WO2011072636A1 - Verfahren zur steuerung einer automatisierten reibungskupplung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an arranged in a drive train between an internal combustion engine and a transmission, automatic friction clutch, which is actuated by a controlled by a controller clutch actuator, wherein a real over the friction clutch transferable and adaptable to a transmission behavior of the friction clutch clutch torque by means of a a setpoint torque to be transmitted of the clutch torque associated with the control variable of the clutch actuator is implemented and the friction clutch is operated in a closed state under specification of the target torque corresponding to a supplied from the engine, acted upon by a safety margin engine torque.
  • the transmission may be, for example, a manual or automatically operated spur gear or a double clutch transmission provided with two friction clutches.
  • the automated friction clutch performs independently by a control unit initiated clutch operations, wherein the control unit acts on the clutch actuator with a set to be set, on the friction clutch to be transmitted clutch torque manipulated variable.
  • the manipulated variable is determined as a setpoint torque in the control unit on the basis of inputs which are available to the control unit as sensor data which are fed directly from other control devices, for example a transmission control unit or the driver.
  • the setpoint torque is associated with manipulated variables via a characteristic curve, a characteristic diagram or mathematically.
  • the touch point and the real clutch torque are regularly determined, for example such that, if appropriate, the characteristic of the setpoint torque via the manipulated variable, for example an axial travel of the friction clutch, a rotational speed or a rotational angle of an electric motor of the clutch actuator or a Bescharisucc of an electric motor and can be plausibilized by means of a corresponding sensor such as displacement sensor or rotation angle sensor is adapted to the real clutch torque.
  • the transmitted clutch torque is not observable, that is, can not be detected by means of appropriate sensors. It is therefore at regular intervals, for example, depending on the driving situation between gear changes, the target torque is set in normal operation with the friction clutch closed so that the engine torque and a slip avoiding safety margin is met, so far lowered that slip occurs on the friction clutch. From the engine torque data and the differential rotational speed between the crankshaft and the transmission input shaft determined slip while transmitted via the friction clutch clutch torque can be determined and adapted as a desired torque.
  • the object is achieved by a method for controlling an arranged in a drive train between an internal combustion engine and a transmission, an automatic friction clutch, which is actuated by a controlled by a control unit clutch actuator, a real over the friction clutch transferable and adaptable to a transmission behavior of the friction clutch Clutch torque by means of a torque to be transmitted to the desired torque of the clutch torque associated control variable of the clutch actuator is implemented, the friction clutch is operated in a closed state under specification of the target torque corresponding to a supplied from the engine, acted upon by a safety margin engine torque, and an adaptation of the desired torque in dependence on an estimated from operating data of the engine clutch torque.
  • the engine torque provided by the engine control unit of the internal combustion engine via the CAN bus is used to estimate the clutch torque transmitted via the friction clutch and adapts it as the desired torque with the surcharge added.
  • the safety margin can be minimized so far that the friction clutch shows little or no slip at an average engine torque and at least a portion of the torque peaks of the dynamic engine torque is capped.
  • Such operation of the friction clutch is energetically cheaper than a regularly activated slip mode with larger slip speeds and allows a faster opening of the friction clutch, for example, to initiate a circuit.
  • the friction clutch is in a stable operating condition with low slip, for example, with a differential speed up to 50 revolutions per minute .
  • the slip can be adjusted or regulated so that only the torque peaks of the dynamic engine torque, which is formed from the over the revolution of the crankshaft unequal running torque development as a result of firing the individual cylinders of the internal combustion engine, not transmitted via the friction clutch, these torque peaks previously may be pre-damped by means of a arranged between the crankshaft and friction clutch torsional vibration damper as dual mass flywheel.
  • the estimation of the clutch torque can be done regularly at short intervals, which can be limited only by the clock rate of renewal of the data of the engine torque and the computer power of the controller.
  • a plurality of successive engine torques can be averaged, for example, by means of the formation of a moving average to form a robust estimate.
  • two estimation errors to be distinguished occur:
  • the estimated clutch torque is estimated to be higher than the clutch torque actually transmitted via the friction clutch, a too high desired torque is formed compared with the actually transmitted clutch torque.
  • This high target torque corrects the manipulated variable in the opening direction of the friction clutch, so that an increased slip on the allowed low slip occurs and thereby the slip control of the friction clutch is activated.
