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Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor verfügen im Regelfall über eine Kupplung, die eine drehfest mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Eingangswelle mit einer Ausgangswelle kraftschlüssig verbinden kann. Die Ausgangswelle der Kupplung ist im Regelfall drehfest mit der Eingangsseite eines Getriebes verbunden. Die Kupplung verfügt über einen Mechanismus, der eine Eingangsseitige Scheibe und eine Ausgangsseitige Scheibe kraftschlüssig gegeneinander presst. Eine Trennung der beiden Scheiben erfolgt entweder durch eine Kraftübertragung eines Kupplungspedals oder mittels eines elektrischen Aktors.
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Insbesondere beim Schließen der Kupplung in Situationen, in denen die Eingangswelle eine Drehzahl hat, die sich von der Drehzahl der Ausgangswelle unterscheidet, kommt es zwischen den beiden Scheiben der Kupplung zu starker Reibung und Abnutzung. Das Ausmaß der Abnutzung ist dabei stark von einem Betätigungsverhalten eines Benutzers abhängig und daher schwer abzuschätzen. Eine verschlissene Kupplung kann den Kraftschluss zwischen Eingangs- und Ausgangswelle nicht mehr sicherstellen, sodass infolge des Verschleißes ein Fahrzeug, in dem die Kupplung verbaut ist, nicht mehr zuverlässig betrieben werden kann. Insbesondere kommerzielle Betreiber von Fahrzeugflotten haben daher ein starkes Interesse daran, einen spontan auftretenden Ausfall der Kupplung zu vermeiden, was durch regelmäßige und anlassunbezogene Wartung sichergestellt werden soll. Die regelmäßige Wartung selbst führt ebenfalls zu einer verringerten Verfügbarkeit des Fahrzeugs und ist daher wirtschaftlich suboptimal.
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Aus der
DE 40 11 850 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer automatisierten Reibkupplung, eine hierfür vorgesehene Einrichtung sowie eine Regelung für die reibkupplung bekannt.
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Aus der
DE 101 50 597 A1 ist ein Verfahren zum Betreib eines Antriebssstrang bekannt. Hierbei ist vorgesehen, eine Kupplung des Antriebsstarngs so zu steuern, dass das übertragbare Moment genau dem von einer Antriebseinheit abgegebenen Moment entspricht oder kleiner als dieses ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Kupplung, die eine rotierende Eingangswelle mit einer rotierenden Ausgangswelle verbindet hat den Vorteil, dass eine Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und eine Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle ermittelt werden und der Zustand der Kupplung mittels eines Gütewertes abgeschätzt wird, der aus der Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und der Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle ermittelt wird. Vorteilhafterweise findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung bei der Kupplung im Antriebsstrang eines Fahrzeugs das über eine Brennkraftmaschine verfügt. Die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kann dann als Drehzahl der Eingangswelle verwendet werden. Die Drehzahl der Ausgangswelle kann beispielsweise mittels eines Sensors erfasst werden, der sich entweder direkt an der Ausgangswelle befindet, oder an einer anderen, zumindest zeitweise drehfest mit der Ausgangswelle verbundenen Komponente des Fahrzeugs befinden. In besonders vorteilhafter Weiterbildung, wird die Drehzahl der Ausgangswelle aus einer Raddrehzahl des Fahrzeugs geschätzt.
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Vorteilhaft ist, dass der Gütewert basierend auf einer Differenzdrehzahl ermittelt wird, wobei die Differenzdrehzahl gebildet wird, indem die Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und die Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle je mittelt eines Tiefpasses gefiltert werden und anschließend die Differenz zwischen der tiefpassgefilterten Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und der tiefpassgefilterten Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle gebildet wird. Eine von Null verschiedene Differenzdrehzahl ist ein Indikator eines Verschleißes der Kupplung. Eine Tiefpassfilterung der Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und der Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle vermeidet, dass kurzzeitige Drehzahlschwankungen zu Drehzahldifferenzen führen, die von Null verschieden sind. Die Aussagekraft des vorgeschlagenen Verfahrens kann in dieser Weiterbildung demnach verbessert werden.
