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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung, welche in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einem Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschaltet und über einen ansteuerbaren Kupplungssteller aus- und einrückbar ist, wobei eine Eingangsdrehzahl des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst und hieraus ein schwingungsfreies Mittelwertsignal der Eingangsdrehzahl ermittelt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein vorgenanntes Verfahren durchführbar ist, sowie ein Computerprogrammprodukt und einen dieses aufweisenden Datenträger.
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Automatisierte Reibungskupplungen kommen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen insbesondere in Kombination mit automatisierten Schaltgetrieben zur Anwendung. Üblicherweise ist eine automatisierte Reibungskupplung als Trockenkupplung und dabei zumeist als Einscheibenkupplung ausgeführt, bei welcher eine beidseitig mit Reibbelägen versehene und drehfest auf einer Getriebeeingangswelle des nachfolgenden Kraftfahrzeuggetriebes angeordnete Mitnehmerscheibe mittels einer Anpressfeder zwischen Reibflächen einer mit einer Abtriebsseite einer Antriebsmaschine befestigten Schwungscheibe und einer drehfest mit dieser Schwungscheibe verbundenen Druckplatte eingespannt wird. Ein Aus- und ein Einrücken der Reibungskupplung werden dabei über einen ansteuerbaren Kupplungssteller vollzogen, welcher als Druckmittel betätigter Stellzylinder oder als Elektromotor ausgebildet sein kann und außerhalb der Reibungskupplung vorgesehen ist. Der Stellzylinder bzw. der Elektromotor steht dann über einen Ausrückhebel sowie ein Ausrücklager mit der Anpressfeder in Verbindung, die zumeist als Tellerfeder ausgestaltet ist. Alternativ sind jedoch auch Systeme bekannt, bei welchen der Kupplungssteller mit einem ringförmigen Stellkolben koaxial zu der Getriebeeingangswelle vorgesehen ist und mit diesem Stellzylinder unmittelbar über ein Ausrücklager mit der Anpressfeder in Verbindung steht.
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Eine Regelung der Reibungskupplung wird dabei dann über einen zugehörigen Kupplungsregler vollzogen, welcher ein Moment der Reibungskupplung üblicherweise weggesteuert nach einer Drehmomentkennlinie einstellt, bei welcher ein übertragbares Drehmoment der Reibungskupplung als Funktion des Stellweges des Kupplungsstellers aufgetragen ist. Zu diesem Zweck wird eine jeweilige Ist-Position des Kupplungsstellers mittels eines Wegsensors erfasst und über den Kupplungsregler auf eine vorgegebene Soll-Position eingeregelt.
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Allerdings kann es beim Einrücken der Reibungskupplung unter Last und insbesondere im Zuge von Anfahrvorgängen zu einer periodischen Schwankung des durch die Reibungskupplung übertragenen Drehmoments kommen, was auch als Kupplungsrupfen bekannt ist. Dieses Kupplungsrupfen hat dabei zumeist seine Ursache in verölten Reibbelägen, einer thermischen Überlastung geschädigter Reibbeläge und Reibflächen und/oder Montagefehlern und thermische Überlastung verformter Bauteile der Reibungskupplung. Die lokal im Bereich der Reibungskupplung auftretenden Schwingungen können dann zu einem Aufschaukeln einer Drehschwingung im gesamten Antriebsstrang führen, was neben Komforteinbußen auch in einer Beschädigung von Bauteilen der Reibungskupplung und sonstigen Komponenten des Antriebsstranges resultieren kann. Es werden daher häufig Maßnahmen getroffen, um Rupfschwingungen im Bereich einer automatisierten Reibungskupplung aktiv entgegenzuwirken.
