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Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung einer Kupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Minimierung von Drehzahlschwankungen an einer Kupplung.
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Ein Antriebsstrang umfasst eine Reibkupplung, die Drehmoment mit einem steuerbaren Übertragungsfaktor von 0 bis 1 zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite übermittelt. Die Reibkupplung kann insbesondere eine Reibscheibenkupplung umfassen, bei der eine erste Reibscheibe mit der Eingangsseite und eine zweite Reibscheibe mit der Ausgangsseite verbunden sind. Beide Reibscheiben sind um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert und können mittels eines Aktuators in axialer Richtung aneinander gepresst werden, um den Übertragungsfaktor zu variieren. Liegt der Faktor unter 1, so befinden sich die Reibscheiben in Gleitreibung und zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite wirkt ein Schlupf.
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Beispielsweise durch ungleichmäßigen Verschleiß einer Reibscheibe kann die Reibkupplung eine Neigung zur ungleichförmigen Drehmomentübertragung im Schlupf entwickeln. Ist die Reibkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angebracht, kann sich diese Neigung insbesondere beim Anfahren als „Rupfen“ bemerkbar machen. Um diese Neigung zu minimieren, kann in eine Steuerung des Aktuators eingegriffen werden.
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DE 10 260 838 A1 schlägt die Steuerung einer Kupplungsbetätigung in Abhängigkeit einer Drehzahlschwingung einer Abtriebsseite vor.
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DE 10 2008 053 542 A1 betrifft die Steuerung einer Kupplung in Abhängigkeit eines Vergleichs eines Soll-Schlupfs mit einem Ist-Schlupf.
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Einige Eingriffe können jedoch die Entwicklung einer zusätzlichen Regelschwingung begünstigen, sodass das an der Ausgangsseite bereitgestellte Drehmoment ungleichförmig bleiben kann. Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Minimierung ungleichförmiger Drehmomentübertragung einer Reibkupplung. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Reibkupplung umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind, wobei die Eingangsseite eine Eingangsdrehzahl und die Ausgangsseite eine Ausgangsdrehzahl aufweist. Ein Verfahren zum Steuern einer Reibkupplung umfasst Schritte des Steuerns einer Drehmomentübertragung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite, um eine vorbestimmte Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl zu erzielen; des Bestimmens einer von einem Verdrehwinkel der Eingangsseite gegenüber der Ausgangsseite abhängigen Variation der Drehzahldifferenz; und des Anpassens eines Steuerparameters in Abhängigkeit der Variation.
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Die Drehzahldifferenz kann einen Schlupf zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite ausdrücken. Ist die Drehzahldifferenz einer Schwingung unterworfen, die einer relativen Verdrehung der Eingangsseite gegenüber der Ausgangsseite entspricht, so wird an der Ausgangsseite der Reibkupplung ein ungleichförmiges Drehmoment bereitgestellt. Es wird vorgeschlagen, eine Regelung, die zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Schlupfes bzw. einer vorbestimmten Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite vorgesehen ist, dann geändert zu parametrieren, wenn die Schwingung der Differenzdrehzahl eine vorbestimmte Amplitude übersteigt. Die Steuerung der Differenzdrehzahl kann auf einfache und effiziente Weise beeinflusst werden, um einer Schwingungsneigung entgegen zu wirken. Ein zusätzlicher Aktuator oder eine Änderung einer Ansteuerung eines bestehenden Aktuators der Reibkupplung können nicht erforderlich sein. Es ist zu beachten, dass zunächst kein Eingriff erfolgen kann, falls die Schwingung unterhalb des vorbestimmten Werts bleibt. Erst wenn die Schwingung zunimmt, kann die Regelung aggressiver parametriert werden, um die Schwingung zu unterdrücken. Ein Aufschaukeln der Regelung kann dadurch verhindert werden.
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Zwischen einem Proportional-Anteil der Steuerung und der Amplitude der Variation kann ein Zusammenhang bestehen. Dieser Zusammenhang kann kleiner sein, wenn die Amplitude unterhalb eines ersten vorbestimmten Betrags liegt, und größer, wenn die Amplitude oberhalb des Betrags liegt. Insbesondere kann der Zusammenhang linear sein und durch einen Proportionalitätsfaktor ausgedrückt werden. Liegt die Amplitude unter dem Betrag, kann der Proportionalitätsfaktor gering sein und in einer Ausführungsform auch null betragen. Liegt die Amplitude hingegen über dem Betrag, kann der Proportionalitätsfaktor groß sein. Insbesondere kann in diesem Fall der Proportionalitätsfaktor größer als bei einer üblichen Steuerung sein. Durch die aggressivere Bedatung der Steuerung kann eine auftretende Schwingung der Variation rasch reduziert werden. Ein Aufschaukeln kann vermieden werden.
