EP2165086A1 - Verfahren und vorrichtung zu einem ermitteln und einer dämpfung von rupfschwingungen eines antriebsstrangs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zu einem ermitteln und einer dämpfung von rupfschwingungen eines antriebsstrangs

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EP2165086A1
EP2165086A1 EP08774138A EP08774138A EP2165086A1 EP 2165086 A1 EP2165086 A1 EP 2165086A1 EP 08774138 A EP08774138 A EP 08774138A EP 08774138 A EP08774138 A EP 08774138A EP 2165086 A1 EP2165086 A1 EP 2165086A1
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EP
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drive train
clutch
vibrations
torque
torque sensor
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EP08774138A
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Rainer Petzold
Peter Herter
Franz Bitzer
Joachim Staudinger
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • F16H59/14—Inputs being a function of torque or torque demand
    • F16H59/16—Dynamometric measurement of torque

Definitions

  • vibrations may occur that are generated in the clutch. These vibrations occur when periodic torques are generated in a slipping clutch, which are in the natural frequency range of the dynamically separated by the clutch drive train.
  • Forced clutch hitching is excited by external sources with respect to the friction partners, which may include, for example, crankshaft axial vibrations or parallelism deviations on the clutch pressure plate in combination with an angular offset between the clutch pressure plate and the clutch disc carrying the friction lining.
  • the torsional vibrations in the drive train arising during clutch picking are converted by the driven vehicle wheels into longitudinal vibrations of the entire vehicle and transmitted to the vehicle occupants via the operating elements and via the vehicle seats.
  • the clutch picking is perceived by the vehicle occupants as unpleasant vibrations or vibrations, which may also be associated with a noise pollution.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus with which the disturbing torsional vibrations of the drive train can be determined and damped faster and more effective.
  • the disturbing vibrations are detected and evaluated by a control and regulating device by means of suitable sensors. If the limit values previously set are exceeded, the control and regulating device then acts on at least one device in such a way that, when actuated, the disturbing vibration in the drive train and / or in the entire vehicle is completely eliminated or at least attenuated in its amplitude.
  • at least one torque sensor is used to determine the occurrence of torque oscillations and their amplitude in the drive train. The amplitude of the torque oscillations is transmitted to the clutch, whereby the slow adaptation algorithm is omitted and thus the detection time.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the signal of the torque signal leads the signal of the rotational speed signal by 90 degrees, which is advantageous for a regulator method.
  • the clutch position is determined as a function of the torque oscillations of the drive train detected by the torque sensor. is correct to cause damping or extinction of the vibrations. If the transmittable torque of the clutch is changed during the slip phase, this change will have an impact on the vibrations. A purposeful change of the transmittable torque will dampen the drivetrain vibrations, ideally the vibrations will be completely extinguished.
  • a device for reducing the vibrations of the drive train caused by the clutch has at least one torque sensor in the drive train.
  • the sensor is arranged directly after the clutch, where the clutch torque is determined immediately.
  • the sensor is arranged after the gear or on one of the wheel shafts, wherein the oscillation amplitude of the measuring position is converted to determine the oscillation amplitude in the coupling.
  • an already existing torque sensor of the drive train is used to determine the torque oscillations.
  • a highly schematically illustrated Antriebsstrangl which has an internal combustion engine 2, a clutch 3, a transmission 4, a transaxle 5, two wheel shafts 6 and two wheels 7. Furthermore, three possible positions 8, 9, 10 are shown, which are suitable for receiving a torque sensor for determining an occurrence of torque oscillations in the drive train 1.
  • position 8 the Torque vibrations and their amplitudes determined directly at the clutch 3 and transmitted to a clutch control, not shown. In this case, an adjustment of the coupling position can be performed so that the vibrations are damped or extinguished.
  • a torque oscillation in the drive train 1, which is determined in the positions 9 or 10 is first converted by the clutch control in order to determine the corresponding oscillation amplitude in the clutch 3. Since the translations of the axle gear 5 and the gear 4 are known, the calculation of the vibration amplitude in the clutch 3 can be easily performed.

