DE102014223554A1

DE102014223554A1 - Verfahren zur Bestimmung von Haltespannungskennlinien eines Stellmotors für ein Kupplungssystem

Info

Publication number: DE102014223554A1
Application number: DE102014223554.5A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Haltespannungskennlinien eines Stellmotors für ein Kupplungssystem, bei welchem über eine Spannungsvorsteuerung des Stellmotors ein, mit dem Stellmotor verbundener Kupplungsaktor in verschiedene Kupplungsaktorpositionen (s) gebracht wird, wobei in jeder Kupplungsaktorposition (s1, s2, s3, s4, s5) eine Haltespannung (Ua, Ub) den Kupplungsaktor in der Kupplungsaktorposition (s1, s2, s3, s4, s5) hält. Bei einem Verfahren, bei welchem die Haltespannungsgrenzen einfach ermittelt werden können, wird die obere Haltespannung (Ua) durch ein ständiges Ein- und Ausschalten eines den Stellmotor ansteuernden Reglers adaptiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Haltespannungskennlinien eines Stellmotors für ein Kupplungssystem, bei welchem über eine Spannungsvorsteuerung des Stellmotors ein, mit dem Stellmotor verbundener Kupplungsaktor in verschiedene Kupplungsaktorpositionen gebracht wird, wobei in jeder Kupplungsaktorposition eine Haltespannung den Kupplungsaktor in der Kupplungsaktorposition hält.
Aus der DE 10 2008 046 232 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Haltespannungsgrenzen eines Kupplungsstellmotors bekannt. Zur Ermittlung der Haltespannung des Kupplungsstellmotors, bei der ein, mit dem Stellmotor funktionell verbundener Kupplungsaktor eines automatischen Schaltgetriebes bewegungslos bleibt, wird eine vermeintliche Haltespannung für eine Kupplungsaktorposition aus einem gespeicherten Kennfeld ermittelt und anschließend eine tatsächliche Haltespannung für dieselbe Kupplungsaktorposition ermittelt. Nach einem Vergleich der tatsächlichen Haltespannung mit der vermeintlichen Haltespannung wird eine Anpassung vermeintlicher Haltespannungswerte aus dem Kennfeld für eine Mehrzahl von Kupplungsaktorpositionen erzeugt. Bei einem Haltespannungskennfeld handelt es sich um ein Lastvorsteuerkennfeld, welches in einem fahrzeuginternen Speicher abgespeichert ist.
Die DE 10 2009 008 597 A1 offenbart einen Kupplungsaktor für eine Reibungskupplung, der von einem Elektromotor angetrieben und einem Steuergerät gesteuert wird, wobei zur Vorsteuerung des Elektromotors ein adaptiertes Stromgrenzkennfeld verwendet wird. Die Stromgrenzen des Kupplungsaktors werden dabei in Abhängigkeit von der Aktorposition bestimmt. Die beschriebenen Lastadaptionen gelten für Hebelaktoren. Bei selbstöffnenden Hebelaktoren wird für das Halten unterschiedlicher Positionen eine bestimmte Kraft benötigt. Diese Kraft steht in Beziehung zum Moment des Elektromotors, welches proportional zum benötigten Strom des Elektromotors ist.
Bei Hebelaktoren wird vorausgesetzt, dass das Moment auch proportional zur Spannung ist, da der ohmsche Widerstand konstant angenommen wird. Es wird in Abhängigkeit der Kupplungsposition, dem sogenannten Rollenweg, eine Mindest- und Maximalspannung definiert. Wird abhängig von der Kupplungsposition eine Spannung zwischen diesen Grenzen angelegt, so wird sich der Kupplungsaktor auch bei (teilweise) geschlossener Kupplung nicht bewegen. Die minimale als auch die maximale Spannungskurve werden im Betrieb laufend angepasst, wobei der Abstand zwischen der oberen und der unteren Spannungskurve unterschiedlich sein kann. Muss der Kupplungsaktor nun in einer Position gehalten werden, so wird eine Spannung knapp über dem Minimalspannungswert angelegt. Der Kupplungsaktor wird dann mit minimalem Spannungsaufwand gehalten, und es wird somit so wenig Energie wie möglich in das System eingetragen.
