EP1127226A1 - Speed difference regulation of a switchable frictional engagement control - Google Patents

Speed difference regulation of a switchable frictional engagement control

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EP1127226A1
EP1127226A1 EP99957985A EP99957985A EP1127226A1 EP 1127226 A1 EP1127226 A1 EP 1127226A1 EP 99957985 A EP99957985 A EP 99957985A EP 99957985 A EP99957985 A EP 99957985A EP 1127226 A1 EP1127226 A1 EP 1127226A1
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EP
European Patent Office
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control
pressure
difference
frictional connection
speed difference
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99957985A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Danz
Andreas Piepenbrink
Andreas Schwenger
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Batavia Transmission LLC
Original Assignee
ZF Batavia LLC
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16H63/502Signals to an engine or motor for smoothing gear shifts

Definitions

  • the present invention relates to a method for differential speed control of a switchable frictional connection of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • an automatic transmission contains a hydrodynamic converter with a lock-up clutch, at least one planetary gear set and two switchable frictional connections in the form of a friction clutch or transmission brake, which are used for torque transmission.
  • Frictional connections are used in automatic transmissions according to the current state of the art for a wide variety of tasks and functionalities.
  • One of the most important requirements for all clutch functionalities is to enable easy locking in all driving conditions. It must be ensured that the closing over large speed ranges from Engine and output as well as with different engine torques must be comfortably ensured.
  • a disadvantage of this method lies in the need to know a mathematical-physical route model, the good of which directly influences the achievable controlled goods.
  • the present invention is therefore based on the object, starting from the prior art mentioned, Specify a method for differential speed control of a switchable frictional connection, such that without knowledge of a mathematical-physical model, the frictional connection thus controlled takes over the transition between open and closed state as well as the setting of a defined slip value, the control concept being identical for each required application of the switchable frictional connection is built and ensures increased shifting and driving comfort.
  • the method according to the invention should be able to be used for the control of any torque-transmitting clutches or brakes in the drive train.
  • a linear controller should be used here.
  • the method according to the invention is intended to take into account existing knowledge of the route model, but also to ensure sufficient robustness and control quality in all operating states even if the model knowledge is incomplete.
  • the method for improving the control quality should allow a defined engine intervention.
  • a control circuit for differential speed control of a switchable frictional connection and in particular a clutch or a brake with the target speed difference as a reference variable and the current speed difference as a control variable in addition to the adjusting clutch pressure to use at least one other manipulated variable and to provide the control circuit with damping elements such that the change in time of the steamed variables per sampling step does not exceed a predetermined value, so that the excitation of the control circuit remains in the control-technically stable range.
  • the engine torque is preferably used as a further manipulated variable.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of the pressure and speed curve when driving a clutch when the vehicle is stationary according to the present invention.
  • the target speed difference Dn_soll is the leadership size of the control loop according to the invention.
  • the setpoint speed difference Dn_soll is continuously smoothed in time by means of a damping element TP2 or limited to a defined value per sampling step, so that discontinuities in the course of the guide size are avoided.
  • TP2 is preferably designed as a low-pass filter.
  • the ABS module is used to form the absolute value before calculating the input variable for the controller.
  • the input variable for the controller is the current control difference. It is formed from the difference between the absolute value of the target differential speed value and the absolute value of the actual differential speed value of the drive and output.
  • the pressure value p reg which acts as the direct manipulated variable of the linear controller, is calculated from this variable.
  • the speeds of the clutch input side n kan and the clutch output side n kab are first detected. Before the difference is formed, the size n kab is smoothed by means of a first attenuator and preferably a low-pass filter TP1. Optionally, a damping of the Antriebsnav- number n can kan provided.
  • the absolute differential speed Dn is calculated in the ABS module.
  • control difference corresponds to the signed difference of the absolute values of the actual and target differential speeds. If the difference between the current differential speed and the dynamic setpoint exceeds a certain limit, according to the invention, the engine torque is reduced as a further manipulated variable depending on the control difference with the aid of a motor intervention via the engine electronics.
  • the size of the reduction is a function of the size of the control difference.
  • the engine intervention itself can be carried out by the engine using the standard methods (ignition angle grip, filling change, etc.).
  • the type of intervention is chosen so that the reaction time between the request and the actual torque reduction of the drive is as short as possible.
  • the current drive torque of the clutch is taken into account as a disturbance variable.
  • This corresponds to the a priori model knowledge and thus describes the conditions at the current working point.
  • the resulting disturbance variable component of the clutch pressure p s ⁇ is calculated from the signed deviation between the current torque m_an and the working point position m_an_offset via a calculation block Kl mt into a corresponding equivalent pressure p s ⁇ according to the equation
  • the rotary pressure component p_dyn is calculated from the drive speed n_kan in the KL_Pdyn module.
  • the change over time of the total manipulated variable clutch pressure which is formed from the controller component p_reg and the disturbance variable component p_ST, is smoothed according to the invention in module TP3 or limited to a defined value per sampling step. This ensures that the excitation of the control loop remains within the stable control range.
  • the application or opening pressure of the switching element Poffset at the beginning of the control phase is used as the starting value for the control phase.
  • the pressure p 0 ffset is redetermined at the start of the control phase with each switching.
  • the four phases of filling phase, application phase, control phase and phase outside of the switching process are generally differentiated in clutch control, the speed profiles of motor n mot , primary and secondary disk n kan or n kab and the pressure profile different in each phase Accept values.
  • the clutch / brake must be brought to the operating point during the filling phase before the desired regulation of the differential speed.