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Abstract

Verfahren zu einem Ermitteln und einer Reduzierung von durch eine Kupplung (3) verursachten Schwingungen in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs, bei dem von einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels geeigneter Sensoren die störenden Schwingungen festgestellt und bei einem Überschreiten von zuvor festgelegten Grenzwerten durch die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung wenigstens eine Vorrichtung derart betätigt wird, dass die störende Schwingungen vollständig beseitigt oder zumindest in ihrer Amplitude gedämpft werden, wobei zum Feststellen des Vorkommens von Schwingungen im Antriebsstrang (1) mindestens ein Drehmomentsensor (8, 9, 10) benutzt wird, wobei der Drehmomentsensor (8, 9, 10) eine Schwingungsamplitude feststellt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zu einem Ermitteln und einer Dämpfung von Rupf- schwingungen eines Antriebsstrangs
In Kraftfahrzeugen können während der Schlupfphase einer Kupplung im Antriebsstrang Schwingungen auftreten, die in der Kupplung erzeugt werden. Diese Schwingungen entstehen, wenn bei einer schlupfenden Kupplung periodische Drehmomente erzeugt werden, die im Eigenfrequenzbereich des durch die Kupplung dynamisch getrennten Antriebsstranges liegen.
Diese auch als Kupplungsrupfen bekannten Schwingungen können selbst- oder zwangserregt sein. Selbsterregtes Kupplungsrupfen wird durch ein Abfallen des Kupplungsbelagreibwertes gegenüber der Gleitgeschwindigkeit verursacht und kann in Abhängigkeit von der Antriebsstranggesamtdämpfung durchaus erheblich sein.
Zwangserregtes Kupplungsrupfen wird dagegen durch in Bezug auf die Reibpartner äußere Quellen angeregt, zu denen beispielsweise Kurbelwellen- axialschwingungen oder Parallelitätsabweichungen an der Kupplungsdruckplatte in Kombination mit einem Winkelversatz zwischen der Kupplungsdruckplatte und der den Reibbelag tragenden Kupplungsscheibe gehören können.
Die beim Kupplungsrupfen entstehenden Drehschwingungen im Antriebsstrang werden von den angetriebenen Fahrzeugrädern in Längsschwingungen des Gesamtfahrzeugs umgewandelt und über die Bedienelemente sowie über die Fahrzeugsitze an die Fahrzeuginsassen übertragen. Das Kupplungsrupfen wird dabei von den Fahrzeuginsassen als unangenehme Vibrationen oder Schwingungen wahrgenommen, die auch mit einer Geräuschbelastung verbunden sein können.
Zwar reduziert eine hohe Dämpfung in den Komponenten des Antriebsstranges die Schwingungsamplituden beim zwangserregten Kupplungsrupfen, diese ist jedoch wegen des allgemeinen Wunsches nach einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeuges oft eine unrealistische Forderung, da eine permanent hohe Dämpfung im Antriebsstrang im wesentlichen nur durch eine ständig wirkende Anhebung der Reibverluste, beispielsweise im Getriebe, in den Lagern und in den Dichtungen erreichbar ist.
Aus der EP 845 616 A2 ist es bekannt, bei einer Anfahrkupplung oder einer Wandlerüberbrückungskupplung ein Kupplungsruckeln mittels geeigneter Sensoren und einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung messtechnisch zu erfassen sowie aktive Maßnahmen zum Beenden dieses Kupplungsruckeln vorsehen. Diese Maßnahmen bestehen darin, den Zündzeitpunkt einer mit der Kupplung antriebstechnisch verbundenen Brennkraftmaschine zu ändern, um so auf das Eingangsdrehmoment der Kupplung einzuwirken. Eine andere Maßnahme sieht vor, den Anpressdruck der Kupplungsdruckplatte auf den Kupplungsreibbelag zu erhöhen, wodurch ein manche Vorteile bietender Schlupfbetrieb der Kupplung nicht mehr möglich ist.
Aus der EP 1 539 526 B1 ist es bekannt, dass mit Hilfe von Drehzahlsensoren die Drehzahlen der Kupplungseingangsseite und der Kupplungsausgangsseite erfasst werden, um ein Vorliegen von Rupfschwingungen zu erkennen. Dabei ist das Drehmoment unbekannt, welches bekannt sein muss, um eine gegenphasige Anregung des Antriebsstrangs entgegen zu setzen. Deshalb wird über einen Adaptionsalgorithmus die Amplitude der gegenphasigen Drehmomentanregung solange modifiziert, bis die Schwingung gedämpft wird. Der Nachteil dabei ist, dass zur Ermittlung der gegenphasigen Schwingungsamplitude durch die Adaptionsalgorithmus eine Erkennungszeit benötigt wird. Dazu müssen die Drehmomentschwingungen durch den Adoptionsalgorithmus ständig neu ermittelt werden, da die Zustände (Drehzahl, Drehmoment, Temperatur, etc.) im Antriebsstrang sich laufend ändern können und dabei die Schwingungsamplitude nicht konstant bleibt. Aufgrund der Erkennzeit der Schwingungsamplitude gelingt eine Dämpfung bzw. Auslöschung nur ungenügend. Da die bekannten Maßnahmen nur unbefriedigende Ergebnisse hinsichtlich