DE102015221031A1

DE102015221031A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Tastpunktes und eines Reibwertes einer Hybridtrennkupplung eines Hybridfahrzeuges

Info

Publication number: DE102015221031A1
Application number: DE102015221031.6A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: DE102015221031B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Tastpunktes und eines Reibwertes einer Hybridtrennkupplung eines Hybridfahrzeuges, wobei die Hybridtrennkupplung (4) von einem hydrostatischen Kupplungsaktor (12) betätigt wird und dabei einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) trennt oder verbindet, wobei die Hybridtrennkupplung (4) ausgehend von einer Position, welche diese in einem unbetätigten Zustand einnimmt, bewegt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem eine Tastpunktermittlung zwischen zwei Schnüffelvorgängen möglich ist, wird ein Zeitraum zwischen zwei Schnüffelvorgängen (S1, S2) der Hybridtrennkupplung (4) in zwei Phasen (P1, P2) unterteilt, wobei in einer ersten Phase (P1) nur der Reibwert aus einer Momentendifferenz zwischen einem, von dem Verbrennungsmotor (2) ausgegebenen Moment und einem, aus einem Kupplungsmodell bestimmten Kupplungsmoment bestimmt wird und in der zweiten Phase (P2) nur der Tastpunkt aus derselben Momentendifferenz ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Tastpunktes und eines Reibwertes einer Hybridtrennkupplung eines Hybridfahrzeuges, wobei die Hybridtrennkupplung von einem hydrostatischen Kupplungsaktor betätigt wird und dabei einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor trennt oder verbindet, wobei die Hybridtrennkupplung ausgehend von einer Position, welche diese in einem unbetätigten Zustand einnimmt, bewegt wird.
Die DE 10 2010 024 941 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes mit mindestens zwei Teilantriebssträngen, von denen jeder mittels einer Kupplung mit einer Brennkraftmaschine koppelbar ist. Im Fahrbetrieb des, das Doppelkupplungsgetriebe umfassenden Fahrzeuges wird ein Tastpunkt der Kupplung unabhängig vom Motormoment ermittelt. Der Tastpunkt wird dabei während der Inbetriebnahme des Fahrzeuges bestimmt und dann während des Betriebes des Fahrzeuges adaptiert.
Bei einem Hybridfahrzeug mit hybridischem Antriebsstrang kann der Fahrwiderstand aus zwei unabhängigen Energiequellen, wie Kraftstoff eines Verbrennungsmotors und elektrische Energie aus einer Traktionsbatterie eines Elektromotors durch Umwandlung in mechanische Energie überwunden werden. Gemäß der DE 10 2008 030 473 A1 ist ein Verfahren zur Tastpunktermittlung einer automatisierten Hybridtrennkupplung in einem Hybridantriebsstrang bekannt. Der Tastpunkt der Hybridtrennkupplung, welche zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angeordnet ist, wird bei stillgesetztem Verbrennungsmotor bestimmt, indem die Hybridtrennkupplung langsam geschlossen wird und der Einfluss der sich schließenden Hybridtrennkupplung auf einen Elektromotor, der mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert, ausgewertet wird. Diese Hybridtrennkupplung ermöglicht im geöffneten Zustand ein rein elektrisches Fahren des Hybridfahrzeuges, während im geschlossenen Zustand das Drehmoment des Verbrennungsmotors zum Antriebsrad geführt wird.
Die Tastpunktermittlung gegen den Elektromotor kann somit nur in Situationen durchgeführt werden, wenn der Verbrennungsmotor aus ist und der Antriebsstrang geöffnet ist, was nur in speziellen Situationen möglich ist.