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Aus der
DE 10 2006 014 072 A1 geht ein Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung hervor, welche in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einem Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschaltet ist und über einen ansteuerbaren Kupplungssteller aus- und eingerückt werden kann. Zunächst wird im Rahmen des Verfahrens dabei eine Rupfschwingung mit Hilfe eines Drehzahlsensors erkannt, welcher eine Eingangsdrehzahl des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst. Konkret wird das Rupfen der Kupplung gemessen, indem das schwingungsbehaftete Rohsignal der Eingangsdrehzahl in Relation zu einem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Eingangsdrehzahl gesetzt und aus der gebildeten Differenz auf das Rupfen geschlossen wird. Einer Rupfschwingung wird dann entgegengewirkt, indem in jedem Steuerungsinterrupt eine aktuelle Abweichung der schwingungsbehafteten Eingangsdrehzahl von dem schwingungsfreien Mittelwertsignal errechnet und ein Korrekturmoment bestimmt wird. Mit diesem Korrekturmoment wird dann auf den Kupplungssteller eingewirkt und dem Rupfen aktiv entgegengewirkt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung zu schaffen, wobei mit Hilfe dieses Verfahrens Rupfschwingungen kontinuierlich und mit niedrigem Aufwand ausgeregelt werden können.
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Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung dieser Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Aus vorrichtungstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe durch die technische Lehre des Anspruchs 7. Hinsichtlich eines Computerprogrammprodukts, sowie einem dieses enthaltenden Speichermediums wird auf die Ansprüche 8 und 9 verwiesen.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung eine Eingangsdrehzahl eines Kraftfahrzeuggetriebes erfasst, dem die Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges vorgeschaltet ist. Aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Eingangsdrehzahl wird dann ein schwingungsfreies Mittelwertsignal der Eingangsdrehzahl ermittelt. Die Reibungskupplung kann über einen zugehörigen, ansteuerbaren Kupplungssteller aus- und eingerückt werden.
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Die Eingangsdrehzahl des Kraftfahrzeuggetriebes wird dabei über einen Drehzahlsensor des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst, welcher zu diesem Zweck insbesondere an einer Getriebeeingangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen ist. Bei dem Kupplungssteller kann es sich im Rahmen der Erfindung um einen hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinder handeln, der über einen Ausrückhebel und ein Ausrücklager insbesondere mit inneren Federzungen einer als Tellerfeder ausgebildeten Anpressfeder in Verbindung steht. Alternativ dazu kann der Kupplungssteller aber auch als Elektromotor ausgebildet sein, welcher dann über ein Spindelgetriebe mit einem Ausrückhebel und den weiteren, folgenden Komponenten eines Ausrücksystems einer Reibungskupplung kommuniziert. Schließlich kann der Kupplungssteller aber auch als sogenannter Zentralausrücker ausgebildet sein, welcher mit einem ringförmigen Stellkolben koaxial zu der Getriebeeingangswelle gehäusefest angeordnet ist und unmittelbar über ein Ausrücklager mit Federzungen einer Tellerfeder in Verbindung steht.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass der Kupplungssteller beim Einrücken der Reibungskupplung zur Dämpfung von Rupfschwingungen unmittelbar und kontinuierlich durch einen Rupfregler geregelt wird, durch welchen aus einer Differenz zwischen dem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Eingangsdrehzahl und einem schwingungsbehafteten Rohsignal der Eingangsdrehzahl ein Regelfehler ermittelt und zur Ansteuerung des Kupplungsstellers verwendet wird. Mit anderen Worten erfolgt also im Zuge des Einrückens der Reibungskupplung eine Regelung des Kupplungsstellers durch einen Rupfregler, um evtl. auftretende Rupfschwingungen dämpfen zu können. Durch den Rupfregler wird dabei zur Ansteuerung des Kupplungsstellers ein Regelfehler ermittelt, indem der Rupfregler die Differenz zwischen dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Eingangsdrehzahl und dem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Eingangsdrehzahl bildet.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Verfahrens zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung hat dabei den Vorteil, dass durch den Rupfregler direkt und damit parallel zu einem normalen Kupplungsregler auf den Kupplungssteller eingewirkt wird, über welchen ansonsten die Einstellung des übertragbaren Drehmoments der Reibungskupplung mit einer Positionsregelung der Ausrückposition vorgenommen wird. In der Folge kann einer Rupfschwingung durch eine schnelle Ansteuerung des Kupplungsstellers entgegengewirkt werden, da für die Ausregelung nicht über die eingeschränkte Dynamik und Bandbreite des normalen Kupplungsreglers gegangen werden muss. Ferner kann für diese Regelung weitestgehend auf bereits bestehende Komponenten zurückgegriffen werden, indem für die Erfassung der maßgeblichen Parameter zur Ermittlung der Regelabweichung auf eine bereits vorhandene Sensorik in Form eines Drehzahlsensors zurückgegriffen wird, welcher die Eingangsdrehzahl des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst. Die eigentliche Regelungsfunktion zur Dämpfung der Rupfschwingungen kann insofern als rein softwaregestützte Regelung realisiert werden.
