WO2006047806A1 - Verfahren zur steuerung eines hydraulischen aktuators mit schnellablassventil, steuersystem und reibungskupplung mit einem solchen - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines hydraulischen aktuators mit schnellablassventil, steuersystem und reibungskupplung mit einem solchen Download PDF

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WO2006047806A1
WO2006047806A1 PCT/AT2005/000444 AT2005000444W WO2006047806A1 WO 2006047806 A1 WO2006047806 A1 WO 2006047806A1 AT 2005000444 W AT2005000444 W AT 2005000444W WO 2006047806 A1 WO2006047806 A1 WO 2006047806A1
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actual
electric motor
actuator
controller
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PCT/AT2005/000444
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Albert Kusej
Johannes Quehenberger
Anton Hofer
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Magna Drivetrain Ag & Co Kg
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    • F16D2500/704—Output parameters from the control unit; Target parameters to be controlled
    • F16D2500/70402—Actuator parameters
    • F16D2500/70406—Pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a hydraulic actuator of a friction clutch, which is a pump, which is driven by an electric motor controlled by a control system, a pressure line containing a remindschlagven ⁇ til leading to an actuator cylinder with an actuator piston, wherein the pressure in the actuator cylinder is to be controlled or regulated, and comprises a quick-release valve which holds a slide entresponsive to the pressure prevailing on the side of the pump facing it. It is particularly intended to the actuator of a multi-plate clutch in the drive train of a motor vehicle, are placed on the special requirements because of the characteristics of such couplings and the special requirements in motor vehicles with vehicle dynamics systems.
  • the underlying object of the invention is to teach a method and a control system which permits the exact setting of a specific pressure, the very rapid lowering of the pressure, and the holding of the print with a minimum of electrical pressure Energy is allowed and on top of that is intrinsically safe. The latter means that the pressure drops safely when the controller fails.
  • a manipulated variable for the electric motor is determined, depending on the Signum the difference between the target pressure and actual pressure at least two different control algorithms are executed.
  • the Stell ⁇ size for the electric motor depends on its special design and Ansteue ⁇ tion. It can be a permanent magnet DC motor with control of Amperage or voltage or any other controllable electric motor.
  • the sign of the difference is to be understood as its sign. It is positive if the target pressure is greater than the actual pressure, and negative in the reverse case. It is zero if the pressure difference is less than a predetermined tolerance, which may also be specified by a higher-level system (for example a driving dynamics controller).
  • control algorithms initially allow a precise setting of a specific pressure with a positive sign and an extremely rapid lowering of the pressure with a negative sign, and also additional measures to keep the respective pressure as energy-saving as possible.
  • control system is structured differently in the two operating states and behaves differently by the interaction of check valve and quick release valve.
  • the control algorithm compares the target pressure in the actuator cylinder with the actual pressure and forms a manipulated variable for the electric motor.
  • the control parameters are adapted as a function of operating variables (claim 2), in particular as a function of the pressure in the actuator cylinder (claim 3).
  • the control algorithm is preferably that of a PID controller, but it can also be that of a state controller or fuzzy logic.
  • the control parameters of the controller must be selected according to the characteristics of the control system consisting of electric motor, pump, check valve, pressure cylinder and friction clutch.
  • the adaptation takes into account the fact that the package rigidity of the entire clutch (in other words, the spring characteristic) over the closing path of the clutch is highly nonlinear. It breaks down into three sections with very different pitch.
  • control algorithm during pressure build-up it is that of a cascade controller, wherein in a first controller a desired speed of the electric motor is obtained from the difference between the setpoint pressure and the actual pressure in the actuator cylinder, and the difference in a second controller from the desired rotational speed and the actual rotational speed of the electric motor, a desired electrical variable, and in a third controller from the difference between the electrical target size and the elektri ⁇ 's actual size, a manipulated variable is determined, with which the electric motor ⁇ is controlled (claim 4).
  • the cascading has the following advantages: more favorable dynamics, because the time constants of the individual controllers can be adapted to the respective time constants of the controlled system; better regulation of disturbances through the internal feedback; Protection of the electric motor against overload.
  • a further improvement is achieved in that the control parameters of the first regulator are adapted as a function of operating variables, in particular the pressure in the actuator cylinder (claim 5).
  • the control parameters of the first regulator are adapted as a function of operating variables, in particular the pressure in the actuator cylinder (claim 5).
  • several controllers with different controller parameters and subsequent selection can be used.
  • the control algorithm in a first variant forms a manipulated variable for the electric motor by comparing the desired position of the slide of the quick-release valve with its actual position, wherein the desired position of the slide primarily consists of the Values of target pressure and actual pressure in the actuator cylinder is formed (claim 6).
  • the actual position of the slider is determined from one or more operating variables of the actuator (claim 7), for example from a size corresponding to the angle of rotation of the electric motor (claim 8).
  • the position of the quick-release valve can also be measured.
  • control algorithm in a second variant forms a manipulated variable for the electric motor by comparing the desired gradient with the actual gradient of the pressure in the actuator cylinder, the desired gradient being a function of the setpoint pressure and the actual Pressure in Aktuator ⁇ cylinder and the actual gradient is formed by time derivative of the actual pressure in Ak ⁇ tuatorzylinder (claim 9).
  • control algorithm for pressure reduction (negative sign) it is that of a cascade controller, wherein in a first controller from the difference between the desired position and the actual position of the slider, a target speed of the electric motor, in a second controller from the difference from the setpoint speed and the actual speed of the electric motor, a desired electrical variable, and in ei ⁇ nem third controller from the difference between the electrical target size and the electrical actual size, a manipulated variable is determined with which the electric motor is driven is (claim 10).
  • a cascade controller wherein in a first controller from the difference between the desired position and the actual position of the slider, a target speed of the electric motor, in a second controller from the difference from the setpoint speed and the actual speed of the electric motor, a desired electrical variable, and in ei ⁇ nem third controller from the difference between the electrical target size and the electrical actual size, a manipulated variable is determined with which the electric motor is driven is (claim 10).
  • special measures are also to be provided for holding the pressure in the actuator cylinder (if the sign of the difference between the target pressure and the actual pressure is within a predetermined tolerance). Then, the control algorithm monitors the actual pressure in the actuator cylinder in a first variant and, at a defined pressure drop, forms a manipulated variable for the electric motor, which accelerates it from reduced rotational speed or starts at standstill (claim 11). In a second variant, the control algorithm monitors the position of the slide and forms a manipulated variable for the electric motor for a defined deviation (claim 12). The manipulated variable for the electric motor is the motor current (claim 13). If the pressure is to be held in the actuator cylinder, then only the quick release valve must be kept closed. The required Pressure is determined by the force of the spring acting on the slider and this pressure corresponds to a certain motor current.
  • the invention also relates to a system for controlling a hydraulic actuator of a friction clutch, which comprises the components specified in the preamble of the first claim, wherein the system includes a processor and a driver stage for driving the electric motor.
  • the processor forms at least two controllers with different control behavior and contains a selection logic which, depending on whether the pressure in the actuator cylinder is to be raised or lowered, selects the output signal of one or the other controller (claim 14).
