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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustandes einer Reibungskupplung, bei welchem die Reibungskupplung durch einen hydrostatischen Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein, in dem hydrostatischen Kupplungsaktor in einem Geberzylinder gelagerter Kolben axial bewegt wird, welcher über ein in einer hydrostatischen Strecke enthaltenes Druckmittel auf einen, die Reibungskupplung betätigenden Nehmerzylinder einwirkt, wobei der Nehmerzylinder über ein Ausrücklager und eine Hebelfeder die Reibungskupplung betätigt.
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Es ist bekannt, dass mit Reibbelägen ausgestattete Kupplungsscheiben in Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe zur Trennung und Verbindung des Antriebsmotors mit dem Getriebe verwendet werden. Genauso können sie bei Hybridfahrzeugen als Trennkupplung eingesetzt werden, bei welchen als Antriebsmotor sowohl der Verbrennungsmotor als auch ein Elektromotor vorhanden ist. Infolge der über die Reibbeläge übertragenen Momente und Schlupfzustände der Kupplung nimmt die Belagstärke der Reibbeläge über die Betriebsdauer der Kupplung ab.
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Um den Verschleiß einer Kupplung hinreichend genau bestimmen zu können, ist es aus der
DE 10 2011 080 713 A1 bekannt, dass bei einem vorgegebenen Kupplungsschlupf und einem vorgegebenen Kupplungsmoment in einem frühen Reibbelagtestpunkt ein früherer Kupplungsbetätigungsweg bestimmt und abgespeichert wird. Später wird erneut bei dem vorgegebenen Kupplungsschlupf und dem vorgegebenen Kupplungsmoment in einem späteren Reibbelagtestpunkt ein späterer Kupplungsbetätigungsweg bestimmt. Aus dem früheren und dem späteren Kupplungsbetätigungsweg wird ein Differenzwert bestimmt und unter Einbeziehung des Differenzwertes ein Reibbelagverschleiß ermittelt.
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Die
DE 10 2011 087 918 A1 offenbart einen Reibbelag mit Verschleißanzeige, welche an einem Außenumfang des Reibbelages als eine sich über die Belagstärke axial ändernde Kontur ausgebildet ist. Mittels dieser Kontur kann von außen überprüft werden, in welchem Verschleißzustand sich die Reibungskupplung befindet.
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In heutiger Zeit werden Reibungskupplungen entwickelt, die über eine hydrostatische Strecke betätigt werden. Ein Kolben im Geberzylinder eines Hydrostataktors wird elektromotorisch verstellt und über eine Hydraulikflüssigkeit in der hydrostatischen Strecke wird ein Kolben im Nehmerzylinder betätigt. Der Kolben des Nehmerzylinders wirkt über ein Ausrücklager auf Hebelfederspitzen, die dann bei Betätigung der Kupplungsplatte von der Kupplungsscheibe abhebt und damit die Übertragung vom Moment über die Kupplung unterbricht. Unbetätigt schließt die vorgespannte Hebelfeder die Kupplung.
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Es sind Kupplungen bekannt, welche ohne Nachstellmechanismus für eine Verschleißerscheinung ausgerüstet sind, um wenig Bauraum zu beanspruchen. Bei diesen Ausgestaltungen ist es nur möglich, den Verschleißzustand durch ein Auseinanderbauen der Reibungskupplung zu erkennen bzw. durch eine entsprechende Geräuschbelästigung, die bei einer verschlissenen Kupplung im Fahrzeug auftritt, zu detektieren. Somit kann bei herkömmlichen Verfahren das Verschleißende der Kupplung erst nach dem Ausfall des Systems erkannt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustandes einer Reibungskupplung anzugeben, bei welchem auch ohne vorhandenen Verschleißnachstellmechanismus eine zuverlässige Bestimmung des Verschleißes des Reibbelages der Reibungskupplung möglich ist.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Bestimmung des Verschleißzustandes der Reibungskupplung ein Ausrückweg des Ausrücklagers ausgewertet wird. Die Messung und Auswertung des Ausrückweges des Ausrücklagers erlaubt eine zuverlässige Vorhersage des Ausfalls des Kupplungssystems, so dass ein Austausch der Reibungskupplung schon frühzeitig ausgeführt werden kann.
