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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer von einem Kupplungsbetätigungssystem zugedrückten Trennkupplung zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe eines hybridischen Antriebsstrangs, enthaltend einen elektrohydraulischen Aktor und einen von diesem druckbeaufschlagten, die Trennkupplung entlang eines linearen Betätigungswegs zwischen einer Schließposition und einer Öffnungsposition betätigenden Nehmerzylinder, einen Antriebsstrang mit diesem Kupplungssystem und ein Kupplungssystem.
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In den nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen Nr.
10 2018 130 775.6 und Nr.
10 2018 126 881.5 der Anmelderin sind gattungsgemäße Hybridantriebsstränge und Verfahren zu deren Steuerungen beschrieben, welche eine Antriebseinheit aus einer Brennkraftmaschine und einer ersten Elektromaschine sowie eine mittels einer Trennkupplung mit dieser verbindbaren zweiten Elektromaschine enthalten. Die Trennkupplung wird dabei mittels eines Kupplungsbetätigungssystems betätigt, wobei ein aus einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe bestehender Aktor von einem Steuergerät automatisiert gesteuert einen Nehmerzylinder mit Druck beaufschlagt. Die Trennkupplung ist als zugedrückte Kupplung ausgebildet, so dass die Trennkupplung bei einer Beaufschlagung des Nehmerzylinders geschlossen wird. Das Kupplungsbetätigungssystem weist entlang eines Betätigungswegs des Nehmerzylinderkolbens Reibung auf, die über Lebenszeit, aktuellen Einflüssen und toleranzbedingt variieren kann.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Steuerung des Kupplungsbetätigungssystems. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, ein Kupplungsbetätigungssystem und einen Antriebsstrang mit einer von diesem betätigten Trennkupplung weiterzubilden. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, einen schonenden und ökonomisch vorteilhaften Betrieb des Kupplungssystems und damit des Antriebsstrangs zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 9, 10 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung einer Trennkupplung in einem hybridischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der hybridische Antriebsstrang enthält eine Antriebseinheit aus einer Brennkraftmaschine und einer ersten Elektromaschine. Die Brennkraftmaschine und/oder die erste Elektromaschine können separat oder hybridisch ein Antriebsmoment liefern. Die erste Elektromaschine kann die Brennkraftmaschine starten. Die erste Elektromaschine kann generatorisch von der Brennkraftmaschine abgetriebenen Strom insbesondere zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers, beispielsweise eines Akkumulators und/oder Leistungskondensators liefern.
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Der Antriebseinheit ist ein beispielsweise ein- oder mehrstufiges Getriebe nachgeschaltet, wobei diesem beispielsweise vor einem Differential zum Antrieb von zwei oder vier Antriebsrädern eine zweite Elektromaschine zugeordnet, beispielsweise auf einem Zahnrad des Getriebes angeordnet oder dem Getriebe nachgeschaltet sein kann. Die zweite Elektromaschine kann ein Kraftfahrzeug mit dem vorgeschlagenen Antriebsstrang rein elektromotorisch oder in Verbindung mit der Antriebseinheit antreiben.
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Zwischen dem Getriebe und der Antriebseinheit ist eine von einem Kupplungsbetätigungssystem automatisiert betätigte Trennkupplung vorgesehen, so dass das Kraftfahrzeug bei offener Trennkupplung, beispielsweise einer nass oder trocken betriebenen automatisiert betätigten Reibungskupplung gegebenenfalls ausschließlich mittels der zweiten Elektromaschine angetrieben werden kann, die Brennkraftmaschine mittels der ersten Elektromaschine gestartet und der elektrische Energiespeicher mittels der von der Brennkraftmaschine angetriebenen ersten Elektromaschine geladen und/oder mittels der zweiten Elektromaschine rekuperiert werden kann. Weitere Betriebsarten des Antriebsstrangs können entsprechend vorgesehen sein.
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Die Trennkupplung kann als Anfahrkupplung vorgesehen sein, so dass bei geschlossener oder sich schließender Trennkupplung mittels der Antriebseinheit und gegebenenfalls zusätzlich mit der zweiten Elektromaschine angefahren werden kann.
