DE10237793B4

DE10237793B4 - Vorrichtung zur Steuerung einer zwischen einem Motor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges angeordneten, automatisierten Reibungskupplung

Info

Publication number: DE10237793B4
Application number: DE10237793.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Werner Olaf; Roland Seebacher; Dr. Küpper Klaus; Dr. Mohr Carsten; Severine Gallou
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2002-08-17
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2022-08-18
Also published as: FR2828917A1; WO2003019029A1; ITMI20021849A1; US7835844B2; US20080091324A1; DE10237793A1; FR2828917B1; US7373235B2; US20040210374A1; JP2005500493A; DE10293810D2; KR20040036726A; JP4383167B2; KR100904778B1; BR0205938A

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung einer zwischen einem Motor (2) und einem Getriebe (8) eines Kraftfahrzeugs angeordneten, automatisierten Reibungskupplung (6), enthaltend einen die Reibungskupplung (6) entsprechend einem Positionssignal (s) auf eine durch das Positionssignal (s) definierte Position einstellenden Aktor (14), eine Kupplungsmomentberechnungseinrichtung (18), die aus einem Motormoment und weiteren Betriebszustandsgrößen des den Motor (2), die Reibungskupplung (6) und das Getriebe (8) enthaltenden Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs einen vom Motormoment abhängigen Anteil (Mvor) eines Sollkupplungsmoments (M) und einen von einem Schlupf der Reibungskupplung (6) abhängigen Anteil (Msr) des Sollkupplungsmoments (M) berechnet, eine Positionssignalberechnungseinrichtung (26), die aus den beiden Anteilen (Mvor, Msr) des Sollkupplungsmoments (M) und einer gespeicherten Zuordnung zwischen dem Sollkupplungsmoment (M) und dem Positionssignal (s) das jeweils dem Aktor (14) zugeführte Positionssignal (s) bestimmt, einen Schlupfregelschalter (20), der in einer Schlupfregelstellung die direkten Verbindungen zwischen der Kupplungsmomentberechnungseinrichtung (18) und der Positionssignalberechnungseinrichtung (26) auftrennt und einen den Motormoment abhängigen Anteil (Mvor) des Sollkupplungsmoments (M) enthaltenden Signalweg über eine adaptive Vorsteuereinheit (34) mit dem entsprechenden Eingang der Positionssignalberechnungseinheit (26) verbindet und den den schlupfabhängigen Anteil (Msr) des Sollkupplungsmoments (M) enthaltenden Signalweg über einen Regler (38) mit dem entsprechenden Eingang der Positionssignalberechnungseinheit (26) verbindet, wobei an weiteren Eingängen des Reglers ein dem Istschlupf (Δni) entsprechendes Signal und ein in einer Sollschlupfberechnungseinrichtung (40) berechnetes, einem Sollschlupf (Δns) entsprechendes Signal liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Begriff Vorrichtung wird im Folgenden auch als System bezeichnet.
Eine Eigenart von Kolbenbrennkraftmaschinen liegt darin, dass die Drehmomentbeaufschlagung der Kurbelwelle mit abnehmender Zylinderzahl und abnehmender Drehzahl zunehmend ungleichförmig wird. Dies beeinflusst den Fahrkomfort negativ. Eine wirksame Möglichkeit zur Minderung von durch Drehungsleichförmigkeiten bedingten Schwingungen bildet das sogenannte Zweimassenschwungrad, das jedoch gegenüber einem Einmassenschwungrad zusätzliche Kosten bedeutet und einen gewissen Bauraum erfordert.
In neuerer Zeit kommen zunehmend automatisierte Reibungskupplungen zum Einsatz, mit denen sich der Bedienkomfort verbessern lässt und der Einsatz verbrauchsgünstig arbeitender automatisierter Handschaltgetriebe ermöglicht wird.
Die DE 41 00 372 A1 sowie die DE 36 24 755 A1 offenbaren Schlupfregelungen für eine Fahrzeugkupplung. Die DE 195 40 921 A1 offenbart ein System zur Steuerung einer Servokupplung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung einer zwischen einem Motor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges angeordneten, automatisierten Reibungskupplung zu schaffen, das eine Minderung der von dem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs herrührenden Drehschwingungen ermöglicht und die aus der Praxis gestellten Anforderungen in möglichst weitgehender Weise erfüllt.
Im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die zur Steuerung einer zwischen einem Motor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, enthaltend einen die Kupplung entsprechend einem Positionssignal auf eine durch das Positionssignal definierte Position einstellenden Aktor, eine Kupplungsmomentberechnungseinrichtung, die aus einem Motormoment und weiteren Betriebszustandsgrößen des den Motor, die Kupplung und das Getriebe enthaltenden Antriebsstrangs des Fahrzeugs einen vom Motormoment abhängigen Anteil eines Sollkupplungsmoments und einen von einem Schlupf der Kupplung abhängigen Anteil des Sollkupplungsmoments berechnet, eine Positionssignalberechnungseinrichtung, der aus den beiden Anteilen des Sollkupplungsmoments und einer gespeicherten Zuordnung zwischen dem Sollkupplungsmoment und dem Positionssignal das jeweils dem Aktor zugeführte Positionssignal bestimmt einen Schlupfregelschalter, der in einer Schlupfregelstellung die direkten Verbindungen zwischen der Kupplungsmomentberechnungseinrichtung und der Positionssignalberechnungseinrichtung auftrennt und einen den motormomentabhängigen Anteil des Kupplungsmoments enthaltenden Signalweg über eine adaptive Vorsteuereinheit mit dem entsprechenden Eingang der Positionssignalberechnungseinheit verbindet und den den schlupfabhängigen Anteil des Kupplungsmoments enthaltenden Signalweg über einen Regler mit dem entsprechenden Eingang der Positionssignalberechnungseinheit verbindet, umfasst, wobei an weiteren Eingängen des Reglers ein dem Istschlupf entsprechendes Signal und ein in einer Sollschlupfberechnungseinrichtung berechnetes, einem Sollschlupf entsprechendes Signal liegt. Das erfindungsgemäße System ermöglicht mit Hilfe des Schlupfregelschalters vom konventionellen Betrieb einer automatisierten Kupplung, bei der der Kupplungsaktor entsprechend einem vom Motormoment abhängigen Kupplungsmoment und einem schlupfabhängigen Kupplungsmoment gesteuert wird, auf einen schlupfgeregelten Betrieb umzuschalten, in dem gezielt Drehschwingungen des Motors gemindert werden können. Dadurch kann gezielt in bestimmten Betriebsphasen, in denen ein nicht schlupfgeregelter Betrieb zweckmäßig sein kann, beispielsweise beim Schalten oder beim Anfahren oder bei sehr hohen Drehzahlen, nicht schlupfgeregelt gefahren werden, wohingegen in anderen Betriebsphasen schlupfgeregelt gefahren wird und die Drehschwingungen des Motors entsprechend gemindert werden können.
Ein System zur Steuerung einer zwischen einem Motor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, enthaltend einen die Kupplung entsprechend einem Positionssignal auf eine durch das Positionssignal definierte Position einstellenden Aktor, eine Kupplungsmomentberechnungseinrichtung, die aus einem Motormoment und weiteren Betriebszustandsgrößen des den Motor, die Kupplung und das Getriebe enthaltenden Antriebsstrangs des Fahrzeugs einen vom Motormoment abhängigen Anteil eines Sollkupplungsmoments und einen vom Schlupf der Kupplung abhängigen Anteil des Sollkupplungsmoments berechnet, eine Positionssignalberechnungseinrichtung, die aus den beiden Anteilen des Sollkupplungsmoments einer gespeicherten Zuordnung zwischen dem Sollkupplungsmoment und dem Positionssignal das jeweils dem Aktor zugeführte Positionssignal bestimmt, wobei ein Ausgang der Kupplungsmomentberechnungseinheit, der ein dem motormomentabhängigen Anteil des Kupplungsmoments entsprechendes Signal führt, über eine adaptive Vorsteuereinheit mit dem entsprechenden Eingang der Positionssignalberechnungseinheit verbunden ist und ein Ausgang, der ein dem schlupfabhängigen Anteil des Kupplungsmoments entsprechendes Signal führt, über eine wenigstens eine Betriebszustandsgröße des Antriebsstrangs erfassende Reglerparametrisierungseinheit mit einem Parametrisierungeingang eines Reglers verbunden ist, an dessen weiteren Eingängen ein dem Istschlupf entsprechendes Signal und ein in einer Sollschlupfberechnungseinrichtung berechnetes, einem Sollschlupf entsprechendes Signal liegt und dessen Ausgang mit dem schlupfabhängigen Anteil des Kupplungsmoments zugeordneten Eingang der Positioniersignalberechnungseinheit verbunden ist, löst einen weiteren Aspekt der vorgenannten Erfindungsaufgabe. Durch die Reglerparametrisierungseinheit, die verschiedene Betriebszustandsgrößen des Antriebstrangs erfasst und aus ihnen Parameter zur Steuerung der Eigenschaften des Reglers herleitet, kann das Regelverhalten des Reglers in optimaler Weise an unterschiedlichste Notwendigkeiten angepasst werden.