  • the aim of the application phase is to find the working point of the coupling as precisely as possible. During the previous filling phase the working point due to
  • the clutch is controlled with the aim of setting a defined differential speed (setpoint) or a defined differential speed curve (setpoint curve).
  • the clutch is subjected to a certain pressure in the fully closed state according to superordinate criteria.
  • the control pressure is at least so high that the clutch can transmit the full drive torque.
  • the pressure value Po ffset is determined depending on the operating state as follows:
  • control pressure is gradually increased in accordance with a predetermined gradient within the scope of a control phase until a reaction can be recognized on the basis of the differential speed between the drive side and the output side of the clutch.
  • This reaction consists in that the speed difference is reduced by a defined threshold value.
  • the pressure value specified in this state as the setpoint is used as the start value Pof fset for the subsequent control phase.
  • the control pressure of the clutch is gradually reduced according to a predetermined gradient until a threshold value of the differential speed between the input and output side of the clutch is exceeded, which indicates that the clutch is opened.
  • the pressure value specified in this state as the setpoint is used as the starting value poff s et for the subsequent control phase.
  • the last step in the calculation block Kl Re i b according to the invention is a correction with regard to the difference in speed as a function of the friction coefficient.
  • the clutch is closed from the open state for engaging the gear, the filling phase being carried out first in order to engage the clutch. Only after the filling phase is the switching element brought to the desired differential speed in the control phase. In order to close the clutch, the target differential speed is set to zero according to the invention.
  • the temperature of the clutch is monitored by means of the measured transmission oil temperature in connection with a mathematical-physical model of the heat output in the slip operation of the clutch in order to avoid overheating and thus damage or destruction of the clutch lining.

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Abstract

The invention relates to a method for regulating the speed difference in a switchable frictional engagement control, especially in a clutch or a brake which are located in the drive train of a motor vehicle. Said regulation of the speed difference is carried out by a closed loop having a desired speed difference used as a reference input and a relevant speed difference used as a controlled variable. According to the invention, an additional controlled variable is used in addition to the clutch pressure and/or brake pressure to be adjusted, whereby the closed loop comprises a linear governor and damping members (TP1, TP2, TP3). Said additional controlled variable is used in such a way that the time shift of the damped values per reading step do not exceed a set value such that the actuation of said closed loop remains within a stable limit for controlling.

Description

Differenzdrehzahlregelung einer schaltbaren Reibschlußverbindung Differential speed control of a switchable frictional connection
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Differenzdrehzahlregelung einer schaltbaren Reibschlußverbindung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for differential speed control of a switchable frictional connection of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Nach dem Stand der Technik enthält ein Automatgetriebe einen hydrodynamischen Wandler mit Wandlerüberbrückungs- kupplung, mindestens einen Planetenradsatz sowie zwei schaltbare Reibschlußverbindungen in Form einer Reibungskupplung bzw. Getriebebremse, die der Drehmomentübertragung dienen.According to the prior art, an automatic transmission contains a hydrodynamic converter with a lock-up clutch, at least one planetary gear set and two switchable frictional connections in the form of a friction clutch or transmission brake, which are used for torque transmission.
Derartige Reibschlußverbindungen werden hydraulisch geschlossen. Das Öffnen wird in der Regel durch Rückstellfedern unterstützt. Die Anordnung der beschriebenen Kompo- nenten erlaubt eine mechanische Unterbrechung des Antriebsstranges, so daß die Antriebs-und Abtriebsseite vollständig oder auch nur teilweise entkoppelt werden. Diese Entkopplung trennt die Drehzahlen am Antrieb von denjenigen am Abtrieb, so daß bis zu einem gewissen Maß auch eine Dreh- Schwingungsentkopplung möglich ist.Such frictional connections are closed hydraulically. Opening is usually supported by return springs. The arrangement of the components described allows a mechanical interruption of the drive train, so that the drive and driven side are completely or only partially decoupled. This decoupling separates the speeds at the drive from those at the output, so that to a certain extent a torsional vibration decoupling is also possible.
Reibschlußverbindungen (Kupplungen, Bremsen) werden in Automatgetrieben nach dem heutigen Stand der Technik zu unterschiedlichsten Aufgaben bzw. Funktionalitäten einge- setzt. Eine der wichtigsten Anforderungen bei allen Kupplungsfunktionalitäten ist es, ein komfortables Schließen in allen Fahrzuständen zu ermöglichen. Dabei muß gewährleistet sein, daß das Schließen über große Drehzahlbereiche von Motor und Abtrieb sowie bei unterschiedlichen Motormomenten komfortabel sichergestellt sein muß.Frictional connections (clutches, brakes) are used in automatic transmissions according to the current state of the art for a wide variety of tasks and functionalities. One of the most important requirements for all clutch functionalities is to enable easy locking in all driving conditions. It must be ensured that the closing over large speed ranges from Engine and output as well as with different engine torques must be comfortably ensured.
Darüber hinaus gibt es spezielle Betriebszustande, wo es funktionell notwendig ist an einzelnen oder mehreren Kupplungen bzw. Bremsen definierte Differenzdrehzahlen (Schlupf) einzustellen und aufrechtzuerhalten. Die Übergänge zwischen den einzelnen Funktionen dürfen dabei vom Fahrer nicht als störend empfunden werden.In addition, there are special operating states where it is functionally necessary to set and maintain defined differential speeds (slip) on one or more clutches or brakes. The driver should not find the transitions between the individual functions disturbing.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, unterscheiden herkömmliche Losungen zwischen unterschiedlichen Lastzustanden und erfordern in Abhängigkeit davon wechselnde Parameter oder sogar unterschiedliche Regelungsstrukturen.In order to meet these requirements, conventional solutions distinguish between different load conditions and, depending on them, require changing parameters or even different control structures.
