DE19652051A1

DE19652051A1 - Automatische Steuerung einer Kupplung

Info

Publication number: DE19652051A1
Application number: DE19652051A
Authority: DE
Inventors: Franz Kosik; Thomas Grass
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-04-30

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Steuerung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit Verbren nungsmotor und Wechselgetriebe, mit einer die Kupplung betä tigenden Steuerschaltung und zugeordnet er Sensorik zur para meterabhängigen Einstellung des von der Kupplung übertragenen Momentes (Kupplungsmoment).

Die heute in Kraftfahrzeugen üblichen Verbrennungsmotoren müssen mit einer mehr oder weniger großen Mindestdrehzahl laufen, wenn eine größere Leistung bzw. ein größeres Drehmo ment erzeugt werden sollen. Bei mechanischer Kraftübertragung zwischen Motor und Antriebsrädern muß deshalb in der Anfahr phase bei üblichen Getriebeübersetzungen ein mehr oder weni ger großer Schlupf der in der Regel zwischen Motor und Ge triebe angeordneten Kupplung ermöglicht werden, wenn bei noch stehendem oder mit sehr niedriger Geschwindigkeit kriechendem Fahrzeug ein größeres Drehmoment auf die Antriebsräder über tragen werden soll.

Im übrigen ist es beim Fahrbetrieb notwendig, die Überset zungsverhältnisse des Antriebsstranges mehr oder weniger oft zu wechseln, wenn sich die Fahrgeschwindigkeit oder der Lei stungsbedarf ändern. Bei üblichen Getrieben muß dazu der An triebsstrang durch Öffnen der Kupplung aufgetrennt werden.

Es ist grundsätzlich bekannt, die Kupplung sowohl in der An fahrphase als auch beim Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen des Getriebes automatisch zu steuern.

Dabei ist es wünschenswert, die Kupplung in Abhängigkeit vom Lastzustand bzw. des erzeugten Drehmomentes des Motors zu be tätigen. Dies ist allerdings bei modernen Verbrennungsmotoren insofern schwierig, als die Entwicklung der Motoren dahin geht, daß innerhalb eines weiten Drehzahlbereiches ein nahezu gleichbleibendes Motordrehmoment erzeugt werden soll. Eine fehlerhafte Berücksichtigung des Motormomentes kann deshalb zu einem unerwünschten Schließen der Kupplung bei sehr nied riger Motordrehzahl oder zu zerstörerischem Schlupf der Kupp lung führen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein für derartige Motoren vorteilhaftes Konzept für die Steuerung der Kupplung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Last zustand bzw. Moment und Drehzahl des Motors erfaßt werden und beim Anfahren des Kraftfahrzeuges ein Kupplungsmoment einge stellt wird, dessen Wert vom Lastzustand bzw. Moment des Mo tors sowie dessen Drehzahl abhängt, wobei - insbesondere bei Verstellung eines fahrerseitig betätigten Leistungssteueror gans in die Nähe seiner Endlage für hohe Motorleistung - vor gesehen ist, daß das Kupplungsmoment mit zunehmender Über schreitung einer vorzugegebenen Motordrehzahl, bei der die Kupplung einen Schließzustand erreicht haben soll, anwächst und/oder mit zunehmender Unterschreitung der vorgenannten Mo tordrehzahl absinkt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei der Steuerung der Kupplung nicht nur den mit dem Motormoment kor relierten Lastzustand des Motors zu berücksichtigen. Denn die hier auftretenden Änderungen können auch bei sehr unter schiedlichen Fahrsituationen äußerst gering sein. Vielmehr wird bei der Erfindung auch ein Parameter erfaßt, der mit der motorseitig erzeugbaren Leistung korreliert ist, welche bei Verbrennungsmotoren sehr deutlich von der Drehzahl abhängt. Im Ergebnis wird also bei der Erfindung sichergestellt, daß die durch Schlupf der Kupplung verursachten Verlustleistungen begrenzt bleiben und eine übermäßige Erhitzung der Kupplung vermieden wird.

Vorteilhaft ist, daß sich ein gut reproduzierbares Schließ verhalten der Kupplung ergibt.

In besonders bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, den drehzahlabhängigen Anteil des jeweils eingestellten Kupp lungsmomentes nach Art eines Integralanteiles einzustellen, d. h. dieser Anteil wächst bzw. sinkt analog zur Zeitdauer, innerhalb der die Motordrehzahl oberhalb oder unterhalb der vorgegebenen Drehzahl liegt, bei der die Kupplung einen Schließzustand erreichen soll.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung erläutert werden.

