DE102014204343A1

DE102014204343A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102014204343A1
Application number: DE102014204343.3A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Moser; Alain Tierry Chamaken Kamde; Rachid Mansour
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: DE102014204343B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung (4), die in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle (3) eines Antriebsmotors (2) und der Eingangswelle (6) eines Fahrgetriebes (5) angeordnet sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers (18) ausrückbar und einrückbar ist. Zur Dämpfung einer beim Einrücken der Reibungskupplung (4) auftretenden Rupfschwingung ist vorgesehen, dass die Getriebeeingangsdrehzahl (nGE) des Fahrgetriebes (5) sensorisch erfasst wird, dass aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (nGE) ein schwingungsfreies Mittelwertsignal (nGE_m) der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt wird, und dass der Kupplungssteller (18) zur Dämpfung einer Rupfschwingung von einem Antirupfregler (27) angesteuert wird, mittels dem eine aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (nGE) als Ist-Signal und dem Mittelwertsignal (nGE_m) der Getriebeeingangsdrehzahl als Soll-Signal gebildete Regelabweichung (∆nGE) ausgeregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung, die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Fahrgetriebes angeordnet sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers ausrückbar und einrückbar ist, wobei mittels des Verfahrens eine beim Einrücken der Reibungskupplung auftretende Rupfschwingung gedämpft wird.
Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit automatisierten Reibungskupplungen ausgerüstet, durch deren Verwendung der Fahrer beim Anfahren und bei Schaltvorgängen von der Durchführung des koordinierten Ausrückens und Einrückens der Kupplung befreit ist und sich auf andere Steuerungsaufgaben konzentrieren kann. Neben einer Erhöhung des Fahrkomforts kann durch die Verwendung einer automatisierten Reibungskupplung, besonders in Verbindung mit einem automatisierten Schaltgetriebe, auch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen eines Kraftfahrzeugs erzielt werden.
Automatisierte Reibungskupplungen der vorbezeichneten Art sind bevorzugt als Einscheiben-Trockenkupplungen ausgeführt, bei denen jeweils eine beidseitig mit Reibbelägen versehene und drehfest auf der Eingangswelle des Fahrgetriebes angeordnete Mitnehmerscheibe mittels einer Anpressfeder zwischen den Reibflächen einer an der Triebwelle des Antriebsmotors befestigten Schwungscheibe und einer drehfest mit dieser verbundenen Druckplatte eingespannt wird. Der Kupplungssteller, der beispielsweise als ein druckmittelbetätigter Stellzylinder oder als ein mit einem Spindelgetriebe versehener Elektromotor ausgebildet sein kann, ist zumeist außerhalb der Reibungskupplung angeordnet. Der Stellkolben beziehungsweise die Spindelwelle des Kupplungsstellers steht über einen Ausrückhebel sowie ein Ausrücklager mit inneren Federzungen einer als Tellerfeder ausgebildeten Anpressfeder in Verbindung. Alternativ dazu kann der Kupplungssteller jedoch auch als ein sogenannter Zentralausrücker ausgebildet sein, bei dem ein ringförmiger Stellkolben eines koaxial zu der Eingangswelle des Fahrgetriebes gehäusefest angeordneten ringzylindrischen Stellzylinders unmittelbar über ein Ausrücklager mit den Federzungen der Tellerfeder in Verbindung steht.
Zum Ausrücken der Reibungskupplung wird die Anpressfeder durch den Kupplungssteller derart mit einer ansteigenden Stellkraft beaufschlagt, dass die Einspannung der Mitnehmerscheibe zunächst reduziert und schließlich ganz aufgehoben wird, wodurch die Reibungskupplung erst in Schlupf gerät und schließlich vollständig geöffnet ist. Zum Einrücken der Reibungskupplung wird die Stellkraft wieder kontinuierlich bis auf Null reduziert, wodurch die Reibungskupplung zunächst im Schlupfbetrieb ein ansteigendes Drehmoment und schließlich im vollständig geschlossenen Zustand mit Überanpressung ihr maximales Drehmoment übertragen kann.
Die Einstellung eines bestimmten Kupplungsmomentes, beispielsweise eines relativ großen Anfahrdrehmomentes oder eines relativ kleinen Kriechdrehmomentes, erfolgt üblicherweise weggesteuert nach einer Drehmomentkennlinie, welche das übertragbare Drehmoment der Reibungskupplung als Funktion des Stellweges beziehungsweise des Ausrückweges des Kupplungsstellers oder eines Übertragungselementes, wie eines Ausrückhebels oder eines Ausrücklagers, wiedergibt. Hierzu wird die jeweilige Ist-Position des Kupplungsstellers oder eines Übertragungselementes mittels eines Wegsensors erfasst und mittels eines Kupplungsreglers auf eine vorgegebene Soll-Position eingeregelt.
