DE102017207434A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstrangs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Ansteuern einer durch einen Kupplungsaktuator (40) aktuierbaren Kupplung (20) eines Kraftfahrzeugs, welche ein von einem Verbrennungsmotor (10) generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle (22) überträgt,
wobei dann, wenn die Kupplung (20) geöffnet wird, der Kupplungsaktuator (40) derart angesteuert wird, dass ein auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) übertragene Drehmoment (M_ga) abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass das übertragene Drehmoment (M_ga) mit einem sanften Verlauf in eine Nulllage übergeht, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) kein Drehmoment übertragen wird.
wobei dann, wenn die Kupplung (20) geöffnet wird, der Kupplungsaktuator (40) derart angesteuert wird, dass ein auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) übertragene Drehmoment (M_ga) abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass das übertragene Drehmoment (M_ga) mit einem sanften Verlauf in eine Nulllage übergeht, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) kein Drehmoment übertragen wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstrangs umfassend eine durch einen Kupplungsaktuator aktuierbare Kupplung eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die jeweils eingerichtet ist, dieses Verfahren durchzuführen sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem dieses Computerprogramm gespeichert ist.
- Stand der Technik
- Aus der
DE 10 2015 203 622A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Motors eines Kraftfahrzeugs mit einer aktuierbaren Kupplung, die ein vom Motor generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle überträgt, bekannt, bei dem dann, wenn erkannt wird, dass ein Schaltwunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeugs vorliegt, das vom Motor generierte Drehmoment reduziert wird, wobei Ansteuerparameter des Motors so variiert werden, dass das auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragene Drehmoment um eine Nulllage oszilliert, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle kein Drehmoment übertragen wird, wobei während der Reduzierung des vom Motor generierten Drehmoments das auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragene Drehmoment parabelförmig abfällt. - Vorteile der Erfindung
- Das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass etwaige Schwingungen des Antriebsstrangs, die durch den parabelförmigen Abfall hervorgerufen werden können, wirksam unterdrückt werden. Dies verbessert die Akustik und die Fahrbarkeit und trägt zum Bauteilschutz bei, ohne die Dauer des Öffnungsvorgangs der Kupplung signifikant zu erhöhen.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Offenbarung der Erfindung
- In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebstrangs umfassend eine durch einen Kupplungsaktuator aktuierbare Kupplung eines Kraftfahrzeugs, welche ein von einem Verbrennungsmotor generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle überträgt, wobei dann, wenn die Kupplung geöffnet wird, der Antriebsstrang derart angesteuert wird, dass ein auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragenes Drehmoment abfällt, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass das übertragene Drehmoment mit einem sanften Verlauf in eine Nulllage übergeht, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle kein Drehmoment übertragen wird. Mit einem „sanften“ Verlauf ist hierbei gemeint, dass ein Ruck eines Antriebsstrangs (d.h. eine zeitliche Ableitung des auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragenen Drehmoments) nicht sprunghaft auf den Wert „Null“ reduziert wird.
- Die Ansteuerung des Antriebsstrangs kann hierbei eine Ansteuerung des Kupplungsaktuators und/oder eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors umfassen.
- In einer besonders einfachen Weiterbildung geschieht die Ansteuerung derart, dass ein Absolutbetrag einer zeitlichen Ableitung des übertragenen Drehmoments ab einem Beginn des Öffnungsvorgangs zunächst durchgehend ansteigt und ab einem Wendezeitpunkt bis zum Ende des Öffnungsvorgangs durchgehend wieder abfällt.
- Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wendezeitpunkt in der Mitte zwischen Beginn und Ende des Öffnungsvorgangs liegt, dass also der zeitliche Abstand von Beginn des Öffnungsvorgangs bis zum Wendezeitpunkt gleich dem zeitlichen Abstand vom Wendezeitpunkt bis zum Ende des Öffnungsvorgangs ist.
- Weist der Kupplungsaktuator einen Haftgleiteffekt (englisch: „Slip-Stick effect“) auf, ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der weitere Vorteil, dass ein Losbrechen des Kupplungsaktuators nicht schlagartig erfolgt und die Wahrscheinlichkeit eines schlagartigen Öffnens der Kupplung verringert wird.
