DE3404156C2

DE3404156C2 -

Info

Publication number: DE3404156C2
Application number: DE3404156A
Authority: DE
Inventors: Rainer 7000 Stuttgart De Hofmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1984-02-07
Publication date: 1987-10-15
Also published as: GB2153954B; IT8547621A0; DE3404156A1; IT8547621A1; US4667787A; SE8500552L; FR2559106B1; GB8503101D0; GB2153954A; IT1182162B; SE456896B; FR2559106A1; SE8500552D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Einstellung der im Antriebsstrang eines Fahrzeuges zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe angeordneten Kupplung während des Anfahrvorganges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Einrichtung dieser Bauart ist aus der DE-OS 27 00 788 bekannt. Sie umfaßt eine Regeleinrichtung mit einer Anzahl von Rechen- und Differenzierstufen, denen als Regelgrößen die Motordrehzahl, die Getriebeeingangs- und -ausgangsdrehzahl, die Abtriebssteifigkeit, das Trägheitsmoment des Motors und die Fahrzeugmasse zugeführt werden. Aus diesen Regelgrößen werden in den einzelnen Rechenstufen entsprechend bestimmter mathematischer Beziehungen die momentan auftretenden Ruckwerte ermittelt und mit einem vorausberechneten maximalen Ruckwert verglichen. Je nach Abweichung der tatsächlich auftretenden Ruckwerte von dem maximalen Ruckwert wird ein Kupplungsstellglied im Sinne einer Schließ- oder Öffnungsbewegung der Kupplung angesteuert.

Bei der bekannten Einrichtung wird zur Steuerung des Schaltruckes zwar die Steifigkeit des Abtriebes berücksichtigt, jedoch wird hierdurch keine vollständige Dämpfung der Torsionsschwingungen im Anfahrvorgang erreicht, da hierfür außer der Torsionssteifigkeit der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit innerhalb der Abtriebswelle sowie deren Verdrehwinkel von Bedeutung sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Einrichtung gemäß der DE-OS 27 00 788 derart weiterzubilden, daß während des Anfahrvorganges bereits geringe Ungleichförmigkeiten im Antriebsstrang erfaßt und zumindest konstant gehalten werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin, daß die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang durch gezielte Änderungen des Kupplungsmomentes gedämpft werden und damit ein ruckfreies und gleichmäßiges Beschleunigen des Fahrzeuges gegeben ist. Weiterhin erlaubt diese Kupplungsregelung ein feinfühliges zentimetergenaues Rangieren des Fahrzeuges. Schließlich wird noch ein gleichmäßiger Drehmomentenverlauf erzielt, welcher keine kurzzeitigen Maximalwerte aufweist, wodurch somit die Antriebsaggregate geschont werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist den Merkmalen des Unteranspruchs zu entnehmen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 in einem Blockschaltbild den Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplungsregelung an einem schematisch dargestellten Fahrzeug,

Fig. 2 ein vereinfachtes reduziertes Massensystem eines Fahrzeuges für die Festlegung der Regelvorschriften der Kupplung,

Fig. in graphischer Darstellung eine Kupplungskennlinie.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Brennkraftmaschine des nicht weiter dargestellten Fahrzeuges insbesondere eines Nutzfahrzeuges bezeichnet, an deren Abtriebswelle 2 ein Schwungrad 3 angebracht ist. Auf der Abtriebsseite des Schwungrades 3 ist eine Kupplung 4 angeflanscht, deren Kupplungsscheibe 5 mit einem bis zu den Antriebsrädern 6 führenden Antriebsstrang 7 verbunden ist. Der Antriebsstrang 7 setzt sich aus einer Antriebswelle 8, den von einem Differentialgetriebe 9 bis zu den Antriebsrädern 6 führenden Achswellen 10 und einem Schaltgetriebe 11 zusammen. Das Ein- und Ausrücken der Kupplung 4 erfolgt über einen Stellhebel 12 von einem Stellmotor 13 aus, der von einer insgesamt mit 14 bezeichneten Regelungsvorrichtung entsprechende Stellwerte erhält.

