DE102023203442A1

DE102023203442A1 - Verfahren zum Betrieb eines Schaltelementes, Steuerungseinrichtung sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102023203442A1
Application number: DE102023203442.5A
Authority: DE
Inventors: Markus TERWART; Lukas Spath; Thomas John
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2023-04-17
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2043-04-18
Also published as: DE102023203442B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltelementes, insbesondere einer Kupplungseinrichtung (3), eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Schaltelement fluiddruckgesteuert betrieben wird und eine Vorgabe eines Soll-Druck-Verlaufs (10) in Abhängigkeit einer Fahranforderung erfolgt, wobei der Soll-Druck-Verlauf (10) eine Zeitdauer (32) aufweist, gekennzeichnet durch einen Schritt des Hinzufügens wenigstens eines Druck-Impulses (24, 26) in Abhängigkeit einer Fahrsituation oder Betriebssituation des Kraftfahrzeuges (1) zur Verkürzung der Zeitdauer (34).Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug umfassend eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb Schaltelementes eines Kraftfahrzeuges, wobei das Schaltelement fluiddruckgesteuert betrieben wird und eine Vorgabe eines Soll-Druck-Verlaufs in Abhängigkeit einer Fahranforderung erfolgt, wobei der Soll-Druck-Verlauf eine Zeitdauer aufweist.
Beim Betrieb von Kupplungen sollen gleichzeitig Performance- und Komfortansprüche realisiert werden. Bei der Steigerung der Performance kann es aber zu Komforteinbußen kommen, wenn alleine auf die Geschwindigkeit der Ansteuerung geachtet wird.
Beim drucksensorgesteuerten Betrieb von Kupplungen ist es wichtig, für Sollvorgaben ausreichend Zeit einzuplanen, damit die Soll-Werte auch in Ist-Werte umgesetzt sind. Dies ist immanent bei hydraulischen Steuerungen, da diese dynamische Verzögerungen im Ansprechverhalten aufweisen.
Durch die dynamischen Verzögerungen ist einerseits eine Dämpfung gewährleistet, andererseits der Ist-Druck-Verlauf wenig dynamisch. Weil die Druckansteuerung allen möglichen Abläufen folgt, ist bei einer robusten Einstellung gegenüber Schwingungsneigungen der Dynamik eine Grenze gesetzt.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftfahrzeug-Kupplungsanordnung anzugeben, bei welchem die Dynamik ohne Komforteinbußen gesteigert werden kann.
Zur Lösung dieses Problems wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dasswenigstens ein Druck-Impuls in Abhängigkeit einer Fahrsituation oder Betriebssituation des Kraftfahrzeuges zur Verkürzung der Zeitdauer hinzugefügt wird.
Als Kern der vorliegenden Erfindung wird angesehen, die Performance in Abhängigkeit der Fahrsituation zu steigern. Dabei wird die Performance genau dann gesteigert, wenn dies zu keinen Komforteinbußen führt. Die gegensätzlichen Ziele Performance und Komfort werden also durch eine intelligente Steuerung beide gleichzeitig bestmöglich realisiert. Dabei wird von einem einzigen Ablauf in Abhängigkeit einer Fahranforderung ausgegangen, die dynamischer ausgestaltet wird, wenn es ohne Komforteinbußen möglich ist. Es bedarf also weder einer Vielzahl an Abläufen noch einer Bevorratung an Parametern. Vielmehr wird ein Komfort-optimierter Verlauf vorgegeben. Durch das einfache Hinzufügen von Druck-Impulsen kann dieser Ablauf dynamischer gestaltet werden. Dadurch, dass der oder die Druck-Impulse nur dann gegebenen werden, wenn dies zu keinen Komforteinbußen führt, ist das Verfahren gleichzeitig komfort- also auch performanceoptimiert.
Verfahrensgemäß ist es ebenso möglich, dass ein sich aus dem vorgegebenen Soll-Druck-Verlauf ergebender Ist-Druck-Verlauf zumindest in einem Zeitintervall, insbesondere einem Zeitintervall vor einer Füllausgleichsphase, einen Zeitverzug relativ zu dem vorgegebenen Soll-Druck-Verlauf aufweist, welcher Zeitverzug durch den wenigstens einen hinzugefügten Druck-Impuls ebenso reduziert werden kann bzw. wird.