Bei einem hydrostatischen Kupplungsaktor ändert die in dem Kupplungssystem befindliche Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit des Betriebes der Kupplung ihre Temperatur. Durch diese Temperaturänderungen ändert sich auch das Volumen der Hydraulikflüssigkeit, so dass der Tastpunkt in Abhängigkeit der Temperatur der Hydraulikflüssigkeit variiert. Um dies zu unterbinden, wird eine Verbindungsöffnung des hydrostatischen Kupplungsaktors mit einem Nachlaufbehälter geöffnet, bei welchem ein Volumen- und Druckausgleich in der Hydraulikflüssigkeit ausgeführt wird, was als Schnüffelvorgang bezeichnet wird. Wird aufgrund der speziellen Situation, die die Tastpunktermittlung erfordert, der Schnüffelvorgang für längere Zeit nicht erlaubt, kann die Volumenausdehnung der Hydraulikflüssigkeit zu einer starken Momentenungenauigkeit führen, was dann zu einer Tastpunktverschiebung führt. Daraus resultiert, dass der Abgleich des aus dem Kupplungsmodell gewonnenen Kupplungsmomentes und des von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Momentes bei dieser hydraulischen Dehnung der Hydraulikflüssigkeit durch Temperaturerhöhung des Hydraulikmediums fehlerhaft ist, da eine Tastpunktänderung oft als Reibwertänderung interpretiert wird.
Dahingehend wird der Reibwert der Kupplung ermittelt, wenn sich die Kupplung in einem Schlupf befindet. Dabei wird das angezeigte Moment des Verbrennungsmotors mit dem Kupplungsmoment des Kupplungsmodells in Übereinstimmung gebraucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des Tastpunktes und auch des Reibwertes der Hybridtrennkupplung zwischen zwei Schnüffelvorgängen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Zeitraum zwischen zwei Schnüffelvorgängen der Hybridtrennkupplung in zwei Phasen unterteilt wird, wobei in einer ersten Phase nur der Reibwert aus einer Momentendifferenz zwischen einem, von dem Verbrennungsmotor ausgegebenen Moment und einem, aus einem Kupplungsmodell bestimmten Moment bestimmt wird und in der zweiten Phase nur der Tastpunkt aus derselben Momentendifferenz ermittelt wird. Dies hat den Vorteil, dass aus nur einer erkannten Momentendifferenz zwischen dem, vom Verbrennungsmotor angezeigten Moment und dem modellbestimmten Kupplungsmoment nacheinander sowohl eine Reibwertänderung als auch eine Tastpunktänderung bestimmt werden können. Somit wird es möglich, eine hohe Momentengenauigkeit auch zwischen zwei Schnüffelvorgängen bei unbetätigt geschlossener Kupplung in Kombination mit dem hydrostatischen Kupplungsaktor zu gewährleisten. Dabei wird die Momentendifferenz einer Tastpunkt- und einer Reibwertänderung jeweils getrennt zugeordnet und damit eine verbesserte Momentenqualität der Kupplung zwischen zwei Schnüffelvorgängen erreicht.
Vorteilhafterweise schließen die erste und die zweite Phase zyklisch aneinander an. Dadurch wird gewährleistet, dass außerhalb der Schnüffelvorgänge kontinuierlich der Reibwert und der Tastpunkt bestimmt werden können, wodurch der Fahrkomfort durch eine verbesserte Momentenbestimmung erhöht wird.
In einer Ausgestaltung startet die erste Phase zur Bestimmung des Reibwertes unmittelbar nach dem Abschluss des ersten Schnüffelvorganges. Unmittelbar nach dem Abschluss des Schnüffelvorganges kann davon ausgegangen werden, dass sich die Temperatur und der Druck der Hydraulikflüssigkeit in einem konstanten Zustand befinden und somit der Reibwert ohne weitere äußere Einflussfaktoren adaptiert werden kann.
In einer Variante umfasst die erste Phase eine Schlupfphase der Hybridtrennkupplung bei einem hohen Moment des Verbrennungsmotors. In dieser Schlupfphase lässt sich der Reibwert zuverlässig bestimmen und somit mit Hilfe des Reibwertes das Kupplungsmodell an das tatsächliche Moment des Verbrennungsmotors anpassen.