Neben Hebelaktoren ist auch bei hydrostatischen Kupplungsaktoren die Ermittlung von Vorsteuerspannungswerten für die Reduktion eines Energieeintrages bekannt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung von Haltespannungskennlinien eines Stellmotors für ein Kupplungssystem anzugeben, welches sowohl für hydrostatische Kupplungsaktoren als auch für Hebelaktoren einsetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird die obere Haltespannung durch ein ständiges Ein- und Ausschalten eines den Stellmotor ansteuernden Reglers adaptiert. Dieses ständige Ein- und Ausschalten wird auch als „Zittern“ bezeichnet. Für die Adaption der angelegten Haltespannung der oberen Haltespannungskennlinie wird bewusst eine nicht energieoptimale Haltespannung verwendet, die deutlich genauere Ergebnisse bei der Adaption der Haltespannung erlaubt. Die Zeitverzögerung durch eine, aus dem Stand der Technik bekannte Sprungadaption wird durch die veränderte Strategie vermieden.
Vorteilhafterweise werden für die Adaption der oberen Haltespannung Spannungswerte an den Stellmotor angelegt, die ausgehend von einem höchsten Ausgangsspannungswert, bei welchem sich der Kupplungsaktor bewegt, ständig erniedrigt werden, bis ein Spannungswert erreicht ist, bei der, obwohl bei ausgeschalteten Regler der Spannungswert der Spannungsvorsteuerung am Stellmotor anliegt, der Stellmotor in der Position verharrt. Dieser Spannungswert wird als obere Haltespannung der Aktorposition zugeordnet. Durch dieses ständige Ein- und Ausschalten erfolgt ein iteratives Vorgehen, um sich an die obere Haltespannung heran zu tasten, bei welchem der Kupplungsaktor in seiner Kupplungsaktorposition gehalten wird, d.h. sich nicht mehr bewegt. Dadurch wird verhindert, dass der Kupplungsaktor sich selber schließen oder öffnen kann.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Adaption der oberen Haltespannung parallel oder abwechselnd zum ständigen Ein- und Ausschalten des Reglers bei sinkenden Spannungswerten durch eine Spannungssprungadaption der oberen Haltespannung. Eine solche Spannungssprungadaption ermöglicht eine Verbreiterung des Abstandes zwischen den oberen und unteren Haltespannungskennlinien.
In einer Weiterbildung wird die untere Haltespannungskennlinie durch ein ständiges Ein- und Ausschalten des den Stellmotor ansteuernden Reglers adaptiert. Hierdurch ist eine besonders genaue Einstellung der unteren Haltespannung möglich, da sich vorsichtig an den Spannungswert herangetastet wird, bei welchem der Elektromotor und somit der Kupplungsaktor in seiner Position verharrt.
In einer Ausführungsform werden zur Adaption der unteren Haltespannung Spannungswerte an dem Stellmotor angelegt, die ausgehend von einem niedrigeren Ausgangsspannungswert, bei welchem sich der Kupplungsaktor bewegt, ständig erhöht werden, bis ein Spannungswert erreicht ist, bei welchem der Kupplungsaktor in seiner Kupplungsaktorposition verharrt, obwohl bei ausgeschalteten Regler der Spannungswert der Vorsteuerspannung am Stellmotor anliegt, wobei dieser Spannungswert als untere Haltespannung der Kupplungsaktorposition zugeordnet wird. Da hier mit besonders niedrigen Spannungswerten gearbeitet wird, ist eine energiesparende Ermittlung der Haltespannung möglich.
In einer Ausführungsform wird für die Adaption der unteren Haltespannungskennlinie für alle zu betrachtenden Aktorpositionen ein Spannungswert nahe null als Ausgangsspannungswert verwendet. Die Verwendung möglichst kleiner Spannungswerte für die untere Haltespannungskennlinie erlaubt somit eine energieoptimale Adaption.
