DE102016218613A1

DE102016218613A1 - Verfahren zur Überwachung des Funktionszustandes eines automatisierten Kupplungsbetätigungssystems

Info

Publication number: DE102016218613A1
Application number: DE102016218613.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Irtenkauf; Markus Kneissler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2017-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Funktionszustandes eines Kupplungsbetätigungssystems, bei welchem die Kupplung (12) durch einen hydrostatischen Kupplungsaktor (4, 5, 6, 7) betätigt wird, wobei ein, in dem hydrostatischen Kupplungsaktor in einem Geberzylinder (7) gelagerter Kolben (6) bewegt wird, welcher über ein in einer hydrostatischen Übertragungsstrecke enthaltenes Druckmittel (8) einen die Kupplung (12) betätigenden Nehmerzylinder (11) betätigt und eine Wegänderung des Kolbens (6) des Geberzylinders (7) als Weg des hydrostatischen Kupplungsaktors gemessen wird. Bei einem Verfahren, bei welchem festgestellt werden kann, ob die Kupplung einen hohen Verschleiß aufweist, wird ein Zeitraum (t), in welchem sich der hydrostatische Kupplungsaktor von einer ersten Position (P1) zu einer zweiten Position (P2) bewegt, bestimmt und mit einem Zeitschwellwert (TZ) verglichen, wobei bei einer Überschreitung des Zeitschwellwertes (TZ) auf funktionale Einschränkungen des Kupplungsbetätigungssystems (1) geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Funktionszustandes eines Kupplungsbetätigungssystems, bei welchem die Kupplung durch einen hydrostatischen Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein in dem hydrostatischen Kupplungsaktor, in einem Geberzylinder gelagerter Kolben bewegt wird, welcher über ein in einer hydrostatischen Übertragungsstrecke enthaltenes Druckmittel einen die Kupplung betätigenden Nehmerzylinder betätigt und eine Wegänderung des Kolbens des Geberzylinders als Weg des hydrostatischen Kupplungsaktors gemessen wird. Aus der DE 10 2012 220 178 A1 ist ein Verfahren zur Fehlerdetektion in einem hydraulischen Kupplungsbetätigungssystem bekannt, bei welchem auf einen Fehler erkannt wird, wenn entweder der Druck des Druckmittels an einer vorgegebenen Position des Aktors kleiner ist als ein vorgegebener Mindestdruckgrenzwert oder die Strecke zwischen der Position des aktuellen Tastpunktes der Kupplung sowie einer vorgegebenen Position auf dem Aktorweg kleiner ist als ein vorgegebener Positionsreferenzgrenzwert.
Die EP 2 516 878 B1 beschreibt ein Verfahren zur Leckageprüfung in einem automatisierten elektrohydraulischen Kupplungssystem in einem Fahrzeug, in welchem ein defektes System erkannt wird, wenn eine Druckmessung in dem Aktor durchgeführt wird und durch eine Referenzierung der Druckmessung mit einer Kupplungskennlinie eine Verstimmung in der Wegbeziehung zwischen dem elektromechanischen Aktuator und der Kupplung detektiert wird.
Im Fahrbetrieb unterliegt vor allem der Belag der Kupplungsscheibe einem Verschleiß, der bei konventionellen ausgerückten Kupplungen zu einem Anstieg der Ausrückkräfte führt. Am hydrostatischen Kupplungsaktors steigen dadurch Druck und Ausrückweg an. Allerdings sind anhand der Druck- und Ausrückkurve die Schädigung des Kupplungsbetätigungssystems sowie der Verschleiß der Kupplung nicht eindeutig bestimmbar.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei welchem der Verschleißzustand des automatisierten Kupplungsbetätigungssystems zuverlässig ermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Zeitraum, in welchem sich der hydrostatische Kupplungsaktor von einer ersten Position zu einer zweiten Position bewegt, bestimmt wird, und mit einem Zeitschwellwert verglichen wird, wobei bei einer Überschreitung des Zeitschwellwertes auf funktionale Einschränkungen des Kupplungsbetätigungssystems geschlossen wird. Bei einer Überschreitung des Zeitschwellwertes auf Grund eines Verschleißes des Kupplungsbetätigungssystems werden Maßnahmen ergriffen, die die Funktionalität sicherstellen.