In einer Ausführungsform wird die Zeitdauer der ersten Phase zur Bestimmung des Reibwertes in Abhängigkeit einer Temperatur der Kupplung bestimmt. Da die Temperaturänderung Einfluss auf das Momentenverhalten des Kupplungsmodells hat, wird diese Phase zur verbesserten Adaption in seiner Zeitdauer verändert.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei gleicher Momentendifferenz der Reibwert am Ende der ersten Phase langsamer adaptiert als zu Beginn der ersten Phase. Dabei wird davon ausgegangen, dass Einflussfaktoren der Umgebung der Kupplung am Ende der ersten Phase den Reibwert verfälschen können, weshalb dieser nur noch unwesentlich verändert wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung schließt sich die zweite Phase unmittelbar an die erste Phase an und umfasst eine Zeitdauer bis zum Beginn des nächsten Schnüffelvorganges, wobei in der zweiten Phase bei konstant gehaltenem Reibwert der Schlupf der Trennkupplung zurückgeführt wird und der Tastpunkt adaptiert wird. Somit ist zwischen zwei Schnüffelvorgängen nach Abschluss der ersten Phase ausreichend Zeit vorhanden, um in speziellen Fahrsituationen des Kraftfahrzeuges den Tastpunkt zu bestimmen.
Vorteilhafterweise wird nach dem ersten Schnüffelvorgang der kurzfristige Tastpunkt mit einem langfristigen Tastpunkt initialisiert. Dies hat den Vorteil, dass Temperatureinflüsse nicht im langfristigen Tastpunkt beachtet werden. Der langfristige Tastpunkt stellt so die Basis für die erwarteten kurzfristigen Änderungen durch Temperatureinflüsse dar.
In einer Ausgestaltung wird der langfristige Tastpunkt bei einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges durch Tasten der Hybridtrennkupplung mittels des Elektromotors gegen den stillstehenden Verbrennungsmotor ermittelt. Dies ist beispielsweise am Band-Ende einer Getriebeproduktion möglich, wo dieser langfristige Tastpunkt dann in einer Getriebesteuerung abgespeichert und während des Betriebes des Kraftfahrzeuges genutzt wird.
In einer Variante wird bei gleicher Momentendifferenz der Tastpunkt am Ende der zweiten Phase schneller adaptiert als zu Beginn der zweiten Phase. Dies ist von Vorteil, um den Tastpunkt unbeeinflusst von den sich addierenden unterschiedlichen Umgebungseffekten des Kupplungssystems recht schnell anpassen zu können und somit eine korrekte Tastpunktadaption zu ermöglichen.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Hybridfahrzeuges,
2 ein Ausführungsbeispiel eines Kupplungsbetätigungssystems eines Kraftfahrzeuges,
3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Dieser Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 ist direkt hinter dem Verbrennungsmotor 2 eine Hybridtrennkupplung 4 angeordnet. Verbrennungsmotor 2 und Hybridtrennkupplung 4 sind über eine Kurbelwelle 5 miteinander verbunden. Der Elektromotor 3 weist einen drehbaren Rotor 6 und einen feststehenden Stator 7 auf. Die Abtriebswelle 8 der Hybridtrennkupplung 4 ist mit einem Getriebe 9 verbunden, welches ein nicht weiter dargestelltes Koppelelement, beispielsweise eine zweite Kupplung oder einen Drehmomentwandler enthält, das zwischen dem Elektromotor 3 und dem Getriebe 9 angeordnet ist. Das Getriebe 9 überträgt das von dem Verbrennungsmotor 2 oder dem Elektromotor 3 erzeugte Drehmoment auf die Antriebsräder 10 des Hybridfahrzeuges. Die Hybridtrennkupplung 4 und das Getriebe 9 bilden dabei ein Getriebesystem 11, welches von einem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 angesteuert wird.
Im Weiteren wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Hybridtrennkupplung 4 um eine unbetätigt geschlossene Kupplung (normally closed) handelt. Das Verfahren ist aber auch ohne große Änderungen bei einer geöffneten (normally open) Kupplung anwendbar. Die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 angeordnete Hybridtrennkupplung 4 wird geschlossen, um während der Fahrt des Hybridfahrzeuges mit dem, vom Elektromotor 3 erzeugten Drehmoment den Verbrennungsmotor 2 zu starten oder während eines Boostbetriebes mit antreibendem Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor 3 zu fahren. Die Hybridtrennkupplung 4 wird dabei von dem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 betätigt. Um sicherzustellen, dass bei dem Wiederstart des Verbrennungsmotors 2 durch den Elektromotor 3 ein ausreichendes Drehmoment vom Elektromotor 3 bereitgestellt wird, welches sowohl das Hybridfahrzeug über die Antriebsräder 10 ohne Komfortverlust bewegt und gleichzeitig den Verbrennungsmotor 2 auch tatsächlich startet, ist eine genaue Kenntnis einer Kupplungskennlinie der Hybridtrennkupplung 4 erforderlich, bei welcher ein Kupplungsmoment über dem Aktorweg des Kupplungsaktors 12 abgebildet ist.
