DE10213946B4

DE10213946B4 - Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung

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Publication number: DE10213946B4
Application number: DE10213946.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Fischer Robert; Dr. Stork Holger; Dr. Eich Jürgen; Jürgen Gerhart; Mario Jung; Christian Rieger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: US7054732B2; ITMI20020671A0; US20040128050A1; US20050130800A1; WO2002079663A2; ITMI20020671A1; DE10213946A1; DE10291374D2; AU2002311074A1; FR2826916A1; US6922623B2; WO2002079663A3; FR2826916B1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung (3) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Motor (2) mit einer Kurbelwelle und einem Getriebe (4) mit zumindest einer Getriebeeingangswelle und zumindest einer Getriebeausgangswelle (5), wobei die automatisierte Kupplung (3) zwischen Kurbelwelle und zumindest einer Getriebeeingangswelle vorgesehen ist und in zumindest einer Betriebsphase zumindest in Abhängigkeit von einem Motordrehzahlgradienten (dnm/dt) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordrehzahlgradient (dnm/dt) auf folgende Weise ermittelt wird: a) aus einem Motormomentsignal (Me) und einem Kupplungssollmomentsignal (Mk) wird ein erstes Motordrehzahlgradientensignal (dnm(M)/dt) gebildet; b) aus dem ersten Motordrehzahlgradientensignal (dnm(M)/dt) wird ein Motordrehzahlsignal (nm(R)) ermittelt; c) eine Motordrehzahl (nm) wird mit dem Motordrehzahlsignal (nm(R)) verglichen und daraus eine Korrekturgröße (K) ermittelt; d) mit der Korrekturgröße (K) wird das Motordrehzahlgradientensignal (dnm(M)/dt) korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 101 39 122 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung wenigstens eines Antriebstrangbauteils eines Kraftfahrzeugs, welches eine Antriebseinheit, wie Brennkraftmaschine aufweist, sowie eine im Antriebsstrang angeordnete Kupplungseinrichtung, ein Motorsteuergerät, welches die Stellung wenigstens eines vorbestimmten ersten Bauteils der Antriebseinrichtung steuert, und ein Kupplungssteuergerät sowie eine Steuergeräteanordnung.
Die DE 198 12 629 A1 offenbart eine Steuerung für eine automatisch betätigte Kupplung, wobei mittels einer Vorsteuerkennlinie einem jeweils einzustellenden Sollkupplungsmoment ein entsprechender Verstellweg des Stellglieds zugeordnet ist.
Die DE 199 15 207 A1 offenbart ein Verfahren bzw. ein Vorrichtung zur Ermittlung des Greifpunkts einer steuerbaren Servokupplung. Dabei ist vorgesehen, dass ein vorgebbarer oder vorgegebener Betriebszustand des Antriebsstrangs erfasst oder eingestellt wird. In Reaktion auf die Erfassung oder Einstellung des Betriebszustands wird dann ein Nebenaggregat und die Servokupplung in vorgegebener Weise angesteuert. Während dieser Ansteuerungen wird wenigstens abhängig von der erfassten Drehzahlgröße der Greifpunkt ermittelt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, zur Kupplungsbetätigung eine von einer Steuereinheit verwendbare Anfahrfunktion zu entwickeln, mittels welcher ein Anfahren eines Kraftfahrzeuges durch gezieltes Schließen einer Kupplung ansteuerbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Es wird also also erfindungsgemäß bei einem eingangs geschilderten Kraftfahrzeug dadurch gelöst, dass ein Beobachtersystem oder eine Beobachterstrategie zur Bestimmung des Motordrehzahlgradienten und des Kupplungsreibwerts eingesetzt wird.
Der Beobachter als technisches System ist grundsätzlich aus der Regelungstechnik bekannt als ein Instrument, mit dem sich nicht messtechnisch erfasste Signale eines Prozesses rekonstruieren lassen. Die bekannteste Ausführungsform ist der Luenberger-Beobachter, der als lineares Parallelmodell geeignet ist, interne Zustandsvariablen eines Prozesses zu schätzen. Es wird die Ermittlung einer Geschwindigkeit vorgeschlagen, indem nur das zugehörige Wegsignal sensorisch erfasst wird.
Moderne Motorsteuerungen von Kraftfahrzeugen bieten beispielsweise über CAN Informationen über die Motordrehzahl, nicht jedoch bezüglich deren zeitlicher Ableitung, die für verschiedene Steuer- und Regelungsaufgaben im Antriebsstrang hilfreich oder notwendig ist.
Ein Weg zur Approximation besteht in der Bildung des Differenzenquotienten:
Dabei sind

dn_m/dt: der zeitliche Gradient der Motordrehzahl n_m,
n_m(t_k): die Motordrehzahl eines Messpunkts k,
n_m(t_k-1): die Motordrehzahl eines Messpunkts k – 1 aufgenommen mit einem diskreten Zeitintervall T_A vor dem Messpunkt k.

Diese Lösung besitzt jedoch die Nachteile des Rauschens und, dass Phasenverluste auftreten können. Auch kann eine zur Signalglättung verwendbare Filterung des Signals zu einem Phasenverlust führen.
Eine insbesondere in Verbindung mit Systemen mit automatisierter Kupplung und/oder automatisiertem Getriebe vorteilhafte Lösung besteht in der Verwendung eines Beobachters, um insbesondere in Schlupfphasen neben der Motordrehzahl und dem Motormoment auch das eingestellte Kupplungsmoment in die Bestimmung des Drehzahlgradienten einfließen zu lassen.
Die prinzipielle Struktur des Beobachters besitzt die in 3 dargestellte Struktur. Der Vorteil der Beobachterstruktur ergibt sich aus der Tatsache, dass zur Gradientenbestimmung nicht nur die Drehzahl, sondern auch die Drehmomente als Ursache eines Drehzahlgradienten herangezogen werden. Der gestrichelte gezeichnete Block 209 in 3a kann erfindungsgemäß zusätzlich eingeführt werden, um eventuell vorhandene Zeitverzögerungen beim Messen und Senden der Motordrehzahl durch die Motorsteuerung zu berücksichtigen. Die Empfindlichkeit des Beobachters wird mit Hilfe des Verstärkungsfaktors K ^ eingestellt. Eine Erweiterung der Beobachterstruktur im Sinne einer modellbasierten Systemidentifikation ist ebenfalls möglich, um während der Schlupfphasen Kupplungskenngrößen wie den Reibwert zu identifizieren
Der physikalische und somit auch der von dem Steuerverfahren verwendete Reibwert erhöht sich relativ stark bei einer Erwärmung der Kupplung. Stellt man das Fahrzeug mit warmer Kupplung und somit hohem physikalischen und von dem Steuerverfahren verwendeten Reibwert ab und fährt dann beispielsweise nach ca. 2–3 Stunden wieder mit kalter Kupplung los, so hat der von dem Steuerverfahren verwendete Reibwert bei Motorstart den selben hohen Wert, wie beim Abstellen des Fahrzeugs. Der physikalische Reibwert der Kupplung ist jedoch aufgrund der abgekühlten Kupplung wieder abgesunken. Somit fährt das Fahrzeug mit falschen von dem Steuerverfahren verwendeten Reibwert los. Dadurch werden die Schaltungen schlupfig, das heißt, dass zu viel Schlupf bzw. zu lange Schlupfphasen auftreten. Dieser Zustand hält so lange an, bis das von dem Steuerverfahren verwendete Adaptionsverfahren den Reibwert wieder richtig angepasst hat.
Vorteilhaft ist es, den von der Steuerung verwendeten Reibwert bei Motorstart auf eine andere Art zu initialisieren. Die Initialisierung kann dabei folgendermaßen durchgeführt werden:

1. Initialisierung des von der Steuerung verwendete Reibwert mit einem fest vorgegebenen Reibwert (RW-Init).
2. Initialisierung des von der Steuerung verwendeten Reibwerts nach einer Funktion der Motor-Abstellzeit. Dabei läuft der Reibwert zum Zeitpunkt „Motor aus” in Abhängigkeit von der Motorabstellzeit auf einen nominellen Initialisierungswert (RW_Init).
3. Initialisierung des von der Steuerung verwendeten Reibwerts nach einer Funktion der Temperatur. Anhand eines Temperaturmodells, mit dem die auch eine Kupplungstemperatur bestimmt werden kann, kann beim Einschalten des Steuergerätes unter anderem die Abkühltemperatur bei ausgeschaltetem Motor berechnet werden. Der Initialisierungs-Reibwert könnte mit diesem Temperaturmodell bestimmt werden. Ebenso kann man die Kühlertemperatur, Motortemperatur o. ä. verwenden, wenn diese für das Steuergerät zur Verfügung steht.
