DE102015214624A1

DE102015214624A1 - Verfahren zur Initialisierung eines Temperaturmodells eines Kupplungssystems eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102015214624A1
Application number: DE102015214624.3A
Authority: DE
Inventors: Yves Bertin Dasse-Tiyo
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Initialisierung eines Temperaturmodells eines Kupplungssystems eines Fahrzeuges, bei welchem das Kraftfahrzeug von einem Verbrennungsmotor (2) angetrieben wird und ein Drehmoment des Verbrennungsmotors (2) über eine Kupplung (3) an ein Getriebe (4) übertragen wird, wobei eine aktuelle Kupplungstemperatur (TA) mit einem Temperaturmodell bestimmt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem eine möglichst genaue Starttemperatur der Initialisierung des Temperaturmodells zugrunde gelegt wird, wird eine Starttemperatur für die Berechnung des Temperaturmodells in Abhängigkeit von einer Standzeit (tS) des Fahrzeuges bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Initialisierung eines Temperaturmodells eines Kupplungssystems eines Fahrzeuges, bei welchem das Fahrzeug von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird und das Drehmoment des Verbrennungsmotors über eine Kupplung an ein Getriebe übertragen wird, wobei eine aktuelle Kupplungstemperatur mit dem Temperaturmodell bestimmt wird.
Ein Fahrzeug umfasst einen Antriebsstrang, indem ein Verbrennungsmotor über eine Kupplung ein Getriebe antreibt, dessen Ausgangswelle auf Antriebsräder des Fahrzeuges wirkt. Die Kupplung kann manuell oder automatisch steuerbar sein. Insbesondere kann die Kupplung Teil eines automatischen Getriebes sein und zum automatischen Öffnen und Schließen während eines Gangwechsels des Getriebes eingerichtet sein. Zur Steuerung des Getriebes ist eine Steuereinrichtung vorgesehen. Das Schließen der Kupplung kann beispielsweise während eines Anfahrvorganges relativ langsam erfolgen, während ein Drehmoment über die Kupplung von dem Verbrennungsmotor an das Getriebe übertragen wird. Dabei entsteht eine Reibungswärme, die die Temperatur der Kupplung erhöhen kann. Bei einem anschließenden Anfahrvorgang kann die Kupplungstemperatur so weit ansteigen, dass die Funktion der Kupplung beeinträchtigt ist oder eine Geruchsbelästigung im Bereich des Kraftfahrzeuges auftritt.
Aus der DE 10 2004 006 730 A1 ist es bekannt, eine aktuelle Temperatur der Kupplung mit einem Temperaturmodell zu berechnen. Die Berechnung der aktuellen Temperatur hat den Vorteil, dass auf einen Temperatursensor verzichtet werden kann, welcher die Kupplungstemperatur nur lokal wiedergibt, während die errechnete Temperatur einen Mittelwert aus einer Vielzahl von Einflüssen in der Kupplungsumgebung wiedergibt. Das Anfahrverhalten einer Kupplung ist stark abhängig von der Qualität des verwendeten Temperaturmodells. Ein solches Temperaturmodell hat allerdings bei der Anfahrt des Fahrzeuges einen unbekannten Zustand und es bedarf einer genauen Initialisierung, um eine präzise Kupplungssteuerung zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Initialisierung einer Starttemperatur eines Temperaturmodells eines Kupplungssystems anzugeben, bei welchem die Starttemperatur möglichst genau die tatsächliche Temperatur der Kupplung wiedergibt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Starttemperatur für die Berechnung des Temperaturmodells in Abhängigkeit von einer Standzeit des Fahrzeuges abgeschätzt wird. Dies hat den Vorteil, dass anhand der Standzeit die Starttemperatur einfach ermittelt werden kann, da davon ausgegangen wird, dass sich die Kupplung während der Standzeit abkühlt. Auf der Grundlage der genau berechneten Starttemperatur kann die Kupplung geräuscharm geschlossen werden. In einer Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von der Standzeit des Fahrzeuges entweder eine Umgebungstemperatur der Kupplung oder eine zuletzt durch das Kupplungsmodell berechnete Temperatur als Starttemperatur zur Berechnung des Temperaturmodells zugrunde gelegt. Dabei werden durch die Umgebungstemperatur und durch die zuletzt berechnete Temperatur des Temperaturmodells zwei Grenzwerte vorgegeben, zwischen welchen die Kupplungstemperatur schwanken kann.