Die DE 196 06 311 AI der Anmeldenn offenbart eine Regelkreisstruktur, die auf ein mathematisch-physikalisches Modell der Regelstrecke basierend, der Regelstrecke in Form eines vorgeschalteten Korrekturgliedes die wesentlichen Nichtlmeaπtaten kompensiert und so regelungstechnisch zu einer linearen Ersatzregelstrecke gelangt, so daß ein einfacher linearer Regler zur Fuhrung der Regelgroße eingesetzt werden kann. Hierbei sind Störgrößen, wie z. B. die auf die Kupplung einwirkenden äußeren Momente über ein Kor- rekturglied berücksichtigt.DE 196 06 311 AI of the applicants discloses a control loop structure which is based on a mathematical-physical model of the controlled system, the controlled system in the form of an upstream correction element compensates for the essential non-linearities and thus achieves a linear equivalent controlled system in terms of control technology, so that a simple linear controller is used Leadership of the standard size can be used. Here are disturbances, such as. B. the external moments acting on the clutch are taken into account via a correction element.
Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Notwendigkeit der Kenntnis eines mathematisch-physikalischen Strek- kenmodells, dessen Gute die erreichbare Regelgute direkt beeinflußt.A disadvantage of this method lies in the need to know a mathematical-physical route model, the good of which directly influences the achievable controlled goods.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem erwähnten Stand der Technik, ein Verfahren zur Differenzdrehzahlregelung einer schaltbaren Reibschlußverbindung anzugeben, derart, daß ohne Kenntnis eines mathematisch-physikalischen Modells die so geregelte Reibschlußverbindung die Überführung zwischen offenem und geschlossenen Zustand ebenso wie die Einstellung eines definierten Schlupfwertes überniiτimmt , wobei das Regelungskonzept für jede erforderliche Anwendung der schaltbaren Reibschlußverbindung identisch aufgebaut ist und für einen erhöhten Schalt- und Fahrkomfort sorgt.The present invention is therefore based on the object, starting from the prior art mentioned, Specify a method for differential speed control of a switchable frictional connection, such that without knowledge of a mathematical-physical model, the frictional connection thus controlled takes over the transition between open and closed state as well as the setting of a defined slip value, the control concept being identical for each required application of the switchable frictional connection is built and ensures increased shifting and driving comfort.
Zudem soll das erfindungsgemäße Verfahren für die Regelung beliebiger drehmomentübertragender Kupplungen bzw. Bremsen im Antriebsstrang einsetzbar sein. Hierbei soll ein linearer Regler verwendet werden.In addition, the method according to the invention should be able to be used for the control of any torque-transmitting clutches or brakes in the drive train. A linear controller should be used here.
Außerdem soll das erfindungsgemäße Verfahren ä priori vorhandene Kenntnisse des Streckenmodells berücksichtigen, aber auch bei unvollständiger Modellkenntnis eine ausreichende Robustheit und Regelgüte in allen Betriebszuständen sicherstellen.In addition, the method according to the invention is intended to take into account existing knowledge of the route model, but also to ensure sufficient robustness and control quality in all operating states even if the model knowledge is incomplete.
Des weiteren soll das Verfahren zur Verbesserung der Regelgüte einen definierten Motoreingriff zulassen.Furthermore, the method for improving the control quality should allow a defined engine intervention.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Demnach wird vorgeschlagen; in einem Regelkreis zur Differenzdrehzahlregelung einer schaltbaren Reibschlußverbindung und insbesondere einer Kupplung oder einer Bremse mit der Soll-Drehzahldifferenz als Führungsgröße und der aktuellen Drehzahldifferenz als Regelgröße neben dem einzu- stellenden Kupplungsdruck mindestens eine weitere Stellgroße zu verwenden und den Regelkreis mit Dampfungsgliedern zu versehen, derart, daß die zeitliche Änderung der gedampften Großen pro Abtastschritt einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, so daß die Anregung des Regelkreises im regelungstechnisch stabilen Bereich bleibt.Accordingly, it is proposed; in a control circuit for differential speed control of a switchable frictional connection and in particular a clutch or a brake with the target speed difference as a reference variable and the current speed difference as a control variable in addition to the adjusting clutch pressure to use at least one other manipulated variable and to provide the control circuit with damping elements such that the change in time of the steamed variables per sampling step does not exceed a predetermined value, so that the excitation of the control circuit remains in the control-technically stable range.
Bevorzugterweise wird erfindungsgemaß das Motormoment als weitere Stellgroße verwendet.According to the invention, the engine torque is preferably used as a further manipulated variable.
Des weiteren ist es im Rahmen der Erfindung möglich, Störgrößen und insbesondere das aktuelle Turbinenmoment zu berücksichtigen.Furthermore, it is possible within the scope of the invention to take disturbance variables and in particular the current turbine torque into account.
