DE102018127641A1

DE102018127641A1 - Verfahren zur Einstellung einer vorgegebenen Position eines ein Reibfederelement umfassenden Kupplungsaktors

Info

Publication number: DE102018127641A1
Application number: DE102018127641.9A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-05-07
Also published as: KR20210082436A; US20210341023A1; US11378143B2; WO2020094180A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer vorgegebenen Position eines ein Reibfederelement umfassenden Kupplungsaktors, bei welchem durch ein Kupplungsmoment über eine Kupplungskennlinie ein Betätigungsweg des die Kupplung betätigenden Kupplungsaktors (1) vorgegeben wird, wobei die durch den Kupplungsaktor (1) einzunehmende vorgegebene Position (zo, zu) durch eine Regelung eingestellt wird. Um eine genaue Einstellung der vorgegebenen Position des Kupplungsaktors ohne Verwendung einer zusätzlichen Energie zu ermöglichen, wird die vorgegebene Position (zo, zu) um einen Rückverdrehungswert (ro, ru) des Reibfederelementes (3) korrigiert und die korrigierte Position (zo+ro; zu-ru) des Kupplungsaktors (1) durch die Regelung angefahren, wobei nach Erreichen der korrigierten Position (zo+ro; zu-ru) die Regelung zur Einstellung der vorgegebenen Position (zo, zu) durch Abbau der in dem Reibfederelement (3) gespeicherten potentiellen Energie abgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer vorgegebenen Position eines ein Reibfederelement umfassenden Kupplungsaktors, bei welchem durch ein Kupplungsmoment über eine Kupplungskennlinie ein Betätigungsweg des die Kupplung betätigenden Kupplungsaktors vorgegeben wird, wobei die durch den Kupplungsaktor einzunehmende vorgegebene Position durch eine Regelung eingestellt wird.
Aus der DE 10 2011 011 152 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung bekannt, wobei die Reibungskupplung zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordnet ist und mittels eines Betätigungsgliedes die Reibungskupplung entlang eines über eine Kupplungskennlinie einen über die Reibungskupplung übertragbaren Sollmoment zugeordneten Betätigungsweg axial betätigenden Kupplungsaktors angetrieben wird. Die zwischen dem Sollmoment und dem über die Reibungskupplung tatsächlich übertragenen Istmoment entlang des Betätigungsweges auftretende Hysterese wird kompensiert, indem ein zur Steuerung des Kupplungsaktors bestimmter Istwert mittels einer Korrekturgröße korrigiert wird.
Um den Kupplungsaktor an einer definierten Position abstellen zu können, ist es bekannt, eine Haltespannung für den den Kupplungsaktor betätigenden Elektromotor durch eine Reglerhysterese zu definieren. Wird der Abstand zwischen Sollposition und Istposition kleiner als die Reglerabschalthysterese, so schaltet der Regler aus. Wird der Aktor passiv aus der Position herausgedrückt, so schaltet der Regler nach Erreichen der Reglereinschalthysterese wieder an. Dem Regler ist also die Haltespannung, bei welcher es sich um eine Vorsteuerspannung handelt, überlagert, welche durch die ungewollte Reglerwiedereinschaltung adaptiert werden kann.
Es sind Kupplungsaktoren bekannt, welche eine Schlingfeder benutzen, die an dem Kupplungsaktor angeordnet ist, um die Reibung im Kupplungsaktor zu erhöhen. Das Ziel dabei ist, den Kupplungsaktor an einer definierten Position halten zu können, wobei die Endstufen des den Elektromotor ansteuernden Steuergerätes abgeschaltet werden, wodurch in den Haltephasen der Energiebedarf des Kupplungsaktors minimiert wird.