  • This takes into account the fact that the control path in the two operating states is structured differently by the interaction of check valve and quick-release valve and behaves differently. Thus, with a total of minimal consumption of electrical energy, a certain pressure can be set precisely as well as lowered again very quickly.
  • the one and / or other controller is designed as a cascade controller, wherein in the cascade a first controller compares the respective control variables with each other and forms a target speed for the electric motor, a second controller sets the desired speed with the actual speed.
  • Dreh ⁇ number of the electric motor compares and forms an electrical target size, and a third controller compares the electrical target size with an electrical actual size and determines a manipulated variable with which the electric motor is driven (claim 15).
  • the invention also relates to a friction clutch for the drive train of a motor vehicle with an actuator, which comprises the components specified in the preamble of the first claim, and which has a control system according to claim 13, wherein the transmissible by the friction clutch torque substantially to the pressure in Actuator cylinder is proportional (claim 16).
  • FIG. 1 shows a diagram of the actuator according to the invention with a friction clutch
  • FIG. 2 a block diagram of the control system according to the invention
  • FIG. 3 A diagram of the positive sign regulator
  • FIG. 4 shows a variant of the regulator of FIG. 3, FIG.
  • FIG. 6 shows a variant of the regulator of FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 A diagram of the negative sign regulator in a second embodiment.
  • Fig. 1 is summarily a cylinder-piston unit with I 5 a valve unit with 2 and an electric motor-pump unit designated 3.
  • a pressure chamber 4 which is connected via a line 6 to the valve unit 2 in communication, wherein the pressure fluid contained in the pressure chamber 4 acts on a piston 5.
  • This piston 5 is part of a friction clutch 7, or is in direct connection with this.
  • the friction clutch 7 is only interpreted, as of the usual type with lamellae and a spring.
  • the pressure exerted by the piston 5 acts against the force of this spring and the clutch discs. As the pressure increases, the torque transmittable by the clutch increases approximately proportionally with the pressure.
  • the valve unit 2 comprises a quick-release valve 8 and a check valve 9.
  • the latter has a ball 9 'pressed against a seat by a spring 9.
  • the quick-release valve 8 is formed by a sleeve 10 with at least one opening 11, which opening communicates via the line 6
  • the J piston 12 separates a first chamber 13 containing a compression spring 14 from a second chamber 17.
  • the first chamber 13 is connected to a via a discharge line 15 Swamp 16 in conjunction, from which the electric motor-pump unit 3 sucks fluid or into which it delivers fluid to the second chamber 17, a pressure line 18 is connected, which in turn the connection between the electric motor-pump unit 3 and - Via the check valve 9 - to Druck ⁇ space 4 produces.
  • the electric motor-pump unit 3 consists of a pump for the pressurized fluid and a motor 20, which is controlled by a control system 21.
  • a permanent-magnet DC motor is used.
  • the control system 21 receives as input signal from sensors 22 (here only a pressure sensor indicated) determined actual values and via a line 23 a desired value of a pressure in the actuator cylinder, which generates the force acting on the lamellae of the clutch 7 contact pressure and the maximum of the clutch ma ⁇ corresponds to transmitted torque.
  • sensors 22 here only a pressure sensor indicated
  • the control system 21 receives as input signal from sensors 22 (here only a pressure sensor indicated) determined actual values and via a line 23 a desired value of a pressure in the actuator cylinder, which generates the force acting on the lamellae of the clutch 7 contact pressure and the maximum of the clutch ma ⁇ corresponds to transmitted torque.
  • the elements described so far form the actuator of the coupling 7.
  • the operation of the arrangement described is the following: In the 7 ig.
  • control system 21 is shown as part of a control loop, it forms with an actuator and its controlled system, which together are here indicated and designated 28.
  • actuator and control system On the actuator and the control system ind various sensors mounted generating signals 22, namely:
  • Detected signals such as a torque or speed signal.
  • the actual pressure signal 22a or 22h and individual ones of the further signals 22b to 22 g are available to the control system 21.
  • a signal 23 emitted by a superordinate control system which indicates the desired pressure (p so n) in the actuator cylinder 4 and which is essentially proportional to the maximum torque to be transmitted by the clutch.
  • the control system 21 roughly consists of an analog-to-digital converter 25, which provides the signals 22 and 23 in digital form to a computing unit 26.
  • Their output signal 36 is a manipulated variable for the motor 20, which is supplied to a driver stage 27, the electric motor supplied to the electric motor. see current regarding voltage and / or amperage controls.
  • the input signal 23 can already be in digital form and additionally also contain the width of the tolerance range.
  • three controllers 30,31,32 and a selection logic 33 are provided. All three are arranged in parallel, they receive as input the desired pressure 23 (p so n) and the measurement signals 22, but at least the actual pressure 22a or 22h and all three controllers provide as output a manipulated variable 34a, 34b, 34c for the electric motor 20, from which the selection logic 33, also as a function of the target pressure 23 (p so u) and the measuring signals 22, but at least to that of the actual pressure 22a or 22h (pi St) a signal 36 selects.
  • the three regulators 30, 31, 32 connected in parallel come into action, always only one, in different control situations.
  • the sign of the pressure difference designates its sign, which is positive in this case.
  • the second controller 31 acts when the pressure difference and thus the sign is negative, which corresponds to a falling pressure in the actuator cylinder (and ei ⁇ nem disengagement of the clutch).
  • a third regulator may be provided to hold the pressure. It works when the target pressure and the actual pressure in the actuator cylinder are within the specified tolerance. He is also referred to as a holding controller.
  • the selected by the selection logic 33 manipulated variable 36 for the motor 20 is the driver stage 27 passed.
  • the first controller 30 consists of the actual controller 37 and a computer 38 for the calculation of the control parameters on the basis of individual input signals 22, in particular, but not exclusively, of the actual pressure signal 22a or 22h.
  • the control parameters calculated by this are assigned to the actual controller 37 predetermined for adaptation.
  • the controller 30 is overall adaptive. This takes into account the fact that the relationship between the pressure to be overcome by the actuator piston (5) (consisting of the force of the clutch springs and the contact pressure of the clutch plates required for the transmission of a specific torque) and its travel is highly nonlinear is. Without the Adapttechniksflinktion the adjustment process in the range of low force would take much too long.
  • the factors describing the controller are adjusted in accordance with the input signals 22 and 23, in particular the actual pressure 22a, 22h, so that the adjustment of the piston 5 meets the requirements in all areas corresponds to the dynamics.
  • the parameters determined by the computer 38 are supplied to the actual controller 37 via the connection 39.
  • a controller a compound or a loop is spoken, it is meant when using a processor, a program module that performs aus ⁇ the corresponding control algorithm.
  • the controller 30 is designed as a cascade controller which consists of three sub-controllers 40, 43, 45 which are connected in cascade.
  • the first i sub-controller 40 is divided into three areas 40 ⁇ , 40
  • a selection logic 41 which, like the input of the controller 40 via the "line” 42, the actual pressure signal (pi st ), it (42) forms an outer return loop of the cascade.
  • the output of the first sub-controller 40 is a target speed of the engine (n so n).
