DE10236291A1 - Verfahren zur Schlupfsteuerung einer Kupplung - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur automatischen Regelung des Schlupfes einer zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeuges angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die einen die Kupplung einstellenden Positionierantrieb aufweist, der die Kupplung auf eine durch ein Positions-Sollsignal definierte Position einstellt, werden die Kupplungseingangsdrehzahl und die Kupplungsausgangsdrehzahl mittels Drehzahlsensoren erfasst und ein Positions-Sollsignal abhängig von der Differenz dieser Drehzahlen (Schlupfdrehzahl) erzeugt. Diese Schlupfdrehzahl ist gleich einem vorgegebenen Soll-Schlupf und dient als Stellgröße für das übertragene Kupplungsmoment. An Stelle dieses Kupplungsmoments oder ergänzend hierzu wird ein Motordrehmoment als Stellgröße für die Kupplung angewandt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schlupfsteuerung einer Kupplung, die zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und durch eine Differenzdrehzahl aus Kupplungseingang- und Kupplungsausgangsdrehzahl geregelt wird.
• Die Kupplung weist einen Positionierantrieb auf, durch den die Kupplung auf eine durch ein Positions-Sollsignal definierte Position eingestellt wird. Hierzu werden die Kupplungseingangsdrehzahl und die Kupplungsausgangsdrehzahl mittels Drehzahlsensoren erfasst und ein Positions-Sollsignal abhängig von der Differenz dieser Drehzahlen (Schlupfdrehzahl) derart erzeugt, dass der Schlupf gleich einem vorgegebenen Soll-Schlupf ist.
• Steuerverfahren der genannten Art und Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Verfahren sind im Stand der Technik bekannt. So offenbart die DE 42 41 995 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Kupplungsschlupfes einer einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges im Kraftfluss nachgeordneten Reibungskupplung. In Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Antriebsmotors wird eine Steuergröße, die aus einem Kennfeld für den Sollwert des Kupplungsschlupfes gebildet wird, unmittelbar auf das Kupplungsstellglied, über das der Kupplungsschlupf eingestellt werden kann, zur Wirkung gebracht.
• Die EP 0 494 608 B1 offenbart ebenfalls eine Anordnung und ein Verfahren zur Regelung des Schlupfes einer zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordneten, automatisierten Reibungskupplung. Die Anordnung umfasst einen Positionierantrieb, der die Kupplung in Abhängigkeit von einem Positions-Sollsignal in eine durch das Positions-Sollsignal definierte Position einstellt. Die Anordnung umfasst ferner Sensoren für die Kupplungseingangsdrehzahl und die Kupplungsausgangsdrehzahl sowie eine Schlupfregeleinrichtung, die das Positions-Sollsignal abhängig von der momentanen Differenz der erfassten Drehzahlen dergestalt erzeugt, dass die momentane Drehzahldifferenz gleich einer vorgegebenen Drehzahl-Solldifferenz ist. Diese Anordnung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass der Schlupfregeleinrichtung ein Kupplungskennlinienspeicher zugeordnet ist, der ein Positions-Sollsignal in Form einer Kennlinie in Abhängigkeit von Daten speichert, die das von der Kupplung in der Sollposition übertragene Drehmoment repräsentieren. Der Kupplungskennlinienspeicher erzeugt das Positions-Sollsignal entsprechend dem Wert des von einer Drehmoment-Ermittlungseinrichtung detektierten momentanen Drehmoments des Motors. Die Schlupfregeleinrichtung überlagert dieses Positions- Sollsignal des Kupplungskennlinienspeichers einem von ihrem Regler erzeugten Regelungsanteil zur Erzeugung des Positions-Sollsignals. Durch dieses Verfahren bzw. Vorrichtung kann der Kupplungsschlupf mit hoher Regelgüte eingehalten werden.
