DE112007000995T5 - Steuerverfahren zur dynamischen Begrenzung von Motordrehmoment zur Bereitstellung eines Kupplungsüberhitzungsschutzes - Google Patents

Steuerverfahren zur dynamischen Begrenzung von Motordrehmoment zur Bereitstellung eines Kupplungsüberhitzungsschutzes Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Achsschaltkupplung an einem Fahrzeug mit Allradantrieb, das Folgendes umfasst:
Ermitteln, ob eine Schaltkupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Eingangswert liegt; und
Ändern des abgegebenen Motordrehmoments, bis die Kupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Austrittswert liegt, wobei das Motordrehmoment nicht mehr geändert wird.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 3. Mai 2006 eingereichten US Provisional Application Nr. 60/797,159.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Größe des auf eine Schaltkupplung eines Fahrzeugs mit Allradantrieb übertragenen Motordrehmoments. Fahrzeuge mit Allradantrieb haben einen Motor, der mit einer Primärachse und einer Sekundärachse drehmomentschlüssig verbunden ist. Die Primärachse kann die Vorderachse oder die Hinterachse sein. Bei vielen Hochleistungsfahrzeugen ist die Primärachse in der Regel die Hinterachse. In der Regel ist auf einer Hauptantriebswelle zwischen dem Motor und der Primär- oder Hinterachse eine Schaltkupplung platziert. Eine Sekundärantriebswelle führt der Vorderachse Drehmoment von der Schaltkupplung zu. Eine Steuerung wird dazu verwendet, die Größe des von der Schaltkupplung an die Vorderachse angelegten Drehmoments zu steuern. Sensoren an Rädern an der Vorder- und Hinterachse senden Daten an die Steuerung, um verschiedene Fahrzeugbetriebsbedingungen zu definieren. Dann bestimmt die Steuerung die Größe des an die Hinter- und Vorderachse angelegten Drehmoments. Bei Normalbetrieb wird Drehmoment an die Sekundärachse minimiert, um die Kraftstoffersparnis zu verbessern. Bei schlechten Witterungsbedingungen wird Drehmoment an die Sekundärachse stark vergrößert, um Traktion zu verbessern. Die Gesamtgröße der von dem Motor an die Achsen gelieferten Drehmomente wird durch eine Drossel gesteuert, die von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird. Die Schaltkupplung ändert die Größe des von dem Motor an die Hinterräder gelieferten Drehmoments durch Ändern des Drucks zwischen den Schaltkupplungsplatten der Schaltkupplung. Deshalb besteht immer ein geringes Ausmaß an Schlupf in der Schaltkupplung; die Räder an der Primärachse drehen sich in der Regel zwischen 1% und 5% schneller als die Räder an der Sekundärachse. Wie zuvor erwähnt, besteht immer ein geringer Schlupf in der Schaltkupplung unabhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs. Dieser Schlupf in der Schaltkupplung verursacht die Zunahme von Wärme, die in erster Linie durch das in der Schaltkupplung verwendete Schmierfluid von den Platten der Schaltkupplung entfernt wird. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann übermäßiger Kupplungsschlupf oder übermäßige Wärmeentstehung zu übermäßigem Verschleiß oder dauerhafter Beschädigung der Schaltkupplung führen. Deshalb ist es wünschenswert, die Schaltkupplung vor bestimmten ungünstigen Betriebsbedingungen zu schützen.