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Vorteilhaft ist, dass eine Historie der Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und eine Historie der Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle erfasst werden und der Gütewert der Kupplung aus der Historie der Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und der Historie der Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle ermittelt wird. Die Ermittlung des Gütewertes der Kupplung kann hierbei direkt aus der Historie der Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und der Historie der Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle erfolgen. Unter Historie einer Drehzahl ist hierbei insbesondere ein zeitlicher Verlauf von zu verschiedenen Zeitpunkten in der Vergangenheit erfassten Drehzahlwerten zu verstehen.
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Alternativ kann der Gütewert der Kupplung aber auch indirekt aus der Historie der Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und der Historie der Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle ermittelt werden, indem ein zu einem gegebenen Zeitpunkt gemessenes Wertepaar, das sich aus einem gemessenen Wert für die Drehzahl der rotierenden Eingangswelle und einem gemessenen Wert für die Drehzahl der roteiernden Ausgangswelle zusammensetzt, verwendet wird, um einen entsprechenden Wert für die Drehzahldifferenz zum gleichen Zeitpunkt zu bestimmen. In diesem Fall wird also eine Historie aus Drehzahldifferenzwerten gebildet, aus der wiederum der Gütewert der Kupplung abgeleitet wird.
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Vorteilhaft ist, dass bei der Ermittlung des Gütewertes eine Lasthistorie der Kupplung berücksichtigt wird. Da der Zustand einer Kupplung insbesondere abhängig von einer vergangenen Beanspruchung der Kupplung ist, kann auf diese Weise eine besonders präzise Aussage über den Zustand der Kupplung getätigt werden.
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Vorteilhaft ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Kupplung, die eine rotierende Eingangswelle mit einer rotierenden Ausgangswelle verbindet, wobei der Zustand der Kupplung mittels eines Gütewertes abgeschätzt wird, der aus einer Lasthistorie der Kupplung abgeschätzt wird, wobei die Lasthistorie basierend auf einer Historie eines Momentes, das auf die rotierenden Eingangswelle wirkt, und einer Historie eines Momentes das auf die rotierende Ausgangswelle wirkt, ermittelt wird. In dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Gütewert also direkt aus der Lasthistorie der Kupplung ermittelt. Eine Drehzahl der Eingangswelle oder eine Drehzahl der Ausgangswelle wird hierbei nicht berücksichtigt.
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Vorteilhaft ist, dass die Lasthistorie basierend auf einer Historie eines Momentes, das auf die rotierende Eingangswelle wirkt, und einer Historie eines Momentes das auf die rotierende Ausgangswelle wirkt, ermittelt wird. Auf diese Weise kann in besonders vorteilhafter Weise eine Krafteinwirkung auf die Kupplung erkannt und eine entsprechende Historie gebildet werden. Eine Betrachtung dieser Historie ermöglicht somit ein Maß für die Gesamtkrafteinwirkung, die im Laufe des Lebens auf die Kupplung eingewirkt hat, zu ermitteln.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann das Moment, dass auf die rotierenden Eingangswelle der Kupplung wirkt, aus einer Steuereinheit, bei der es sich insbesondere im die Motorsteuerung des Fahrzeugs handeln kann, ausgelesen werden. Das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment wird durch die Motorsteuerung überwacht und steht der Motorsteuerung daher zur Verfügung. Das Moment, das auf die rotierende Ausgangswelle wirkt, kann in vorteilhafter Ausgestaltung ebenfalls aus dem abgegebenen Moment der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung von Massenträgheiten und Trägheitsmomenten der rotierenden Teile des Fahrzeugs abgeschätzt werden.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das der Zustand der Kupplung ermittelt wird, indem der Gütewert mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird. Es hat sich gezeigt, dass der zeitliche Verlauf des Gütewertes annähernd einer Geraden mit einer Steigung von Null entspricht, sofern die Kupplung noch keine Verschleißerscheinungen aufweist. Ein bevorstehender Verschleiß bzw. Ausfall der Kupplung kündigt sich durch einen Übergang des Zeitlichen Verlaufs des Gütewertes von einer Geraden mit Steigung Null zu einer Geraden mit Steigung ungleich Null an. Ein Überschreiten bzw. Unterschreiten eines Schwellwertes bietet eine einfache und robuste Möglichkeit einen solchen Übergang zu ermitteln.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der vorgebbare Schwellwert in Abhängigkeit von verifizierten Zustandserkenntnissen vorgegeben wird. Bei diesen verifizierten Zustandserkenntnissen kann es sich dabei insbesondere um Erkenntnisse aus experimentellen Befundungen handeln. Somit kann das vorgestellte Verfahren durch einen Abgleich mit bisherigen Erkenntnissen verbessert werden und die Aussagekraft des vorgestellten Verfahrens erhöht werden.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die verifizierten Zustandserkenntnisse aus einer Untersuchung von Feldkupplungen mit einer bekannten Abnutzungshistorie gewonnen werden. Unter Feldkupplungen sind dabei insbesondere Kupplungen zu verstehen, die für eine gewisse Zeit in einem Fahrzeug verbaut waren und daher eine entsprechende Abnutzung aufweisen. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, die Feldkupplungen nach Ausbau aus einem Fahrzeug unter Laborbedingungen zu untersuchen und so den tatsächlichen Zustand bzw. den tatsächlichen Verschleiß der Feldkupplungen zu ermitteln.