Durch das erfindungsgemaße Verfahren treten die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik nicht mehr auf. Außerdem sind durch das erfindungsgemaße Gesamtkonzept Umschaltungen der Reglerkonzepte und Reglerparameter je nach Anwendungsfall und Fahrzeugzustand nicht mehr erforderlich.The above-mentioned disadvantages of the prior art no longer occur due to the method according to the invention. In addition, the overall concept according to the invention means that it is no longer necessary to switch over the controller concepts and controller parameters depending on the application and vehicle condition.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der beigefugten Zeichnung für eine Kupplung naher erläutert. In dieser stellen dar:The invention is explained below with reference to the accompanying drawing for a clutch. In this represent:
Fig. 1 die allgemeine Regelkreisstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung und1 shows the general control loop structure according to the present invention and
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Druck- und Drehzahlverlaufs beim Ansteuern einer Kupplung im Stillstand des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist die Soll-Drehzahldifferenz Dn_soll die Fuhrungsgroße des erfmdungsgemaßen Regelkreises. Hierbei wird die Soll-Drehzahldifferenz Dn_soll mittels eines Dampfungsgliedes TP2 kontinuierlich zeitlich geglättet oder auf einen definierten Wert pro Abtastschritt begrenzt, so daß Unstetigkelten im zeitlichen Verlauf der Fuhrungsgroße vermieden werden. Bevorzugterweise ist TP2 als Tiefpaßfilter ausgebildet. Das Modul ABS dient der Absolutwertbildung vor dem Berechnen der Eingangsgroße für den Regler.Fig. 2 is a schematic diagram of the pressure and speed curve when driving a clutch when the vehicle is stationary according to the present invention. 1, the target speed difference Dn_soll is the leadership size of the control loop according to the invention. Here, the setpoint speed difference Dn_soll is continuously smoothed in time by means of a damping element TP2 or limited to a defined value per sampling step, so that discontinuities in the course of the guide size are avoided. TP2 is preferably designed as a low-pass filter. The ABS module is used to form the absolute value before calculating the input variable for the controller.
Die Eingangsgroße für den Regler ist die aktuelle Regeldifferenz. Sie wird aus der Differenz aus dem Absolutwert des Soll-Differenzdrehzahlwerts und dem Absolutwert des Ist-Differenzdrehzahlwerts von Antrieb und Abtrieb ge- bildet. Aus dieser Große wird der als Regleranteil bezeichnete Druckwert preg , der als direkte Stellgroße des linearen Reglers fungiert, berechnet.The input variable for the controller is the current control difference. It is formed from the difference between the absolute value of the target differential speed value and the absolute value of the actual differential speed value of the drive and output. The pressure value p reg , which acts as the direct manipulated variable of the linear controller, is calculated from this variable.
Zur Berechnung der Ist-Differenzdrehzahl Dn werden zunächst die Drehzahlen der Kupplungsantriebsseite nkan und der Kupplungsabtriebsseite nkab erfaßt. Vor der Differenzbildung wird die Große nkab mittels eines ersten Dampfungsgliedes und bevorzugterweise eines Tiefpaßfilters TPl geglättet. Optional kann auch eine Dampfung der Antriebsdreh- zahl nkan vorgesehen. Die Absolutwerbildung der Ist- Differenzdrehzahl Dn erfolgt im Modul ABS.To calculate the actual differential speed Dn, the speeds of the clutch input side n kan and the clutch output side n kab are first detected. Before the difference is formed, the size n kab is smoothed by means of a first attenuator and preferably a low-pass filter TP1. Optionally, a damping of the Antriebsdreh- number n can kan provided. The absolute differential speed Dn is calculated in the ABS module.
Anschließend wird, wie bereits erwähnt, die Regeldifferenz gebildet, welche der vorzeichenbehafteten Differenz der Absolutwerte der Ist- und Soll-Differenzdrehzahlen entspricht . Wenn die Differenz zwischen der aktuellen Differenzdrehzahl und dem dynamischen Sollwert eine gewisse Schranke überschreitet, wird erfmdungsgemaß n Abhängigkeit von der Regeldifferenz das Motormoment als weitere Stellgroße mit Hilfe eines Motoreingriffs über die Motorelektronik reduziert .Then, as already mentioned, the control difference is formed, which corresponds to the signed difference of the absolute values of the actual and target differential speeds. If the difference between the current differential speed and the dynamic setpoint exceeds a certain limit, according to the invention, the engine torque is reduced as a further manipulated variable depending on the control difference with the aid of a motor intervention via the engine electronics.
Die Hohe der Reduktion ist eine Funktion der Große der Regeldifferenz. Der Motoreingriff selbst kann vom Motor über die Standardverfahren (Zundwinkelemgriff, Fullungsan- derung, o. a.) realisiert werden.The size of the reduction is a function of the size of the control difference. The engine intervention itself can be carried out by the engine using the standard methods (ignition angle grip, filling change, etc.).
Das Vorliegen der Notwendigkeit eines Motoreingriffs wird durch das Modul Klm erkannt, wobei durch die Umrech- nung Regeldifferenz-Reduktionsmoment Klm das Signal für das Reduktionsmoment mred an die Motorelektronik weitergeleitet wird.The existence of the need for an engine intervention is recognized by the module Kl m , the signal for the reduction torque m red being forwarded to the engine electronics by the conversion of the control difference reduction torque Kl m .
Die Art des Eingriffs wird so gew hlt, daß die Reakti- onszeit zwischen der Anforderung und der tatsächlichen Momentenreduktion des Antriebs möglichst gering ist.The type of intervention is chosen so that the reaction time between the request and the actual torque reduction of the drive is as short as possible.