Wird ein solcher, eine Schlingfeder umfassender Kupplungsaktor mit der beschriebenen Reglerhysterese betrieben, führt dies zu einem ungewollten Hin- und Herbewegen des Kupplungsaktors, da die Zielposition eingeregelt wird und der Regler sich ausschaltet. Die Schlingfeder drückt allerdings den Kupplungsaktor wieder zurück, worauf sich der Regler wieder einschaltet und die Zielposition wieder einregelt. Wird der Kupplungsaktor auf die Position „Kupplung geschlossen“ bewegt, so drückt die gespannte Schlingfeder den Kupplungsaktor wieder leicht auf, so dass die Kupplung nicht das maximale Kupplungsmoment übertragen kann. In der entgegengesetzten Position „Kupplung offen“ wird diese nach der Einstellung der Position wieder leicht zugedrückt, wobei es zu unbeabsichtigten Schleppmomenten kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung einer vorgegebenen Position eines Kupplungsaktors anzugeben, bei welchem eine genaue Einstellung der vorgegebenen Position ohne einen zusätzlichen Energieeintrag möglich ist.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass die vorgegebene Position um einen Rückverdrehungswert des Reibfederelementes korrigiert wird und die korrigierte Position des Kupplungsaktors durch die Regelung angefahren wird, wobei nach Erreichen der korrigierten Position die Regelung zur Einstellung der vorgegebenen Position durch Abbau der in dem Reibfederelement gespeicherte potentielle Energie abgeschaltet wird. Das hat den Vorteil, dass aufgrund sehr großer Streuungen des Reibfederelementes, wie beispielsweise Schlingfedern, in einem verwendeten Kupplungsaktor immer die für die Ansteuerung der Kupplung notwendige Position des Kupplungsaktors zuverlässig eingestellt werden kann. Dadurch entfallen Maßnahmen, um das Toleranzband des Reibfederelementes einzuengen. Die gewünschte Position wird durch den Kupplungsaktor eingenommen, wobei das Reibfederelement seine Haltekraft aufwenden kann, ohne dass für längere Zeit ein zusätzlicher Energieaufwand notwendig wird.
Vorteilhafterweise wird der Rückverdrehungswert des Reibfederelementes in einer Initialisierungsphase, vorteilhafterweise am Produktionsende des Kupplungsaktors, ermittelt, indem durch die Regelung die vorgegebene Position angefahren wird und eine Differenz aus der tatsächlich von dem Kupplungsaktor eingenommenen Position und der vorgegebenen Position ermittelt und nicht flüchtig abgespeichert wird. Durch die Anwendung des Rückverdrehungswertes als Korrekturfaktor im Betrieb der Kupplung wird immer genau das Kupplungsmoment übertragen, welches angefordert wurde.
In einer Ausgestaltung wird im Kupplungsbetrieb der abgespeicherte Rückverdrehungswert des Reibfederelementes als Korrekturfaktor zu der vorgegebenen Position des Kupplungsaktors addiert oder subtrahiert. Subtraktion und Addition hängen davon ab, ob die vorgegebene Position zur Ansteuerung der Position „Kupplung geschlossen“ oder „Kupplung offen“ dient.
In einer Variante wird der abgespeicherte Rückverdrehungswert des Reibfederelementes nach wiederholtem Einstellen der vorgegebenen Position überprüft. Damit wird jederzeit sichergestellt, dass der korrekte Korrekturwert auf die vorgegebene Position hinzugerechnet oder abgezogen wird. Eine Änderung des Rückverdrehungswertes des Reibfederelementes während der Lebensdauer des Kupplungsaktors wird somit zuverlässig detektiert.
In einer Ausführungsform wird der abgespeicherte Rückverdrehungswert während des Kupplungsbetriebes adaptiert. Somit können Lebensdauer bedingte Systemänderungen des Kupplungsaktors als auch auf Änderungen innerhalb des Kupplungssystems infolge von Temperaturschwankungen jederzeit bei der Bestimmung des Rückverdrehungswertes der Schlingfeder berücksichtigt werden.
In einer Weiterbildung wird während des Kupplungsbetriebes die von dem Kupplungsaktor tatsächlich angefahrene Position mit der vorgegebenen Position verglichen und bei Detektion einer weiteren Differenz zwischen tatsächlich angefahrener Position und der vorgegebenen Position der abgespeicherte Rückverdrehungswert um die weitere Differenz korrigiert. Dadurch kann die Adaption des Rückverdrehungswertes des Reibfederelementes während des Kupplungsbetriebes ausgeführt werden.
Vorteilhafterweise werden als vorgegebene Position des Kupplungsaktors die Positionen „Kupplung offen“ oder „Kupplung geschlossen“ verwendet. Damit wird sichergestellt, dass bei der Position „Kupplung offen“ keinerlei Schleppmomente auftreten, während bei der Position „Kupplung geschlossen“ immer das maximale Kupplungsmoment übertragen wird.