Beim Einrücken der Reibungskupplung unter Last, insbesondere während eines Anfahrvorgangs, kann es jedoch zu einer periodischen Schwankung des von der Reibungskupplung übertragenen Drehmomentes kommen, das allgemein als Kupplungsrupfen bezeichnet wird. Die Frequenz der durch das Kupplungsrupfen hervorgerufenen und als Rupfschwingung bezeichneten Drehzahlschwankung an der Eingangswelle des Fahrgetriebes liegt typischerweise im Bereich von 1 Hz bis 7 Hz. Als Ursachen für das Auftreten von Kupplungsrupfen werden häufig verölte Reibbeläge, durch thermische Überlastung geschädigte Reibbeläge und Reibflächen, sowie durch Montagefehler und thermische Überlastung verformte Bauteile der Reibungskupplung genannt. Da der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ein schwingungsfähiges System darstellt, kann das Kupplungsrupfen zu einem Aufschaukeln einer Drehschwingung in Verbindung mit hohen Lastspitzen führen. Neben dadurch bedingten Komforteinbußen kann das Kupplungsrupfen daher auch zu einem vorzeitigen Verschleiß und zur Beschädigung von Bauteilen der Reibungskupplung und des übrigen Antriebsstrangs führen. Es wird daher angestrebt, das Auftreten von Kupplungsrupfen zu erkennen und durch geeignete Gegenmaßnahmen zu dämpfen.
In der DE 10 2004 030 479 A1 ist ein Verfahren zur Unterdrückung von Rupfschwingungen in einem Ausrücksystem einer Reibungskupplung beschrieben, bei dem von einem Hauptausrücksystem und einem Nebenausrücksystem der Reibungskupplung ausgegangen wird. Das Hauptausrücksystem weist ein vom Fahrer betätigbares Kupplungspedal auf, das über einen einen Geberzylinder, eine Druckleitung und einen Nehmerzylinder umfassenden hydraulischen Kraftübertragungszweig mit einem Ausrückhebel der Reibungskupplung in Stellverbindung steht. Das Nebenausrücksystem weist einen elektromotorisch angetriebenen Aktuator auf, der mit einem in der Druckleitung angeordneten Übertragungskolben oder unmittelbar mit dem Ausrückhebel der Reibungskupplung in Stellverbindung steht. Zur Dämpfung von während eines Anfahrvorgangs auftretenden Rupfschwingungen wird die Antriebsspannung des elektromotorischen Aktuators proportional zu der Rupfdrehzahl gesteuert, wobei der Proportionalitätsfaktor zunächst rampenförmig erhöht und nach der Reduzierung der Rupfschwingung wieder reduziert wird. Die Eigenschaften der Rupfschwingung werden aus der Differenz der Getriebeeingangsdrehzahl und einer durch Filterung geglätteten Getriebeeingangsdrehzahl abgeleitet. Der über das Hauptausrücksystem eingestellten Kupplungsposition wird somit über eine Kraft-Weg-Steuerung des Nebenausrücksystems eine der Rupfschwingung entgegengerichtete periodische Positionskorrektur überlagert.
Aus der DE 103 23 567 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modulieren des von einer Reibungskupplung übertragbaren Drehmomentes bekannt, mit denen insbesondere während des Einrückens der Reibungskupplung beim Anfahren auftretende Rupfschwingungen ausgeregelt werden sollen. Hierzu wird das übertragbare Drehmoment in Abhängigkeit von einer aus dem Drehzahlsignal der Getriebeeingangswelle und einem gefilterten Drehzahlsignal gebildeten Differenzdrehzahl moduliert. Das gefilterte Drehzahlsignal wird durch mehrmaliges Glätten des Rohsignals über eine der Periodendauer einer Rupfschwingung entsprechende Zeitdauer und durch die Multiplikation mit einem Korrekturfaktor erzeugt.
In der DE 10 2008 030 481 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Schlupfes einer Fahrzeugkupplung beschrieben, bei denen die an einer Reibungskupplung anliegende Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Getriebeeingangsdrehzahl auf einen Sollwert geregelt wird. Hierzu wird eine geglättete Getriebeeingangsdrehzahl als Prognosewert aus gewichteten, gleitenden Mittelwerten berechnet.
