DE112013001098B4

DE112013001098B4 - Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung

Info

Publication number: DE112013001098B4
Application number: DE112013001098.4T
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Reibold; Carsten Angrick
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: CN104094008A; CN104094008B; WO2013124121A1; DE102013201261A1; DE112013001098A5

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung mittels einer Steuereinrichtung, welche mittels eines Kupplungsaktors (4) abhängig von einem vorgegebenen Sollmoment (M(soll)) ein mittels einer von einer Konvertierungsfunktion (2) dem Sollmoment (M(soll)) zugeordneten Stellgröße (s(soll)) eingestelltes, über die Reibungskupplung übertragenes Istmoment (M(ist)) steuert, wobei eine abhängig von einer Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors (4) bedingte dynamische Hysterese des Istmoments (M(ist)) zwischen einem Öffnungs- und einem Schließvorgang der Reibungskupplung mittels eines zwischen einer Eingabe des Sollmoments (M(soll)) und einer Ausgabe der Stellgröße (s(soll,t)) geschalteten Filters (5, 5a) mit einer vorgegebenen Zeitkonstante kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante abhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit und zumindest einer für deren Bestimmung weiteren relevanten Größe des Kupplungsaktors (4) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung mittels einer Steuereinrichtung, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Automatisierte Reibungskupplungen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen sind hinreichend bekannt. Hierbei wird die automatisierte Reibungskupplung von einem Kupplungsaktor betätigt, der von einer Steuereinrichtung anhand einer von der Steuereinrichtung abhängig von Steuergrößen wie beispielsweise einem von dem Fahrer vorgegebenen Fahrerwunschmoment und dergleichen ausgegebenen Sollmoment gesteuert wird. Hierbei wird das über die Kupplung zu übertragende Sollmoment mittels einer Konvertierungsfunktion, in die die geometrischen und physikalischen Eigenschaften der Reibungskupplung und des Kupplungsaktors eingehen, in eine Stellgröße konvertiert, die je nach Ausbildung des Kupplungsaktors mit elektrischem, hydraulischem oder pneumatischem Antrieb entsprechend als elektrische, hydraulische oder pneumatische Stellgröße ausgebildet ist und einem Betätigungsweg des Kupplungsaktors zur Einstellung eines entsprechenden Kupplungswegs entspricht. Wird beispielsweise ein Hebelaktor mit einem Elektromotor eingesetzt, wird ein dem Betätigungsweg entsprechendes elektrisches Signal an den Elektromotor beziehungsweise an dessen Endstufen ausgegeben. Aufgrund der technischen Eigenschaften des Kupplungsaktors und der Reibungskupplung wie beispielsweise Reibung, Elastizitäten und dergleichen wird abhängig von der Betätigungsrichtung des Kupplungsaktors in Schließ- oder Öffnungswirkung eine sogenannte statische Hysterese übertragen, so dass bei vorgegebener Stellgröße abhängig von der Betätigungsrichtung unterschiedliche Istmomente eines über die Reibungskupplung übertragbaren Moments eingestellt werden. Aus der DE 10 2011 011 152 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung bekannt, bei dem die statische Hysterese kompensiert wird. Hierbei wird die Stellgröße zum Betrieb eines bezüglich der statischen Hysterese kompensierten Betriebes des Kupplungsaktors mit einer Korrekturgröße korrigiert. Die Korrekturgröße berücksichtigt dabei nicht eine dynamische Hysterese, die abhängig von der Aktorgeschwindigkeit oder Betätigungsgeschwindigkeit, mit welcher mittels des Kupplungsaktors die Einstellung der Stellgröße vorgenommen wird, ist. Da in der Steuereinrichtung unterschiedlich schnelle Schaltungen der Reibungskupplung beispielsweise abhängig von einer sportlichen oder komfortablen Betriebsweise vorgesehen sind, ist eine statische Kompensation der Hysterese gegebenenfalls nicht ausreichend, um die Reibungskupplung genau zu steuern.
In der DE 103 02 992 A1 wird unter anderem offenbart das bei einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe (CVT) während der Umschaltung der Übersetzungsbereiche die Kegelscheibenpaare überangepresst werden. Der Aufbau als auch der Abbau der Überanpressung kann durch unterschiedlichste Funktionen realisiert werden wie beispielsweise durch einen Sprung, eine Rampe, oder eine PT1-Funktion.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung vorzuschlagen, das die auftretende dynamische Hysterese unabhängig von der Schaltgeschwindigkeit der Reibungskupplung kompensiert.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die auf diesen bezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