Die Ermittlung der Regelvorschriften, über die letztendlich der Stellmotor 13 über den Stellhebel 12 die Kupplung 4 so einstellt, daß die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang 7 gedämpft werden, erfolgt entsprechend dem dynamischen Verhalten des Antriebsstranges 7, der Kupplung und des Antriebsmotors. Zur Vereinfachung der Darstellung der im Antriebsstrang ablaufenden dynamischen Vorgänge wird das Fahrzeug aus Fig. 1 in ein vereinfachtes Schwingungsersatzmodell gemäß Fig. 2 übergeführt. Dieses besteht aus dem Motor 1 von dem ein Motormoment M₁ bei der Drehgeschwindigkeit ω₁ an der Abtriebswelle 2 erzeugt wird und von dieser auf das Schwungrad 3 mit dem Trägheitsmoment J₁ übertragen wird. Ferner aus einer Kupplung 4, deren Kupplungsscheibe 5 das Trägheitsmoment J₂ besitzt und an der das Kupplungsmoment M₂ wirkt. Von dort überträgt eine Torsionswelle 15 mit der Torsionssteifigkeit "c" als Ersatzmodell für die Antriebswelle 8 an die Achswellen 10 das Drehmoment M₃ zu einem Schwungrad mit dem Massenträgheitsmoment J₃, welches die Fahrzeugmasse ersetzt. Mit ω₃ und ϕ₃ ist dessen Drehgeschwindigkeit und Drehwinkel bezeichnet, wobei die Übersetzungsverhältnisse des Schaltgetriebes i und der Antriebsachse i _H berücksichtigt sind.

Das dynamische Verhalten des reduzierten Antriebsstranges gemäß Fig. 2 wird durch folgendes System von Differentialgleichungen beschrieben:

Bei und handelt es sich um die Differenzen der Drehgeschwindigkeiten und Drehwinkel an den Enden der Torsionswelle. Das Vergleichsmoment J ergibt sich aus der Beziehung:

Der Wert von M₁ wird vom Fahrer mit dem Fahrpedal vorgegeben und soll nachfolgend den konstanten Wert M₁ = M _g haben, wobei M _g das im angestrebten Gleichgewichtszustand des Systems wirkende Drehmoment ist. Die Größe des Kupplungsmomentes M₂ wird dabei entsprechend der Kupplungskennlinie aus Fig. 3 in Abhängigkeit vom Ausrückweg x der Kupplung nach der Formel

ermittelt, wobei x _G die Stelle bezeichnet, an der gerade das Moment M _G von der Kupplung übertragen werden kann und "b" das Gefälle der Kennlinie darstellt. Zwischen dem Torsionsmoment M₃ und dem Verdrehwinkel Δϕ der gedachten Torsionswelle besteht der Zusammenhang

M₃ = c · Δϕ

Weiterhin ist für die Beschreibung des Regelvorganges das Zeitverhalten der den Stellmotor 13 enthaltenden Lagerregelung zu berücksichtigen. Dieser Zusammenhang sei durch ein Verzögerungsglied 1. Ordnung nach der Gleichung

angenommen, wobei T die Zeitkonstante der Lageregelung, x _s den Sollwert des Ausrückweges und x den tatsächlichen Ausrückweg der Kupplung darstellen.

Grundvoraussetzung für die Schwingungsfreiheit bei der Momentenübertragung ist, daß jeweils konstante Momente vom Motor bis zu den Antriebsrädern 6 hin übertragen werden. Zusammengefaßt läßt sich dies wie folgt darstellen:

M₁ = konst.
M₂ = konst.
M₃ = konst.