Beispiele für eine, insbesondere komfortable, Fahranforderung sind eine Gangwechselanforderung oder eine Anfahranforderung.
Im Gegensatz dazu sind eine Fahrsituation oder Betriebssituation ein Rennstart. Eine weitere Fahrsituation in der eine Performaricesteigerung gewünscht wird, ist beispielsweise ein Kickdown. Bei einem Kickdown kann es zu einer Gangwechselanforderung kommen, bei einem Rennstart liegt eine Anfahranforderung zugrunde. Im Gegensatz zu einer Komfort-Anfahranforderung oder Komfort-Gangwechselanforderung ist hierbei die Performance gegenüber dem Komfort höher priorisiert.
Vorteilhafterweise kann der Druck-Impuls als Befüll-Impuls ausgestaltet sein bzw. werden. Ein Druckimpuls kann grundsätzlich ein Befüll-Impuls oder ein Entleer-Impuls sein. Je nach Situation kann der Druck-Impuls alternativ als Entleer-Impuls ausgestaltet sein bzw. werden.
Vorteilhafterweise kann der Druck-Impuls nach einer Füllausgleichsphase und/oder in einer Druckanstiegsphase angelegt sein bzw. werden. Es ist bekannt, beim Einkuppeln der Kupplung eine Schnellbefüllphase vorzusehen, in der die Sollvorgabe, also der Soll-Druck-Verlauf bereits so hoch oder stark wie möglich ausgebildet ist. An diese Schnellbefüllphase schließt sich typischerweise eine Füllausgleichsphase an, in der sich der Ist-Druck an den Soll-Druck annähert. Danach folgt eine Druckanstiegsphase, in der der Druck gesteigert wird und der Ist-Druck nahe am Soll-Druck liegt. In dieser Phase wird nach dem Stand der Technik kein Befüll-Impuls vorgesehen, da dieser zu Komforteinbußen führt.
Als Druck wird in der vorliegenden Erfindung typischerweise der Befüll-Druck einer Druckkammer eines Schaltelementes bezeichnet. Ein möglicher Druck in einer Füllausgleichskammer oder eines Kühlfluids werden typischerweise nicht betrachtet.
Vorteilhafterweise können die Höhe und/oder die Dauer des Druck-Impulses in Abhängigkeit der Fahrsituation oder Betriebssituation festgelegt werden. Zusätzlich oder alternativ kann können die Höhe und/oder die Dauer des Druck-Impulses in Abhängigkeit der Höhe des zu erreichenden Sollmomentes oder Solldrucks festgelegt werden. Es gibt also nicht einen einzigen Druck-Impuls, vielmehr wird der Druck-Impuls an Randbedingungen angepasst. Dabei können sich die Randbedingungen auch bei der gleichen Fahrsituation unterscheiden. Beispielsweise kann die Höhe und/oder die Dauer des Druckimpulses in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Druckmediums der Kupplung festgelegt werden. Beispielsweise kann bei einem Rennstart also der Druck-Impuls in Abhängigkeit der Öltemperatur der Kupplung festgelegt werden. Dieser unterscheidet sich danach, ob der Rennstart bei Beginn der Fahrt vorgenommen wird oder irgendwann zwischendurch.
Das beschriebene Verfahren kann bei Verwendung einer einzigen Kupplung eingesetzt bzw. verwendet werden. Bevorzugt ist aber, dass die Kupplungsanordnung wenigstens zwei Kupplungen einer Doppelkupplung umfasst und der Druck-Impuls zumindest dem Soll-Druck-Verlauf der Zielkupplung hinzugefügt wird.
Vorteilhafterweise können dem Soll-Druck-Verlauf mehrere Druck-Impulse hinzugefügt werden. Insbesondere können dem Soll-Druck-Verlauf zwei Druck-Impulse hinzugefügt werden.
Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die typischerweise hardware- und/oder softwaremäßig implementierte Steuerungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet bzw. eingerichtet ist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Steuerungseinrichtung und einer Kupplungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtung kann als Doppelkupplungseinrichtung und die Schaltelemente als Kupplungen ausgebildet sein.
Sämtliche Erläuterungen zu dem Verfahren gelten analog für die Steuerungseinrichtung und für das Kraftfahrzeug.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeuges,
2 einen Druck-Kurven-Verlauf (Stand der Technik), und
3 einen Druck-Kurven-Verlauf (erfindungsgemäß).