  • Es ist wünschenswert, das durch die Schaltkupplung zugeführte Drehmoment zu verringern, um die Kupplung vor einem zu großen Schlupf oder einem Überhitzungszustand zu schützen. Das Ändern des Drucks der Mitnehmer- und der Druckplatte der Schaltkupplung ist keine zufriedenstellende Lösung, da bei konstantem Motordrehmoment eine Verringerung des Drucks zwischen den Kupplungsplatten in der Regel zu einer Zunahme des Kupplungsschlupfes und einer sich daraus ergebenden Zunahme einer unerwünschten Wärmeerzeugung führt. In bestimmten Situationen, zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs, ist es nicht wünschenswert, den Anteil oder die Gesamtgröße des Drehmoments, das der Sekundärachse zugeführt wird, zu reduzieren, um einen Untersteuerungs- oder Übersteuerungszustand zu verhindern, wie am besten in der eigenen gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung PCT/US 07/0763 vom 28. März 2007 erläutert. Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltkupplung bereitzustellen, das verhindern kann, dass die Schaltkupplung unter beanspruchenden Bedingungen betätigt wird, ohne den Prozentanteil des der Sekundärachse zugeführten Drehmoments zu ändern oder die Größe des der Sekundärachse zugeführten Drehmoments konstant zu halten.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Um die oben angeführten Wünsche zu erfüllen, ist die vorliegende Erfindung entwickelt worden. Die vorliegende Erfindung betrifft bei einer Ausführungsform ein Verfahren zur Steuerung der Achsschaltkupplung eines Fahrzeugs mit Allradantrieb. Es wird ermittelt, ob eine Schaltkupplungsbetriebseigenschaft tatsächlich auf einem bestimmten Eingangswert liegt. Kommt die Ermittlung zu dem Schluss, dass die Schaltkupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Eingangswert liegt, wird einer Motorsteuerung ein Signal gesendet, um das abgegebene Motordrehmoment zu ändern. Das abgegebene Motordrehmoment wird kontinuierlich geändert, bis die Schaltkupplungsbetriebseigenschaft auf einen vorbestimmten Austrittswert gebracht worden ist. Wenn der vorbestimmte Austrittswert der Kupplungsbetriebseigenschaft erreicht ist, wird die Änderung des Motordrehmoment anschließend beendet. Eine Zeitgrenze kann auch die Änderung des Motordrehmoments beenden. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung steuert die Schaltkupplung, um ihren Betrieb unter ungünstigen Bedingungen zu vermeiden, während gleichzeitig das abgegebene Motordrehmoment für eine kurze Dauer geändert wird, wobei die Änderung des abgegebenen Motordrehmoments von dem Fahrzeugbediener unerkannt bleibt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Allradantrieb, das die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist rein beispielhaft und soll die Erfindung, ihr Anwendungsgebiet oder ihre Verwendungen in keiner Weise beschränken.
  • Auf 1 Bezug nehmend, wird ein Fahrzeug 10 mit Allradantrieb (AWD – all wheel drive) mit einem Schaltkupplungsüberhitzungsschutz bereitgestellt. Das Fahrzeug 10 weist einen rechnergesteuerten Motor 12 auf, der drehmomentschlüssig mit einer Primärhinterachse 16 und einer gelenkten Sekundärvorderachse 14 verbunden ist. Es versteht sich jedoch, dass die Primärachse auch die Vorderachse 14 und die Sekundärachse auch die Hinterachse 16 sein kann. Aus Gründen der nachfolgenden Erläuterung ist die Hinterachse 16 die Primärachse und die Vorderachse 14 die Sekundärachse.
  • Räder 18 sind mit beiden Enden der Vorderachse 14 und der Hinterachse 16 verbunden. In der Regel ist eine Schaltkupplung 20 auf einer Antriebswelle 22 zwischen dem Motor 12 und der Hinterachse 16 platziert. Eine Welle 21 führt Drehmoment von einer Kupplungsdruckplatte der Schaltkupplung 20 der Vorderachse 14 zu. Dann wird eine Steuerung 24 verwendet, um die Größe des durch die Schaltkupplung 20 an die Vorderachse 14 angelegten Drehmoments zu steuern. Des Weiteren sind am Fahrzeug 10 Sensoren 26 angeordnet, um Fahrzeugbetriebsbedingungen zu ermitteln. Daten von den Sensoren 26 werden auf die Steuerung 24 übermittelt. Die Steuerung 24 bestimmt die Größe des an die Vorderachse 14 und an die Hinterachse 16 anzulegenden Motordrehmoments. Normalerweise wird die Gesamtgröße des vom Motor 12 auf die Achsen 14, 16 übertragenen Drehmoments durch eine Drossel 27 gesteuert, die von einem Fahrer des Fahrzeugs 10 betätigt wird. In Abhängigkeit von der Position der Drossel 27 und der Positionsänderungsrate der Drossel 27, auch als Drossel-27-Rate bekannt, wird die Größe des von dem Motor 12 auf die Achsen 14, 16 übertragenen Drehmoments geändert.