4. Bestimmen des Initialisierungs-Reibwertes durch ein Kennfeld. Dieses Kennfeld kann entweder in Bezug auf die Motorabstellzeit oder auf die Abkühltemperatur des Motors oder der Kupplung bezogen sein.
5. Bestimmen des nominellen Initialisierungs-Reibwertes (RW_Init).

Für die Bestimmung des nominellen Initialisierungsreibwertes kann zumindest eine der folgenden Möglichkeiten herangezogen werden:

a) Den Initialisierungsreibwert auf einen festen Wert setzen, z. B. auf einen Reibwert-Ersatzwert oder auf den nominellen Reibwert.
b) Der nominelle Initialisierungsreibwert kann adaptiert werden. Hierzu kann z. B. der nominelle Initialisierungsreibwert in bestimmten Zeitabständen neu festgesetzt werden.
c) Eine Adaption des nominellen Initialisierungsreibwertes bei bestimmten Temperaturen, z. B. nur im Bereich von 80°C...100°C, damit der Reibwert der Situation von Motorstart entspricht.
d) Zusätzlich kann die jeweilige Adaption des nominellen Initialisierungsreibwertes auf kleine Veränderungen beschränkt werden, damit fälschlich große Änderungen vermieden werden.

Auch können Kombinationen der oben angeführten Merkmale vorteilhaft sein.
Es ist vorteilhaft, eine Reibwertinitialisierung bei eingeschalteter Zündung vorzugsweise dann durchzuführen, wenn zu erwarten ist, dass der Reibwert, der bei der vorhergehenden Zündungsphase ermittelt und adaptiert wurde, sich wesentlich vom aktuellen Reibwert unterscheidet. Aus diesem Grund kann die Reibwertinitialisierung zweckmäßiger Weise durchgeführt werden, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Um die Bedingung für eine Reibwertinitialisierung zu erkennen, ist es zweckmäßig, wenn am Ende einer Betriebsphase die aktuelle Kupplungstemperatur beispielsweise in einem Speicher, wie einem EEProm, abgespeichert wird. Bei eingeschalteter Zündung wird diese Temperatur ausgelesen und mit der aktuellen Temperatur verglichen. Eine Reibwertinitialisierung ist dann zweckmäßig, wenn ein großer Temperaturunterschied zwischen diesen beiden ermittelten Temperaturen vorliegt.
Die aktuelle Kupplungstemperatur wird beispielsweise mittels eines Temperaturmodells berechnet oder sie kann auch mittels eines Temperatursensors gemessen werden. Hierbei kann es sinnvoll sein, zumindest eines der folgenden Signale zu verwenden: Getriebetemperatur, Motortemperatur, Außentemperatur, Motorabstellzeit und Kühlwassertemperatur. Besonders vorteilhaft kann beispielsweise aus Kostengründen sein, auf einen Kupplungstemperatursensor zu verzichten und die Kupplungstemperatur zumindest mittels eines der in einem Kraftfahrzeugen vorhandenen Temperatursensors unter Verwendung eines entsprechenden Temperaturmodells zu berechnen.
Es hat sich herausgestellt, dass zwischen dem von der Steuerung verwendeten Reibwert zur Berechnung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes und der Kupplungstemperatur Rückwirkungen bestehen. Wird der Reibwert über längere Zeit nicht adaptiert, so kann sich die Kupplungstemperatur dennoch erheblich ändern. Möglich ist dies z. B. in folgenden Situationen:

• Bei einem abgestellten Fahrzeug;
• Bei einem Hybridfahrzeug, das längere Zeit nur mit Elektromotor als Antriebsmotor fährt;
• Wenn Schaltungen mit geschlossener Kupplung durchgeführt werden und dadurch die Adaptionsmöglichkeit während der Schaltung fehlt, beispielsweise in einem Hybridfahrzeug oder einem Fahrzeug mit Lastschaltgetriebe.
• Ein falscher Reibwert während der Anfahrt oder beim Wiedereinkuppeln nach einer Schaltung kann zu Triebstrangschwingungen und schlechtem Komfort führen.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Temperaturabhängigkeit des Reibwertes zunächst ermittelt wird: Rw = function1 (RwTU, TcC). (1)
Dabei bezeichnet Rw den temperaturabhängigen Reibwert, der in der Kupplungssteuerung für alle Berechnungen beispielsweise von Kupplungsdrehmomenten benutzt wird. RwTU ist der temperaturunabhängige Reibwert und TcC bezeichnet die aktuelle Kupplungstemperatur. Zweckmäßig ist, dass diese Funktion bezüglich der Kupplungstemperatur invertierbar ist, um den temperaturunabhängigen Reibwert aus dem aktuellen Reibwert ermitteln zu können: RwTU = function2(Rw, TcC). (2)
Die beiden Funktionen können arithmetisch oder über Tabellen definiert sein. Eine einfache Implementierung erfolgt z. B. in Form eines temperaturabhängigen Korrekturfaktors F(TcC) zwischen den beiden Reibwerten: Rw = RwTU·F(TcC) und (3) RwTU = Rw/F(TcC) (4)
Die beiden Werte Rw und RwTU werden nach Ausschalten der Zündung im Speicher, beispielsweise im EEProm, gespeichert. Der Wert RwTU ist beispielsweise abhängig von der Reibbelagart des Reibbelags der Kupplung, dem Abrieb oder auch der Feuchte des Kupplungsbelages, so dass eine Adaption notwendig ist. Vorteilhaft ist die Adaption von Rw während der Anfahrt oder beim Wiedereinkuppeln nach einer Schaltung.
Es ist zweckmäßig, den temperaturabhängigen Reibwert Rw nach dem Systemstart und jeweils vor der Anfahrt bzw. vor einem Wiedereinkuppeln beispielsweise durch (1) bzw. (3) zu initialisieren. Da eine eventuell sprungartige Änderung des Reibwertes Rw zu einem Sprung des Kupplungsmomentes führen kann, ist es zweckmäßig, wenn diese Initialisierung nur in solchen Situationen getätigt wird, in denen ein solcher Momentensprung unkritisch ist. Vorzugsweise wird diese Initialisierung oder Vorsteuerung des Reibwertes deshalb z. B. durchgeführt, wenn die Kupplung vollständig geschlossen ist, z. B. bei einem Systemstart oder bei jedem Volumenausgleich einer Hydraulikstrecke, wie Schnüffeln oder wenn die Kupplung offen ist oder wenn die Kupplung ein sehr geringes Moment überträgt.
Nach einer vollständigen Adaption kann der temperaturunabhängige Reibwert mit Hilfe von (2) bzw. (4) dieser Adaption nachgezogen werden. Vorzugsweise wird diese „Rückspeisung” der Adaption in den temperaturunabhängigen Reibwert nicht direkt, sondern über eine Filterung durchgeführt, um starke Schwankungen von RwTU zu vermeiden. Desweiteren ist eine zweistufige Filterung mit verschiedenen Zeitkonstanten möglich. Das Ergebnis der Kurzzeitfilterung, RwTU1, würde dann kurzfristige Reibwertänderungen durch z. B. hohe Feuchte enthalten; er gilt nur für eine Fahrt und wird bei jedem Systemstart dem Langzeitwert gleichgesetzt. Der Langzeitwert als Ergebnis der längerfristigen Filterung, RwTU2, enthält den temperaturunabhängigen Reibwert, der sich nur durch Alterung etc. ändert. Eine Adaption des temperaturunabhängigen Reibwertes kann unterbunden werden, wenn z. B. die Kupplungstemperatur extrem niedrige oder hohe Werte aufweist, für die ggfs. die Temperaturabhängigkeit nicht sicher bekannt ist. Voraussetzung für eine „richtige” Initialisierung beim Systemstart ist ein guter Schätzwert der Kupplungstemperatur zu diesem Zeitpunkt.