In einer Ausgestaltung wird bei Einstellung einer neuen vorgegebenen Position die Regelung wieder eingeschaltet. Somit wird für jeden neu einzustellenden Zielwert der Regelung ein Korrekturwert bestimmt, wobei die Regelung zum Anfahren der neu vorgegebenen Position wieder eingeschaltet wird und nach erfolgter Korrektur der angefahrenen vorgegebenen Position die Regelung wieder ausgeschaltet wird, um die gewünschte neue vorgegebene Position zuverlässig einstellen zu können.
In einer weiteren Variante wird bei einer zwischen den Positionen „Kupplung offen“ und „Kupplung geschlossen“ liegenden vorgegebenen Position des Kupplungsaktors die Regelung kontinuierlich fortgeführt. Dies hat den Vorteil, dass ein erlaubtes Überschwingen des Reibfederelementes in dieser Position möglich ist, ohne dass sich das Kupplungsmoment ungünstig ändert.
In einer besonders kostengünstigen Variante ist das Reibfederelement als Schlingfeder ausgebildet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Planetenwälzgewindetriebs eines Kupplungsaktors zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Kupplungssystemen, die beispielsweise einen modularen Kupplungsaktor umfassen, wird eine Schlingfeder verwendet, die in dem Kupplungsaktor befestigt ist, um die Reibung im Kupplungsaktor zu erhöhen und somit den Kupplungsaktor an einer definierten Position halten zu können, ohne dass ein erhöhter Energiebedarf notwendig wird, da aufgrund des Einsetzens der Schlingfeder die Leistungsendstufen eines den Kupplungsaktor steuernden Elektromotors abgeschaltet werden können.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Planetenwälzgewindetriebs eines solchen Kupplungsaktors gezeigt. Der Kupplungsaktor 1 umfasst den Planetenwälzgewindetrieb 2 mit der als Reibelement dienenden Schlingfeder 3. Dabei stehen mit einer Profilierung einer Spindel 4 mehrere Planetenrollen 5 des Planetenwälzgewindetriebs 2 in Eingriff, welche mit einem die Planetenrollen 5 umringenden Hohlrad 6 kämmen. Die Planetenrollen 5 verlaufen achsparallel zur Längsachse A der Spindel 4 und sind an ihren beiden Enden in einem ersten 7 und einem zweiten Planetenrollenträger 8 gelagert. Die Planetenrollenträger 7, 8 sind in einer das Hohlrad 6 umgebenden Hülse 9 drehfest zu dieser abgestützt. Hülse 9 und Planetenrollenträger 7, 8 sind axial festgelegt und mit einem nicht weiter dargestellten Rotor eines Elektromotors drehfest verbunden. Bei der Rotation des Rotors und der in der Hülse 9 abgestützen Planetenrollenträger 7, 8 vollführt die Spindel 4 einen axialen Hub, infolge dessen eine nicht weiter dargestellte Kupplung geöffnet oder geschlossen wird.
Zur Beeinflussung des Wirkungsgrades bei einer Relativdrehung der unterschiedlichen Bauteile ist zwischen dem Hohlrad 6 und dem zweiten Planetenrollenträger 8 die Schlingfeder 3 angeordnet. Sie besteht aus einem ersten 3.1 und einem zweiten Schlingfederbereich 3.2, wobei der erste Schlingfederbereich 3.1 mit dem Hohlrad 6 und der zweite Schlingfederbereich 3.2 mit dem zweiten Planetenrollenträger 8 in Wirkverbindung steht. Während der zweite Planetenrollenträger 8 gestellfest ist, ist das Hohlrad 6 rotatorisch angetrieben. Der rotatorische Antrieb erfolgt dabei reibschlüssig von den Planetenrollen 5 aus.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Aktorweg s des Kupplungsaktors 1 über der Zeit t dargestellt. Mittels eines den Elektromotor steuernden Lagerreglers wird eine vorgegebene Position des Kupplungsaktors 1 in einer Initialisierungsphase IP, welche beispielsweise am Bandende der Herstellung des Kupplungsaktors ausgeführt wird, angesteuert. Dabei wird eine vorgegebene Position zo durch den Kupplungsaktors 1 angefahren. Nach der Einstellung dieser vorgegebenen Position zo wird die tatsächlich von dem Kupplungsaktor 1 eingenommene Position bestimmt. Nimmt der Kupplungsaktor 1 eine andere Position als die gewünschte vorgegebene Position zo ein, so wird aus dieser Differenz der vorgegebenen zo und der tatsächlich eingestellten Position ein Korrekturfaktor ermittelt, welcher einen Rückverdrehungsfaktor ro bzw. ru der Schlingfeder 3 darstellt, da die Schlingfeder 3 aufgrund der in ihr gespeicherten potentiellen Energie den Kupplungsaktor 1 nach Einstellen der vorgegebenen Position zo bewegt und nach Abbau der ihr innewohnenden potentiellen Energie in der veränderten Position hält.