  • Verschiedene Straßen- und Fahrzustände können einen Überhitzungszustand der Schaltkupplung erzeugen. In einem Beispiel wird das Fahrzeug 10 an einem Halteschild angehalten. Das Straßenpflaster unter der Hinterachse 16 weist eine Fläche mit einem geringen Reibungskoeffizienten auf, der auf eine Eis- oder Schneefläche zurückzuführen ist. Die Vorderachse 14 liegt auf einer trockenen Fläche des Pflasters mit einem viel höheren Reibungskoeffizienten auf. Der Fahrer fordert nun eine harte Beschleunigung des Fahrzeugs 10 an. Die Druck- und die Mitnehmerplatte der Schaltkupplung bei normalem Fahrzeugbetrieb können sich mit ca. 0–9.000 U/min drehen. Aufgrund von Schlupf der Hinterräder auf dem Eis neigt die Antriebswelle dazu, sich unter einem geringen Widerstand zu drehen, was zu einer normalerweise hohen Drehzahlrate an der Mitnehmerplatte der Schaltkupplung 20 führt, wodurch sie im Vergleich zu einer Geschwindigkeitsrate des Fahrzeugs über eine normale Drehzahlrate hinaus beschleunigt. Die Steuerung 24 ermittelt die Kupplungsdrehzahl der Mitnehmerplatte gegenüber der Kupplungsdrehzahl der Druckplatte. Die Differenz der Drehzahlen der beiden Platten der Schaltkupplung 20 wird gemeinhin als Kupplungsschlupf bezeichnet. Es erfolgt eine Berechnung, um zu ermitteln, ob der tatsächliche Kupplungsschlupf akzeptable Betriebsgrenzen übertrifft. Um zu ermitteln, was ein akzeptabler oder zulässiger Kupplungsschlupf wäre, kann die Steuerung 24 in einer Nachschlagetabelle nachschlagen, die Kupplungsschlupf über Funktionen in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung bestimmt. Als Alternative dazu kann die Steuerung 24 zulässigen Kupplungsschlupf auf Grundlage einer Funktion in Abhängigkeit von den beiden oben angegebenen Variablen berechnen. Der zulässige Kupplungsschlupf wird dann mit dem tatsächlichen Kupplungsschlupf verglichen, um einen Schlupffehler zu bestimmen. Wenn der Kupplungsschlupffehler mehr als 1000 U/min (als Eingangswert) beträgt, dann sind die Eingangskriterien für Kupplungsschlupf erreicht worden. Wird ermittelt, dass der Kupplungsschlupffehler 1000 U/min übertrifft, wird ein Signal an die Motorsteuerung gegeben, um das abgegebene Motordrehmoment durch Verringeren des Motordrehmoments in der Regel in einem Bereich von 5% zu ändern. Für sehr kurze Zeitdauern kann sich die Drehmomentverringerung 20% annähern. Um die erforderliche genaue Größe zu ermitteln, wird in der Regel ein PID-Regler verwendet, der den Kupplungsfehlerschlupf mit einem ersten Verstärkungsfaktor multipliziert und dann das Integral des Kupplungsschlupffehlers mit einem zweiten Verstärkungsfaktor multipliziert und dann weiter das Derivat des Kupplungsschlupffehlers mit einem dritten Verstärkungsfaktor multipliziert, um die gewünschte Änderung des Motordrehmoments zu bestimmen. Das tatsächliche Verfahren zur Verringerung von Motordrehmoment wird durch die oben genannte Motorsteuerung durchgeführt. Die Motorsteuerung kann das abgegebene Motordrehmoment durch Zündverstellung oder Drosselsteuerung oder durch andere geeignete Verfahren ändern. Die Dauer der Motordrehmomentänderung beträgt in der Regel weniger als 5 Sekunden und wird von dem Fahrzeugbediener nicht bemerkt. Die Steuerung 24 bestimmt fortwährend, in Abständen von ungefähr 5 Millisekunden, den Kupplungsschlupffehler. Wenn der Kupplungsschlupffehler in der Regel unter 50 U/min (dem Kupplungsschlupffehler-Austrittswert) liegt, wird von der Steuerung 24 ein Signal an die Motorsteuerung gegeben, um die Änderung des Motordrehmoments zu beenden. Es ist nicht ungewöhnlich, wenn sich die Eingangs- und Austrittswerte unterscheiden, wobei der Austrittswert gewöhnlich niedriger ist.