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Das Kupplungsbetätigungssystem ist elektrohydraulisch ausgebildet. Hierzu ist eine hydraulische Einrichtung vorgesehen, welche neben der Betätigung der Trennkupplung weitere Funktionen, beispielsweise die Betätigung einer Parksperre, die Betätigung eines gegebenenfalls vorhandenen mehrstufigen Getriebes und/oder dergleichen ausüben kann. Die hydraulische Einrichtung enthält einen elektrohydraulischen Aktor und hydraulische Ventile zur Steuerung der einzelnen Verbraucher, insbesondere der Trennkupplung. Der elektrohydraulische Aktor enthält einen von einem Steuergerät gesteuerten, elektronisch kommutierten Elektromotor, welcher eine hydraulische Pumpe antreibt. Die Pumpe versorgt bei entsprechender Beschaltung, um einen Schließvorgang der Trennkupplung vorzunehmen, einen Nehmerzylinder mit Druck, so dass dessen Nehmerzylinderkolben unter Zwischenschaltung eines Betätigungslagers wie Einrücklagers Betätigungselemente wie beispielsweise eine Tellerfeder, Hebelfeder oder dergleichen linear entlang eines Betätigungswegs wie Einrückwegs verlagert, so dass die Trennkupplung einen Reibeingriff zwischen der Welle der Antriebseinheit und einer Getriebeeingangswelle des Getriebes herstellt. Um die Ausbildung und Steuerung der Trennkupplung einfach auszugestalten, kann auf eine Wegregelung des Nehmerzylinderkolbens mit einer entsprechenden Druckregelung verzichtet werden und der Nehmerzylinder mit einem vorgegebenen Solldruck beaufschlagt werden, bei dem die Schließposition der Trennkupplung sicher erreicht ist. Um die Trennkupplung ohne eine Unterstützung durch die Pumpe geschlossen zu halten, kann ein Rückschlagventil vorgesehen sein, so dass die Pumpe bei geschlossener Trennkupplung beispielsweise durch eine Umkehr deren Drehrichtung die Trennkupplung und im hybridischen Antriebsstrang vorhandene Elektromaschinen und das Getriebe kühlen kann.
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Aufgrund von systemimmanenter Reibung und Undichtigkeiten des hydraulischen Systems, ist dauerhaft eine Abweichung von dem Solldruck vorgegeben, so dass in bestimmten Zeitintervallen der Solldruck nachgestellt werden muss.
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Das vorgeschlagene Verfahren sieht hierzu eine Steuerung der von dem Kupplungsbetätigungssystem zugedrückten Trennkupplung derart vor, dass eine Reibung des Kupplungsbetätigungssystems erfasst wird und abhängig von der erfassten Reibung eine Steuerung des Nehmerzylinders in der Schließposition erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine reibungsabhängige Steuerung der Trennkupplung auf die von den äußeren Bedingungen und die innere Reibung des Kupplungsbetätigungssystems angepasst und daher materialschonend und ökonomisch betrieben werden kann. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Kupplungsbetätigungssystem mit geringer Reibung beziehungsweise vorteilhaften Umweltbedingungen, beispielsweise moderater Umgebungstemperatur, mit wesentlich geringerem Solldruck gesteuert werden kann als ein Kupplungsbestätigungssystem mit höherer Reibung beziehungsweise ungünstigen äußeren Bedingungen, beispielsweise bei einem Kaltstart oder geringen Umgebungstemperaturen.
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Die Schließposition der Trennkupplung kann beispielsweise anhand eines in dem Nehmerzylinder herrschenden, beispielsweise mittels eines Drucksensors erfassten Drucks ermittelt werden.