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Das Umschalten zwischen dem niedrigeren und dem höheren Proportionalitätsfaktor kann mit einer Hysterese erfolgen, sodass rasch aufeinander folgende Wechsel der Proportionalitätsfaktoren vermieden werden können. Dazu können ein niedrigerer und ein höherer Betrag zum Vergleich mit der Variation gebildet werden. Übersteigt die Variation den höheren Betrag, kann der höhere Proportionalitätsfaktor verwendet werden. Der niedrigere Proportionalitätsfaktor kann erst wieder verwendet werden, wenn die Variation den niedrigeren Betrag unterschreitet.
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Die Steuerung kann eine PID-Regelung mit einem Proportional-Anteil, einem Integral-Anteil und einem Differential-Anteil umfassen. Ein solcher Regler wird auch PID-Regler genannt. In anderen Ausführungsformen können auch ein PI-Regler (mit einem Proportional-Anteil und einem Integral-Anteil) oder ein PD-Regler (mit einem Proportional-Anteil und einem Differential-Anteil) verwendet werden.
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Wenigstens einer der Beträge, mit denen die Amplitude verglichen wird, kann auf der Basis der Variation bestimmt werden. Dazu kann insbesondere beobachtet werden, unter welchen Umständen eine Schwingung der Variation auftritt und wie sich diese entwickelt. Ein Betrag kann dann so gewählt oder angepasst werden, dass eine optimale Schwingungsunterdrückung ermöglicht wird, ohne die Regelung der Differenzdrehzahl zu beeinträchtigen. In einer Ausführungsform kann der Betrag auch in Abhängigkeit eines weiteren Parameters gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines über die Reibkupplung zu übertragenden Drehmoments, der Differenzdrehzahl oder einer absoluten Drehzahl der Eingangs- oder Ausgangsseite.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Drehmomentübertragung in Abhängigkeit der Amplitude der Variation und des Verdrehwinkels gesteuert werden. Befindet sich die Eingangsseite relativ zur Ausgangsseite in einer Drehstellung, in welcher eine erhöhte Übertragung von Drehmoment erfolgt, kann der Übertragungsfaktor der Reibkupplung verringert werden. Umgekehrt kann der Übertragungsfaktor erhöht werden, wenn eine relative Drehstellung vorliegt, in welcher eine verringerte Übertragung von Drehmoment erfolgt. Anders ausgedrückt kann ein Aktuator zur Betätigung der Kupplung dazu angesteuert werden, der vom relativen Verdrehwinkel abhängige Variation der Drehzahlen aktiv entgegen zu wirken.
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Die Drehmomentübertragung kann mittels eines Aktuators gesteuert werden, wobei die Steuerung bevorzugt eine Stelldauer des Aktuators berücksichtigt. Der Aktuator kann insbesondere einen hydraulischen Aktuator umfassen, der bevorzugt elektrisch gesteuert werden kann. Andere Aktuatoren sind aber auch möglich, beispielsweise elektromechanisch, elektrohydraulisch oder elektropneumatisch. Durch das Berücksichtigen der Stelldauer kann die Beeinflussung des Aktuators verbessert gegenphasig zur Variation er Drehzahldifferenz erfolgen, sodass eine weitgehende Kompensation der Variation möglich ist.
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Eine Steuervorrichtung für eine hierin beschriebene Reibkupplung umfasst einen ersten Sensor zur Abtastung eines Drehwinkels der Eingangsseite; einen zweiten Sensor zur Abtastung eines Drehwinkels der Ausgangsseite; und eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, eine Drehmomentübertragung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite zu steuern, um eine vorbestimmte Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl zu erzielen; eine von einem Verdrehwinkel der Eingangsseite gegenüber der Ausgangsseite abhängigen Variation der Drehzahldifferenz zu bestimmen; und einen Steuerparameter in Abhängigkeit der Variation anzupassen.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein System;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens; und
- 3 Verläufe an einer Kupplung
darstellt.