der Reduzierung bzw. dem Auslöschen des Kupplungsrupfens bringen, besteht die Aufgabe an die Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzustellen, mit denen die störenden Drehschwingungen des Antriebsstranges schneller und effektiver ermittelt und gedämpft werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Verfahrens- und des Vorrichtungshauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach ist hinsichtlich des Verfahrens vorgesehen, dass von einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels geeigneter Sensoren die störenden Schwingungen erkannt und bewertet werden. Bei einem Überschreiten von zuvor festgelegten Grenzwerten wirkt dann die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung auf wenigstens eine Vorrichtung derart ein, dass durch deren Betätigung die störende Schwingung im Antriebsstrang und/oder im Gesamtfahrzeug vollständig beseitigt oder doch zumindest in ihrer Amplitude gedämpft wird. Erfindungsgemäß wird mindestens ein Drehmomentsensor benutzt, um das Vorkommen von Drehmomentschwingungen und deren Amplitude im Antriebsstrang zu ermitteln. Die Amplitude der Drehmomentschwingungen wird zur Kupplung übermittelt, wobei der langsame Adaptionsalgorithmus entfällt und somit auch die Erkennzeit. Ein Vorkommen von Drehschwingungen im Antriebsstrang, während einer Anfahr- bzw. Rangierphase, kann damit sofort gedämpft werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das Signal des Drehmomentsignals dem Signal des Drehzahlsignals um 90 Grad vorauseilt, was für ein Reglerverfahren von Vorteil ist.
Ferner wird die Kupplungsposition in Abhängigkeit von den vom Drehmomentsensor erfassten Drehmomentschwingungen des Antriebsstrangs be- stimmt, um eine Dämpfung bzw. ein Auslöschen der Schwingungen zu bewirken. Wenn das übertragbare Drehmoment der Kupplung während der Schlupfphase verändert wird, wird diese Veränderung einen Einfluss auf die Schwingungen haben. Eine zielbewusste Veränderung des übertragbaren Drehmomentes wird die Schwingungen des Antriebsstrangs dämpfen, im Idealfall werden die Schwingungen ganz ausgelöscht.
Eine Vorrichtung zur Reduzierung der durch die Kupplung verursachten Schwingungen des Antriebsstrangs weist im Antriebsstrang zumindest einen Drehmomentsensor auf. Vorteilhafterweise ist der Sensor direkt nach der Kupplung angeordnet, wo unmittelbar das Kupplungsdrehmoment ermittelt wird. Alternativerweise ist der Sensor nach dem Getriebe oder auf einer der Radwellen angeordnet, wobei die Schwingungsamplitude der Messposition umgerechnet wird, um die Schwingungsamplitude bei der Kupplung zu ermitteln. Vorteilhafterweise wird ein schon vorhandener Drehmomentsensor des Antriebsstrangs benutzt, um die Drehmomentschwingungen zu ermitteln.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Fig. 1 ein stark schematisch dargestellte Antriebsstrang,
Fig. 2 die Drehmoment- bzw. Drehzahlschwingungen.
In Fig. 1 ist ein stark schematisch dargestellter Antriebsstrangl gezeigt, welcher einen Verbrennungsmotor 2, eine Kupplung 3, ein Getriebe 4, ein Achsgetriebe 5, zwei Radwellen 6 und zwei Räder 7 aufweist. Des Weiteren sind drei mögliche Positionen 8, 9, 10 gezeigt, welche für die Aufnahme eines Drehmomentsensors zum Festellen eines Vorkommens von Drehmomentschwingungen im Antriebsstrang 1 geeignet sind. In die Position 8 werden die Drehmomentschwingungen und deren Amplituden direkt bei der Kupplung 3 ermittelt und an eine nicht gezeigte Kupplungssteuerung übermittelt. Dabei kann eine Justierung der Kupplungsposition durchgeführt werden, sodass die Schwingungen gedämpft bzw. ausgelöscht werden. Eine Drehmomentschwingung im Antriebsstrang 1 , welche in den Positionen 9 oder 10 ermittelt wird, wird von der Kupplungssteuerung erst umgerechnet, um die entsprechende Schwingungsamplitude bei der Kupplung 3 festzustellen. Da die Übersetzungen dem Achsgetriebe 5 und des Getriebes 4 bekannt sind, kann die Berechnung der Schwingungsamplitude bei der Kupplung 3 leicht durchgeführt werden.
In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, welches ein Signal 1 1 einer Drehmomentschwingung und ein Signal 12 einer Drehzahlschwingung aufweist. Es ist deutlich zu sehen wie das Signal 1 1 der Drehmomentschwingung dem Signal 12 der Drehzahlschwingung mit 90 Grad vorauseilt, somit kann die Drehmomentamplitude A früher gemessen werden als die Drehzahlamplitude D.
Bezuqszeichen
1 Antriebsstrang
2 Verbrennungsmotor
3 Kupplung
4 Getriebe
5 Achsgetriebe
6 Radwelle
7 Rad
8 erste Position des Drehmomentsensors
9 zweite Position des Drehmomentsensors
10 dritte Position des Drehmomentsensors
1 1 Drehmomentsignal
12 Drehzahlsignal
n Drehzahl
M Drehmoment t Zeit
A Drehmomentamplitude
D Drehzahlamplitude