  • Ein Kupplungsschlupffehler ist nur eine aus einer Gruppe von Schaltkupplungsbetriebseigenschaften, die beim Schutz der Schaltkupplung verwendet werden können. Eine andere Eigenschaft, die zum Schutz der Kupplung verwendet werden kann, ist die Schaltkupplungstemperatur. Für die Schaltkupplungstemperatur kann aus der Temperatur der Mitnehmer- und der Kupplungsdruckplatte selbst ein Eingangswert bestimmt werden, oder es kann eine Proxy-Variable für ihre Temperatur verwendet werden, bei der es sich in der Regel um die Temperatur des zum Kühlen der Kupplung verwendeten Schmierfluids handelt. Bei der Verwendung der Temperatureigenschaft ist ein typischer Eingangswert 130°C. Ein typischer Austrittswert ist 110°C.
  • Eine andere Kupplungsbetriebseigenschaft ist die mechanische Energie oder die Wärmeenergie die von den Kupplungsplatten durch den Schlupf erzeugt wird. Die erzeugte mechanische Energie ist im Wesentlichen gleich dem tatsächlichen Schlupf mal der Normalkraft, mit der die Schaltkupplungsplatten miteinander in Eingriff stehen, mal dem Reibungskoeffizienten mal dem Radius der Kupplung. Eine Nennleistung von 10 kilowatt ist oftmals ein Eingangswert und eine Nennleistung von 5 Kilowatt wird oftmals als Austrittswert verwendet. Wenn das Motordrehmoment aufgrund erzeugter mechanischer Energie oder der Temperatur verringert wird, wird in der Regel die Motoränderungdauer beendet, die in der Regel weniger als 5 Sekunden beträgt, jedoch selbst in diesen Fällen erfolgt die Änderung mit dem Bestreben derart, dass sie von einem Fahrzeugbediener nicht bemerkt wird. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung dann verwendet werden, wenn die Steuerung 24 alle drei erwähnten Methoden verwendet, die Ermittlung des übermäßigen Kupplungsschlupfes, der übermäßigen mechanischen Energie durch die Schaltkupplung oder der zu hohen Temperatur. Unabhängig davon, welche Eigenschaft den Eingangswert erreicht, bewirkt dieser Eigenschaftszustand eine Änderung des Motordrehmoments.
  • Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung gehen aus der im Folgenden gelieferten ausführlichen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die besonderen Beispiele zwar die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, jedoch nur der Veranschaulichung dienen und den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken sollen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Verfahren zur Steuerung der Achsschaltkupplung eines Fahrzeugs mit Allradantrieb wird bereitgestellt. Es wird ermittelt, ob die Schaltkupplungsbetriebseigenschaft tatsächlich auf einem bestimmten Eingangswert liegt. Kommt die Ermittlung zu dem Schluss, dass die Schaltkupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Eingangswert liegt, wird einer Motorsteuerung ein Signal gesendet, um das abgegebene Motordrehmoment zu ändern.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Achsschaltkupplung an einem Fahrzeug mit Allradantrieb, das Folgendes umfasst: Ermitteln, ob eine Schaltkupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Eingangswert liegt; und Ändern des abgegebenen Motordrehmoments, bis die Kupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Austrittswert liegt, wobei das Motordrehmoment nicht mehr geändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schaltkupplungsbetriebswert von mindestens einem Element der aus Kupplungsschlupf, Kupplungstemperatur und erzeugter mechanischer Kupplungsenergie bestehenden Gruppe genommen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schaltkupplungsbetriebswert die Kupplungtemperatur ist und die Kupplungstemperatur durch die Kupplungsschmiermitteltemperatur bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Motordrehmomentänderungsdauer beendet werden kann.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schaltkupplungsbetriebswert Kupplungsschlupf, Kupplungstemperatur und erzeugte mechanische Kupplungsenergie umfasst und ermittelt wird, ob irgendein Schaltkupplungsbetriebswert ein vorbestimmter Eingangswert ist, um das abgegebene Motordrehmoment zu ändern, bis der Schaltkupplungsbetriebswert ein vorbestimmter Austrittswert ist, oder wobei die Motordrehmomentänderungsdauer beendet wird, wobei das Motordrehmoment nicht mehr geändert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Änderung des Motordrehmoments kurzer Dauer ist, wobei sie von dem Fahrzeugbediener nicht bemerkt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der Eingangswert der Schaltkupplungsbetriebseigenschaft von dem Austrittswert unterscheidet.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Eintrittswert der Schaltkupplungsbetriebseigenschaft variabel ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Eintrittswert von der Querbeschleunigung des Fahrzeugs abhängt.