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Wesentlich für die Erfindung ist dabei auch, dass der Rupfregler kontinuierlich auf den Kupplungssteller einwirkt, diesen also nicht nur zu diskreten Zeitpunkten ansteuert, sondern permanent auf den Kupplungssteller zugreift. Dies erfolgt dabei im Zuge des Einrückens der Reibungskupplung, also während deren Schlupfbetrieb, und wird insbesondere im Zuge von Anfahrvorgängen des Kraftfahrzeuges durchgeführt. Des Weiteren wird der Rupfregler aber bevorzugt auch zusätzlich im Zuge von Einrückvorgängen der Reibungskupplung aktiv, welche im Zusammenhang mit Schaltvorgängen eines Stufengetriebes als Kraftfahrzeuggetriebe stehen.
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Bei der
DE 10 2006 014 072 A1 ist hingegen nicht genauer angegeben, wie basierend auf der ermittelten, schwingungsbehafteten Eingangsdrehzahl und dem schwingungsfreien Mittelwert eine Regelung der Reibungskupplung erfolgen soll. Insbesondere ist hier nicht offenbart, über einen Rupfregler direkt auf den Kupplungssteller der Reibungskupplung einzuwirken, was eine hohe Dynamik und damit auch eine Ausregelung höherfrequenter Rupfschwingungen ermöglicht.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird im Rahmen des Verfahrens eine Übertragungsfunktion des Rupfreglers gebildet, in welche eine aus dem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Eingangsdrehzahl und dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Eingangsdrehzahl ermittelte Rupffrequenz und eine maximale Phasenanhebung einbezogen werden. In Weiterbildung dieser Ausführungsform werden dann anhand der maximalen Phasenanhebung und der Rupffrequenz Pol- und Nullstellen berechnet und hieraus eine Ansteuerfrequenz zur phasenrichtigen Ansteuerung des Kupplungsstellers ermittelt. Weiter bevorzugt wird in die Übertragungsfunktion zudem ein vorgebbarer Verstärkungsfaktor einbezogen. Die Übertragungsfunktion wird dabei insbesondere nach der Formel
T
2 = α·T
1, und wobei f
max die Rupffrequenz, Φ
max die maximale Phasenanhebung und k der vorgebbare Verstärkungsfaktor ist.
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Dabei bestimmt die maximale Phasenanhebung, wie stark das Rupfen gedämpft wird, so dass der gleiche Fahrkomfort beim Anfahren und Rangieren über alle möglichen auftretenden Rupffrequenzen erreicht werden kann. Mit Hilfe des Verstärkungsfaktors werden aus der durch den Rupfregler gefilterten Regelabweichung die Ansteuerfrequenzen für die Ventile berechnet. Vorteilhafterweise werden somit zur Parametrisierung des Rupfreglers im Wesentlichen nur zwei Parameter benötigt, was insgesamt die Realisierung einer schnell reagierenden Regelung ermöglicht. Da eine Regelung anhand der Rupffrequenz erfolgt und somit die auszuregelnde Größe direkt ermittelt wird, ist eine weitere Antriebsstrangidentifikation nicht notwendig, welche ansonsten zur gangabhängigen Bestimmung von auftretenden Rupffrequenzen unerlässlich wäre.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird eine Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Rupfregler innerhalb einer Hysterese der Reibungskupplung vorgenommen. Die Ansteuerung des Kupplungsstellers erfolgt also innerhalb der Hysterese um den Anlegepunkt der Reibungskupplung, was verhindert, dass der Kupplungsregler aktiv wird und gegen den Rupfregler arbeitet. Die im Rahmen der Rupfschwingungsdämpfung minimale Änderung der Kupplungsposition führt aber zu einer spürbaren Änderung der Anpresskraft an der Kupplungsplatte, wodurch die Rupfschwingungen erfolgreich gedämpft werden.