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In besonders vorteilhafter Weiterbildung ist vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren in einem iterativen Prozess weiterzubilden, d. h. insbesondere der vorgebbare Schwellwert wird in Abhängigkeit einer Vorhersagegüte des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst. Wird aufgrund beispielsweise einer Über- oder Unterschreitung des Schwellwertes durch den Gütewert der Zustand der Kupplung als bedenklich eingestuft, kann anschließend die Kupplung ausgebaut und auf ihren tatsächlichen physikalischen Zustand hin untersucht werden. Ergibt diese Untersuchung, dass die Kupplung trotz des Vergleichs von Gütewert und Schwellwert keine Beschädigungen aufweist, so kann für zukünftige Durchläufe des Verfahrens der vorgebbare Schwellwert entsprechend angehoben oder abgesenkt werden.
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Vorteilhaft ist, dass ausgehend von dem Vergleich des Gütewertes mit dem vorgebbaren Schwellwert eine Restnutzungsdauer der Kupplung ermittelt wird. Insbesondere für kommerzielle Betreiber von Fahrzeugflotten besteht somit bei bekannter Restnutzungsdauer der Kupplung die Möglichkeit, einen Tausch der Kupplung rechtzeitig im Vorfeld zu planen.
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Vorteilhaft ist eine Recheneinheit, die eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Vorteilhaft ist außerdem ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft.
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Vorteilhaft ist ein Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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Figurenliste
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- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, auf dessen Kupplung das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung findet.
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1 zeigt ein Fahrzeug (10), das eine Brennkraftmaschine (12) sowie eine Kupplung (11) umfasst. Die Brennkraftmaschine (12) steht mittels einer rotierenden Eingangswelle (13) in Verbindung. Die Kupplung (11) ist eingerichtet, die rotierende Eingangswelle (13) mit der rotierenden Ausgangswelle (14) kraftschlüssig zu verbinden und bei Betätigung der Kupplung (11) die Verbindung zwischen Eingangswelle (13) und Ausgangswelle (14) zu trennen. Die Eingangswelle steht direkt oder indirekt mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (12) drehfest in Verbindung. Die Ausgangswelle steht üblicherweise über ein Getriebe mit einer Antriebsachse des Fahrzeugs (10) in Verbindung. Das Fahrzeug (10) verfügt außerdem über eine Steuereinheit (15), die wiederum ein Speichermedium (16) umfasst. Über eine Signalleitung steht die Steuereinheit (15) mit einem Funkmodul (17) in Verbindung. Das Funkmodul (17) ist eingerichtet, eine Datenverbindung mit einer fahrzeugexternen Recheneinheit (20), beispielsweise dem Internet oder einem Cloud-Server, herzustellen. Die Steuereinheit (15) steht über eine Signalleitung mit der Brennkraftmaschine (12) in Verbindung, sodass die Steuereinheit (15) Aktuatoren der Brennkraftmaschine (12) mit Steuersignalen beaufschlagen kann und sodass die Steuereinheit (15) Messwerte von Sensoren der Brennkraftmaschine (12) auslesen kann.