In 2 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 13 zur Betätigung der Hybridtrennkupplung 4 vereinfacht dargestellt. Das Kupplungsbetätigungssystem 13 umfasst einen Geberzylinder 14, der über eine, auch als Druckleitung bezeichnete Hydraulikleitung 15 mit einem Nehmerzylinder 16 verbunden ist. In dem Nehmerzylinder 16 ist ein Nehmerkolben 17 axial beweglich gelagert, der unter Zwischenschaltung eines Ausrücklagers 18 die Hybridtrennkupplung 4 betätigt. In dem Geberzylinder 14 ist ein Geberkolben 19 axial beweglich gelagert. Von dem Geberkolben 19 geht eine Kolbenstange 20 aus, die in Längserstreckung des Geberzylinders 14 zusammen mit dem Geberkolben 19 translatorisch bewegbar ist. Die Kolbenstange 20 des Geberzylinders 14 ist über eine Gewindespindel 21 mit einem elektromotorischen Stellantrieb 22 gekoppelt. Der elektromotorische Stellantrieb 22 umfasst einen Elektromotor 23 und eine Steuereinheit 24. Die Gewindespindel 21 setzt dabei eine Drehbewegung des Elektromotors 23 in eine Längsbewegung der Kolbenstange 20 bzw. des Geberkolbens 19 um. Der Geberzylinder 14 ist dabei mit einer Hydraulikflüssigkeit 25 gefüllt. Diese Hydraulikflüssigkeit 25 kann über eine Schnüffelbohrung 26 des Geberzylinders 14 bei einer vorgegebenen Stellung des Geberkolbens 19 mit einem Nachlaufbehälter 27 in Kontakt treten. Dadurch wird ein Volumenausgleich und ein Druckausgleich der sich im Geberzylinder 14, in der Druckleitung 15 und im Nehmerzylinder 16 befindenden Hydraulikflüssigkeit 25 ermöglicht, wodurch gleichzeitig auch ein Temperaturausgleich der Hydraulikflüssigkeit 25 erfolgt.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei welchem der Adaptionsvorgang von Reibwert und Tastpunkt über der Zeit dargestellt sind. Dabei wird insbesondere ein Zeitraum zwischen zwei Schnüffelvorgängen S1, S2 der Hybridtrennkupplung 4 betrachtet. Dieser Zeitraum wird in zwei Phasen eingeteilt, eine kurze erste Phase P1, welche unmittelbar nach dem Schnüffelvorgang S1 anschließt und zur Bestimmung des Reibwertes genutzt wird. An die erste Phase P1 schließt direkt eine zweite Phase P2 an, die zur Tastpunktadaption genutzt wird. Dabei werden sowohl für die Reibwertbestimmung als auch für die Tastpunktbestimmung eine Momentendifferenz zwischen dem aktuell von dem Verbrennungsmotor 2 angezeigten Moment und dem, aus dem Kupplungsmodell bestimmten Kupplungsmoment der Auswertung zugrunde gelegt. In der ersten Phase P1 wird ein Schlupf mit einem hohen Moment ausgeführt, welcher von einem übergeordneten Steuergerät angefordert wird. Erlaubt dieses Steuergerät diesen Schlupf, so wird der Reibwert mit Hilfe eines regelungstechnischen Beobachters adaptiert und somit das von dem Verbrennungsmotor 2 angezeigte Moment mit dem durch das Kupplungsmodell bestimmten Moment in Übereinstimmung gebracht. Die ersten Phasen P1 sind, wie aus 3 hervorgeht, unterschiedlich lang, was insbesondere auf eine Temperaturänderung der Hybridtrennkupplung 4 zurückzuführen ist. Je nach Temperaturerwärmung verlängert oder verkürzt sich die erste Phase P1.