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1 zeigt ein System 100, das eine Reibkupplung 105 (im Folgenden auch: Kupplung 105) und eine Steuervorrichtung 110 umfasst. Die Kupplung 105 ist zur steuerbaren Übertragung von Drehmoment eingerichtet und bevorzugt zum Einsatz in einem Antriebsstrang, insbesondere an Bord eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen.
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Die Kupplung 105 umfasst eine Eingangsseite 115 und eine Ausgangsseite 120, die um eine gemeinsame Drehachse 125 drehbar gelagert sind. Die Eingangsseite 115 kann zur Verbindung mit einem Antriebsmotor und die Ausgangsseite 120 zur Verbindung mit einer Eingangswelle eines Getriebes eingerichtet sein. Die Kupplung 105 kann eine Anfahrkupplung, eine KO-Kupplung oder eine andere Kupplung zur steuerbaren Übertragung von Drehmoment umfassen.
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An der Eingangsseite 115 und der Ausgangsseite 120 ist bevorzugt jeweils ein Reibbelag 130 angebracht. Zur Übertragung von Drehmoment von der Eingangsseite 115 zur Ausgangsseite 120 können die Reibbeläge 130 miteinander in Eingriff gebracht werden, beispielsweise durch axiales Anpressen der Reibbeläge 130 aneinander. Solange sich die Reibbeläge 130 in Gleitreibung befinden, kann ein Übertragungsfaktor von Drehmoment über die Kupplung 105 mittels einer axialen Anpresskraft zwischen 0 und ca. 1 gesteuert werden. Eine Eingangsdrehzahl der Eingangsseite 115 unterscheidet sich dabei von einer Ausgangsdrehzahl der Ausgangsseite 120.
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Befinden sich die Reibbeläge 130 in Haftreibung, beträgt der Übertragungsfaktor üblicherweise 1.
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Der Übertragungsfaktor, und damit eine Differenzdrehzahl zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl, kann mittels eines Aktuators 135 gesteuert werden, der bevorzugt eine axiale Anpresskraft zwischen den Reibbelägen 130 der Eingangsseite 115 und der Ausgangsseite 120 bewirkt. Der Aktuator 135 kann auf beliebige Weise aufgebaut sein, vorliegend wird von einer bevorzugten Ausführungsform eines elektrohydraulischen Aktuators 135 ausgegangen. Der Aktuator 135 kann mittels der Steuervorrichtung 110 gesteuert werden.
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Die Steuervorrichtung 110 umfasst bevorzugt eine Verarbeitungseinrichtung 140, die mit einem ersten Sensor 145 zur Abtastung eines Drehwinkels der Eingangsseite 115 und einem zweiten Sensor 150 Abtastung eines Drehwinkels der Ausgangsseite 120 verbunden ist. Die Sensoren 145, 150 sind bevorzugt zur kontaktlosen Drehwinkelerfassung eingerichtet und beziehen sich üblicherweise auf einen gemeinsamen Referenzpunkt, beispielsweise ein Gehäuse der Kupplung 105. Die Verarbeitungseinrichtung 140 ist dazu eingerichtet, auf der Basis der von den Sensoren 145, 150 bereitgestellten Signale eine an der Kupplung 105 anliegende Differenzdrehzahl zu bestimmen. Die Verarbeitungseinrichtung 140 kann ferner mit einer Schnittstelle 155 verbunden sein, über die insbesondere eine Steuervorgabe entgegen genommen werden kann.
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Die Steuervorrichtung 110 ist bevorzugt dazu eingerichtet, über die Schnittstelle 155 einen Hinweis auf eine zwischen der Eingangsseite 115 und der Ausgangsseite 120 einzustellende Differenzdrehzahl entgegenzunehmen und dann den Aktor 135 derart anzusteuern, dass sich die Differenzdrehzahl an der Kupplung 105 einstellt. Dazu umfasst oder realisiert die Steuervorrichtung 110 bevorzugt einen PID-Regler, der einen Proportional-Anteil (P-Anteil), einen Integral-Anteil (I-Anteil) und einen Differential-Anteil (D-Anteil) verarbeitet, um die Differenzdrehzahl (als Regelgröße) der einzustellenden Differenzdrehzahl (als Führungsgröße) anzunähern.