In dem Verfahren zur Steuerung einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung mittels einer Steuereinrichtung, welche mittels eines Kupplungsaktors abhängig von einem vorgegebenen Sollmoment ein mittels einer von einer Konvertierungsfunktion dem Sollmoment zugeordneten Stellgröße eingestelltes, über die Reibungskupplung übertragenes Istmoment steuert, ist vorgesehen, eine abhängig von einer Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors bedingte dynamische Hysterese des Istmoments zwischen einem Öffnungs- und einem Schließvorgang der Reibungskupplung mittels eines zwischen einer Eingabe des Sollmoments und einer Ausgabe der Stellgröße geschalteten Filters mit einer vorgebbaren Zeitkonstante zu kompensieren.
Bei Auftreten einer dynamischen Hysterese ist die Einstellung eines Istmoments infolge in dem Kupplungsaktor und/oder in der Reibungskupplung ablaufender Prozesse wie Reibung, elastischer Vorspannung und dergleichen zeitlich verzögert. Um Regelschwingungen und dergleichen durch ein durch Erfassung und Rückführung des Istmoments über- oder unterkompensiertes Sollmoment zu vermeiden, wird in der Steuereinrichtung ein Filter vorgesehen, welches eine verzögerte Ausgabe der Stellgröße bewirkt, so dass die dynamische Hysterese verringert wird. Eine Verzögerung ergibt sich durch die Zeitkonstante. Diese kann situationsbedingt angepasst werden, um eine größere / kleineren Zeitversatz zu erhalten um damit gegebenenfalls die Hysterese genauer abbilden zu können. Grundsätzlich ist dabei die dynamisehe Hystere mit einer gleichbleibenden Zeitkonstante arbeiten, wodurch bei maximaler Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors die bekannte dynamische Hysterese nachgebildet wird. Sofern Erfahrungswerte vorhanden sind, kann nun aber die Zeitkonstante auch adaptiert werden, zum Beispiel aufgrund von Alterungserscheinungen oder Temperatureinflüsse, oder auch in Abhängigkeit der Position, weil zum Beispiel in einem Bereich der Kupplung die dynamischen Hysterese weniger ausgeprägt ist.
Hierbei kann die Zeitkonstante abhängig vom Sollmoment und/oder der Stellgröße, beispielsweise dem Betätigungsweg sowie von der Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors vorgegeben werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Filter als PT1-Filter ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist eine Adaption der Zeitkonstante und Hysteresegrenze von allen Einflussgrößen auf die Reibungskupplung und der Ermittlung der dynamischen Hysterese, beispielsweise von der Position und Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors abhängig. Die Steuereinrichtung konvertiert das an die Reibungskupplung anzulegende Sollmoment mittels der Konvertierungsfunktion in die Stellgröße, die an einem entsprechenden Antrieb des Kupplungsaktors den Sollbetätigungsweg vorgibt und das Istmoment einstellt. Die Konvertierungsfunktion stellt neben dem Greifpunkt, an dem die Reibungskupplung beginnt Moment zu übertragen, eine Zuordnung eines Reibwerts zu einem Betätigungsweg und damit ein bei vorgegebenem Betätigungsweg übertragbares Moment beispielsweise anhand einer Kupplungskennlinie oder eines Kupplungsmodells, eine Adaptierung des Reibwerts an die Lebensdauer, die Temperatur und dergleichen sowie die Kompensation der statischen Hysterese zur Verfügung. Die Kompensation der dynamischen Hysterese kann vor oder nach der Konvertierungsfunktion erfolgen. Dies bedeutet, dass der Filter zu deren Kompensation der Eingabe des Sollmoments nachgeschaltet und vor die Konvertierungsfunktion geschaltet ist. Auf diese Weise wird das Sollmoment zeitlich verzögert. Alternativ kann das Filter der Konvertierungsfunktion nachgeschaltet und der Ausgabe der Stellgröße vorgeschaltet sein, so dass diese direkt verzögert wird. Je nach Zeitverhalten der Konvertierungsfunktion kann die eine oder die andere Anordnung des Filters vorgesehen sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Filter in zwei Filterteile mit gleichen oder unterschiedlichen Zeitkonstanten vor und nach der Konvertierungsfunktion aufgeteilt werden. Weiterhin kann eine durch das Filter bewirkte, zeitlich verzögerte Ausgabe der Stellgröße einer in der Konvertierungsfunktion vorgenommenen Kompensation einer stationären Hysterese zugeschlagen werden.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Wirkung des Filters begrenzt wird, indem beispielsweise eine Differenz eines Eingangssignals und eines Ausgangssignals des Filters begrenzt wird. Die Begrenzung kann abhängig von der Stellgröße und deren abgeleiteten Parametern wie Betätigungsweg, Istmoment, Sollmoment und /oder Aktorgeschwindigkeit erfolgen.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer Steuerroutine zur Steuerung einer Reibungskupplung ohne Kompensation der dynamischen Hysterese,
2 ein Blockschaltbild einer Steuerroutine zur Steuerung einer Reibungskupplung mit Kompensation der dynamischen Hysterese,
3 ein Blockschaltbild einer Steuerroutine zur Steuerung einer Reibungskupplung mit Kompensation der dynamischen Hysterese mit gegenüber der Steuereinrichtung der 2 veränderter Anordnung des Filters,
4 ein Diagramm zur Darstellung der dynamischen Hysterese und
5 ein Diagramm zur Darstellung der statischen und dynamischen Hysterese.

