DE102018222030A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Verlustmoments eines Getriebes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Verlustmoments eines Getriebes, wobei bei der Ermittlung ein Trägheitsmoment des Getriebes einbezogen wird. Um die Ermittlung mit niedrigem Aufwand durchführen zu können, wird für die Ermittlung das Getriebe in Neutral geschaltet und anschließend eine dem Getriebe vorgeschaltete Trennkupplung geschlossen, wobei beim Schließen der Trennkupplung ein Kupplungsmoment (T) der Trennkupplung erfasst wird. Zudem wird als Trägheitsmoment des Getriebes ein Trägheitsmoment (J) eines Getriebeeingangs des Getriebes herangezogen und aus diesem und dem Kupplungsmoment (T) ein Gesamtverlustmoment (T) ermittelt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Verlustmoments eines Getriebes, wobei bei der Ermittlung ein Trägheitsmoment des Getriebes einbezogen wird. Zudem betrifft die Erfindung ein Steuergerät, mittels welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist, sowie ein Computerprogrammprodukt.
• In Kraftfahrzeugantriebssträngen ist es zur Regelung und Steuerung verschiedenster Abläufe hilfreich, ein Verlustmoment eines Getriebes des jeweiligen Kraftfahrzeugantriebsstranges ermitteln oder zumindest abschätzen zu können. So beeinflusst das jeweilige Verlustmoment des Getriebes die Regelung einer dem Getriebe vorgeschalteten, automatisierten Trennkupplung, da das Verlustmoment des Getriebes auch Einfluss auf den Anlegepunkt der Trennkupplung hat, also dem Kupplungsweg, ab welchem ein Drehmoment über die Trennkupplung übertragen wird. Darüber hinaus können bei Beobachtung des Verlustmoments des Getriebes auch Rückschlüsse auf den Verschleiß oder einen Ausfall von Komponenten des Getriebes getroffen werden.
• Aus der DE 10 2009 012 488 A1 geht ein Verfahren zur Energiebedarfsbestimmung bei einem Antriebssystem hervor, wobei Teil dieses Verfahrens auch die Bestimmung eines Verlustmodells eines Getriebes des Antriebssystems ist. Dabei findet unter anderem ein Trägheitsmoment des Getriebes Berücksichtigung.
• Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur zumindest näherungsweisen Ermittlung eines Verlustmoments eines Getriebes zu schaffen, wobei diese Ermittlung dabei mit möglichst niedrigem Aufwand realisierbar sein soll.
• Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Steuergerät, mittels welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist, ist ferner Gegenstand der Ansprüche 7 und 8. Schließlich betrifft noch Anspruch 9 ein Computerprogrammprodukt.
• Gemäß der Erfindung findet bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine zumindest näherungsweise Ermittlung eines Verlustmoments eines Getriebes statt. Damit ist im Rahmen der Erfindung gemeint, dass zumindest eine Abschätzung des Verlustmoments des Getriebes vorgenommen wird, welche sich jedoch möglichst nah an den tatsächlichen Verhältnissen bewegt.
• Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass für die Ermittlung des Verlustmoments das Getriebe in Neutral geschaltet und anschließend eine dem Getriebe vorgeschaltete Trennkupplung geschlossen wird. Beim Schließen der Trennkupplung wird ein Kupplungsmoment der Trennkupplung erfasst, wobei im Folgenden aus diesem Kupplungsmoment und einem Trägheitsmoment eines Getriebeeingangs des Getriebes ein Gesamtverlustmoment ermittelt wird.
• Mit anderen Worten wird also für die Ermittlung des Verlustmoments des Getriebes das Getriebe in Neutral geschaltet und in der Folge eine dem Getriebe vorgeschaltete Trennkupplung geschlossen. Dabei bedeutet im Rahmen der Erfindung eine Schaltung des Getriebes in „Neutral“, dass im Getriebe kein Übersetzungsverhältnis zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang geschaltet und somit der Getriebeausgang vom Getriebeeingang entkoppelt ist. Anhand eines Kupplungsmoments der Trennkupplung, welches beim Schließen derselbigen erfasst wird, und eines Trägheitsmoments des Getriebeeingangs des Getriebes wird dann ein Gesamtverlustmoment des Getriebes ermittelt.
• Eine erfindungsgemäße Durchführung eines Verfahrens hat dabei den Vorteil, dass sich bei Neutralschaltung des Getriebes und einem darauffolgenden Schließen der Trennkupplung Verhältnisse ergeben, bei welchen das Gesamtverlustmoment des Getriebes auf einfache Art und Weise bestimmt werden kann. So ergibt sich im Neutralzustand des Getriebes folgende Beziehung: $$J_{In}\cdot {\dot{\omega }}_{In}=T_{Cl}-T_{Loss}$$