Dieser Eingriff verringert das zu übertragende Moment an der Kupplung, wodurch die vom Regler aufzubringende Stellenergie sinkt. In der Folge wird der Komfort desThis intervention reduces the torque to be transmitted to the clutch, which reduces the actuating energy to be applied by the controller. As a result, the comfort of the
Schließvorgangs erhöht und die Kupplungsbelage werden weniger stark belastet.Closing increases and the clutch linings are less stressed.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das aktuelle Antriebsmoment der Kupplung als Störgröße berücksichtigt. Dies entspricht der a-priori-Modellkenntnis und beschreibt somit die Zustande im aktuellen Arbeitspunkt . Der daraus resultierende Störgrößenanteil des Kupplungsdrucks p wird hierbei aus der vorzeichenbehafteten Abweichung zwischen dem aktuellen Drehmoment m_an und der Arbeitspunktlage m_an_offset über einen Berechnungsblock Klmt in einen entsprechenden äquivalenten Druck p gemäß der GleichungAccording to a further aspect of the present invention, the current drive torque of the clutch is taken into account as a disturbance variable. This corresponds to the a priori model knowledge and thus describes the conditions at the current working point. The resulting disturbance variable component of the clutch pressure p is calculated from the signed deviation between the current torque m_an and the working point position m_an_offset via a calculation block Kl mt into a corresponding equivalent pressure p according to the equation
p=Δman (Δn) • r•z•AKp = Δman (Δn) • r • z • AK
umgerechnet, mitconverted, with
Δman: Abweichung Drehmoment zum Arbeitspunkt μ(Δn): ReibbeiwertΔm on : deviation of torque to the operating point μ (Δn): coefficient of friction
Dn: Differenzdrehzahl an der Kupplung r: mittlerer Reibradius der Kupplung z: Anzahl der ReibbelägeDn: differential speed at the clutch r: average friction radius of the clutch z: number of friction linings
A : KolbenflächeA: piston area
PS : Druckdifferenz bezogen auf den Arbeitspunkt,P S : pressure difference related to the operating point,
wobei konstruktionsbedingte dynamische Druckanteile berücksichtigt werden, indem anschließend die Größe pSτ um den entsprechenden dynamischen bzw. rotatorischen Druckanteil p_dyn reduziert wird. Der rotatorische Druckanteil p_dyn wird aus der Antriebsdrehzahl n_kan im Modul KL_Pdyn be- rechnet.whereby design-related dynamic pressure components are taken into account by subsequently reducing the size p S τ by the corresponding dynamic or rotary pressure component p_dyn. The rotary pressure component p_dyn is calculated from the drive speed n_kan in the KL_Pdyn module.
Die zeitliche Änderung der Gesamtstellgröße Kupplungsdruck, die aus dem Regleranteil p_reg und dem Störgrößenanteil p_ST gebildet wird, wird erfindungsgemäß im Modul TP3 geglättet oder auf einen definierten Wert pro Abtastschritt begrenzt. Dadurch wir gewährleistet, daß die Anregung des Regelkreises im regelungstechnisch stabilen Bereich bleibt. Als Startwert für die Regelphase wird der Anlege- bzw. Öffnungsdruck des Schaltelements Poffset zu Beginn der Regelphase verwendet. Der Druck p0ffset wird zu Beginn der Regel- phase bei jeder Schaltung neu bestimmt.The change over time of the total manipulated variable clutch pressure, which is formed from the controller component p_reg and the disturbance variable component p_ST, is smoothed according to the invention in module TP3 or limited to a defined value per sampling step. This ensures that the excitation of the control loop remains within the stable control range. The application or opening pressure of the switching element Poffset at the beginning of the control phase is used as the starting value for the control phase. The pressure p 0 ffset is redetermined at the start of the control phase with each switching.
Zur Bestimmung des Anlege- bzw. Öffnungsdrucks des Schaltelements Poffset wird wie folgt vorgegangen:To determine the Anlege- or opening pressure of the switching element Po f f t se how to proceed follows:
Gemäß Fig. 2 werden im allgemeinen bei der Kupplungsansteuerung die vier Phasen Befüllungsphase, Anlegephase, Regelphase und Phase außerhalb des Schaltvorgangs unterschieden, wobei die Drehzahlverläufe von Motor nmot, Primär- und Sekundärscheibe nkan bzw. nkab sowie der Druckverlauf in jeder Phase unterschiedliche Werte annehmen.According to FIG. 2, the four phases of filling phase, application phase, control phase and phase outside of the switching process are generally differentiated in clutch control, the speed profiles of motor n mot , primary and secondary disk n kan or n kab and the pressure profile different in each phase Accept values.
Wenn das Schaltelement drucklos ist, muß im Rahmen der Befüllungsphase vor der gewünschten Regelung der Differenzdrehzahl die Kupplung/Bremse an den Arbeitspunkt herange- führt werden.If the switching element is depressurized, the clutch / brake must be brought to the operating point during the filling phase before the desired regulation of the differential speed.
Dies geschieht über die sogenannte Schnellfüllung mit anschließender Füllausgleichsphase . Nach abgeschlossener Befüllungsphase führt jede weitere Druckerhöhung direkt zu einer Erhöhung des von der Kupplung übertragenen Drehmomentes .This is done using the so-called quick fill with subsequent fill leveling phase. After the filling phase has been completed, every further pressure increase leads directly to an increase in the torque transmitted by the clutch.
Das Ziel der Anlegephase ist es, möglichst exakt den Arbeitspunkt der Kupplung zu finden. Während in der voran- stehenden Befüllungsphase der Arbeitspunkt aufgrund vonThe aim of the application phase is to find the working point of the coupling as precisely as possible. During the previous filling phase the working point due to
Toleranzen und zeitabhängigen Systemparametern nur relativ grob angefahren werden kann, erfolgt mit der Anlegephase eine Art "Feintuning" des Arbeitspunktes. Dies erfolgt, indem die Ansteuerung sich vorsichtig an den Arbeitspunkt herantastet, wobei in jedem Schritt die Auswirkung auf die Regelstrecke kontrolliert wird. Folglich werden, wie im folgenden erläutert, durch die Anlegephase die Startwerte für die Ansteuerung in der Regelphase definiert .If tolerances and time-dependent system parameters can only be approached relatively roughly, a kind of "fine tuning" of the working point takes place with the creation phase. This is done by carefully controlling the control to the working point, with the effect on the controlled system being checked in each step. Consequently, as explained below, the start values for the control in the control phase are defined by the application phase.
