DE102015211588A1

DE102015211588A1 - Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102015211588A1
Application number: DE102015211588.7A
Authority: DE
Inventors: Alain Tierry Chamaken Kamde
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung (3), die in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeuges einem Kraftfahrzeuggetriebe (5) vorgeschaltet und über einen ansteuerbaren Kupplungssteller (4) aus- und einrückbar ist. Dabei wird eine Getriebeeingangsdrehzahl (nGE) des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst und hieraus ein schwingungsfreies Mittelwertsignal (nGE_m) der Getriebeeingangsdrehzahl (nGE) ermittelt. Um nun Rupfschwingungen (nGE_s) kontinuierlich und mit niedrigem Aufwand ausregeln zu können, wird der Kupplungssteller (4) beim Einrücken der Reibungskupplung (3) zur Dämpfung einer Rupfschwingung (nGE_s) unmittelbar und kontinuierlich durch einen Rupfregler (15) geregelt, durch welchen aus einer Differenz zwischen dem schwingungsfreien Mittelwertsignal (nGE_m) und einem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (nGE) eine Regelabweichung ermittelt und zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) unter Berücksichtigung einer im Antriebsstrang (1) vorherrschenden Totzeit (16) verwendet wird.

Description

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 Getriebeeingangsdrehzahl des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst und hieraus ein schwingungsfreies Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein vorgenanntes Verfahren durchführbar ist.
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 Kraftfahrzeuggetriebesangeordnete 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 Kraftfahrzeuggetriebes 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 Kraftfahrzeuggetriebes 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.
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 Getriebeeingangsdrehzahl des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst. Konkret wird das Rupfen der Kupplung gemessen, indem das schwingungsbehaftete Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl in Relation zu einem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl 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 Getriebeeingangsdrehzahl von dem schwingungsfreien Mittelwertsignal errechnet und ein Korrekturmoment bestimmt wird. Mit diesem Korrekturmoment wird dann auf den Kupplungssteller eingewirkt und dem Rupfen aktiv entgegengewirkt.
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 mit geringem apparativen Aufwand effektiver als bisher gedämpft werden können.
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.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung eine Getriebeeingangsdrehzahl eines Kraftfahrzeuggetriebes erfasst, dem die Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges vorgeschaltet ist. Aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl wird dann ein schwingungsfreies Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelt. Die Reibungskupplung kann über einen zugehörigen, ansteuerbaren Kupplungssteller aus- und eingerückt werden.
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 Getriebeeingangsdrehzahl und einem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl eine Regelabweichung ermittelt und zur Ansteuerung des Kupplungsstellers unter Berücksichtigung einer im Antriebsstrang vorherrschenden Totzeit 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 eine Regelabweichung ermittelt, indem der Rupfregler die Differenz zwischen dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl und dem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl bildet.
Die Getriebeeingangsdrehzahl 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.
Der Kupplungssteller wird beim Einrücken der Reibungskupplung zur Dämpfung von Rupfschwingungen unmittelbar und kontinuierlich durch einen Rupfregler geregelt, durch welchen aus einer Differenz zwischen dem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl und einem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl eine Regelabweichung 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 eine Regelabweichung ermittelt, indem der Rupfregler die Differenz zwischen dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl und dem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl bildet.
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.
Hierbei wirkt der Rupfregler kontinuierlich auf den Kupplungssteller ein und steuert diesen also nicht nur zu diskreten Zeitpunkten an, sondern greift permanent auf den Kupplungssteller zu. 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.
Es wird eine Übertragungsfunktion des Rupfreglers gebildet, in welche eine aus dem schwingungsfreien Mittelwertsignal der Getriebeeingangsdrehzahl und dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl ermittelte Rupffrequenz und eine Phasenanhebung einbezogen werden. Anhand der Phasenanhebung und der Rupffrequenz werden Pol- und Nullstellen berechnet und hieraus wird eine Ansteuerfrequenz bzw. Steuerpulse zur phasenrichtigen Ansteuerung des Kupplungsstellers ermittelt.
Dabei bestimmt die Phasenanhebung, wie stark das Rupfen gedämpft wird, so dass der gleiche Fahrkomfort beim Anfahren und Rangieren über alle möglichen auftretenden Rupffrequenzen erreicht werden kann. 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.
Durch den Rupfregler werden vorzugsweise 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.
Die Ansteuerung des Kupplungsstellers durch den Rupfregler erfolgt bevorzugt mit getriggerten Steuerpulsen, deren Pulshöhe und/oder Pulsdauer aus der Größe der aktuellen Regelabweichung der Getriebeeingangsdrehzahl bestimmt wird.