  

  und damit auch $$T_{Loss}=T_{Cl}-J_{In}\cdot {\dot{\omega }}_{In}$$

  

  , wobei J_In hierbei das Trägheitsmoment des Getriebeeingangs, ω_In die Winkelbeschleunigung des Getriebeeingangs, T_Cl das von der Trennkupplung tatsächlich übertragene Kupplungsmoment und T_Loss das Gesamtverlustmoment ist.
• Somit lässt sich das Gesamtverlustmoment des Getriebes aus wenigen zu erfassenden Parametern und damit auch mit niedrigem Aufwand ermitteln. In der Folge könnte das somit ermittelte Gesamtverlustmoment des Getriebes unter anderem dazu genutzt werden, eine Kennlinie zur Regelung der vorgeschalteten Trennkupplung anzupassen, wodurch sich beispielsweise ein Anfahrvorgang des jeweiligen Kraftfahrzeuges komfortabler gestalten lassen würde. Außerdem kann anhand einer Erfassung einer Veränderung des Gesamtverlustmoments des Getriebes bei ansonsten gleichen oder zumindest ähnlichen Bedingungen gegebenenfalls auf Verschleiß oder Beschädigung von Komponenten des Getriebes, wie beispielsweise Lagerungen, geschlossen werden.
• Bei dem Getriebe kann es sich im Rahmen der Erfindung prinzipiell um jegliche Art eines Getriebes handeln, wobei das Getriebe allerdings bevorzugt als Stirnradstufengetriebe verwirklicht ist, bei welchem durch selektive Betätigung von Schaltelementen und einer damit einhergehenden Einbindung zugehöriger Stirnradstufen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse dargestellt werden können. Die Betätigung der Schaltelemente findet hierbei insbesondere automatisiert statt. Die dem Getriebe vorgeschaltete Trennkupplung liegt insbesondere als automatisiert betätigte Trennkupplung vor und kann konkret als nasslaufende oder trockenlaufende Reibungskupplung ausgeführt sein.
• Zwar kann auch bei dem Verfahren nach der DE 10 2009 012 488 A1 ein Gesamtverlustmoment eines Getriebes ermittelt werden, dass hierfür vorgesehene Verlustmodell ist aber aufwendig und setzt die Kenntnis vieler Parameter voraus.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden drehzahlabhängige Verluste abgeschätzt, wobei anhand des Gesamtverlustmoments und der drehzahlabhängigen Verluste ein durch Gleitreibung verursachtes Verlustmoment ermittelt wird. Vorliegend sind dabei mit drehzahlabhängigen Verlusten insbesondere die durch Schmiermittel des Getriebes verursachte Verluste gemeint. In Weiterbildung dieser Ausführungsform werden die drehzahlabhängigen Verluste anhand einer Drehzahl des Getriebeeingangs und einer Dämpfungskonstante abgeschätzt, die aus einer Viskosität eines Schmiermittels des Getriebes abgeleitet wurde. Die erfolgt insbesondere anhand der Beziehung $$T_{v\_gleit}=T_{Loss}-d{\omega }_{In}$$

  