- Diese Verfahren können beispielsweise beim Öffnen der Kupplung beim Anhalten des Kraftfahrzeugs oder beim Einleiten eines Segelbetriebs zum Einsatz kommen. Es kann aber auch bei einem Kraftfahrzeug mit automatisiertem Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe, zum Einsatz kommen, wenn der Gangwechsel erfolgt. Insbesondere beim Gangwechsel kann vorgesehen sein, dass eine Überschneidungsschaltung dergestalt erfolgt, dass sowohl am Anfang als auch am Ende des Öffnungsvorgangs der Verbrennungsmotor ein Drehmoment abgibt, der Ruck des Antriebsstrangs aber verschwindet, d.h. auf den Wert „Null“ reduziert ist.
- Die Figuren zeigen beispielhaft besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:
-
1 eine Topologie eines Antriebsstrangs; -
2 Verläufe von charakteristischen Drehmomenten an der Kupplung; -
3 ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Verfahrens beim Schalten; -
4 schematisch den Verlauf charakteristischer Größen beim Öffnen der Kupplung. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt eine Topologie eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs1 , in dem das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen kann. Das Kraftfahrzeug1 weist einen Verbrennungsmotor10 auf, der über eine Kupplung20 trennbar mit einem Schaltgetriebe30 verbunden ist. Hier dargestellt ist ein halbautomatisches Getriebe. Die Kupplung20 ist von einem Kupplungsaktuator40 aktuierbar. Das Schaltgetriebe30 ist ein manuelles Schaltgetriebe. Der Verbrennungsmotor ist über eine Kurbelwelle21 als kupplungseingangsseitiger Welle mit der Kupplung20 gekoppelt. Kupplungsausgangsseitig ist die Kupplung über eine kupplungsausgangsseitige Welle22 mit dem Schaltgetriebe30 verbunden. - Die Gangwahl erfolgt über einen Schalthebel
50 , der in einem Schaltbaum51 in SchaltgassengR ,g1 ,g2 ,g3 ,g4 ,g5 ,g6 bewegt werden kann, welche jeweils der Auswahl eines Ganges des Schaltgetriebes30 entsprechen. SchaltgassegR entspricht dem Rückwärtsgang, Schaltgasseg1 dem ersten Gang, Schaltgasseg2 dem zweiten Gang, Schaltgasseg3 dem dritten Gang, Schaltgasseg4 dem vierten Gang, Schaltgasseg5 dem fünften Gang und Schaltgasseg6 dem sechsten Gang. Der Schalthebel50 ist zur Umsetzung des Schaltwunsches über eine mechanische Verbindung60 mit dem Schalgetriebe30 gekoppelt. - Der Schalthebel
50 ist in diesem Beispiel auf einer (nicht dargestellten) Welle gelagert. Wenn der Schalthebel50 in eine der oberen SchaltgassengR ,g1 ,g3 ,g5 eingeführt wird, rotiert die Welle vorwärts. Wenn der Schalthebel50 in eine der unteren Schaltgasseng2 ,g4 ,g6 eingeführt wird, rotiert die Welle rückwärts. Ein Drehwinkelsensor80 ist auf dieser Welle montiert, um den Drehwinkel der Welle zu ermitteln. - Ein Absolutgangsensor
70 kann in Wirkverbindung mit der mechanischen Verbindung70 vorgesehen sein, um den im Schaltgetriebe30 eingelegten Gang zu ermitteln. Dieser ermittelte Gang wird dann an ein Steuergerät15 übermittelt. Das Steuergerät15 ist beispielsweise das Motorsteuergerät. - Ebenso übermittelt der Drehwinkelsensor
80 ein Signal, das den Rotationswinkel der Welle charakterisiert, an das Steuergerät15 . Auf dem Steuergerät15 kann das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen. Hierzu kann im Steuergerät15 ein elektronisches Speichermedium16 vorgesehen sein, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, und das so programmiert ist, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn es auf dem Steuergerät15 abläuft. - Desweiteren kann das Kraftfahrzeug
1 ein Kupplungspedal (nicht dargestellt) aufweisen, dessen Aktuierungsgrad von einem Kupplungssensor90 ermittelt und an das Steuergerät15 übermittelt werden kann. In einem solchen Fall kann zum einen der Fahrer des Kraftfahrzeugs1 durch Betätigung des Kupplungspedals die Kupplung20 öffnen. Zum anderen ist aber auch eine automatische Öffnung der Kupplung20 möglich. -
2 zeigt zeitliche Verläufe eines Maximal von der Kupplung20 übertragbaren DrehmomentsM_max und eines von der Kupplung20 auf die kupplungsausgangsseitige Welle22 übertragenen DrehmomentsM_ga gemäß einer Ausführungsform. - Zu einem Zeitpunkt