Die im Antriebsstrang vorherrschende Totzeit, welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt wird, kann beispielsweise systembedingt oder aufgrund von Signalverarbeitungen entstehen. So sind im Antriebsstrang vorhandene Stellglieder, wie beispielsweise Ventile zum Ansteuern des Kupplungsstellers, mit einer gewissen Reaktionszeit behaftet, wodurch der Kupplungssteller nicht unmittelbar auf die Ansteuerung der Ventile reagieren kann, sondern erst nach einer gewissen Verzögerungszeit. Diese Verzögerungszeit kann hervorgerufen werden durch entsprechende Übertragungszeiten von Signalen. Auch Messeinrichtungen, wie beispielsweise der Sensor zur Erfassung der Getriebeeingangsdrehzahl, oder zur Signalverarbeitung vorgesehene Filtereinrichtungen können zu einer Totzeit im Antriebsstrang führen. Die im Antriebsstrang vorherrschende Totzeit bewirkt idealerweise keine Veränderung der Signalamplitude, führt jedoch zu einer Phasenverschiebung zwischen der zu dämpfenden Rupfschwingung und der ermittelten Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung des Kupplungsstellers, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren behoben bzw. minimiert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Phasenverschiebung mittels einer Maxima-Betrachtung der zu dämpfenden Rupfschwingung und der ermittelten Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung des Kupplungsstellers ermittelt. Um eine phasenrichtige Ansteuerung der Ventile zur Ansteuerung des Kupplungsstellers zu gewährleisten, wird die Ansteuerfrequenz der Kupplungsventile nun gezielt verzögert ausgegeben, so dass die Maxima und Minima der Ansteuerfrequenz der Kupplungsventile bzw. die zugehörigen Steuerpulse die Nulldurchgänge der Rupfschwingung treffen, wodurch eine phasenrichtige Ansteuerung der Kupplungsventile und damit eine maximale Dämpfungswirkung der vorliegenden Rupfschwingung erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Phasenverschiebung mittels einer Minima-Betrachtung der zu dämpfenden Rupfschwingung und der ermittelten Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung des Kupplungsstellers ermittelt. Um eine phasenrichtige Ansteuerung der Ventile zur Ansteuerung des Kupplungsstellers zu gewährleisten, wird auch hier die Ansteuerfrequenz der Kupplungsventile gezielt verzögert ausgegeben, so dass die Maxima und Minima der Ansteuerfrequenz der Kupplungsventile bzw. die zugehörigen Steuerpulse die Nulldurchgänge der Rupfschwingung treffen, wodurch eine phasenrichtige Ansteuerung der Kupplungsventile und damit eine maximale Dämpfungswirkung der vorliegenden Rupfschwingung erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Phasenverschiebung mittels einer Betrachtung der Nulldurchgänge der zu dämpfenden Rupfschwingung und der ermittelten Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung des Kupplungsstellers ermittelt. Um eine phasenrichtige Ansteuerung der Ventile zur Ansteuerung des Kupplungsstellers zu gewährleisten, wird die Ansteuerfrequenz der Kupplungsventile auch bei dieser Ausführungsform gezielt verzögert ausgegeben, so dass die Maxima und Minima der Ansteuerfrequenz der Kupplungsventile bzw. die zugehörigen Steuerpulse die Nulldurchgänge der Rupfschwingung treffen, wodurch eine phasenrichtige Ansteuerung der Kupplungsventile und damit eine maximale Dämpfungswirkung der vorliegenden Rupfschwingung erreicht wird.
Die Ermittlung der Phasenverschiebung soll nicht auf die zuvor beschriebenen Möglichkeiten beschränkt sein. So ist beispielsweise auch eine Kombination der zuvor beschriebenen Möglichkeiten zur Ermittlung der Phasenverschiebung denkbar, beispielsweise auch eine Minima-Maxima-Betrachtung.
Da Rupfschwingungen periodische Vorgänge sind und die Periode der Rufschwingungen kontinuierlich detektiert wird, kann die Verzögerung der Ansteuerfrequenz der Kupplungsventile zur im Antriebsstrang vorherrschenden Totzeit adaptiert werden. Für die typischen Anfahrgänge 1 bis 5 eines Kraftfahrzeuggetriebes eines Nutzfahrzeugs können sich Rupfschwingungen mit Frequenzen im Bereich zwischen 2Hz und 6 Hz bzw. mit einer Periodendauer im Bereich zwischen 500ms und 167ms ergeben. Bei einer systembedingten Abtastrate von beispielsweise 10ms werden gemäß dem vorliegend beschriebenen Verfahren zur Regelung der automatisierten Reibungskupplung maximal 50 Speicherplätze benötigt.