Das in der DE 10 2004 030 479 A1 beschriebene Verfahren zur Unterdrückung von Rupfschwingungen benötigt ein zusätzliches Nebenausrücksystem und erfordert somit einen hohen apparativen Aufwand. Die Verfahren zur Dämpfung von Rupfschwingungen gemäß der DE 103 23 567 A1 und der DE 10 2008 030 481 A1 sehen jeweils eine Modulation der Soll-Position des Kupplungsstellers über den Kupplungsregler vor, so dass diese Verfahren der eingeschränkten Dynamik und Bandbreite des Kupplungsreglers unterliegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung der eingangs genannten Bauart anzugeben, mit dem eine beim Einrücken der Reibungskupplung auftretende Rupfschwingung mit geringem apparativen Aufwand effektiver als bisher gedämpft werden kann. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben werden.
Zur Lösung der das Verfahren betreffenden Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung, die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Fahrgetriebes angeordnet sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers ausrückbar und einrückbar ist, wobei mittels des Verfahrens eine beim Einrücken der Reibungskupplung auftretende Rupfschwingung gedämpft wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Getriebeeingangsdrehzahl des Fahrgetriebes sensorisch erfasst wird, dass aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl ein schwingungsfreies Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt wird, und dass der Kupplungssteller zur Dämpfung einer Rupfschwingung von einem Antirupfregler angesteuert wird, mittels dem eine aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl als Ist-Signal und dem Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl als Soll-Signal gebildete Regelabweichung ausgeregelt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Steuerungsverfahrens sind Gegenstand der verfahrensbezogenen Unteransprüche.
Die Erfindung geht demnach aus von einer an sich bekannten automatisierten Reibungskupplung, die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Fahrgetriebes angeordnet sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers ausrückbar und einrückbar ist. Um eine vorliegende Rupfschwingung erkennen zu können, wird zunächst die Getriebeeingangsdrehzahl des Fahrgetriebes sensorisch erfasst. Aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl wird dann mit einem geeigneten Verfahren, wie beispielsweise einer Tiefpassfilterung, ein schwingungsfreies Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt. Zur Dämpfung einer vorliegenden Rupfschwingung wird der Kupplungssteller dann von einem Antirupfregler angesteuert, durch den eine aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl als Ist-Signal und dem Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl als Soll-Signal gebildete Regelabweichung ausgeregelt wird.
Da die Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Antirupfregler parallel zu dem normalen Kupplungsregler erfolgt, mittels dem die Einstellung des übertragbaren Drehmomentes der Reibungskupplung mit einer Positionsregelung der Ausrückposition vorgenommen wird, unterliegt die Rupfdämpfung gemäß der Erfindung nicht der eingeschränkten Dynamik und Bandbreite des Kupplungsreglers. Somit kann eine vorliegende Rupfschwingung durch eine schnelle Ansteuerung des Kupplungsstellers in Ausrückrichtung und Einrückrichtung durch den Antirupfregler wirksam gedämpft werden. Auch ist der für die Rupfdämpfung erforderliche apparative Aufwand relativ gering, da nur ein zumeist ohnehin an der Eingangswelle des Fahrgetriebes vorhandener Drehzahlsensor zur Erfassung der Getriebeeingangsdrehzahl erforderlich ist, und die Auswertungs- und Regelungsfunktionen der Rupfdämpfung als softwaregestützte Steuerungsfunktionen innerhalb eines Kupplungssteuergerätes realisiert sein können.
Die Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Antirupfregler erfolgt bevorzugt mit getriggerten Steuerpulsen, deren Pulshöhe und/oder Pulsdauer aus der Größe der aktuellen Regelabweichung der Getriebeeingangsdrehzahl bestimmt wird.
Es ist zudem sinnvoll, dass aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl auch das schwingungsbehaftete Schwingungssignal der Getriebeeingangsdrehzahl sowie charakteristische Zeitpunkte des Schwingungssignals ermittelt werden, die zur phasenrichtigen Triggerung der Steuerpulse verwendet werden.
So können die Zeitpunkte der Minima und Maxima des Schwingungssignals der Getriebeeingangsdrehzahl zur Triggerung der Steuerpulse verwendet werden. Alternativ dazu oder zusätzlich ist es auch möglich, die Zeitpunkte der Nulldurchgänge des Schwingungssignals der Getriebeeingangsdrehzahl zur Triggerung der Steuerpulse zu verwenden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Pulshöhe und/oder die Pulsdauer der Steuerpulse derart bemessen ist, dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Antirupfregler innerhalb der Hysterese der Reibungskupplung erfolgt. Hierdurch wird die Anpresskraft der Reibungskupplung durch den Antirupfregler in gewünschter Weise moduliert, also über eine entsprechende Änderung der Ausrückkraft innerhalb der positiven Halbwellen des Schwingungssignals verringert und innerhalb der negativen Halbwellen des Schwingungssignals erhöht, ohne damit eine Korrektur der Ausrückposition durch die Positionsregelung des Kupplungsreglers auszulösen.