  • the slip control minimizes this slip by readjusting the manipulated variable and adapts the desired torque when the threshold for the given low or zero slip is reached.
  • the setpoint torque is adapted too low relative to the manipulated variable so that a larger control variable results, which leads to additional clamping of the friction clutch. Due to the higher tension of the friction linings, the predetermined slip is reduced, so that no more slippage is observed. Subsequently, therefore, the manipulated variable is changed so that the friction clutch is opened until the observation of at least the predetermined slip. When this slip is reached, the new setpoint torque is then adapted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein real über die Reibungskupplung übertragbares und an ein Übertragungsverhalten der Reibungskupplung adaptierbares Kupplungsmoment mittels einer einem zu übertragenden Sollmoment des Kupplungsmoments zugeordneten Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird und die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand unter Vorgabe des Sollmoments betrieben wird, das einem von der Brennkraftmaschine gelieferten, mit einem Sicherheitszuschlag beaufschlagten Motormoment entspricht. Um eine Adaption des Kupplungsmoments bei verringertem Treibstoffverbrauch in kurzen Zeitintervallen durchführen zu können, wird vorgeschlagen, die Adaption des Kupplungsmoments ohne regelmäßige Adaptionen in einem verbrauchsintensiven Schlupfzustand der Reibungskupplung in Abhängigkeit von einem aus Betriebsdaten der Brennkraftmaschine abgeschätzten Kupplungsmoment durchzuführen.

Description

Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein real über die Reibungskupplung übertragbares und an ein Übertragungsverhalten der Reibungskupplung adaptierbares Kupplungsmoment mittels einer einem zu übertragenden Sollmoment des Kupplungsmoments zugeordneten Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird und die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand unter Vorgabe des Sollmoments betrieben wird, das einem von der Brennkraftmaschine gelieferten, mit einem Sicherheitszuschlag beaufschlagten Motormoment entspricht.
Kraftfahrzeuge mit einem Antriebsstrang mit einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe wirksam angeordneten automatisierten Reibungskupplung sind bekannt. Dabei kann das Getriebe beispielsweise ein handgeschaltetes oder automatisiert betätigtes Stirnradgetriebe oder ein mit zwei Reibungskupplungen versehenes Doppelkupplungsgetriebe sein.
Die automatisierte Reibungskupplung führt dabei von einem Steuergerät angestoßene Kupplungsvorgänge selbstständig durch, wobei das Steuergerät den Kupplungsaktor mit einer dem einzustellenden, über die Reibungskupplung zu übertragenden Kupplungsmoment entsprechenden Stellgröße beaufschlagt. Die Stellgröße wird als Sollmoment in der Steuereinheit aufgrund von Eingaben ermittelt, die dem Steuergerät als Sensordaten, die von anderen Steuergeräten, beispielsweise einem Getriebesteuergerät oder dem Fahrer direkt eingespeist werden, zur Verfügung stehen. Dem Sollmoment werden dabei Stellgrößen über eine Kennlinie, ein Kennfeld oder rechnerisch zugeordnet. Um die Sollmomente an das real über die Reibungskupplung übertragbare Kupplungsmoment, das sich kurzfristig und langfristig verändern kann und unter anderem von dem Reibwert der Reibbeläge, der Betriebstemperatur der Reibungskupplung und dergleichen abhängig ist, zu adaptieren, werden beispielsweise regelmäßig der Tastpunkt und das reale Kupplungsmoment ermittelt, so dass gegebenenfalls die Kennlinie des Sollmoments über die Stellgröße, die beispielsweise ein Axialweg der Reibungskupplung, eine Drehzahl oder ein Drehwinkel eines Elektromotors des Kupplungsaktors oder eine Beschaltungsgröße eines Elektromotors sein und mittels einer entsprechenden Sensorik wie Wegsensor oder Drehwinkelsensor plausibilisiert werden kann, an das reale Kupplungsmoment adaptiert wird.
Während des Betriebs der Reibungskupplung im geschlossenen Zustand ohne Schlupf ist eine Adaption nicht möglich, da in diesem Betriebszustand das übertragene Kupplungsmoment nicht beobachtbar ist, das heißt, mittels entsprechender Sensorik nicht erfassbar ist. Es wird daher in regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise abhängig von der Fahrsituation zwischen Gangwechseln, das Sollmoment, das im Normalbetrieb bei geschlossener Reibungskupplung so vorgegeben wird, dass das Motormoment und ein einen Schlupf vermeidender Sicherheitszuschlag eingehalten wird, soweit erniedrigt, dass Schlupf an der Reibungskupplung auftritt. Aus den Motormomentdaten und der Differenzdrehzahl zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle ermitteltem Schlupf kann dabei das über die Reibungskupplung übertragene Kupplungsmoment ermittelt und als Sollmoment adaptiert werden.