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Beispielsweise aufgrund einer ungleichmäßigen Abnutzung eines Reibbelags 130, eines thermischen Effekts oder unter der Wirkung einer hohen Drehzahl kann ein zwischen den Reibbelägen 130 wirkender Reibwert anhängig von einem relativen Verdrehwinkel der Reibbeläge 130 sein. Der effektive Reibwert bestimmt den Übertragungsfaktor der Kupplung 105, sodass bei einer Differenzdrehzahl ungleich null das über die Kupplung 105 übertragene Drehmoment einer Schwankung unterworfen sein kann, die vom Verdrehwinkel abhängig ist. Anders ausgedrückt kann das im Schlupfbetrieb der Kupplung 105 an deren Ausgangsseite 120 bereitgestellte Drehmoment einer Schwingung unterworfen sein, deren Frequenz vom Verdrehwinkel der Eingangsseite 115 gegenüber der Ausgangsseite 120 abhängig ist. Eine Schwingungsneigung bei der Übertragung von Drehmoment kann verstärkt werden, wenn das an der Eingangsseite 115 bereitgestellte Drehmoment nicht völlig gleichförmig ist, sondern selbst über die Zeit oder einen Drehwinkel der Eingangsseite 115 variiert.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Steuerung einer Kupplung 100 der Art von 1. In Schritten 205 und 210 werden mittels der Sensoren 145 und 150 zunächst Drehwinkel α1 der Eingangsseite 115 und α2 der Ausgangsseite 120 bestimmt. Durch zeitliche Ableitung der Drehwinkel α können jeweils eine zugeordnete Winkelgeschwindigkeit ω oder eine zugeordnete Drehzahl bestimmt werden.
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In einem Schritt 215 kann eine Differenzdrehzahl als Differenz bestimmter Drehzahlen der Eingangsseite 115 und der Ausgangsseite 120 bestimmt werden. In einem Schritt 220 kann ein relativer Verdrehwinkel der Eingangsseite 115 gegenüber der Ausgangsseite 120 als Differenz der Drehwinkel α bestimmt werden.
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In einem Schritt 225 kann eine Maßnahme durchgeführt werden, um auf eine Regelstrecke einzuwirken, die vorgesehen ist, um eine vorbestimmte Differenzdrehzahl an der Kupplung 105 einzustellen. Zur Regelung der Differenzdrehzahl kann, in einer vereinfachten Darstellung, in einem Schritt 230 eine PID-Regelung durchgeführt werden. Eine an der Kupplung 105 herrschende Differenzdrehzahl kann in einem Schritt 230 bereitgestellt werden. Ein Ausgangssignal der Regelung kann in einem Schritt 240 mit einem Vorsteuersignal, das in einem Schritt 245 bestimmt werden kann, oder einem Vorsteuer-Korrektursignal, das in einem Schritt 250 bestimmt werden kann, überlagert werden. Das entstehende Signal kann in einem Schritt 255 zur Ansteuerung der Kupplung 105, insbesondere mittels des Aktuators 135, verwendet werden.
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Im Wesentlichen können im Schritt 225 zwei Maßnahmen jeweils einzeln oder gemeinsam ergriffen werden.
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Eine erste Maßnahme umfasst das Bestimmen einer Amplitude der Schwingung, der die Differenzdrehzahl ausgesetzt ist bzw. die der Differenzdrehzahl überlagert ist. Insbesondere soll eine Schwingung betrachtet werden, deren Frequenz der Frequenz des Verdrehwinkels zwischen der Eingangsseite 115 und der Ausgangsseite 120 entspricht. Oberwellen können ebenfalls betrachtet werden. Die bestimmte Amplitude wird dann mit einem vorbestimmten Betrag verglichen. Liegt die Amplitude unter dem Betrag, so kann die PID-Regelung 235 unbeeinflusst bleiben. Übersteigt die Amplitude jedoch den Betrag, so kann ein P-Anteil der Regelung verstärkt werden, um ein rasches Abklingen der Schwingung der Differenzdrehzahl zu bewirken. In einer Ausführungsform wird der P-Anteil in Abhängigkeit der Amplitude bestimmt. Dabei kann ein moderater oder schwacher Zusammenhang gewählt werden, solange die Amplitude unter dem Betrag liegt. Der Zusammenhang kann auch völlig aufgelöst sein, sodass der P-Anteil in diesem Bereich unabhängig von der Amplitude ist. Übersteigt die Amplitude den Betrag jedoch, so kann ein starker Zusammenhang gewählt sein, bei dem bereits eine geringe Zunahme der Amplitude zu einer starken Zunahme des P-Anteils führen kann.