Da der Einrückvorgang einer über eine Anpressfeder passiv schließbaren Reibungskupplung aber üblicherweise entlang einer einen Hysteresebereich begrenzenden Einrückkennlinie der Ausrückkraft erfolgt, sollte bei einer solchen Reibungskupplung eine Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Antirupfregler nur in Ausrückrichtung stattfinden, um eine Korrektur der Ausrückposition durch die Positionsregelung des Kupplungsreglers zu vermeiden. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Antirupfregler nur innerhalb der positiven Halbwellen des Schwingungssignals der Getriebeeingangsdrehzahl mit in Ausrückrichtung der Reibungskupplung wirksamen Steuerpulsen erfolgt.
Um unnötige Steuerungsaktivitäten zu vermeiden, ist zudem bevorzugt vorgesehen, dass die Amplitude des Schwingungssignals der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt und mit einer vorgegebenen Mindestamplitude verglichen wird, und dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Antirupfregler nur dann erfolgt, wenn die Amplitude des Schwingungssignals der Getriebeeingangsdrehzahl die Mindestamplitude erreicht oder überschreitet.
Ebenso kann zu diesem Zweck die Frequenz des Schwingungssignals der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt und mit einem vorgegebenen Rupffrequenzband verglichen werden, und dann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Antirupfregler nur dann erfolgt, wenn die Frequenz des Schwingungssignals der Getriebeeingangsdrehzahl innerhalb des Rupffrequenzbandes liegt.
Die vorrichtungsbezogene Aufgabe ist durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den zugeordneten Unteransprüchen definiert.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung, die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Fahrgetriebes angeordnet sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers ausrückbar und einrückbar ist, und mittels der eine beim Einrücken der Reibungskupplung auftretende Rupfschwingung dämpfbar ist. Bei dieser Vorrichtung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass zur Dämpfung von Rupfschwingungen ein Kompensationssteuerkreis mit folgenden Komponenten vorgesehen ist:

– ein an der Eingangswelle des Fahrgetriebes angeordneter Drehzahlsensor zur Erfassung der Getriebeeingangsdrehzahl des Fahrgetriebes,
– eine Auswertungs- und Steuerungseinheit zur Ermittlung eines schwingungsfreien Mittelwertsignals der Getriebeeingangsdrehzahl aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl, und
– einen Antirupfregler zur Ansteuerung des Kupplungsstellers, durch den eine aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl als Ist-Signal und dem Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl als Soll-Signal gebildete Regelabweichung zur Dämpfung der Rupfschwingung ausregelbar ist.

Wenn der Kupplungssteller als ein hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet ist, steht der Antirupfregler über elektrische Steuerleitungen mit Magnetsteuerventilen des Kupplungsstellers in Steuerverbindung. Sofern der Kupplungssteller hingegen als ein Elektromotor ausgebildet ist, steht der Antirupfregler über elektrische Steuerleitungen unmittelbar mit dem Kupplungssteller in Steuerverbindung.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Steuerungsvorrichtung für eine automatisierten Reibungskupplung in einer schematischen Ansicht,
2 eine Ausrückkraft-Kennlinie einer Reibungskupplung in Form eines Kraft-Weg-Diagramms,
3 einen Drehzahlverlauf der Getriebeeingangsdrehzahl mit einer ungedämpften Rupfschwingung in einem Drehzahl-Zeit-Diagramm,
4 einen Drehzahlverlauf der Getriebeeingangsdrehzahl mit einer gemäß einer ersten Verfahrensvariante gedämpften Rupfschwingung in einem Drehzahl-Zeit-Diagramm,
4a einen Steuerpulsverlauf zur Dämpfung der Rupfschwingung gemäß 4 in einem Spannungs-Zeit-Diagramm,
5 einen Drehzahlverlauf der Getriebeeingangsdrehzahl mit einer gemäß einer zweiten Verfahrensvariante gedämpften Rupfschwingung in einem Drehzahl-Zeit-Diagramm, und
5a einen Steuerpulsverlauf zur Dämpfung der Rupfschwingung gemäß 5 in einem Spannungs-Zeit-Diagramm.