Durch die aktive Kompensation der im Antriebsstrang vorherrschenden Totzeit, werden somit in einem Antriebsstrang auftretende Rupfschwingungen effektiver gedämpft, wodurch ein Anfahrvorgang bzw. ein Rangiervorgang eines Kraftfahrzeuges deutlich verbessert durchgeführt werden kann. Zudem ist das zuvor beschriebene Verfahren einfach zu implementieren und benötigt sowohl wenig Rechenzeit als auch wenig Speicherplatz. 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 Getriebeeingangsdrehzahl des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst. Die eigentliche Regelungsfunktion zur Dämpfung der Rupfschwingungen kann insofern als rein softwaregestützte Regelung realisiert werden.
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 11 ein Steuergerät zum Betreiben einer automatisierten Reibungskupplung angegeben, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist. Das Steuergerät kann beispielsweise als Kupplungssteuergerät ausgebildet sein.
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.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 eine schematische Ansicht eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 Diagramme von Signalen einer Getriebeeingangsdrehzahl eines Kraftfahrzeuggetriebes, sowie einer hieraus abgeleiteten Ansteuerfrequenz eines Kupplungsstellers; und
3 Diagramme von Signalen einer Getriebeeingangsdrehzahl eines Kraftfahrzeuggetriebes, sowie einer hieraus abgeleiteten Ansteuerfrequenz eines Kupplungsstellers, ohne Ausregelung einer im Antriebsstrang vorherrschenden Totzeit.
Aus 1 geht eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges 1 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, welcher sich im Wesentlichen aus einem Antriebsmotor 2, einer automatisierten Reibungskupplung 3 mit einem Kupplungssteller 4, einem Kraftfahrzeuggetriebe 5, sowie einem Achsgetriebe 6 einer Achse 7 mit zwei Antriebsrädern 8, 9 zusammensetzt.
Der Antriebsmotor 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, 9.
Der Antriebsmotor 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 ersten 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.
Wie ferner in 1 zu erkennen ist, ist in einem zweiten Steuerkreis 17 zudem noch ein Rupfregler 15 vorgesehen, der, ähnlich wie der Kupplungsregler 13, als Computerprogrammprodukt auf einem Kupplungssteuergerät zur Steuerung der Reibungskupplung 3 als Computerprogrammprodukt gespeichert sein kann. Der zweite Steuerkreis 17 dient zur Dämpfung von Rupfschwingungen n_{GE_s}, 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. Als Eingangsgröße erhält dieser Rupfregler 15 dabei von Seiten des Kraftfahrzeuggetriebes 5 eine Getriebeeingangsdrehzahl n_GE, 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 aufgetragen ist. Wie hier zu erkennen ist, ist die Getriebeeingangsdrehzahl n_GE 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.
Um diese Rupfschwingungen n_{GE_s} nun ausregeln zu können, wird im Rupfregler 15 aus dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl n_GE ein schwingungsfreies Mittelwertsignal n_{GE_m} erstellt und im Folgenden aus der Differenz zwischen diesem Mittelwert n_{GE_m} und der gemessenen Drehzahl n_GE eine Rupffrequenz über einer Schwingungsperiode T ermittelt. Zudem werden aus der Lage von erkannten Minima 19 und Maxima 18 die optimalen Zeitpunkte für eine phasenrichtige Ansteuerung des Kupplungsstellers 4 ermittelt, sowie die Halbperioden und die Frequenz der vorliegenden Schwingungen bestimmt.
Innerhalb des Rupfreglers 15 wird eine Übertragungsfunktion ermittelt, in welche eine aus dem schwingungsfreien Mittelwertsignal n_{GE_m} der Getriebeeingangsdrehzahl und dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl n_GE ermittelte Rupffrequenz und eine Phasenanhebung sowie ggf. ein Verstärkungsfaktor einbezogen werden. Letztendlich wird hieraus die in 2 in dem unteren Diagramm dargestellte Ventilansteuerfrequenz 20 bzw. entsprechende Steuerpulse 21 generiert, mit welcher bzw. welchen 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 20 gestaltet wird. Die in 2 dargestellte Ventilansteuerfrequenz 20 bewirkt eine phasenrichtige Ansteuerung der Kupplungsventile und damit eine maximale Dämpfungswirkung der vorliegenden Rupfschwingung n_{GE_s}, da hier die Maxima 22 und Minima 23 der Ventilansteuerfrequenz 20 bzw. die zugehörigen Steuerpulse 21 die Nulldurchgänge 24 der Rupfschwingung n_{GE_s} treffen.