Die weiteren Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems gerichtet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
1 ein Blockdiagramm eines Antriebsstrangs mit wesentlichen Funktionsblöcken des erfindungsgemäßen Systems und deren Zusammenwirken,
2 in den Funktionsblöcken der 1 enthaltene Funktionsumfänge und deren Zusammenwirken,
3 eine detaillierte Darstellung des Funktionsblocks ”Regelung”,
4 eine detaillierte Darstellung des Funktionsblocks ”Sollschlupfbestimmung”,
5 eine detaillierte Darstellung des Funktionsblocks ”Vorsteuerung”,
6 eine Kurve, die ein Gaußsches Fehlerintegral, normiert abgelegt als Stützstellenfunktion zeigt,
7 eine Kurve zur Erläuterung der Basisparametrisierung des Reglers,
8 eine Kurve zur Erläuterung einer Kennlinienkorrektur des Reglers,
9 eine Kurve zur Erläuterung einer proportionalen Reglerkorrektur,
10 Drehzahlschwankungen abhängig vom Motormoment bei unterschiedlichen Drehzahlen,
11 ein aus der 11 abgeleitetes Kennfeld,
12 eine sollschlupfabhängige Reglerkorrektur,
13 eine sollschlupfabhängige Vorsteuerkorrektur,
14 eine Kurve zur Erläuterung der Erkennung von Regelschwingungen,
15 Kurven zur Erläuterung einer momentenabhängigen Korrektur des I-Anteils des Reglers, und
16 Kurven zur Erläuterung der Gewichtung von erfassten Betriebszustandsgrößen für die Adaption der Vorsteuerung.
Bevor im folgenden die Erfindung anhand der Figuren erläutert wird, sei darauf hingewiesen, dass die Differenzdrehzahl an der Kupplung, die die Motorschwingungsanregungen vom sonstigen Fahrzeug fernhalten soll, relativ genau eingestellt werden muß. Eine zu große Differenzdrehzahl führt zu erhöhtem Energieeintrag und Kupplungsverschleiß; eine zu geringe Differenzdrehzahl kann zu einem Haften der Kupplung und damit zu unzureichender Komfortverbesserung (Rasseln > 300 Hz) führen. Außerdem übertragen sich Schwankungen in der Differenzdrehzahl auf das Fahrzeug, was in Form von niederfrequenten translatorischen Schwingungen (< 3 Hz) für die Insassen spürbar sein kann. Eine schlupfgeregelte Kupplung zur Isolation von Drehschwankungen erfordert daher eine optimale Abstimmung des Reglers.
1 zeigt eine vereinfachte Prinzipdarstellung eines Fahrzeugantriebstrangs mit dem Grundaufbau des erfindungsgemäßen Systems.
Ein Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs weist einen Antriebsmotor 2 mit einem Laststellglied 4 auf. Der Antriebsmotor 2 ist über eine automatisierte Kupplung 6, beispielsweise eine Reibscheibenkupplung mit Einmassenschwungrad und torsionsgedämpfter Kupplungsscheibe, mit einem Getriebe 8 verbunden. Sensoren 10, die beispielsweise die Motordrehzahl, die Stellung eines Fahrpedals 12, die Drehzahl der Getriebeeingangswelle, die Stellung des Wählhebels des Getriebes usw. erfassen, sind mit einem elektronischen Steuergerät verbunden, in dem in an sich bekannter Weise Kennlinien und Kennfelder sowie Algorithmen gespeichert sind, aufgrund derer die Kupplung sowie ggfs. der Motor und das Getriebe abhängig vom Leistungswunsch des Fahrers und weiteren Bedingungen gesteuert werden. Zur Betätigung der Kupplung 6 dient ein Aktor 14, der von einem Stellregler 16 derart angesteuert wird, dass die Kupplungsstellung jeweils einem dem Stellregler 16 zugeführten Positionssignal s entspricht.
Im folgenden wird zunächst ein konventionelles System zur Steuerung der Kupplung 6 und dessen Arbeitsweise erläutert (linke Hälfte der 1; konventionelle EKM (Elektronisches Kupplungs-Management)):
Die von den Sensoren 10 erfassten Signale, beispielsweise das Motormoment, der eingelegte Gang, der Fahrzustand des Fahrzeugs (Beschleunigen, Bremsen, Gangwechsel, Kriechen), die Kupplungseingangsdrehzahl und die Kupplungsausgangsdrehzahl werden über ein Bussystem, beispielsweise einen CAN-Bus, einer Kupplungsmomentberechnungseinrichtung 18 zugeführt, in der das jeweilige von der Kupplung zu übertragende Moment berechnet wird. Dieses Moment soll aus Gründen des Energieverbrauches, der Regelungsgüte, des Verschleißes usw. nur so groß sein wie unbedingt erforderlich. Es ist zweckmäßig, das Kupplungsmoment M in zwei Anteile aufzuspalten, einen nur vom augenblicklichen Motormoment abhängigen Anteil Mvor, der ein Vorsteueranteil ist, und in einen schlupfabhängigen Anteil Msr, der dem motormomentabhängigen Anteil Mvor entsprechend den jeweiligen Fahrzuständen, beispielsweise Anfahren, Gangwechsel usw. aufgeschaltet wird und der für den Fahrkomfort wichtig ist. Beide Anteile sind in der Kupplungsmomentberechnungseinrichtung 18 in Kennfeldern gespeichert und werden entsprechend den jeweiligen von den Sensoren erfassten Betriebszustandsgrößen des Antriebstrangs ausgelesen.
In einem konventionellen Kupplungssteuersystem ist ein mit 20 bezeichneter Schlupfregelschalter nicht vorgesehen, so dass ein Funktionszustand vorliegt, bei dem der am Ausgang 22 liegende motormomentabhängige Anteil Mvor des Kupplungsmoments unmittelbar einem Eingang 24 einer Positionssignalberechnungseinheit 26 zugeführt wird und das am Ausgang 28 der Kupplungsmomentberechnungseinrichtung 18 liegende schlupfabhängige Kupplungsmomentsignal einem Eingang 30 der Positionsberechnungseinheit 26 zugeführt wird. In der Positionssignalberechnungseinheit 26 werden die beiden Signale Mvor und Msr zu dem gesamten von der Kupplung 6 zugetragenen Moment M zusammengefasst bzw. addiert und in einem Speicher 32 der Positionssignalberechnungseinheit 26 in ein Positionssignal s umgerechnet, das der Position entspricht, in der die Kupplung 6 das berechnete Moment M überträgt. Es versteht sich, dass bei Fehlen des Schlupfregelschalters 20 das Sollkupplungsmoment M unmittelbar in der Einheit 18 berechnet werden kann und in einem Speicher in eine entsprechende Kupplungssollstellung umgerechnet wird. Insgesamt wird mit dem geschilderten System das übertragbare Kupplungsmoment entsprechend Mvor vorgesteuert und entsprechend Msr moduliert, so dass der Schlupf als Funktion fahrzustandsbeschreibender Größen vorgegeben wird.
Erfindungsgemäß ist der Schlupfregelschalter 20 vorgesehen, der in seiner gemäß 1 oberen Stellung eine unterschiedliche Weiterverarbeitung des motormomentabhängigen Anteils des Kupplungsmoments Mvor und des schlupfabhängigen Anteils des Kupplungsmoments Msr erlaubt. Wie ersichtlich, wird das Signal Mvor einer adaptiven Vorsteuereinheit 34 zugeführt, deren Ausgang mit dem Eingang 30 der Positionssignalberechnungseinheit 26 verbunden ist. Das schlupfabhängige Kupplungsmoment Msr wird einer Reglerparametrisierungseinheit 36 zugeführt, in der Parameter berechnet werden, die das Regelverhalten eines PIDT1-Reglers 38 bestimmen, dessen Ausgang mit dem Eingang 24 der Positionssignalberechnungseinheit 26 verbunden ist. Ein Eingang des Reglers 38 ist mit einer Sollschlupfberechnungseinheit 40 verbunden, in der abhängig von über den CAN-Bus zugeführten Betriebszustandsgrößen, wie Motormoment, Ist-Schlupf Δni, der Pedalstellung usw. ein Sollschlupf Δns berechnet wird. Ein weiterer Eingang des Reglers 38 ist mit einem dem Ist-Schlupf Δni der Kupplung 6 entsprechenden Signal beaufschlagt. Der Integralanteil (i-Anteil) des Reglers 38 wird einem Eingang der adaptiven Vorsteuereinheit 34 zugeführt. Weitere Eingänge der adaptiven Vorsteuereinheit 34 und der Reglerparametrierungseinheit 36 sind mit dem Bus-System verbunden, über das ihnen Betriebszustandgrößen des Antriebstrangs zugeführt werden. Unter Betriebszustandsgrößen werden unmittelbar von Sensoren erfasste, kontinuierlich veränderbare Größen des Antriebsstrangs, wie Drehzahlen, Stellungen, usw., verstanden. Fahrzustände sind definierte Zustände, wie Fahrzeugsstillstand, Gangwechsel, Anfahren, usw..