  • the second sub-controller 43 of the cascade is a speed controller to which the setpoint speed signal (n so n) of the first sub-controller 40 and via an average feedback loop 44 an actual speed (n ist ) of the motor zuge ⁇ leads.
  • the output signal is a desired current signal (I so n) for the motor. It 5 is compared in the third subcontroller 45 with the actual current (Ii St ) of the motor and generates a manipulated variable 34a for the motor 20. Actuator and controlled system 28 are indicated.
  • the actual controller 50 is supplied with an actual value 22f (Xi st ) corresponding to the actual position of the spool 12 and a target value of the position of the spool 12 (x so n). The latter is calculated primarily from the target pressure 23 (p so n) in the actuator cylinder and from the actual pressure signal 22a or 22h (pi st ). Further measurement signals 22 can be supplied to the controller via the loop 52.
  • the output signal 34 of the actual controller 50 is again a manipulated variable 34b for the electric motor.
  • the controller 31 for negative sign is again designed as a cascade controller.
  • the arithmetic unit 60 determines the desired position of the slide 12 (x so n) from the actual pressure 22a or 22h (pi st ) and the target pressure 23 (p so ii) in the actuator cylinder 4, wherein the desired value (x so n) the Position of the slider 12 is a function of the flow area of the opening 11.
  • the desired value (Xi St ) is calculated from the desired value (x so n) of the position of the slider 12 and from its actual value (Xi St ), preferably from the actual angle of rotation in a computing unit 61 22d actual speed (ni St ) of the motor is determined, a target speed of the motor (n so n) determined.
  • the actual position (xi st ) of the slider 12 is supplied to the first sub-controller 63 (a position controller) via an external feedback loop 62.
  • a setpoint current (I soll ) for the motor is calculated from the setpoint speed (n so n) of the motor and an actual speed (nj St ) of the motor communicated via an average feedback loop 64 , This (I soll ) in turn is compared with the actual current (Ii St ) delivered via an inner feedback loop 66 5 000444
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the second regulator 31 (negative sign) which differs from that of FIG. 5 in that instead of the setpoint position (X so ii) of the slide 12, the pressure gradient (dp / dt) is the input variable ⁇ is used.
  • the actual controller 70 compares a desired value (dp / dt so ⁇ ) of the pressure gradient with an actual value (dp / dti st ) of the pressure gradient.
  • the former is calculated in the arithmetic cylinder 4 in a computing unit 71 from the desired track 23 (p so n) and the actual pressure 22a o- 22h (p ⁇ St ).
  • the second one is determined in a unit 72 from the actual duck signal 22a or 22h (p ist ).
  • the output quantity is again the manipulated variable 34b for the electric motor.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Aktuators einer Reibungskupplung (7), welcher umfasst: eine Pumpe (19), die von einem von einem Steuersystem (21) gesteuerten Elektromotor (20) angetrieben ist, eine ein Rückschlagventil (9) enthaltende Druckleitung (18), die von der Pumpe (19) zu einem Aktuatorzylinder (4) mit einem auf die Reibungskupplung (7) einwirkenden Aktuatorkolben (5) führt, wobei der Druck im Aktuatorzylinder (4) zu steuern ist, und ein mit dem Aktuatorzylinder (4) strömungsverbundenes Schnellablassventil (8), das einen Schieber (12) enthält, der auf den an der ihm zugekehrten Seite der Pumpe (19) herrschenden Druck anspricht. Um das dynamische und statische Regelverhalten des Aktuators zu optimieren, wird aus dem Soll-Druck (23) und dem Ist-Druck (22a) im Aktuatorzylinder (4) eine Stellgröße (34) für den Elektromotor (20) ermittelt, wobei je nach dem, ob die Differenz aus Soll-Druck und Ist-Druck positiv oder negativ ist, mindestens zwei verschiedene Regelalgorithmen (30, 31, 32) ausgeführt werden.

Description

VERFAHREN ZUR STEUERUNG EINES HYDRAULISCHEN
AKTUATORS MIT SCHNELLABLASSVENTIL, STEUERSYSTEM
UND REIBUNGSKUPPLUNG MIT EINEM SOLCHEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Aktua- tors einer Reibungskupplung, welcher eine Pumpe, die von einem von einem Steuersystem gesteuerten Elektromotor angetrieben ist, eine ein Rückschlagven¬ til enthaltende Druckleitung, die zu einem Aktuatorzylinder mit einem Aktua- torkolben führt, wobei der Druck im Aktuatorzylinder zu steuern beziehungs¬ weise zu regeln ist, und ein Schnellablassventil umfasst, das einen Schieber ent¬ hält, der auf den an der ihm zugekehrten Seite der Pumpe herrschenden Druck anspricht. Dabei ist insbesondere an den Aktuator einer Lamellenkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges gedacht, an den wegen der Eigenheiten solcher Kupplungen und der besonderen Anforderungen in Kraftfahrzeugen mit Fahrdynamiksystemen besondere Anforderungen gestellt werden.
Die besonderen Anforderungen an die Steuerbarkeit von Reibungskupplungen bestehen sowohl hinsichtlich der Genauigkeit der Einstellung eines bestimmten Drehmomentes als auch hinsichtlich der Geschwindigkeit der Steuerung. Letzte- res besonders beim Lösen der Kupplung, etwa bei einem ABS- oder ESP-Ein- griff. Weiters soll der Elektromotor insgesamt möglichst wenig Energie verbrau¬ chen, also auch nur laufen, wenn nötig. Dazu kommt noch die Forderung nach Eigensicherheit. Das bedeutet, dass sich bei Systemausfall der sicherste Zustand (meist ist das die gelöste Kupplung) von selbst einstellen soll.
Diese Anforderungen bedingen eine Ausfuhrung des Aktuators gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruches, wie er beispielsweise Gegenstand der WO 2004/040158 A2 der Anmelderin ist. Dieser sind weitere Details zu entnehmen. Ein derartiger Aktuator ist kostengünstig, weil auf die bei konventionellen Ak- tuatoren nötigen Steuerventile verzichtet werden kann. Die Ansteuerung des Elektromotors zur Betätigung des Aktuators ist allerdings regelungstechnisch anspruchsvoll und Gegenstand der vorliegenden Erfindung, welche unabhängig von der speziellen Bauweise und Ansteuerung des Elektromotors selbst an¬ wendbar ist.