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zu einem Ermitteln und einer Reduzierung von durch eine Kupplung (3) verursachten Schwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei dem von einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels geeigneter Sensoren die störenden Schwingungen festgestellt und bei einem Überschreiten von zuvor festgelegten Grenzwerten durch die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung wenigstens eine Vorrichtung derart betätigt wird, dass die störenden Schwingungen vollständig beseitigt oder zumindest in ihrer Amplitude gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Feststellen des Vorkommens von Schwingungen im Antriebsstrang (1) mindestens ein Drehmomentsensor (8, 9, 10) benutzt wird, wobei der Drehmomentsensor (8, 9, 10) eine Schwingungsamplitude feststellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von den Drehmomentschwingungen des Antriebsstrangs (1), eine Kupplungsposition bestimmt wird, welche derart auf die Drehmomentschwingungen einwirkt, dass sie gedämpft werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Drehmomentschwingungen durch einen im Antriebsstrang (1) schon vorhandenen Drehmomentsensor ermittelt wird.
4. Vorrichtung zu einem Ermitteln und einer Reduzierung von durch eine Kupplung (3) verursachten Schwingungen in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei im Antriebsstrang (1) eine Kupplung angeordnet ist und eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels geeigneter Sensoren die störenden Schwingungen feststellt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drehmomentsensor (8, 9, 10) vorhanden ist, um die störende Schwingungen festzustellen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Drehmomentsensor (8, 9, 10) entweder direkt nach der Kupplung (3) oder direkt nach dem Getriebe (4) oder auf einer Radwelle (6) des Fahrzeugs angeordnet ist.
EP08774138A 2007-07-11 2008-06-19 Verfahren und vorrichtung zu einem ermitteln und einer dämpfung von rupfschwingungen eines antriebsstrangs Withdrawn EP2165086A1 (de)

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