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Vorteilhafterweise wird zur Messung des Ausrückweges des Ausrücklagers ein Wegsensor im Ausrücklager verwendet. Da Wegsensoren in beliebig kleiner Form bekannt sind, ist es möglich, unter Beanspruchung von nur wenig Bauraum diesen im Ausrücklager vorzusehen. Somit muss für Toleranzbetrachtungen nur wenig Weg im Ausrücklager vorgehalten werden.
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In einer Ausgestaltung wird zur Auswertung des Verschleißzustandes der Reibungskupplung eine Differenz zwischen einem Ausrückweg einer neuen Reibungskupplung und einem aktuellen Ausrückweg der in Betrieb befindlichen Reibungskupplung gebildet, wobei auf einen Verschleiß der Reibungskupplung geschlossen wird, wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Da der Ausrückweg des Ausrücklagers bei einer neuen Reibungskupplung immer größer ist als bei einer im Betrieb befindlichen Reibungskupplung, lässt sich einfach durch eine Schwellwertüberschreitung der Differenz, die immer größer wird, je kleiner der Ausrückweg der aktuellen, im Betrieb vorhandenen Reibungskupplung sich einstellt, der Verschleißzustand der Reibungskupplung zuverlässig voraussagen.
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In einer Variante wird der Ausrückweg der neuen Reibungskupplung in einem Initialisierungsvorgang nach einem Entlüftungsvorgang der hydraulischen Strecke im unbetätigten Zustand der Reibungskupplung bestimmt. Da sich bei dem Entlüftungsvorgang in der hydraulischen Strecke immer ein Umgebungsdruck einstellt, wird das Ausrücklager hierbei immer seinen maximalen Ausrückweg liefern. Dieser Ausrückweg wird in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt und steht für einen späteren Vergleich mit dem aktuellen Ausrückweg des Ausrücklagers der in Betrieb befindlichen Reibungskupplung zur Verfügung.
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In einer Ausführungsform wird der aktuelle Ausrückweg nach jeweils einem Entlüftungsvorgang der hydraulischen Strecke ermittelt. Der Entlüftungsvorgang ist dabei Voraussetzung für jede Ausrückwegmessung, da in diesem Zustand Umgebungsdruck im hydraulischen System vorliegt und von der Kupplung keinerlei Betätigungsdruck aufgebracht wird.
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In einer Weiterbildung werden der neue und der aktuelle Ausrückweg des Ausrücklagers in Bezug auf einen Referenzpunkt des Ausrücklagers bestimmt, wobei sich in diesem Referenzpunkt das Ausrücklager gegen ein Kupplungsbauteil abstützt. Dieser Referenzpunkt wird dann einfach als Nullpunkt für die weitere Messung des Ausrückweges zugrunde gelegt.
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Vorteilhafterweise stellt der den neuen oder den alten Ausrückweg gegenüber dem Referenzpunkt kennzeichnende Wegpunkt einen Gleichgewichtszustand dar, bei welchem das Ausrücklager mit gleicher Kraft auf Zungen der Hebelfeder sowie die Zungen der Hebelfeder auf das Ausrücklager drücken. Damit hat sich die Hebelfeder bei reduziertem Reibbelag der Kupplungsscheibe an den aktuellen Zustand angepasst. Die Hebelfeder drückt dabei gegen das Ausrücklager und verringert den aktuellen Ausrückweg des Ausrücklagers.