Dabei zeigt die einzige Figur eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit automatisch gesteuerter Kupplung.

Gemäß der Zeichnung besitzt ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor 1, der über eine auto matisch gesteuerte Kupplung 2, ein mittels Schalthebels 3 ma nuell geschaltetes Getriebe 4 und eine Antriebswelle 5, bei spielsweise eine Kardanwelle, mit Antriebsrädern 6 verbunden ist.

Zur Betätigung der Kupplung 2 dient ein motorisches Stellag gregat 7, welches mittels einer Steuerschaltung 8 betätigt wird, die dazu vielfältige Parameter auswertet und eingangs seitig mit einer entsprechenden Sensorik verbunden ist.

So steht die Steuerschaltung 8 eingangsseitig in Verbindung mit einer Motorsteuerung 9, die unter anderem die Drehzahl des Motors 1 sowie die Stellung eines Leistungssteuerorgans des Motors 1, beispielsweise der (nicht dargestellten) Dros selklappe und gegebenenfalls auch die Stellung eines fahrer seitig betätigten Steuerorgans, z. B. des Fahrpedals (nicht dargestellt), erfaßt. Des weiteren ist die Steuerschaltung 8 mit einem dem Getriebe 4 zugeordneten Geber 10 verbunden, dessen Signale die jeweils eingelegte Fahrstufe wiedergeben. Außerdem sind radseitige Sensoren 11 zur Erfassung der Dreh zahlen der Antriebsräder an die Eingangsseite der Steuer schaltung 8 angeschlossen.

Aus den Signalen der Motorsteuerung 9 kann die Steuerschal tung 8 die jeweilige Drehzahl ω des Motors 1 sowie das Motor moment M_M, die jeweilige Leistung des Motors 1 und gegebenen falls auch die vom Fahrer gewünschte Motorleistung bzw. Mo torbetriebsweise ermitteln.

Die Drehzahl ω des Motors 1 entspricht der Drehzahl der Ein gangsseite der Kupplung 2. Die Drehzahl der Ausgangsseite der Kupplung 2 läßt sich aus den Signalen der Sensoren 11 sowie des Gebers 10 ermitteln, da diese Drehzahl durch die Raddreh zahlen sowie die jeweils eingeschaltete Übersetzung des Ge triebes 4 bestimmt wird.

Auch das jeweils von der Kupplung 2 übertragene Moment M_K kann von der Steuerschaltung 8 "ermittelt" werden, da gilt:

M_K = M_M + J_mdω/dt.

Hierbei bezeichnen J_M das Trägheitsmoment des Motors 1 und dω/dt die zeitliche Drehzahländerung des Motors 1.

Erfindungsgemäß ist insbesondere bei Anfahrmanövern vorgese hen, ein Kupplungsmoment M_Ksoll einzustellen, welches einer seits vom jeweiligen Moment M_M des Motors 1 und anderseits von der Drehzahl ω des Motors 1 abhängt. Dies läßt sich mathema tisch wie folgt darstellen:

M_Ksoll = f(M_M) f(ω) ,

wobei f grundsätzlich beliebige Funktionen des Motormomentes M_M bzw. der Motordrehzahl ω sein können.

Beispielsweise kann für das gewünschte Moment der Kupplung gelten

M_Ksoll = M_M + K (ω_ist - ω_soll) ,

wobei ω_ist den Istwert der Motordrehzahl und ω_soll diejenige Motordrehzahl bezeichnet, bei dem die Kupplung 2 einen Schließzustand, d. h. einen im wesentlichen schlupffreien Zu stand, erreichen soll. K ist ein grundsätzlich beliebiger vorgebbarer (positiver) Faktor.

Im Ergebnis wird also erreicht, daß die Kupplung unterhalb einer vorgebbaren Motordrehzahl ω_soll, bei der ein schlupffrei er Zustand der Kupplung 2 vorliegen soll, zunehmend geöffnet und oberhalb dieser Drehzahl zunehmend geschlossen wird. Da mit wird sichergestellt, daß auch bei ungenauer Erfassung des jeweiligen Momentes M_M des Motors 1 ein schlupffreier Zustand der Kupplung 2 nahe der gewünschten Drehzahl ω_soll vorliegt bzw. die Kupplung 2 unterhalb dieser Drehzahl öffnet. Die vorangehend angegebene Ermittlung des jeweils gewünschten Kupplungsmomentes M_Ksoll ist mathematisch äquivalent mit

M_Ksoll = M_mkω_ist/ω_soll,

wobei k ein beliebiger (vorgebbarer) positiver Faktor ist.

