WO2022017560A1 - Verfahren zur steuerung einer hydraulikeinheit und antriebseinheit mit einem von der hydraulikeinheit betätigten planetengetriebe - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer hydraulikeinheit und antriebseinheit mit einem von der hydraulikeinheit betätigten planetengetriebe Download PDF

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Marc Rambert
Frederic Pfister
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    • F16D2500/501—Relating the actuator
    • F16D2500/5014—Filling the actuator cylinder with fluid

Definitions

  • the invention relates to a method and a device according to the preambles of claims 1 and 10.
  • a method for adapting a rapid filling time of a slave cylinder of a clutch of a drive train is known.
  • a contact point of the clutch is determined using pressure values.
  • Generic drive units for example with an electric motor, which drives a drive wheel of a motor vehicle with the interposition of a switchable transmission such as a tarpaulin transmission, are known, for example, from publications DD 278307 A and EP 2597336 B1.
  • components of the planetary gear such as ring gear and/or carrier are fixed to the housing by means of a brake band, so that different translations can be switched from the different torque paths with and without a rotating ring gear or carrier.
  • the loading actuation of the brake band can be done in different ways by means of electric or hydraulic actuators, for example by means of hydrostatically actuated friction clutches.
  • Such planetary gears are controlled by means of a control unit, which controls the corresponding actuators.
  • the object of the invention is the further development of a method for controlling a hydraulic unit for actuating a friction clutch and the further development of a drive unit, in particular a wheel drive of a motor vehicle.
  • a drive unit in particular a wheel drive of a motor vehicle.
  • the proposed method is used to control a hydraulic unit for Actuate supply a friction clutch, for example, for a drive unit of a Radan drive on two or all drive wheels of a motor vehicle.
  • a central and/or several decentralized control units are provided, which control the drive unit and a gear each of an output such as a wheel drive.
  • the drive unit is preferably driven by an electric motor.
  • the electric motor can be provided in a driving or recuperative manner.
  • An at least two-speed planetary gear is connected downstream of the electric motor or its rotor.
  • the planetary gear is designed at least in one stage, preferably in two stages.
  • At least one sun gear, one ring gear and at least one web with rotatable and distributed over the circumference arranged planetary gears are provided as components of the planetary gear.
  • the planet gears are each meshed with a sun gear and the associated ring gear.
  • one component of the planetary gear for example a sun gear of a first stage, serves as the drive and is firmly connected to the rotor.
  • two webs of different stages can be connected to the output, so that without reversing the direction of rotation, both a ring gear and a web can be connected to the housing, preferably overlapping and in opposite directions, in order to set two different transmission ratios between input and output.
  • Two of each Components for switching the planetary gear can be fixed to the housing of the planetary gear, that is, can be connected to the housing.
  • a ring gear can be connected to the housing by means of a first friction clutch and a carrier of the single-stage or multi-stage planetary gear can be connected to the housing by means of a second friction clutch.
  • the friction clutches are designed, for example, as forcibly closed friction clutches, that is, the friction clutches are closed under hydrostatic pressure and are thus connected to the housing.
  • the ring gear or web are each arranged such that they can rotate with respect to the housing.
  • the friction clutches are alternately closed and open.
  • the friction clutches are actuated in an overlapping manner, ie one friction clutch is opened and the other friction clutch is closed.
  • the hydrostatic actuation of the friction clutches takes place by means of a hydraulic unit controlled by a control unit.
  • the hydraulic unit contains a pressure supply device, for example an electrically operated pump. Both Hy draulic units of the two friction clutches can be fed from a common pressure supply device.
  • the hydraulic unit contains a slave cylinder which actuates the friction clutch and is connected to the pressure supply device by means of a pressure line. Under pressure, the slave cylinder of the slave cylinder is shifted axially against the action of a spring element, for example a return spring, resulting in frictional engagement of a disk pack in the friction clutch between the housing and the relevant one Component of the planetary gear arranged lamellae and counter-lamellae is made forth.
  • a spring element for example a return spring
  • a pressure relief valve controlled by the control unit for example electromagnetically actuated, is connected in the pressure line between the pressure supply device and the slave cylinder.
  • the pressure relief valve connects the slave cylinder to the pressure supply device in a first switching position. In a second switching position, the slave cylinder is connected to an unpressurized sump.
  • the pressure relief valve is preferably actively switched from the second switching position to the first switching position against a return spring.
  • the contact point of the friction clutch or the contact points of two friction clutches of a drive unit are continuously adapted by assigning them to a currently determined filling time of a filling time of the slave cylinder, so that a contact point of the associated friction clutch is identified based on the associated filling time.
