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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 101 31 434 A1 sind eine Verschleißerkennungseinrichtung und -verfahren bekannt, bei welchen ein Verschleißindex über die Lebensdauer der Kupplung und mindestens ein weiterer betriebsabhängiger Kupplungswert gebildet werden. In Abhängigkeit von mindestens diesen beiden Werten wird ein Verschleißerkennungssignal ausgegeben. Die Verschleißerkennung erfolgt dabei mithilfe eines Zählers, dessen Inhalt sowohl inkrementiert als auch dekrementiert werden kann. Dieser Zähler wird in Abhängigkeit von dem Verschleißindex nach jedem abgeschlossenen Adaptionsvorgang berechnet. Wenn der Zähler seinen Maximalwert erreicht hat und gleichzeitig mindestens ein weiterer Betriebswert einen vorbestimmten Grenzwert erreicht oder überschritten hat, wird auf einen Verschleiß der Kupplung gesetzt.
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Die
WO 2017/025087 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung im Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei anhand von laufend ermittelten Kennwerten eines Tastpunkts und eines Reibwerts der Reibungskupplung die Kupplungskennlinie laufend adaptiert wird.
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Aus der nachveröffentlichten deutschen Anmeldung des Anmelders mit dem Aktenzeichen
DE 10 2016 218 613 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung des Funktionszustandes eines automatisierten Kupplungsbetätigungssystems bekannt, bei welchem 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 Einschränkung des Kupplungsbetätigungssystems geschlossen wird. Bei Überschreitung des Zeitschwellwertes wird ein Zähler erhöht, wobei auf Erreichen der maximalen Zeitbegrenzung erkannt wird, wenn der Zähler einen vorgegebenen Zählerwert erreicht hat.
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Die beschriebenen Lösungen haben den Nachteil, dass sie nur für Trockenkupplungen angewendet werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Lebensdauer einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges anzugeben, welche auf alle Kupplungssysteme angewandt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe also dadurch gelöst, dass bei auftretendem unbeabsichtigten Schlupf ein den Zähler erhöhender erster Betrag mit einem gewichteten Sensivitätsfaktor multipliziert wird. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren nicht nur auf Trockenkupplungen, sondern auch auf nasslaufende Kupplungen und auf Hybridtrennkupplungen in Hybridfahrzeugen angewandt werden kann, da die spezifischen Verschleißeigenschaften der Reibungskupplungen durch die Wichtung des Sensitivitätsfaktors berücksichtigt werden.
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Dabei wird erfindungsgemäß zur Einstellung des gewichteten Sensivitätsfaktors ein vorgegebener Sensitivitätsfaktor in Abhängigkeit von thermischen Effekten und/oder von während einer Kupplungssteuerung gemessenen Adaptivparametern und/oder von im Kupplungsbetätigungssystem bestimmten aktuellen Messgrößen gewichtet. Dadurch wird der Verschleiß im aktuellen Kupplungszustand verifiziert, was bei der Einstellung des Zählers berücksichtigt wird.
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Dabei wird erfindungsgemäß der vorgegebene Sensitivitätsfaktor beim Auftreten von thermischen Effekten in einer Trockenreibungskupplung reduziert, während beim Auftreten von thermischen Effekten in einer nasslaufenden Reibungskupplung der vorgegebene Sensitivitätsfaktor erhöht wird. Damit wird das unterschiedliche Verhalten von Trockenreibungskupplungen, bei welchen ein Verschleißeffekt durch auftretenden Abrieb des Kupplungsbelages geheilt werden kann, gegenüber nasslaufenden Reibungskupplungen, bei welchen der Verschleiß unverändert bestehen bleibt, in die Auswertung einbezogen.
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Dabei wird erfindungsgemäß bei Auftreten von thermischen Effekten an der nasslaufenden Reibungskupplung eine Anzahl der zu zählenden Prüfereignisse reduziert. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei den nasslaufenden Reibungskupplungen, bei welchen die Verschleißeffekte nicht geheilt werden können, nach wenigeren Ereignissen bereits die Lebensdauergrenze erreicht wird, so dass weniger Messpunkte notwendig sind, um eine zuverlässige Aussage über den Verschleißzustand der Reibungskupplung zu erhalten.