Der so ermittelte Rückverdrehungsfaktor ro bzw. ru wird innerhalb des Lagereglers nicht flüchtig abgespeichert und steht in einer Anwendungsphase AP des Kupplungsaktors 1, d.h. im Betriebszustand der Kupplung, zur Verfügung. Soll nun durch die Regelung im Betriebszustand der Kupplung eine vorgegebene Position zo bzw. zu eingestellt werden, so wird der Ansteuerung eine korrigierte Position von zo + ro zugrunde gelegt. Bei der Ansteuerung des Elektromotors in die entgegengesetzte Richtung beträgt die korrigierte Position zu-ru. Bei der Ansteuerung der Position „Kupplung offen“ wird also durch den Lageregler die korrigierte Position zo+ro angefahren, während bei der Ansteuerung der Position „Kupplung geschlossen“ der Kupplungsaktor 1 auf die korrigierte Position zu-ru verfahren wird. Anschließend wird die Regelung abgeschaltet. Durch die potentielle Energie, die der Schlingfeder 3 innewohnt, wird der Kupplungsaktor 1 von der korrigierten Position zo+ro bzw. zu-ru auf die vorgegebene Position zo bzw. zu bewegt und durch die Schlingfeder 3 in dieser Position gehalten.
Zum besseren Verständnis soll das Verfahren an einem Zahlenbeispiel erläutert werden. Soll beispielsweise die Kupplung ganz geschlossen werden, so ist die Position zu=0 mm durch den Kupplungsaktor anzufahren. Der während der Initialisierungsphase IP bestimmte Rückverdrehungsfaktor der Schlingfeder 3 beträgt ru=0,3 mm. Das heißt, nach dem Abschalten des Lagereglers kommt die Kupplung auf 0,3 mm statt auf 0 mm zum Stehen. Wird nun die vorgegebene Position zu um den die Rückverdrehungfaktor ru korrigiert, so wird beim nächsten Anfahren des Kupplungsaktors die 0 mm-Position zu um die 0,3 mm Rückverdrehungfaktor ru erniedrigt. Die anzufahrende korrigierte Position beträgt somit zu-ru = -0,3 mm. Der Lageregler wird nach dem Anfahren der korrigierten Position abgeschaltet, um Energie zu sparen. Durch die der Schlingfeder 3 innewohnende Rückverdrehung wird die ursprünglich gewünschte Position zu=0mm erreicht.
Während der Betriebsphase der Kupplung (Anwendungsphase AP) kann der Rückverdrehungsfaktor ro, ru beim Ansteuern der Kupplungsposition „Kupplung offen“ bzw. „Kupplung geschlossen“ auch adaptiert werden, indem beim Anfahren der korrigierten Positionen zo+ro oder zu-ru jeweils eine Überprüfung durchgeführt wird, ob der Kupplungsaktor 1 auch wirklich die gewünschte weitere korrigierte Position anfährt. Besteht zwischen der während der Anwendungsphase AP angefahrenen aktuellen Position und der korrigierten Position zo+ro bzw. zu-ru eine weitere Differenz ro1 bzw. ru1, so wird diese zu der schon korrigierten Position hinzuaddiert bzw. subtrahiert, so dass die weitere korrigierte Position zo+ro+ro1 bzw. zu+ru+ru1 ein weiteres Mal während des Betriebes der Kupplung ermittelt wird. Werden diese Adaptionen Systemänderungen während der Lebensdauer oder Temperatureinflüsse zugeordnet, ist die Anwendungsphase AP einer erneuten Initialisierungsphase IP gleichzusetzen.