Die angegebene Regelung des gewünschten Kupplungsmomentes M_Ksoll stellt also bezüglich der Differenz zwischen den Dreh zahlen ω_ist und ω_soll eine sogenannte Proportionalregelung dar. Da das jeweilige Moment M_M des Motors bei modernen Motoren in einem weiten Drehzahlbereich weitestgehend konstant bleibt, wird das jeweils gewünschte Kupplungsmoment M_Ksoll vom jeweili gen Motormoment M_M in der Regel allenfalls geringfügig beein flußt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Drehzahldifferenz ω_ist/ω_soll bei der Bestimmung des gewünsch ten Kupplungsmomentes M_Msoll auch als Integralanteil berück sichtigt werden, der sich zeitlich ändert. Beispielsweise kann gelten:

M_Ksoll = M_M + A ∫(ω_ist - ω_soll)dt.

Hier wird also das einzustellende Kupplungsmoment M_Ksoll mit der Zeit kleiner, wenn die Istdrehzahl ω_ist des Motors 1 unter der Drehzahl ω_soll bleibt, bei der die Kupplung 2 einen Schließzustand einnehmen soll. Andererseits steigt das einzu stellende Kupplungsmoment M_Ksoll mit zunehmender Zeit an, wenn die Drehzahl ω_ist oberhalb von ω_soll bleibt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine PJ-Regelung des Kupplungsmomentes M_Ksoll in Abhängig keit von der Drehzahldifferenz ω_ist/ω_soll vorgenommen, d. h. die oben beschriebenen Verfahren werden kombiniert, so daß gilt:

M_Ksoll = M_M + K (ω_ist - (ω_soll) + A ∫(ω_ist - ω_soll)dt.

Die beschriebene Steuerung des Kupplungsmomentes M_Ksoll ist vor allem bei Anfahrphasen des Fahrzeuges bzw. bei Betriebszu ständen vorteilhaft, bei denen die Drehzahl des Motors 1 un terhalb eines Drehzahlbereiches liegt, innerhalb dessen der Motor 1 ein hohes Drehmoment erzeugen kann.

Claims

1. Automatische Steuerung einer Kupplung im Antriebsstrang ei nes Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor und Wechselgetrie be, mit einer die Kupplung betätigenden Steuerschaltung und zugeordnet er Sensorik zur parameterabhängigen Einstellung des von der Kupplung übertragenen Momentes (Kupplungsmoment), dadurch gekennzeichnet,
daß Lastzustand bzw. Moment (M_M) des Motors (1) sowie dessen Drehzahl (ω) erfaßt werden und beim Anfahren des Kraftfahr zeuges ein Kupplungsmoment (M_Ksoll) eingestellt wird, dessen Wert vom Lastzustand bzw. Moment des Motors (1) sowie von dessen Drehzahl abhängt, und
daß - zumindest bei Verstellung eines fahrerseitig betätigten Leistungssteuerorgans in die Nähe seiner Endlage für hohe Mo torleistung - das einzustellende Kupplungsmoment (M_Ksoll) mit zunehmender Überschreitung einer vorzugebenden Motordrehzahl (ω_soll), bei der Kupplung (2) einen Schließzustand erreicht ha ben soll, anwächst und/oder mit zunehmender Unterschreitung der vorgenannten Motordrehzahl absinkt.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das einzustellende Kupplungsmoment (M_Ksoll) proportio nal zur Differenz zwischen der Ist-Drehzahl (ω_ist) des Motors (1) und der gewünschten Drehzahl (ω_soll) ändert, bei der die Kupplung (2) einen Schließzustand erreichen soll.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das einzustellende Kupplungsmoment (M_Ksoll) mit zunehmender Zeit ansteigt bzw. abfällt, innerhalb der die Ist-Drehzahl (ω_ist) des Motors (1) oberhalb bzw. unterhalb der vorzugebenden Drehzahl (ω_soll) bleibt, bei der die Kupplung (1) einen Schließzustand erreichen soll.