Als Regelvorschrift, nach welcher die Kupplung zu steuern ist, dient beispielsweise der folgende lineare Ansatz:

wobei

K _1/4Regelparameterω _sSollwert der Motorwinkelgeschwindigkeitω₁Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle 1. Ableitung von l _s 1. Ableitung von ω₁ ΔϕVerdrehwinkel der gedachten Torsionswelle ΔωDifferenz der Winkelgeschwindigkeit zwischen Kupplungsscheibe ω₂ und Ersatzschwungrad ω₃

Die in der Regelvorschrift enthaltenen Koeffizienten K _1/4 sind nun so zu bestimmen, daß sich ein stabiler Anfahrvorgang bei günstigem Einschwingverhalten des Antriebsstranges 7 ergibt. Die Werte der Koeffizienten K _1/4 lassen sich entweder durch Versuche oder rechnerisch aus einer Stabilitätsbetrachtung des gesamten dynamischen Verhaltens des Systems bestimmen.

Ein solchermaßen geregeltes System wird durch ein gekoppeltes Differentialgleichungssystem beschrieben. Im vorliegenden Fall lauten die homogenen Anteile dieses Gleichungssystems die für die Stabilität des geregelten Vorgangs allein maßgebend sind:

Dieses homogene Differentialgleichungssystem, das das Einschwingverhalten zu einem Gleichgewichtszustand beschreibt, hat als Lösung eine Linearkombination von e^pt, wobei die Eigenwerte p durch die charakteristische Gleichung

p⁴+λ₃p³+λ₂p²+λ₁p+λ₀ = 0

festgelegt sind.

Die Koeffizienten λ₀ bis λ₃ sind abhängig von den Systemwerten (Federsteifigkeit, Trägheitsmomente, Kupplungskennlinie usw.) und der Einstellung des Reglers (Koeffizienten K₁ bis K₄):

Der Regler ist nun so einzustellen, daß sich ein stabiler Anfahrvorgang ergibt. Dies ist der Fall, wenn die Stabilitätsbedingungen

1. alle Koeffizienten λ₀ bis λ₃ vorhanden und positiv
2. λ₁ · λ₂ · λ₃-λ₁²-λ₀ · λ₃² < 0

erfüllt sind. In diesem Fall haben alle Eigenwerte nur negative Realteile, so daß die Einschwingvorgänge auf einen Gleichsgewichtszustand mit zunehmender Zeit abklingen. Für jeden Getriebegang können so geeignete Regelungsparameter festgelegt werden.

Die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Regelvorrichtung 14, mittels der die Kupplung 4 so eingestellt werden kann, daß Torsionsschwingungen im Antriebsstrang 7 gedämpft werden, umfaßt einen Festwertspeicher 17, eine Recheneinheit 18, einen Kupplungsregler 19 und einen Lageregler 20.

Im Festwertspeicher 17 sind für jeden Gang die den Antriebsstrang 7 charakterisierenden Kennwerte, wie Torsionssteifigkeit "c", das sich aus der jeweiligen Getriebeübersetzung und Achsübersetzung ergebende gesamte Übersetzungsverhältnis i _ges. und die Werte K _1/4 eingespeichert. An der Abtriebswelle 2 befindet sich ein Meßfühler 22, der die Drehgeschwindigkeit l₁ des Motors ermittelt und über eine Signalleitung 23 direkt dem Kupplungsregler 19 zuführt. Am Antriebsstrang 7 sind Meßfühler 24 und 25 angebracht, die über die Signalleitung 26 die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 8 und über eine weitere Signalleitung 27 das momentane von der Antriebswelle 8 übertragene Torsionsmoment direkt der Recheneinheit 18 übermitteln. Schließlich befinden sich noch an den Antriebsrädern 6 Meßfühler 28, die über die Signalleitung 29 die an den Antriebsrädern erfaßten Drehgeschwindigkeiten als gemittelten Wert ω _3R der Recheneinheit 18 übermitteln.