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Beispielsweise kann die Schließposition durch Steuerung des Drucks auf eine vorgegebene erste Druckschwelle, beispielsweise einen Offset eingestellt werden und bei einem Unterschreiten einer zweiten Druckschwelle, beispielsweise dem Solldruck bei noch geschlossener Trennkupplung ein Nachpumpen mittels des Aktors bis zur ersten Druckschwelle vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Differenz zwischen den beiden Druckschwellen reibungsabhängig eingestellt werden. Beispielsweise können hierzu die erste und/oder zweite Druckschwelle eingestellt werden. Die Differenz zwischen den beiden Druckschwellen entspricht dabei der doppelten Systemreibung des Kupplungsbetätigungssystems und der Trennkupplung. Durch die reibungsangepasste Differenz werden einerseits hohe Nachpumpfrequenzen vermieden, die die Lebensdauer der Pumpe verringern und den Energiebedarf der Betätigung der Trennkupplung und damit den CO2-Ausstoß des Fahrzeugs mit dem Antriebsstrang erhöhen. Andererseits wird aufgrund der reibungsangepassten Differenz eine Überbelastung des Kupplungsbetätigungssystems und der Trennkupplung durch reibungsabhängige Optimierung der ersten Druckschwelle und damit verringerte Kräfte vermieden. In besonders vorteilhafter Weise wird die erste Druckschwelle reibungsabhängig eingestellt.
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Beispielsweise kann eine Erstbestimmung der Reibung an einem Bandende des Kupplungsbestätigungssystems oder des Antriebsstrangs erfolgen. Zumindest eine Druckschwelle kann beispielsweise laufend adaptiert werden, um beispielsweise die zumindest eine Druckschwelle an ein Langzeitverhalten und/oder an kurzzeitige Änderungen der Reibung anzupassen.
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Der Druck in dem Nehmerzylinder oder in mit diesem verbundenen Leitungen kann in vorgegebenen beziehungsweise vorgebbaren Zeitintervallen erfasst und auf eine Notwendigkeit eines Nachpumpens überprüft werden.
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Beispielsweise sinkt ein Mindestdruck im Nehmerzylinder nach dem Befüllen des Nehmerzylinders mit Fluid aufgrund der Systemreibung von Nehmerzylinder und Trennkupplung ab. Bei einer Bewegung des Nehmerzylinderkolbens in Schließrichtung und einer Bewegung des Nehmerzylinderkolbens in Öffnungsrichtung der Trennkupplung mittels des Aktors ergibt sich daraus eine Breite der Hysterese von etwa der doppelten Systemreibung. Bei geringer Systemreibung fällt der Druck beim Wechsel von der Schließrichtung in die Öffnungsrichtung weniger stark ab als bei höherer Systemreibung. Das Abfallen des Drucks wird beim Schließen der Trennkupplung als Offset berücksichtigt, damit die Frequenz zum Nachpumpen, beispielsweise durch Ausgleich der Leckage in einem Ventil und/oder Nehmerzylinder nicht zu hoch wird.
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Die in einem Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens hinterlegte Softwareroutine hat beispielsweise den Druck im Nehmerzylinder als Messwert zur Verfügung. Nach dem Schließen der Trennkupplung wird der maximale Druck und der Druck nach einer gewissen, fest einstellbaren Zeit erfasst. Der Unterschied in den beiden Druckwerten entspricht der doppelten Systemreibung. Für das nächste Schließen der Kupplung kann dieser Wert berücksichtigt werden und der Solldruck erhöht oder verringert werden.
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Auf diese Weise wird ein Optimum an Lebensdauer des Aktors, der Trennkupplung und der Ausrückmechanik gewährleistet.
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Die Aufgabe wird auch durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit aus einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine, einem ein- oder mehrstufigen Getriebe sowie einer zwischen der Antriebseinheit und dem Getriebe angeordneten, von einem Kupplungsbetätigungssystem betätigten Trennkupplung sowie einem Steuergerät zur Steuerung des Kupplungsbetätigungssystems sowie einer in dem Steuergerät hinterlegten wie gespeicherten Routine zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens gelöst.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Kupplungsbetätigungssystem mit einem elektrohydraulischen Aktor und einem eine Trennkupplung entlang eines Betätigungswegs von einer Öffnungsposition in eine Schließposition betätigenden Nehmerzylinder gelöst, dessen Aktor mittels des vorgeschlagenen Verfahrens gesteuert ist.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines hybridischen Antriebsstrangs,
- 2 einen Hydraulikschaltplan,
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Trennkupplung des Antriebsstrangs der 1
und
- 4 ein Diagramm zur Hysterese des Kupplungsbetätigungssystems.