Während der Regelphase wird die Kupplung geregelt mit dem Ziel, eine definierte Differenzdrehzahl (Sollwert) bzw. einen definierten Differenzdrehzahlverlauf (Sollwertverlauf) einzustellen.During the control phase, the clutch is controlled with the aim of setting a defined differential speed (setpoint) or a defined differential speed curve (setpoint curve).
Nach abgeschlossenem Schaltvorgang wird die Kupplung im vollständig geschlossenen Zustand mit einem bestimmten Druck gemäß übergeordneten Kriterien beaufschlagt. Der An- steuerdruck ist hierbei mindestens so groß, daß die Kupplung das volle antriebsseitige Drehmoment übertragen kann.After the switching process is complete, the clutch is subjected to a certain pressure in the fully closed state according to superordinate criteria. The control pressure is at least so high that the clutch can transmit the full drive torque.
Die Ermittlung des Druckwertes Poffset erfolgt in Abhängigkeit des Betriebszustandes wie folgt:The pressure value Po ffset is determined depending on the operating state as follows:
a) Übergang aus dem Zustand "Kupplung offen":a) Transition from the "clutch open" state:
Nach der bereits erläuterten Füllausgleichsphase wird der Ansteuerdruck gemäß einem vorgegebenen Gradienten im Rahmen einer Steuerphase allmählich erhöht, bis anhand der Differenzdrehzahl von Antriebsseite und Abtriebsseite der Kupplung eine Reaktion zu erkennen ist. Diese Reaktion besteht darin, daß sich die Dreh- zahldifferenz um einen definierten Schwellwert verringert. Der in diesem Zustand als Sollwert vorgegebene Druckwert wird als der Startwert Poffset für die nachfolgende Regelphase verwendet. b) Übergang aus dem Zustand "Kupplung geschlossen":After the filling compensation phase already explained, the control pressure is gradually increased in accordance with a predetermined gradient within the scope of a control phase until a reaction can be recognized on the basis of the differential speed between the drive side and the output side of the clutch. This reaction consists in that the speed difference is reduced by a defined threshold value. The pressure value specified in this state as the setpoint is used as the start value Pof fset for the subsequent control phase. b) Transition from the state "clutch closed":
Der Ansteuerdruck der Kupplung wird gemäß einem vorgegebenen Gradienten allmählich reduziert, bis ein Schwellwert der Differenzdrehzahl zwischen An- und Abtriebsseite der Kupplung überschritten ist, wodurch ein Öffnen der Kupplung angezeigt wird. Auch hier wird der in diesem Zustand als Sollwert vorgegebene Druckwert als Startwert poffset für die nachfolgende Regel- phase verwendet.The control pressure of the clutch is gradually reduced according to a predetermined gradient until a threshold value of the differential speed between the input and output side of the clutch is exceeded, which indicates that the clutch is opened. Here, too, the pressure value specified in this state as the setpoint is used as the starting value poff s et for the subsequent control phase.
Bevor die um P_offset erhöhte Gesamtstellgröße Kupplungsdruck auf die Regelstrecke aufgeschaltet wird, erfolgt erfindungsgemäß als letzter Schritt im Berechnungsblock KlReib noch eine Korrektur bzgl. der Differenzdrehzahlabhängigkeit des Reibbeiwertes.Before the total actuating variable clutch pressure increased by P_offset is applied to the controlled system, the last step in the calculation block Kl Re i b according to the invention is a correction with regard to the difference in speed as a function of the friction coefficient.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Gangeinlegen die Kupplung aus dem geöffneten Zustand ge- schlössen, wobei zuerst die Befüllphase ausgeführt wird, um die Kupplung in Eingriff zu bringen. Erst nach der Befüllphase wird in der Regelphase das Schaltelement auf die gewünschte Differenzdrehzahl geführt. Um die Kupplung zu schließen, wird erfindungsgemäß die Solldifferenzdrehzahl auf Null gesetzt.In the context of the method according to the invention, the clutch is closed from the open state for engaging the gear, the filling phase being carried out first in order to engage the clutch. Only after the filling phase is the switching element brought to the desired differential speed in the control phase. In order to close the clutch, the target differential speed is set to zero according to the invention.
Wenn an der Kupplung im Rahmen weiterer Funktionalitäten definierte Differenzdrehzahlen (Schlupf) eingestellt und aufrecht erhalten werden sollen, wird mit der gleichen Regelungsstruktur gearbeitet. Nur die Vorgabe des Soll- Differenzdrehzahlverlaufs (Sollwert für die Regelung) wird entsprechend modifiziert. Es sei noch erwähnt, daß das erfindungsgemaße Verfahren bei jeder drehmomentenubertragenden Reibkupplung bzw. Bremse angewendet werden kann.If defined differential speeds (slip) are to be set and maintained on the clutch as part of further functionalities, the same control structure is used. Only the specification of the setpoint differential speed curve (setpoint for the control) is modified accordingly. It should also be mentioned that the method according to the invention can be applied to any torque-transmitting friction clutch or brake.
Im Rahmen einer Variante der Erfindung wird mittels der gemessenen Getriebeoltemperatur in Verbindung mit einem mathematisch-physikalischen Modell des Warmeemtrags im Schlupfbetrieb der Kupplung eine Temperaturuberwachung der Kupplung durchgeführt, um eine Uberhitzung und damit eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Kupplungsbelage zu vermeiden. In the context of a variant of the invention, the temperature of the clutch is monitored by means of the measured transmission oil temperature in connection with a mathematical-physical model of the heat output in the slip operation of the clutch in order to avoid overheating and thus damage or destruction of the clutch lining.