Bei Fahrzeugen mit automatisiertem Getriebe und/oder automatisierter Kupplung existiert eine sogenannte Reibwertadaption, d. h. ein rechnerisch aus Betriebsdaten ermittelter Reibwert wird laufend in der Steuersoftware adaptiert, das heißt auf Grund der vorliegenden Daten neu ermittelt, und an den physikalisch aktuell wirksamen Reibwert der Kupplung angepasst. Für diese Adaption kann das aktuelle übertragene Kupplungsmoment M(K) aus dem Motormoment M(M) und dem von der Motorbeschleunigung und dem Trägheitsmoment der Kurbelwelle mit Schwungmasse gebildeten Motorbeschleunigungsmoment M(B) folgendermaßen herangezogen werden: M(K) = M(M) – M(B)
Wird in Folge falscher Momentensignale bzw. anderer Ungenauigkeiten der Reibwert fälschlich zu tief adaptiert, so wird nach jeder Schaltung fälschlich zuviel Kupplungsmoment aufgebaut. Dies hat zur Folge, dass der Schlupf sehr schnell abgebaut wird, was sich teilweise durch eine ruckelige Schaltung äußert. Während dieser Phase erfolgt stets eine erneute Reibwertadaption an den neuen Zustand. Fällt die Verwendung der falschen Momentensignale beziehungsweise der Ungenauigkeiten weg, so stimmen die Momentensignale wieder besser mit den physikalischen Werten überein, und der der berechnete Reibwert wird mittels des Adaptionsverfahrens wieder an den physikalischen Reibwert adaptiert. In Folge der zuvor falsch adaptierten Reibwerte hat die Anpassung des Reibwerts eine unerwünschte Hysterese.
Um eine derartige Fehladaption zu vermeiden beziehungsweise zu vermindern, wird die Erfahrung, dass bei einem richtig adaptierten Reibwert die Schlupfzeit der Kupplung während der Kupplungsvorgänge nahe zu gleich ist, genutzt und vorgeschlagen, die Schlupfzeit nach einer Schaltung beim Schließen der Kupplung zu detektieren und auszuwerten. Damit kann eine Notadaption des Reibwertes dann erfolgen, wenn mittels einer von einem Sollwert abweichenden Schlupfzeit eine fehlerhafte Ermittlung der Momentensignale oder große Schwankungen und Abweichungen dieser detektiert wird. Die Notadaption kann dann in Abhängigkeit anderer Signale erfolgen. Ist der Reibwert korrekt, so ist die Schlupfzeit nach einer Schaltung in Abhängigkeit des Pedalwertes konstant. Die Schlupfzeit ist zwar noch von weiteren Faktoren wie z. B. Steigung und/oder Anhängerbetrieb abhängig, diese Faktoren können aber durch eine geeignete Abstimmung eliminiert werden. Der Reibwert kann vorteilhafterweise mittels einer Notadaption ermittelt werden, wenn die Schlupfzeit einen bestimmten Wert in Abhängigkeit vom Pedalwert überschreitet. Der Zusammenhang zwischen Schlupfzeit und Notadaption des Reibwertes kann nach einer mathematischen Funktionen erfolgen. Insbesondere kann ein ein linearer Zusammenhang vorteilhaft sein, bei dem bei längerer Schlupfzeit ein größerer Reibwert ermittelt wird. Bei dieser Art der Adaption wird also nicht das Motormoment und die Motorbeschleunigung, sondern die Schlupfzeit und der Pedalwert herangezogen: Reibwert = f(Schlupfzeit, Pedalwert, ...)
Nach einem weiteren nicht-erfindungsgemäßen Gedanken wird die Anpassung eines Reibwerts in Abhängigkeit von der Kupplungstemperatur ermittelt, Wird eine Kupplung beispielsweise in kurzer Zeit schnell erwärmt, so verändert sich der Reibwert der Kupplung. Um dieses Phänomen zu kompensieren, ist es zweckmäßig, in einer Steuerungssoftware eine sogenannte Reibwertadaption durchzuführen. Damit die Reibwertadaption innerhalb des Steuerungsprogramms stabil läuft und beispielsweise kurzzeitige extreme Daten der Kupplungstemperatur, die beispielsweise direkt mittels eines Kupplungstemperatursensors gemessen oder mittels anderer Parameter, beispielsweise mittels der Messwerte anderer Temperatursensoren oder mittels des übertragenen Moments, des Motormoments ermittelt werden kann, in ihrem Einfluss beschränkt werden können, ist eine Begrenzung der maximalen Veränderung des Reibwertes zweckmäßig, d. h. der Reibwert darf sich nur um einen vorgebbaren Wert pro Zeiteinheit ändern, andernfalls wird die Änderung auf einen vorgebbaren Wert begrenzt.
Steigt jedoch die Kupplungstemperatur schnell an, kann daher die Reibwertadaption an den physikalischen Reibwert in Folge der Begrenzung zu langsam sein. Eine generelle Erhöhung der maximalen zeitlichen Änderung des Reibwertes ist jedoch nicht unbedingt vorteilhaft, weil damit die Stabilität der Adaption gefährdet werden könnte.
Ist die RW-Adaption „zu langsam”, so äußerst sich das derart, dass fälschlich zu wenig Kupplungsmoment aufgebaut wird, d. h. bei Schaltungen oder Anfahrten der Schlupf zu hoch ist.
Der nicht-erfindungsgemäße Gedanke sieht nun eine Abhängigkeit der maximalen zeitlichen Änderung des Reibwerts von der Kupplungstemperatur vor.
Steigt die Kupplungstemperatur schnell an, so kann dies bei der Reibwertadaption dadurch berücksichtigt werden, dass die maximale zeitliche Änderung des Reibwerts von einem beispielsweise fest vorgegebenen Wert erhöht wird. Die maximale zeitliche Änderung des Reibwerts kann auch in Abhängigkeit des Temperaturgradienten erhöht werden. Der Zusammenhang zwischen Kupplungstemperatur bzw. Gradient der Kupplungstemperatur und maximaler zeitlicher Änderung des Reibwerts kann nach einer mathematischen Formel geschehen. Besonders sinnvoll ist ein linearer Zusammenhang d. h. je höher die Kupplungstemperatur bzw. je größer der Temperaturgradient, desto größer kann die zeitliche Änderung des Reibwerts sein.
Nach einem weiteren nicht-erfindungsgemäßen Gedanken kann die Reibwertadaption beim Start des Fahrzeugs positiv beeinflusst werden. Wird das Fahrzeug mit heißer Kupplung und daher kleinem adaptiertem Reibwert abgestellt und die Zündung erst wieder nach dem Abkühlen der Kupplung eingeschaltet, so ist der von der Steuersoftware verwendete Reibwert fälschlicher Weise zu klein. Um dies zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, den Reibwert nicht direkt in Abhängigkeit von der Kupplungstemperatur oder dessen Gradient zu gestalten sondern den Reibwert mit einen Faktor und/oder Offset zu versehen, der in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird. Dieser Faktor kann beispielsweise beim Wiedereinschalten der Zündung auf eins, der Offset auf Null gesetzt werden. Neben der Verwendung eines Faktors oder eines additiven Offset besteht auch noch die Möglichkeit die Information „Kupplung war bei Ausschalten der Zündung heiß” mit abzuspeichern. In diesem Fall kann beim Einschalten der Zündung die maximale zeitliche Änderung des Reibwerts ebenfalls erhöht werden. Somit wird erreicht, dass der zu kleine Reibwert schneller an den physikalischen Reibwert adaptiert wird.
Eine weiterer nicht-erfindungsgemäßer Gedanke besteht darin, den zu großen Schlupf direkt zu eliminieren, indem ein integrativer Anteil (I-Anteil) der Regelung oder Steuerung auch bei Anfahrten aktivierbar ist.
Um hierbei Anfahrten bei normaler Kupplungstemperaturunter einem vorgegebenen Grenzwert nicht negativ zu beeinflussen, ist es zweckmäßig, den I-Anteil erst dann zu aktiveren, wenn die Kupplungstemperatur über dem vorgegebenen Grenzwert ist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in schematischer Ansicht,
2 eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in schematischer Ansicht,
3a und 3b Blockschaltbilder eines erfindungsgemäßen Beobachters und
4a und 4b jeweils Diagramme.
Die 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einer Antriebseinheit 2, wie Motor oder Brennkraftmaschine. Weiterhin ist im Antriebsstrang des Fahrzeuges ein Drehmomentübertragungssystem 3 und ein Getriebe 4 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Drehmomentübertragungssystem 3 im Kraftfluß zwischen Motor und Getriebe angeordnet, wobei ein Antriebsmoment des Motors über das Drehmomentübertragungssystem an das Getriebe und von dem Getriebe 4 abtriebsseitig an eine Abtriebswelle 5 und an eine nachgeordnete Achse 6 sowie an die Räder 6a übertragen wird.