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In einer Variante wird der vorgegebene Sensivitätsfaktor anhand während einer Kupplungssteuerung angepasster Parameter gewichtet, wobei diese Adaptivparameter beim Anliegen des Maximalmomentes an der Reibungskupplung ausgewertet werden und als Adaptivparameter ein langfristiger Reibwert und/oder ein langfristiger Tastpunkt der Reibungskupplung betrachtet werden. Solche ständig angepassten Adaptivparameter geben durch ihre Änderungstendenz Hinweise auf das Vorliegen einer Schädigung der Reibungskupplung oder auf das Erreichen ihres Lebensdauerendes, weshalb ein unbeabsichtigtes Schlupfereignis mit einer größeren Sensitivität gewichtet wird. Diesem Ansatz liegt die Tatsache zugrunde, dass mit zunehmendem Verschleiß der langfristige Reibwert abnimmt und der langfristige Tastpunkt steigt. Somit kann aus der Überwachung des laufenden Kupplungszustandes anhand der Adaptivparameter zeitnah erkannt werden, ob die Lebensdauer der Reibungskupplung abgelaufen ist.
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In einer besonders einfachen Ausführung wird der vorgegebene Sensitivitätsfaktor bei Überschreitung eines Tastpunktschwellwertes durch den langfristigen Tastpunkt erhöht, während bei Unterschreitung des Tastpunktschwellwertes durch den langfristigen Tastpunkt der vorgegebene Sensivitätsfaktor verringert wird.
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Eine direkte Plausibilisierung der Lebensdauer aus gemessenen Sensorsignalen ist möglich, wenn aus einem Kupplungsmodell ein maximal zulässiger Weg bzw. ein maximal zulässiger Druck eines Kupplungsbetätigungssystems zum Einstellen des Maximalmoments berechnet wird, wobei die gemessene Messgrößen Druck bzw. Weg mit den aus dem Kupplungsmodell berechneten Modellgrößen verglichen werden und bei Auftreten eines Unterschiedes zwischen den gemessenen Messgrößen und den berechneten Modellgrößen der vorgegebene Sensibilitätsfaktor zur Einstellung des gewichteten Sensivitätsfaktors angepasst wird. Dabei wird berücksichtigt, dass Modellabweichungen die zulässige Maximalposition der Reibungskupplung reduzieren können, wodurch nicht das physikalische Maximalmoment an der Reibungskupplung zur Verfügung steht. In dieser Situation beruht ein unbeabsichtigtes Schlupfereignis auf einem Modellfehler.
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Vorteilhafterweise wird bei Feststellung eines Unterschiedes zwischen den berechneten Modellgrößen und den gemessenen Messgrößen nach einem ersten Schlupfereignis der vorgegebene Sensitivitätsfaktor kleiner gewählt, wobei der Sensivitätsfaktor bei Auftreten des unbeabsichtigten Schlupfes in jeder weiteren Messung erhöht wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei der Prüfung der Messgrößen festgestellt wurde, dass der maximale Druck bzw. der physikalisch maximal zulässige Weg bei Anliegen des Maximalmomentes an der Reibungskupplung nicht mit einer kalibrierbaren Toleranz erreicht wurde. Da diese Modellabweichung durch Adaption bis zum Auftreten des nächsten Schlupfereignisses bereits wieder berichtigt werden kann, wird der Sensitivitätsfaktor bei erneutem Auftreten eines ungewünschten Schlupfereignisses erneut ausgewertet.
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In einer Ausführungsform bleibt der Sensitivitätsfaktor solange reduziert, bis die aktuell gemessenen adaptierten Messgrößen den berechneten Modellgrößen entsprechen. Dabei wird davon ausgegangen, dass nach einer Modellabweichung die Abweichungen an das reale Kupplungsbetätigungssystem 1 nach und nach wieder angepasst werden. Ist dies erreicht, wird davon ausgegangen, dass Modell und reales System wieder übereinstimmen. Mit die ser Plausibilisierung lässt sich eine Fehldetektion des Lebensdauerendes durch Modellfehler verhindern.