Vorteilhafterweise erfolgt bei einer Überschreitung einer maximalen Zeitbegrenzung, welche größer ist als der Zeitschwellwert, eine Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des Kupplungsbetätigungssystems. Hierbei ist es notwendig, dass das Fahrzeug schnellstmöglich an eine Werkstatt überstellt wird, um die vorgelegten Fehler zu beheben.
In einer Ausgestaltung wird bei mehreren Kupplungsbetätigungsvorgängen, bei welchen der hydrostatische Kupplungsaktor zwischen den beiden Positionen bewegt wird, jeweils bei Überschreitung des Zeitschwellwertes ein Zähler erhöht, wobei auf ein Erreichen der maximalen Zeitbegrenzung erkannt wird, wenn der Zähler einen vorgegebenen Zählerwert erreicht hat. Durch die Überschreitung des Zeitschwellwertes wird deutlich erkannt, wann eine kontinuierliche Fehlfunktion des Kupplungsbetätigungssystems vorliegt. Da zwischen den unterschiedlichen Betätigungsvorgängen der Kupplung auch Vorgänge auftreten können, bei welchen das Kupplungsbetätigungssystem zuverlässig arbeitet, wird auf eine dauerhafte Schädigung des Kupplungsbetätigungssystems erst geschlossen, wenn die maximale Zeitbegrenzung erreicht ist.
In einer Weiterbildung stellt der Zeitschwellwert einen Zeitraum dar, welchen der hydrostatische Kupplungsaktor benötigt, um die Kupplung von einem geschlossenen Zustand bis zu einer Position mit einem definierten Kupplungsmoment, vorzugsweise einem Tastpunkt, zu verfahren. Unter einem Tastpunkt soll die Position der Kupplung verstanden werden, bei welchem die Kupplung beginnt ein Moment zu übertragen. In einer Ausführungsform wird beim Verfahren der Kupplung von der ersten zu der zweiten Position ein Druckwert in der hydrostatischen Übertragungsstrecke ermittelt, der mit einem Druckschwellwert verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Druckschwellwertes auf eine Funktionsunfähigkeit des Kupplungsbetätigungssystems geschlossen wird. Wenn zusätzlich zu dem Zeitschwellwert der Druckschwellwert im dynamischen Betrieb wiederholt überschritten wird, ist dies ebenfalls ein Hinweis auf einen unzulässig hohen Verschleiß. In diesem Fall ist ein Hinweis an den Fahrer bzw. die Werkstatt eine sinnvolle Maßnahme. Ein zusätzlicher Druckanstieg kann nicht nur durch Verschleiß sondern durch erhöhte Reibung im Ausrücksystem oder in der Kupplung entstehen. Der Druckanstieg deutet somit nicht nur auf den Verschleiß sondern auch auf ein anderes schwerwiegendes Fehlverhalten des Kupplungsbetätigungssystems hin.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei Erreichen der maximalen Zählwerte für die Betätigungszeit und/oder den Druck ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben. Durch diese Signale wird der Fahrer darauf hingewiesen, dass sich dauerhaft ein kritischer Verschleißzustand an dem Kupplungsbetätigungssystem eingestellt hat und ein Werkstattbesuch erforderlich ist, um funktionale Einschränkungen während des Fahrbetriebes zu unterbinden.
In einer Weiterbildung wird bei Erreichen der maximalen Zeitbegrenzung das Kupplungsbetätigungssystem in einen sicheren Zustand überführt. Dadurch funktioniert das Kupplungsbetätigungssystem zwar nur noch in einem begrenzten Zustand, gefährlichen Situationen während des Fahrbetriebes werden aber vermieden.
In einer Ausgestaltung wird in dem sicheren Zustand ein maximales Motormoment begrenzt. Durch die Begrenzung des Motormomentes wird der Weg, welchen die Kupplung bis zum Tastpunkt zurücklegen muss, reduziert, so dass sichergestellt wird, dass die Kupplung schneller geöffnet werden kann. Dabei wird die Kupplung mit dem Kupplungsaktor nicht mehr komplett geschlossen und so durch den verkürzten Weg die Zeitschwelle wieder eingehalten.