Vorteilhafterweise werden während des Adaptionsvorganges ausgewählte Aktorpositionen angefahren, aus welchen die untere bzw. obere Haltespannungskennlinie interpoliert wird. Die Nutzung von solchen, als Stützstellen bezeichneten ausgewählten Aktorpositionen spart sowohl Zeit bei der Ermittlung der Haltespannungen als auch Speicherplatz in einer Steuerung.
In einer Ausgestaltung werden die ausgewählten Aktorpositionen mit einer sprungförmigen Sequenz angefahren. Eine solche Rampenfunktion erlaubt eine gezielte Einstellung der Kupplungsaktorpositionen, wodurch der Adaptionsvorgang verkürzt wird.
Der Energieeintrag bei dem Adaptionsvorgang kann insbesondere bei der Adaption im Betrieb des Kraftfahrzeuges reduziert werden, wenn die Spannungswerte zur Adaption der oberen Haltespannungskennlinie nur an den ausgewählten Kupplungsaktorpositionen verwendet wird.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Adaption der oberen und unteren Haltespannungsgrenze bei einer Inbetriebnahme des Kupplungssystems und während des Betriebes des Kupplungssystems.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel von Haltespannungskennlinien über einem Weg eines Kupplungsaktors.
In Kraftfahrzeugen kommen häufig Kupplungsaktoren zum Einsatz, die als hydrostatischer Kupplungsaktor oder als Hebelaktor ausgebildet sind. Bei beiden handelt es sich um einen nicht-selbsthaltenden Kupplungsaktor, was bedeutet, dass bei einem unbestromten Elektromotor, welcher den Kupplungsaktor ansteuert, sich die Kupplung mechanisch selbst öffnen oder selbst schließen kann. Um dies zu verhindern, wird der Elektromotor des Kupplungsaktors mit einer Vorsteuerspannung, die auch als Haltespannung bezeichnet wird, bestromt, damit der Kupplungsaktor in einer vorgegebenen Kupplungsaktorposition bewegungslos bleibt. Da eine Kupplung zwei Maximalpositionen aufweist, in welcher sie einmal geschlossen bzw. in der anderen vollständig geöffnet ist, ist für jede der Positionen des Kupplungsaktors eine Haltespannung notwendig. Dabei werden die Spannungswerte der unteren Haltespannungskennlinie b als auch die Spannungswerte einer oberen Haltespannungskennlinie a in Abhängigkeit der, von dem Kupplungsaktor angefahrenen Kupplungsaktorposition s ermittelt (1). Die Ermittlung erfolgt dabei sowohl für die obere als auch für die untere Haltespannungskennlinie a, b durch ein ständiges Ein- und Ausschalten eines Reglers des Elektromotors, wobei die Haltespannung gezielt verändert wird. Dieses Ein- und Ausschalten des Reglers erfordert je nach Situation unterschiedliche Vorgehensweisen.
Bei der Inbetriebnahme des Kupplungsaktors muss die obere und die untere Spannungsgrenze geeignet initialisiert werden. Geeignet ist ein Spannungswert für die Initialisierung, in der eine Bewegung des Kupplungsaktors und somit der Kupplung zu erwarten ist. Für die untere Haltespannungskennlinie b werden sehr kleine Spannungswerte genutzt. Im Idealfall beträgt ein Ausgangsspannungswert null. Diese Spannungswerte werden für alle, als Stützstellen bezeichnete Kupplungsaktorpositionen s1 bis s5, die von dem Kupplungsaktor während der Adaption angefahren werden, verwendet. Diese sehr kleinen Spannungswerte werden nacheinander angefahren und es wird detektiert, ob sich der Kupplungsaktor und somit die Kupplung nach Einregeln einer Position und einem damit verbundenen Abschalten des, den Elektromotor ansteuernden Reglers nur mit der angelegten Haltespannung U sich anfängt zu bewegen. Ist dies der Fall, werden diese kleinen Spannungswerte der Haltespannung U kontinuierlich erhöht bis ein Spannungswert U_b erreicht ist, bei welchem der Kupplungsaktor in einer eingestellten Kupplungsaktorposition verharrt. Dieser Spannungswert U_b wird der Kupplungsaktorposition s1 zugeordnet. In den weiteren Stützstellen s2 bis s5 wird genauso vorgegangen, so dass man über verschiedene Kupplungsaktorpositionen s die untere Haltespannungskennlinie b erhält, indem diese aus von den Stützstellen s1 bis s5 interpoliert wird.