In einer Ausführungsform wird die Standzeit des Fahrzeuges mit zwei Zeitschwellwerten verglichen, wobei der erste Zeitschwellwert kleiner ist als der zweite Zeitschwellwert. Durch die Verwendung von zwei Zeitschwellwerten lässt sich die Standzeit des Fahrzeuges in drei Bereiche aufteilen, mittels welchen eine zuverlässige Entscheidung über die aktuell an der Kupplung vorliegende Temperatur ermöglicht wird.
In einer Variante wird bei Unterschreitung des ersten Zeitschwellwertes durch die Standzeit des Fahrzeuges als Starttemperatur des Temperaturmodells die zuletzt durch das Temperaturmodell ermittelte Temperatur gewählt. Dabei wird davon ausgegangen, dass aufgrund von empirischen Werten eine nur geringfügige Abkühlung der Kupplungstemperatur erfolgt ist.
In einer Ausführungsform wird die zuletzt durch das Temperaturmodell bestimmte Kupplungstemperatur während eines Betriebes des Fahrzeuges berechnet und nicht flüchtig abgespeichert. Da die Abspeicherung nach jeder Aktualisierung der Temperatur durch das Temperaturmodell erfolgt, ist gewährleistet, dass immer eine gültige Temperatur vorhanden ist. Da dieser Temperaturwert nicht-flüchtig abgespeichert ist, steht er auch nach Abschaltung eines Steuergerätes des Fahrzeuges zur Verfügung.
In einer Ausgestaltung wird bei Überschreitung des zweiten Zeitschwellwertes durch die Standzeit als Starttemperatur des Temperaturmodells eine Umgebungstemperatur verwendet. Liegt die Standzeit des Fahrzeuges über der zweiten Schwelle, wird davon ausgegangen, dass die Kupplung während der Standzeit keine Reibenergie bekommen hat, so dass die Temperatur der Kupplung mit der Umgebungstemperatur im Gleichgewicht steht.
Vorteilhafterweise wird bei einer Standzeit des Fahrzeuges, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert liegt, ein Abkühlterm der zuletzt durch das Temperaturmodell berechneten Temperatur in Abhängigkeit von mindestens einer die Kupplung umgebenden Wärmequelle bestimmt, wobei von der zuletzt durch das Temperaturmodell bestimmten Temperatur der Abkühlterm abgezogen wird, woraus sich die Starttemperatur für das Temperaturmodell ergibt. Solange die Kupplung keine neue Reibenergie aufnimmt, wird sie somit ausgehend von der nicht-flüchtig abgelegten, zuletzt bestimmten Temperatur gegenüber der Umgebungstemperatur abkühlen, wobei verschiedene Wärmequellen, die in einem Wärmeaustausch mit der Kupplung über Konvektion stehen, berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung wird der Abkühlterm mithilfe einer Eulerschen Methode bestimmt. Die Eulersche Methode stellt dabei ein einfaches Verfahren zur numerischen Lösung eines Anfangswertproblems dar, mittels welchem sich die Starttemperatur der Kupplung einfach bestimmen lässt. Es wird davon ausgegangen, dass während der Standzeit des Fahrzeuges der Kupplung keine Leistung zugeführt wird, aus welchem Grunde lediglich ein Wärmeaustausch zwischen der Kupplung und der die Kupplung umgebenden Komponenten durch Konvektion erfolgt.
In einer Ausführungsform werden als Wärmequellen der Verbrennungsmotor und/oder das Getriebe und/oder die Umgebungsluft herangezogen. Diese sind die wichtigsten Umgebungskomponenten, die nahe genug an der Kupplung liegen, um mit dieser in einen Wärmeaustausch zu treten.
In einer Variante wird die Standzeit des Fahrzeuges aus einer Ausschaltzeit eines Steuergerätes des Fahrzeuges, vorzugsweise des Motorsteuergerätes, berechnet. Da diese Steuergeräte quarzgesteuert sind, wird auch in der Zeit, in welcher das Steuergerät nicht mit Betriebsspannung versorgt wird, die Zeit weitergezählt, wodurch sich einfach die Standzeit des Fahrzeuges bestimmen lässt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor,
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Ausführungsbeispiel für die Bestimmung einer Kupplungstemperatur zwischen zwei Zeitschwellwerten.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges, das mittels eines Antriebsstranges 1 antreibbar ist. Der Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und eine Kupplung 3 zur Übertragung eines durch den Verbrennungsmotor 2 bereitgestellten Drehmomentes. Die Kupplung 3 ist dabei mit einem Getriebe 4 verbunden, über welches das von dem Verbrennungsmotor 2 erzeugte Drehmoment auf eine Abtriebswelle 5 und somit auf Antriebsräder 6 übertragen wird. Der Verbrennungsmotor 2 ist mittels eines Motorsteuergerätes 7 steuerbar.