Eine im Antriebsstrang 1 vorherrschende und in 1 schematisch dargestellte Totzeit 16 führt jedoch zu einer Phasenverschiebung zwischen der zu dämpfenden Rupfschwingung n_{GE_s} und der ermittelten Ansteuerfrequenz 20 zur Ansteuerung des Kupplungsstellers 4, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren behoben bzw. minimiert wird.
In einer Ausführungsform, welche durch die 3a)–d) dargestellt wird, wird die Phasenverschiebung mittels einer Maxima-Betrachtung der zu dämpfenden Rupfschwingung n_{GE_s} und der ermittelten Ansteuerfrequenz 20 zur Ansteuerung des Kupplungsstellers 4 ermittelt. Um eine phasenrichtige Ansteuerung der Kupplungsventile zu gewährleisten, wird die Ansteuerfrequenz 20 der Kupplungsventile nun gezielt verzögert ausgegeben, so dass die Maxima 22 und Minima 23 der Ansteuerfrequenz 20 der Kupplungsventile bzw. die zugehörigen Steuerpulse 21 die Nulldurchgänge 24 der Rupfschwingung n_{GE_s} treffen, wodurch eine phasenrichtige Ansteuerung der Kupplungsventile und damit eine maximale Dämpfungswirkung der vorliegenden Rupfschwingung n_{GE_s} erreicht wird.
Gemäß 3a) liegt die Phasenverschiebung zwischen der zu dämpfenden Rupfschwingung n_{GE_s} und der ermittelten Ansteuerfrequenz 20 zur Ansteuerung des Kupplungsstellers 4 im Bereich zwischen 0 < t₁ ≤ T / 4 . Somit lässt sich hier die zeitliche Verzögerung τ₁ zur Ausgabe der Ventilansteuerfrequenz 20 bzw. der Steuerpulse 21 gemäß der Formel berechnen: τ₁ = T / 4 – t₁, wobei t₁ der zeitliche Abstand zwischen dem Maximum 18 der Rupfschwingung n_{GE_s} und dem Maximum 22 der Ventilansteuerfrequenz 20 und T die Schwingungsperiode der Rupfschwingung n_{GE_s} ist.
Die Phasenverschiebung zwischen der zu dämpfenden Rupfschwingung n_{GE_s} und der ermittelten Ansteuerfrequenz 20 zur Ansteuerung des Kupplungsstellers 4 liegt gemäß 3b) im Bereich zwischen T / 4 < t₂ ≤ T / 2 , gemäß 3c) im Bereich zwischen T / 2 < t₃ ≤ 3T / 4 , und gemäß 3d) im Bereich zwischen 3T / 4< t₄ ≤ T . Somit lässt sich die zeitliche Verzögerung τ_i zur Ausgabe der Ventilansteuerfrequenz 20 bzw. der Steuerpulse 21 in diesen Fällen gemäß der folgenden Formel berechnen: τ_i = 5T / 4 – t_i, mit i = 2, 3, 4, wobei t_i der zeitliche Abstand zwischen dem Maximum 18 der Rupfschwingung n_{GE_s} und dem Maximum 22 der Ventilansteuerfrequenz 20 und T die Schwingungsperiode der Rupfschwingung n_{GE_s} ist.
Durch die aktive Kompensation der im Antriebsstrang vorherrschenden Totzeit, werden somit in einem Antriebsstrang auftretende Rupfschwingungen effektiver gedämpft, wodurch ein Anfahrvorgang bzw. ein Rangiervorgang eines Kraftfahrzeuges deutlich verbessert durchgeführt werden kann. Zudem ist das zuvor beschriebene Verfahren einfach zu implementieren und benötigt sowohl wenig Rechenzeit als auch wenig Speicherplatz.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmotor
3: Reibungskupplung
4: Kupplungssteller
5: Kraftfahrzeuggetriebe
6: Achsgetriebe
7: Achse
8: Antriebsrad
9: Antriebsrad
10: Getriebeeingangswelle
11: Motorsteuergerät
12: Fahrpedal
13: Kupplungsregler
14: erster Steuerkreis
15: Rupfregler
16: Totzeit im Antriebsstrang
17: zweiter Steuerkreis
18: Maxima der Rupfschwingung
19: Minima der Rupfschwingung
20: Ventilansteuerfrequenz
21: Steuerpulse
22: Maxima der Ansteuerfrequenz
23: Minima der Ansteuerfrequenz
24: Nulldurchgang
n_GE: Getriebeeingangsdrehzahl
n_{GE_m}: Mittelwertsignal
n_{GE_s}: Rupfschwingung
T: Schwingungsperiode
t: zeitlicher Abstand zwischen dem Maximum der Rupfschwingung und dem Maximum der Ventilansteuerfrequenz
τ: zeitliche Verzögerung zur Ausgabe der Ventilansteuerfrequenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006014072 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Regelung einer automatisierten Reibungskupplung (3), die in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeuges einem Kraftfahrzeuggetriebe (5) vorgeschaltet und über einen ansteuerbaren Kupplungssteller (4) aus- und einrückbar ist, wobei eine Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) des Kraftfahrzeuggetriebes erfasst und hieraus ein schwingungsfreies Mittelwertsignal (n_{GE_m}) der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungssteller (4) beim Einrücken der Reibungskupplung (3) zur