Um die obere Haltespannungskennlinie a zu bestimmen, wird bewusst ein großer Spannungswert gewählt, bei welchem davon auszugehen ist, dass sich der Kupplungsaktor und somit die Kupplung nach Erreichen des Sollwertes und Abschalten des Reglers nur mit der Haltespannung U_a bewegt. Ausgehend von diesem großen Spannungswert wird durch das Zittern der Elektromotor ständig ein- und ausgeschaltet, wobei der Spannungswert reduziert wird. Bei jedem Einschalten wird festgestellt, ob sich aufgrund des anliegenden Spannungwertes der Kupplungsaktor bewegt hat. Erst wenn der Spannungswert so niedrig ist, dass der Kupplungsaktor in einer erreichten Kupplungsaktorposition verharrt, wird dieser Spannungswert U_a der oberen Haltespannungskennlinie a zugeordnet, bei welcher der Kupplungsaktor sich nicht bewegt.
Im Fall der unteren Haltespannungskennlinie b wird die Vorsteuerspannung U erhöht, im Fall der oberen Haltespannungskennlinie a verringert. Die Zielposition kann so schrittweise bis zum Maximalwert erhöht werden und danach wieder schrittweise verringert werden. Die Wartephase in der jeweiligen Kupplungsaktorposition s muss so gewählt werden, dass die Zitterverhinderung als Auswerteschaltung die Möglichkeit hat, das Spannungsband, das von den Haltespannungskennlinien a, b aufgespannt wird, optimal anzupassen. Da die einzelnen Stützwerte sprungförmig angefahren werden, kann diese Sequenz mit den Zielpositionen mehrfach durchlaufen werden, um ein zuverlässiges Spannungsband zu erhalten. Die Inbetriebnahme liefert so optimale Vorspannungswerte für die obere und die untere Haltespannungskennlinie a, b. Der Energieeintrag zur Ermittlung der oberen Haltespannungskennlinie ist hierbei bewusst nicht optimal.
Im normalen Betrieb des Kupplungsaktors, welcher im Fahrzeug verbaut ist, wird die obere und die untere Haltespannungskennlinie a, b geeignet adaptiert. Auch hier wird die Zitterverhinderung eingesetzt, was dazu führt, dass die Breite des, durch die obere und die untere Haltespannungskennlinie a, b gebildeten Spannungsbandes sich nur verkleinert, da der Minimalspannungswert nur erhöht wird und der Maximalspannungswert stetig verkleinert wird.
Ein Wechsel der Vorsteuerspannung von einer unteren Haltespannung U_b (Minimalhaltespannungswert) zu einer oberen Haltespannung U_a (Maximalhaltespannungswert) ermöglicht im Betrieb, dass die Zitterverhinderung für die Maximalspannungskurve zu verwenden ist.
Um das Spannungsband wieder auseinanderschieben zu können, werden die untere Haltespannungskennlinie b und die obere Haltespannungskennlinie a bei der Adaption nahe der Stützstellen leicht nach außen aus dem Spannungsband herausgeschoben, wodurch ein anschließendes Verengen des Spannungsbandes durch die Zitteradaption provoziert wird. Dieses Verbreitern des Spannungsbandes kann alternativ durch eine Sprungadaption erfolgen, welche alternierend mit der Adaption der oberen Haltespannungskennlinie a oder parallel zu dieser durchgeführt werden kann.