Für die geschlossene Position 0 mm der Kupplung ist zu beachten, dass das nun erlaubte Überschwingen (Rückverdrehung) der Schlingfeder 3 des Kupplungsaktors 1 nicht unter eine bestimmte Grenze erfolgen darf, da ansonsten ein Teilöffnen einer Schnüffelbohrung eines hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems erfolgen kann. Für die Position „Kupplung offen“ muss beachtet werden, dass das System nicht zu hohe Positionen anfährt, da sonst der die Kupplung ansteuernde Nehmerzylinder des hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems überdrückt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsaktor
2: Planetenwälzgewindetrieb
3: Schlingfeder
3.1: Schlingfederbereich
3.2: Schlingfederbereich
4: Spindel
5: Planetenrolle
6: Hohlrad
7: Planetenrollenträger
8: Planetenrollenträger
9: Hülse
zo: vorgegebene Position
zu: vorgegebene Position
ro: Rückverdrehungsfaktor der Schlingfeder
ru: Rückverdrehungsfaktor der Schlingfeder
zo+ro: korrigierte Position
zu-ru: korrigierte Position
IP: Initialisierungsphase
AP: Anwendungsphase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011011152 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Einstellung einer vorgegebenen Position eines ein Reibfederelement umfassenden Kupplungsaktors, bei welchem durch ein Kupplungsmoment über eine Kupplungskennlinie ein Betätigungsweg des die Kupplung betätigenden Kupplungsaktors (1) vorgegeben wird, wobei die durch den Kupplungsaktor (1) einzunehmende vorgegebene Position (zo, zu) durch eine Regelung eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Position (zo, zu) um einen Rückverdrehungswert (ro, ru) des Reibfederelementes (3) korrigiert wird und die korrigierte Position (zo+ro; zu-ru) des Kupplungsaktors (1) durch die Regelung angefahren wird, wobei nach Erreichen der korrigierten Position (zo+ro; zu-ru) die Regelung zur Einstellung der vorgegebenen Position (zo, zu) durch Abbau der in dem Reibfederelement (3) gespeicherten potentiellen Energie abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückverdrehungswert (ro, ru) des Reibfederelementes (3) in einer Initialisierungsphase (IP), vorteilhafterweise am Produktionsende des Kupplungsaktors (1), ermittelt wird, indem durch die Regelung die vorgegebene Position (zo, zu) angefahren wird und eine Differenz aus der tatsächlich von dem Kupplungsaktor eingenommenen Position und der vorgegebenen Position (zo, zu) ermittelt und nicht flüchtig abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kupplungsbetrieb der abgespeicherte Rückverdrehungswert (ro, ru) des Reibfederelementes (3) als Korrekturfaktor zu der vorgegebenen Position (zo, zu) des Kupplungsaktors (1) addiert oder subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der abgespeicherte Rückverdrehungswert (ro, ru) des Reibfederelementes (3) nach wiederholtem Einstellen der vorgegebenen Position (zo, zu) überprüft wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abgespeicherte Rückverdrehungswert (ro, ru) während des Kupplungsbetriebes adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Kupplungsbetriebes die von dem Kupplungsaktor (1) tatsächlich angefahrene Position mit der korrigierten Position (zo+ro; zu-ru) verglichen wird und bei Detektion einer weiteren Differenz zwischen tatsächlich angefahrener Position und der korrigierten Position (zo+ro; zu-ru) der abgespeicherte Rückverdrehungswert (ro, ru) um die weitere Differenz (ro1, ru1) korrigiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebene Position des Kupplungsaktors (1) die Position „Kupplung offen“ (zo) oder „Kupplung geschlossen“ (zu) verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Vorgabe einer neuen vorgegebenen Position des Kupplungsaktors (1) die Regelung wieder eingeschaltet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zwischen den Positionen „Kupplung offen“ (zo) und „Kupplung geschlossen“ (zu) liegenden vorgegebenen Position des Kupplungsaktors (1) die Regelung kontinuierlich fortgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Reibfederelement eine Schlingfeder (3) verwendet wird.