Durch Umschalten des Schlupfregelschalters 20 ist es möglich, von der konventionellen Kupplungssteuerstrategie, bei der die Einheiten 18 und 26 unmittelbar verbunden sind, auf eine Schlupfregelstrategie umzuschalten. Der vorberechnete motormomentabhängige Anteil des Kupplungsmoments Mvor wird in der adaptiven Vorsteuereinheit 34 entsprechend dem i-Anteil des PIDT1-Reglers 38 und Betriebszustandsgrößen, zu denen auch der augenblickliche Schlupf Δni gehören kann modifiziert und gegebenenfalls an den Reibwert der Kupplung adaptiert und als adaptives Vorsteuersignal Mvor dem Eingang 30 zugeführt. Der vorberechnete schlupfabhängige Anteil Msr wird zusammen mit Betriebszustandsgrößen, zu denen auch der Ist-Schlupf der Kupplung gehört, in der Reglerparametrierungseinheit 36 dazu verwendet, Parameter des PIDT1-Reglers 38 zu berechnen. An die Stelle des vorberechneten schlupfabhängigen Anteils Msr des Motormoments tritt das vom Regler 38 errechnete schlupfabhängige Motormoment Msr, das dem Eingang 24 der Positionssignalberechnungseinheit 26 zugeführt wird. Gemäß der Blockdarstellung der 1 wird der Sollschlupf aus Betriebszustandsgrößen des Antriebstrangs ermittelt. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Sollschlupf problemorientiert bestimmt werden, indem beispielsweise ein Sensor zum Erfassen von Getrieberasseln oder ein Sensor zum Erfassen von Drehschwingungen vorgesehen wird und der Sollschlupf jeweils derart bestimmt wird, dass das Getrieberasseln und/oder die Drehschwingungen unter vorbestimmten Schwellwerten bleiben.
Insgesamt aktiviert der Schlupfregelschalter 20, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, drei Funktionsblöcke, nämlich eine Regelung (Blöcke 36 und 38), eine Sollschlupfbestimmung (Block 40) und eine Vorsteuerung (Block 34). Durch die adaptive Vorsteuerung wird erreicht, dass das Kupplungsmoment möglichst genau vorgesteuert wird, so dass der Regler 38, dessen Verhalten zustandsabhängig angepasst wird, lediglich geringe Abweichungen rasch und genau ausregeln kann.
2 verdeutlicht die in den Funktionsblöcken enthaltenen Umfänge und deren Zusammenwirken.
Regelung
Nach Umschalten des Schlupfregelschalters 20 erfolgen die Initialisierungen entsprechend den Umschaltfunktionen. Dann erfolgt die Basis-Parametrisierung der Reglerkennlinie. Anschließend erfolgt eine erste fahrzustandsabhängige Korrektur, woraufhin die Regelparameter berechnet werden. Anschließend erfolgt eine weitere fahrzustandsabhängige Reglerkorrektur und ggfs. eine weitere Korrektur bei Instabilitäten, so dass das Verhalten des PIDT1-Reglers 38 aktualisiert festgelegt wird.
Sollschlupfbestimmung
Das in der Einheit 40 abgelegte Sollschlupfkennfeld wird fahrzustandsabhängig korrigiert. Nach Inkrementierung und ggfs. fahrzustandsabhängiger Sollschlupferhöhung erfolgt die Sollschlupfvorgabe an einen Eingang des Reglers 38. Der Regler erzeugt an seinem Ausgang den schlupfabhängigen Anteil des Motormoments, der der Einheit 26 zugeführt wird.
Vorsteuerung
Nach der auf das Umschaltung erfolgenden Initialisierung erfolgt eine vom Fahrzustand bzw. Betriebszustandsgrößen des Antriebstrangs abhängige Korrektur, woraufhin ein Gewichtungsfaktor des motormomentabhängigen Anteils des Kupplungsmoments (kme) adaptiert wird, dann eine Adaptierung entsprechend des Reibwertes der Kupplung erfolgt und der so adaptierte motormomentabhängige Anteil des Kupplungsmoments dem Eingang 24 der Positionssignalberechnungseinheit 26 zugeführt wird. Das dort nach Addition der beiden Anteile des Motormoments ermittelte, dem ermittelten Motormoment entsprechende Positionssignal s wird dem Regler 16 zugeführt, von wo aus der Aktor 14 entsprechend angesteuert wird, so dass die Kupplung das vorbestimmte Moment überträgt.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren die einzelnen Funktionen erläutert. Die 3 bis 5 stellen die in den einzelnen Funktionsblöcken der 2 enthaltenen Funktionsumfänge genauer dar.
1. Betätigung des Schlupfregelschalters 20 (Umschaltung auf Schlupfbetrieb)
Das Schalten des Schlupfregelschalters 20 auf Schlupfregelung kann in unterschiedlichster Weise erfolgen, beispielsweise beim Vorliegen bestimmter Fahrzustände, denen Softwaremäßig ein entsprechendes Zustandsflag zugeordnet ist, abhängig von Betriebszustandsgrößen des Antriebstrangs (z. B. Drehzahlen und Drehmomenten) oder bei einer vorbestimmten Abweichung des erfassten Ist-Schlupfes von einem in der Kupplungsmomentberechnungseinrichtung 18 gespeicherten Sollschlupf.
Die Umschaltung auf schlupfgeregelten Betrieb erfolgt bevorzugt in zwei Schritten. Im ersten Schritt erfolgt die Übernahme des motormomentabhängigen (schlupfunabhängigen) Kupplungsmomentenanteils in die Vorsteuerung 34 durch Fixierung des momentanen kme-Wertes (V1 in 5). Gleichzeitig wird der PIDT1-Regler 38 aktiviert. Der i-Anteil des Reglers wird durch den in der Kupplungsmomentberechnungseinrichtung 18 berechneten schlupfabhängigen Anteil des Motormoments Msr initialisiert (R1 in 3). Hat vor der Umschaltung die Wegsteuerung in die Anfahrstrategie eingegriffen, wird dies bei der Initialisierung berücksichtigt. In einem zweiten Schritt wird der kme-Wert über einen Zeitraum (V2 in 5) auf einen optimalen Wert verändert. Gleichzeitig wird der schlupfabhängige Anteil (i-Anteil des Reglers) gegensinnig ausgleichend verändert (R1 in 3), um Regelabweichungen zu vermeiden. Während der Rampe werden Rechenungenauigkeiten durch den Regler ausgeglichen. Unter Wegsteuerung ist in diesem Zusammenhang die Steuerung der Kupplung über einen Wegsensor an der Kupplung oder einem Element, das einen Rückschluss auf den Ein- beziehungsweise Ausrückzustand zulässt, zu verstehen. Dabei kann die Wegsteuerung als Ersatzfunktion einer Momentensteuerung gesehen werden, wenn es dieser nicht gelingt, den gewünschten Schlupf abzubauen.
Es versteht sich, dass grundsätzlich eine einstufige Umschaltung möglich ist.
Bei Umschaltungen auf Regelbetrieb nach Gangwechseln ist eine zusätzliche Funktion (R3 in 3) verfügbar, die das Überhöhungsmoment bei Schaltungsende rasch abbaut, um längere Haftphasen der Kupplung zu vermeiden. Das Überhöhungsmoment, das während der Schaltung mittels des schlupfabhängigen Momentenanteils aufgebaut wird, wird nach Aktivierung der Schlupfregelung durch entsprechende Reduktion des i-Anteils abgebaut.
2. Gaußsches Fehlerintegral
Für verschiedene Funktionen der Schlupfregelung ist es zweckmäßig, eine Funktion entsprechend dem Gaußschen Fehlerintegral (Sprungfunktion) zu benutzen, wie sie in 6 dargestellt ist, um eine möglichst stetige Regelung zu realisieren. Die Funktion ist softwareseitig normiert abgelegt und dient beispielsweise zur Beschreibung der Reglerkennlinie (Funktionen R4 bis R9 in 3). Außerdem kann sie in den Funktionen R10 (3) und V4 (5) verwendet werden.
3. Regler-Funktionen
Der Kern des Reglers ist ein PIDT1-Kennlinienregler, dessen Zeitkonstante sehr klein gewählt ist, um eine ungünstige Phase des Differentialanteils in Beziehung zum Proportionalanteil zu vermeiden. Die jeweilige Kennlinie hängt vom Fahrzustand bzw. Betriebszustandsgrößen des Antriebstrangs ab. In fünf Schritten werden die drei Reglerparameter Kp, Ki, Kd bestimmt. Grundsätzlich werden fahrzustandsabhängige Korrekturen vor (R5 bis F8) und nach (R10 bis R13) der Kennlinienberechnung (R9) unterschieden (siehe 3).
Vorteilhaft ist eine gangabhängige Parametrisierung des Reglers, der Vorsteuerung und des Sollschlupfes. Die nachfolgende Darstellung beschränkt sich auf einen Gang.
3.1 Umschaltung (R1, R2: siehe vorstehendes Kapitel 1)
3.2 Basisparametrisierung der Reglerkennlinie (R4)
7 zeigt den prinzipiellen Verlauf eines Reglerparameters über die Sollschlupfabweichung. Zur Beschreibung der Kennlinie wurde das Gaußsche Fehlerintegral verwendet. Der dargestellte funktionale Zusammenhang setzt sich aus zwei Funktionen zusammen. Der positive Zweig wird je Regleranteil durch zwei Reglerkonstanten und eine Drehzahlkonstante (Sollschlupfabweichung) festgelegt. Im negativen Zweig kommen eine Reglerkonstante und eine Drehzahlkonstante hinzu. Zusammen mit der Zeitkonstanten sind das für den kompletten Regler 16 Konstanten. Zur Vereinfachung werden die Drehzahlkonstanten für den P-, i- und D-Anteil gleichgesetzt, wodurch sich die Anzahl der Konstanten auf 12 vermindert.
Die Anhebung in der Kennlinie im negativen Bereich dient der Vermeidung von Haftphasen der Kupplung. Die Absenkung im positiven Bereich dient zum einen der Abstimmung der Lastwechsel und zum anderen wird der Regler stabilisiert, was im Bereich des Ist-Schlupfes eine „harte” Abstimmung erlaubt. Diese Abstimmung bewirkt, dass der Sollschlupf bei kleineren Störungen sehr gut gehalten werden kann. Bei stärkeren Lastwechseln wird die Abstimmung weicher, um Überschwingungen des Reglers zu vermeiden. Bei optimaler Vorsteuerung kann Getrieberasseln vermieden werden und der Lastwechsel für guten Komfort abgestimmt werden.
3.3 Fahrzustandsabhängige Reglerkorrekturen I
8 zeigt, wie die Reglerkennlinie der 7 fahrzustandsabhängig im Bereich positiver oder negativer Sollschlupfabweichungen verändert wird.