  • the filling time is with a given Path of a slave cylinder piston of the slave cylinder and thus correlated geometrically with the touch point.
  • Corresponding conversions are stored in the control unit that controls the electric motor and can be determined empirically and stored, for example, as a map, table or formula.
  • the contact point and the filling time point of the slave cylinder correlated therewith are determined based on a change in a rotational characteristic value of a rotor of the electric motor that drives the pump.
  • the effect is used that when torque begins to be transmitted via the friction clutch, the friction clutch is engaged further by means of the slave cylinder, which continues to fill, and thus a displacement of the slave cylinder piston, in addition to the prestressing of the return spring, a prestressing of the disk pack of the friction clutch and thus the rotational parameters change due to the changed load, for example decrease.
  • further sensor devices such as a pressure sensor in the pressure line with corresponding detection and evaluation software, can be dispensed with, so that the hydraulic unit can be manufactured more cost-effectively.
  • the rotational parameters of the rotor can be recorded and processed without an additional sensor device for detecting the rotational parameters, in that the electric motor commutates electronically and speed information of the commutation is used for determination of the rotational characteristic value that is continuously recorded and evaluated for the adaptation of the contact point.
  • the electric motor can be speed-controlled during operating times outside of the determination of the touch point, this being voltage-controlled at least during a determination of the touch point, for example in an open loop.
  • the rotational characteristic is temperature-compensated. This means, for example, that viscosities, line cross-sections and the like that change due to temperature changes are compensated for.
  • a temperature sensor can be provided for this purpose, which is directly in thermal connection with the pressure line or is arranged remotely from the pressure line, for example on a circuit board of the control unit, with the temperature of the hydraulic fluid being back-calculated using a temperature model.
  • the rotational characteristic value used as a change in acceleration can be evaluated as a function of the speed of the electric motor, for example in order to compensate for inertia of the rotor, the pump and the like.
  • the rotational characteristic value can be evaluated as a function of switching at least one valve of the hydraulic unit, for example the pressure relief valve, so that pressure drops at the valve that is not fully open, for example, can be compensated for.
  • the currently determined rotational characteristic values are assigned to a FIFO data register with a fixed number of storage burst.
  • the rotational parameters are gradually read in serially and further shifted, with the sum of the rotational parameters of the register being determined at each time cycle.
  • the totals are each compared with a specified total value of the contact point and, given a specified total value, the key rotary value for the contact point or the associated filling time or the slave cylinder piston position is determined.
  • the rotational characteristic values located at the memory locations can each be loaded with a coefficient that is specifically predetermined for the memory location.
  • a rotational characteristic value located in the register at a centrally arranged storage location can have the smallest coefficient in terms of amount, for example zero, and the rotational characteristic values located in storage locations spaced apart from this in both temporal directions can be loaded with increasing coefficients in terms of amount.
  • the treatment of the detected rotational parameters is used to filter the
  • FIG. 1 shows a diagrammatically illustrated hydraulic unit for actuating a friction clutch
  • FIG. 2 shows a diagram of the pressure of the pump in FIG. 1 or the acceleration of the electric motor over time
  • FIG. 3 is a representation of an FIR filter of the rotational characteristic of the electric motor during a determination of the touch point of the friction clutch of FIG. 1 and
  • FIG. 4 a simulation of a determination of the touch point of the friction clutch of FIG.
  • FIG. 1 shows schematically the hydraulic unit 100 for one of the two friction clutches of a drive unit with two friction clutches that switch the transmission ratio of a planetary gear in the overlapping mode.
  • a hydraulic unit 100 is provided for each of the friction clutches.
  • the hydraulic unit 100 contains the pump 101 driven by a rotor of the electronically commutated electric motor M, which generates the pump pressure P p .
  • the pressure relief valve 102 is arranged in the pressure line 103 between the pump 101 and the slave cylinder 104 and switches between the slave cylinder 104 on the one hand and on the other hand optionally between the pump 101 and the unpressurized sump 105, so that the slave cylinder 104 with the Gori f can be applied to the clutch pressure P c falling pump pressure P p with the flow Q or pressure relieved.
  • the slave cylinder piston 106 is displaced under the clutch pressure P c against the action of the spring element 107 and, after the filling time At required to fill the slave cylinder 104, tensions the disk pack 108 at the contact point TP with greater rigidity than the spring element 107 of those not shown in detail friction clutch.
  • the clutch pressure P c in the pressure line 103 slowly but surely decreases steadily to.
  • the clutch pressure P c in the pressure line 103 increases with a greater gradient, since the disk set 108 is also prestressed.