Somit besteht die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe darin, ein Verfah¬ ren und ein Steuersystem zu lehren, das die genaue Einstellung eines bestimm¬ ten Druckes, das sehr schnelle Absenken des Druckes, und das Halten des Dru¬ ckes mit einem Minimum an elektrischer Energie erlaubt und obendrein eigensi¬ cher ist. Letzteres bedeutet, dass der Druck bei Ausfall der Steuerung sicher ab¬ sinkt.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass aus dem Soll-Druck und dem Ist-Druck im Aktuatorzylinder eine Stellgröße für den Elektromotor ermittelt wird, wobei je nach dem Signum der Differenz aus Soll-Druck und Ist-Druck mindestens zwei verschiedene Regelalgorithmen ausgeführt werden. Die Stell¬ größe für den Elektromotor hängt von dessen spezieller Bauweise und Ansteue¬ rung ab. Es kann ein permanenterregter Gleichstrommotor mit Steuerung der Stromstärke oder Spannung oder ein beliebiger anderer steuerbarer Elektromotor sein. Unter dem Signum der Differenz ist deren Vorzeichen zu verstehen. Es ist positiv, wenn der Soll-Druck größer als der Ist Druck ist, und negativ im umge¬ kehrten Fall. Es ist Null, wenn die Druckdifferenz kleiner als eine vorgegebene Toleranz ist, wobei diese auch von einem übergeordneten System (zum Beispiel einem Fahrdynamikregler) vorgegeben sein kann. Die verschiedenen Regelalgo¬ rithmen erlauben zunächst ein genaues Einstellen eines bestimmten Druckes bei positivem Signum und ein extrem schnelles Absenken des Druckes bei negati¬ vem Signum, und auch zusätzliche Maßnahmen, um den jeweiligen Druck mög¬ lichst Energie sparend zu halten. Damit ist der Tatsache Rechnung getragen, dass durch das Zusammenspiel von Rückschlagventil und Schnellablassventil die Regelstrecke in den beiden Betriebszuständen verschieden strukturiert ist und sich verschieden verhält.
Zum Druckaufbau, bei positivem Signum, vergleicht der Regelalgorithmus den Soll-Druck im Aktuatorzylinder mit dem Ist-Druck und bildet eine Stellgröße für den Elektromotor. Die Regelparameter werden in Abhängigkeit von Be¬ triebsgrößen adaptiert (Anspruch 2), insbesondere in Abhängigkeit des Druckes im Aktuatorzylinder (Anspruch 3). Der Regelalgorithmus ist vorzugsweise der eines PID-Reglers, er kann aber auch der eines Zustandsregler oder Fuzzy Logic sein. Die Regelparameter des Reglers sind entsprechend den Eigenschaften der beim Druckaufbau aus Elektromotor, Pumpe, Rückschlagventil, Druckzylinder und Reibungskupplung bestehenden Regelstrecke passend zu wählen. Mit der Adaptierung wird der Tatsache Rechnung getragen, dass Paketsteifigkeit der ganzen Kupplung (mit anderen Worten: die Federkennline) über den Schließweg der Kupplung stark nichtlinear ist. Sie zerfällt in drei Teilbereiche mit stark unterschiedlicher Steigung. In Weiterbildung des Regelalgorithmus bei Druckaufbau (positives Signum) ist er der eines Kaskadenreglers, wobei in einem ersten Regler aus der Differenz aus Soll-Druck und Ist-Druck im Aktuatorzylinder eine Soll-Drehzahl des Elekt¬ romotors, in einem zweiten Regler aus der Differenz aus der Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl des Elektromotors eine elektrische Soll-Größe, und in einem dritten Regler aus der Differenz aus der elektrischen Soll-Größe und der elektri¬ schen Ist-Größe eine Stellgröße ermittelt wird, mit der der Elektromotor ange¬ steuert wird (Anspruch 4).
Die Kaskadierung hat folgende Vorteile: Günstigere Dynamik, weil die Zeitkon¬ stanten der einzelnen Regler den jeweiligen Zeitkonstanten der Regelstrecke an- gepasst werden können; besseres Ausregeln von Störgrößen durch die innere Rückführung; Schutz des Elektromotors vor Überlastung. Bei der Kaskadierung wird eine weitere Verbesserung dadurch erzielt, dass die Regelparameter des ersten Reglers in Abhängigkeit von Betriebsgrößen, insbesondere des Druckes im Aktuatorzylinder, adaptiert werden (Anspruch 5). Anstelle der Adaptierung können auch mehrere Regler mit verschiedenen Reglerparametern und nachfol¬ gender Auswahl eingesetzt werden.
Zum Druckabbau (negatives Signum) bildet der Regelalgorithmus in einer ers¬ ten Variante durch Vergleich der Soll-Stellung des Schiebers des Schnellablass- ventiles mit dessen Ist-Stellung eine Stellgröße für den Elektromotor, wobei die Soll-Stellung des Schiebers in erster Linie aus den Werten von Soll-Druck und Ist-Druck im Aktuatorzylinder gebildet wird (Anspruch 6). Dabei wird die Ist- Stellung des Schiebers aus einer oder mehreren Betriebsgrößen des Aktuators ermittelt (Anspruch 7), etwa aus einer dem Drehwinkel des Elektromotors ent¬ sprechenden Größe (Anspruch 8). Die Position des Schnellablassventiles kann aber auch gemessen werden. Zum Druckabbau (negatives Signum) bildet der Regelalgorithmus in einer zwei¬ ten Variante durch Vergleich des Soll-Gradienten mit dem Ist-Gradienten des Druckes im Aktuatorzylinder eine Stellgröße für den Elektromotor, wobei der Soll-Gradient als Funktion des Soll-Druckes und des Ist-Druckes im Aktuator¬ zylinder und der Ist-Gradient durch zeitliche Ableitung des Ist-Druckes im Ak¬ tuatorzylinder gebildet wird (Anspruch 9).
In Weiterbildung des Regelalgorithmus bei Druckabbau (negatives Signum) ist er der eines Kaskadenreglers, wobei in einem ersten Regler aus der Differenz aus der Soll-Position und der Ist-Position des Schiebers eine Soll-Drehzahl des Elektromotors, in einem zweiten Regler aus der Differenz aus der Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl des Elektromotors eine elektrische Soll-Größe, und in ei¬ nem dritten Regler aus der Differenz aus der elektrischen Soll-Größe und der elektrischen Ist-Größe eine Stellgröße ermittelt wird, mit der der Elektromotor angesteuert wird (Anspruch 10). Auch hier werden wieder die oben erwähnten Vorteile einer Kaskadenregelung benutzt.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch für das Halten des Druckes im Aktuatorzylinder (wenn das Signum der Differenz aus Soll- Druck und Ist-Druck innerhalb einer vorgegebenen Toleranz ist) besondere Maßnahmen vorzusehen. Dann überwacht der Regelalgorithmus in einer ersten Variante den Ist-Druck im Aktuatorzylinder und bildet bei einem definierten Druckabfall eine Stellgröße für den Elektromotor, die diesen aus verminderter Drehzahl beschleunigt oder bei Stillstand in Gang setzt (Anspruch 11). In einer zweiten Variante überwacht der Regelalgorithmus die Stellung des Schiebers und bildet bei einer definierten Abweichung eine Stellgröße für den Elektromo¬ tor (Anspruch 12). Dabei ist die Stellgröße für den Elektromotor der Motorstrom (Anspruch 13). Soll der Druck im Aktuatorzylinder gehalten werden, muss ja nur das Schnellablassventil geschlossen gehalten werden. Der dazu erforderliche Druck ist durch die Kraft der auf den Schieber wirkenden Feder bestimmt und diesem Druck entspricht ein bestimmter Motorstrom.
