DE19928538A1 - Verfahren zur Approximation einer Kennlinie und zur Regelung einer automatisierten Kupplung - Google Patents

Verfahren zur Approximation einer Kennlinie und zur Regelung einer automatisierten Kupplung

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Approximation einer Kennlinie, welche einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße (I) und einer Regelgröße (p) einer Regelstrecke insbesondere einer automatisierten Fahrzeugkupplung beschreibt, durch einen ersten Kennlinienteilabschnitt (A) und einen zweiten Kennlinienteilabschnitt (B). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der zweite Kennlinienteilabschnitt (B) bestimmt wird durch: DOLLAR A (a) Einstellen der Stellgröße (I) auf einen ersten Eichwert (I¶1¶(G¶b¶)) an einem ersten Eichpunkt (I¶1¶(G¶b¶), p¶1¶(G¶b¶)), der zum ersten Kennlinienteilabschnitt (A) beabstandet ist, DOLLAR A (b) Messen des Wertes p¶1¶(G¶b¶) der Regelgröße (p) am ersten Eichpunkt (I¶1¶(G¶b¶), p1(G¶b¶)) DOLLAR A (c) Einstellen der Stellgröße (I) auf einen zweiten Eichwert (I¶0¶(G¶b¶)) an einem zweiten Eichpunkt (I¶0¶(G¶b¶), p¶0¶(G¶b¶)), der zum ersten Kennlinienteilabschnitt (A) und zum ersten Eichpunkt (I¶1¶(G¶b¶), p1(G¶b¶)) beabstandet ist, DOLLAR A (d) Messen des Wertes (p¶0¶(G¶b¶)) der Regelgröße (p) beim zweiten Eichpunkt (I¶0¶(G¶b¶), p¶0¶(G¶b¶)), DOLLAR A (e) Bestimmen einer Verbindungsgeraden (G¶b¶), die den ersten und den zweiten Eichpunkt miteinander verbindet, DOLLAR A (f) Bestimmen eines Schnittpunktes (P¶X¶), an dem die Verbindungsgerade (G¶b¶) den ersten Kennlinienteilabschnitt (A) kreuzt, DOLLAR A (g) Bestimmen des zweiten Kennlinienteilabschnittes (B) als denjenigen Teil der Verbindungsgeraden (G¶b¶) ab dem Schnittpunkt (P¶X¶), der die beiden Eichpunkte beinhaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Approximation einer Kennlinie, welche einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße und einer Regelgröße einer Regelstrecke insbesondere einer automatisierten Fahrzeugkupplung beschreibt, durch einen ersten Kennlinienteilabschnitt und einen zweiten Kennlinienteilabschnitt, ein Verfahren zur Approximation einer Kennlinie, welche einen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße (I) und einer Regelgröße (p) einer Regelstrecke insbesondere einer automatisierten Fahrzeugkupplung beschreibt, und welche in ihrem Verlauf einen Knick (K) aufweist und ein Verfahren zur Regelung einer automatisierten Kupplung, insbesondere einer elektronisch gesteuerten Fahrzeugkupplung, mit einer Regeleinrichtung, die in Abhängkeit von einer den Zustand der Kupplung charakterisierenden Regelgröße (p) den Wert einer den Zustand der Kupplung beeinflussenden Stellgröße (I) bestimmt und die zur Bestimmung der Stellgröße (I) auf eine Kennlinie zurückgreift, welche einen nichtlinearen Zusammenhang von Stellgröße (I) und Regelgröße (p) beschreibt.
Zur automatisierten Regelung von Kupplungen werden Betriebseigenschaften der Kupplung bei verschiedenen Betriebszuständen in Form einer Kennlinie gespeichert. Diese beschreibt den Zusammenhang zwischen einer den Zustand der Kupplung charakterisierenden Regelgröße und einer den Zustand der Kupplung beeinflussenden Stellgröße.
Die Ermittlung einer individuellen Kennlinie für eine Kupplung ist sehr aufwendig.
Bei gekrümmten oder abgeknickten Kennlinien ist außerdem der Speicherplatzbedarf für eine vollständige Speicherung aller Werte der Kennlinie sehr hoch. Man versucht deshalb, die Kennlinie durch eine oder mehrere Geradenabschnitte anzunähern. Diese lassen sich dann aus wenigen gespeicherten Punkten berechnen.