Der in 1 schematisch abgebildete Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs weist einen Antriebsmotor 2 mit einer Triebwelle 3, eine automatisierte Reibungskupplung 4, ein Fahrgetriebe 5 mit einer Eingangswelle 6 und einer Ausgangswelle 7, sowie eine Antriebsachse 8 mit einem Achsgetriebe 9, zwei Antriebswellen 10, 11, und zwei Antriebsrädern 12, 13 auf. Der Antriebsmotor 2 ist als ein Verbrennungsmotor ausgebildet und kann ein Drehmoment nur in einem begrenzten Drehzahlbereich abgeben. Das Fahrgetriebe 5 ist bevorzugt als ein Stufenschaltgetriebe ausgebildet, es kann sich dabei jedoch auch um ein stufenlos verstellbares Getriebe (CVT) handeln. Die Ausgangswelle 7 des Fahrgetriebes 5 steht über das Achsgetriebe 9 und die Antriebswellen 10, 11 der Antriebsachse 8 mit den Antriebsrädern 12, 13 in Triebverbindung.
Zur Steuerung des Antriebsmotors 2 ist ein Motorsteuergerät 14 vorgesehen, dem als Steuersignale unter anderem der von einem an dem Fahrpedal 15 angeordneten Wegsensor 16 erfasste Fahrpedalwinkel α_FP und die von einem an der Triebwelle 3 des Antriebsmotors 2 angeordneten Drehzahlsensor 17 erfasste Motordrehzahl n_M zugeleitet werden.
Die Reibungskupplung 4 ist zwischen der Triebwelle 3 des Antriebsmotors 2 und der Eingangswelle 6 des Fahrgetriebes 5 angeordnet und über einen zugeordneten Kupplungssteller 18 ausrückbar und einrückbar. Vorliegend wird davon ausgegangen, dass die Reibungskupplung 4 in der bekannten Bauart einer Einscheiben-Trockenkupplung ausgeführt ist, die im unbetätigten Zustand durch eine nicht dargestellte Anpressfeder geschlossen gehalten wird. Beim Anfahren und, sofern das Fahrgetriebe 5 als ein Stufenschaltgetriebe ausgebildet ist, auch bei Schaltvorgängen, wird die Reibungskupplung 5 zur Überbrückung von Drehzahlunterschieden zwischen der Triebwelle 3 des Antriebsmotors 2 und der Eingangswelle 6 des Fahrgetriebes 5 ausrückbar und eingerückt und dazwischen im Schlupf betrieben.
Zur Steuerung der Reibungskupplung 4 ist ein Kupplungssteuergerät 19 vorhanden, das einen Hauptsteuerkreis 20 und einen Kompensationssteuerkreis 21 aufweist. Der Hauptsteuerkreis 20 dient zur Einstellung eines bestimmten übertragbaren Drehmomentes M_K an der Reibungskupplung 4. Hierzu steht eine Auswertungs- und Steuerungseinheit 22 über Signalleitungen mit dem Motorsteuergerät 14, mit einem an der Reibungskupplung 4 oder dem Kupplungssteller 18 angeordneten Wegsensor 23, mittels dem die aktuelle Ausrückposition s_K der Reibungskupplung 4 erfasst wird, und mit einem an der Eingangswelle 6 des Fahrgetriebes 5 angeordneten Drehzahlsensor 24, mittels dem die Getriebeeingangsdrehzahl n_GE erfasst wird, in Verbindung.
In der Auswertungs- und Steuerungseinheit 22 werden die Betriebsparameter ausgewertet und anhand von abgespeicherten Kennlinien, wie einer Drehmoment-Weg-Kennlinie, die das übertragbare Drehmoment M_K der Reibungskupplung 4 in Abhängigkeit vom Ausrückweg s_K wiedergibt, und einer Kraft-Weg-Kennlinie, welche die von dem Kupplungsaktuator 18 aufzubringende Ausrückkraft F_K der Reibungskupplung 4 in Abhängigkeit von dem Ausrückweg s_K wiedergibt, eine Soll-Position s_{K_soll} des Ausrückweges ermittelt. Die aus der Soll-Position s_{K_soll} und der sensorisch erfassten Ist-Position s_K des Ausrückweges gebildete Differenz wird als Regelabweichung einem Kupplungsregler 25 zugeleitet, durch den ein Stellsignal an den Kupplungssteller 18 gesendet wird, das so bemessen ist, dass die Regelabweichung minimiert wird, also die Reibungskupplung 4 auf die Soll-Position s_{K_soll} und damit auf das vorgegebene übertragbare Drehmoment M_K eingeregelt wird.