Bezugszeichenreference numeral
I^anOffset Moment an der Reischlußverbindung im Arbeitspunkt man Moment an der Reibschlußverbindung aktuell n an Drehzahl Primärscheibe nkab Drehzahl Sekundärscheibe Δnsoιι Differenzdrehzahl-Sollwert an derI ^ anOffset torque at the connection at the working point m at the moment at the friction connection currently n at the speed of the primary disc n ka b the speed of the secondary disc Δn so ιι differential speed setpoint at the
ReibschlußVerbindungFrictional connection
Poffset Druck der Reibschlußverbindung im Arbeitspunkt Psoll Solldruck an der Reibschlußverbindung mred Reduktionsmoment Antrieb TP TiefpaßfilterPoffset pressure of the frictional connection at operating point Psoll nominal pressure at the frictional connection mred reduction torque drive TP low-pass filter
ABS AbsolutwertbildungABS absolute value formation
Regler digitaler ReglerController digital controller
Beg Schrittweitenbegrenzung der StellgrößeBeg step size limitation of the manipulated variable
KlReib Inverse normierte Reibwertcharakteristik Kl t Momenten-Druck UmrechnungKlReib Inverse normalized coefficient of friction characteristic Kl t torque-pressure conversion
Klm Regeldifferenz-Reduktionsmoment Umrechnung nmot MotordrehzahlKl m control difference reduction torque conversion nmot engine speed
Δman Abweichung Drehmoment zum Arbeitspunkt μ(Δn) ReibbeiwertΔm at the torque deviation from the operating point μ (Δn) coefficient of friction
Δn Differenzdrehzahl an der Reibschlußverbindung r mittlerer Reibradius der Reibschlußverbindung z Anzahl der Reibbeläge Ak Kolbenfläche PST Druckdifferenz, bezogen auf den Arbeitspunkt Δn differential speed at the frictional connection r average friction radius of the frictional connection z number of friction linings A k piston area P ST pressure difference, based on the operating point

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Differenzdrehzahlregelung einer schaltbaren Reibschlußverbindung und insbesondere einer1. Method for differential speed control of a switchable frictional connection and in particular one
Kupplung oder einer Bremse im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mittels eines Regelkreises mit der Soll-Drehzahldifferenz als Führungsgröße und der aktuellen Drehzahldifferenz als Regelgröße, dadurch g e k e n n z e i c h - n e t , daß das Regelungskonzept des Regelkreises für jede erforderliche Anwendung der ReibschlußVerbindung identisch aufgebaut ist und daß neben dem einzustellenden Kupplungsdruck bzw. Bremsendruck p_soll mindestens eine weitere Stellgröße verwendet wird, wobei der Regelkreis einen li- nearen Regler und Dämpfungsglieder (TPl, TP2, TP3) enthält, derart, daß die zeitliche Änderung der gedämpften Größen pro Abtastschritt einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, so daß die Anregung des Regelkreises im regelungstechnisch stabilen Bereich bleibt.Coupling or a brake in the drive train of a motor vehicle by means of a control circuit with the target speed difference as a reference variable and the current speed difference as a control variable, characterized in that the control concept of the control circuit is constructed identically for each required application of the frictional connection and that in addition to the clutch pressure to be set or brake pressure p_should at least one further manipulated variable be used, the control circuit containing a linear controller and damping elements (TP1, TP2, TP3) such that the change in time of the damped variables per sampling step does not exceed a predetermined value, so that the Excitation of the control loop remains in the control-technically stable area.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Motormoment als weitere Stellgröße m_red verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the engine torque is used as a further manipulated variable m_red.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Art des Motoreingriffs so gewählt wird, daß die Reaktionszeit zwischen der Anforderung und der tatsächlichen Momentenreduktion des Antriebs möglichst gering ist.3. The method according to claim 2, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the type of engine intervention is chosen so that the response time between the request and the actual torque reduction of the drive is as short as possible.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Motoreingriff durchgeführt wird, wenn die Differenz zwischen der aktuellen Dreh- zahld fferenz und der Soll-Drehzahldifferenz eine vorgegebene Schranke überschreitet.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that an engine intervention is carried out when the difference between the current rotary number and the target speed difference exceeds a predetermined limit.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hohe der Motorreduktion im Rahmen des Motoreingriffs eine Funktion der Große der Regeldifferenz ist.5. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the height of the motor reduction in the context of the motor intervention is a function of the size of the control difference.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fuhrungsgroße Soll-Drehzahldifferenz Δn_soll kontinuierlich zeitlich geglättet oder auf einen definierten Wert pro Abtastschritt begrenzt wird, so daß Unstetigkeiten im zeitlichen Verlauf der Fuhrungsgroße vermieden werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the guide-large target speed difference Δn_soll is continuously smoothed in time or limited to a defined value per sampling step, so that discontinuities in the course of the guide size are avoided.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Berechnung der Ist-Drehzahldifferenz die Drehzahlen der Antriebsseite nkan und der Abtriebsseite nkab der Reibschluß- Verbindung erfaßt werden, wobei vor der Differenzbildung die Große nkab mittels eines ersten Dampfungsgliedes (TPl) geglättet oder auf einen definierten Wert pro Abtastschritt begrenzt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for calculating the actual speed difference, the speeds of the drive side n kan and the output side n kab of the frictional connection are detected, the size n kab by means of a first damping element (before the difference is formed) TPl) is smoothed or limited to a defined value per sampling step.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß vor der Differenzbildung die Große nkan mittels eines Dampfungsgliedes geglättet oder auf einen definierten Wert pro Abtastschritt begrenzt wird.8. The method according to claim 7, characterized in that before the difference, the size n kan is smoothed by means of an attenuator or limited to a defined value per sampling step.