Auf diese Weise periodisch eingeleitete Schlupfphasen der Reibungskupplung zur Adaption des Sollmoments verursachen einen zusätzlichen Verschleiß an der Reibungskupplung, insbesondere an den Reibbelägen der Kupplungsscheibe und führen zu einem Mehrverbrauch an Kraftstoff. Bei einer Erhöhung der Zeitintervalle zwischen zwei Adaptionsvorgängen wird ein verschlechterter Kupplungsvorgang beobachtet, der insbesondere in Verbindung mit einem automatisiert betätigten Getriebe zu unkomfortablen Schaltungen führt.
Es ergibt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten
Reibungskupplung vorzuschlagen, bei dem bei verringertem Kraftstoffverbrauch eine ausreichende genaue Adaption des Sollmoments an das tatsächlich übertragene Kupplungsmoment ohne regelmäßige Einleitung von Schlupfphasen erfolgt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten Kupplungsaktor betätigt wird, gelöst, wobei ein real über die Reibungskupplung übertragbares und an ein Übertragungsverhalten der Reibungskupplung adaptierbares Kupplungsmoment mittels einer einem zu übertragenden Sollmoment des Kupplungsmoments zugeordneten Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird, die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand unter Vorgabe des Sollmoments betrieben wird, das einem von der Brennkraftmaschine gelieferten, mit einem Sicherheitszuschlag beaufschlagten Motormoment entspricht, und eine Adaption des Sollmoments in Abhängigkeit von einem aus Betriebsdaten der Brennkraftmaschine abgeschätzten Kupplungsmoment erfolgt.
Im Sinne der Erfindung wird dabei das beispielsweise von einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine über CAN-Bus dem Steuergerät zur Verfügung gestellte Motormoment zur Abschätzung des über die Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmoments herangezogen und unter Zuschlag des Sicherheitszuschlags als Sollmoment adaptiert. Dabei kann der Sicherheitszuschlag soweit minimiert werden, dass die Reibungskupplung bei einem mittleren Motormoment keinen oder nur geringen Schlupf zeigt und zumindest ein Teil der Drehmomentspitzen des dynamischen Motormoments gekappt wird. Eine derartige Betriebsweise der Reibungskupplung ist energetisch günstiger als ein regelmäßig aktivierter Schlupfbetrieb mit größeren Schlupfdrehzahlen und erlaubt ein schnelleres Öffnen der Reibungskupplung, beispielsweise zur Einleitung einer Schaltung.
Wird das Kupplungsmoment richtig abgeschätzt, das heißt, entspricht das übertragene Kupplungsmoment dem Sollmoment und stellt daher der Kupplungsaktor das richtige Sollmoment über die Stellgröße ein, befindet sich die Reibungskupplung in einem stabilen Betriebszustand mit geringem Schlupf, beispielsweise mit einer Differenzdrehzahl bis zu 50 Umdrehungen pro Minute. Dabei kann der Schlupf so eingestellt beziehungsweise geregelt werden, dass lediglich die Drehmomentspitzen des dynamischen Motormoments, das aus der über die Umdrehung der Kurbelwelle ungleich ablaufenden Drehmomententwicklung infolge der Befeuerung der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine gebildet wird, nicht über die Reibungskupplung übertragen werden, wobei diese Drehmomentspitzen bereits zuvor mittels eines zwischen Kurbelwelle und Reibungskupplung angeordneten Drehschwingungsdämpfers wie Zweimassenschwungrad vorgedämpft sein können. Die Abschätzung des Kupplungsmoments kann dabei regelmäßig in kurzen Zeitabständen erfolgen, die lediglich durch die Taktrate der Erneuerung der Daten des Motormoments und die Rechnerleistung des Steuergeräts begrenzt sein kann. Dabei können zur Bildung einer robusten Abschätzung mehrere aufeinander folgende Motormomente beispielsweise mittels der Bildung eines gleitenden Mittelwerts gemittelt werden. Bei einer Fehleinschätzung des abgeschätzten und als aktuelles Sollmoment übernommenen Kupplungsmoments treten zwei zu unterscheidende Abschätzfehler auf:
Wird das abgeschätzte Kupplungsmoment gegenüber dem tatsächlich über die Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmoment höher abgeschätzt, wird ein gegenüber dem tatsächlich übertragenen Kupplungsmoment zu hohes Sollmoment gebildet. Dieses hohe Sollmoment korrigiert die Stellgröße in Öffnungsrichtung der Reibungskupplung, so dass ein über den erlaubten geringen Schlupf erhöhter Schlupf auftritt und dadurch die Schlupfregelung der Reibungskupplung aktiviert wird. Die Schlupfregelung minimiert diesen Schlupf durch Nachregelung der Stellgröße und adaptiert das Sollmoment bei Erreichen der Schwelle für den vorgegebenen geringen oder verschwindenden Schlupf.
