DE10323567A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Modulieren des von einer Fahrzeugkupplung übertragenen Moments - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Modulieren des von einer Fahrzeugkupplung übertragenen Moments

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Modulieren des von einer Fahrzeugkupplung übertragbaren Moments, insbesondere während des Einrückens der Kupplung beim Anfahren, wird das Moment in Abhängigkeit von einer nur aus der Drehzahl der Kupplungsscheibe abgeleiteten Größe moduliert.

Description

  • In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, werden zunehmend automatisierte Kupplungen eingesetzt. Der Einsatz solcher Kupplungen, der nicht nur in Verbindung mit automatisierten Schaltgetrieben sondern auch mit handbetätigten Schaltgetrieben erfolgt, hat nicht nur den Vorteil verbesserten Fahrkomforts sondern führt erfahrungsgemäß, insbesondere in Verbindung mit automatisierten Schaltgetrieben zu dem weiteren Vorteil, daß häufiger in Gängen mit langer Übersetzung gefahren wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die Umweltbelastung vermindert werden.
  • Fig. 1 zeigt den Aufbau eines an sich bekannten Fahrzeugantriebstrangs mit automatisierter Kupplung:
  • Ein Antriebsmotor 10 ist über die Kupplung 12 mit einem Schaltgetriebe 14 verbunden, das im dargestellten Beispiel über eine Kardanwelle 16 mit einem Differential 18 verbunden ist, das wiederum über Gelenkwellen 20 mit den Hinterrädern 22 verbunden ist. Es versteht sich, daß der Antriebsstrang auch ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit Frontantrieb oder mit Allradantrieb sein könnte.
  • Die Kupplung 12 wird von einer Betätigungseinrichtung bzw. einem Aktor 24 betätigt. Bei dem Schaltgetriebe 14 handelt es sich beispielsweise um ein automatisiertes Schaltgetriebe, das von einer Betätigungseinrichtung 26 betätigt wird.
  • Zur Bedienung des Getriebes ist eine Wähleinheit 28 vorgesehen, mit der verschiedene Fahrprogramme bzw. Gänge angewählt werden können. Zur Laststeuerung des Motors 10 dient ein Fahrpedal 30, das direkt oder über ein elektronisches Steuergerät 32 mit einem Leistungsstellorgan 34 des Antriebsmotors 10 verbunden ist.
  • Mit dem elektrischen Steuergerät 32 sind Sensoren, wie ein Sensor 36 zur Erfassung der Drehzahl einer Schwungscheibe des Motors 10, ein Sensor 38 zur Erfassung der Drehzahl einer nicht dargestellten Kupplungsscheibe bzw. der Eingangswelle des Getriebes 14, Drehzahlsensoren 40 zur Erfassung der Raddrehzahlen sowie weitere Sensoren verbunden, beispielsweise ein Kühlwassertemperatursensor, ein Sensor zur Erfassung der Stellung des Leistungsstellorgans, ein Sensor zur Erfassung der Stellung der Kupplung usw. verbunden. In dem elektronischen Steuergerät 32, das in an sich bekannter Weise einen Mikroprozessor mit zugehörigen Speichereinrichtungen enthält, sind Programme abgelegt, mit denen die Betätigungseinrichtung 26, der Aktor 24 und ein Aktor für das Leistungsstellorgan 34 gesteuert werden.
  • Aufbau und Funktion solcher Antriebsstränge sind an sich bekannt und werden daher nicht im Einzelnen erläutert.
  • Die Kupplung 12 wird derart gesteuert, daß jeweils ein von Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs abhängiges Moment übertragbar ist. Das von der Kupplung übertragbare Moment hängt von der Kraft bzw. dem Weg ab, mit dem der Aktor 24 die Kupplung betätigt. Insbesondere beim Einrücken der Kupplung treten in Folge des Übergangs zwischen Gleitreibung und Haftreibung und der Wechselwirkung mit dem schwingungsfähigen Antriebsstrang Ruckelschwingungen auf, die auch als Rupfen bezeichnet werden und nicht nur den Komfort nachteilig beeinflussen, sondern auch die Dauerhaltbarkeit ungünstig beeinflussen. Bekannt ist, ein solches Rupfen auszuregeln, indem das vorbestimmte, im Steuergerät abgelegte Kupplungselement, dass während des Anfahrvorgangs laufend erhöht wird, derart moduliert wird, das dem Entstehen von Rupfschwingungen entgegengewirkt wird. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß die Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Kupplungsscheibe und der Drehzahl der angetriebenen Räder beispielsweise durch unmittelbare Messung der Drehzahl der Kupplungsscheibe und unmittelbare Messung der Drehzahl der Räder und deren Umrechnung in die theoretische Drehzahl der Kupplungsscheibe mit Hilfe des jeweils eingelegten Gangs ermittelt wird und das Kupplungsmoment entsprechend der ermittelten Differenz durch entsprechende Ansteuerung des Aktors 24 moduliert wird.
  • Ein Problem dabei entsteht dadurch, daß das Raddrehzahlsignal, insbesondere während des Anfahrens, wenn die Raddrehzahl noch sehr klein ist, nur ungenau ermittelt werden kann, so daß den Rupfschwingungen nur begrenzt entgegengewirkt werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modulieren des von der Kupplung übertragbaren Moments anzugeben, mit dem bzw. der Rupfschwingungen genauer ausgeriegelt werden können.
  • Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kupplungsmoment in Abhängigkeit von einer nur aus der Drehzahl der Kupplungsscheibe bzw. der Getriebeeingangswelle abgeleiteten Größe moduliert wird. Die Signalqualität der Getriebeeingangszahl bzw. der Drehzahl der Kupplungsscheibe ist zumindest während des Anfahrens erheblich besser, weil die Getriebeeingangsdrehzahl wegen des kurzen Anfahrgangs erheblich größer ist als die Raddrehzahl. Durch Analyse der Schwankungen bzw. Schwingungen der Kupplungsscheibendrehzahl kann der Aktor 24 derart angesteuert werden, daß diesen Rupfschwingungen entgegengewirkt wird.
  • Vorteilhafterweise wird das Moment entsprechend folgender Formel moduliert,