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In Weiterbildung der Erfindung werden durch den Rupfregler Ventile des Kupplungsstellers angesteuert. In diesem Fall ist der Kupplungssteller also als hydraulischer oder pneumatischer Steller ausgestaltet, wobei der Rupfregler über elektrische Steuerleitungen mit den Ventilen in Verbindung steht. Ist der Kupplungssteller dahingegen als Elektromotor ausgebildet, so kann der Rupfregler unmittelbar über elektrische Steuerleitungen auf den Kupplungssteller einwirken.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches, wenn es auf einem Prozessor einer Kupplungssteuerung läuft, den Prozessor softwaremäßig anleitet, die zugeordneten erfindungsgegenständlichen Verfahrensschritte durchzuführen. In diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium zum Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt abrufbar gespeichert ist. Ferner ist in Anspruch 10 ein Steuergerät zum Betreiben einer automatisierten Reibungskupplung angegeben, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist. Das Steuergerät kann beispielsweise als Kupplungssteuergerät ausgebildet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer 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 Ausführungsform, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 Diagramme von Signalen einer Eingangsdrehzahl eines Kraftfahrzeuggetriebes, sowie einer hieraus abgeleiteten Ansteuerfrequenz eines Kupplungsstellers; und
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3 ein Diagramm einer Ausrückkraftkennlinie einer Reibungskupplung des Antriebsstranges aus 1 als Kraft-Weg-Diagramm.
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Aus 1 geht eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges 1 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, welcher sich im Wesentlichen aus einer Antriebsmaschine 2, einer automatisierten Reibungskupplung 3 mit einem Kupplungssteller 4, einem Kraftfahrzeuggetriebe 5, sowie einem Achsgetriebe 6 einer Achse 7 mit zwei Antriebsrädern 8 und 9 zusammensetzt.
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Die Antriebsmaschine 2 ist dabei insbesondere als Verbrennungsmotor ausgebildet, welcher an einer Abtriebsseite mit einer – vorliegend nicht weiter dargestellten – Kupplungshälfte der Reibungskupplung 3 drehfest verbunden ist. Die jeweils andere Kupplungshälfte steht dann mit einer Getriebeeingangswelle 10 des Kraftfahrzeuggetriebes 5 drehfest in Verbindung, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe als automatisiertes Stufenschaltgetriebe oder auch als stufenlos verstellbares Getriebe ausgeführt sein kann. Das Achsgetriebe 6 wiederum ist dem Kraftfahrzeuggetriebe 5 nachgeschaltet und koppelt einen Getriebeausgang des Kraftfahrzeuggetriebes 5 mit den Antriebsrädern 8 und 9.
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Die Antriebsmaschine 2 wird vorliegend über ein Motorsteuergerät 11 gesteuert, welchem als Steuersignale unter anderem ein durch einen entsprechenden Sensor erfasster Winkel eines Fahrpedales 12 zugeleitet wird. Der automatisierten Reibungskupplung 3, bei welcher es sich bevorzugt um eine trockenlaufende Einscheibenkupplung handelt, wie sie dem Fachmann hinreichend bekannt ist, ist ein Kupplungsregler 13 zugeordnet, der regelnd auf den Kupplungssteller 4 der Reibungskupplung 3 zugreifen kann und dementsprechend die Reibungskupplung 3 über den Kupplungssteller 4 aus- und einrücken kann. Über den Kupplungsregler 13 wird bei einem Anfahrvorgang ein Einrücken der Reibungskupplung 3 im Rahmen eines Steuerkreises 14 geregelt, indem durch den Kupplungsregler 13 ein Abgleich einer Ist-Position der Kupplung mit einer Soll-Position durchgeführt und entsprechend auf den Kupplungssteller 4 zugegriffen wird, welcher in der Folge für eine Überführung der Reibungskupplung 3 in die gewünschte Soll-Position sorgt.