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In einer Weiterbildung wird bei Ausbleiben des unbeabsichtigten Schlupfes der Zähler um einen zweiten Betrag reduziert. Die Verschleißeigenschaften von Trockenkupplungen werden durch die separate Auswertung des korrekten Betriebszustandes der Reibungskupplung betrachtet. Bei Trockenkupplungen treten Verschleißzustände beispielsweise bei einer Überhitzung der Trockenkupplung auf und können kurzfristig zu Fehleranzeigen führen. Da die Trockenkupplung aber bei Rücknahme der Überhitzung wieder in ihren Normalzustand zurückkehrt, kann dies durch den Test auf die korrekte Funktion der Kupplung bestimmt werden und der Zähler entsprechend dieser Messfunktion eingestellt werden.
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Vorteilhafterweise wird bei Anliegen des Maximalmotormomentes ohne Auftreten eines unbeabsichtigten Schlupfes der Zähler um einen vorgegebenen zweiten Betrag reduziert, wenn der Schlupf für einen vorgegebenen Zeitraum ausbleibt. Die Anwendung des gleichen Verfahrens erhöht die Robustheit gegen eine Fehlerkennung des Lebensdauerendes bei nasslaufenden Kupplungen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1: einen schematischen Aufbau eines hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems,
- 2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3: eine Kennlinie zum erwarteten Alterungsverhalten von Adaptivparametern,
- 4: eine Kennlinie für Betätigungsschwellen eines hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems.
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In 1 ist schematisch der Aufbau eines automatisierten Kupplungsbetätigungssystems 1 am Beispiel eines schematisch dargestellten hydraulischen, hydrostatischen Kupplungsaktors 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 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.
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Auf der Nehmerseite 10 verursacht der Druck p des Druckmittels 8 in einem Nehmerzylinder 11 eine Wegänderung, die auf eine Reibungskupplung 12 übertragen wird, um diese zu betätigen. Der Druck p in dem Geberzylinder 7 auf der Geberseite 2 des hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems 1 kann mittels eines Sensors 13 ermittelt werden. Bei dem Sensor 13 handelt es sich um einen Drucksensor. Die von dem Kupplungsaktor zurückgelegte Wegstrecke wird mittels eines zweiten Sensors 14 ermittelt, welcher als Wegsensor ausgebildet ist.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, welches mittels des in 1 erläuterten hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems durchgeführt wird. Nach dem Start im Block 100, wo die Reibungskupplung 12 zur Übertragung eines Maximalmomentes angesteuert wird, teilt sich der Ablauf in eine Prüfung des Kupplungsbetätigungssystems 1 auf eine inkorrekte Funktion im Block 201, während alternativ im Block 301 das Kupplungsbetätigungssystem 1 auf eine korrekte Funktion geprüft wird.
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Im Block 201 wird abgefragt, ob das Maximalmoment angefordert und an der Kupplung eingestellt. Ist dies der Fall, so wird im Block 202 abgefragt, ob ein unbeabsichtigter Schlupf oberhalb einer vorgegebenen Schlupfschwelle liegt. Da der Schlupf durch eine Drehzahl, die an der Reibungskupplung 12 anliegt, repräsentiert wird, wird als Schlupfschwelle eine Drehzahlschwelle benutzt. Liegt der unbeabsichtigte Schlupf oberhalb dieser Drehzahlschwelle, wird im Block 203 die Zeitdauer des anliegenden Schlupfes geprüft. Überschreitet die gemessene Zeitdauer einen Zeitschwellwert, wird im Block 204 eine Plausibilisierung vorgenommen, bei welcher ein erster Betrag, der zur Erhöhung eines Zählers genutzt werden soll, mit einem vorgegebenen Sensitivitätsfaktor multipliziert wird. Bei der Plausibilisierung werden beispielsweise Adaptivparameter, wie ein langfristiger Reibwert und ein langfristiger Tastpunkt laufend während des Betriebes des Kupplungsbetätigungssystems 1 überwacht. Es ist bekannt, dass mit zunehmendem Verschleiß der langfristige Reibwert abnimmt und der langfristige Tastpunkt ansteigt, was aufgrund eines Materialabtrages des Kupplungsbelages in einer Trockenkupplung bewirkt wird.