  10. Verfahren zur Steuerung einer Achsschaltkupplung eines Fahrzeugs mit Allradantrieb, das Folgendes umfasst: Ermitteln des Kupplungsschlupfes der Kupplung; Ermitteln, ob ein Kupplungsschlupf auf einem vorbestimmten Eingangszustandswert liegt; und Ändern des abgegebenen Motordrehmoments, bis der Kupplungsschlupf auf einem vorbestimmten Austrittswert liegt, wobei die Motorleistung nicht mehr geändert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Änderung des Motordrehmoments kurzer Dauer ist, wobei sie von einem Fahrzeugbediener nicht bemerkt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei sich der Eingangszustandswert des Kupplungsschlupfes von dem Austrittszustandswert des Kupplungsschlupfes unterscheidet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Eingangszustandswert des Kupplungsschlupfes größer ist als der Austrittszustandswert des Kupplungsschlupfes.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Motordrehmomentänderungsdauer beendet werden kann.
  15. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Eintrittszustandswert des Kupplungsschlupfes in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung des Fahrzeugs variabel ist.
  16. Fahrzeug mit Allradantrieb, das Folgendes umfasst: einen von einer Motorsteuerung gesteuerten Motor; eine von dem Motor angetriebene Primärachse; eine von dem Motor angetriebene Sekundärachse; eine Schaltkupplung zur gezielten Zuführung von Energie von dem Motor zur Sekundärachse; eine Steuerung für die Schaltkupplung, und wobei die Steuerung ermittelt, ob eine Schaltkupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Eingangswert liegt; und wobei die Schaltkupplungssteuerung der Motorsteuerung ein Signal zuführt, um das abgegebene Motordrehmoment zu ändern, wenn die Schaltkupplungssteuerung ermittelt, dass die Schaltkupplungsbetriebseigenschaft auf einem Eingangswert liegt, und die Schaltkupplungssteuerung der Motorsteuerung ein Signal zuführt, um die Änderung des abgegebenen Motordrehmoments zu beenden, wenn die Kupplungsbetriebseigenschaft auf einem vorbestimmten Austrittswert liegt oder wenn die Motordrehmomentänderungsdauer beendet ist.
  17. Kraftfahrzeug nach Anspruch 16, wobei die Schaltkupplungsbetriebseigenschaft Kupplungsschlupf ist.
  18. Fahrzeug nach Anspruch 16, wobei der Schaltkupplungsbetriebsnert Kupplungstemperatur ist.
  19. Fahrzeug nach Anspruch 16, wobei der Schaltkupplungsbetriebswert erzeugte mechanische Energie ist.
  20. Fahrzeug nach Anspruch 16, wobei die Schaltkupplungssteuerung Kupplungsschlupf, Kupplungtemperatur und erzeugte mechanische Kupplungsenergie erkennt und wobei die Schaltkupplungssteuerung auf Grundlage dessen, dass eine beliebige Schaltkupplungseigenschaft auf einem vorbestimmten Eingangswert für die Schaltkupplungseigenschaft liegt, der Motorsteuerung meldet, das Motordrehmoment zu ändern.
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