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In einem ersten Schritt werden die Drehzahl der rotierenden Eingangswelle (13) der Kupplung (11) und die Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle (14) der Kupplung (11) ermittelt. Die Drehzahl der rotierenden Eingangswelle (13) kann dabei durch Erfassung der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (12) ermittelt werden. Die Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle (14) kann über eine Erfassung einer Raddrehzahl, die beispielsweise von einem Raddrehzahlsensor erfasst wird, ermittelt werden. Alternativ kann eine Getriebedrehzahl erfasst werden aus der die Drehzahl der Ausgangswelle (14) bestimmt werden kann. Anschließend werden die beiden Drehzahlen jeweils mittels eines Tiefpassfilters gefiltert und anschließend eine Differenz der beiden tiefpassgefilterten Drehzahlen gebildet. Der Differenzwert wird zusammen mit einem Zeitstempel im Speicher (15) abgelegt. In alternativer Ausführung ist vorgesehen, dass der Differenzwert zusammen mit dem Zeitstempel mittels des Funkmoduls (17) an die fahrzeugexterne Recheneinheit (20) übertragen wird.
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Zusätzlich oder alternativ zur Ermittlung der Drehzahl der rotierenden Eingangswelle (13) und zur Ermittlung der Drehzahl der rotierenden Ausgangswelle (14) können die Momente der Eingangswelle (13) und der Ausgangswelle (14) erfasst werden. Dies kann mittels speziell hierfür vorgesehener Sensoren geschehen. Alternativ ist auch eine Erfassung der Momente ausgehend von Daten, die der Steuereinheit (15) zur Verfügung stehen, möglich. Aus Überwachungsgründen steht das von der Brennkraftmaschine (12) abgegebene Moment der Steuereinheit (15) zur Verfügung. Unter Berücksichtigung von Massenträgheiten und Trägheitsmomenten können die an der Eingangswelle (13) und der Ausgangswelle (14) anliegenden Momente aus dem abgegebenen Drehmoment der Brennkraftmaschine (12) abgeschätzt werden. Aus dem auf die Eingangswelle (13) anliegenden Moment und dem an der Ausgangswelle (14) anliegenden Moment wird ein Lastwert ermittelt, der zusammen mit einem Zeitstempel im Speicher (16) abgelegt wird. Alternativ kann der Lastwert zusammen mit dem Zeitstempel mittels des Funkmoduls (17) an die fahrzeugexterne Recheneinheit (20) übertragen werden.
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In einem zweiten Schritt wird aus dem gespeicherten Drehzahldifferenzwert und gegebenenfalls dem zeitlich dazugehörigen Lastwert ein Gütewert für Kupplung (11) ermittelt.
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In einem nächsten Schritt wird der so ermittelte Gütewert mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen. Ergibt dieser Vergleich, dass der Gütewert den vorgebbaren Schwellwert übersteigt, so wird erkannt, dass die Kupplung (11) Abnutzungserscheinungen aufweist und daher der Zustand der Kupplung (11) derart beschaffen ist, dass ein Austausch der Kupplung (11) bevorsteht. Entsprechend kann eine Nachricht an einen Fahrer des Fahrzeugs (10) ausgegeben werden. Alternativ, insbesondere dann, wenn die Berechnung des Gütewertes durch die fahrzeugexterne Recheneinheit (20) vorgenommen wird, wird der Zustand der Kupplung (11) durch die fahrzeugexterne Recheneinheit (20) ausgegeben.
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Alternativ oder zusätzlich zu dem Vergleich des Gütewertes mit dem vorgebbaren Schwellwert, kann der zeitliche Verlauf des aktuellen Gütewertes und zu vorherigen Zeitpunkten ermittelter Gütewerte analysiert werden. Aus dem zeitlichen Verlauf kann eine Restnutzungsdauer der Kupplung (11) abgeschätzt werden. Die Restnutzungsdauer der Kupplung (11) kann ebenfalls einem Fahrer des Fahrzeugs (10) zur Anzeige gebracht werden oder, insbesondere dann, wenn die Analyse des zeitlichen Verlaufes des Gütewertes durch die fahrzeugexterne Recheneinheit (20) vorgenommen wurde, durch die fahrzeugexterne Recheneinheit (20) zur Anzeige gebracht werden.
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Alternativ kann vorgesehen sein, die durch die fahrzeugexterne Recheneinheit (20) zur Anzeige gebrachten Informationen zu verwenden, um einen bevorstehenden Tausch der Kupplung (11) zu planen. Bei der fahrzeugexternen Recheneinheit (20) kann es sich insbesondere um einen sogenannten Cloud-Dienst handeln.