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In einer Ausgestaltung werden der neue und/oder der aktuelle Ausrückweg bei stehendem Fahrzeug und inaktivem Antriebsmotor ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass keinerlei oder möglichst wenig Rauschanteile auf das Signal des Wegsensors übertragen werden.
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In einer Variante werden die den Ausrückweg angebenden Signale des Wegsensors gefiltert. Durch diese Filterung werden ebenfalls im realen System auftretende Rauscheinflüsse, die in die Differenz von neuem und aktuellem Ausrückweg eingehen, minimiert, wodurch Fehlerkennungen vermieden werden.
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In einer Ausführungsform wird die Reibungskupplung vor der Ermittlung eines ersten aktuellen Ausrückweges des Ausrücklagers durch Einstellung mehrerer Schlupfzustände eingefahren. Dadurch wird ein Verklemmen der Reibungskupplung oder des Ausrücklagers bei einer neuen Kupplung unterbunden und Fehldiagnosen werden ausgeschlossen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher dargestellt werden.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Hybridantriebes,
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2 ein schematischer Aufbau eines hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems,
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3 ein Ausführungsbeispiel eines Ausrücklagers bei einer neuen Reibungskupplung,
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4 ein Ausführungsbeispiel des Ausrücklagers im verschlissenen Zustand der Reibungskupplung,
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5 eine Prinzipdarstellung des Verlaufes einer Differenz des Ausrückweges über den Verschleiß der Reibungskupplung.
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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. Bei dieser Hybridtrennkupplung 4 handelt es sich um eine unbetätigt geschlossene Kupplung, wie sie beispielsweise auch in Handschaltergetrieben eingesetzt wird. Die Hybridtrennkupplung 4 ist dabei als Reibungskupplung ausgebildet. 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, die zwischen dem Elektromotor 3 und dem Getriebe 9 angeordnet sind. Das Getriebe 9 überträgt das von dem Verbrennungsmotor 2 und/oder dem Elektromotor 3 erzeugte Drehmoment auf die Antriebsräder 10 des Hybridfahrzeuges. Der Elektromotor 3 und das Getriebe bilden dabei ein Getriebesystem 11, welches von einem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 angesteuert wird.
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Die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 angeordnete Hybridtrennkupplung 4 wird geschlossen, um während der Fahrt des Hybridfahrzeuges 1 mit dem von dem Elektromotor 3 erzeugten Drehmoment den Verbrennungsmotor 2 zu starten oder während eines Boostbetriebes mit angetriebenem Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor 3 zu fahren. Die Hybridtrennkupplung 4 wird dabei von dem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 betätigt.
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In 2 ist schematisch der Aufbau eines automatischen Kupplungsbetätigungssystems 13 am Beispiel eines schematisch dargestellten hydrostatischen Kupplungsaktors 12 (HCA) dargestellt, wie dieser in Fahrzeugen zum Einsatz kommt. Das Kupplungsbetätigungssystem 13 umfasst auf der Geberseite 14 ein Steuergerät 15, welches einen weiteren Elektromotor 16 ansteuert, der wiederum ein Spindelgetriebe 17 zur Umwandlung der Rotationsbewegung des Elektromotors 16 in eine Translationsbewegung eines Kolbens 18 antreibt, der innerhalb eines Geberzylinders 19 axial beweglich gelagert ist. Der Elektromotor 16, der Kolben 18 sowie der Geberzylinder 19 bilden dabei den hydrostatischen Kupplungsaktor 12.
