motormoment der Antriebsmaschine als Stellgröße und die Motordrehzahl als Regelgröße einbezogen wird. Dabei ist eine zuverlässige Abschätzung des Kupplungsmoments aus den aktuellen Parametern Motormoment und Motordrehzahl möglich.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform wird der Störgrößenbeobachter dabei durch einen Kalman-Beobachter gebildet. Hierdurch können viele Störeinflüsse weitestgehend minimiert werden, wobei eine Funktionalität des Kalman-Beobachters dabei prinzipiell auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise umgesetzt ist. Der Kalman-Beobachter weist dabei dann als Regelgröße die Motordrehzahl, als Stellgröße das Motormoment und als Störgröße das Kupplungsmoment auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Erfassung des Anlegepunkts durch mindestens eine weitere Korrelationsüberwachung plausibilisiert. In Weiterbildung dieser Ausführung wird im Zuge der mindestens einen weiteren Korrelationsüberwachung ermittelt, ob im Bereich der als Anlegepunkt erfassten Kupplungsposition auch eine Veränderung einer Getriebeeingangsdrehzahl mit der Veränderung der Kupplungsposition korreliert. Hierdurch kann der mittels des Korrelationsverfahrens aus Kupplungsmoment und Kupplungsposition ermittelte Anlegepunkt verifiziert werden, indem überwacht wird, ob eine Veränderung der Kupplungsposition auch in Korrelation mit einer Veränderung der Getriebeeingangsdrehzahl steht. Insgesamt kann hierdurch die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Anlegepunkts gesteigert werden.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, dass die Bestimmung des Anlegepunkts im Zuge eines Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges durchgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass hierbei ein ausreichendes Zeitfenster zur Bestimmung des Anlegepunkts zur Verfügung steht, da bei einem Anfahrvorgang üblicherweise eine vorsichtigere Dosierung der Anfahrkupplung stattfindet, als dies beispielsweise im Zuge von Schaltvorgängen der Fall ist. Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell aber auch während Schaltvorgängen im Kraftfahrzeuggetriebe vollzogen werden oder auch während extra dafür definierten Schließverläufen der Kupplung.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Teils eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges; und
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2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Anlegepunkts einer Anfahrkupplung.
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Aus 1 geht eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges hervor, welcher dabei eine Antriebsmaschine 1, eine Anfahrkupplung 2, ein automatisiertes Schaltgetriebe 3, sowie weitere Komponenten 4 umfasst. Vorliegend ist die Anfahrkupplung 2 dabei insbesondere als nasslaufende Trennkupplung ausgestaltet und zwischen der bevorzugt in Form einer Brennkraftmaschine vorliegenden Antriebsmaschine und dem automatisierten Schaltgetriebe 3 angeordnet. In der Folge kann das automatisierte Schaltgetriebe 3 antriebsseitig über die Anfahrkupplung 2 mit einer Abtriebsseite der Antriebsmaschine 1 verbunden werden, während es auf seiner Abtriebsseite mit den nachfolgenden Komponenten 4 des Antriebsstranges in Verbindung steht.
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Schaltvorgänge im automatisierten Schaltgetriebe 3 werden über ein Getriebesteuergerät 5 geregelt, welches im Zuge von Anfahrvorgängen und auch Gangwechseln zudem auch eine Regelung der Anfahrkupplung 2 übernimmt, wobei hierbei ggf. ein separates Kupplungssteuergerät zwischengeschaltet sein kann, auf welches das Getriebesteuergerät 5 anleitend zugreift. So steuert das Getriebesteuergerät 5 bei Anfahrvorgängen und eben auch bei Gangwechseln ein Öffnen und ein Schließen der Anfahrkupplung 2, sowie ein ggf. vorzunehmendes Auslegen eines Ist-Ganges und das Einlegen eines gewünschten Ziel-Ganges.
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Wie zudem in 1 zu erkennen ist, ist das Getriebesteuergerät 5 gemeinsam mit einem Motorsteuergerät 6 in ein Datenbussystem 7 eingebunden und kann über dieses Datenbussystem 7 mit dem Motorsteuergerät 6, sowie weiteren – vorliegend nicht dargestellten – Steuergeräten und Sensoren kommunizieren und Daten austauschen. Im Rahmen von Anfahrvorgänge und Gangwechseln greift das Getriebesteuergerät 5 zudem anleitend auf das Motorsteuergerät 6 zu, um einen Betrieb der Antriebsmaschine 1 im Zuge des jeweiligen Vorgangs mittelbar über das Motorsteuergerät 6 regeln zu können.