3.3.1 Bei Lastwechselstößen während des Einkuppelns (Tip-In) und Auskuppelns (Back-Out) werden die positiven Reglergrenzwerte weiter abgesenkt. Die Summe des i-Anteils wird zusätzlich auf Null gesetzt (siehe R5 in 3). Die Tip-In-Erkennung erfolgt über den Gradienten der Betätigung des Fahrpedals 12. Die Schlupfregelung kann bei diesen Lastwechselstößen zu deren Dämpfung eingesetzt werden. Dazu kann eine höhere Schlupfdrehzahl zugelassen werden, damit ein Haftzustand der Kupplung vermieden wird und das über die Kupplung übertragbare Moment durch die Position der Kupplung, das heißt in Abhängigkeit vom Schlupf, bestimmt wird. Durch die Geschwindigkeit des Einrückens der Kupplung nach der Schlupferhöhung kann dabei der Komfort eingestellt werden. Entsprechend kann der Regler in Abhängigkeit von der Größe der Fahrpedaländerung bei einem Lastwechselschlag korrigiert werden.
3.3.2 Bei schnell abnehmender Schlupfabweichung wird der positive Regle grenzwert vermindert (siehe R6 in 3).
3.3.3 Bei längerer negativer Schlupfabweichung werden die negativen Reglergrenzwerte im Normalfall wieder angehoben (R7 in 3). Die Anhebung ist dabei eine Funktion des Kupplungsmoments, da die mögliche Fehlsteuerung bei großen Kupplungsmomenten größer ist als bei kleinen. Weiter muss bei kleinen Kupplungsmomenten eine Absenkung erfolgen, um Instabilitäten zu vermeiden (komplettes Öffnen der Kupplung).
3.3.4 Beim Kriechen oder in kriechähnlichen Fahrzuständen wird ein Creeping-Regler aktiviert (siehe R8 in 3). Aufgrund der relativ großen Schlupfdrehzahl und der geringen Dynamik des Antriebstranges ist ein weich abgestimmter, symmetrischer Regler sinnvoll. Dazu wird die Reglerkennlinie komplett neu parametrisiert. Die Kennlinie schwächt den Regler sowohl bei positiver als auch bei negativer Sollschlupfabweichung. Der Regler ist auf diese Weise äußerst stabil und könnte zur Vermeidung von Reglerschwingungen aktiviert werden.