Die Erfindung betrifft auch ein System zur Steuerung eines hydraulischen Aktu- ators einer Reibungskupplung, welcher die im Oberbegriff des ersten Anspru¬ ches angeführten Komponenten umfasst, wobei das System einen Prozessor und eine Treiberstufe zur Ansteuerung des Elektromotors enthält. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass der Prozessor mindestens zwei Regler mit verschiedenem Regelverhalten bildet und eine Auswahllogik enthält, die je nach dem, ob der Druck im Aktuatorzylinder angehoben oder abgesenkt werden soll, das Aus¬ gangssignal des einen oder des anderen Reglers auswählt (Anspruch 14). Damit ist der Tatsache Rechnung getragen, dass durch das Zusammenspiel von Rück¬ schlagventil und Schnellablassventil die Regelstrecke in den beiden Betriebszu- ständen verschieden strukturiert ist und sich verschieden verhält. So kann bei insgesamt minimalem Verbrauch an elektrischer Energie ein bestimmter Druck sowohl genau eingestellt, als auch sehr schnell wieder abgesenkt werden.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systemes ist der eine und/oder andere Regler als Kaskadenregler ausgebildet, wobei in der Kaskade ein erster Regler die jeweiligen Regelgrößen miteinander vergleicht und eine Soll-Drehzahl für den Elektromotor bildet, ein zweiter Regler die Soll-Drehzahl mit der Ist-Dreh¬ zahl des Elektromotors vergleicht und eine elektrische Soll-Größe bildet, und ein dritter Regler die elektrische Soll-Größe mit einer elektrischen Ist-Größe vergleicht und eine Stellgröße ermittelt, mit der der Elektromotor angesteuert wird (Anspruch 15). Damit werden die weiter oben angeführten Vorteile der Kaskadenregelung erzielt, wobei bei Implementierung in einem Prozessor der Mehraufwand nur in zusätzlichen Messeinrichtungen für die in den inneren Schleifen rückgeführten Betriebsgrößen besteht, beziehungsweise die Messein¬ richtungen sowieso vorhanden sind. Die Erfindung betrifft auch noch eine Reibungskupplung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Aktuator, welcher die im Oberbegriff des ers¬ ten Anspruches angeführten Komponenten umfasst, und die ein Steuersystem nach Anspruch 13 aufweist, wobei das von der Reibungskupplung übertragbare Drehmoment im Wesentlichen dem Druck im Aktuatorzylinder proportional ist (Anspruch 16).
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und er¬ läutert. Es stellen dar:
- Fig. 1 : Ein Schema des erfindungsgemäßen Aktuators mit einer Reibungs¬ kupplung,
- Fig. 2: Ein Blockschaubild des erfindungsgemäßen Steuersystemes,
- Fig. 3 : Ein Schema des Reglers für positives Signum,
- Fig. 4: Eine Variante des Reglers der Fig. 3,
- Fig. 5: Ein Schema des Reglers für negatives Signum in einer ersten Ausfüh¬ rungsform, ä
- Fig. 6: Eine Variante des Reglers der Fig. 5,
- Fig. 7: Ein Schema des Reglers für negatives Signum in einer zweiten Aus¬ führungsform.
In Fig. 1 ist summarisch eine Zylinder-Kolben-Einheit mit I5 eine Ventil-Einheit mit 2 und eine Elektromotor-Pumpe-Einheit mit 3 bezeichnet. In der Zylinder- Kolben-Einheit 1 ist ein Druckraum 4, der über eine Leitung 6 mit der Ventil- Einheit 2 in Verbindung steht, wobei das im Druckraum 4 enthaltene Druckfluid auf einen Kolben 5 wirkt. Dieser Kolben 5 ist Teil einer Reibungskupplung 7, oder steht mit dieser direkt in Verbindung. Die Reibungskupplung 7 ist nur an- gedeutet, da von der üblichen Bauart mit Lamellen und einer Feder. In der Rei¬ bungskupplung 7 wirkt der vom Kolben 5 ausgeübte Druck gegen die Kraft die¬ ser Feder und der Kupplungsscheiben. Bei steigendem Druck steigt das von der Kupplung übertragbare Drehmoment ungefähr proportional mit dem Druck.
Die Ventileinheit 2 enthält ein Schnellablassventil 8 und ein Rückschlagventil 9. Letzteres hat eine von einer Feder 9" gegen einen Sitz gedrückte Kugel 9'. Das Schnellablassventil 8 wird gebildet von einer Büchse 10 mit mindestens einer Öffnung 11, welche Öffnung über die Leitung 6 mit dem Druckraum 4 in Ver¬ bindung steht, und von einem in der Büchse 10 verschiebbaren Kolben 12. Der J Kolben 12 trennt einen eine Druckfeder 14 enthaltenden ersten Raum 13 von einem zweiten Raum 17. Der erste Raum 13 steht über eine Ablassleitung 15 mit einem Sumpf 16 in Verbindung, aus dem die Elektromotor-Pumpe-Einheit 3 Fluid ansaugt bzw. in das sie Fluid fördert. An den zweiten Raum 17 ist eine Druckleitung 18 angeschlossen, die ihrerseits die Verbindung zwischen der E- lektromotor-Pumpe-Einheit 3 und - über das Rückschlagventil 9 - zum Druck¬ raum 4 herstellt.
Die Elektromotor-Pumpe-Einheit 3 besteht aus einer Pumpe für das Druckfluid und aus einem Motor 20, der von einem Steuersystem 21 angesteuert wird. Im beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ist ein permanenterregter Gleichstrommotor eingesetzt. Das Steuersystem 21 erhält als Eingangssignal von Sensoren 22 (hier ist nur ein Drucksensor angedeutet) ermittelte Istwerte und über eine Leitung 23 einen Sollwert eines Druckes im Aktuatorzylinder, der den auf die Lamellen der Kupplung 7 wirkenden Anpressdruck erzeugt und dem von der Kupplung ma¬ ximal zu übertragenden Drehmoment entspricht. Die bisher beschriebenen Ele¬ mente bilden den Aktuator der Kupplung 7. )ie Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist die Folgende: In der in 7ig. 1 abgebildeten Stellung fördert die Elektromotor-Pumpe-Einheit 3 entweder iberhaupt nicht oder mit einem Druck, der nicht ausreicht, um das Rückschlag¬ ventil 9 zu öffnen, oder das Schnellablassventil 8 zu schließen. Im Druckraum 4 ierrscht kein Druck, die nicht dargestellte Kupplung ist somit nicht beauf- jchlagt, übertragt also kein Drehmoment. Steigt nun der Druck des von der Pumpe 19 gelieferten Druckmediums in der Leitung 18, so wirkt dieser im zwei¬ ten Raum 17 auf die Unterseite des als Kolben ausgebildeten Schiebers 12 gegen die Kraft der Feder 14. Bei einem bestimmten Druck beginnt der Schieber 12, sich aufwärts zu bewegen, wobei er die Öffnung 11 und damit den Abfluss aus dem Drackraum 4 schließt. Erst, wenn die Öffnung 11 ganz geschlossen ist, öff¬ net sich das Rückschlagventil 9 und Druckfluid kann in den Druckraum 4 strö¬ men und die Kupplung entsprechend ansteuern.