  • the friction clutch begins to transmit torque at contact point TP by means of the incipient frictional contact between the disks and counter-disks of disk set 108, so that the transition between the clutch pressure P c with a small gradient and the clutch pressure P c with a large gradient takes the filling time of slave cylinder 104 im It is essentially finished and a signal, for example a flag for the touch point TP, can be stored in the software for controlling the friction clutch.
  • the reaction of the load of the electric motor M driving the pump 101 is evaluated in order to determine the touch point TP at the transition between a small and a large increase in the clutch pressure P c without an additional pressure sensor.
  • rotational parameters for example changes in the acceleration of the rotor of the electric motor M, are evaluated via the filling time At during an actuation process of the friction clutch using the sensor device for commutation of the electric motor. wherein the electric motor M is operated at least during the filling time At in an open loop, for example with a fixed voltage being specified.
  • the transition between the smaller and the larger slope of the clutch pressure P c can be detected based on the change in acceleration of the rotor over the filling time At and the touch point can be defined at the transition.
  • the detected rotational characteristic of the change in acceleration may be subjected to FIR filtering.
  • the friction clutch is preferably designed according to the normally open principle. This means that the friction clutch is opened when there is no pressure in the pressure line 103 and is closed under the applied clutch pressure P c . This in turn means that the component of the planetary gear associated with this friction clutch is connected to the housing under pressure.
  • Figure 2 shows schematically the relationship between clutch pressure P c and acceleration A over time t with reference to hydraulic unit 100 in Figure 1.
  • pressure relief valve 102 is closed, pump pressure P p is released into pressure line 103 and drops at the Gorif orifice to the clutch pressure P c .
  • the slave cylinder 104 is filled with pressure medium over the time t and the slave cylinder piston 106 is displaced within the filling time At against the action of the spring element 107 until the disks and counter disks of the disk pack 108 come into contact in the detected time interval At c .
  • FIG. 3 shows schematically the use of an FIR filter 300 on the detected acceleration values of the rotor of the electric motor M for determining the contact point TP.
  • the contact point TP is determined in the direction of the increasing displacement of the slave cylinder piston 106 via the filling time D ⁇ and a part of the preload of the disk set via the time interval D ⁇ 0 of Figure 2 by register 301 with here five memory locations 302, 303, 304, 305, 306 filled according to the FIFO principle (first-in-first-out) with acceleration values c4, c3, c2, c1, cO recorded in successive interrupts and according to the principle of the FIR filter 300 with a finite impulse response (FIR; finite impulse response filter) is evaluated.
  • the touch point TP or the filling time value assigned to it is recognized if the value resulting from the FIR filter 300 corresponds to a calibrated variable.
  • the FIR filter 300 for determining the touch point TP of FIG. 2, for example, is shown in principle.
  • the sum of the acceleration values c4, c3, c2, c1, c0 of the memory locations 302, 303, 304, 305, 306 is formed for each interrupt according to the specified formula. If this sum corresponds to a calibrated value, the filling time value associated with the acceleration value c2 is adopted as the touch point TP.
  • Figure 4 shows the determination of the contact point TP at the filling time t(TP) as a simulation 400 of the hydraulic unit 100 to operate a friction clutch.
  • curve 401 partial diagram I shows the acceleration values A(x) determined from filter 300 for each interrupt over time t.
  • the acceleration values A(x) are recorded via the filling time At and the time interval At c and is then aborted because, after the maximum torque that can be transmitted via the friction clutch has been reached, the speed n of the pump 101 is reduced or switched off with a corresponding preload of the disk pack and there are no reproducible acceleration values A(x).
  • the contact point TP is assigned to the filling time t(TP) as soon as the acceleration values A(x) fall below a limit value, for example the acceleration value A(TP) or the change in acceleration DA exceeds a predetermined limit value.
  • Partial diagram II shows curves 402, 403, 404, 405 over time t.
  • the curve 402 shows the speed n of the rotor of the electric motor M, the curve 403 the pump pressure P p of the pump 101, the curve 404 the clutch pressure P c and the curve 405 the acceleration A of the rotor of the electric motor M over time t.
  • the values of curve 405 serve as a basis for filtering using the FIR filter 300 as shown in curve 401 .