US 5.105.922 beschreibt eine hydraulische Kupplung mit einer gekrümmten und geknickten Kennlinie. DE 22 44 919 beschreibt ebenfalls eine hydraulische Kupplung, welche eine aus zwei Geradenabschnitten zusammengesetzten Kennlinie besitzt. Eine Methode zu ihrer Ermittlung ist jedoch nicht beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, das gattungsbildende Verfahren derart weiterzubilden, daß eine einfache und genaue Approximation der Kennlinie einer Kupplung ermöglicht wird. Weiterhin soll ein Verfahren zur Regelung einer automatisierten Kupplung aufgezeigt werden.
Das Problem der Regelung wird durch die Merkmale des Anspruches 6 gelöst, dasjenige der Approximation in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen dadurch, daß der zweite Kennlinienteilabschnitt bestimmt wird durch: Einstellen der Stellgröße auf einen ersten Eichwert an einem ersten Eichpunkt, der zum ersten Kennlinienteilabschnitt beabstandet ist; Messen des Wertes der Regelgröße am ersten Eichpunkt; Einstellen der Stellgröße auf einen zweiten Eichwert an einem zweiten Eichpunkt, der zum ersten Kennlinienteilabschnitt und zum ersten Eichpunkt beabstandet ist; Messen des Wertes der Regelgröße beim zweiten Eichpunkt; Bestimmen einer Verbindungsgeraden, die den ersten und den zweiten Eichpunkt miteinander verbindet; Bestimmen eines Schnittpunktes, an dem die Verbindungsgerade den ersten Kennlinienteilabschnitt kreuzt; Bestimmen des zweiten Kennlinienteilabschnittes als denjenigen Teil der Verbindungsgeraden ab dem Schnittpunkt, der die beiden Eichpunkte beinhaltet.
Durch Ermittlung der beiden Eichpunkte und ihrer Verbindungsgeraden läßt sich der zweite Kennlinienteilabschnitt schnell und speichersparend definieren. Eine Begrenzung der Approximation der Kennlinie durch die Verbindungsgerade auf denjenigen Teil der Verbindungsgeraden ab dem Schnittpunkt, der die beiden Eichpunkte beinhaltet, liefert die gewünschten Werte im zu bestimmenden Bereich und erhält die genauere Approximierung der Kennlinie durch den bereits bestimmten ersten Kennlinienteilabschnitt.
Eine besonders hohe Genauigkeit ergibt sich, wenn der erste Eichwert der Stellgröße der maximale Wert der Stellgröße ist. Dadurch ist der Abstand zwischen den beiden Eichpunkten so groß wie möglich.
Um geringen Speicherbedarf und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit der Kennlinie zu erhalten, ist es günstig, wenn der erste Kennlinienteilabschnitt durch einen Teilabschnitt einer weiteren Gerade angenähert ist.
Eine Approximation der Kennlinie durch drei oder mehr Teilabschnitte kann zu einer verbesserten Genauigkeit beitragen.
Zur Approximation einer Kennlinie, welche einen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße und einer Regelgröße einer Regelstrecke insbesondere einer automatisierten Fahrzeugkupplung beschreibt, und welche in ihrem Verlauf einen Knick aufweist, wird ein Teilabschnitt der Kennlinie zwischen dem Knick und einem maximalen Wert der Stellgröße bestimmt durch: Einstellen der Stellgröße auf den maximalen Wert der Stellgröße an einem ersten Eichpunkt; Messen des Wertes der Regelgröße am ersten Eichpunkt; Einstellen der Stellgröße auf einen zweiten Eichwert an einem zweiten Eichpunkt, der zum Knick und zum ersten Eichpunkt beabstandet ist; Messen des Wertes der Regelgröße beim zweiten Eichpunkt; Bestimmen einer Verbindungsgeraden, die den ersten und den zweiten Eichpunkt miteinander verbindet; Bestimmen des Kennlinienteilabschnittes als den Teilabschnitt der Verbindungsgerade, der vom Knick und dem ersten Eichpunkt eingegrenzt ist.