Wird die Pumpe 19 nun angehalten, so sinkt der auf den Schieber 12 wirkende Druck, gleichzeitig schließt das Rückschlagventil 9. Der Schieber 12 wird von der Feder 14 langsam (abhängig von der Lechage der Pumpe) abwärts gedrückt, wodurch die Öffnungen 11 nach einer bestimmten Zeit wieder frei werden und das Druckfluid aus dem Druckraum 4 in den Sumpf 16 entweichen kann. Wird die Elektromotor-Pumpe-Einheit 3 so umgesteuert, dass sich auch der Förder¬ sinn umkehrt, die Pumpe 19 also aus der Druckleitung 18 in den Sumpf 16 för¬ dert, so entsteht unter dem Schieber 12 ein Unterdruck, der dessen Abwärtsbe¬ wegung erheblich beschleunigt. Dann wird bei umsteuern des Motors 20 die Kupplung augenblicklich ganz geöffnet, wie es zum Beispiel im Falle einer ABS-Bremsung gefordert ist.
Wenn der Druckraum 4 unter Druck steht und die Elektromotor-Pumpe-Einheit 3 das Schnellablassventil geschlossen hält, so bleibt bei guter Abdichtung der Druck noch für eine Weile erhalten. Das heißt, dass bei stationärem Betrieb mit eingerückter Kupplung die Elektromotor-Pumpe-Einheit 3 nur den Druck halten muss, damit der Schieber geschlossen bleibt. Dabei ist die Fördermenge beinahe Null, da Leckage überwiegend im Inneren der Pumpe stattfindet. Damit wird eine erhebliche Energieeinsparung erzielt.
n Fig. 2 ist das gesamte Steuersystem 21 als Teil eines Regelkreises dargestellt, ien es mit einem Aktuator und seiner Regelstrecke bildet, die hier gemeinsam ingedeutet und mit 28 bezeichnet sind. Am Aktuator und an der Regelstrecke ind diverse Sensoren angebracht, die Signale 22 erzeugen, und zwar:
12a: Ist-Druck (pist) im Aktuatorzylinder 4,
..2b: Ist-Stromstärke (Iist) des dem Elektromotor 20 zugeführten Stromes,
22c: Ist-Spannung (Uist) des dem Motor 20 zugefuhrten Stromes,
Z2d: Ist-Drehwinkel des Motors 20,
22e: Ist-Drehzahl des Motors 20,
22f: die Ist-Position (xist) des Schiebers 12,
22g: die Position des Aktuatorkolbens 5,
22h: ein dem Drucksignal entsprechendes Signal (zum Beispiel aus anderen
Signalen ermittelt, etwa einem Momenten- oder Drehzahlsignal).
Das Ist-Drucksignal 22a oder 22h jedenfalls und einzelne der weiteren Signale 22b bis 22 g stehen dem Steuersystem 21 zur Verfügung. Ebenso ein von einem übergeordneten Steuersystem abgegebenes Signal 23, das den Soll-Druck (pson) im Aktuatorzylinder 4 angibt und dem von der Kupplung maximal zu übertra¬ genden Drehmoment im Wesentlichen proportional ist.
Das Steuersystem 21 besteht in groben Zügen aus einem analog-digital- Wandler 25, der die Signale 22 und 23 in digitaler Form einer Recheneinheit 26 zur Ver¬ fügung stellt. Deren Ausgangssignal 36 ist eine Stellgröße für den Motor 20, der einer Treiberstufe 27 zugeführt wird, die dem Elektromotor zugefuhrten elektri- sehen Strom hinsichtlich Spannung und/oder Stromstärke steuert. Das Eingangs¬ signal 23 kann bereits in digitaler Form vorliegen und zusätzlich auch noch die Breite des Toleranzbereiches enthalten.
In der Recheneinheit 26 sind drei Regler 30,31,32 und eine Auswahllogik 33 vorgesehen. Alle drei sind parallel angeordnet, sie erhalten als Eingangsgrößen den Soll-Druck 23 (pson) und die Mess-Signale 22, zumindest aber den Ist-Druck 22a oder 22h und alle drei Regler liefern als Ausgangssignal eine Stellgröße 34a, 34b, 34c für den Elektromotor 20, aus dem die Auswahllogik 33, ebenfalls in Abhängigkeit des Soll-Druckes 23 (psou) und der Mess-Signale 22, zumindest aber dem des Ist-Druck 22a oder 22h (piSt) ein Signal 36 auswählt. Die drei pa¬ rallel geschalteten Regler 30,31,32 kommen, immer nur einer, in verschiedenen Steuersituationen zur Wirkung. Der erste Regler 30, wenn der Soll-Druck 23 (Psoii) größer als der Ist-Druck 22a oder 22h (pist) ist, wenn also der Druck im Aktuatorzylinder steigen (und die Kupplung eingerückt werden) soll. Das Signum der Druckdifferenz bezeichnet deren Vorzeichen, das in diesem Fall po¬ sitiv ist. Der zweite Regler 31 wirkt, wenn die Druckdifferenz und somit das Signum negativ ist, was einem abfallenden Druck im Aktuatorzylinder (und ei¬ nem Ausrücken der Kupplung) entspricht. Schließlich kann noch ein dritter Reg¬ ler zum Halten des Druckes vorgesehen sein. Er wirkt, wenn Soll-Druck und Ist- Druck im Aktuatorzylinder innerhalb der vorgegebenen Toleranz sind. Er wird auch als Halteregler bezeichnet. Die von der Auswahllogik 33 ausgewählte Stellgröße 36 für den Motor 20 wird der Treiberstufe 27 weitergegeben.
In Fig. 3 besteht der erste Regler 30 aus dem eigentlichen Regler 37 und einem Rechner 38 für die Berechnung der Regelparameter aufgrund einzelner Ein¬ gangssignale 22, insbesondere, aber nicht ausschließlich, des Ist-Druck Signales 22a oder 22h. Die von diesem berechneten Regelparameter (bei einem PID- Regler sind das die P-,I- und D-Funktion bestimmenden Faktoren) werden dem eigentlichen Regler 37 zur Anpassung vorgegeben. Somit ist der Regler 30 ins¬ gesamt adaptiv. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der Zusam¬ menhang zwischen dem vom Aktuatorkolben (5) zu überwindende Druck (be¬ stehend aus der Kraft der Kupplungsfedern und dem zur Übertragung eines be¬ stimmten Drehmomentes erforderliche Anpressdruck der Kupplungslamellen) und seinem Weg stark nichtlinear ist. Ohne die Adaptierungsflinktion würde der Stellvorgang im Bereich geringer Kraft viel zu lange dauern. Daher werden die den Regler beschreibenden Faktoren (P-, I- und D-Faktor) entsprechend den Eingangssignalen 22 und 23, insbesondere dem Ist-Druck 22a, 22h, so einge¬ stellt, dass die Verstellung des Kolbens 5 in allen Bereichen den Anforderungen an die Dynamik entspricht. Die vom Rechner 38 ermittelten Parameter werden dem eigentlichen Regler 37 über die Verbindung 39 zugeleitet.