• Weiter ist aus der DE 36 24 755 A1 ein Verfahren zur Minderung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und zur Minderung der hierdurch hervorgerufenen Geräusche bekannt. Die zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnete Reibungskupplung wird von einer Schlupfregelschaltung gesteuert, deren Sollwert-Geber den Schlupf abhängig vom Körperschallpegel steuert. Der Schlupf wird so gesteuert, dass er mit wachsendem Körperschallpegel zunimmt. Der Maximalwert des Schlupfes wird in Abhängigkeit von der Motordrehzahl begrenzt, wobei der Maximalwert mit wachsender Motordrehzahl bis auf Null abnimmt.
• Um den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs von Motorschwingungen zu entkoppeln, wird - wie voranstehend erläutert - bei Fahrzeugen mit automatisierter Kupplung, die Kupplung in bestimmten Drehzahlbereichen mit geringem Schlupf betrieben. Die dadurch erreichte Entkopplung erhöht den Fahrkomfort erheblich. Dazu muss jedoch die Differenzdrehzahl an der Kupplung relativ genau eingestellt werden. Eine zu großer Schlupf führt nämlich zu erhöhtem Energieeintrag und Verschleiß, ein zu geringer Schlupf kann zum Haften der Kupplung und damit zu verringertem Fahrkomfort führen. Eine derartige Schlupfregelung setzt in der Regel eine automatisierte Kupplungsbetätigung voraus. Gemäß dem zitierten Stand der Technik wird eine derartige Schlupfregelung dadurch umgesetzt, dass das übertragbare Kupplungsmoment moduliert wird, das heißt, dass über eine Stellgröße, die auf den Positionierantrieb der Kupplung einwirkt, diese mehr oder weniger geöffnet oder geschlossen wird. Sobald jedoch so ein Stellgrößeneingriff vorgenommen wird, wird auch das Abtriebsmoment der Kupplung bzw. das Antriebsmoment, das auf das Fahrzeug wirkt, moduliert, was für dem Fahrer unangenehm spürbar sein kann und den Fahrkomfort vermindert.
• Dem gegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass als Stellgröße eine Schlupfdrehzahl bei konstantem oder sich mit konstantem Gradienten ändernden übertragbaren Kupplungsmoment einstellbar ist, ohne dass sich das dadurch veränderte Antriebsmoment beim Fahrer bemerkbar macht.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art in der Weise gelöst, dass anstelle oder ergänzend zu dem durch die Differenzdrehzahl als Stellgröße für die Kupplung übertragbaren modulierten Kupplungsmoment ein Motordrehmoment als Stellgröße für die Kupplung angewandt wird.
• Bei diesem Verfahren zur automatischen Regelung des Schlupfes einer zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeuges angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die einen Positionsantrieb aufweist, durch den die Kupplung auf eine durch ein Positions-Sollsignal definierte Position eingestellt wird, werden die Kupplungseingangsdrehzahl und die Kupplungsausgangsdrehzahl mittels Drehzahlsensoren erfasst und ein Positions-Sollsignal abhängig von der Differenz dieser Drehzahlen (Schlupfdrehzahl) derart erzeugt, dass der Schlupf gleich einem vorgegebenen Soll-Schlupf ist. Der Motor weist dabei eine ansteuerbare Einstelleinrichtung für das erzeugte Drehmoment auf, über die der Motor so einstellbar oder ansteuerbar ist, dass das erzeugt Drehmoment einem vorgegebenen Drehmoment-Sollwert entspricht. Zusätzlich zum Positions- Sollsignal oder anstatt des Positions-Sollsignals wird ein vom Schlupf abhängiges Drehmoment-Sollsignal erzeugt und der Einstelleinrichtung für das Drehmoment zuführt, so dass der momentane Schlupf gleich einem vorgegebenen Soll-Schlupf ist.