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Wie ferner in 1 zu erkennen ist, ist zudem noch ein Rupfregler 15 vorgesehen, der, ähnlich wie der Kupplungsregler 13, als Computerprogrammprodukt auf einem Kupplungssteuergerät der Reibungskupplung 3 als Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Als Eingangsgröße erhält dieser Rupfregler 15 dabei von Seiten des Kraftfahrzeuggetriebes 5 eine Eingangsdrehzahl nEin, welche im Bereich des Kraftfahrzeuggetriebes 5 an dessen Getriebeeingangswelle 10 durch einen – vorliegend nicht weiter dargestellten – Drehzahlsensor erfasst wird und als Rohsignal in 2 über der Zeit t aufgetragen ist. Wie hier zu erkennen ist, ist die Eingangsdrehzahl nEin Schwingungen unterworfen, welche sich bei fehlender Ausregelung entsprechend an der Reibungskupplung 3 und im Folgenden auch in dem ein schwingungsfähiges System bildenden Antriebsstrang 1 als Rupfschwingungen bemerkbar machen würden.
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Um diese Rupfschwingungen nun ausregeln zu können, wird im Rupfregler 15 aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Eingangsdrehzahl nEin ein schwingungsfreies Mittelwertsignal nMit erstellt und im Folgenden aus der Differenz zwischen diesem Mittelwert nMit und der gemessenen Drehzahl nEin eine Rupffrequenz über einer Schwingungsperiode 16 ermittelt. Zudem werden aus der Lage von erkannten Minima 17 und Maxima 18 die optimalen Zeitpunkte für eine phasenrichtige Ansteuerung des Kupplungsstellers 4 ermittelt, sowie die Halbperioden und die Frequenz der vorliegenden Schwingungen bestimmt.
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Innerhalb des Rupfreglers
15 wird dazu eine Übertragungsfunktion nach der Formel
T
2 = α·T
1 ist.
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Folglich fließen in die Übertragungsfunktion als Eingangsgrößen neben der gemessenen Rupffrequenz fmax noch eine maximale Phasenanhebung Φmax und ein Verstärkungsfaktor k ein. Letztendlich wird hieraus die in 2 in dem unteren Diagramm dargestellte Ventilansteuerfrequenz 19 generiert, mit welcher Ventile des Kupplungsstellers 4 kontinuierlich angesteuert werden. Dementsprechend wirkt der Rupfregler 15 im Schlupfbetrieb der Reibungskupplung 3 nicht nur zu diskreten, ermittelten Zeitpunkten auf den Kupplungssteller 4 ein, sondern steuert dessen Ventile kontinuierlich an, wobei die Ansteuerung dann konkret entsprechend der Ansteuerfrequenz 19 gestaltet wird.
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Hierbei erfolgt eine Ansteuerung des Kupplungsstellers 4 im Bereich einer Hysterese der Ausrückkraftkennlinie, welche in 3 dargestellt ist. Wie hier zu erkennen ist, wird die Ansteuerung dabei nahe einem Anlegepunkt 20 vollzogen, wodurch verhindert wird, dass die durch den Rupfregler 15 hervorgerufene geringe Wegänderung 21 der Kupplungsposition nicht dazu führt, dass der Kupplungsregler 13 aktiv wird und dem Rupfregler 15 entgegenwirkt. Gleichwohl bewirkt die Wegänderung 21 eine spürbare Kraftänderung 22, wobei diese Änderung der Anpresskraft an einer Kupplungsplatte der Reibungskupplung 3 für ein erfolgreiches Dämpfen der Rupfschwingungen sorgt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Verfahrens können Rupfschwingungen zuverlässig und mit niedrigem Aufwand gedämpft werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Reibungskupplung
- 4
- Kupplungssteller
- 5
- Kraftfahrzeuggetriebe
- 6
- Achsgetriebe
- 7
- Achse
- 8
- Antriebsrad
- 9
- Antriebsrad
- 10
- Getriebeeingangswelle
- 11
- Motorsteuergerät
- 12
- Fahrpedal
- 13
- Kupplungsregler
- 14
- Steuerkreis
- 15
- Rupfregler
- 16
- Schwingungsperiode
- 17
- Minima
- 18
- Maxima
- 19
- Ventilansteuerfrequenz
- 20
- Anlegepunkt
- 21
- Wegänderung
- 22
- Kraftänderung
- nEin
- Eingangsdrehzahl
- nMit
- Mittelwertsignal
- t
- Zeit
- f
- Frequenz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006014072 A1 [0005, 0013]