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In 3 ist eine Kennlinie für ein erwartetes Alterungsverhalten des langfristigen Tastpunktes und des langfristigen Reibwertes dargestellt, bei welcher das Moment TrqCL der Reibungskupplung 12 über den Aktorpositionen LCL des Kupplungsaktors gezeigt wird. Die Kennlinie A zeigt dabei den Kennlinienverlauf einer neuen Reibungskupplung 12, während die Kennlinie B den Kennlinienverlauf bei einer verschlissenen Reibungskupplung verdeutlicht, wobei die Tastpunktverschiebung TV und der Reibwertabfall RA verdeutlicht sind. Übersteigt beispielsweise ein langfristiger Tastpunkt einen Tastpunktschwellwert, so wird dadurch bekräftigt, dass die Reibungskupplung 12 einen entsprechenden Verschleiß aufweist und somit ein mögliches Lebensdauerende erreicht wird. Bei einem unbeabsichtigten Schlupf wird der vorgegebene Sensitivitätsfaktor erhöht, was bei einem hohen langfristigen Tastpunkt einer hohen Sensitivität entspricht. Bei einem kleineren langfristigen Tastpunkt, der den Tastpunktschwellwert unterschreitet, wird der Sensitivitätsfaktor kleiner gewählt wird als bei dem hohen langfristigen Tastpunkt.
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Eine weitere Plausibilisierung des Verschleißzustandes der Reibungskupplung 12 kann über aktuell gemessene Messgrößen erfolgen, die mit einem Kupplungsmodell verglichen werden. Wie in 4 dargestellt ist, wird in den Bereichen pmax und Lmax, welche jeweils den maximalen Druck im hydraulischen Kupplungsbetätigungssystem und den maximalen vom Kupplungsaktor zurückgelegten Aktorweg darstellen, das reale Kupplungsbetätigungssystem 1 verdeutlicht. Beim Einstellen des Maximalmomentes an der Reibungskupplung 12 muss die mit einer Hysterese belastete Kupplungskennlinie, die dem normalen Betrieb (Kurve C) entspricht, in den Maximalbereichen pmax und Lmax enden. Führen aber Modellabweichungen dazu, dass ein reduzierter Maximaldruck pmax-real zu reduziertem Maximalmoment der Reibungskupplung 12 führt, so wird dies durch die Modellkennlinie D beschrieben. D.h. in der Kupplungsbetätigung bei vorliegenden Schlupfsituationen wird nicht der maximale Druck pmax, wie er bei Anlegen des Maximalmomentes erreicht werden soll, erreicht. Dieser verringerte Druck pmax-real trägt dazu bei, dass der Aktorweg Lmax-Modell kürzer ist als der erwartete maximale Aktorweg Lmax.
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Wird ein solcher Unterschied zwischen den aus dem Kupplungmodell berechneten Weg- und Druckwerten und den im realen System gemessenen Weg- und Druckwerten ermittelt, wird davon ausgegangen, dass ein unbeabsichtigter Schlupf in dieser Situation auf einem Modellfehler beruht. Wird bei der Prüfung der Messgrößen festgestellt, dass der maximale Druck bzw. der physikalisch zulässige Weg nicht mit einer kalibrierbaren Toleranz erreicht wurden, wird der vorgegebene Sensitivitätsfaktor der Lebensdauererkennung der Reibungskupplung reduziert. Dies passiert so lange, bis die Adaption der Messgrößen die Modellgrößen ausreichend verringern. Anhand der Kupplungskennlinie wird dabei aus dem real erreichten Druck pmax-real der durch den Aktor maximal zurückgelegte Weg Lmax-Modell errechnet. Somit ist eine Verschleiß-unabhängige Bewertung möglich, ob sich die Reibungskupplung 12 am Ende ihrer Lebensdauer befindet.