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeuges 1. Das Kraftfahrzeug 1 hat als Antriebseinrichtung 2 einen Verbrennungsmotor oder eine oder mehrere elektrische Maschinen oder eine Kombination aus beiden. Die Antriebseinrichtung 2 ist über eine Kupplungseinrichtung 3 mit einem Getriebe 4 verbunden. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug 1 eine hardware- und/oder softwaremäßig implementierte Steuerungseinrichtung 5 auf, welche eingerichtet ist, den Betrieb der Kupplungseinrichtung 3 und/oder des Getriebes 4 zu steuern. Die Steuerungseinrichtungseinrichtung 5 ist sonach insbesondere eingerichtet, die Kupplungseinrichtung 3 und/oder das Getriebe 4 zu betätigen werden. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung 5 einen oder mehrere Kupplungsaktuatoren ansteuern.
Die Kupplungseinrichtung 3 kann als Doppelkupplung ausgebildet sein. Das Getriebe 4 kann dann dementsprechend als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet sein.
Die Kupplungseinrichtung 3 weist bevorzugt wenigstens eine, insbesondere zwei, Lamellenkupplungen auf.
Der Antriebseinrichtung 2, die Kupplungseinrichtung 3 und das Getriebe 4 bilden zusammen einen Antriebsstrang 6 des Kraftfahrzeuges 1.
Ein auf das Schaltgetriebe 4 folgendes Differenzialgetriebe und weitere Elemente des Antriebsstrangs 6 sind nicht dargestellt.
2 zeigt ein bekanntes Zeitverlaufsdiagramm während der Betätigung eines Schaltelementes. Bei diesem Schaltelement kann es sich vorteilhafterweise um eine Kupplung bzw. die Kupplungseinrichtung 3 handeln. Dabei ist gegen die Achse 7 (x-Achse) die Zeit und gegen die Achse 8 (y-Achse) ein Druck aufgetragen. Die Kurve 9 stellt dabei einen Soll-Druck-Verlauf 10 dar und die Kurve 12 den Ist-Druck-Verlauf.
Zum Zeitpunkt t₀ erfolgt eine Fahranforderung, zu derer zum Zeitpunkt t₁ die Befüllung gestartet wird. Dafür wird während der Schnellbefüllphase zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ ein Schnellbefülldruck p_c1 angelegt. Am Ende der Schnellbefüllphase wird der Soll-Druck in einer zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ liegenden Füllausgleichsphase auf den Füllausgleichsdruck p₂ abgesenkt. Der Ist-Druck folgt darin (im Wesentlichen) dem Soll-Druck; auch in der nachfolgenden Druckanstiegsphase zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄, in welcher der Soll-Druck stufenartig von dem Füllausgleichsdruck p₂ ansteigt, folgt der Ist-Druck dem Soll-Druck, ohne diesen jedoch zu erreichen.
Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ folgt, wie erwähnt, die Füllausgleichsphase, in der es dem Ist-Druck ermöglicht wird, sich (im Wesentlichen) an den Soll-Druck anzugleichen. Dementsprechend liegen in der Füllausgleichsphase zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ die Kurven 9 und 12 beinahe respektive im Wesentlichen deckungsgleich übereinander.
Zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ folgt dann die Druckanstiegsphase, in der der Ist-Druck durch Steigerung des Soll-Drucks in mehreren Stufen, d. h. insbesondere in zwei Stufen, nochmals angehoben wird.
In der anschließenden Phase nach dem Zeitpunkt t₄ liegt bei der Kupplung ein Schließdruck p₃ an.
2 zeigt wie beschrieben ein bekanntes Zeitverlaufsdiagramm, das in Bezug auf Komfort optimiert ist.
3 zeigt ein zu 2 ähnliches Zeitverlaufsdiagramm, wobei die Bezeichnungen weitestgehend übernommen wurden. Im Unterschied zu 2 finden sich im Soll-Druck-Verlauf zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄, d. h. in der Druckanstiegsphase, zwei Druck-Impulse 24 und 26. Diese sind sonach während der Druckanstiegsphase 20 angelegt worden. Daher liegt der Schließdruck p₃ an der Kupplungseinrichtung 3 bereits zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t₄ an.