Auf diese Weise läßt sich die Kennlinie zwischen dem Knick und dem maximalen Wert der Stellgröße einfach über zwei Eichpunkte und eine dadurch definierte Gerade ermitteln und mit geringem Speicherbedarf darstellen. Die Beschränkung der Approximation auf den Teilabschnitt der Verbindungsgerade, der vom Knick und dem ersten Eichpunkt eingegrenzt ist, gewährleistet die notwendige Genauigkeit.
Die Regelung einer automatisierten Kupplung, insbesondere einer elektronisch gesteuerten Fahrzeugkupplung, mit einer Regeleinrichtung, die in Abhängigkeit von einer den Zustand der Kupplung charakterisierenden Regelgröße den Wert einer den Zustand der Kupplung beeinflussenden Stellgröße bestimmt und die zur Bestimmung der Stellgröße auf eine Kennlinie zurückgreift, welche einen nichtlinearen Zusammenhang von Stellgröße und Regelgröße beschreibt, erfolgt durch eine Approximation der Kennlinie durch eines der bereits beschriebenen Verfahren zweckmäßig. Dies ermöglicht eine einfache Einstellung der Kupplungscharakteristika. Dadurch können die bei der Kupplungsfertigung einzuhaltenden Toleranzen weniger streng gehandhabt werden, da eine individuelle Einstellung jeder Kupplung ermöglicht ist.
Eine leichte Erfaßbarkeit der Regelgröße ergibt sich, wenn bei einer hydraulischen Kupplung der Druck der Hydraulikflüssigkeit als Regelgröße dient.
Zur einfachen elektronischen Regelung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit mittels elektromagnetischer Proportionalventile ist es zweckmäßig, daß bei einer Regelung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit mittels elektromagnetischer Proportionalventile deren elektrischer Versorgungsstrom als Stellgröße dient.
Die nachfolgenden Ausführungen dienen einer beispielhaften Veranschaulichung der Erfindung. Die Beschreibung nimmt dabei Bezug auf die Figur, die eine Kennlinie einer hydraulisch geregelten Kupplung zeigt.
In der Figur ist in einem Koordinatensystem ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen einem elektrischen Strom I eines Proportionalventils einer Kupplung als Stellgröße und einem hydraulischen Kupplungsdruck p als Regelgröße dargestellt. Eine Vielzahl von einzelnen Meßwerten, die durch eine wolkenartige Gruppe einzelner Punkte angedeutet sind, ist hier angenähert durch eine Kennlinie. Diese Kennlinie ist gebildet aus einem Teilabschnitt B einer Geraden Gb und einem Teilabschnitt A einer zweiten Geraden Ga. Die beiden Teilabschnitte A und B sind an einem Schnittpunkt Px miteinander verbunden. An dieser Stelle weist die Kennlinie einen Knick K auf.
Die Gerade Ga ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Verbindungsgerade eines unteren Definitionspunktes (I0(Ga), p0(Ga)) und eines oberen Definitionspunktes (I1(Ga), p1(Ga)) definiert und wird als bekannt vorausgesetzt.
Zur Bestimmung des zweiten Teilabschnittes B der Kennlinie wird die Kupplung in eine Fahrsituation gebracht, in der die Kupplungskapazität größer ist als das zu übertragende Moment, also z. B. beim Fahren in Überanpressung.
Dann wird der Strom I des Proportionalventils auf einen ersten Eichwert I1(Gb), der im zu bestimmenden Wertebereich liegt, eingestellt. Diesem Wert ist im Koordinatensystem ein erster Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) zugeordnet, der nicht auf der Geraden Ga liegt, also zum Kennlinienteilabschnitt A beabstandet ist. An diesem ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) wird der Wert p1(Gb) des Kupplungsdruckes p gemessen und so die Koordinaten des ersten Eichpunktes bestimmt.
Vorzugsweise entspricht der erste Eichwert I1(Gb), wie im vorliegenden Beispiel dargestellt, dem Wert des maximal möglichen Stromes I. Dadurch läßt sich die größtmögliche Länge des Teilabschnittes B und somit die größte Genauigkeit erzielen.
Anschließend wird der Wert des Stromes I auf einen zweiten Eichwert I0(Gb), der ebenfalls im zu bestimmenden Wertebereich liegt, eingestellt und der Wert P0(Gb) des Kupplungsdruckes p am zweiten Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)) gemessen. Der zweite Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)) liegt ebenfalls nicht auf der Geraden Ga und ist somit zum ersten Kennlinienteilabschnitt A beabstandet. Auch der Abstand zum ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) sollte möglichst groß sein, um eine möglichst hohe Genauigkeit der Approximation zu erreichen.