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Die 1 zeigt den hybridischen Antriebsstrang 1 für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung. Die Antriebseinheit 2 ist aus der Brennkraftmaschine 3 und der ersten Elektromaschine 4 gebildet. Die Kurbelwelle 5 der Brennkraftmaschine 3 und der Rotor 6 der ersten Elektromaschine 4 sind drehfest mit dem Eingangsteil 8 der automatisiert betätigten Trennkupplung 7 verbunden. Das Ausgangsteil 9 der Trennkupplung 7 ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle 11 des einstufig mit fester Übersetzung ausgebildeten Getriebes 10 verbunden. Die Getriebeausgangswelle 12 des Getriebes 10 ist drehfest mit dem Rotor 14 der zweiten Elektromaschine 13 verbunden. Die Getriebeausgangswelle 12 ist mit den Antriebsrädern, von denen nur das einzelne Antriebsrad 15 gezeigt ist, mittels eines nicht näher gezeigten Differentials drehschlüssig verbunden.
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Die Trennkupplung 7 wird mittels des Kupplungsbetätigungssystems 16 betätigt. Hierbei steuert das Steuergerät 17 einen Elektromotor, welcher eine Pumpe antreibt. Die Pumpe beaufschlagt einen Nehmerzylinder mit Druck, so dass dessen sich verlagernder Nehmerzylinderkolben abhängig vom anstehenden Druck einen Reibeingriff der Trennkupplung 7 herstellt.
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Die 2 zeigt den Hydraulikschaltplan 18 des Kupplungsbetätigungssystems 16 zur Betätigung der nur teilweise darstellten Trennkupplung 7 in schematischer Darstellung. Der elektrohydraulische Aktor 19 betätigt die Trennkupplung 7 und die Parksperre 20. Der Wärmetauscher 21 übernimmt die Kühlung und Schmierung für Verbraucher des Antriebsstrangs, beispielsweise der beiden Elektromaschinen 4, 12 und des Getriebes 10 (1) und gegebenenfalls deren Schmierung, die Schmierung Aktors 19 und Lagern des Elektromotors. Die hydraulischen Ventile 22, 23 übernehmen die logische Steuerung der Trennkupplung 7 und der Parksperre 20. Der Drucksensor 25 und die Parksperre 20 stehen sowohl miteinander als auch mit dem Steuergerät 17 in Signalverbindung. Die Ventile 22, 23 werden über Signalleitungen von dem Steuergerät 17 gesteuert.
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Der Aktor 19 enthält den Elektromotor 24, der von dem Steuergerät 17 gesteuert und von der Leistungselektronik 26 mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Elektromotor 24 treibt die Pumpe 27 an, welche einen Nehmerzylinder der Parksperre 20 und den Nehmerzylinder 28 zur Betätigung der Trennkupplung 7 mit Druck beaufschlagt.
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Die Trennkupplung 7 wird unter Beaufschlagung mit Druck geschlossen. Um den Solldruck für die geschlossene Trennkupplung 7 reibungsabhängig von der Systemreibung des Kupplungsbetätigungssystems 16 einstellen zu können, verfügt der Nehmerzylinder 28 beziehungsweise die Druckleitung zu diesem über den Drucksensor 25, welcher in Signalverbindung mit dem Steuergerät 17 steht.
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Die 3 zeigt unter Bezug auf die 1 und 2 das Ablaufdiagramm 30 der in dem Steuergerät 17 hinterlegten Routine zur Einstellung eines reibungsabhängigen Solldrucks zur Verlagerung und Halten der Trennkupplung 7 in der Schließstellung. Im Block 31 wird die Routine gestartet und in Block 32 initialisiert. in der Verzweigung 33 wird eine Anforderung zum Schließen der Trennkupplung abgewartet. Liegt eine Anforderung vor, wird die Trennkupplung geschlossen.
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In dem Block 34 wird das Ventil 23, das den Druck aus dem Nehmerzylinder 28 ablässt geschlossen. In Block 35 fördert die Pumpe 27 Fluid in den Nehmerzylinder 28. Eine Pumpendrehzahl wird eingeregelt.