    Mmod = M - k(ωK - ω K)

    wobei ωK die Drehzahl der Kupplungsscheibe ist und ω K eine durch Filterung von ωK ermittelt Größe ist.
  • Vorteilhafterweise wird ω K wie folgt ermittelt:


    wobei t die Zeit ist, T die Zeitdauer in der Rupfperiode der Kupplung ist und N eine ganze Zahl ist, beispielsweise 1, 2 oder 3.
  • Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird das Moment entsprechend folgender Formel moduliert:


    wobei t die Zeit ist, T die Zeitdauer der Rupfperiode der Kupplung ist, Ai die Amplitude einer auf den Zeitpunkt ti folgende Drehzahlschwankung ist, ti der Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Drehzahlschwankung ist und P eine Phasenvorsteuerung in Form eines Applikationsparameters ist, der die Phasenverschiebung zwischen der Istdrehzahl und der gemessenen Drehzahl der Kupplungsscheibe kompensiert.
  • Der die Vorrichtung betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die enthält: einen Aktor zum Betätigen der Kupplung derart, dass ein vorbestimmtes Moment übertragbar ist, einen Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl der Kupplungsscheibe, ein elektronisches Steuergerät mit einem Mikroprozessor und zugehörigen Speichereinrichtungen, in denen ein von Betriebsparametern des Fahrzeugs abhängiges, von der Kupplung übertragbares Moment gespeichert ist. Das Steuergerät steuert den Aktor derart, dass das von der Kupplung übertragbare Moment nach den vorgenannten Verfahren moduliert wird.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
  • In den Zeichnungen stellen dar:
  • Fig. 1 das bereits erläuterte Schema eines an sich bekannten Antriebsstrangs,
  • Fig. 2 Kurven, die verschiedene Drehzahlen über der Zeit angeben, zur Erläuterung eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • Fig. 3-5 reale Drehzahlen und gemessene Drehzahlsignale zur Erläuterung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Kupplung 12 (Fig. 1) kann über den Aktor 24 derart angesteuert werden, dass ein vorbestimmtes Kupplungsmoment M übertragen wird, das von Betriebsparametern des Antriebsstrangs, beispielsweise der Motordrehzahl, der Stellung des Fahrpedal, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem gewählten Fahrprogramm usw. abhängt.
  • Um insbesondere während des Anfahrens auftretende Rupfschwingungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das übertragbare Kupplungsmoment derart zu modulieren, dass den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird.
  • Dies geschieht vorteilhafterweise entsprechend folgender Formel:

    Mmod = M - k(ωK - ω K).
  • Dabei bedeutet M das im Steuergerät 32 abgelegte bzw. von Betriebsparametern des Antriebsstrangs abhängige und im Steuergerät 32 ermittelte von der Kupplung 12 übertragbare Moment. Mmod ist das modulierte übertragbare Kupplungsmoment, das von dem vorbestimmten, im Steuergerät 32 abgelegten Moment um die Größe k(ωK - ω K) abweicht, wobei k eine Proportionalitätskonstante ist und ω K eine gefilterte Getriebeeingangsdrehzahl bzw. Kupplungsscheibendrehzahl ist.
  • ω K wird vorteilhafterweise wie folgt ermittelt:
  • In einem ersten Schritt wird ωK über eine Zeitdauer T geglättet, die gleich der Dauer einer Rupfschwingung ist, d. h.:


  • In einem zweiten Schritt wird ω2 über die Zeitdauer T geglättet, also


  • In einem dritten Schritt wird ω2 entsprechend folgender Formel korrigiert, um die gefilterte Getriebeeingangsdrehzahl ω K zu erhalten:


  • N ist ein Parameter, der beispielsweise die Werte 1, 2 oder 3 annimmt.
  • In Fig. 2 sind tatsächliche und errechnete Drehzahlen dargestellt, wobei ω in rad/s angegeben ist und die Zeit t in s angegeben ist.
  • Die Kurve ωK zeigt die Drehzahl ωK der Kupplungsscheibe beim Anfahren. Deutlich sichtbar ist, wie die Drehzahl ωK insgesamt zunimmt, jedoch von einer Rupfschwingung mit einer Dauer von etwa 80 ms überlagert ist.
  • Die Kurve ω1 stellt die über eine Rupfenperiode geglättete Kurve ωK dar. Die Kurve ω2 stellt die zweimal über eine Rupfenperiode geglättete Kurve ωK bzw. die über eine Rupfperiode geglättete Kurve ω1 dar.
  • Die Kurve ω K stellt die nach den vorgenannten Kurven ermittelte gefilterte und korrigierende Getriebeeingangsdrehzahl dar.
  • Die Kurve ωRadiGang stellt die aus der Raddrehzahl ermittelte Drehzahl der Getriebeeingangswelle bzw. der Kupplungsscheibe dar. Wie ersichtlich, ist die Kurve ω2 gut geglättet, weicht jedoch wegen der Zeitverzögerung in Folge der Filterung von der Kurve ωRadiGang ab. Um dies zu korrigieren, wurde der vorgenannte Korrekturwert Cor eingeführt, mit dem erreicht wird, dass die Kurve ω K außerordentlich gut mit dem tatsächlichen Mittelwert von ωK übereinstimmt.
  • Die vorgenannte Filterung von ωK zu ω K ist einfach durchführbar. Durch Messung eines einzigen Signals ωK und der Periodendauer T, die aus der Messung von ωK gewonnen werden kann, kann somit eine Größe ermittelt werden, entsprechend der das übertragbare Kupplungselement M moduliert wird, wodurch die selbst erregten Rupfschwingungen deutlich vermindert oder sogar weitgehend unterdrückt werden können. Die Proportionalitätskonstante k wird für eine Optimierung des Ergebnisses angepasst.
  • Anhand der Fig. 3 bis 5 wird im folgenden ein weiteres Verfahren erläutert, bei dem das übertragbare Kupplungsmoment nur aufgrund von aus Messung der Drehzahl der Kupplungsscheibe bzw. der Getriebeeingangswelle abgeleiteten Signalen moduliert wird, um Rupfschwingungen auszuregeln.
  • Ähnlich wie in Fig. 2 bezeichnet ωK die von einer Rupfschwingung überlagerte Drehzahl der Kupplungsscheibe bzw. Getriebeeingangswelle beim Anfahren. Die Kurve ωRadiGang bezeichnet wiederum die Kurve, die sich aus Multiplikation der tatsächlichen Raddrehzahl mit der jeweiligen Getriebeübersetzung ergibt. Wegen der großen Fahrzeugmasse ist hier die Rupfschwingung weitgehend unterdrückt. Die Kurve ω5 zeigt das Messsignal, wenn ωK alle 5ms ausgelesen wird. Die Kurve ωB zeigt die bestmögliche erhaltbare Messkurve, die von der jeweiligen Zähnezahl eines Sensors und der Drehzahl abhängt.
  • Aus den Messsignalen kann die Zeitdauer T einer Rupfperiode errechnet werden, indem beispielsweise das Mittel aus den Zeitdauern zwischen zwei aufeinanderfolgender Maxima und Minima der Messkurve gebildet wird. Da das Raddrehzahlsignal für andere Zwecke (z. B. ABS System, Fahrzeuggeschwindigkeit) ohnehin ermittelt wird, können die Zeitpunkte der maximalen Abweichungen zwischen Messsignal und mit der Übersetzung multipliziertem Raddrehzahl bzw. die Zeitpunkte der Übereinstimmungen ermittelt werden und daraus die Periodendauer T bestimmt werden. Alternativ kann auch das gefilterte bzw. geglättete, aus der Kurve ω5 abgeleitete Signal ω 5 anstelle des Signals ωRadiGang verwendet werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Momentenmodulation kann, wenn T bekannt ist, als Sinushalbwelle mit Phasenvorsteuerung entsprechend folgender Formel bestimmt werden:


    wobei ti die Zeitpunkte sind, in denen das Messsignal ω5 das gefilterte bzw. gemittelte Messsignal ω 5 schneidet.
  • A ist die Amplitude der Schwingung, die wie folgt berechnet werden kann:
    • - als maximale Differenz zwischen dem ungefilterten Drehzahlsignal ω5 und dem gefilterten Drehzahlsignal ω 5 jeweils in einer zugehörigen Halbperiode;
    • - als Halbdifferenz der nacheinander folgenden Maxima und Minima sowie
    • - aus einem Flächenvergleich zwischen der gemessenen Halbwelle und der Sinushalbwelle, was weniger empfindlich bezüglich der Signalstörung ist.
  • Die Phasenvorsteuerung P ist ein Applikationsparameter und dient dafür, die Phasenverschiebung zwischen der Ist-Drehzahl ωK und der gemessenen Drehzahl ω 5 und entsprechend zwischen dem Sollkupplungsmoment und dem Istkupplungsmoment bzw. Sollkupplungsweg und Istkupplungsweg kompensieren.
  • k ist wiederum eine Proportionalitätskonstante.
  • Die Kurve MOD der Fig. 5 gibt die tatsächliche, aufgrund der vorgenannten Formel erfolgende Modulation des übertragbaren Kupplungsmoments M an.
  • Es versteht sich, dass die vorgenannten Verfahren, wie aus den Figuren ersichtlich, erst nach dem Einsetzen der Rupfschwingungen aktiv werden können, da die notwendigen Größen, wie gefiltertes, mittleres Drehzahlsignal, Dauer der Rupfschwingung und Amplitude der Rupfschwingung erst ermittelt werden müssen. Sobald diese Größen vorliegen, kann der Selbsterregung der Rupfschwingung wirksam entgegengewirkt werden.
  • Es versteht sich, dass die beschriebenen Verfahren und die Vorrichtung in vielfältiger Weise abgeändert werden können. Beispielsweise muss das Steuergerät 32 kein zentrales Steuergerät sein; seine Funktionen können vielmehr in unterschiedlicher Weise auf verschiedene, im Fahrzeug vorhandene Steuergeräte und Rechner verteilt werden. Der Sensor 36 muss nicht die Drehzahl der Kupplungsscheibe unmittelbar erfassen, sondern kann die Drehzahl der Getriebeeingangswelle erfassen, die mit der Kupplungsscheibe drehfest verbunden ist.

Claims (5)

1. Verfahren zum Modulieren des von einer Fahrzeugkupplung übertragbaren Moments, insbesondere während des Einrückens der Kupplung beim Anfahren, bei welchem Verfahren das Moment in Abhängigkeit von einer nur aus der Drehzahl der Kupplungsscheibe abgeleiteten Größe moduliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Moment entsprechend folgender Formel moduliert wird,
Mmod = M - k(ωK - ω K).
wobei ωK die Drehzahl der Kupplungsscheibe ist und
ω K eine durch Filterung von ωK ermittelte Größe ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ω K wie folgt ermittelt wird:




wobei t die Zeit ist,
T die Zeitdauer einer Rupfperiode der Kupplung ist und
N eine ganze Zahl ist, beispielsweise 1, 2 oder 3.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Moment entsprechend folgender Formel moduliert wird,


wobei t die Zeit ist, T die Zeitdauer einer Rupfperiode der Kupplung ist,
Ai die Amplitude einer auf den Zeitpunkt ti folgende Drehzahlschwankung ist, ti der Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Drehzahlschwankung ist
und
P eine Phasenvorsteuerung in Form eines Applikationsparameters ist, der die Phasenverschiebung zwischen der Istdrehzahl und der gemessenen Drehzahl der Kupplungsscheibe kompensiert.
5. Vorrichtung zum Modulieren des von einer Fahrzeugkupplung übertragbaren Moments, enthaltend einen Aktor zum Betätigen der Kupplung derart, dass ein vorbestimmtes Moment übertragbar ist, einen Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl der Kupplungsscheibe, ein elektronisches Steuergerät mit einem Mikroprozessor und zugehörigen Speichereinrichtungen, in denen ein von Betriebsparametern des Fahrzeugs abhängiges Sollmoment gespeichert wird, wobei das Steuergerät den Aktor derart steuert, dass das von der Kupplung übertragbare Moment nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 moduliert wird.
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