Beide Eichpunkte sind zum Zwecke einer möglichst genauen Annäherung des tatsächlichen Verlaufes der Kennlinie durch den Kennlinienteilabschnitt B deutlich gegenüber der Geraden Ga beabstandet.
Aus den beiden Eichpunkten läßt sich nun ihre Verbindungsgerade Gb bestimmen. Hieraus läßt sich ein Schnittpunkt PX errechnen, an welchem die Verbindungsgerade Gb die Gerade Ga und somit den ersten Kennlinienteilabschnitt A kreuzt.
Eine optimale Annäherung der Kennlinie durch die Gerade Gb ist in der Hälfte der Verbindungsgerade Gb ab dem Schnittpunkt PX gegeben, die die beiden Eichpunkte beinhaltet.
Der Abschnitt kann begrenzt werden beispielsweise durch einen der beiden Eichpunkte oder durch einen minimal bzw. maximal möglichen Wert der Stellgröße. Im vorliegenden Fall ist der Kennlinienteilabschnitt B zur einen Seite begrenzt durch den Schnittpunkt PX und zur anderen Seite durch den ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)).
Mathematisch läßt sich das Verfahren folgendermaßen beschreiben:
Die Differenz Δp zwischen dem gemessenen Wert p1(Gb) der Regelgröße am ersten Eichpunkt (I1(Gb), P1(Gb)) und dem rechnerischen Wert p1(Ga) auf der Geraden Ga entspricht:
Der Wert po(Gb) des Kupplungsdruckes am zweiten Eichpunkt entspricht:
Dabei wird der zweite Eichpunkt an der Stelle bestimmt, an der der Abstand Δp/Teiler zur Geraden Ga einen applizierbaren Teil der Abweichung bei Maximalansteuerung erreicht.
Zur Approximation einer geknickten oder einer lokal gekrümmten Kennlinie kann der Teilabschnitt B der Kennlinie zwischen dem Knick K und dem maximalen Wert I1(Gb) des Stromes nach folgender Verfahrensvariante bestimmt werden.
Zunächst wird der Strom I auf den maximalen Wert (I1(Gb)) eingestellt, und der Wert P1(Gb) des Kupplungsdruckes p am ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) ermittelt.
Dann wird der Strom auf einen zweiten Eichwert I0(Gb) eingestellt und der Wert p0(Gb) des Kupplungsdruckes p beim zweiten Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)) gemessen. Der zweite Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)) ist dabei zum Knick K einerseits und zum ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) andererseits möglichst deutlich beabstandet, um Ungenauigkeiten zu minimieren.
Aus der Verbindungsgeraden Gb des ersten und des zweiten Eichpunktes wird dann der Kennlinienteilabschnitt B bestimmt. Dabei wird der Teilabschnitt der Verbindungsgerade Gb gewählt, der zwischen dem Knick K und dem ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) liegt.
Statt einer Approximation der Kennlinie durch einen oder zwei Teilabschnitte ist auch eine Annäherung durch drei oder mehr Teilabschnitte denkbar.