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In dem Block 36 wird die eine erste Druckschwelle, gegenüber einer zweiten Druckschwelle, die die Schließposition der Trennkupplung 7 sichert, zum Abschalten des Aktors 19 aus einem vorgegebenen, aus dem vorherigen, abgespeicherten Solldruck und einem abgespeicherten Offset bestimmt.
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In der Verzweigung 37 wird überprüft, ob die erste Druckschwelle erreicht ist. Ist diese erreicht, wird in Block 38 der Aktor 19 abgeschaltet. In Block 39 wird ein erster Druckwert der ersten Druckschwelle in dem Steuergerät 17 gespeichert. In Block 40 wird eine vorgegebene oder vorgebbare Zeit gewartet. In Block 41 wird ein zweiter Druckwert erfasst und im Steuergerät 17 abgespeichert. In dem Block 42 wird von dem ersten Druckwert der zweite Druckwert abgezogen. In Block 43 wird die Differenz als Offset abgespeichert.
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Bei der nächsten Durchführung der Routine wird der abgespeicherte Offset verwendet. In einer weiteren Routine wird bei unter die zweite Druckschwelle fallendem Druck der Aktor 19 aktiviert und betrieben, bis die erste Druckschwelle erreicht ist. Die Überprüfung des anliegenden Drucks erfolgt dabei laufend.
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Die 4 zeigt unter Bezugnahme auf die 2 das Diagramm 44 mit dem Druck p des Nehmerzylinders 28 über das Volumen V während einer Schließstellung der Trennkupplung 7, also bei am Abschaltpunkt 47 eingestellter zweiter Druckschwelle. Im Schließvorgang wird entlang des schließenden Asts 45 das Volumen V(1) an Fluid in den Nehmerzylinder 28 bis zum Abschaltpunkt 47 gepumpt. Aufgrund von innerer Reibung fällt zeitabhängig bei konstantem Volumen V(1) der Druck p um die Druckdifferenz Δp auf den Druckpunkt 48 entlang des öffnenden Asts 46 ab. Um eine sichere Betätigung der Trennkupplung 7 zu gewährleisten, wird der Abschaltpunkt 47 um einen reibungsabhängigen Offset in Höhe der Druckdifferenz Δp erhöht. Die Druckdifferenz Δp ist abhängig von der Reibung, so dass unter Berücksichtigung der Druckdifferenz Δp jeweils eine optimal auf das Kupplungsbetätigungssystem 16 abgestimmter Abschaltpunkt 47 eingestellt wird, welcher das Kupplungsbetätigungssystem 16 und die Trennkupplung 7 minimal belastet und dennoch die Anzahl an Nachpumpvorgängen bei nicht ausreichend hohem Abschaltpunkt 47 minimiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Elektromaschine
- 5
- Kurbelwelle
- 6
- Rotor
- 7
- Trennkupplung
- 8
- Eingangsteil
- 9
- Ausgangsteil
- 10
- Getriebe
- 11
- Getriebeeingangswelle
- 12
- Getriebeausgangswelle
- 13
- Elektromaschine
- 14
- Rotor
- 15
- Antriebsrad
- 16
- Kupplungsbetätigungssystem
- 17
- Steuergerät
- 18
- Hydraulikschaltplan
- 19
- Aktor
- 20
- Parksperre
- 21
- Wärmetauscher
- 22
- Ventil
- 23
- Ventil
- 24
- Elektromotor
- 25
- Drucksensor
- 26
- Leistungselektronik
- 27
- Pumpe
- 28
- Nehmerzylinder
- 30
- Ablaufdiagramm
- 31
- Block
- 32
- Block
- 33
- Verzweigung
- 34
- Block
- 35
- Block
- 36
- Block
- 37
- Verzweigung
- 38
- Block
- 39
- Block
- 40
- Block
- 41
- Block
- 42
- Block
- 43
- Block
- 44
- Diagramm
- 45
- Ast
- 46
- Ast
- 47
- Abschaltpunkt
- 48
- Druckpunkt
- p
- Druck
- V
- Volumen
- V(1)
- Volumen
- Δp
- Druckdifferenz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018130775 [0002]
- DE 102018126881 [0002]