Das Drehmomentübertragungssystem 3 ist als Kupplung, wie Reibungskupplung, Lamellenkupplung, Magnetpulverkupplung oder Wandlerüberbrückungskupplung ausgestaltet, wobei die Kupplung eine selbsteinstellende, eine verschleißausgleichende Kupplung sein kann. Das Getriebe 4 ist als Handschaltgetriebe, wie Wechselstufengetriebe, dargestellt. Entsprechend des erfindungsgemäßen Gedankens kann das Getriebe aber auch ein automatisiertes Schaltgetriebe sein, welches mittels zumindest eines Aktors automatisiert geschaltet werden kann. Als automatisiertes Schaltgetriebe ist im weiteren ein automatisiertes Getriebe zu verstehen, welches mit einer Zugkraftunterbrechung geschaltet wird und der Schaltvorgang der Getriebeübersetzung mittels zumindest eines Aktors angesteuert durchgeführt wird.
Weiterhin kann auch ein Automatgetriebe Verwendung finden, wobei ein Automatgetriebe ein Getriebe im wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung bei den Schaltvorgängen ist und das in der Regel durch Planetengetriebestufen aufgebaut ist.
Weiterhin kann ein stufenlos einstellbares Getriebe, wie beispielsweise Kegelscheibenumschlingungsgetriebe eingesetzt werden. Das Automatgetriebe kann auch mit einem abtriebsseitig angeordneten Drehmomentübertragungssystem 3, wie Kupplung oder Reibungskupplung, ausgestaltet sein. Das Drehmomentübertragungssystem kann weiterhin als Anfahrkupplung und/oder Wendesatzkupplung zur Drehrichtungsumkehr und/oder Sicherheitskupplung mit einem gezielt ansteuerbaren übertragbaren Drehmoment ausgestaltet sein. Das Drehmomentübertragungssystem kann eine Trockenreibungskupplung oder eine nass laufende Reibungskupplung sein, die beispielsweise in einem Fluid läuft. Ebenso kann sie ein Drehmomentwandler sein.
Das Drehmomentübertragungssystem 3 weist eine Antriebsseite 7 und eine Abtriebsseite 8 auf, wobei ein Drehmoment von der Antriebsseite 7 auf die Abtriebsseite 8 übertragen wird, indem die Kupplungsscheibe 3a mittels der Druckplatte 3b, der Tellerfeder 3c und dem Ausrücklager 3e sowie dem Schwungrad 3d kraftbeaufschlagt wird. Zu dieser Beaufschlagung wird der Ausrückhebel 20 mittels einer Betätigungseinrichtung, wie Aktor, betätigt.
Die Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystems 3 erfolgt mittels einer Steuereinheit 13, wie Steuergerät, welches die Steuerelektronik 13a und den Aktor 13b umfassen kann. In einer anderen vorteilhaften Ausführung kann der Aktor und die Steuerelektronik auch in zwei unterschiedlichen Baueinheiten, wie Gehäusen, angeordnet sein.
Die Steuereinheit 13 kann die Steuer- und Leistungselektronik zur Ansteuerung des Elektromotors 12 des Aktors 13b enthalten. Dadurch kann beispielsweise vorteilhaft erreicht werden, dass das System als einzigen Bauraum den Bauraum für den Aktor mit Elektronik benötigt. Der Aktor besteht aus einem Antriebsmotor 12, wie Elektromotor, wobei der Elektromotor 12 über ein Getriebe, wie Schneckengetriebe oder Stirnradgetriebe oder Kurbelgetriebe oder Gewindespindelgetriebe, auf einen Geberzylinder 11 wirkt. Diese Wirkung auf den Geberzylinder kann direkt oder über ein Gestänge erfolgen.
Die Bewegung des Ausgangsteiles des Aktors, wie des Geberzylinderkolbens 11a, wird mit einem Kupplungswegsensor 14 detektiert, welcher die Position oder Stellung oder die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung einer Größe detektiert, welche proportional zur Position bzw. Einrückposition respektive der Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Kupplung ist. Der Geberzylinder 11 ist über eine Druckmittelleitung 9, wie Hydraulikleitung, mit dem Nehmerzylinder 10 verbunden. Das Ausgangselement 10a des Nehmerzylinders ist mit dem Ausrückhebel oder Ausrückmittel 20 wirkverbunden, so dass eine Bewegung des Ausgangsteiles 10a des Nehmerzylinders 10 bewirkt, dass das Ausrückmittel 20 ebenfalls bewegt oder verkippt wird, um das von der Kupplung 3 übertragbare Drehmoment anzusteuern.
Der Aktor 13b zur Ansteuerung des übertragbaren Drehmoments des Drehmomentübertragungssystems 3 kann Druckmittel betätigbar sein, d. h., es kann mittels Druckmittelgeber- und Nehmerzylinder ausgerüstet sein. Das Druckmittel kann beispielsweise ein Hydraulikfluid oder ein Pneumatikmedium sein. Die Betätigung des Druckmittelgeberzylinders kann elektromotorisch vorgesehen sein, wobei der Elektromotor 12 elektronisch angesteuert werden kann. Das Antriebselement des Aktors 13b kann neben einem elektromotorischen Antriebselement auch ein anderes, beispielsweise druckmittelbetätigtes Antriebselement sein. Weiterhin können Magnetaktoren verwendet werden, um eine Position eines Elementes einzustellen.
Bei einer Reibungskupplung erfolgt die Ansteuerung des übertragbaren Drehmomentes dadurch, dass die Anpressung der Reibbeläge der Kupplungsscheibe zwischen dem Schwungrad 3d und der Druckplatte 3b gezielt erfolgt. Über die Stellung des Ausrückmittels 20, wie Ausrückgabel oder Zentralausrücker, kann die Kraftbeaufschlagung der Druckplatte respektive der Reibbeläge gezielt angesteuert werden, wobei die Druckplatte dabei zwischen zwei Endpositionen bewegt und beliebig eingestellt und fixiert werden kann. Die eine Endposition entspricht einer völlig eingerückten Kupplungsposition und die andere Endposition einer völlig ausgerückten Kupplungsposition. Zur Ansteuerung eines übertragbaren Drehmomentes, welches beispielsweise geringer ist als das momentan anliegende Motormoment, kann beispielsweise eine Position der Druckplatte 3b angesteuert werden, die in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Endpositionen liegt. Die Kupplung kann mittels der gezielten Ansteuerung des Ausrückmittels 20 in dieser Position fixiert werden. Es können aber auch übertragbare Kupplungsmomente angesteuert werden, die definiert über den momentan anstehenden Motormomenten liegen. In einem solchen Fall können die aktuell anstehenden Motormomente übertragen werden, wobei die Drehmoment-Ungleichförmigkeiten im Antriebsstrang in Form von beispielsweise Drehmomentspitzen gedämpft und/oder isoliert werden.
Zur Ansteuerung, wie Steuerung oder Regelung, des Drehmomentübertragungssystems werden weiterhin Sensoren verwendet, die zumindest zeitweise die relevanten Größen des gesamten Systems überwachen und die zur Steuerung notwendigen Zustandsgrößen, Signale und Messwerte liefern, die von der Steuereinheit verarbeitet werden, wobei eine Signalverbindung zu anderen Elektronikeinheiten, wie beispielsweise zu einer Motorelektronik oder einer Elektronik eines Antiblockiersystems (ABS) oder einer Antischlupfregelung (ASR) vorgesehen sein kann und bestehen kann. Die Sensoren detektieren beispielsweise Drehzahlen, wie Raddrehzahlen, Motordrehzahlen, die Position des Lasthebels, die Drosselklappenstellung, die Gangposition des Getriebes, eine Schaltabsicht und weitere fahrzeugspezifische Kenngrößen.
Die 1 zeigt, dass ein Drosselklappensensor 15, ein Motordrehzahlsensor 16, sowie ein Tachosensor 17 Verwendung finden und Messwerte bzw. Informationen an das Steuergerät weiterleiten. Die Elektronikeinheit, wie Computereinheit, der Steuereinheit 13a verarbeitet die Systemeingangsgrößen und gibt Steuersignale an den Aktor 13b weiter.