t1 wird (beispielsweise durch Auswertung eines Signals des Drehwinkelsensors80 ) ermittelt, dass ein Schaltwunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs1 vorliegt. Das Steuergerät15 ermittelt nun (beispielsweise über ein Kennfeld und dem Signal des Absolutgangsensors70 ) ein nominelles NullmomentM_nom , das der Verbrennungsmotor10 generieren muss, damit das auf die kupplungsausgangsseitige Welle22 übertragene DrehmomentM_ga den Wert null annimmt. - Das Steuergerät
15 steuert den Verbrennungsmotor10 nun derart an, dass das von ihm generierte Drehmoment auf das nominelle NullmomentM_nom absinkt. Dieses Absinken erfolgt wie in4a ,4b näher erläutert, sodass das kupplungsausgangsseitige DrehmomentM_ga zu einem zweiten Zeitpunktt2 näherungsweise auf den Wert null abgesunken ist. - Das vom Verbrennungsmotor
10 generierte Drehmoment wird nun derart moduliert, dass das kupplungsausgangsseitige DrehmomentM_ga eine Oszillation mit einer Amplitude von vorteilhafterweise 10 Nm und einer Frequenz von 83 Hz oszilliert. Die Oszillation kann beispielsweise als Dreiecks- oder als Sinusoszillation ausgeprägt sein. Wichtig ist hierbei, dass der Verlauf im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt um sicherzustellen, dass das tatsächliche Nullmoment der kupplungsausgangsseitigen Welle22 getroffen wird, Eine Dreieckswelle ist besonders vorteilhaft, da unabhängig davon, wann im Verlauf der Dreieckswelle dieses Nullmoment getroffen wird, das auf die kupplungsausgangsseitige Welle22 übertragene DrehmomentM_ga gleich lang in einem Toleranzbereich um das Nullmoment verbleibt. Mit jeder Halbwelle der Oszillation wird das Nullmoment getroffen, und ein Auslegen des Gangs durch den Fahrer ist möglich, also bereits ab einem Zeitpunkt in unmittelbarer Nähe des zweiten Zeitpunktst2 . - Ebenfalls ist in
2 der Verlauf des maximal von der Kupplung20 übertragbaren DrehmomentsM_max aufgetragen. Zum ersten Zeitpunktt1 steuert das Steuergerät15 den Aktuator40 so an, dass die Kupplung20 geöffnet wird. Bedingt durch eine TotzeitT_tot des Aktuators bleibt die Kupplung zunächst vollständig geschlossen, und erst zu einem späteren Zeitpunkt beginnt das maximal übertragbare DrehmomentM_max zu sinken, bis es zu einem dritten Zeitpunktt3 schließlich auf den Wert Null abgesunken ist. D.h. mit diesem Verfahren ist kann der Gang ohne Krafteinsatz erst zum dritten Zeitpunktt3 ausgelegt werden. - Durch Reduktion und Variation des vom Verbrennungsmotor
10 abgegebenen Drehmoments kann das Auslegen also bereits um einen Zeitgewinn ΔT früher erfolgen. -
3 zeigt in einem Flussdiagramm den Ablauf einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verfahren läuft beispielsweise im Steuergerät15 ab. - In einem Schritt
1000 beginnt das Verfahren. Ein erster Gang ist eingelegt. Es folgt Schritt1010 , in dem z.B. durch Auswerten des Drehwinkelsensors80 darauf erkannt wird, ob ein Schaltwunsch des Fahrers vorliegt. Wird erkannt, dass ein Schaltwunsch vorliegt, beispielsweise weil sich der Schalthebel50 bewegt, folgt Schritt1020 . - In Schritt
1020 wird der Kupplungsaktuator40 angesteuert, die Kupplung20 zu öffnen. Es folgt Schritt1030 , in dem das vom Verbrennungsmotor10 erzeugte Drehmoment wie in2 und4 illustriert reduziert und im Anschluss daran variiert wird. - Parallel wird Schritt
1040 ausgelegt, in dem überprüft wird, ob die Kupplung20 geöffnet ist oder ob der erste Gang ausgelegt wurde. Ist eine dieser beiden Bedingungen erfüllt, wird die vom Verbrennungsmotor10 erzeugte Variation abgebrochen und so angesteuert, dass er das nominelle Nullmoment erzeugt. - Es folgt Schritt
1050 , in dem überprüft wird, ob ein neuer Gang eingelegt wurde, beispielsweise durch Auswertung des Drehwinkelsensors80 . Ist dies der Fall folgt Schritt1060 , in dem der Kupplungsaktuator40 so angesteuert wird, dass die Kupplung20 schließt, und das Verfahren endet. -