3.4 Berechnung der Regelparameter
Abhängig von der Schlupfabweichung werden auf der Basis der korrigierten Kennlinienparametrisierung die drei Regelparameter des P-, I- und D-Anteils berechnet (R9 in 3).
3.5 Fahrzustandsabhängige Reglerkorrektur II
Fahrzustandsabhängig können die verbleibenden drei Parameter nochmals korrigiert werden.
3.5.1 Sollschlupfabhängige Korrektur (R10)
Es hat sich gezeigt, dass im Vollschlupf andere Regelparameter sinnvoll sind als im Teilschlupfbereich. Aufgrund der Haftphasen im Teilschlupfbereich ist eine größere Momentenänderung erforderlich, um die gleiche Sollschlupfänderung zu bewirken. 10 zeigt Kurven, die bei verschiedenen Drehzahlen die Drehzahlschwankung δn abhängig vom Motormoment angeben. Somit können in einem Kennfeld (11) Drehzahlschwankungen abhängig von der Drehzahl und dem Motormoment abgelegt werden. Ein solches Kennfeld kann dann auch für die Vorsteuerung (V4 in 5) verwendet werden.
Im Sinne der Erfindung ist unter Teilschlupf ein Schlupfverhalten zu verstehen, bei dem in Abhängigkeit von den Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine, die in Abhängigkeit von der Zündfrequenz beziehungsweise von den Frequenzen der Verbrennungsrückstöße in den einzelnen Zylindern auf die Kurbelwelle entstehen, an der Kupplung zeitlich abhängige Haft- und Gleitzustände entstehen. Die Frequenz dieser sich zeitlich abwechselnden Zustände ist beispielsweise abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle und der Anzahl der Zylinder. Aus Verschleiß- und Verbrauchsgründen kann bei der Schlupfregelung ein möglichst niedriger Sollschlupf angestrebt werden. Seine untere Grenze kann durch einen Schwellwert für die vorzugebende Schwingungsisolation eingestellt werden. Untersuchungen haben überraschend gezeigt, dass bei Drehmomentspitzen der Brennkraftmaschine nach der Verbrennungsreaktion in einem Zylinder die geschlossene Kupplung ins Rutschen kommen kann. In diesem Gleitzustand ist das über die Kupplung übertragbare Moment beschränkt. Sobald die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine wieder zu einem Haftzustand der Kupplung geführt hat, sinkt das in den Triebstrang eingetragene Moment, da die Brennkraftmaschine zu diesem Zeitpunkt weniger Moment liefert. Auf diese Weise ist das mittlere, über die Kupplung übertragene Moment kleiner als das über die Kupplung übertragbare Moment, die Kupplung befindet sich im Teilschlupf. Das im Teilschlupf von der Kupplung übertragene mittlere Moment ist beispielsweise durch das Verhältnis von Schlupf- zu Haftdauer und die sich aus den Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine ergebenden Momentenschwankungen gegeben. Daraus ergibt sich folgendes Schlupfverhalten:
Von Schlupfdrehzahl Null bis zum Übergang in den Vollschlupf, bei dem die Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine nicht mehr zu einem abwechselnden Haft- und Gleitzustand führen, steigt das mittlere, über die Kupplung übertragene Moment stetig an und erreicht das im Vollschlupf übertragene Moment. Wird dieses Verhalten als Reibwertverhalten betrachtet, kann dieses Verhalten im Teilschlupfbereich als Verhalten mit positivem Reibwertgradienten betrachtet werden, da der mittlere Reibwert mit der Schlupfdrehzahl abnimmt. Ein im physikalischen Sinne unerwünschter negativer Reibwert kann im Teilschlupfbereich daher kompensiert werden. Nach dem erfinderischen Gedanken kann dieses Verhalten für die Schlupfregelung in vorteilhafter Weise genutzt werden, da sich durch die Kompensation eines gegebenfalls vorhandenen negativen Reibwertkoeffizienten die Schlupfdrehzahl im Teilschlupfbereich selbstständig stabilisiert. Wenn der Schlupf beispielsweise durch eine Erhöhung des Moment der Brennkraftmaschine steigt, erhöht sich auch das von der Kupplung übertragene Moment, wodurch sich der Schlupf infolge des positiven Reibwertgradienten wieder verringert. Diese Stabilisierung kann sich auf das Regelverhalten eines Schlupfreglers in der Weise positiv auswirken, dass dieser schärfer eingestellt werden kann, ohne dass instabile Regelzustände hervorgerufen werden, so dass insgesamt die Regelgüte erhöht werden kann. Eine Dauerhaftung sowie Rupfen der Kupplung können dadurch vermieden werden.
Unter Berücksichtigung der Asymmetrie der Drehzahlschwankung bezüglich der mittleren Drehzahl wird eine Absenkung der Regelparameter erreicht. Dazu wird wiederum eine Kennlinie oder ein Kennfeld herangezogen, welche mit einem Absenkungsfaktor und der Drehzahlschwankung parametrisiert wird (siehe 12).
Im Zusammenwirken mit der Sollschlupfanhebung bei Störungen (S6 bis S8 in 4) und der Vorsteuerabsenkung (V3 in 5) wird ein optimales Verhalten bei Störungen erreicht.