Eine typische Kraft-Weg-Kennlinie, welche die von dem Kupplungsaktuator 18 aufzubringende Ausrückkraft F_K der Reibungskupplung 4 in Abhängigkeit von dem Ausrückweg s_K wiedergibt, ist in dem Diagramm der 2 abgebildet. Aufgrund von elastischen Verformungen und Reibungseffekten zwischen Bauteilen insbesondere innerhalb der Druckplatte der Reibungskupplung 4 gelten jedoch abhängig von der Betätigungsrichtung zwei unterschiedliche Kennlinien 28, 29, die sich durch eine stellwegvariable Hysterese H voneinander unterscheiden. Bei einem Ausrückvorgang entsprechend dem Richtungspfeil 30 gilt die obere Ausrückkennlinie 28, wogegen bei einem Einrückvorgang entsprechend dem Richtungspfeil 31 die untere Einrückkennlinie 29 gilt. Innerhalb der Hysterese H kann die Ausrückkraft F_K ohne eine Änderung der Ausrückposition s_K variiert werden, worauf später noch ausführlich eingegangen wird.
Der erwähnte Kompensationssteuerkreis 21 dient zur Dämpfung von Rupfschwingungen, die insbesondere bei Anfahrvorgängen, also beim Einrücken der Reibungskupplung 4 unter hoher Last, auftreten können und sich als Schwankung in der Getriebeeingangsdrehzahl n_GE äußern. Hierzu wird in einer Auswertungs- und Steuerungseinheit 26 aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal n_GE der Getriebeeingangsdrehzahl ein schwingungsfreies Mittelwertsignal n_{GE_m} der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt. Das aus dem Mittelwertsignal n_{GE_m} der Getriebeeingangsdrehzahl als Soll-Signal und dem sensorisch erfassten Rohsignal n_GE der Getriebeeingangsdrehzahl als Ist-Signal gebildete Differenzsignal wird als Regelabweichung einem Antirupfregler 27 zugeleitet, mittels dem ein Stellsignal an den Kupplungssteller 18 gesendet wird, welches so bemessen ist, dass die Regelabweichung minimiert wird, also eine vorhandene Rupfschwingung abgeschwächt wird.
Nachfolgend wird anhand der Drehzahldiagramme von 3 bis 5 erläutert, wie der Kupplungssteller 18 durch den Antirupfregler 27 konkret angesteuert wird.
In 3 ist das schwingungsbehaftete Rohsignal n_GE der Getriebeeingangsdrehzahl abgebildet, wie es zum Beispiel beim Einrücken der Reibungskupplung 4 während eines Anfahrvorgangs auftreten kann, wenn eine Rupfschwingung vorliegt. Aus diesem Rohsignal n_GE werden in der Auswertungs- und Steuerungseinheit 26 das schwingungsfreie Mittelwertsignal n_{GE_m} sowie das reine Schwingungssignal n_{GE_S} mit der Amplitude ∆n_{GE_S} ermittelt. Ebenso werden charakteristische Zeitpunkte t1–t8 des Schwingungssignals n_{GE_S} bestimmt, wie die Zeitpunkte t1, t5 der Schwingungsmaxima, die Zeitpunkte t3, t7 der Schwingungsminima, die Zeitpunkte t2, t6 der negativen Nulldurchgänge, und die Zeitpunkte t4, t8 der positiven Nulldurchgänge, die zur Triggerung, also der zeitlichen Steuerung, von Steuersignalen verwendet werden können. In der Darstellung der 3 ist der erfindungsgemäße Kompensationssteuerkreis 21 nicht aktiv, so dass das Schwingungssignal n_{GE_S} der Rupfschwingung ungedämpft ist.
Im Unterschied dazu sind im Diagramm der 4 dieselben Signalverläufe n_GE, n_{GE_m}, n_{GE_S} bei aktiviertem Kompensationssteuerkreis 21 abgebildet. Entsprechend dem zusätzlichen Diagramm der 4a wird der Kupplungssteller 18 durch den Antirupfregler 27 nun mit negativen Steuerpulsen V_SP ^– und positiven Steuerpulsen V_SP ⁺ der elektrischen Spannung V angesteuert, durch welche die Reibungskupplung 4 in den negativen Halbwellen des Schwingungssignals n_{GE_S} in Einrückrichtung und in den positiven Halbwellen des Schwingungssignals n_{GE_S} in Ausrückrichtung belastet wird. Für die phasenrichtige Ansteuerung des Kupplungsstellers 18 sind die Steuerpulse V_SP ^–, V_SP ⁺ vorliegend durch die Zeitpunkte der Nulldurchgänge t2, t6, t4 des Schwingungssignals n_{GE_S} getriggert. In Verbindung mit entsprechenden Verzögerungszeiten wäre jedoch auch eine Triggerung die Steuerpulse V_SP ^–, V_SP ⁺ mit den Zeitpunkten der Maxima und Minima t1, t5, t3 des Schwingungssignals n_{GE_S} möglich.