4a zeigt einen zeitlichen Verlauf des auf die kupplungsausgangsseitige Welle22 übertragenen DrehmomentsM_ga über der Zeit t.4b zeigt hierzu den zeitlichen Verlauf einer zeitlichen Ableitung R dieses DrehmomentsM_ga . Ab dem ersten Zeitpunktt1 wird das DrehmomentM_ga parabelförmig bis zu einem Wendezeitpunkt tW reduziert. Die Ansteuerung ist dabei derart gewählt, dass die zeitliche Ableitung R zum ersten Zeitpunktt1 den Wert Null aufweist. Bis zum Wendezeitpunkt tW fällt die (negative Werte annehmende) zeitliche Ableitung R linear ab. Ab dem Wendezeitpunkt tW ist die Ansteuerung derart gewählt, dass das DrehmomentM_ga parabelförmig bis zum zweiten Zeitpunktt2 abfällt, und zwar derart, dass die zeitliche Ableitung R steigt entsprechend bis zum zweiten Zeitpunktt2 linear an, bis sie beim zweiten Zeitpunktt2 den Wert Null annimmt. - Der zeitliche Verlauf dieses Drehmoments
M_ga kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Verbrennungsmotors10 erfolgen, oder durch eine entsprechende Ansteuerung des Kupplungsaktuators40 , oder durch eine Kombination der beiden. Die Ansteuerungen können beispielsweise durch Kennfelder vorgegeben werden. - Es versteht sich für den Fachmann, dass das Verfahren in Software implementiert sein, oder in Hardware, oder in einer Mischform aus Hardware und Software.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015203622 A1 [0002]
Claims (11)
- Verfahren zum Ansteuern eines Antriebstrangs umfassend eine durch einen Kupplungsaktuator (40) aktuierbare Kupplung (20) eines Kraftfahrzeugs, welche ein von einem Verbrennungsmotor (10) generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle (22) überträgt, wobei dann, wenn die Kupplung (20) geöffnet wird, der Antriebsstrang derart angesteuert wird, dass ein auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) übertragenes Drehmoment (M_ga) abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung derart erfolgt, dass das übertragene Drehmoment (M_ga) mit einem sanften Verlauf in eine Nulllage übergeht, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) kein Drehmoment übertragen wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei die Ansteuerung derart geschieht, dass ein Absolutbetrag einer zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) ab einem Beginn (t1) des Öffnungsvorgangs zunächst ansteigt und ab einem Wendezeitpunkt (tW) bis zum Ende (t2) des Öffnungsvorgangs wieder abfällt. - Verfahren nach
Anspruch 2 , wobei der Wendezeitpunkt (tW) in der Mitte zwischen Beginn (t1) und Ende (t2) des Öffnungsvorgangs liegt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 oder3 , wobei die Ansteuerung des derart erfolgt, dass der Absolutbetrag der zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) vom Beginn (t1) des Öffnungsvorgangs bis zum Wendezeitpunkt (tW) linear ansteigt und ab dem Wendezeitpunkt (tW) bis zum Ende des Öffnungsvorgangs (t2) linear abfällt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 bis3 , wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass ein Signal, das dieses Ansteuerung an den Kupplungsaktuator (40) überträgt ab dem Wendezeitpunkt (tW) mit einem Verzögerungsglied, insbesondere einem PTl-Glied, gefiltert wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 bis5 , wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass die zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) zum Beginn (t1) des Öffnungsvorgangs verschwindet. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 bis6 , wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass die zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) zum Ende (t2) des Öffnungsvorgangs verschwindet. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kupplungsaktuator (40) einen Haftgleiteffekt aufweist.
- Computerprogramm, das eingerichtet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 auszuführen. - Maschinenlesbares Speichermedium (16), auf dem das Computerprogramm nach
Anspruch 9 gespeichert ist. - Steuergerät (15), das eingerichtet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 auszuführen.
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