Durch das vorgeschlagene Verfahren für die Ermittlung der zur Vorsteuerung dienenden Haltespannungskennlinien a, b wird deren Performance und Qualität verbessert, indem für die Inbetriebnahme und im Betrieb die Zitterverhinderung verwendet wird. Für die Adaption der angelegten Haltespannung der oberen Haltespannungskennlinie a wird so ein nicht energieoptimaler Spannungswert verwendet, der deutlich genauere Ergebnisse erlaubt. Die Zeitverzögerung durch die bisherige Sprungadaption kann ebenfalls durch die veränderte Strategie vermieden werden.
Bezugszeichenliste

a: obere Haltespannungsfunktion
b: untere Haltespannungsfunktion
U: Spannungswert
s: Aktorweg
U_a: obere Haltespannung
U_b: untere Haltespannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008046232 A1 [0002]
DE 102009008597 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Haltespannungskennlinien eines Stellmotors für ein Kupplungssystem, bei welchem über eine Spannungsvorsteuerung des Stellmotors ein, mit dem Stellmotor verbundener Kupplungsaktor in verschiedene Kupplungsaktorpositionen (s) gebracht wird, wobei in jeder Kupplungsaktorposition (s1, s2, s3, s4, s5) eine Haltespannung (U_a, U_b) den Kupplungsaktor in der Kupplungsaktorposition (s1, s2, s3, s4, s5) hält, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Haltespannung (U_a) durch ein ständiges Ein- und Ausschalten eines den Stellmotor ansteuernden Reglers adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Adaption der oberen Haltespannung (U_a) Spannungswerte (U) an den Stellmotor angelegt werden, die ausgehend von einem höchsten Ausgangsspannungswert, bei welchem sich der Kupplungsaktor bewegt, ständig erniedrigt werden, bis ein Spannungswert (U) erreicht ist, bei welchem der Kupplungsaktor in einer Kupplungsaktorposition verharrt, obwohl bei ausgeschaltetem Regler der Spannungswert (U) am Stellmotor anliegt, wobei dieser Spannungswert (U) als obere Haltespannung (U_a) der Kupplungsaktorposition (s1) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der oberen Haltespannung (U_a) parallel oder abwechselnd zum ständigen Ein- und Ausschalten des Reglers bei sinkenden Spannungswerten (U) durch eine Spannungssprungadaption der oberen Haltespannung (U_a) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Haltespannung (U_b) durch ein ständiges Ein- und Ausschalten des, den Stellmotor ansteuernden Reglers adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Adaption der unteren Haltespannung (U_b) Spannungswerte (U) an dem Stellmotor angelegt werden, die ausgehend von einem niedrigeren Ausgangsspannungswert, bei welchem sich der Kupplungsaktor bewegt, ständig erhöht werden, bis ein Spannungswert (U) erreicht ist, bei welchem der Kupplungsaktor in einer er reichten Position verharrt, obwohl bei ausgeschaltetem Regler der Spannungswert (U) am Stellmotor anliegt, wobei dieser Spannungswert als untere Haltespannung (U_b) der Kupplungsaktorposition (s1) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Adaption der unteren Haltespannungskennlinie (b) für alle zu betrachtende Aktorpositionen (s) ein Spannungswert nahe null als Ausgangsspannungswert verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Adaptionsvorganges ausgewählte Aktorpositionen (s1, s2, s3, s4, s5) angefahren werden, aus welchen die untere bzw. obere Haltespannungskennlinie (a, b) interpoliert werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Aktorpositionen (s1, s2, s3, s4, s5) mit einer sprungförmigen Sequenz angefahren werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswerte (U) zur Adaption der oberen Haltespannungskennlinie (a) nur an den ausgewählten Aktorpositionen (s1, s2, s3, s4, s5) verwendet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der oberen und unteren Haltespannungskennlinie (a, b) bei einer Inbetriebnahme des Kupplungssystems und während des Betriebes des Kupplungssystems erfolgt.