Das Motorsteuergerät 7 kann beispielsweise eine eingespritzte Kraftstoffmenge und Stellungen eines oder mehrerer Stellglieder zur Steuerung eines Gaswechsels des Verbrennungsmotors 2 beeinflussen. Darüber hinaus ist in einem Kupplungssteuergerät ein Temperaturmodell der Kupplung 3 hinterlegt, mittels welcher die aktuelle Temperatur T_A der Kupplung 3 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 2 berechnet wird. Zur Bestimmung der aktuellen Temperatur T_A der Kupplung 3 ist eine Bestimmungseinrichtung 8 vorgesehen, in welcher das Temperaturmodell der Kupplung 3 abgelegt ist. Dieses Temperaturmodell ermöglicht eine Berechnung der tatsächlichen Temperatur T_A der Kupplung 3 auf der Grundlage von Parametern des Verbrennungsmotors 2 und dessen Umgebung. Somit wird eine besonders genaue Bestimmung einer Temperatur möglich, die an der Kupplung in einem aktuellen Fahrzustand anliegt. Jede aktuelle, von dem Temperaturmodell berechnete Temperatur T_A wird in einem nichtflüchtigen Speicher des Motorsteuergerätes 7 abgespeichert. Beim Start der Berechnungen mit dem Temperaturmodell muss aber eine Starttemperatur T vorgegeben werden. Die Bestimmung dieser Starttemperatur T soll anhand des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden. Nach dem Start des Initialisierungsvorganges der Starttemperatur im Block 100 wird eine Standzeit t_S des Fahrzeuges im Block 101 berechnet. Bei dieser Standzeit t_S wird normalerweise die Zeitdauer des Motorsteuergerätes 7 herangezogen, in der dieses nicht vom Bordnetz versorgt wird. Im Block 102 wird die ermittelte Standzeit t_S mit einem ersten Zeitschwellwert S1 verglichen. Ist die Standzeit t_S größer als der erste Zeitschwellwert S1, so wird zum Block 103 übergegangen, bei welchem die Standzeit t_S mit einem zweiten Zeitschwellwert S2 verglichen wird. Wird im Block 102 festgestellt, dass die Standzeit t_S des Fahrzeuges kleiner als der erste Zeitschwellwert S1 ist, erfolgt im Block 104 eine Initialisierung des Temperaturmodells mit einem Startwert T, der der zuletzt während des Betriebes durch das Temperaturmodell bestimmten Temperatur T_A entspricht und welche in dem Motorsteuergerät 7 nicht-flüchtig abgespeichert wurde. Durch diese nicht-flüchtige Abspeicherung steht dieser zuletzt vorgegeben Wert der Kupplungstemperatur T_A auch beim Neustart des Steuergerätes 7 wieder zur Verfügung.
Überschreitet im Block 103 die Standzeit t_S den zweiten Zeitschwellwert S2, so wird zum Block 105 übergegangen, wo als Initialisierung des Temperaturmodells als Starttemperatur T die Umgebungstemperatur T_U der Kupplung 3 festgelegt wird. Die Umgebungstemperatur T_U kann dabei aus der Luft oder einem Öl, welches die Kupplung 3 umgibt, bestimmt werden. Üblicherweise ist Luft das Umgebungsmedium für trockene Kupplungen. Öl ist das Umgebungsmedium für nasse Kupplungen.
Wird allerdings im Block 103 festgestellt, dass die Standzeit t_S kleiner ist als der zweite Zeitschwellwert S2, so wird im Block 106 ein Abkühlterm Q . der Kupplung 3 mit einer Eulerschen Methode berechnet. Zur Ermittlung des Abkühlterms Q . der Kupplung 3 in einer Standzeit t_S, welche zwischen den Zeitschwellwerten S1 und S2 liegt, wird davon ausgegangen, dass der Kupplung 3 aufgrund des Nichtgebrauchs keine Reibenergie zugeführt wird. Damit hat sich die Kupplungstemperatur nicht erhöht. Die Kupplungstemperatur, die beim Abschalten des Fahrzeuges der zuletzt durch das Temperaturmodell bestimmten Temperatur T_A entsprach, ist in einem Wärmeaustausch mit Umgebungskomponenten, wie dem Verbrennungsmotor 2, dem Getriebe 4 und der umgebenden Luft getreten, wie in 3 dargestellt. Der Wärmeaustausch erfolgt dabei durch Konvektion und die Kupplung 3 wird abgekühlt.