Bezugszeichenliste
A Teilabschnitt der Geraden Ga
B Teilabschnitt der Geraden Gb
Ga
vorgegebene Gerade
Gb
Verbindungsgerade von erstem und zweitem Eichpunkt
I1
(Ga
) Wert der Stellgröße am oberen Definitionspunkt
p1
(Ga
) Wert der Regelgröße am oberen Definitionspunkt
I0
(Ga
) Wert der Stellgröße am unteren Definitionspunkt
p0
(Ga
) Wert der Regelgröße am unteren Definitionspunkt
I1
(Ga
) Wert der Stellgröße am ersten Eichpunkt
p1
(Ga
) Wert der Regelgröße am ersten Eichpunkt
I0
(Gb
) Wert der Stellgröße am zweiten Eichpunkt
p0
(Gb
) Wert der Regelgröße am zweiten Eichpunkt
Δp Differenz zwischen p(Gb
) und p(Ga
) bei I vom ersten Eichpunkt
(I0
(Gb
), p0
(Gb
)) zweiter Eichpunkt
(I1
(Gb
), p1
(Gb
)) erster Eichpunkt
PX
Schnittpunkt der Geraden Ga
und Gb
K Knick
Teiler applizierbare Größe

Claims (8)

1. Verfahren zur Approximation einer Kennlinie, welche einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße (I) und einer Regelgröße (p) einer Regelstrecke insbesondere einer automatisierten Fahrzeugkupplung beschreibt, durch einen ersten Kennlinienteilabschnitt (A) und einen zweiten Kennlinienteilabschnitt (B), dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kennlinienteilabschnitt (B) bestimmt wird durch:
  • a) Einstellen der Stellgröße (I) auf einen ersten Eichwert (I1(Gb)) an einem ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)), der zum ersten Kennlinienteilabschnitt (A) beabstandet ist,
  • b) Messen des Wertes p1(Gb) der Regelgröße (p) am ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1 (Gb))
  • c) Einstellen der Stellgröße (I) auf einen zweiten Eichwert (I0(Gb)) an einem zweiten Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)), der zum ersten Kennlinienteilabschnitt (A) und zum ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) beabstandet ist,
  • d) Messen des Wertes (P0(Gb)) der Regelgröße (p) beim zweiten Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)),
  • e) Bestimmen einer Verbindungsgeraden (Gb), die den ersten und den zweiten Eichpunkt miteinander verbindet,
  • f) Bestimmen eines Schnittpunktes (PX), an dem die Verbindungsgerade (Gb) den ersten Kennlinienteilabschnitt (A) kreuzt,
  • g) Bestimmen des zweiten Kennlinienteilabschnittes (B) als denjenigen Teil der Verbindungsgeraden (Gb) ab dem Schnittpunkt (PX), der die beiden Eichpunkte beinhaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eichwert (I1(Gb)) der Stellgröße (I) der maximale Wert der Stellgröße (I) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kennlinienteilabschnitt (A) durch einen Abschnitt einer zweiten Gerade (Ga) angenähert ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie durch drei oder mehr Kennlinienteilabschnitte approximiert ist.
5. Verfahren zur Approximation einer Kennlinie, welche einen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße (I) und einer Regelgröße (p) einer Regelstrecke insbesondere einer automatisierten Fahrzeugkupplung beschreibt, und welche in ihrem Verlauf einen Knick (K) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilabschnitt (B) der Kennlinie zwischen dem Knick (K) und einem maximalen Wert I1(Gb) der Stellgröße (I) bestimmt wird durch:
  • a) Einstellen der Stellgröße (I) auf den maximalen Wert (I1(Gb)) der Stellgröße (I) an einem ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)),
  • b) Messen des Wertes p1(Gb) der Regelgröße (p) am ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb))
  • c) Einstellen der Stellgröße (I) auf einen zweiten Eichwert (I0(Gb)) an einem zweiten Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)), der zum Knick (K) und zum ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) beabstandet ist,
  • d) Messen des Wertes (p0(Gb)) der Regelgröße (p) beim zweiten Eichpunkt (I0(Gb), p0(Gb)),
  • e) Bestimmen einer Verbindungsgeraden (Gb), die den ersten und den zweiten Eichpunkt miteinander verbindet,
  • f) Bestimmen des Kennlinienteilabschnittes (B) als den Teilabschnitt der Verbindungsgerade (Gb), der vom Knick (K) und dem ersten Eichpunkt (I1(Gb), p1(Gb)) eingegrenzt ist.
6. Verfahren zur Regelung einer automatisierten Kupplung, insbesondere einer elektronisch gesteuerten Fahrzeugkupplung, mit einer Regeleinrichtung, die in Abhängkeit von einer den Zustand der Kupplung charakterisierenden Regelgröße (p) den Wert einer den Zustand der Kupplung beeinflussenden Stellgröße (I) bestimmt und die zur Bestimmung der Stellgröße (I) auf eine Kennlinie zurückgreift, welche einen nichtlinearen Zusammenhang von Stellgröße (I) und Regelgröße (p) beschreibt, gekennzeichnet durch eine Approximation der Kennlinie nach einem der voranstehenden Ansprüche.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer hydraulischen Kupplung der Druck der Hydraulikflüssigkeit als Regelgröße dient.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Regelung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit mittels elektromagnetischer Proportionalventile deren elektrischer Versorgungsstrom als Stellgröße dient.
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