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Verursacht eine Drehbewegung des Elektromotors 16 eine Positionsänderung des Kolbens 18 im Geberzylinder 19 entlang des Kupplungsweges nach rechts, wird das Volumen des Geberzylinders 19 verändert, wodurch ein Druck p in dem Geberzylinder 19 aufgebaut wird, der über ein Druckmittel 20 in Form einer Hydraulikflüssigkeit über eine Hydraulikleitung 21 zur Nehmerseite 22 des hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems 13 übertragen wird. Die Hydraulikleitung 21 ist bezüglich ihrer Länge und Form der Bauraumsituation des Fahrzeuges angepasst. Auf der Nehmerseite 22 verursacht der Druck p des Druckmittels 20 in einem Nehmerzylinder 23 eine Wegänderung, die auf die Hybridtrennkupplung 4 übertragen wird, um diese zu betätigen. Der Geberzylinder 19, die Hydraulikleitung 21 und der Nehmerzylinder 23 bilden dabei die hydraulische Strecke. Der Nehmerzylinder 23 greift zur Betätigung der Hybridtrennkupplung 4 in ein Ausrücklager 24 ein, welches gegen die Zungen einer Tellerfeder 25 drückt und somit die Hybridtrennkupplung 4 bewegt.
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Weiterhin weist der Geberzylinder 19 eine Schnüffelbohrung 26 auf, die im geöffneten Zustand das Druckmittel 20 mit einem Ausgleichsbehälter 27 verbindet. Dies ist notwendig, um eine Volumenausdehnung des Druckmittels 20 infolge von Temperaturänderungen bzw. durch Luftbläschen auszugleichen. Bei diesem Vorgang nimmt das Druckmittel 20 wieder Umgebungsdruck an und steht für einen folgenden Kupplungsvorgang zur Verfügung. Dieser wird gestartet, wenn sich der Kolben 18 des Geberzylinders 19 wieder nach rechts verschiebt, wobei die Schnüffelbohrung 25 von dem Kolben 18 verschlossen wird und der Schnüffelvorgang beendet ist.
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In 3 ist die Hybridtrennkupplung 4 in einem neuen Zustand dargestellt. Dabei ist das Ausrücklager 24 verdeutlicht, welches über die Zungen der Tellerfeder 25 auf die Kupplungsdruckplatte 28 zugreift. Zwischen Kupplungsdruckplatte 28 und einer Schwungscheibe 29 ist die Kupplungsscheibe 30 angeordnet, welche einen Reibbelag aufweist. Da die Hybridtrennkupplung 4 im unbetätigten Zustand geschlossen ist, drückt die Tellerfeder 25 im vorgespannten Zustand die Kupplungsdruckplatte 28 auf die Kupplungsscheibe 30 und diese wiederum gegen die Schwungscheibe 29.
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Ein in dem Ausrücklager 24 angeordneter Wegsensor 31 misst dabei einen Ausrückweg sneu, welcher einen Abstand zwischen der Position B des Ausrücklagers 24 und einem Referenzpunkt A darstellt. Unter dem Referenzpunkt A des Ausrücklagers 24 soll dabei ein Punkt verstanden werden, in welchem sich das Ausrücklager 24 gegen eine nicht weiter dargestellte Getriebeglocke der Hybridtrennkupplung 4 abstützt. Der Punkt B stellt den Wegpunkt dar, bei dem das Ausrücklager 24 mit der gleichen Kraft auf die Zungen der Tellerfeder 25 drückt, wie die Zungen der Tellerfeder 25 auf das Ausrücklager 24. Dieser Gleichgewichtszustand verändert sich im unbetätigten Zustand der Hybridtrennkupplung 4 durch Verschleiß des Reibbelages an der Kupplungsscheibe 30. Dies ist in 4 verdeutlicht, wo die Hybridtrennkupplung 4 im verschlissenen Zustand dargestellt ist. Dabei wird von dem Wegsensor 31 ein Ausrückweg s ermittelt, bei welchem sich die Tellerfeder 25 in Richtung Ausrücklager 24 bewegt hat, so dass bei reduziertem Reibbelag der Kupplungsscheibe 30 der Ausrückweg s kleiner ist als der neue Ausrückweg sneu der Hybridtrennkupplung 4.