Vorteilhafterweise wird die Begrenzung des Motormomentes flexibel durchgeführt, indem eine maximal noch erlaubte erste Position des hydrostatischen Kupplungsaktors ermittelt wird und das Motormoment in Abhängigkeit vom Zustand des Kupplungsbetätigungssystems auf ein in diesem Zustand erlaubtes maximales Motormoment begrenzt wird. Dadurch wird im Fahrbetrieb die korrekte Funktion des Kupplungsbetätigungssystems sichergestellt und eine genügende Systemfunktionalität gewährleistet.
In einer Variante erfolgt die Prüfung des Verschleißzustandes während eines Fahrbetriebes eines Fahrzeuges. Dies hat den Vorteil, dass eine zeitnahe Erfassung des Zustandes des Kupplungsbetätigungssystems im laufenden Betrieb möglich ist. Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: einen schematischen Aufbau eines hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems,
2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3: eine Kennlinie einer Ausrückzeit der Kupplung über einem Verschleißzustand,
4: eine Kennlinie der Ausrückzeit der Kupplung über einem Druck in der hydrostatischen Übertragungsstrecke,
5: eine Kupplungskennlinie des Drucks über einem Aktorweg.
In 1 ist schematisch der Aufbau eines automatisierten Kupplungsbetätigungssystems 1 am Beispiel eines schematisch dargestellten hydraulischen, hydrostatischen Kupplungsaktors (HCA) dargestellt, wie es in Fahrzeugen zum Einsatz kommt. Das hydraulische Kupplungsbetätigungssystem 1 umfasst auf der Geberseite 2 ein Steuergerät 3, welches einen Elektromotor 4 ansteuert, der wiederum ein Getriebe 5 zur Umwandlung der Rotationsbewegung des Elektromotors 4 in eine Translationsbewegung eines Kolbens 6 antreibt, der innerhalb eines Geberzylinders 7 axial beweglich gelagert ist. Verursacht eine Drehbewegung des Elektromotors 4 eine Positionsänderung des Kolbens 6 im Geberzylinder 7 entlang des Aktorweges nach rechts wird das Volumen des Geberzylinders 7 verändert, wodurch ein Druck p in dem Geberzylinder 7 aufgebaut wird, der über ein Druckmittel 8 über eine Hydraulikleitung 9 zur Nehmerseite 10 des hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems 1 übertragen wird. Die Hydraulikleitung 9 ist bezüglich ihrer Länge und Form der Bauraumsituation des Fahrzeuges angepasst.
Auf der Nehmerseite 10 verursacht der Druck p des Druckmittels 8 in einem Nehmerzylinder 11 eine Wegänderung, die auf eine Kupplung 12 übertragen wird, um diese zu betätigen. Der Druck p in dem Geberzylinder 7 auf der Geberseite 3 des hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems 1 kann mittels eines Sensors 13 ermittelt werden. Bei dem Sensor 13 handelt es sich bevorzugt um einen Drucksensor. Die von dem Kupplungsaktor zurückgelegte Wegstrecke wird mittels eines zweiten Sensors 14 ermittelt, welcher als Wegsensor ausgebildet ist. In dieser Darstellung ist das hydraulische Kupplungsbetätigungssystem 1 für nur eine Kupplung 12 schematisch dargestellt. Im Fall eines Doppelkupplungssystems wird die zweite Kupplung analog betätigt.
Das Kupplungsbetätigungssystem 1 unterliegt während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges einem Verschleiß, wo unter anderem der Belag einer Kupplungsscheibe abgebrannt wird. Dies führt zu einem Anstieg der Ausrückkräfte, wodurch Druck und Ausrückweg an der Kupplungsbetätigungseinrichtung 1 ansteigen. Um einen Verschleiß zu erkennen, ist in 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In dem Steuergerät 3 wird zu Beginn dieser Routine im Schritt 100 ein Zähler n für einen Zeitschwellwert T_Z und ein Zähler p für den Druckschwellwert S_P jeweils auf n = 0 und p = 0 gesetzt. Im Schritt 110 bzw. 140 bewegt der Kupplungsaktor die Kupplung 12 von einer ersten Position P1 zu einer zweiten Position P2. Dabei wird die Zeit t, die die Kupplung 12 benötigt, um ausgehend von der Ausgangsposition P1 die zweite Position P2 zu erreichen, ermittelt. Im Schritt 120 wird die ermittelte Zeit t mit einem Schwellwert T_Z verglichen. Der Schwellwert T_Z entspricht der Zeit, welche die Kupplung 12 benötigt, um aus dem geschlossenen Zustand bis zu dem Tastpunkt TP zu verfahren, wo die Kupplung 12 kein relevantes Moment mehr überträgt. Ist diese benötigte Zeit t größer/gleich dem Schwellwert T_Z, dann wird der Zählerwert n um 1 erhöht (Schritt 130). Ist die ermittelte Zeit t aber kleiner als der Schwellwert T_Z, so wird zum Schritt 170 übergegangen.