Wird das abgeschätzte Kupplungsmoment gegenüber dem tatsächlich über die Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmoment niedriger abgeschätzt, wird das Sollmoment gegenüber der Stellgröße zu niedrig adaptiert, so dass eine größere Stellgröße resultiert, die zu einer zusätzlichen Verspannung der Reibungskupplung führt. Durch die höhere Verspannung der Reibbeläge wird der vorgegebene Schlupf abgebaut, so dass kein Schlupf mehr zu beobachten ist. Nachfolgend wird daher die Stellgröße so verändert, dass die Reibungskupplung bis zur Beobachtung zumindest des vorgegebenen Schlupfs geöffnet wird. Bei Erreichen dieses Schlupfs wird anschließend das neue Sollmoment adaptiert.
Auf diese Weise werden über das vorgegebene Maß des Schlupfs hinausgehende
Schlupfzustände nicht regelmäßig sondern nur bei einer Diskrepanz zwischen dem Motormoment und dem angelegten Sollmoment herbeigeführt, so dass die Anzahl der Schlupfphasen deutlich verringert und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann. Durch die hohe Taktrate einer Abschätzung des Kupplungsmoments kann eine sehr hohe Regelgüte erzielt werden, wobei das abgeschätzte Kupplungsmoment jeweils bei Bedarf zwischen den beiden Extremsituationen eines zu hoch oder zu niedrig abgeschätzten Kupplungsmoments eingabelnd geregelt wird und die Anzahl der Regelvorgänge, bei denen jeweils nur das zu hoch abgeschätzte Kupplungsmoment in eine Schlupfphase mit Aktivierung der Schlupfregelung führt, gegenüber einer regelmäßigen Adaption in vorgegebenen Zeitintervallen weitaus geringer ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer in einem Antriebsstrang zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten, automatisierten Reibungskupplung, die von einem mittels eines Steuergeräts gesteuerten Kupplungsaktor betätigt wird, wobei ein tatsächlich über die Reibungskupplung übertragbares und an ein Übertragungsverhalten der Reibungskupplung adaptierbares Kupplungsmoment mittels einer einem zu übertragenden Sollmoment des Kupplungsmoments zugeordneten Stellgröße des Kupplungsaktors umgesetzt wird und die Reibungskupplung in einem geschlossenen Zustand unter Vorgabe des Sollmoments betrieben wird, das einem von der Brennkraftmaschine erzeugten, mit einem Sicherheitszuschlag beaufschlagten Motormoment entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption des Sollmoments in Abhängigkeit von einem aus Betriebsdaten der Brennkraftmaschine abgeschätzten Kupplungsmoment erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem gegenüber dem tatsächlich über die Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmoment höher abgeschätzten Kupplungsmoment eine Schlupfregelung der Reibungskupplung aktiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Schlupf der Reibungskupplung und dem aktuell an der Reibungskupplung anliegenden Motormoment das Sollmoment ermittelt und adaptiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem gegenüber dem tatsächlich über die Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmoment niedriger abgeschätzten Kupplungsmoment das Sollmoment mittels einer Änderung der Stellgröße so weit erhöht wird, bis an der Reibungskupplung minimaler Schlupf erkannt wird und das auf diese Weise eingestellte Kupplungsmoment als Sollmoment adaptiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitszuschlag so bemessen wird, dass das über die Reibungskupplung übertragbare Kupplungsmoment kleiner als ein maximales dynamisches Motormoment ist.
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