3.5.2. Bei schlupfabhängig erlaubtem periodischen Schnüffeln (Nachstellen einer hydraulischen Strecke) wird eine Veränderung des I-Anteils unterdrückt (siehe R8 in 3).

3.6 Reglerkorrektur bei Instabilitäten
Schwingungen, die auf Reglerinstabilitäten zurückgeführt werden können, werden vom System erkannt, indem innerhalb eines Zeitintervalls in einer vorbestimmten Folge Sollschlupfdurchgänge und Schwellwertüberschreitungen der Schlupfabweichung erfolgen (siehe 14). Wenn solche auf Reglerinstabilitäten zurückgehende Schwingungen erkannt werden, wird das Reglerniveau rasch abgesenkt und anschließend langsam wieder gesteigert. Alternativ kann situationsbedingt der Creeping-Regler R8 (3) aktiviert werden, der anschließend bei Fehlsteuerungen oder Zustandsänderungen wieder deaktiviert wird.
3.7 PIDT1-Regler (R14)
Abschließend werden die Regleranteile berechnet und unter Berücksichtigung des „alten” i-Anteils aufsummiert. Zusätzlich werden Momentenänderungen in der Vorsteuerung, die auf Lastwechsel zurückzuführen sind, im i-Anteil berücksichtigt. Entsprechend der Momentenänderung wird die Summe des i-Anteils vorgesteuert bzw. korrigiert.
15 verdeutlicht den Grund für diese Maßnahme.
Die ausgezogene Kurve zeigt das vom Motormoment abhängige Vorsteuermoment Mvor, das von der adaptiven Vorsteuereinheit 34 an die Berechnungseinheit 26 gegeben wird. Dieses Vorsteuermoment wird vom Regler 38 um das schlupfabhängige Regelmoment Msr korrigiert, so dass sich ein auf der gestrichelt eingezeichneten Sollmomentkurve liegender Wert ergibt. Ändert sich nun der Fahrzustand (1) plötzlich in den Fahrzustand (2), der beispielsweise durch einen Lastwechsel mit einem anderen Motormoment verbunden ist, so ändert sich der Integralanteil des Reglers 38 nicht augenblicklich, so dass der Regler 38 zunächst mit dem Regelmoment 2 unkorrigiert, das dem Regelmoment 1 entspricht, eingreifen würde. Dadurch ergäbe sich ein zu geringes Sollmoment. Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass der i-Anteil des Reglers entsprechend der Änderung ΔM des Motormoments M korrigiert wird entsprechend der Beziehung: ΔM/M = Δi-Anteil/i-Anteil.
In dem Regler 38, dem über die Einheit 36 das geänderte Motormoment bzw. augenblicklich der geänderte Pedalwert oder die geänderte Stellung des Laststellorgans 4 (1) zugeführt wird, wird somit der i-Anteil um den Δi-Anteil augenblicklich korrigiert, so dass das Vorsteuermoment um das korrigierte Regelmoment 2 vermindert wird und sich unmittelbar das Sollmoment ergibt. Der Regler muss somit die beim Momentenänderungen entstehende Fehlsteuerung nicht ausgleichen. Die bei Lastwechseln entstehende Regelabweichung kann minimiert werden.
Es versteht sich, dass die rasche Änderung des i-Anteils auch in der adaptiven Vorsteuereinheit 34 berücksichtigt werden könnte, so dass zusätzlich oder ausschließlich das Vorsteuermoment verändert würde, um rasche Änderungen zu berücksichtigen.
3.8 Reglerausgang (R15)
Das berechnete Moment wird als Msr (1) an den Eingang 24 übergeben. Beim Kriechen werden das Reglermoment und das Kriechmoment addiert.
4. Funktionen der Vorsteuerung
Aus den im vorstehenden Kapital beschriebenen Gründen ist die Optimierung der Vorsteuerung wesentlich für das schlupfgeregelte Fahren. Die Strategie besteht darin, die Summe des i-Anteils durch bestmögliche Vorsteuerung sehr klein zu halten. Dies geschieht im ersten Schritt durch eine adaptive Vorsteuerung. Unabhängig von der herkömmlichen Reibwertadaption kann auf diese Weise die Vorsteuerung optimiert werden. Optional kann in einem zweiten Schritt der Reibwert zusätzlich korrigiert werden.
4.1 Umschaltung (V1, V2)
Die Umschaltung wurde im Abschnitt 1. bereits erläutert.
4.2 Fahrzustandsabhängige Vorsteuerkorrektur
Die beiden folgenden Funktionen verändern die Vorsteuerung fahrzustandsabhängig. Der adaptive kme-Wert bleibt dabei unverändert. Der adaptive Wert beschreibt das ideale Vorsteuermoment bei Schlupf Null. Die sollschlupfabhängige Vorsteuerkorrektur ist erforderlich, um eine genaue kme-Adaption in allen Betriebspunkten durchführen zu können.
4.2.1 kme-Absenkung (V3)
Bei Tip-In besteht die Möglichkeit, den kme-Wert etwas abzusenken, um Haftphasen im weiteren zu vermeiden. Der optimale adaptierte Wert wird im folgenden wieder durch die Umschaltfunktion V2 eingestellt.
4.2.2 Sollschlupfabhängige Vorsteuerkorrektur (V4)
In Verbindung mit der sollschlupfabhängigen Reglerkorrektur ist eine Korrektur des Vorsteuermoments sinnvoll (V4). Die Berechnung erfolgt parallel zur Reglerkorrektur, allerdings mittels eines eigenen Absenkungsfaktors (siehe 13). Der Absenkungsfaktor kann mittels der kme-Adaption experimentell ermittelt werden und beträgt beispielsweise im Vollschlupf etwa 15%. Im Teilschlupf wird die Kupplung gegenüber der Kupplungsscheibe in Abhängigkeit von Drehschwingungen des Motors unterschiedlich beschleunigt. Dies äußert sich in zeitlich aufeinanderfolgenden Haft und Gleitzuständen der Reibpartner der Kupplung und der Kupplungsscheibe. Die Korrektur optimiert zum einen die Übergänge bei Veränderungen der Fahrpedalstellung und bei Sollschlupfänderungen. Im Zusammenwirken mit R10 und R5 bis R8 werden Zustandsänderungen verbessert. Weiter wird die kme-Adaption in allen Betriebspunkten genauer.
4.3 kme-Adaption (V5)
Während des Schlupfbetriebes wird unter bestimmten Voraussetzungen eine Anpassung der Vorsteuerung durchgeführt. Erkennungsgröße für eine ungünstige Vorsteuerung ist der i-Anteil des Reglers 38. Ist der i-Anteil des Reglers über einen bestimmten Zeitraum stets positiv oder negativ, wird der kme-Wert der Vorsteuerung derart verändert (berechnet), dass der i-Anteil im Mittel gerade gleich Null wird. Der adaptive kme-Wert bezieht sich auf eine Schlupfdrehzahl von Null. Mittels der Funktion V4 wird die Schlupfabhängigkeit der Vorsteuerung berücksichtigt.
4.4 Reibwertadaption (V6)
Der Reibwert einer Kupplung ergibt sich in bekannter Weise aus den Reibwerteigenschaften der Reibpartner, beispielsweise der Reibbeläge der Kupplungsscheibe und den Oberflächen, beispielsweise Metalloberflächen, der Kupplungsdruck- und Anpreßplatte. Die Reibwerte sind temperaturabhängig, so dass eine entsprechende Temperaturkorrektur über Temperaturmodelle und/oder Temperatursensoren erfolgen kann. Weiterhin sind die Reibwerte vom Anpreßdruck und vom Verschleiß der Kupplungsbeläge und dessen Reibpartner abhängig, so dass entsprechende Korrekturen in der Kupplungssteuerung vorgesehen sein können. Im Neuzustand können entsprechende Werte und Berechnungsmodelle vorgesehen werden, die in Abhängigkeit von der Betriebsweise des Fahrzeugs an Fahrsituation, Betriebsdauer und Alterung angepasst, das heißt adaptiert, werden können.