  , wobei T_{v_gleit} hierbei das durch Gleitreibung verursachte Verlustmoment und d die aus der Viskosität des Schmiermittels abgeleitete Dämpfungskonstante ist. Hierbei wird bei der Dämpfungskonstante dann insbesondere auch die Temperatur des Schmiermittels mit einbezogen. In vorteilhafter Weise kann hierdurch auf Verluste in Lagern des Getriebes und damit auch auf Verschleiß oder Beschädigungen dieser Lager geschlossen werden. Zudem kann bei Kenntnis des durch Gleitreibung verursachten Verlustmoments eine Kennlinie der Trennkupplung zur Kompensation dieser Verluste entsprechend angepasst werden.
• Es ist eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform, dass anhand des durch Gleitreibung verursachten Verlustmoments ein durch Haftreibung verursachtes Verlustmoment abgeschätzt wird. Dies wird hierbei insbesondere anhand der Beziehung $$T_{v\_haft}=10\cdot T_{v\_gleit}$$

  

  abgeschätzt, was näherungsweise die tatsächlichen Verhältnisse wiedergibt. Dabei ist T_{v_haft} das durch Haftreibung verursachte Verlustmoment. Auch hier kann eine entsprechende Anpassung einer Kennlinie der Trennkupplung vorgenommen werden, um die durch Haftreibung verursachten Verluste zu kompensieren.
• Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird das Gesamtverlustmoment durch einen Störgrößen-Beobachter ermittelt. Die Verwendung eines Beobachters hat den Vorteil, dass die Berechnung zu jedem Zeitpunkt aufgenommen werden kann, da durch einen Beobachter automatisch ein Anfangswertproblem gelöst wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, über den Beobachter Signale zu filtern und auch unbekannte Störungen und Ungenauigkeiten im verwendeten mathematischen Modell zu kompensieren. Dabei verwendet der Störgrößen-Beobachter bevorzugt einen Filter, bei welchem es sich insbesondere um einen Kalman-Filter handelt.
• Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Steuergerät, bei welchem es sich insbesondere um ein Getriebesteuergerät handelt. Dieses Steuergerät kann dabei auch zur Regelung der vorgeschalteten Trennkupplung vorgesehen sein oder aber entsprechend mit einem der Trennkupplung zugeordneten Kupplungssteuergerät im Datenaustausch stehen. Dabei ist das Steuergerät dazu eingerichtet, eine Schaltung des Getriebes in Neutral und ein anschließendes Schließen der dem Getriebe vorgeschalteten Trennkupplung herbeizuführen, wobei für letzteres gegebenenfalls eine entsprechende Kommunikation mit dem Kupplungssteuergerät notwendig ist. Außerdem ist das Steuergerät dazu eingerichtet, beim Schließen der Trennkupplung ein Kupplungsmoment der Trennkupplung zu erfassen und aus einem Trägheitsmoment eines Getriebeeingangs des Getriebes und aus dem Kupplungsmoment ein Gesamtverlustmoment zu ermitteln.
• Durch entsprechende Ausgestaltung des Steuergeräts können auch die weiteren Varianten eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, verwirklicht werden. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, über welches die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte verwirklicht werden, wenn es auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, wie beispielsweise dem vorgenannten Steuergerät, ausgeführt wird.
• Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon jeweils abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugter Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