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Eine zweite Maßnahme betrifft das Variieren der Ansteuerung der Kupplung 105 derart, dass der Übertragungsfaktor praktisch unabhängig vom Verdrehwinkel wird. Dazu kann einer Ansteuerung des Aktuators 135 ein Signal überlagert werden, das die gleiche Frequenz wie die Differenzdrehzahl aufweist. Eine Phasenlage des überlagerten Signals bezüglich der Schwingung der Differenzdrehzahl wird bevorzugt derart bestimmt, dass eine insbesondere mechanisch bedingte Latenz zwischen einem Ansteuersignal und einer durch den Aktuator 135 erfolgten Ansteuerung berücksichtigt ist. Dazu kann insbesondere auch die Frequenz der Differenzdrehzahl verarbeitet werden. Effektiv soll der Aktuator 135 den Übertragungsfaktor der Kupplung 105 genau gegenphasig zu einer Variation eines zwischen der Eingangsseite 115 und der Ausgangsseite 120 wirkenden Reibwerts beeinflussen, sodass insgesamt eine möglichst schwingungsfreie Übertragung von Drehmoment ermöglicht ist.
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3 zeigt beispielhafte Verläufe an einer Kupplung 105 der Art von 1. 3a zeigt den einer Schwingung unterworfenen Teil einer Differenzdrehzahl 305. In horizontaler Richtung ist ein Verdrehwinkel Δα = | α1 - α2 | dargestellt, in vertikaler Richtung eine Amplitude. Ein erster Betrag 310 bezeichnet ein Maximum und ein zweiter Betrag 315 ein Minimum für eine Steuerung der ersten Maßnahme im Schritt 225. Übersteigt die Amplitude der Differenzdrehzahl 305 den zweiten Betrag 315, so kann der P-Anteil in der Regelung 235 verstärkt werden. Unterschreitet die Amplitude der Differenzdrehzahl 305 den ersten Betrag 310, so kann der P-Anteil wieder verringert werden. In einer anderen Ausführungsform ist nur ein Betrag 310, 315 vorgesehen, wobei bei Überschreiten des Betrags der P-Anteil verstärkt und bei Unterschreiten abgeschwächt werden kann. Der P-Anteil kann insbesondere in Abhängigkeit der Amplitude der Differenzdrehzahl 305 bestimmt werden.
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3b zeigt eine ähnliche Darstellung zur Verdeutlichung der oben beschriebenen zweiten Maßnahme. Dargestellt sind ein Kupplungsmoment 320, ein korrigiertes Kupplungsmoment 325 und eine Vorsteuerung 330. Das Kupplungsmoment 320 entspricht einem über die Kupplung 105 übertragenen Drehmoment. Dieser Wert kann auch als Übertragungsfaktor angesehen werden. Zur Verringerung von Schwingungen wird die Vorsteuerung 330 genutzt, um die Ansteuerung der Kupplung 105 zu variieren. Dabei erfolgt die Variation derart, dass eine Verzugszeit 335, die zwischen dem Einstellen des Aktuatorsignals und dem Bewirken des korrespondierenden Übertragungsfaktors verstreicht, berücksichtigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Reibkupplung (Kupplung)
- 110
- Steuervorrichtung
- 115
- Eingangsseite
- 120
- Ausgangsseite
- 125
- Drehachse
- 130
- Reibbelag
- 135
- Aktuator
- 140
- Verarbeitungseinrichtung
- 145
- erster Sensor
- 150
- zweiter Sensor
- 155
- Schnittstelle
- 200
- Verfahren
- 205
- Abtasten Drehwinkel Eingangsseite
- 210
- Abtasten Drehwinkel Ausgangsseite
- 215
- Bestimmen Differenzdrehzahl
- 220
- Bestimmen Verdrehwinkel
- 225
- Beeinflussen Regelung
- 230
- Bestimmen Differenzdrehzahl
- 235
- PID-Regelung
- 240
- Überlagern Signale
- 245
- Vorsteuerung
- 250
- Korrektur Vorsteuerung
- 255
- Ansteuern Kupplung
- 305
- Differenzdrehzahl
- 310
- erster Betrag
- 315
- zweiter Betrag
- 320
- Kupplungsmoment
- 325
- korrigiertes Kupplungsmoment
- 330
- Vorsteuerung
- 335
- Verzugszeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10260838 A1 [0004]
- DE 102008053542 A1 [0005]