1 zeigt ausschnittsweise die Steuerroutine 10 zur Steuerung einer Reibungskupplung nach dem Stand der Technik. Von der Schnittstelle 13 wird aus Fahrzeugdaten, beispielsweise einem Fahrerwunschmoment, einer Ablaufsteuerung der Steuereinrichtung der Reibungskupplung, von einer Getriebesteuerung und dergleichen das Sollmoment M(soll), das über die Reibungskupplung übertragen werden soll, angefordert. In der Konvertierungsfunktion 12 wird aus dem Sollmoment M(soll) die Stellgröße s(soll) ermittelt. Diese Ermittlung kann anhand einer bevorzugt adaptierbaren Kupplungskennlinie, eines Kupplungsmodells und dergleichen erfolgen. Weiterhin können in der Konvertierungsfunktion abhängig von dem mittels Sensordaten erfassten oder aus anderen Parametern ermittelten Istmoment M(ist) des über die Reibungskupplung übertragenen Moments Korrekturgrößen, beispielsweise der statischen Hysterese ermittelt und der Stellgröße s(soll) aufgeprägt werden. Die Stellgröße s(soll) steuert den Kupplungsaktor 14 auf einen entsprechenden Betätigungsweg, an dem die Reibungskupplung das entsprechende Sollmoment M(soll) übertragen soll. Aufgrund der im Übertragungsweg vorhandenen Störungen wird das von dem Sollmoment M(soll) abweichende Istmoment M(ist) eingestellt, das in nicht dargestellten Regelungsfunktionen der Steuereinrichtung, beispielsweise mittels einer Schlupfsteuerung und dergleichen auf das Sollmoment M(soll) geregelt wird. Aufgrund der variablen Aktorgeschwindigkeit des Kupplungsaktors 14, mit der dieser die Stellgröße s(soll) einstellt, tritt neben der in der Konvertierungsfunktion 12 kompensierten statischen Hysterese eine nicht kompensierte dynamische Hysterese auf.
2 zeigt abweichend zu der in der 1 dargestellten Steuerroutine 10 die Steuerroutine 1, welche in der Lage ist, auch die dynamische Hysterese zu kompensieren. Hierzu ist zwischen der das Sollmoment M(soll) anfordernden Schnittstelle 3 und der Konvertierungsfunktion 2 das Filter 5 angeordnet. Das Filter 5 ist als PT1-Filter ausgebildet und verzögert das Sollmoment M(soll) zu einem der zeitlichen Verzögerung der dynamischen Hysterese des Istmoments M(ist) entsprechenden Sollmoment M(soll,t), welches der Konvertierungsfunktion 2 zugeführt und zu der Stellgröße s(soll,t) konvertiert wird. Zur Synchronisierung der durch die dynamische Hysterese bedingten Zeitversätze zwischen dem Istmoment M(ist) und dem Sollmoment M(soll) wird die Zeitkonstante des Filters 5 entsprechend angepasst. Die auf diese Weise korrigierte Stellgröße s(soll,t) wird an den Kupplungsaktor 4 ausgegeben.
3 zeigt eine Abwandlung der Steuerroutine 1 der 2 in Form der Steuerroutine 1a. Abweichend zu der Steuerroutine 1 ist diese mit dem Filter 5a versehen, welches zwischen der Konvertierungsfunktion 2 und dem Kupplungsaktor 4 angeordnet ist. Demzufolge wird das von der Schnittstelle 3 angeforderte Sollmoment M(soll) unverändert in der Konvertierungsfunktion 2 konvertiert und die Stellgröße s(soll) entsprechend der Steuerroutine 10 der 1 ausgegeben. Das anschließende Filter 5a verzögert die Stellgröße s(soll) zur Stellgröße s(soll,t), die an den Kupplungsaktor 4 ausgegeben wird. 4 zeigt ein Diagramm der dynamischen Hysterese des Istmoments M(ist) über den von der Stellgröße eingestellten Betätigungsweg s. Die Kennlinie 6 gibt dabei das ideale Verhalten des Istmoments M(ist) gegen den Betätigungsweg s ohne Hysterese wieder. Wird die Reibungskupplung geöffnet und geschlossen, liegen alle Moment/Weg-Paare auf dieser Kennlinie. Bei Vorliegen einer dynamischen Hysterese folgt das Istmoment M(ist) dem ausgegebenen Wert des Betätigungswegs s mit zeitlicher Verzögerung. Beim Schließen der Reibungskupplung werden dabei Moment/Weg-Paare in dem Hysteresebereich 7 und beim Öffnen der Reibungskupplung in dem Hysteresebereich 8 eingestellt. Die genaue Lage dieser Moment/Weg-Paare hängt von der Relation der Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors gegenüber der Zeitkonstante des Filters 5, 5a (2, 3) ab. Bei exakter Einstellung der Zeitkonstante entsteht eine quasistatische Bewegung des Kupplungsaktors, so dass nahe der Kennlinie 6 gearbeitet werden kann.
5 zeigt ein Diagramm des Istmoments M(ist) gegen den Betätigungsweg s mit der idealen Kennlinie 6, den um diese angeordneten Hysteresebereichen 17, 18 der statischen Hysterese und den sich an diese anschließenden Hysteresebereichen 7, 8 der dynamischen Hysterese. Beim Schließen der Reibungskupplung werden Moment/Weg-Paare in den Hysteresebereichen 7 und beim Öffnen der Reibungskupplung in den Hysteresebereichen 8 eingenommen. Die genaue Lage hängt von der Relation der Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors gegenüber der Zeitkonstante des dynamischen Hysteresemodells ab. Bei quasistatischer Bewegung stellen sich Moment/Weg-Paare nahe den Grenzlinien 19, 20 zu den Hysteresebereichen 17, 18 ein. Die statische Hysterese wird dabei durch eine entsprechende Korrekturgröße kompensiert, so dass in dem gezeigten Diagramm die Grenzlinien 19, 20 idealerweise zusammenfallen. Die Hysteresebereiche 7, 8 werden eliminiert, indem die Zeitkonstante des Filters 5, 5a (2, 3) optimiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Steuerroutine
1a: Steuerroutine
2: Konvertierungsfunktion
3: Schnittstelle
4: Kupplungsaktor
5: Filter
5a: Filter
6: Kennlinie
7: Hysteresebereich
8: Hysteresebereich
10: Steuerroutine
12: Konvertierungsfunktion
13: Schnittstelle
14: Kupplungsaktor
17: Hysteresebereich
18: Hysteresebereich
19: Grenzlinie
20: Grenzlinie
M(ist): Istmoment
M(soll): Sollmoment
M(soll,t): Sollmoment
s: Betätigungsweg
s(soll): Stellgröße
s(soll,t): Stellgröße