Diese Konvektion lässt sich als eine gewöhnliche Differenzialgleichung erster Ordnung wie folgt darstellen: Q . = α_a× ΔT
Obwohl diese Gleichung eine explizite analytische Lösung besitzt, muss für die Umsetzung ein numerischer Ansatz verfolgt werden. Dieser numerische Ansatz wird mit Hilfe der Euler-Methode wie folgt angenähert: Q . = f(t) = f(t + h) + f(t) / h f(t + h) = f(t) + h × α_a× ΔT, wobei, h = TCU_Off_Time / #Schritte

h: Schrittweite
TCU_Off_Time: Standzeit des Fahrzeuges
T: Temperatur
t: Zeit

Der so bestimmte Abkühlterm Q . der Kupplung 3 wird von der zuletzt während des Betriebes des Fahrzeuges bestimmten Temperatur T_A, die im Motorsteuergerät 3 abgespeichert ist, abgezogen, so dass für diesen speziellen Fall die Starttemperatur T zur Initialisierung des Temperaturmodells vorliegt.
Durch diese vorgeschlagene Lösung kann die Temperatur eines automatisierten Doppelkupplungsgetriebes oder eines Trennkupplungssystems genau initialisiert werden, wobei die Initialisierung von der Dauer des Stillstandes des Fahrzeuges abhängt.
Bezugszeichenliste

1 Antriebsstrang
2 Verbrennungsmotor
3 Kupplung
4 Getriebe
5 Abtriebswelle
6 Antriebsräder
7 Motorsteuergerät
8 Bestimmungseinrichtung
t_S Standzeit
S1 Zeitschwellwert
S2 Zeitschwellwert
Q . Abkühlterm
T_U Umgebungstemperatur
T_A aktuelle Kupplungstemperatur
T Starttemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004006730 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Initialisierung eines Temperaturmodells eines Kupplungssystems eines Fahrzeuges, bei welchem das Kraftfahrzeug von einem Verbrennungsmotor (2) angetrieben wird und ein Drehmoment des Verbrennungsmotors (2) über eine Kupplung (3) an ein Getriebe (4) übertragen wird, wobei eine aktuelle Kupplungstemperatur (T_A) mit einem Temperaturmodell bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Starttemperatur (T) für die Berechnung des Temperaturmodells in Abhängigkeit von einer Standzeit (t_S) des Fahrzeuges bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Standzeit (t_S) des Fahrzeuges entweder eine Umgebungstemperatur (T_U) oder eine zuletzt durch das Temperaturmodell berechnete Temperatur (T_A) als Starttemperatur (T) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Standzeit (t_S) des Fahrzeuges mit zwei Zeitschwellwerten (S1, S2) verglichen wird, wobei der erste Zeitschwellwert (S1) kleiner ist als der zweite Zeitschwellwert (S2).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung des ersten Zeitschwellwertes (S1) durch die Standzeit (t_S) des Fahrzeuges als Starttemperatur (T) des Temperaturmodells die zuletzt durch das Temperaturmodell ermittelte Temperatur (T_A) gewählt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuletzt durch das Temperaturmodell bestimmte Temperatur (T_A) während eines Betriebes des Fahrzeuges berechnet wird und nicht-flüchtig abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung des zweiten Zeitschwellwertes (S2) durch die Standzeit (t_S) als Starttemperatur (T) des Temperaturmodells eine Umgebungstemperatur (T_U) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Standzeit (t_S) des Fahrzeuges, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellwert (S1, S2) liegt, ein Abkühlterm ( Q . ) der zuletzt durch das Temperaturmodell berechneten Temperatur (T_A) in Abhängigkeit von mindestens einer die Kupplung (3) umgebenden Wärmequelle (2, 4) bestimmt wird, der von der zuletzt durch das Temperaturmodell bestimmten Temperatur(T_A) abgezogen wird, woraus sich die Starttemperatur (T) für das Temperaturmodell ergibt
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abkühlterm ( Q . ) mithilfe einer Eulerschen Methode bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequellen der Verbrennungsmotor (2) und/oder das Getriebe (4) und/oder die Umgebungsluft herangezogen werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Standzeit (t_S) des Fahrzeuges aus einer Ausschaltzeit eines Steuergerätes des Fahrzeuges, vorzugsweise des Motorsteuergerätes (7), berechnet wird.