Das Getriebe ist als Stufenwechselgetriebe ausgestaltet, wobei die Übersetzungsstufen mittels eines Schalthebels gewechselt werden oder das Getriebe mittels dieses Schalthebels betätigt oder bedient wird. Weiterhin ist an dem Bedienhebel, wie Schalthebel 18, des Handschaltgetriebes zumindest ein Sensor 19b angeordnet, welcher die Schaltabsicht und/oder die Gangposition detektiert und an das Steuergerät weiterleitet. Der Sensor 19a ist am Getriebe angelenkt und detektiert die aktuelle Gangposition und/oder eine Schaltabsicht. Die Schaltabsichtserkennung unter Verwendung von zumindest einem der beiden Sensoren 19a, 19b kann dadurch erfolgen, dass der Sensor ein Kraftsensor ist, welcher die auf den Schalthebel wirkende Kraft detektiert. Weiterhin kann der Sensor aber auch als Weg- oder Positionssensor ausgestaltet sein, wobei die Steuereinheit aus der zeitlichen Veränderung des Positionssignals eine Schaltabsicht erkennt.
Das Steuergerät steht mit allen Sensoren zumindest zeitweise in Signalverbindung und bewertet die Sensorsignale und Systemeingangsgrößen in der Art und Weise, dass in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes die Steuereinheit Steuer- oder Regelungsbefehle an den zumindest einen Aktor ausgibt. Das Antriebselement 12 des Aktors, wie Elektromotor, erhält von der Steuereinheit, welche die Kupplungsbetätigung ansteuert, eine Stellgröße in Abhängigkeit von Messwerten und/oder Systemeingangsgrößen und/oder Signalen der angeschlossenen Sensorik. Hierzu ist in dem Steuergerät ein Steuerprogramm als Hard- und/oder als Software implementiert, das die eingehenden Signale bewertet und anhand von Vergleichen und/oder Funktionen und/oder Kennfeldern die Ausgangsgrößen berechnet oder bestimmt.
Das Steuergerät 13 hat in vorteilhafter Weise eine Drehmomentbestimmungseinheit, eine Gangpositionsbestimmungseinheit, eine Schlupfbestimmungseinheit und/oder eine Betriebszustandsbestimmungseinheit implementiert oder sie steht mit zumindest einer dieser Einheiten in Signalverbindung. Diese Einheiten können durch Steuerprogramme als Hardware und/oder als Software implementiert sein, so dass mittels der eingehenden Sensorsignale das Drehmoment der Antriebseinheit 2 des Fahrzeuges 1, die Gangposition des Getriebes 4 sowie der Schlupf, welcher im Bereich des Drehmomentübertragungssystems herrscht und der aktuelle Betriebszustand des Fahrzeuges bestimmt werden kann. Die Gangpositionsbestimmungseinheit ermittelt anhand der Signale der Sensoren 19a und 19b den aktuell eingelegten Gang. Dabei sind die Sensoren am Schalthebel und/oder an getriebeinternen Stellmitteln, wie beispielsweise einer zentralen Schaltwelle oder Schaltstange, angelenkt und diese detektieren, beispielsweise die Lage und/oder die Geschwindigkeit dieser Bauteile. Weiterhin kann ein Lasthebelsensor 31 am Lasthebel 30, wie Gaspedal, angeordnet sein, welcher die Lasthebelposition detektiert. Ein weiterer Sensor 32 kann als Leerlaufschalter fungieren, d. h. bei betätigtem Gaspedal, wie Lasthebel, ist dieser Leerlaufschalter 32 eingeschaltet und bei einem nicht betätigten Signal ist er ausgeschaltet, so dass durch diese digitale Information erkannt werden kann, ob der Lasthebel, wie Gaspedal, betätigt wird. Der Lasthebelsensor 31 detektiert den Grad der Betätigung des Lasthebels.
Die 1 zeigt neben dem Gaspedal 30, wie Lasthebel, und den damit in Verbindung stehenden Sensoren ein Bremsenbetätigungselement 40 zur Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse, wie Bremspedal, Handbremshebel oder hand- oder fußbetätigtes Betätigungselement der Feststellbremse. Zumindest ein Sensor 41 ist an dem Betätigungselement 40 angeordnet und überwacht dessen Betätigung. Der Sensor 41 ist beispielsweise als digitaler Sensor, wie Schalter, ausgestaltet, wobei dieser detektiert, dass das Betätigungselement betätigt ist oder nicht betätigt ist. Mit diesem Sensor kann eine Signaleinrichtung, wie Bremsleuchte, in Signalverbindung stehen, welche signalisiert, dass die Bremse betätigt ist. Dies kann sowohl für die Betriebsbremse als auch für die Feststellbremse erfolgen. Der Sensor kann jedoch auch als analoger Sensor ausgestaltet sein, wobei ein solcher Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, den Grad der Betätigung des Betätigungselementes ermittelt. Auch dieser Sensor kann mit einer Signaleinrichtung in Signalverbindung stehen.
Die 2 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einer Antriebseinheit 100, einem Drehmomentübertragungssystem 102, einem Getriebe 103, einem Differential 104 sowie Antriebsachsen 109 und Rädern 106. Das Drehmomentübertragungssystem 102 ist auf oder an einem Schwungrad 102a angeordnet oder befestigt, wobei das Schwungrad in der Regel einen Anlasserzahnkranz 102b trägt. Das Drehmomentübertragungssystem weist eine Druckplatte 102d, einen Kupplungsdeckel 102e, eine Tellerfeder 102f und eine Kupplungsscheibe 102c mit Reibbelägen auf. Zwischen der Kupplungsscheibe 102d und dem Schwungrad 102a ist die Kupplungsscheibe 102c gegebenenfalls mit einer Dämpfungseinrichtung angeordnet. Ein Kraftspeicher, wie Tellerfeder 102f, beaufschlagt die Druckplatte in axialer Richtung auf die Kupplungsscheibe hin, wobei ein Ausrücklager 109, wie beispielsweise druckmittelbetätigter Zentralausrücker, zur Betätigung des Drehmomentübertragungssystems vorgesehen ist. Zwischen dem Zentralausrücker und den Tellerfederzungen der Tellerfeder 102f ist ein Ausrücklager 110 angeordnet. Durch eine axiale Verlagerung des Ausrücklagers wird die Tellerfeder beaufschlagt und rückt die Kupplung aus. Die Kupplung kann weiterhin als gedrückte oder als gezogene Kupplung ausgebildet sein.
Der Aktor 108 ist ein Aktor eines automatisierten Schaltgetriebes, welcher ebenfalls die Betätigungseinheit für das Drehmomentübertragungssystem beinhaltet. Der Aktor 108 betätigt getriebeinterne Schaltelemente, wie beispielsweise eine Schaltwalze oder Schaltstangen oder eine zentrale Schaltwelle des Getriebes, wobei durch die Betätigung die Gänge in beispielsweise sequentieller Reihenfolge oder auch in beliebiger Reihenfolge eingelegt oder herausgenommen werden können. Über die Verbindung 111 wird das Kupplungsbetätigungselement 109 betätigt. Die Steuereinheit 107 ist über die Signalverbindung 112 mit dem Aktor verbunden, wobei die Signalverbindungen 113 bis 115 mit der Steuereinheit in Verbindung stehen, wobei die Leitung 114 eingehende Signale verarbeitet, die Leitung 113 Steuersignale von der Steuereinheit verarbeitet und die Verbindung 115 beispielsweise mittels eines Datenbusses eine Verbindung zu anderen Elektronikeinheiten herstellt.
Zum Anfahren oder zum Starten des Fahrzeuges im wesentlichen aus dem Stand oder aus einer langsamen Rollbewegung, wie Kriechbewegung, das heißt zum gezielten fahrerseitig eingeleiteten Beschleunigen des Fahrzeuges, bedient der Fahrer im wesentlichen nur das Gaspedal, wie den Lasthebel 30, wobei die gesteuerte oder geregelte automatisierte Kupplungsbetätigung mittels des Aktors das übertragbare Drehmoment des Drehmomentübertragungssystems bei einem Anfahrvorgang steuert. Durch die Betätigung des Lasthebels wird mittels des Lasthebelsensors 31 der Fahrerwunsch nach einem mehr oder weniger starken oder schnellen Anfahrvorgang detektiert und anschließend von der Steuereinheit entsprechend angesteuert. Das Gaspedal und die Sensorsignale des Gaspedals werden als Eingangsgrößen zur Steuerung des Anfahrvorgangs des Fahrzeuges herangezogen.
Bei einem Anfahrvorgang wird während des Anfahrens das übertragbare Drehmoment, wie Kupplungsmoment M_ksoll im wesentlichen mittels einer vorgebbaren Funktion oder anhand von Kennlinien oder Kennfeldern beispielsweise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bestimmt, wobei die Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder von anderen Größen, wie dem Motormoment, in vorteilhafter Weise über ein Kennfeld oder eine Kennlinie realisiert wird.