Claims

Verfahren zur Steuerung einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten Reibungskupplung mittels einer Steuereinrichtung, welche mittels eines Kupplungsaktors (4) abhängig von einem vorgegebenen Sollmoment (M(soll)) ein mittels einer von einer Konvertierungsfunktion (2) dem Sollmoment (M(soll)) zugeordneten Stellgröße (s(soll)) eingestelltes, über die Reibungskupplung übertragenes Istmoment (M(ist)) steuert, wobei eine abhängig von einer Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungsaktors (4) bedingte dynamische Hysterese des Istmoments (M(ist)) zwischen einem Öffnungs- und einem Schließvorgang der Reibungskupplung mittels eines zwischen einer Eingabe des Sollmoments (M(soll)) und einer Ausgabe der Stellgröße (s(soll,t)) geschalteten Filters (5, 5a) mit einer vorgegebenen Zeitkonstante kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante abhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit und zumindest einer für deren Bestimmung weiteren relevanten Größe des Kupplungsaktors (4) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (5, 5a) ein PT1-Filter ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante abhängig von der Stellgröße (s(soll,t)) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsfunktion (2) eine Kupplungskennlinie oder ein Kupplungsmodell ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (5) der Eingabe des Sollmoments (M(soll)) nachgeschaltet und vor die Konvertierungsfunktion (2) geschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (5a) der Konvertierungsfunktion (2) nachgeschaltet und der Ausgabe der Stellgröße (s(soll,t)) vorgeschaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch das Filter (5, 5a) bewirkte, zeitlich verzögerte Ausgabe der Stellgröße (s(soll,t)) einer in der Konvertierungsfunktion (2) ermittelten Korrekturgröße einer stationären Hysterese zugeschlagen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz einer Eingangs- und Ausgangsgröße des Filters (5, 5a) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz abhängig von der Stellgröße (s(soll,t) oder zumindest einer weiteren für diese relevanten Größe begrenzt wird.