• 1 eine schematische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges; und
• 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines Verlustmoment eines Getriebes des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
• 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 1, in welchem eine Antriebsmaschine 2 über eine zwischenliegende Trennkupplung 3 mit einem Getriebeeingang 4 eines Getriebes 5 verbunden werden kann. Die Antriebsmaschine 2 ist hierbei als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt und verfügt über ein Motorsteuergerät 6, über welches die Antriebsmaschine 2 entsprechend der Vorgaben eines Fahrzeugführers regelbar ist.
• Das Getriebe 5 steht zudem an einem Getriebeausgang 7 mit weiteren, nachfolgenden Komponenten 8 des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 in Verbindung und ist als Stirnradstufengetriebe gestaltet. Vorliegend sind dabei in 1 beispielhaft zwei Stirnradstufen 9 und 10 dargestellt, über welche jeweils eine Kraftflussführung vom Getriebeeingang 4 zum Getriebeausgang 7 durch entsprechende Betätigung einer Schalteinrichtung 11 verwirklicht werden kann. Hierbei wird zwischen dem Getriebeeingang 4 und dem Getriebeausgang 7 jeweils ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis geschaltet, so dass bei gleichzeitigem Schließen der Trennkupplung 3 auch die vorgeschaltete Antriebsmaschine 2 mit diesem Übersetzungsverhältnis mit den nachfolgenden Komponenten 8 gekoppelt ist.
• Das Getriebe 5 ist als automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt, wobei Schaltungen der darstellbaren Übersetzungsverhältnisse über ein Getriebesteuergerät 12 geregelt werden. Dabei koordiniert das Getriebesteuergerät 12 auch eine automatisierte Betätigung der vorgeschalteten Trennkupplung 3, wobei dies gegebenenfalls über ein separates - vorliegend nicht weiter dargestelltes - Kupplungssteuergerät vollzogen wird. Zu diesem Zweck ist in dem Getriebesteuergerät 12 bzw. dem separaten Kupplungssteuergerät ein entsprechendes Kennfeld hinterlegt. Hierbei ist insbesondere die Kenntnis eines Anlegepunkts der Trennkupplung 3 von Interesse, d.h. ab welchem Kupplungsweg erstmalig ein Drehmoment über die Trennkupplung 3 übertragen wird.
• Die Lage dieses Anlegepunkts wird dabei unter anderem auch durch Verluste im Getriebe 5 beeinflusst, so dass eine Kenntnis der Verluste eine Anpassung des Kennfeldes und damit eine Adaptierung des Anlegepunkt zu ermöglichen. Dabei ist es bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 möglich, Verlustmomente des Getriebes 5 im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln, welches in dem in 2 gezeigten Ablaufdiagramm dargestellt ist und nun im Folgenden näher beschrieben werden soll:
• Zu Beginn des Verfahrens wird in einem Schritt S1 zunächst das Getriebe 5 in neutral geschaltet, d.h. der Getriebeeingang 4 und der Getriebeausgang 7 sind voneinander entkoppelt. Anschließend wird in einem Schritt S2 die Trennkupplung 3 geschlossen und dabei das über die Trennkupplung übertragene Kupplungsmoment T_Cl erfasst.
• In einem darauffolgenden Schritt S3 wird dann über einen Störgrößen-Beobachter unter Einbeziehung der Winkelbeschleunigung ω_In des Getriebeeingangs 4 ein Gesamtverlustmoment T_Loss ermittelt, wobei diese Ermittlung dabei unter Einbeziehung eines Trägheitsmoments J_In des Getriebeeingangs 4 entsprechend der Beziehung $$J_{In}\cdot {\dot{\omega }}_{In}=T_{Cl}-T_{Loss}$$