Wird bei einem Anfahrvorgang, im wesentlichen aus dem Stand oder aus einen Ankriechzustand, bei geringer Geschwindigkeit der Lasthebel bzw. das Gaspedal auf einen bestimmten Wert a betätigt, so wird mittels einer Motorsteuerung 40 ein Motormoment angesteuert. Die Steuereinheit der automatisierten Kupplungsbetätigung 13 steuert entsprechend vorgebbarer Funktionen oder Kennfelder das übertragbare Drehmoment des Drehmomentübertragungssystems an, so dass sich ein stationärer Gleichgewichtszustand zwischen dem angesteuerten Motormoment und dem Kupplungsmoment einstellt. Der Gleichgewichtszustand charakterisiert sich in Abhängigkeit von der Lasthebelstellung a durch eine definierte Anfahrdrehzahl, ein Anfahr- oder Motormoment sowie ein definiertes übertragbares Drehmoment des Drehmomentübertragungssystem und ein auf die Antriebsräder übertragendes Drehmoment, wie beispielsweise Antriebsmoment. Der funktionale Zusammenhang des Anfahrmoments als Funktion der Anfahrdrehzahl wird im folgenden als Anfahrkennlinie bezeichnet. Die Lasthebelstellung a ist proportional zur Stellung der Drosselklappe des Motors.
Die 2 zeigt neben dem Gaspedal 122, wie Lasthebel, und einem damit in Verbindung stehenden Sensor 123 ein Bremsenbetätigungselement 120 zur Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse, wie Bremspedal, Handbremshebel oder hand- oder fußbetätigtes Betätigungselement der Feststellbremse. Zumindest ein Sensor 121 ist an dem Betätigungselement 120 angeordnet und überwacht dessen Betätigung. Der Sensor 121 ist beispielsweise als digitaler Sensor, wie Schalter, ausgestaltet, wobei dieser detektiert, dass das Betätigungselement betätigt ist oder nicht betätigt ist. Mit diesem Sensor kann eine Signaleinrichtung, wie Bremsleuchte, in Signalverbindung stehen, welche signalisiert, dass die Bremse betätigt ist. Dies kann sowohl für die Betriebsbremse als auch für die Feststellbremse erfolgen. Der Sensor kann jedoch auch als analoger Sensor ausgestaltet sein, wobei ein solcher Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, den Grad der Betätigung des Betätigungselementes ermittelt. Auch dieser Sensor kann mit einer Signaleinrichtung in Signalverbindung stehen.
Die 3a zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Bestimmung eines Drehzahlgradienten dn_m/dt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n_m und einer Momentengröße M während der Schlupfphase einer Reibungskupplung mittels eines Beobachters 201. Die Momentengröße M wird dabei in einer Vergleichseinheit 203 aus der Differenz einer Signalmomentengröße M_e und einer Sollmomentengröße M_k gebildet. M_e bedeutet hierbei eine vom Motorsteuergerät zur Verfügung gestellte Momentengröße, die beispielsweise über CAN-Bus erhältlich ist und aus einem Kennfeld des Motors und weiteren Parametern wie beispielsweise der Drosselklappenstellung gebildet sein kann. Sie gibt das aktuell bei vorgegebener Drehzahl n_m ermittelte vom Motor abgegebene Motormoment an. M_k gibt das über die Kupplung zu übertragende Sollmoment während eines Schlupfvorgangs an. Die Größe kann im Kupplungssteuergerät gebildet werden, wobei Parameter wie beispielsweise der eingelegte Gang, die Getriebeeingangsdrehzahl, die Getriebeausgangsdrehzahl, ein Schaltwunsch des Fahrers und dergleichen berücksichtigt sein können. In einem anschließenden Schritt 202 wird aus Momentengröße M unter Eliminierung des Trägheitsmoments des Motors unter entsprechender Berücksichtung von Umrechnungsfaktoren einer Winkelbeschleunigung in einen Drehzahlgradienten der auf die Momentengröße M rückführbare Drehzahlgradient dn_m(M)/dt, der in der Vergleichseinheit 204 mit dem Korrekturwert K zur Bildung des Drehzahlgradienten dn_m/dt korrigiert wird. In der Verzweigung 205 erfolgt die Auftrennung des Drehzahlgradienten dn_m/dt in einen Ausgangsast 206 und einen Rekursionsast 207, denen jeweils der Wert des Drehzahlgradienten dn_m/dt zur Verfügung steht. Im Rekursionsast 207 folgt die Integration 208 des Drehzahlgradienten dn_m/dt zu einer Rekursionsdrehzahl n_m(R), die in einem weiteren Block 209 einer Kompensation von Zeitunterschieden zwischen Messen und Senden der Motordrehzahl n_m unterzogen werden kann, damit kein zeitlicher Versatz zwischen der Motordrehzahl n_m und der Rekursionsdrehzahl n_m(R) entsteht beziehungsweise ein solcher minimiert werden kann. Es versteht sich, dass ein dem Block 209 entsprechender Block alternativ oder zusätzlich vor den Vergleichsknoten 203 zur entsprechenden Kompensation der Signalmomentengröße M_e vorgesehen sein kann. Im Vergleichsknoten 210 erfolgt eine Differenzbildung der Signale der Motordrehzahl n_m und der Rekursionsdrehzahl n_m(R) zu einer Korrekturdrehzahl n_m(K), die in dem Block 211 zu einer Korrekturgröße bestimmt wird, die als Summand im Vergleichsknoten 204 aus dem Drehzahlgradienten dn_m(M)/dt den Drehzahlgradienten dn_m/dt bildet.
3b zeigt einen Triebstrangbeobachter 301 mit einigen Erweiterungen und Variationsmöglichkeiten des in 3a gezeigten Beobachters 201, bei dem Signale, die zur Steuerung eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs 1 (siehe 1) beispielsweise mit zumindest einer automatisierten Kupplung und einem Schaltgetriebe nützlich oder notwendig sind, in einem einheitlichen Ansatz bestimmt beziehungsweise korrigiert werden können. Dabei werden beispielhaft für einen derartigen Triebstrangbeobachter in dem in 3b gezeigten Ausführungsbeispiel das effektive Motormoment M_e, das übertragene Kupplungsmoment M_k, das gesamte Fahrwiderstandsmoment M_F, das Trägheitsmoment des Motors J_M, die in ein Trägheitsmoment umgerechnete Fahrzeugmasse J_F, die Motordrehzahl n_M, die Raddrehzahl n_F, woraus beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden kann, oder die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie die gangabhängige Gesamtübersetzung i des Getriebes in Abhängigkeit von einem Gang des Getriebes berücksichtigt.
Es gelten für dieses Ausführungsbeispiel nach einem zugrunde gelegten Modell für den motorseitigen Drehzahlgradienten dn_m/dt und den fahrzeugseitigen Drehzahlgradienten (beispielsweise in Abhängigkeit von der Raddrehzahl oder der Drehzahl einer im Getriebe drehenden Welle unter Berücksichtigung der dort vergleichen mit der Raddrehzahl anliegenden Übersetzung) dn_f/dt folgende Beziehungen:
Das übertragene Kupplungsmoment M_k und das Fahrwiderstandsmoment M_F sind zur Steuerung von automatisierten Schaltgetrieben sowie automatisierte Kupplungen bedeutende Größen, die in der Regel nicht messbar sind. Mit Hilfe des in 3b gezeigten Triebstrangbeobachters 301 werden diese Größen rekonstruiert.
Die dem Beobachter 301 zugeführte Größen sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Motordrehzahl n_M, die Raddrehzahl n_F, das effektive Motormoment m_e sowie ein Eingangssignal eines aktuellen Gangs G. Der Triebstrangbeobachter 301 wird auf den Triebstrang vorzugsweise als PI-Beobachter in Form eines sogenannten Störbeobachters angewendet. Der Grundgedanke dieses Ansatzes besteht darin, das übertragene Kupplungsmoment M_k und das Fahrwiderstandsmoment M_F als unbekannte „Störgrößen” zu betrachten.