Wenn in der gesamten Beschreibung von einem Regler, einer Verbindung oder einer Schleife gesprochen wird, so ist damit bei Verwendung eines Prozessors ein Programmmodul gemeint, der den entsprechenden Regelalgorithmus aus¬ führt.
In der Variante der Fig. 4 ist der Regler 30" als Kaskadenregler ausgebildet, der aus drei Sub-Reglern 40,43,45 besteht, die in Kaskade geschaltet sind. Der erste i Sub-Regler 40 ist in drei Bereiche 40Λ , 40", 40" ' ' mit verschiedenen Regelpa¬ rametern unterteilt, als Alternativlösung für den adaptiven Regler 30 der Fig. 3. Diesem folgt eine Auswahllogik 41 die ebenso wie der Eingang des Reglers 40 über die „Leitung" 42 das Ist-Drucksignal (pist) erhält, sie (42) bildet eine äußere Rückfuhrschleife der Kaskade. Das Ausgangssignal des ersten Subreglers 40 ist eine Solldrehzahl des Motors (nson). Der zweite Subregler 43der Kaskade ist ein Drehzahlregler, dem das Soll-Drehzahlsignal (nson) des ersten Subreglers 40 und über eine mittlere Rückführschleife 44 eine Ist-Drehzahl (nist) des Motors zuge¬ führt wird. Das Ausgangssignal ist ein Soll-Stromsignal (Ison) für den Motor. Es 5 wird in dem dritten Subregler 45 mit dem Ist-Strom (IiSt) des Motors verglichen und erzeugt eine Stellgröße 34a für den Motor 20. Aktuator und Regelstrecke 28 sind angedeutet.
Fig. 5 zeigt den zweiten Regler 31 für negatives Signum (Druckabsenkung) in einer ersten Ausführungsform. Dem eigentlichen Regler 50 wird ein Ist-Wert 22f (Xist) entsprechend der Ist-Position des Schiebers 12 und ein Soll- Wert der Position des Schiebers 12 (xson) zugeführt. Letzerer wird in erster Linie aus dem Solldruck 23 (pson) im Aktuatorzylinder und aus dem Ist-Drucksignal 22a oder 22h (pist) berechnet. Weitere Mess-Signale 22 können dem Regler über die Schleife 52 zugeführt werden. Das Ausgangssignal 34 des eigentlichen Reglers 50 ist wieder eine Stellgröße 34b für den Elektromotor.
In der Variante der Fig. 6 ist der Regler 31 für negatives Signum wieder als Kaskadenregler ausgebildet. Die Recheneinheit 60 ermittelt die Soll-Stellung des Schiebers 12 (xson) aus dem Ist-Druck 22a oder 22h (pist) und dem Solldruck 23 (psoii) im Aktuatorzylinder 4, wobei der Sollwert (xson) der Position des Schiebers 12 eine Funktion des Durchströmquerschnittes der Öffnung 11 ist. In einem ersten Subregler 63 wird aus dem Sollwert (xson) der Stellung des Schie¬ bers 12 und aus deren Ist-Wert (XiSt), der in einer Recheneinheit 61 aus den Sig¬ nalen 22, vorzugsweise aus dem Ist-Drehwinkel 22d Ist-Drehzahl (niSt) des Mo¬ tors bestimmt wird, eine Solldrehzahl des Motors (nson) ermittelt. Die Ist-Posi¬ tion (xist) des Schiebers 12 wird dem ersten Subregler 63 (einem Positionsregler) über eine äußere Rückführschleife 62 zugeführt. In einem zweiten Subregler 65 (einem Drehzahlregler) wird aus der Solldrehzahl (nson) des Motors und einer ) über eine mittlere Rückführschleife 64 mitgeteilte Ist-Drehzahl (njSt) des Motors ein Soll-Strom (Isoll) für den Motor berechnet. Dieser (Isoll) seinerseits wird mit dem über eine innere Rückführschleife 66 gelieferten Ist-Strom (IiSt) verglichen 5 000444
14 > um in einem dritten Subregler 67 (einem Stromregler) daraus eine Stellgröße
34b für den Elektromotor ermittelt.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform des zweiten Reglers 31 (negatives Signum) die sich von der der Fig. 5 dadurch unterscheidet, dass statt der Soll¬ stellung (Xsoii) des Schiebers 12 der Druckgradient (dp/dt) als Eingangsgröße be¬ nutzt wird. Der eigentliche Regler 70 vergleicht einen Sollwert (dp/dtsoπ) des Druckgradienten mit einem Istwert (dp/dtist) des Druckgradienten. Ersterer wird in einer Recheneinheit 71 aus dem Solldrack 23 (pson) und dem Istdruck 22a o- der 22h (p}St) im Aktuatorzylinder 4 berechnet. Zweiterer wird in einer Einheit 72 aus dem Ist-Ducksignal 22a oder 22h (pist) ermittelt. Die Ausgangsgröße ist wieder die Stellgröße 34b für den Elektromotor.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Steuerung/Regelung eines hydraulischen Aktuators einer Reibungskupplung (7), welcher umfasst: ι) eine Pumpe (19), die von einem Steuersystem (21) gesteuerten Elektromotor
(20) angetrieben ist,
D) eine ein Rückschlagventil (9) enthaltende Druckleitung (18), die von der Pumpe (19) zu einem Aktuatorzylinder (4) mit einem auf die Reibungskupp¬ lung (7) einwirkenden Aktuatorkolben (5) führt, wobei der Druck im Aktua¬ torzylinder (4) zu steuern/regeln ist, und c) ein mit dem Aktuatorzylinder (4) strömungsverbundenes Schnellablassventil (8), das einen Schieber (12) enthält, der auf den an der ihm zugekehrten Seite der Pumpe (19) herrschenden Druck anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Soll-Druck (23) und dem Ist-Druck (22a) im Aktuatorzylinder (4) eine Stellgröße (34a,34b,34c) für den Elektromo¬ tor (20) ermittelt wird, wobei je nach dem Signum der Differenz aus Soll-Druck und Ist-Druck mindestens zwei verschiedene Regelalgorithmen (30,31,32) aus¬ geführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei positivem Signum (Druckaufbau) der Regelalgorithmus (30) aus Soll-Druck (23) und Ist- Druck (22a; 22h) im Aktuatorzy-linder (4) eine Stellgröße (34) für den Elektro- T2005/000444
16 motor (20) bildet, und dessen Regelparameter in Abhängigkeit von Betriebsgrö¬ ßen (22b,22c,22d,22e,22f,22g) adaptiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelpa¬ rameter des Regelalgorithmus (30) in Abhängigkeit des Druckes (22a; 22h) im Aktuatorzylinder (4) adaptiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei positivem Signum (Druckaufbau) der Regelalgorithmus (30) der eines Kaskadenreglers ist, wobei in einem ersten Sub-Regler (40) aus Soll-Druck (23) und Ist-Druck (22a; 22h) im Aktuatorzylinder (4) eine Soll-Drehzahl (nsou) des Elektromotors (20), in einem zweiten Sub-Regler (43) aus der Soll-Drehzahl (nson) und der Ist-Dreh¬ zahl (njSt) des Elektromotors eine elektrische Soll-Größe (Ison), und in einem drit¬ ten Sub-Regler aus der elektrischen Soll-Größe (Ison) und der elektrischen Ist- Größe (Iist) eine Stellgröße (34) ermittelt wird, mit der der Elektromotor ange-
) steuert wird. (Kaskade).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelpa¬ rameter des ersten Sub-Reglers (40) in Abhängigkeit von Betriebsgrößen(22a bis 22g) , insbesondere des Druckes im Aktuatorzylinder (22a; 22h), adaptiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei negati¬ vem Signum (Druckabbau) der Regelalgorithmus (31) durch Vergleich der Soll- Stellung (xSou) des Schiebers (12) des Schnellablassventiles (8) mit dessen Ist- Stellung (xist) eine Stellgröße (34) für den Elektromotor (20) bildet, wobei die Soll-Stellung des Schiebers (12) aus dem Soll-Druck (psoπ) und dem Ist-Druck (Pist) im Aktuatorzylinder (4) gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist- Stellung (Xist) des Schiebers 12) aus mindestens einer Betriebsgröße (22a bis 22h) des Aktuators (28) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs¬ größe (22a bis 22h) zur Ermittlung der Stellung des Schiebers (12) eine dem Drehwinkel (22d) des Elektromotors (20) entsprechende Größe ist.
9. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei negati¬ vem Signum (Druckabbau) der Regelalgorithmus (31) durch Vergleich des Soll- Gradienten (dp/dtson) mit dem Ist-Gradienten (dp/dtist) des Druckes im Aktuator- zylinder (4) eine Stellgröße (34) für den Elektromotor bildet, wobei der Soll- Gradient (dp/dtSoii) als Funktion des Soll-Druckes (psou) und des Ist-Druckes (pist) im Aktuatorzylinder (4) und der Ist-Gradient (dp/dtist) durch zeitliche Ableitung des Ist-Druckes (pist) im Aktuatorzylinder (4) gebildet wird.
10. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei negati¬ vem Signum (Druckabbau) der Regelalgorithmus (31) der eines Kaskadenreg¬ lers ist, wobei in einem ersten Sub-Regler (63) aus der Soll-Position (xsou) und der Ist-Position (xjst) des Schiebers (12) eine Soll-Drehzahl (nsou) des Elektromo¬ tors, in einem zweiten Sub-Regler aus der Soll-Drehzahl (nsoπ) und der Ist- Drehzahl (niSt) des Elektromotors eine elektrische Soll-Größe (Isou), und in einem
) dritten Sub-Regler aus der elektrischen Soll-Größe (Ison) und der elektrischen Ist-Größe (IiSt) eine Stellgröße (34b) ermittelt wird, mit der der Elektromotor (20) angesteuert wird. (Kaskade)
11. Verfahren nach Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das
Signum der Differenz aus Soll-Druck (psou) und Ist-Druck (pjSt) gleich Null ist (Druckhalten), der Regelalgorithmus (32) den Ist-Druck (pist) im Aktuatorzylin- der überwacht und bei einem definierten Druckabfall eine Stellgröße (34) für den Elektromotor (20) bildet.
12. Verfahren nach Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Signum der Differenz aus Soll-Druck (pson) und Ist-Druck (pist) gleich Null ist (Druckhalten), der Regelalgorithmus (32) die Stellung (x) des Schiebers (12) überwacht und bei einer definierten Abweichung eine Stellgröße (34) für den Elektromotor (20) bildet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für das ge¬ schlossen Halten des Schnellablassventiles (8) die Stellgröße (34c) für den Elektromotor der Motorstrom oder die Motorspannung ist, wobei insbesondere der Motorstrom oder die Motorspannung konstant gehalten werden.
14. System (21) zur Steuerung eines hydraulischen Aktuators einer Reibungs¬ kupplung (7), welcher umfasst: a) eine Pumpe (19), die von einem von einem Steuersystem (21) gesteuerten Elektromotor (20) angetrieben ist, b) eine ein Rückschlagventil (9) enthaltende Druckleitung (18), die von der Pumpe (19) zu einem Aktuatorzylinder (4) mit einem auf die Reibungskupp¬ lung (7) einwirkenden Aktuatorkolben (5) führt, wobei der Druck (p) im Ak¬ tuatorzylinder zu steuern ist, und c) ein mit dem Aktuatorzylinder (4) strömungsverbundenes Schnellablassventil (8), das einen Schieber (12) enthält, der auf den an der ihm zugekehrten Seite der Pumpe (19) herrschenden Druck anspricht, wobei das System einen Prozessor (26) und eine Treiberstufe (27) zur Ansteue¬ rung des Elektromotors (20) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozes¬ sor (26) mindestens zwei Regler (30,31;32) mit verschiedenem Regelverhalten bildet und eine Auswahllogik (33) enthält, die je nach dem, ob der Druck (p) im Aktuatorzylinder (4) angehoben oder abgesenkt werden soll, das Ausgangssig¬ nal (34) des einen (30) oder des anderen Reglers (31;32) auswählt.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der eine (30) und/oder andere Regler (31) als Kaskadenregler ausgebildet ist, wobei in der Kaskade ein erster Sub-Regler (40;63) die jeweiligen Sollwerte (psoii; Xsoii)) und die jeweiligen Istwerte (pist; XiSt)) miteinander vergleicht und eine Soll-Drehzahl (nsoii) für den Elektromotor (20) bildet, ein zweiter Sub-Regler (43;65) die Soll- Drehzahl (nsou) des Elektromotors mit der Ist-Drehzahl (nist) vergleicht und eine elektrische Soll-Größe (Isoπ) bildet, und ein dritter Sub-Regler die elektrische Soll-Größe (Ison) mit einer elektrischen Ist-Größe (Iist) vergleicht und eine Stell¬ größe (34) ermittelt, mit der der Elektromotor angesteuert wird. (Kaskade)
16. Reibungskupplung (7)n für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Kupplungslamellen beaufschlagenden Aktuator, welcher umfasst: a) eine Pumpe (19), die von einem von einem Steuersystem (21) gesteuerten Elektromotor angetrieben ist, b) eine ein Rückschlagventil (9) enthaltende Druckleitung (18), die von der Pumpe (19) zu einem Aktuatorzylinder (4) mit einem auf die Reibungskupp¬ lung (7) einwirkenden Aktuatorkolben (5) führt, wobei der Druck (p) im Ak¬ tuatorzylinder zu steuern ist, und c) ein mit dem Aktuatorzylinder (4) strömungsverbundenes Schnellablassventil (8), das einen Schieber (12) enthält, der auf den an der ihm zugekehrten Seite der Pumpe (19) herrschenden Druck anspricht, und ein Steuersystem (21) nach Anspruch 13 aufweist, wobei das von der Rei¬ bungskupplung (7) maximal übertragbare Drehmoment im Wesentlichen dem Druck (p) im Aktuatorzylinder (4) proportional ist.
PCT/AT2005/000444 2004-11-08 2005-11-08 Verfahren zur steuerung eines hydraulischen aktuators mit schnellablassventil, steuersystem und reibungskupplung mit einem solchen WO2006047806A1 (de)

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