Dämpfung einer Rupfschwingung (n_{GE_s}) unmittelbar und kontinuierlich durch einen Rupfregler (15) geregelt wird, durch welchen aus einer Differenz zwischen dem schwingungsfreien Mittelwertsignal (n_{GE_m}) und einem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) eine Regelabweichung ermittelt und zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) unter Berücksichtigung einer im Antriebsstrang (1) vorherrschenden Totzeit (16) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsfunktion des Rupfreglers (15) gebildet wird, in welche eine aus dem schwingungsfreien Mittelwertsignal (n_{GE_m}) und dem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) ermittelte Rupffrequenz und eine Phasenanhebung einbezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Phasenanhebung und der Rupffrequenz Pol- und Nullstellen berechnet werden und hieraus eine Ansteuerfrequenz (20) bzw. Steuerpulse (21) zur phasenrichtigen Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine aufgrund der im Antriebsstrang (1) vorherrschende Totzeit (16) vorliegende Phasenverschiebung zwischen der zu dämpfenden Rupfschwingung (n_{GE_s}) und der ermittelten Ansteuerfrequenz (20) zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) mittels einer Maxima-Betrachtung der zu dämpfenden Rupfschwingung (n_{GE_s}) und der ermittelten Ansteuerfrequenz (20) zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine aufgrund der im Antriebsstrang (1) vorherrschende Totzeit (16) vorliegende Phasenverschiebung zwischen der zu dämpfenden Rupfschwingung (n_{GE_s}) und der ermittelten Ansteuerfrequenz (20) zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) mittels einer Minima-Betrachtung der zu dämpfenden Rupfschwingung (n_{GE_s}) und der ermittelten Ansteuerfrequenz (20) zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine aufgrund der im Antriebsstrang (1) vorherrschende Totzeit (16) vorliegende Phasenverschiebung zwischen der zu dämpfenden Rupfschwingung (n_{GE_s}) und der ermittelten Ansteuerfrequenz (20) zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) mittels einer Betrachtung der Nulldurchgänge (24) der zu dämpfenden Rupfschwingung (n_{GE_s}) und der ermittelten Ansteuerfrequenz (20) zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerfrequenz (20) bzw. die Steuerpulse (21) der Kupplungsventile in Abhängigkeit der ermittelten Phasenverschiebung gezielt verzögert ausgegeben wird bzw. werden, so dass die Maxima (22) und Minima (23) der Ansteuerfrequenz (20) der Kupplungsventile bzw. die Steuerpulse (21) die Nulldurchgänge (24) der Rupfschwingung (n_{GE_s}) treffen.
Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Kraftfahrzeuggetriebe (5), welchem eine automatisierte Reibungskupplung (3) vorgeschaltet ist, wobei der Reibungskupplung (3) ein Kupplungssteller (4) zugeordnet ist, über welchen die Reibungskupplung (3) aus- und einrückbar ist, und wobei das Kraftfahrzeuggetriebe (5) über einen Drehzahlsensor verfügt, über welchen eine Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) des Kraftfahrzeuggetriebes (5) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung mit einem Rupfregler (15) vorgesehen ist, über welchen der Kupplungssteller (4) beim Einrücken der Reibungskupplung (3) kontinuierlich regelbar ist und der dabei eine aus einer Differenz zwischen einem schwingungsfreien Mittelwertsignal (n_{GE_m}) der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) und einem schwingungsbehafteten Rohsignal der Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) ermittelte Regelabweichung zur Ansteuerung des Kupplungsstellers (4) unter Berücksichtigung einer im Antriebsstrang (1) vorherrschenden Totzeit (16) verwendet.
Computerprogrammprodukt eines Antriebsstranges (1) nach Anspruch 8, bei welchem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführbar ist, wobei eine Routine zur Regelung des Kupplungsstellers (4) durch den Rupfregler (15) durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist.
Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9.
Steuergerät zum Betreiben einer in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs angeordneten automatisierten Reibungskupplung (3), welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.