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Nach der Plausibilisierung werden im Block 205 die thermischen Einflüsse, die zu thermischen Schädigungen des Belages der Reibungskupplung 12 führen, wie beispielsweise Thermoschock oder Fading, betrachtet. Bei trockenen Reibungskupplungen 12 heilen diese thermischen Schädigungen durch Abrieb der betroffenen Belagschicht aus. Da ein gehäuftes Auftreten von thermischen Effekten, wie Fading und Thermoschock, bei verschlissener trockenlaufender Reibungskupplung 12 die Erkennung einer defekten Kupplung verzögert, wird der Sensitivitätsfaktor bei einem unbeabsichtigten Schlupf bei anliegenden Maximalmoment reduziert wird. Bei nasslaufenden Reibungskupplungen, wo kein Ausheilen der betroffenen Belagsschicht möglich ist, wird bei einem erkannten Fading oder Thermoschock die Sensitivität der Nasskupplungen erhöht, da eine Schädigung der Kupplung zu erwarten ist. Das heißt, der vorgegebene Sensitivitätsfaktor, mit dem der Betrag zur Zählererhöhung multipliziert wird, wird erhöht. Im einfachsten Fall kann dieser gewichtete Sensitivitätsfaktor größer oder kleiner 1 sein. Dabei bietet es sich an, dass eine Anzahl von durch den Lebensdauerzähler zu registrierenden Ereignissen im Falle von Nasskupplungen gegenüber von Trockenkupplungen reduziert wird, da eine defekte nasslaufende Reibungskupplung 12 schon mit weniger Messschritten detektiert werden kann.
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Aus den in den Blöcken 204 und 205 bestimmten Einflüssen wird im Block 206 der gewichtete Sensitivitätsfaktor abschließend errechnet. Nach der Berechnung wird zum Block 400 übergegangen, wo überprüft wird, ob die Schlupfsituation und die Momentensituation beendet sind. Ist dies der Fall, wird im Block 500 der Lebensdauerzähler entsprechend dem mit dem gewichteten Sensitivitätsfaktor multiplizierten ersten Betrag erhöht. Ist im Block 400 die Schlupfsituation noch nicht beendet, wird zum Ablaufende im Block 600 weitergegangen.
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Werden die Abfragen in den Blöcken 201, 202 und 203 mit nein beantwortet, so wird der Ablauf im Block 600 abgebrochen.
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Ausgehend vom Start 100, wo ein Maximalmoment durch die Reibungskupplung 12 übertragen wird, wird bei einem Test auf eine korrekte Funktion der Reibungskupplung 12 im Block 301 abgefragt, ob das Maximalmoment vorliegt. Ist dies der Fall, wird im Block 302 geprüft, ob der Schlupf sich unterhalb einer Schlupfschwelle befindet. Ist dies der Fall, so wird die Zeitdauer des Schlupfzustandes bzw. Haftungszustandes bestimmt und abgefragt, ob er länger andauert als eine vorgegebene Zeitschwelle (Block 303). Diese Abfrage der Länge der Schlupfdauer ist bedeutend, da sich das Kupplungsbetätigungssystem 1 erst über einen bestimmten Zeitraum einschwingt. Der Beobachtungszeitraum beginnt, wenn ein Schlupf unterhalb des Schwellwertes auftritt.
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Ist der Schlupf während der gesamten Zeitdauer kleiner, wird zum Block 400 übergegangen, wo festgestellt wird, ob die Schlupfsituation beendet ist. Im Block 500 wird der Lebensdauerzähler um einen vorgegebenen zweiten Betrag reduziert. Wird in den Blöcken 301, 302 und 303 festgestellt, dass die Ereignisse nicht aufgetreten sind, so wird das Auswerteverfahren im Block 600 beendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsbetätigungssystem
- 2
- Geberseite
- 3
- Steuergerät
- 4
- Elektromotor
- 5
- Getriebe
- 6
- Kolben
- 7
- Geberzylinder
- 8
- Druckmittel
- 9
- Hydraulikleitung
- 10
- Nehmerseite
- 11
- Nehmerzylinder
- 12
- Reibungskupplung
- 13
- Drucksensor
- 14
- Wegsensor