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausgangsgroße des Reglers bzw. der Regleranteil preg im Regler aus der Regeldifferenz aus dem Absolutwert des Soll-Differenz- drehzahlwerts und dem Absolutwert des Ist-Differenzdrehzahlwerts von Antrieb und Abtrieb berechnet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the output size of the controller or the controller portion p reg in the controller from the control difference from the absolute value of the target difference speed value and the absolute value of the actual differential speed value of drive and output is calculated.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden- Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das aktuelle Antriebsmoment der Reibschlußverbindung als Störgröße additiv zum Regleranteil p_reg berücksichtigt wird, wobei der Störgrößenanteil pSτ dadurch berechnet wird, daß die vorzeichenbehaftete Abweichung zwischen dem aktuellen Drehmo- ment m_an und der Arbeitspunktlage m_an_offset über einen Berechnungsblock Klmt in einen entsprechenden äquivalenten Druck PST gemäß der Gleichung10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the current drive torque of the frictional connection is taken into account as a disturbance variable in addition to the controller component p_reg, the disturbance variable component p S τ being calculated in that the signed deviation between the current torque m_an and the operating point position m_an_offset via a calculation block Kl mt into a corresponding equivalent pressure P ST according to the equation
p=Δman (Δn) r z Aκ p = Δman (Δn) r z A κ
umgerechnet wird, mitis converted with
Δman: Abweichung Drehmoment zum Arbeitspunkt μ(Δn) : Reibbeiwert Δn: Differenzdrehzahl an der Reibschlußverbindung r: mittlerer Reibradius der Reibschlußverbindung z: Anzahl der Reibbeläge Ak: Kolbenfläche PST: Druckdifferenz, bezogen auf den Arbeitspunkt,Δm on : deviation of torque from the operating point μ (Δn): coefficient of friction Δn: differential speed at the frictional connection r: average friction radius of the frictional connection z: number of friction linings A k : piston area PST: pressure difference, based on the operating point,
wobei konstruktionsbedingte dynamische Druckanteile berücksichtigt werden, indem anschließend die Größe pΞτ um den entsprechenden dynamischen bzw. rotatorischen Druckanteil p_dyn reduziert wird, der aus der Antriebsdrehzahl n kan berechnet wird. design-related dynamic pressure components are taken into account by subsequently reducing the quantity p Ξ τ by the corresponding dynamic or rotary pressure component p_dyn, which is calculated from the drive speed n kan.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Startwert für die Regelphase der Anlege- bzw. Öffnungsdruck des Schaltelements poffset zu Beginn der Regelphase verwendet wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the application or opening pressure of the switching element poffset at the beginning of the control phase is used as the starting value for the control phase.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Anlege- bzw. Öffnungsdruck des Schaltelements poffset zu Beginn der Regelphase bei jeder Schaltung neu bestimmt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the application or opening pressure of the switching element poffs e t is redetermined at the start of the control phase with each switching.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bestimmung des Anlege- bzw. Öffnungsdruck des Reibschlußverbindung Poffset zwischen Befüllphase und Regelphase eine weitere Steuerphase eingefügt wird, wobei eine gesteuerte Druckrampe solange aktiviert bleibt, bis am Drehzahlverlauf der An- und Abtriebsseite eine entsprechende Reaktion vorgegebener Größe erkennbar ist.13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that for determining the application or opening pressure of the frictional connection Poff se t another control phase is inserted between the filling phase and control phase, a controlled pressure ramp remaining activated until the speed curve of the start and a corresponding reaction of predetermined size can be seen on the output side.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die zeitliche Änderung der Gesamtstellgröße Kupplungsdruck mittels eines Dämpfungsgliedes (TP3) geglättet oder auf einen definierten Wert pro Abtastschritt begrenzt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temporal change in the total manipulated variable clutch pressure is smoothed by means of an attenuator (TP3) or limited to a defined value per sampling step.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bevor die Gesamtstellgröße Kupplungsdruck auf die Regelstrecke aufge- schaltet wird, als letzter Schritt in einem Berechnungsblock KlReib noch eine Korrektur bzgl. der Differenzdrehzahlabhängigkeit des Reibbeiwertes erfolgt. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that before the total manipulated variable clutch pressure is applied to the controlled system, the last step in a calculation block Kl Re i b is a correction with respect to the differential speed dependency of the coefficient of friction.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß mittels der gemessenen Getriebeöltemperatur in Verbindung mit einem mathematisch-physikalischen Modell des Wärmeeintrags im- Schlupfbetrieb der Reibschlußverbindung eine Temperaturüberwachung der Reibschlußverbindung durchgeführt wird, um eine Überhitzung und damit eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Kupplungsbeläge zu vermeiden.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that by means of the measured transmission oil temperature in connection with a mathematical-physical model of the heat input in slip operation of the frictional connection, temperature monitoring of the frictional connection is carried out in order to prevent overheating and thus damage or destruction of the Avoid clutch linings.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Soll- Drehzahldifferenz den Wert 0 annimmt, um die Reibschlußverbindung zu schließen.17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the target speed difference assumes the value 0 in order to close the frictional connection.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Ausführen weiterer Funktionalitäten der Reibschlußverbindung lediglich definierte Soll-Drehzahldifferenzwerte eingegeben werden. 18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that only defined target speed difference values are entered to carry out further functionalities of the frictional connection.
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