In der, sich an die erste Phase P1 anschließende zweite Phase P2 wird der Reibwert als konstant betrachtet. Das Momentengleichgewicht zwischen dem Kupplungsmodell und dem, vom Verbrennungsmotor gelieferten Moment lässt sich nur bei schlupfender Kupplung auswerten.
Um die Tastpunktermittlung zu beschleunigen, wird der kurzfristige Tastpunkt zu Beginn der Phase P2 auf einen langfristigen Tastpunkt initialisiert, welcher während der Inbetriebnahme des Getriebesystems 11 bestimmt wurde. Dabei wird der langfristige Tastpunkt ermittelt, wenn ein beobachtetes Moment des Elektromotors 3 gegenüber einem stehenden Verbrennungsmotor 2 sich signifikant ändert.
Aufgrund des beschriebenen Verfahrens ist es möglich zwischen zwei Schnüffelvorgängen S1, S2 sowohl den Reibwert als auch den Tastpunkt zu adaptieren. Dies erfolgt basierend auf einer Momentendifferenz, mittels welchem die Adaption des Reibwertes und des Tastpunktes voneinander getrennt durch die Zeit durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor
4: Hybridtrennkupplung
5: Kurbelwelle
6: Rotor
7: Stator
8: Abtriebswelle
9: Getriebe
10: Antriebsräder
11: Getriebesystem
12: Hydrostatischer Kupplungsaktor
13: Kupplungsbetätigungssystem
14: Geberzylinder
15: Druckleitung
16: Nehmerzylinder
17: Nehmerkolben
18: Ausrücklager
19: Geberkolben
20: Kolbenstange
21: Gewindespindel
22: Elektromotorischer Stellantrieb
23: Elektromotor
24: Steuereinheit
25: Hydraulikflüssigkeit
26: Schnüffelbohrung
27: Nachlaufbehälter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010024941 A1 [0002]
DE 102008030473 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Tastpunktes und eines Reibwertes einer Hybridtrennkupplung eines Hybridfahrzeuges, wobei die Hybridtrennkupplung (4) von einem hydrostatischen Kupplungsaktor (12) betätigt wird und dabei einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) trennt oder verbindet, wobei die Hybridtrennkupplung (4) ausgehend von einer Position, welche diese in einem unbetätigten Zustand einnimmt, bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitraum zwischen zwei Schnüffelvorgängen (S1, S2) der Hybridtrennkupplung (4) in zwei Phasen (P1, P2) unterteilt wird, wobei in einer ersten Phase (P1) nur der Reibwert aus einer Momentendifferenz zwischen einem, von dem Verbrennungsmotor (2) ausgegebenen Moment und einem, aus einem Kupplungsmodell bestimmten Kupplungsmoment bestimmt wird und in der zweiten Phase(P2) nur der Tastpunkt aus derselben Momentendifferenz ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Phase (P1, P2) zyklisch aneinander anschließen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase (P1) zur Bestimmung des Reibwertes unmittelbar nach dem Abschluss des ersten Schnüffelvorganges (S1) startet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase (P1) eine Schlupfphase der Hybridtrennkupplung (4) mit einem hohen Moment des Verbrennungsmotors (2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer der ersten Phase (P1) zur Bestimmung des Reibwertes in Abhängigkeit einer Temperatur der Hybridtrennkupplung (4) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleicher Momentendifferenz der Reibwert am Ende der ersten Phase (P1) langsamer adaptiert wird als zu Beginn der ersten Phase (P1).
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase (P2) sich unmittelbar an die erste Phase (P1) anschließt und eine Zeitdauer bis zum Beginn des nächsten Schnüffelvorganges (S2) umfasst, wobei in der zweiten Phase (P2) bei konstant gehaltenem Reibwert der Schlupf der Hybridtrennkupplung (4) zurückgeführt wird und der Tastpunkt adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Schnüffelvorgang (S) der kurzfristige Tastpunkt mit einem langfristigen Tastpunkt initialisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der langfristige Tastpunkt bei einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges durch Tasten der Hybridtrennkupplung (4) mittels des Elektromotors (3) gegen den stillstehenden Verbrennungsmotor (2) ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleicher Momentendifferenz der Tastpunkt am Ende der zweiten Phase (P2) schneller adaptiert wird als zu Beginn der zweiten Phase (P2).