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Zur Feststellung, ob die Hybridtrennkupplung 4 sich in einem Verschleißzustand befindet und ausgetauscht werden muss, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei dem neu in das Fahrzeug eingebauten Kupplungsbetätigungssystem 13 durch den Wegsensor 31 der neue Weg sneu des Ausrücklagers 24 gemessen. Dies passiert in einer Inbetriebnahme-Routine im unbetätigten Zustand der geschlossenen Hybridtrennkupplung 4 direkt nach einem Schnüffelvorgang, der auch als Entlüftungsvorgang bezeichnet wird. Dieser Wert sneu des Ausrückweges wird in einen nichtflüchtigen Speicher des Steuergerätes 15 für den späteren Vergleich abgespeichert.
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Im sich an die Inbetriebnahme-Routine anschließenden Betrieb der Hybridtrennkupplung 4 wird dann der aktuelle Wert s des Ausrückweges mit s = B – A ebenfalls immer nach einem Schnüffelvorgang gemessen. Anschließend wird eine Differenz d = sneu – s gebildet. Da der Ausrückweg sneu aufgrund nicht vorhandenen Verschleißes immer größer ist als der aktuelle Ausrückweg s kann die Differenz mit einem Schwellwert SW verglichen werden. Übersteigt die Differenz den Schwellwert SW, d.h. hat der Ausrückweg s des aktuellen Kupplungszustandes stark nachgelassen, so kann darauf geschlossen werden, dass die Hybridtrennkupplung 4 verschlissen ist und ausgetauscht werden muss.
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Wie aus 5 ersichtlich, in welcher die Differenz d im vollbetätigten Zustand der Hybridtrennkupplung 4 über dem Verschleiß dargestellt ist, nimmt die Differenz d im vollbetätigten Zustand im Neuzustand der Hybridtrennkupplung 4 negative Werte an. Diese Differenz d verändert sich mit dem Verschleiß und nähert sich dem Schwellwert SW an, wobei bei einer Schwellwertüberschreitung die Hybridtrennkupplung 4 ausgetauscht wird.
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Sowohl während der Inbetriebnahme-Routine zur Bestimmung des neuen Ausrückweges sneu als auch bei der Messung des aktuellen Ausrückweges s im Betrieb des Fahrzeuges, ist der Verschleiß bei stehendem Fahrzeug mit inaktivem Verbrennungsmotor 2 und inaktiven Elektromotor 3 durchzuführen, um das Signal des Wegsensors 31 mit möglichst wenig Rauschanteilen zu beaufschlagen.
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Durch das vorliegende Verfahren wird eine Diagnosemöglichkeit bei Kupplungsbetätigungssystemen ohne Verschleißnachstellsystem angegeben, bei welchem bei verbauter Kupplung der Verschleißzustand zuverlässig festgestellt werden kann. Durch die Verwendung des Wegsensors 31 zur Messung des Ausrückweges des Ausrücklagers 24 kann die bisher verwendete Verschleißerkennung (End of Life) deutlich verbessert werden. Schon vor dem Ausfall der Kupplung kann der Fahrzeugnutzer über den notwendigen Tausch der Kupplung informiert werden. Zur Reduktion von Fehlererkennungen kann die Auswertung des Ausrückwegsensors mit der eingetragenen Gesamtenergie plausibilisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebstrang
- 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
- Geberseite
- 15
- Steuergerät
- 16
- Elektromotor
- 17
- Spindelgetriebe
- 18
- Kolben
- 19
- Geberzylinder
- 20
- Druckmittel
- 21
- Hydraulikleitung
- 22
- Nehmerseite
- 23
- Nehmerzylinder
- 24
- Ausrücklager
- 25
- Tellerfeder
- 26
- Schnüffelbohrung
- 27
- Ausgleichsbehälter
- 28
- Kupplungsdruckplatte
- 29
- Schwungscheibe
- 30
- Kupplungsscheibe
- 31
- Wegsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011080713 A1 [0003]
- DE 102011087918 A1 [0004]