In Abhängigkkeit von der jeweils eingelegten Gangstufe, die über die Signalleitung 21 erkannt wird, werden dabei im Rahmen eines Mikroprozessorsystems die entsprechenden Daten des Festwertspeichers 17 ausgelesen und über die Signalleitung 30 dem Kupplungsregler 19 (K _1/4) und über die Signalleitungen 31 und 32 der Recheneinheit 18 übermittelt.

Die anderen Kennwerte "c" und i _ges. , welche ebenfalls von der jeweils eingelegten Gangstufe abhängig sind, werden über die Signalleitungen 31 und 32 der Recheneinheit 18 zugeführt. Die Recheneinheit 18 ermittelt aus dem Kennwert i _ges. und den Meßwerten ω₂, ω _3R einen eventuell im Antriebsstrang auftretende Drehgeschwindigkeitsunterschied Δω und aus dem vom Antriebsstrang momentan übertragenen Drehmoment M₃ und der entsprechend der eingelegten Gangstufe vorhandenen Torsionssteifigkeit c eine gegebene Drehwinkeldifferenz Δϕ. Diese beiden Werte, die den momentanen Schwingungszustand des Antriebsstranges 7 darstellen, werden über die Signalleitungen 33 und 34 dem Kupplungsregler 19 zugeführt. Im Kupplungsregler wird aus den zugeleiteten Kennwerten und einem vorgegebenen Drehgeschwindigkeitswert ω _s des Motors ein Ausgangswert x _s entsprechend der Regelungsvorschrift berechnet. Dieser Ausgangswert x _s wird dem Lageregler 20 zugeführt, der ihn mit dem momentan vorhandenen Ausrückweg x, welcher über die Signalleitung 35 zugeführt wird, vergleicht und bei einer sich ergebenden Abweichung den Stellmotor 13 in einer solchen Weise beaufschlagt, daß vorhandene Abweichungen beseitigt werden.

Claims

1. Einrichtung zur automatischen Einstellung der im Antriebsstrang eines Fahrzeuges zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe angeordneten Kupplung während des Anfahrvorganges, mit einer Regelvorrichtung, die eine Recheneinheit und einen Festwertspeicher aufweist, in dem Kennwerte bezüglich der Torsionssteifigkeit des Antriebsstranges und der Getriebeübersetzung abgespeichert sind, wobei von der Recheneinheit aus den Kennwerten des Festwertspeichers und weiteren mittels Meßfühlern erfaßten Kennwerten bezüglich der Motordrehzahl, der Getriebeeingangs- und -ausgangsdrehzahl entsprechend einer vorgegebenen Beziehung ein Ausgangswert für einen Lageregler gebildet wird, von dem aus ein die Ein- und Ausrückbewegung der Kupplung steuernder Stellmotor beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Meßfühler (24, 25 und 28) die ein- und ausgangsseitigen Drehzahlen der sich von der Kupplung (4) bis zu den Antriebsrädern (6) erstreckenden Antriebswelle (8) und deren momentan anliegendes Torsionsmoment (M₃) erfaßt und der Recheneinheit (18) zugeführt werden, von der aus diesen Werten der Verdrehwinkel ( Δϕ ) der Antriebswelle (8) und die Differenz ( Δω ) aus der Winkelgeschwindigkeit ( ω₂) an der Kupplungsscheibe (5) und ( ω₃) an den Antriebsrädern (6) ermittelt und darauffolgend aus diesen Werten und einem vorgegebenem Sollwert der Motorwinkelgeschwindigkeit ( ω _s ) sowie der tatsächlichen Motorwinkelgeschwindigkeit ( ω₁) ein Ausgangswert (x _s ) entsprechend der Beziehung bestimmt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schwingungszustand der Antriebswelle (8) charakterisierenden Kennwerte ( Δϕ ) und ( Δω ) ausschließlich in der Recheneinheit (18) und der Ausgangswert (x _s ) in einem über Signalleitungen (33, 34) mit der Recheneinheit (18) verbundenen Kupplungsregler (19) ermittelt wird.