Die Dauer und die Höhe bzw. Stärke der Druck-Impulse 24 und 26 hängt typischerweise von verschiedenen Randbedingungen ab, wie z. B. der Ablaufart der jeweiligen Fahrsituation, der Sprunghöhe des zu erreichenden Sollmomentes, der resultierenden Sprunghöhe des exemplarspezifischen Druckes für das Sollmoment, dem Startniveau des Sprunges (Druck oder Moment), der Antriebsdrehzahl, der Temperatur des Hydraulikfluids, dem Ist-Druck oder den Adaptionswerten der Kupplungseinrichtung 3 (Steifigkeitsübergang, Schnellfülllzeit, Touchpoint, etc.), ab.
Um den Schließdruck p₃ zu erreichen und damit den Einkuppelvorgang durchzuführen, kann aufgrund der Druck-Impulse anstelle der Zeitdauer 32 zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₄ auch eine verkürzte Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t₁ und t_4-n ausreichen (n ist eine reelle Zahl).
Anhand der 3 ist zudem ersichtlich, dass es verfahrensgemäß möglich ist, dass der sich aus dem vorgegebenen Soll-Druck-Verlauf ergebende Ist-Druck-Verlauf zumindest in einem Zeitintervall, d. h. insbesondere dem durch die Zeitpunkten t₃ und t₄ definierten Zeitintervall, verkürzten Zeitverzug relativ zu dem vorgegebenen Soll-Druck-Verlauf aufweist; mithin kann dieser Zeitverzug durch den verfahrensgemäß wenigstens einen hinzugefügten Druck-Impuls ebenso reduziert werden.
Bezugszeichen

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebseinrichtung
3: Kupplungseinrichtung
4: Getriebe
5: Steuerungseinrichtung
6: Antriebsstrang
7: Achse
8: Achse
92: Soll-Druck-Verlaufskurve
12: Ist-Druck-Verlaufskurve
24: Druck-Impuls
26: Druck-Impuls
t0: Zeitpunkt
t1: Zeitpunkt
t2: Zeitpunkt
t3: Zeitpunkt
t4: Zeitpunkt
p1: Schnellbefülldruck
p2: Ausgleichsdruck
p3: Schließdruck

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Schaltelementes, insbesondere einer Kupplungseinrichtung (3), eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Schaltelement fluiddruckgesteuert betrieben wird und eine Vorgabe eines Soll-Druck-Verlaufs (10) in Abhängigkeit einer Fahranforderung erfolgt, wobei der Soll-Druck-Verlauf (10) eine Zeitdauer (32) aufweist, gekennzeichnet durch einen Schritt des Hinzufügens wenigstens eines Druck-Impulses (24, 26) in Abhängigkeit einer Fahrsituation oder Betriebssituation des Kraftfahrzeuges (1) zur Verkürzung der Zeitdauer (34).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck-Impuls (24, 26) als Befüll-Impuls ausgestaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck-Impuls (24, 26) als Entleer-Impuls ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahranforderung eine Gangwechselanforderung ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck-Impuls (24, 26) in einer Füllausgleichsphase (18) oder einer Druckanstiegsphase (20) angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (30) und/oder die Dauer (28) des Druck-Impulses (24, 26) in Abhängigkeit der Fahrsituation oder Betriebssituation festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (30) und/oder die Dauer (28) des Druck-Impulses (24, 26) in Abhängigkeit der Höhe des zu erreichenden Sollmomentes oder Solldrucks festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (30) und/oder die Dauer (28) des Druck-Impulses (24, 26) in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Druckmediums der Kupplung festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement eine Kupplung einer Doppelkupplung ist und der Druck-Impuls (24, 26) zumindest dem Soll-Druck-Verlauf (10) der Zielkupplung hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (30) und/oder die Dauer (28) des Druck-Impulses (24, 26) mittels gemessener Ist-Druck-Werte adaptiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Rennstart als Fahrsituation durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Synchronunterstützung als Fahrsituation durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Soll-Druck-Verlauf (10) mehrere, insbesondere zwei, Druck-Impulse (24, 26) hinzugefügt werden.
Steuerungseinrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1) zur Steuerung einer Kupplungseinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Steuerungseinrichtung (5) und einer Kupplungseinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (5) nach Anspruch 14 ausgebildet ist.