Bei definierter Abweichung des adaptierten kme-Wertes vom Basiswert der kme-Vorsteuerung wird der Reibwert adaptiert. Dazu der Reibwert derart verändert, dass der kme-Basiswert in den folgenden Adaptionen wieder erreicht wird (Zweipunktregelungen des Reibwertes). Es versteht sich, dass grundsätzlich eine direkte Adaption des Reibwertes ohne Adaption des kme-Wertes möglich ist.
Die Schlupfsteuerung kann vorteilhafterweise einen ständigen Abgleich zwischen Motormoment und Kupplungsmoment vorsehen, aus dem eine Reibwertadaption abgeleitet werden kann. Wird über die Vorsteuerung der Kupplung genau das Motormoment eingestellt, welches um den dynamischen Momentenanteil (Beschleunigung der Brennkraftmaschine) und die teilschlupfabhängige Reduktion des Moments korrigiert ist, ist der I-Anteil bei korrektem Reibwert nahe oder gleich Null. Überschreitet der I-Anteil einen vorgegebenen Schwellenwert, der abhängig vom Fahrzustand sein kann, ergibt sich aus diesem eine Änderung für den Reibwert, der aus der Größe dieser Änderung entsprechend adaptiert werden kann. In entsprechender Weise kann der kme-Wert korrigiert beziehungsweise adaptiert werden. Reibwert und kme-Wert können einzeln oder in Kombination als Vorfaktor für das in die Regelung eingehende Motormoment vorgesehen sein. Die Reibwertadaption kann direkt ohne oder in Verbindung mit der Adaption des kme-Werts durchgeführt werden. Vorteilhafterweise wird die Adaption des kme-Wertes eher zur kurzfristigen und die Adaption des Reibwerts zu längerfristigen Optimierung des Schlupfreglers herangezogen.
4.5 Zeitabhängige Vorsteuerung
Anhand der 16 wird erläutert, wie das in der adaptiven Vorsteuereinheit 34 ermittelte Moment Mvor zur Erhöhung der Regelgenauigkeit vor allem bei Fahrzustandsänderungen, beispielsweise einem Lastwechsel, ermittelt wird. Wie ausgeführt, wird das Vorsteuermoment aus dem Motormoment berechnet, das normalerweise über den CAN-Bus der Elektronik zur Verfügung gestellt wird. Das Motormoment kann auch einem Kennfeld entnommen werden, indem es abhängig vom Drosselklappenwinkel oder Pedalwert und der Motordrehzahl gespeichert ist. Letzteres hat den Vorteil, dass das zu erwartende Motormoment bekannt ist, bevor es tatsächlich an der Kupplung vorhanden ist. Entsprechend der Trägheit des Positionierantriebs und des Motors kann, gegebenenfalls über ein Zeitverzögerungsfilter, das Kupplungsmoment dann rechtzeitig vorgesteuert werden. In der Regel steht das Motormoment vom CAN-Bus her etwa 0,2 sec. später zur Verfügung als das vom Pedalwert und der Drehzahl geleitete Motormoment; ist dann allerdings genauer.
In 16 zeigt die unterste Kurve die Stellung des Fahrpedals oder eines Laststellgliedes des Motors abhängig von der Zeit. Die mittlere Kurve gibt die zeitliche Ableitung der Pedalwertstellung an. Die gestrichelten Linien der mittleren Darstellung geben an, wie bei großen Pedalwertgradienten nur das vom Pedalwert und der Drehzahl abgeleitete Motormoment berücksichtigt wird und bei kleinem Pedalwertgradienten nur das vom CAN-Bus abgeleitete Motormoment berücksichtigt wird.
Die oberen Kurven gegen die verschiedenen Möglichkeiten an, welches Motormoment bei der Berechnung des vorgesteuerten Kupplungsmoments berücksichtigt wird. Die Kurve 1 zeigt das nur aus Pedalwert und Drehzahl berechnete Motormoment. Die Kurve 2 zeigt die Kurve 1, mit Berücksichtigung einer Zeitverzögerung. Die Kurve 3 zeigt das vom CAN-Bus abgeleitete Motormoment und die Kurve 4 zeigt das gewichtete Motormoment, wie es für die tatsächliche Vorsteuerung berücksichtigt wird.
4.6 Vorsteuerausgang
Die Vorsteuerung wird mit Begrenzung des kme-Wertes realisiert. Hierzu kann das Produkt aus dem zuvor bestimmten kme-Wert und dem momentanen Motormoment das Vorsteuermoment liefern. Wie oben erwähnt werden dabei die ineffektiven Momentanteile, beispielsweise das dynamische Motormoment zuvor eliminiert.
5. Sollschlupfbestimmung
Ziel der Sollschlupfbestimmung ist, Getrieberasseln und Fahrzeugbrummen in jedem Fall zu vermeiden. Der Sollschlupf kann einerseits in der Einheit 40 entsprechend Betriebsparametern des Antriebstrangs bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, beispielsweise einen Sensor zur Erfassung von Störgeräuschen wie beispielsweise Getrieberasseln, Fahrzeugbrummen oder dergleichen an die Sollschlupfberechnungseinheit 40 anzuschließen und den Sollschlupf Δns zu erhöhen, solange die festgestellten Störgeräusche über einem vorbestimmten Wert liegen und den Sollschlupf Δns zu vermindern, solange die Störgeräusche unter einem vorbestimmten Wert liegen. Zur Erfassung der Störgeräusche kann es sich um einen akustischen Sensor oder um die Erfassung von Drehzahlschwankungen zumindest eines Antriebsrades beispielsweise mittels eines Raddrehzahlsensors des Antiblockiersystems handeln. Auf diese Weise kann die Sollschlupfdrehzahl auf ein Minimum vermindert werden, wodurch der schlupfbedingte Mehrverbrauch und Verschleiß abgesenkt werden können.
5.1 Schlupfkennfeld
Der Sollschlupf wird aus zwei Kennfeldern berechnet. Das erste Kennfeld beschreibt die Sollschlupfvorgabe bei voller Last (S1 in 4) und enthält den Umschaltpunkt zum Umschalten des Schlupfregelschalters 20 auf konventionelle Regelung bei hohen Drehzahlen. Mittels des zweien Kennfeldes wird im Teillastbereich der Sollschlupf abgesenkt (S2).
5.2 Fahrzustandsabhängige Sollschlupfkorrektur
Zusätzlich wird in speziellen Fahrsituationen der Sollschlupf unabhängig vom Kennfeld festgelegt.
5.2.1 Sollschlupfvorgabe beim Kriechen (S3)
Beim Kriechen wird ein gesonderter, verhältnismäßig hoher Sollschlupf vorgegeben.
5.2.2 Sollschlupf beim Schnüffeln (S4)
Während eines Schnüffelvorgangs (Nachstellung einer hydraulischen Strecke) wird der Sollschlupf auf Null gestellt, damit die Stellung der voll geschlossenen Kupplung eingestellt werden kann.
5.3 Sollschlupfinkrementierung
Eine relativ langsame Sollschlupfinkrementierung (S8) verhindert Sprünge in der Regelabweichung oder Änderungen der Last, was zusätzlich den Regler stabilisiert. Nach Störungen (S6 bis S8) wird der Sollschlupf mittels der Inkrementierung wieder reduziert.
5.4 Sollschlupfanhebung
Bei Störungen, wie Gangwechsel, Tip-In, Nulldurchgang usw. wird der Sollschlupf spezifisch hochgesetzt. Dadurch werden Haftphasen vermieden und die Regelabweichung bei negativer Regelabweichung wird erhöht. Mittels der Sollschlupfdekrementierung (S5) wird der Schlupf schnell wieder auf das ursprüngliche Sollmaß reduziert.
Bei einem Gangwechsel erfolgt eine Sollschlupferhöhung (S6).
Im Nulldurchgang wird der Sollschlupf erhöht (S7).
Bei Tip-In wird der Sollschlupf ebenfalls erhöht.
5.5 Sollschlupfausgang
Die Sollschlupfvorgabe wird an den Regler 38 ausgegeben.
6. Allgemeine Strategie zur Optimierung der Schlupfregelung
15 verdeutlicht, wie bereits erläutert, ein Problem der Schlupfregelung. Bei Änderungen des Kupplungsmoments kommt es zu einer Fehlsteuerung des Kupplungsmoments, wenn der i-Anteil ungleich Null ist. Diesem Aspekt wird durch drei Maßnahmen entgegengewirkt:

– Die relativ langsame kme-Adaption in der Vorsteuereinheit 34 sorgt dafür, dass der i-Anteil des Reglers in Mittel Null wird. Dadurch wird eine bestmögliche Vorsteuerung erreicht. Unter anderem führt ungenaue Information im CAN-Bus dazu, dass die Summe des i-Anteils nicht in allen Betriebszuständen nahezu Null ist.
– Die noch langsamere Reibwertadaption sorgt dafür, dass ein Soll-kme-Wert gehalten wird, bei dem Schaltungen und Anfahrten gerade optimal abgestimmt sind. Diese Reibwertadaption kann die konventionelle Reibwertadaption sinnvoll ergänzen.
– Die im Regler integrierte, momentenabhängige Korrektur sorgt für eine sofortige Berücksichtigung des vorbeschriebenen Effekts. Dazu ist wichtig, dass das Motormomentsignal genau ist.

7. Fahrzustandsabhängige Strategien und Reglerabstimmung
Der Schlupfbetrieb stellt an den Regler folgende wichtige Anforderungen:

– Schnelle, präzise und stabile. Einstellung des Sollschlupfes

Vorteilhaft ist, durch eine „harte” Abstimmung des Reglers Ungenauigkeiten in der Vorsteuerung schnell auszugleichen. Dabei sorgt der i-Anteil des PIDT1-Reglers 38 (R14) für schnelle Korrektur schon bei kleinen Regelabweichungen. Aufgrund der Trägheit der Vorsteuerung und des Reglers muss bei Lastwechseln der i-Anteil abgesenkt werden, um eine Übersteuerung zu vermeiden. Gleichzeitig wird der Regler durch eine schlupfabhängige Parametrisierung der Regleranteile (R4, R10) stabilisiert. Zusätzlich besteht die Option, den Regler mittels der Regler-Korrektur bei Instabilitäten (R12, R13) an der Grenze der Reglerstabilität arbeiten zu lassen.
7.2 Vermeidung von Haftphasen bei Lastwechseln
Das Zusammenwirken verschiedener Maßnahmen der Steuerung und Regelung verhindert Haftphasen nach Änderungen des Lastzustandes bzw. Motormoments. Dies wird erreicht durch

– Kennlinienabhängige Erhöhung der Reglerparameter bei negativer Schlupfabweichung (R4)
– Weiterer Erhöhung des i-Anteils nach einer Zeitgrenze (R17)
– Absenkung des i-Anteils bei positiver Schlupfabweichung (R4)
– Weitere Reduzierung des i-Anteils bei Tip-In (R5)
– Ausschalten des i-Anteils bei schneller Sollschlupfabnahme (R6)
– Kurze Sollschlupferhöhung bei Störungen wie Gangwechsel (S6), Nulldurchgang (S7), Tip-In (S8)
– Sollschlupfabhängige Reduktion des kme-Wertes (V4) und
– zusätzliche Reduzierung des Kupplungsmoments bei Tip-In (V3).

Durch diese Maßnahmen wird die Sollschlupfdrehzahl möglichst von „außen” (positive Regelabweichung) erreicht. Dazu ist es notwendig, die Kupplung bei Störungen leicht zu öffnen. Im Zusammenwirken mit der Sollschlupfsteuerung sorgt Regler für ein schnelles und präzises Schließen der Kupplung. Diese Strategie hat bei kleinen Sollschlupfvorgaben aufgrund der nur kleinen möglichen negativen Regelabweichungen folgende Vorteile:

– Verhinderung von Haftphasen durch Nutzung des bei Lastwechseln auftretenden positiven Regelabweichungen,
– Größere Stabilität des Reglers aufgrund geringerer Regelhärte bei negativer Sollschlupfabweichung,
– Keine Übersteuerung (Öffnung der Kupplung nach Haftphasen), und
– Schnelles Erreichen der Sollschlupfdrehzahl.

7.3 Lastwechselabstimmung
Die Schlupfregelung bietet die Option, Lastwechsel fast beliebig abzustimmen. Dazu werden hauptsächlich die Funktionen R4 und R5 (3) verwendet:

– Mittels der F- und D-Anteile des Reglers in der zweiten Stufe bei positiver Schlupfabweichung werden die Lastwechsel abgestimmt (R4).
– Bei Tip-In besteht die Option einer separaten Abstimmung, wiederum über den F- und D-Anteil des Reglers (R5).

7.4 Verbesserung der Übergänge (Umschaltungen)
Das Umschalten zwischen der konventionellen und der Schlupf-Strategie muss ohne Momentensprung erfolgen. Die Übergänge werden über die Funktionen R1, R2, V1 und V2, eine fahrzustandsabhängige Reglerinitialisierung und einen Eingriff in die Creeping-Funktion bewerkstelligt (siehe auch Kapitel 1). Die generelle Aktivierung der Schlupfregelung erfolgt durch Setzen eines Zustandsflags.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung einer zwischen einem Motor (2) und einem Getriebe (8) eines Kraftfahrzeugs angeordneten, automatisierten Reibungskupplung (6), enthaltend einen die Reibungskupplung (6) entsprechend einem Positionssignal (s) auf eine durch das Positionssignal (s) definierte Position einstellenden Aktor (14), eine Kupplungsmomentberechnungseinrichtung (18), die aus einem Motormoment und weiteren Betriebszustandsgrößen des den Motor (2), die Reibungskupplung (6) und das Getriebe (8) enthaltenden Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs einen vom Motormoment abhängigen Anteil (Mvor) eines Sollkupplungsmoments (M) und einen von einem Schlupf der Reibungskupplung (6) abhängigen Anteil (Msr) des Sollkupplungsmoments (M) berechnet, eine Positionssignalberechnungseinrichtung (26), die aus den beiden Anteilen (Mvor, Msr) des Sollkupplungsmoments (M) und einer gespeicherten Zuordnung zwischen dem Sollkupplungsmoment (M) und dem Positionssignal (s) das jeweils dem Aktor (14) zugeführte Positionssignal (s) bestimmt, einen Schlupfregelschalter (20), der in einer Schlupfregelstellung die direkten Verbindungen zwischen der Kupplungsmomentberechnungseinrichtung (18) und der Positionssignalberechnungseinrichtung (26) auftrennt und einen den Motormoment abhängigen Anteil (Mvor) des Sollkupplungsmoments (M) enthaltenden Signalweg über eine adaptive Vorsteuereinheit (34) mit dem entsprechenden Eingang der Positionssignalberechnungseinheit (26) verbindet und den den schlupfabhängigen Anteil (Msr) des Sollkupplungsmoments (M) enthaltenden Signalweg über einen Regler (38) mit dem entsprechenden Eingang der Positionssignalberechnungseinheit (26) verbindet, wobei an weiteren Eingängen des Reglers ein dem Istschlupf (Δni) entsprechendes Signal und ein in einer Sollschlupfberechnungseinrichtung (40) berechnetes, einem Sollschlupf (Δns) entsprechendes Signal liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schlupfregelschalter (20) abhängig von vorbestimmten Betriebszustandsgrößen auf Regelbetrieb schaltet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Funktionen der Schlupfregelung entsprechend dem Verlauf eines Gaußschen Fehlerintegrals festgelegt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Reglerparameterkennlinie aus zwei, bei einer Schlupfabweichung von Null stetig aneinander anschließenden, jeweils entsprechend einem Gaußschen Fehlerintegral verlaufenden Kennlinienzweigen zusammengesetzt ist und im Bereich negativer Schlupfabweichung höhere Werte als im Bereich positiver Schlupfabweichung hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Grenzwerte der Reglerparameterkennlinie nach Aktivieren des geregelten Betriebs fahrzustandsabhängig angehoben oder abgesenkt werden und der Reglerparameter erneut berechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruche 4 oder 5, wobei im Vollschlupfbereich, bei dem Drehungleichförmigkeiten des Motors (2) nicht zu einem abwech- selnden Haft- und Gleitzustand führen, andere Regelparameter verwendet werden als im Teilschlupfbereich, bei dem in Abhängigkeit von den Drehungleichförmigkeiten des Motors (2) die in Abhängigkeit von der Zündfrequenz oder von den Frequenzen der Verbrennungsrückstöße in den einzelnen Zylindern auf die Kurbelwelle entstehen, an der Reibungskupplung (6) zeitlich abhängige Haft- und Gleitzustände entstehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Motormoment abhängige Anteil (Mvor) des Sollkupplungsmoments (M) in der adaptiven Vorsteuereinheit (34) abhängig von Betriebszustandsgrößen des Antriebsstrangs und/oder vom Sollschlupf (Δns) verändert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sollschlupf (Δns) in der Sollschlupfberechnungseinrichtung (40) abhängig vom Motormoment und der Motordrehzahl gespeichert ist und bei abnehmendem Motormoment abgesenkt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Sollschlupfberechnungseinrichtung (40) mit einem Sensor verbunden ist, der eine schlupfabhängige Störgröße erfasst, und den Sollschlupf (Δns) derart bestimmt, dass die Störgröße unter einem Schwellwert bleibt.