Parallel zum Schritt 120 wird ein im Schritt 140 gemessener maximaler Druckwert p mit dem Druckschwellwert S_P verglichen (Schritt 150). Ist dieser Druckwert p größer/gleich dem Druckschwellwert S_P, dann wird der Zählerwert p um 1 erhöht (Schritt 160). Ist der gemessene Druckwert p aber kleiner als der Druckschwellwert S_P, so wird zum Schritt 170 übergegangen.
Im Schritt 170 wird der erreichte Zählerwert n bzw. der Zählerwert p mit einem maximal zulässigen Zählerwert m für die Zeit bzw. einem maximalen Zählerwert q für den Druck verglichen. Ist der aktuelle Zählerwert n bzw. p kleiner als der maximal zulässige Zählerwert m bzw. q, so wird zum Schritt 110 bzw. Schritt 140 zurückgegangen und ein weiterer Kupplungsvorgang abgewartet. Hat aber der aktuelle Zählerwert n bzw. p den maximalen Zählerwert m bzw. q erreicht, wird die Kupplung 12 im Schritt 180 in einen sicheren Zustand überführt und ein optisches und/oder akustisches Warnsignal an den Fahrzeugführer ausgegeben, um die Werkstatt aufzusuchen. In einem solchen sicheren Zustand wird das maximale Motormoment eines nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors begrenzt und damit die Ausgangsposition der Kupplung 12 näher in Richtung des Tastpunktes TP der Kupplung 12 verschoben.
In 3 ist der Verschleißzustand eines neuen Kupplungsbetätigungssystems 20 mit einem längere Zeit im Betrieb befindlichen Kupplungsbetätigungssystems 30 dargestellt. Bei dem neuen Kupplungsbetätigungssystem 20 ist jederzeit sichergestellt, dass die gemessene Zeit t den Zeitschwellwert T_z nicht überschreitet. Im Gegensatz überschreitet das schon längere Zeit im Betrieb gewesene Kupplungsbetätigungssystem 30 den Zeitschwellwert T_Z, so dass der Verschleiß deutlich detektiert werden kann. 4 zeigt die Zeit t des Ausrückens der Kupplung 12 über einen maximalen Druck p. Auch hierbei sind der Druckschwellwert S_P und die Druckbegrenzung p_max dargestellt. Dabei wird ersichtlich, dass bei dem neuen Kupplungsbetätigungssystem 20 die zwischen diesen Parametern aufgespannte Fläche A immer unterhalb sowohl des Zeitschwellwertes T_Z als auch des Druckschwellwertes S_P liegt. Bei einem maximalen Verschleiß des sich im Betrieb befindlichen Kupplungsbetätigungssystems 30, was durch die Fläche B gezeigt wird, ist ersichtlich, dass ein Teil der Fläche B im sicheren Bereich des Kupplungsbetätigungssystems 1 liegt, während ein zweiter Teil der Fläche B sich außerhalb der Schwellwerte T_Z und S_P befindet, was zum Ausdruck bringt, dass sich das Kupplungsbetätigungssystem 30 in einem Bereich außerhalb der für das System spezifizierten Parameter befindet.
5 zeigt den hydraulischen Druck p über dem Aktorweg s. Auch hier sind zur Gegenüberstellung ein Erstbetrieb des Kupplungsbetätigungssystems 20 und ein abgenutztes Kupplungsbetätigungssystem 30 dargestellt. Dabei zeigt die geschlossene Kurve jeweils das Ausrücken der Kupplung 12, während beim Einrücken der Kupplung 12 jeweils eine Hysterese gegeben ist, die durch die gestrichelte Kurve gekennzeichnet ist.