Da die Steuerpulse V_SP ^–, V_SP ⁺ zu der gewünschten Dämpfung der Rupfschwingung führen, wird die Pulsdauer ∆t_SP der Steuerpulse V_SP ^–, V_SP ⁺ mit abnehmender Amplitude ∆n_{GE_S} des Schwingungssignals n_{GE_S} durch den Antirupfregler 27 reduziert. Alternativ oder zusätzlich dazu könnte auch die Pulshöhe ∆V_SP der Steuerpulse V_SP ^–, V_SP ⁺ mit abnehmender Amplitude ∆n_{GE_S} des Schwingungssignals n_{GE_S} reduziert werden.
Da die in Einrückrichtung wirksamen negativen Steuerpulse V_SP ^– aufgrund der Verstellung entlang der Einrückkennlinie 29 von 2 jedoch eine Änderung der Ausrückposition s_K bewirken, könnte die Positionsregelung des Hauptsteuerkreises 20 aktiviert werden, wodurch der Kupplungsregler 25 und der Antirupfregler 27 dann gegeneinander arbeiten würden. Um dies zu vermeiden, ist entsprechend den in den 5 und 5a abgebildeten Drehzahl- und Signalverläufen vorgesehen, dass nur den positiven Halbwellen des Schwingungssignals n_{GE_S} mit in Ausrückrichtung wirksamen positiven Steuerpulsen V_SP ⁺ entgegengewirkt wird. Hierdurch bleiben die von dem Antirupfregler 27 ausgelösten Stellkraftänderungen 32 innerhalb des Hysteresebereichs H und bewirken keine Änderung der Ausrückposition s_K (siehe 2). Außerhalb der Steuerpulse V_SP ⁺ wird die Einrückkennlinie 29 dann während des weiteren Einrückvorgangs jeweils mit einer Stellkraftkorrektur 33 wieder erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmotor, Verbrennungsmotor
3: Triebwelle
4: Reibungskupplung
5: Fahrgetriebe
6: Eingangswelle
7: Ausgangswelle
8: Antriebsachse
9: Achsgetriebe
10: Antriebswelle
11: Antriebswelle
12: Antriebsrad
13: Antriebsrad
14: Motorsteuergerät
15: Fahrpedal
16: Wegsensor
17: Drehzahlsensor
18: Kupplungssteller
19: Kupplungssteuergerät
20: Hauptsteuerkreis
21: Kompensationssteuerkreis
22: Auswertungs- und Steuerungseinheit
23: Wegsensor
24: Drehzahlsensor
25: Kupplungsregler
26: Auswertungs- und Steuerungseinheit
27: Antirupfregler
28: Ausrückkennlinie
29: Einrückkennlinie
30: Richtungspfeil, Ausrückrichtung
31: Richtungspfeil, Einrückrichtung
32: Stellkraftänderung
33: Stellkraftkorrektur
f_{GE_S}: Frequenz von Schwingungssignal n_{GE_S}
F_K: Ausrückkraft
f_{R_min}: Minimale Rupffrequenz
f_{R_max}: Maximale Rupffrequenz
H: Hysterese
M_K: Übertragbares Drehmoment, Kupplungsmoment
n: Drehzahl
n_GE: Getriebeeingangsdrehzahl, Rohsignal
n_{GE_m}: Mittelwertsignal von Getriebeeingangsdrehzahl n_GE
n_{GE_S}: Schwingungssignal von Getriebeeingangsdrehzahl n_GE
n_M: Motordrehzahl
s_K: Ausrückweg, Ist-Position
s_{K_soll}: Soll-Position des Ausrückwegs s_K
t Z: eit
t1–t10: Zeitpunkte
V: Spannung
V_SP ^–: Steuerpuls in Einrückrichtung
V_SP ⁺: Steuerpuls in Ausrückrichtung
α_FP: Fahrpedalwinkel
∆n_GE: Regelabweichung
∆n_{GE_S}: Amplitude von Schwingungssignal n_{GE_S}
∆n_{R_min}: Mindestrupfamplitude
∆t_SP: Pulsdauer
∆V_SP: Pulshöhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004030479 A1 [0007, 0010]
DE 10323567 A1 [0008, 0010]
DE 102008030481 A1 [0009, 0010]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung (4), die in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle (3) eines Antriebsmotors (2) und der Eingangswelle (6) eines Fahrgetriebes (5) angeordnet sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers (18) ausrückbar und einrückbar ist, wobei mittels des Verfahrens eine beim Einrücken der Reibungskupplung (4) auftretende Rupfschwingung gedämpft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) des Fahrgetriebes (5) sensorisch erfasst wird, dass aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) ein schwingungsfreies Mittelwertsignal (n_{GE_m}) der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt wird, und dass der Kupplungssteller (18) zur Dämpfung einer Rupfschwingung von einem Antirupfregler (27) angesteuert wird, mittels dem eine aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) als Ist-Signal und dem Mittelwertsignal (n_{GE_m}) der Getriebeeingangsdrehzahl als Soll-Signal gebildete Regelabweichung (∆n_GE) ausgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers (18) durch den Antirupfregler (27) mit getriggerten Steuerpulsen (V_SP ^–, V_SP ⁺) erfolgt, deren Pulshöhe (∆V_SP) und/oder Pulsdauer (∆t_SP) aus der Größe der aktuellen Regelabweichung (∆n_GE) der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) das schwingungsbehaftete Schwingungssignal (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl sowie charakteristische Zeit- punkte (t1–t10) des Schwingungssignals (n_{GE_S}) ermittelt werden, die zur phasenrichtigen Triggerung der Steuerpulse (V_SP ^–, V_SP ⁺) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Minima und Maxima (t1, t3, t5, t7, t9) des Schwingungssignals (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl zur Triggerung der Steuerpulse (V_SP ^–, V_SP ⁺) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Nulldurchgänge (t2, t4, t6, t8, t10) des Schwingungssignals (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl zur Triggerung der Steuerpulse (V_SP ^–, V_SP ⁺ verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulshöhe (∆V_SP) und/oder die Pulsdauer (∆t_SP) der Steuerpulse (V_SP ^–, V_SP ⁺) derart bemessen ist, dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers (18) durch den Antirupfregler (27) innerhalb der Hysterese (H) der Reibungskupplung (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers (18) durch den Antirupfregler (27) nur innerhalb der positiven Halbwellen des Schwingungssignals (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl mit in Ausrückrichtung der Reibungskupplung (4) wirksamen Steuerpulsen (V_SP ⁺) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude (∆n_{GE_S}) des Schwingungssignals (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt und mit einer vorgegebenen Mindestrupfamplitude (∆n_{R_min}) verglichen wird, und dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers (18) durch den Antirupfregler (27) nur dann erfolgt, wenn die Amplitude (∆n_{GE_S}) des Schwingungssignals (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl die Mindestrupfamplitude (∆n_{R_min}) erreicht oder überschreitet (∆n_{GE_S} ≥ ∆n_{R_min}).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f_{GE_S}) des Schwingungssignals (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt und mit einem vorgegebenen Rupffrequenzband (f_{R_min}, f_{R_max}) verglichen wird, und dass die Ansteuerung des Kupplungsstellers (18) durch den Antirupfregler (27) nur dann erfolgt, wenn die Frequenz (f_{GE_S}) des Schwingungssignals (n_{GE_S}) der Getriebeeingangsdrehzahl innerhalb des Rupffrequenzbandes liegt (f_{R_min} ≤ f_{GE_S} ≤ f_{R_max}).
Vorrichtung zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung (4), die in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle (3) eines Antriebsmotors (2) und der Eingangswelle (6) eines Fahrgetriebes (5) angeordnet sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers (18) ausrückbar und einrückbar ist, und mittels der eine beim Einrücken der Reibungskupplung (4) auftretende Rupfschwingung dämpfbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dämpfung von Rupfschwingungen ein Kompensationssteuerkreis (21) mit folgenden Komponenten vorgesehen ist: – ein an der Eingangswelle (6) des Fahrgetriebes (5) angeordneter Drehzahlsensor (24) zur Erfassung der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) des Fahrgetriebes (5), – eine Auswertungs- und Steuerungseinheit (26) zur Ermittlung eines schwingungsfreien Mittelwertsignals (n_{GE_m}) der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE), und – einen Antirupfregler (27) zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (18), durch den eine aus dem Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) als Ist-Signal und dem Mittelwertsignal (n_{GE_m}) der Getriebeeingangsdrehzahl als Soll-Signal gebildete Regelabweichung (∆n_GE) zur Dämpfung der Rupfschwingung ausregelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antirupfregler (27) über elektrische Steuerleitungen mit Magnetsteuerventilen des Kupplungsstellers (18) in Steuerverbindung steht, sofern der Kupplungssteller als ein hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antirupfregler (27) über elektrische Steuerleitungen unmittelbar mit dem Kupplungssteller (18) in Steuerverbindung steht, wenn der Kupplungssteller als ein Elektromotor ausgebildet ist.