Ausgehend von dem als Stellgröße vorgegebenen Motormoment M_e und den letzten Schätzwerten für M_k und M_F werden die Gleichungen (1) und (2) laufend im Beobachter berechnet, wobei die unbekannten Größen aus Speichern herangezogen werden können. Um beim Einschalten des Steuergeräts mit sinnvollen Startwerten für die Schätzgrößen M_k(R), M_F(R) und n_M(R) arbeiten zu können, werden verschiedene Initialisierungsmaßnahmen vorgeschlagen. Grundsätzlich können diese Schätzgrößen mit Null initialisiert werden, wenn relativ lange Einschwingphasen bis zur ausreichenden Approximation des Beobachters an die herrschenden Bedingungen nicht störend sind. Vorteilhafterweise können die Initialisierung der Schätzgrößen wie folgt initialisiert werden: n_M (R) = n_M sowie n_F (R) = n_F
Für den Schätzwert M_k(R) können folgende Initialisierungen vorteilhaft sein:

• der Schätzwert M_k(R) wird gleich dem aktuellen Motormoment M_e gesetzt;
• falls Kupplung schlupft, wird der Schätzwert M_k(R) aus der aktuellen Kupplungsposition abgeleitet,
• der Schätzwert M_k(R) wird mit dem in einem Speicher (z. B. EEPROM) abgelegten letzten Schätzwert der vorherigen Betriebsphase initialisiert.

Für den Schätzwert M_F(R) können folgende Initialisierungen vorteilhaft sein:

• der Startwert wird aus der aktuellen Raddrehzahl geschätzt;
• der Schätzwert M_F(R) wird mit dem in einem Speicher (z. B. EEPROM) abgelegten letzten Schätzwert der vorherigen Betriebsphase initialisiert.

Anschließend wird für jeden Rechenzyklus, der entsprechend einer Taktrate vorgegeben sein kann, im Knotenpunkt 331 das den Motor beschleunigende Differenzmoment aus dem effektiven Motormoment M_e und der Schätzgröße M_k(R) berechnet. Daraus wird in Block 302 unter Berücksichtigung des Motorträgheitsmomentes der Schätzwert des Motordrehzahlgradienten dn_m(R)/dt bestimmt. Im Knotenpunkt 310 wird der Schätzwert des Motordrehzahlgradienten dn_m(R)/dt mit einem Korrekturwert dn_m(R')/dt korrigiert. Die Integration dieser Größe in Block 308 führt zu einer geschätzten Motordrehzahl n_M(R), die im Knotenpunkt 304 mit der gemessenen Motordrehzahl n_M verglichen und so ein Fehlersignal e_M bestimmt wird.
Im Block 322 wird unter Berücksichtigung der Fahrzeugmasse der Schätzwert des Raddrehzahlgradienten dn_F(R)/dt aus den Schätzgrößen M_k(R') und M_F(R) gebildet, die im Knotenpunkt 333 miteinander verknüpft werden. Dabei ist der Schätzwert M_k(R') die Größe des nach dem Getriebe gewandelten Kupplungsmoments, das ein mittels der Ganginformation G im Block 332 erzeugter, aus dem Schätzwert des Kupplungsmoments M_k(R) gebildeter Schätzwert ist. Der Schätzwert M_F(R) gibt einen in Block 350 bestimmten Schätzwert des Fahrwiderstandsmoments wieder. Aus dem Schätzwert des Raddrehzahlgradienten dn_F(R)/dt wird nach einer Korrektur mittels der Korrekturgröße K(R) im Knotenpunkt 320 mittels einer Integration über die Zeit ein Schätzwert n_F(R) gebildet, der mit dem gemessenen oder über andere Methoden bestimmten Drehzahlsignal n_F eines Rads im Knotenpunkt 324 verglichen wird. Daraus wird das Fehlersignal e_F gewonnen.
Mit diesen Fehlersignalen e_M, e_F werden die Schätzwerte des Beobachters laufend aktualisiert und korrigiert. Hierzu sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Korrekturblöcke L1, L2, 350, L3 vorgesehen, die jeweils einen Eingang für jedes Fehlersignal e_M, e_F aufweisen. Die Fehlersignale werden dabei in den einzelnen Korrekturblöcken verstärkt und gegeneinander gewichtet. Dabei dienen die Blöcke L1, L2 als direkte Ankopplung des Fehlersignals an die Schätzwerte dn_F(R)/dt beziehungsweise dn_M(R')/dt an den Knotenpunkten 310 beziehungsweise 320 und zur Stabilisierung des Beobachters insgesamt, damit Regelschwingungen vermieden werden. Die aus dem Korrekturblock 12 ausgegebene Größe wird nach Integration in Block 330 zu einer Schätzgröße M_k(R) des übertragenen Kupplungsmoments. Vorteilhafterweise sind die Parametrierungen von L1, L2, L3 abhängig von bestimmten Randbedingungen wählbar, beispielsweise in Abhängigkeit vom aktuell eingelegten Gang, von der Fahrpedal- oder Bremsbetätigung, von der Fahrgeschwindigkeit und dergleichen.
Im Korrekturblock 350 wird eine Schätzgröße M_F(R) für das Fahrwiderstandsmoments generiert und mit Hilfe der Fehlersignale e_M, e_F korrigiert. Als Fahrwiderstand können beispielsweise Luftwiderstand, Hangabtriebsmoment und Bremsmomente berücksichtigt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Triebstrangbeobachters 301 sieht eine Aufteilung des Fahrwiderstandsmoments M_F(R) auf verschiedene Komponenten vor: M_F = M_nom + M_Hang + M_Brems
Der Anteil M_nom bezeichnet die nominelle Fahrwiderstandskennlinie, die in der Regel für ein gegebenes Fahrzeug bekannt ist und den Fahrwiderstand in der Ebene bei Windstille beschreibt. Für eine solche nominelle Betriebsbedingung existiert in einer Getriebesteuerung typischerweise ein erstes Schaltkennfeld zur Auswahl des zu schaltenden Gangs. Ein an den Fahrbetrieb in der Ebene angepasstes Schaltkennfeld eignet sich jedoch wenig für Bergauf- und Bergabfahrten. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, nicht das gesamte Fahrwiderstandsmoment M_F, sondern nur die Abweichung vom nominellen Moment zu ermitteln. Nach Gleichung 4 besteht diese Differenz aus der Summe des Bremsmoments M_Brems und des Moments M_Hang, das aus der aktuell auf das Fahrzeug wirkenden Hangabtriebskraft resultiert. Grundsätzlich sind M_Hang und M_Brems ohne zusätzliche Sensoren nicht getrennt beobachtbar. Während in einigen Fahrzeugtypen vorhandene Bremsdrucksensoren ausgewertet werden können, aus denen auf M_Brems geschlossen werden könnte, steht in der Mehrheit der heutigen Fahrzeuge lediglich ein Bremslichtschalter mit einem Signal B, das in Korrekturblock 350 Verarbeitet wird, zur Verfügung. In diesem Fall kann folgende Lösung vorgesehen sein:
Bei nicht betätigter Bremse wird das Bremsmoment zu Null angenommen. Das Fehlersignal e_F wird gleichzeitig verwendet, um analog zu M_F(R) in der ersten Ausführungsform des Triebstrangbeobachters den im Korrekturblock vorhandenen Schätzwert M_Hang(R) des Hangabtriebsmoments permanent zu aktualisieren.
Bei betätigter Bremse wird dagegen der Wert von M_Hang(R) eingefroren, das heißt auf seinem letzten Wert aus der Phase ohne Bremsbetätigung festgehalten. Die Fehlerinformation e_F fließt dann in einen Schätzwert M_Brems(R) für das Bremsmoment ein.
Die Größe M_Hang(R) steht somit zur Verfügung, um bei Bergfahrten oder anderen erschwerten Umgebungsbedingungen die Gangwahl geeignet zu beeinflussen, beispielsweise durch die Wahl eines niedrigeren Gangs für erhöhte Zugkraftreserven.
Vorteilhafterweise lässt sich der Beobachter 301 so erweitern, dass ein Motormomentenoffset im Leerlauf kompensiert und/oder eine stationäre Abweichungen zwischen Fahrerwunschmoment und Motormoment für die weitere Berücksichtigung in der Kupplungs- oder Getriebesteuerung erfasst wird. Hierbei wird davon ausgegangen, dass das Motormomentensignal M_e in der Regel eine bessere relative als absolute Genauigkeit besitzt und dass häufig auch im Stationärbetrieb, das heißt bei weitgehend konstantem Motormoment, signifikante Unterschiede zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem sich tatsächlich einstellenden Motor-Istmoment vorliegen. Beispielsweise bei Fahrten im Gebirge mit großen Höhenunterschieden variiert bei gleicher Fahrpedalstellung das Motor-Istmomente teilweise in großem Umfang. Wird in dieser Fahrsituation die Kupplung entsprechend einer fest vorgegebenen Momentensteuerung geschlossen, kann daraus ein unkomfortables Schließen der Kupplung resultieren. Nach dem erfinderischen Gedanken kann hiergegen in einem Beobachter, beispielsweise dem Triebstrangbeobachter 301 der 3b, ein Faktor k_M eingefügt werden, mit dem das aktuell erzielbare Motormoment M_e,akt durch folgende Annäherung aus dem Fahrerwunschmoment M_e,wunsch abgeschätzt werden kann: M_e,akt ≈ M_e,akt (R) = k_M·M_e,Wunsch
Zur Anpassung des Faktors k_M wird in weitgehend stationären Betriebszuständen die Differenz zwischen der Schätzgröße M_e,akt(R) und dem tatsächlich gelieferten Motormoment M_e,akt minimiert.