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Um ein Schließen der Anfahrkupplung 2 im Zuge eines Anfahrvorganges oder eines Gangwechsels im automatisierten Schaltgetriebe 3 möglichst komfortabel regeln zu können, ist es notwendig, den Anlegepunkt der Anfahrkupplung 2 zu kennen, also bei welcher relativen Stellung zweier Kupplungshälften der Anfahrkupplung 2 zueinander diese Hälften im Zuge des Schließens der Anfahrkupplung 2 erstmalig miteinander in Kontakt treten. Da sich dieser Anlegepunkt verschleißbedingt und auch im Rahmen hoher Belastungen verschieben kann, ist es zudem notwendig, den Anlegepunkt zyklisch zu verifizieren. Vorliegend ist das Getriebesteuergerät 5 nun dazu in der Lage, eine derartige Verifikation durchzuführen, wobei dies entsprechend dem in 2 als Ablaufdiagramm dargestellten, erfindungsgemäßen Verfahren vollzogen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei im Zuge eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeuges vollzogen, da hierbei üblicherweise ein langsameres Schließen der Anfahrkupplung 2 durchgeführt wird und damit ein größeres Zeitfenster zur Bestimmung des Anlegepunkts zur Verfügung steht. In einem Schritt S1 wird mit Hilfe eines Störgrößenbeobachters in Form eines Kalman-Beobachters die Veränderung eines Kupplungsmoments MKpl abgeschätzt, wobei der Kalman-Beobachter hierzu als Regelgröße den Verlauf nMot(t) einer aktuellen Motordrehzahl nMot und als Stellgröße den Verlauf eines aktuellen Motormoments MMot einbezieht. In der Folge wird aus Verläufen nMot(t) der Motordrehzahl nMot und einem Verlauf M otormoments MMot(t) des MMot der Verlauf MKpl(t) des Kupplungsmoments MKpl abgeschätzt, wobei mit Hilfe des Kalman-Beobachters Fehlereinflüsse minimiert werden.
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Parallel dazu erfasst das Getriebesteuergerät 5 die aktuelle Kupplungsposition xKpl und verfolgt deren Verlauf im Zuge eines Schließens der Anfahrkupplung 2. Dieser erfasste Verlauf xKpl(t) wird anschließend in Schritt S3 im Rahmen eines Korrelationsverfahrens mit dem aus Schritt S1 stammenden, abgeschätzten Verlauf MKpl(t) auf einen linearen Zusammenhang überprüft. Kann hierbei keine Korrelation zwischen xKpl(t) und MKpl(t) festgestellt werden, so wird vor die Schritte S1 und S2 zurückgegangen und die entsprechenden Verläufe weiter nachverfolgt. Wird hingegen ein linearer Zusammenhang zwischen der Veränderung der Kupplungsposition xKpl und der Veränderung des Kupplungsmoments MKpl festgestellt, so wird in einem Schritt S4 die jeweils zugehörige Kupplungsposition als Anlegepunkt xTP erfasst und im Folgenden zu einem
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Schritt S5 übergegangen, in welchem eine Plausibilitätsprüfung des erfassten Anlegepunkts xTP durchgeführt wird.
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Bei der Plausibilitätsprüfung in Schritt S5 wird das Ergebnis einer weiteren Korrelationsüberwachung einbezogen, welche in den Schritten S6 und S7 parallel zu den Schritten S1 und S3 durchgeführt wurde. Dazu wird in Schritt S6 fortlaufend eine Getriebeeingangsdrehzahl nGetr erfasst und deren Veränderung als nGetr(t) nachverfolgt. In Schritt S7 wird dann im Rahmen eines Korrelationsverfahrens festgestellt, ob der Verlauf nGetr(t) der Getriebeeingangsdrehzahl nGetr in einem linearen Zusammenhang mit dem Verlauf xKpl(t) der Kupplungsposition xKpl steht, wobei hierzu ebenfalls die Ergebnisse aus Schritt S2 eingezogen werden. Ist eine Korrelation zu verneinen, so wird wiederum vor Schritt S6 zurückgegangen, wohingegen im zu bejahenden Fall ebenfalls eine jeweils aktuelle Kupplungsposition xKpl‘ erfasst und mit dem bestimmten Anlegepunkt xTP aus Schritt S4 in Schritt S5 zusammengeführt wird. Entspricht der bestimmte Anlegepunkt xTP im Wesentlichen der ermittelten Kupplungsposition xKpl‘ aus Schritt S7, so spricht das für eine korrekte Erfassung eines Anlegepunkts der Anfahrkupplung 2. Hingegen wird bei einer starken Abweichung der beiden Positionen voneinander der bestimmte Anlegepunkt xTP verworfen und stattdessen ein noch im Getriebesteuergerät 5 hinterlegter, früherer Anlegepunkt zur Steuerung der Anfahrkupplung 2 verwendet.
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Mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Bestimmung eines Anlegepunkts einer Anfahrkupplung bei einem automatisierten Schaltgetriebe auf präzise Art und Weise realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmaschine
- 2
- Anfahrkupplung
- 3
- Automatisiertes Schaltgetriebe
- 4
- Komponenten
- 5
- Getriebesteuergerät
- 6
- Motorsteuergerät
- 7
- Datenbussystem
- MKpl
- Kupplungsmoment
- MKpl(t)
- Verlauf Kupplungsmoment
- MMot
- Motormoment
- MMot(t)
- Verlauf Motormoment
- nMot
- Motordrehzahl
- nMot(t)
- Verlauf Motordrehzahl
- nGetr
- Getriebeeingangsdrehzahl
- nGetr(t)
- Verlauf Getriebeeingangsdrehzahl
- xKpl
- Kupplungsposition
- xKpl(t)
- Verlauf Kupplungsposition
- xTP
- Anlegepunkt
- xKpl‘
- erfasste Kupplungsposition
- S1 bis S7
- Einzelschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006042357 A1 [0003, 0011]