• In Ausgestaltung des Verfahrens wird aus der Stellung des Fahrpedals und dem momentanen Betriebszustand des Motors ein aktuelles Wunschdrehmoment des Fahrers für den Motor festgestellt, und dieses Wunschdrehmoment regelt als Stellgröße für die Kupplung den Schlupf derart, dass das übertragbare Kupplungsmoment auf das Wunschdrehmoment eingestellt und entsprechend moduliert wird.
• Zweckmäßigerweise wird die Stellgröße für das übertragbare modulierte Kupplungsmoment gegen ruckartige Momentenänderungen, niederfrequente Schwingungen, vom Fahrer unbeabsichtigte minimale Wunschdrehmomentänderungen gefiltert. Dies geschieht in der Weise, dass die Drehzahlen zur Berechnung des Schlupfes und die Momente zeitlich gemittelte Werte sind, so dass sehr kurzzeitige Änderungen der Drehzahlen und der Momente durch die zeitliche Mittelung gefiltert bzw. geglättet werden.
• In Weiterbildung der Erfindung wird das momentane Motordrehmoment so geregelt, dass sich an der Kupplung ein Schlupf einstellt, der dem momentanen Betriebszustand des Motors entspricht und dass der Schlupf konstant gehalten wird.
• Der Vorteil der Erfindung ist im Wesentlichen darin zu sehen, dass etwa bei konstantem oder sich mit konstanter Geschwindigkeit änderndem übertragbaren Kupplungsmoment die Schlupfdrehzahl eingestellt werden kann, ohne dass der Fahrer ein verändertes Antriebsmoment spürt. Die Einstelleinrichtung für das Drehmoment des Motors kann eine ansteuerbare, automatisch betätigbare Drosselklappe oder eine Zündeinrichtung für den Motor sein. Ein mit derartigen Einrichtungen ausgerüsteter Motor wird im Sinne der Erfindung als elektrisch ansteuerbar bezeichnet.
• Aus der Stellung des Fahrpedals (Gaspedals) und dem momentanen Betriebszustand des Motors, wie Stellung der Drosselklappe und Motordrehzahl, wird ein aktuelles Fahrerwunschdrehmoment ermittelt, was beispielsweise auch über abgespeicherte Kennfelder erfolgen kann. Im Allgemeinen wird dieses Drehmoment ohnehin in der Motorsteuerung online berechnet und damit der Motor geregelt. Dieses Moment wird der Steuerung als Drehmoment-Sollsignal vorgegeben. Ist nun die erfindungsgemäße Schlupfregelung aktiv, wird das übertragbare Kupplungsmoment auf das Fahrerwunschdrehmoment eingestellt und entsprechend moduliert. Diese Einstellung des Kupplungsmomentes kann, wie schon erwähnt, zusätzlich geeignet gefiltert werden, etwa um ruckartige Drehmomentenänderungen, niederfrequente Schwingungen oder vom Fahrer vermutlich nicht beabsichtigte, minimale Änderungen des Fahrerwunschdrehmomentes zu unterbinden. Hierzu werden in bekannter Weise zeitlich gemittelte Werte der Drehzahlen zur Berechnung des Schlupfes und für die Modulation der Drehmomente verwendet. Gleichzeitig wird das Drehmoment des Motors, z. B. mit Hilfe einer Regelung, die die Stellung der Drosselklappe entsprechend verändert, und/oder über eine Veränderung des Zündwinkels, so eingestellt, dass sich der in diesem Betriebszustand notwendige Schlupf, der in Tabellenform in der Steuerelektronik gespeichert sein kann, einstellt und konstant gehalten wird. Solange die Schwankungen in der Motordrehzahl klein genug bleiben, so dass der Fahrer sie nicht bemerkt, kann in besonders bevorzugter Ausführung das Motor-Istmoment abgasminimiert moduliert werden. So erfordert z. B. ein sehr schneller Motoreingriff bei einer Brennkraftmaschine in der Regel die Verstellung des Zündzeitpunktes, was zu einem verschlechterten Abgasverhalten führen kann. Können kleine Schwankungen der Schlupfdrehzahl akzeptiert werden, kann der Eingriff mittels der (langsameren) Drosselklappe abgasoptimal ausgeführt werden. Dieser Wert kann in Vorversuchen ermittelt und mitsamt seinen Abhängigkeiten von anderen Parametern in Tabellenform in der Steuerelektronik gespeichert werden. Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise besteht darin, das übertragbare Kupplungsmoment unterhalb des Fahrerwunschdrehmomentes einzuregeln. Die Drehmomentdifferenz kann über einen festen Betrag von beispielsweise etwa 10 Nm oder einen Faktor kleiner 1, also etwa von 0,93 bis 0,96, insbesondere 0,95 erreicht werden, mit dem das Fahrerwunschdrehmoment multipliziert wird, um zu dem einzuregelnden reduzierten Kupplungsmoment zu gelangen. Der so verminderte Wert wird dann der Steuerung als Drehmoment-Sollsignal vorgegeben. Der Vorteil dieser Verfahrensweise besteht darin, dass die Steuerung das Motormoment nicht über das Fahrerwunschmoment hinaus erhöhen muss, sondern lediglich eine Momentenreduktion vorgenommen wird. Wegen der Momentenreduktion ist eine spezielle Absicherung des Eingriffs in die Motorsteuerung nicht notwendig, da die Gefahr einer zu hohen Motordrehzahl bzw. eines zu hohen Motormoments nicht gegeben ist. Die Absenkung des Drehmoment-Sollsignals unter das Fahrerwunschdrehmoment kann auch dadurch erreicht werden, dass ein Zündwinkeleingriff erfolgt. Da durch eine Verstellung des Zündwinkels in der Regel lediglich eine Absenkung des Motordrehmomentes erreicht wird, kann, umgekehrt durch eine Korrektur des Zündwinkels das Motordrehmoment auch wieder erhöht werden. Der Vorteil dieser Verfahrensweise liegt darin, dass durch die extrem hohe Dynamik des Zündwinkeleingriffs eine extrem schnelle Steuerung des Motordrehmomentes und damit der Schlupfdrehzahl möglich ist. Da jedoch der Zündwinkeleingriff unter Umständen die Abgasqualität deutlich verschlechtert, sollte die Reduzierung des Motordrehmomentes über Zündwinkeleingriff vorteilhafter Weise auf kurze Zeiträume beschränkt werden, in denen ein hochdynamisches Stellsignal aufgrund der Fahrsituation notwendig ist. Bei einem Motor nach dem Selbstzünderprinzip (Dieselmotor) kann es weiterhin vorteilhaft sein, im Sinne der Erfindung eine Momentenanhebung durchzuführen, die idealerweise unter dem Moment bleiben sollte, die der Rauchgrenze des Motors entspricht.
• Weiterhin kann der Betrieb einer schlupfgeregelten Kupplung in Verbindung mit einem temporären Motoreingriff beispielsweise zu dessen Momentenerhöhung insbesondere bei Selbstzündern vorteilhaft sein. In diesem Fall kann bei einer schlupfgeregelten Kupplung mit zu kleinen Schlupfdrehzahlen und dadurch drohender Haftung mittels eines zeitlich begrenzten und schnellen Motoreingriffs zur Erhöhung des Motormoments diese Situation umgangen werden. Die kann insbesondere in den Fällen erfolgen, in denen ein Motoreingriff und die daraus folgende Momentenänderung des Motors schneller ist als die Kupplungsregelung.
• Bezüglich der elektronischen Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtungen mit den entsprechenden Sensoren und Betätigungsmitteln und bezüglich der entsprechenden Steuerungs- bzw. Regelungsverfahren in Fahrzeugen mit automatisierten Kupplungen und Schaltgetrieben wird auf die DE 40 11 850 A1, die DE 44 26 260 A1, die DE 197 45 677 A1 und die EP 1 010 606 A1 in diesem Zusammenhang ausdrücklich verwiesen.