Der Triebstangbeobachter 301 kann vorteilhafterweise dahingehend abgewandelt werden, dass während der Schlupfphasen der Kupplung ein Modell der Kupplungskennlinie identifiziert wird. Durch die Kombination des oben beschriebenen Triebstrangbeobachters mit der modellgestützten Variante lassen sich Vorteile sowohl für die Kupplungskennlinienadaption als auch für die Ergebnisse des Triebstrangbeobachters erzielen. Hervorzuheben ist insbesondere die Möglichkeit, eine Tastpunktadaption im normalen Fahrbetrieb durchzuführen, das heißt ohne die Einleitung von speziellen Tastvorgängen während geeigneter Fahrsituationen. Während der Schlupfphasen der Kupplung sind die Absolutbeträge von übertragenem und übertragbarem Kupplungsmoment identisch. Daher lässt sich das übertragene Moment auch aus der in der Kupplungs- oder Getriebesteuerung bekannten Kupplungsposition x_k mittels der Funktion |M_k(R)| = f(x_k) ableiten. Dabei werden in der ASG-Steuerung vorteilhafterweise Tastpunkt-, Reibwert- und/oder Formfaktoren-Adaptionen vorgenommen, um die Kupplungskennlinie kontinuierlich an die aktuellen Verhältnisse im Fahrzeug anzupassen, insbesondere um nicht vernachlässigbaren Schwankungen der sogenannte Kupplungskennlinie f(x_k) zu optimieren.
Der Triebstrangbeobachter, beispielsweise wie unter 3b beschrieben, kann vorteilhafterweise im Getriebe- oder Kupplungssteuergerät 107 (siehe 2) als Softwarealgorithmus implementiert werden. Es versteht sich, dass die Strukturen des Triebstrangbeobachters in zeitdiskreter Form implementiert werden, so dass beispielsweise unter einer Integration auch eine Aufsummierung von Signalen in diskreten Zeitabschnitten zu verstehen ist. Die 4a zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Reibwertes RW als Funktion der Abstellzeit t_A eines Motors oder eines Fahrzeuges. Dabei soll der Reibwert RW(T), der an eine hohe Kupplungstemperatur adaptiert wurde, während der Abstellzeit t_A, in der auch die Kupplung abkühlt und sich daher der physikalische Reibwert der Kupplung ändert, an den sich ändernden Reibwert der Kupplung bis auf einen Reibwert RW(I) bei Umgebungstemperatur angepasst werden. Dabei kann ein der Reibwert RW in Abhängigkeit von der Abstellzeit t_A linear abfallend entlang der Kurve 301 oder hyperbelartig und asymptotisch auf den Reibwert RW(I) in Form der Kurve 302 zulaufend vorgesehen sein. Bei einer erneuten Inbetriebnahme des Fahrzeugs wird dann bei noch warmer Kupplung der entsprechende Reibwert RW, der der abgelaufenen Zeit t_A nach der Stillegung des Motors beziehungsweise Fahrzeugs entspricht zugrunde gelegt. Es versteht sich, dass der Reibwert RW in Abhängigkeit von der Stillegungszeit t_A auch in Form von Kennfeldern abgelegt sein kann, wobei in das Kennfeld ein vorher bestimmtes Abkühlverhalten der Kupplung berücksichtigt wurde, beispielsweise eine Abhängigkeit von der Außentemperatur, von der Ladung, vom Anhängerbetrieb, von einem Fahrprofil, in dem Fahrsituation wie Schaltvorgänge, Beschleunigungs- und Bremsvorgänge, Traktion und dergleichen abgelegt sind, Fahrdauer, Steigung der Straße und dergleichen.
Die 4b zeigt eine andere Möglichkeit der Kompensation des von einem Kupplungssteuergerät ermittelten Reibwerts RW nach dem Abstellen und einer erneuten Inbetriebnahme des Fahrzeugs bei einer noch warmen Kupplung. Die Ermittlung des Reibwerts RW erfolgt dabei von der Abstellzeit unabhängig, wobei ein Temperaturmodell zur Bestimmung der Temperatur der Kupplung herangezogen wird, das mit der Motortemperatur, beispielsweise durch Messung der Kühlwassertemperatur arbeitet. Bei einer Motortemperatur im Bereich der Umgebungstemperatur wird dabei der ursprüngliche Reibwert RW(I), bei Erhöhung der Motortemperatur der Reibwert RW in Abhängigkeit von der aus dieser Motortemperatur abgeleiteten Temperatur T der Kupplung entlang der Kurve 303, die hier linear dargestellt ist, aber auch andere Kurvenformen annehmen kann, eingestellt.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung (3) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Motor (2) mit einer Kurbelwelle und einem Getriebe (4) mit zumindest einer Getriebeeingangswelle und zumindest einer Getriebeausgangswelle (5), wobei die automatisierte Kupplung (3) zwischen Kurbelwelle und zumindest einer Getriebeeingangswelle vorgesehen ist und in zumindest einer Betriebsphase zumindest in Abhängigkeit von einem Motordrehzahlgradienten (dn_m/dt) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Motordrehzahlgradient (dn_m/dt) auf folgende Weise ermittelt wird: a) aus einem Motormomentsignal (M_e) und einem Kupplungssollmomentsignal (M_k) wird ein erstes Motordrehzahlgradientensignal (dn_m(M)/dt) gebildet; b) aus dem ersten Motordrehzahlgradientensignal (dn_m(M)/dt) wird ein Motordrehzahlsignal (n_m(R)) ermittelt; c) eine Motordrehzahl (n_m) wird mit dem Motordrehzahlsignal (n_m(R)) verglichen und daraus eine Korrekturgröße (K) ermittelt; d) mit der Korrekturgröße (K) wird das Motordrehzahlgradientensignal (dn_m(M)/dt) korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Motordrehzahlgradientensignal (dn_m(M)/dt) aus einer Differenzbildung des Motormomentsignals (M_e) und des Kupplungssollmomentsignals (M_k) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße (K) aus einer Differenzbildung der Motordrehzahl (n_m) und dem Motordrehzahlsignal (n_m(R)) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgröße (K) eine vorgegebene Gewichtung der Korrektur des Motordrehzahlgradientensignals (dn_m(M)/dt) enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahren eine Kompensation einer Verzögerung eines ermittelten Signals zwischen seinem Entstehen und seiner Verwendung im Verfahren vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung zwischen der Motordrehzahl (n_m) und dem Motordrehzahlsignal (n_m(R)) kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation direkt auf das Motormomentsignal (M_e) angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation auf das Motordrehzahlsignal (n_m(R)) wirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Motordrehzahlgradient (dn_m/dt) zur Identifizierung einer Kupplungsgröße herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsgröße ein dem physikalischen Reibwert der Kupplung (3) angenäherter Reibwert (Rw) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur eines Fahrwiderstandsmoments (M_F) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwiderstandsmoment (M_F) mittels Korrekturwerten in Form einer Kennlinie in Abhängigkeit vom Luftwiderstand korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Fahrwiderstandsmoments (M_F) in Abhängigkeit von der Neigung einer Fahrstrecke erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur mittels eines Korrektursignals für das Fahrwiderstandsmoment (M_F) erfolgt, wobei das Korrektursignal aus zumindest einem Fehler zwischen zumindest einer geschätzten Größe und dessen realer Größe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste geschätzte Größe aus dem effektiven Motormoment (M_e) gebildet und dessen reale Größe die Motordrehzahl (n_m) ist, wobei ein Vergleich der beiden Größen einen ersten Fehler liefert.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite geschätzte Größe aus einem effektiven Motormoment (M_e) gebildet und dessen reale Größe eine Größe für die Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wobei ein Vergleich der beiden Größen einen zweiten Fehler liefert.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Raddrehzahl (n_F) ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das effektive Motormoment (M_e) durch einen geschätzte Größe für das übertragene Kupplungsmoment (M_k) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Fehler zur Korrektur zumindest einer geschätzten Größe herangezogen wird.