Durch das vorgeschlagene Verfahren ist eine Überwachung des Kupplungssystemzustandes während des Fahrbetriebes mittels Druck und Positionssensorik sowie durch eine logische Auswertung in der Software des Kupplungsbetätigungssystems 1 und durch einen Vergleich mit der Systemauslegung bzw. Nominalfunktionalität des Kupplungsbetätigungssystems 1 möglich. Das beschriebene Verfahren kann bei E-Clutch-Systemen CBW (Clutch-by-wire), ECM (Electronic Clutch Management) sowie Trennkupplungen für Hybridanwendungen jeweils mit konventionell aufgedrückter Kupplung 12 und semi-hydraulischen Ausrücksystemen mit einem hydrostatischen Kupplungsaktor angewendet werden. Der Verwendungszweck der Erfindung ist die Ermittlung und Diagnose des Kupplungssystemzustandes im Fahrbetrieb, um den Kupplungsverschleiß oder die Funktionalität der Systemkomponenten des Kupplungsbetätigungssystems zu überwachen.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsbetätigungssystem
2: Geberseite
3: Steuergerät
4: Elektromotor
5: Getriebe
6: Kolben
7: Geberzylinder
8: Druckmittel
9: Hydraulikleitung
10: Nehmerseite
11: Nehmerzylinder
12: Kupplung
13: Sensor
14: Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012220178 A1 [0001]
EP 2516878 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung des Funktionszustandes eines Kupplungsbetätigungssystems, bei welchem die Kupplung (12) durch einen hydrostatischen Kupplungsaktor (4, 5, 6, 7) betätigt wird, wobei ein, in dem hydrostatischen Kupplungsaktor in einem Geberzylinder (7) gelagerter Kolben (6) bewegt wird, welcher über ein in einer hydrostatischen Übertragungsstrecke enthaltenes Druckmittel (8) einen die Kupplung (12) betätigenden Nehmerzylinder (11) betätigt und eine Wegänderung des Kolbens (6) des Geberzylinders (7) als Weg des hydrostatischen Kupplungsaktors gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitraum (t), in welchem sich der hydrostatische Kupplungsaktor von einer ersten Position (P1) zu einer zweiten Position (P2) bewegt, bestimmt wird, und mit einem Zeitschwellwert (TZ) verglichen wird, wobei bei einer Überschreitung des Zeitschwellwertes (TZ) auf funktionale Einschränkungen des Kupplungsbetätigungssystems (1) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überschreitung einer maximalen Zeitbegrenzung, welche größer ist als der Zeitschwellwert (TZ), eine Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des Kupplungsbetätigungssystems (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Kupplungsbetätigungsvorgängen, bei welchen der hydrostatische Kupplungsaktor zwischen den beiden Positionen (P1, P2) bewegt wird, jeweils bei Überschreitung des Zeitschwellwertes (TZ) ein Zähler erhöht wird, wobei auf ein Erreichen der maximalen Zeitbegrenzung erkannt wird, wenn der Zähler einen vorgegebenen Zählerwert (m) erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitschwellwert (TZ) einen Zeitraum darstellt, welchen der hydrostatische Kupplungsaktor benötigt, um die Kupplung (12) von einem geschlossenen Zustand bis zu einer Position mit einem definierten Kupplungsmoment, vorzugsweise einem Tastpunkt (TP), zu verfahren.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahren der Kupplung (12) von der ersten zu der zweiten Position (P1, P2) ein Druckwert (p) in der hydrostatischen Übertragungsstrecke ermittelt wird, der mit einem Druckschwellwert (SP) verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Druckschwellwertes (SP) auf eine Funktionsunfähigkeit des Kupplungsbetätigungssystems (1) geschlossen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der maximalen Zählerwerte (m, q) für die Betätigungszeit (t) und/oder den Druck (p) ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der maximalen Zeitbegrenzung das Kupplungsbetätigungssystem (1) in einen sicheren Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem sicheren Zustand ein maximales Motormoment begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung des Motormomentes flexibel durchgeführt wird, indem eine maximal noch erlaubte erste Position des hydrostatischen Kupplungsaktors ermittelt wird und das Motormoment in Abhängigkeit vom Zustand des Kupplungsbetätigungssystems (1) auf ein in diesem Zustand erlaubtes maximales Motormoment begrenzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung des Verschleißzustandes während eines Fahrbetriebes eines Fahrzeuges erfolgt.