• Bei den Steuerverfahren zur automatischen Regelung des Schlupfes der zwischen Motor und Getriebe des Kraftfahrzeuges angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die einen die Kupplung einstellenden Positionierantrieb aufweist, wird die Kupplung auf eine durch ein Positions-Sollsignal definierte Position eingestellt. Die Kupplungseingangsdrehzahl und die Kupplungsausgangsdrehzahl werden mittels Drehzahlsensoren erfasst und das Position- Sollsignal abhängig von der Differenz dieser Drehzahlen, der so genannten Schlupfdrehzahl, derart erzeugt, dass der Schlupf gleich einem vorgegebenen Soll-Schlupf ist. Über eine ansteuerbare Einstelleinrichtung für das erzeugte Drehmoment wird der Motor so angesteuert, dass das erzeugte Drehmoment einem vorgegebenen Drehmoment-Sollwert entspricht. Zusätzlich zum Positions-Sollsignal oder anstatt des Positions-Sollsignals wird ein vom Schlupf abhängiges Drehmoment-Sollsignal derart erzeugt und der Einstelleinrichtung für das Drehmoment zuführt, dass der momentane Schlupf gleich einem vorgegebenen Soll-Schlupf ist.
• Zur Steuerung des Schlupfes ist im Allgemeinen eine programmierbare elektronische Steuereinheit vorgesehen, die Eingänge aufweist, die mit Mitteln zur Detektierung der Drehzahl des Motors und/oder des Getriebes und/oder der Tachowelle und/oder der Räder und/oder des beabsichtigten und/oder des eingelegten Ganges des Getriebes verbunden sind und die Ausgänge aufweist, über die Steuersignale an die elektrisch ansteuerbare Kupplungsvorrichtung und den elektrisch ansteuerbaren Motor gesendet werden.
• Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.
• In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
• Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
• Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Schlupfsteuerung einer Kupplung, die zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und durch eine Differenzdrehzahl aus Kupplungseingangs- und Kupplungsausgangsdrehzahl geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle oder ergänzend zu dem durch die Differenzdrehzahl als Stellgröße für die Kupplung übertragbaren modulierten Kupplungsmoment ein Motordrehmoment als Stellgröße für die Kupplung angewandt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Stellung des Fahrpedals und dem momentanen Betriebszustand des Motors ein aktuelles Wunschdrehmoment des Fahrers für den Motor festgestellt wird, und dass dieses Wunschdrehmoment als Stellgröße für die Kupplung den Schlupf derart regelt, dass das übertragbare Kupplungsmoment auf das Wunschdrehmoment eingestellt und entsprechend moduliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße für das übertragbare modulierte Kupplungsmoment gegen ruckartige Momentenänderungen, niederfrequente Schwingungen, vom Fahrer unbeabsichtigte minimale Wunschdrehmomentänderungen gefiltert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das momentane Motordrehmoment so geregelt wird, dass sich an der Kupplung ein Schlupf einstellt, der dem momentanen Betriebszustand des Motors entspricht und dass der Schlupf konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Motordrehzahlschwankungen von kleiner/gleich einer vorgegebene Drehzahlschwelle, vorzugsweise 100 U/min das Ist-Motordrehmoment abgasminimiert moduliert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragbare Kupplungsmoment um einen einstellbaren festen Betrag oder einen einstellbaren Faktor gegenüber dem Wunschdrehmoment des Fahrers im momentanen Betriebszustand des Motors abgesenkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung des Kupplungsmoments gegenüber dem Wunschdrehmoment 10 bis 15 Nm beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Absenken des Kupplungsmoments der Faktor gegenüber dem Wunschdrehmoment des Fahrers 0,93 bis 0,96 beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Motordrehmoment durch sehr schnelles kurzzeitiges Verändern des Zündwinkels abgesenkt wird und dadurch die Schlupfdrehzahl der Kupplung entsprechend geregelt wird, um das übertragene Kupplungsmoment zu reduzieren.