  

  $$T_{Loss}=T_{Cl}-J_{In}\cdot {\dot{\omega }}_{In}$$

  

  vollzogen wird.
• Aus dem so ermittelten Gesamtverlustmoment T_Loss wird in einem Schritt S4 dann auf ein durch Gleitreibung verursachtes Verlustmoment T_{v_gleit} geschlossen, wobei dies anhand der Beziehung $$T_{v\_gleit}=T_{Loss}-d{\omega }_{In}$$

  

  durchgeführt wird. Dabei bedeutet d eine aus der Ölviskosität des Öls des Getriebes 5 abgeleitete Dämpfungskonstante, so dass das Produkt dω_In drehzahlabhängige Verluste des Getriebes 5 wiedergibt.
• Anhand des so ermittelten Verlustmoment T_{v_gleit} wird in einem darauffolgenden Schritt S5 noch ein durch Haftreibung verursachtes Verlustmoment T_{v_haft} abgeschätzt, wobei dies vorliegend anhand der Beziehung $$T_{v\_haft}=10\cdot T_{v\_gleit}$$

  

  durchgeführt wird. Das Gesamtverlustmoment T_Loss wird in der Folge in einem Schritt S6 gespeichert und gegebenenfalls zu einer Adaptierung des Kennfelds der Trennkupplung 3 herangezogen. Außerdem können die beiden Verlustmomente T_{v_gleit} und T_{v_haft} ebenfalls abgespeichert und bei Erfassung einer maßgeblichen Veränderung auf Verschleiß bzw. Beschädigungen von Lagern des Getriebes 5 geschlossen werden.
• Mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Verlustmoment eines Getriebes mit niedrigem Aufwand ermittelt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Kraftfahrzeugantriebsstrang

2

Antriebsmaschine

3

Trennkupplung

4

Getriebeeingang

5

Getriebe

6

Motorsteuergerät

7

Getriebeausgang

8

Komponenten

9

Stirnradstufe

10

Stirnradstufe

11

Schalteinrichtung

12

Getriebesteuergerät

T_Cl

Kupplungsmoment

ω_In

Winkelbeschleunigung Getriebeeingang

T_Loss

Gesamtverlustmoment

J_In

Trägheitsmoment Getriebeeingang

T_{v_gleit}

durch Gleitreibung verursachtes Verlustmoment

d

Dämpfungskonstante

T_{v_haft}

durch Haftreibung verursachtes Verlustmoment

S1 bis S6

Einzelschritte

• 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
• DE 102009012488 A1 [0003, 0012]

Claims (9)

1. Verfahren zur Ermittlung eines Verlustmoments eines Getriebes (5), wobei bei der Ermittlung ein Trägheitsmoment des Getriebes (5) einbezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung das Getriebe (5) in Neutral geschaltet und anschließend eine dem Getriebe (5) vorgeschaltete Trennkupplung (3) geschlossen wird, wobei beim Schließen der Trennkupplung (3) ein Kupplungsmoment (T_Cl) der Trennkupplung (3) erfasst wird, und dass als Trägheitsmoment des Getriebes (5) ein Trägheitsmoments (J_In) eines Getriebeeingangs (4) des Getriebes (5) herangezogen und aus diesem und dem Kupplungsmoment (T_Cl) ein Gesamtverlustmoment (T_Loss) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drehzahlabhängige Verluste abgeschätzt werden, und dass anhand des Gesamtverlustmoments (T_Loss) und der drehzahlabhängigen Verluste ein durch Gleitreibung verursachtes Verlustmoment (T_Gleit) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlabhängigen Verluste anhand einer Winkelbeschleunigung (ω_In) des Getriebeeingangs (4) und einer Dämpfungskonstante (d) abgeschätzt werden, die aus einer Viskosität eines Schmiermittels des Getriebes (5) abgeleitet wurde.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des durch Gleitreibung verursachten Verlustmoments (T_Gleit) ein durch Haftreibung verursachtes Verlustmoment (T_{v_haft}) abgeschätzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtverlustmoment durch einen Störgrößen-Beobachter ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Störgrößen-Beobachter ein Filter, insbesondere ein Kalman-Filter verwendet wird.
7. Steuergerät, insbesondere Getriebesteuergerät (12), durch welches ein Verlustmoment eines Getriebes (5) ermittelbar ist, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, eine Schaltung des Getriebes (5) in Neutral und ein anschließendes Schließen einer dem Getriebe (5) vorgeschalteten Trennkupplung (3) herbeizuführen, beim Schließen der Trennkupplung (3) ein Kupplungsmoment (T_Cl) der Trennkupplung (3) zu erfassen und aus einem Trägheitsmoments (J_In) eines Getriebeeingangs (4) des Getriebes (5) und aus dem Kupplungsmoment (T_Cl) ein Gesamtverlustmoment (T_Loss) zu ermitteln.
8. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6 eingerichtet ist.
9. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren zur zumindest näherungsweisen Ermittlung eines Verlustmoments eines Getriebes (5) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer oder auf einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät gemäß Anspruch 7 oder 8, ausgeführt wird.

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