  • the other curves 402, 403, 404 are only shown for information purposes and are not explicitly necessary for determining the touch point TP.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikeinheit (100) mit einer von einem von einer Steuereinheit gesteuerten Elektromotor (M) betriebenen Pumpe (101 ) und einem eine Reibungskupplung entgegen der Wirkung eines Federelements (107) beaufschlagenden Nehmerzylinder (104) mit einer hydrostatisch betätigten Reibungskupplung sowie eine Antriebseinheit mit zumindest einer Hydraulikeinheit (100). Es wird vorgeschlagen, einen laufend adaptierten Tastpunkt (TP) der Reibungskupplung einem aktuell ermittelten Füllzeitpunkt des Nehmerzylinders (104) zuzuordnen und der aktuell ermittelte Füllzeitpunkt anhand einer Änderung eines Drehkennwerts eines die Pumpe (101) antreibenden Rotors des Elektromotors (M) zu ermitteln.

Description

Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikeinheit und Antriebseinheit mit einem von der Hydraulikeinheit betätigten Planetenqetriebe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10.
Aus der Druckschrift DE 102009055065 A1 ist ein Verfahren zur Adaption einer Schnellbefüllzeit eines Nehmerzylinders einer Kupplung eines Antriebsstrangs be kannt. Ein Tastpunkt der Kupplung wird anhand von Druckwerten ermittelt. Gattungsgemäße Antriebseinheiten, beispielsweise mit einem Elektromotor, welcher unter Zwischenschaltung eines schaltbaren Getriebes wie beispielsweise eines Plane tengetriebes ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs antreibt, sind beispielsweise aus den Druckschriften DD 278307 A und EP 2597336 B1 bekannt. Beispielsweise wer den zur Schaltung eines Planetengetriebes Komponenten des Planetengetriebes wie Hohlrad und/oder Steg mittels eines Bremsbands gehäusefest festgelegt, so dass aus den unterschiedlichen Drehmomentpfaden mit und ohne rotierendes Hohlrad bezie hungsweise Steg unterschiedliche Übersetzungen geschaltet werden können. Die Be tätigung des Bremsbandes kann auf unterschiedliche Weise mittels elektrischer oder hydraulischer Aktoren, beispielsweise mittels hydrostatisch betätigter Reibungskupp lungen erfolgen. Die Steuerung derartiger Planetengetriebe erfolgt mittels einer Steu ereinheit, welche die entsprechenden Aktoren steuert.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Steuerung einer Hydraulikeinheit zur Betätigung einer Reibungskupplung sowie die Weiterbildung einer Antriebseinheit, insbesondere eines Radantriebs eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, die Steuerung einer Reibungskupplung durch Adaption ein fach und ohne zusätzliche Sensoreinrichtungen vorzunehmen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung einer Hydraulikeinheit zur Betäti gung einer Reibungskupplung beispielsweise für eine Antriebseinheit eines Radan triebs an zwei oder allen Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs. Hierzu sind eine zen trale und/oder mehrere dezentrale Steuereinheiten vorgesehen, welche die Antriebs einheit und ein Getriebe jeweils eines Abtriebs wie beispielsweise Radantriebs steu ern.
Die Antriebseinheit ist bevorzugt von einem Elektromotor angetrieben. Der Elektromo tor kann antreibend oder rekuperierend vorgesehen sein. Dem Elektromotor bezie hungsweise dessen Rotor ist ein zumindest zweigängiges Planetengetriebe nachge schaltet. Das Planetengetriebe ist zumindest einstufig bevorzugt zweistufig ausgebil det. Als Komponenten des Planetengetriebes sind zumindest ein Sonnenrad, ein Hohlrad und zumindest ein Steg mit verdrehbar und über den Umfang verteilt ange ordneten Planetenrädern vorgesehen. Die Planetenräder sind jeweils mit einem Son nenrad und dem dazugehörigen Hohlrad verzahnt. Je nach Verschaltung der Kompo nenten dient eine Komponente des Planetengetriebes, beispielsweise ein Sonnenrad einer ersten Stufe als Antrieb und ist mit dem Rotor fest verbunden. Beispielsweise können zwei Stege unterschiedlicher Stufen mit dem Abtrieb verbunden sein, so dass ohne Drehrichtungsumkehr sowohl ein Hohlrad und ein Steg bevorzugt überschnei dend und gegenläufig mit dem Gehäuse verbunden werden können, um zwei unter schiedliche Übersetzungen zwischen An- und Abtrieb einzustellen. Jeweils zwei der Komponenten sind zur Schaltung des Planetenradgetriebes mit dem Gehäuse des Planetengetriebes festlegbar, das heißt, gehäusefest verbindbar.
Hierzu dienen hydrostatisch betätigte Reibungskupplungen, welche zwischen dem Gehäuse und der entsprechenden Komponente wirksam schaltbar angeordnet sind. Beispielsweise ist mittels einer ersten Reibungskupplung ein Hohlrad und mittels einer zweiten Reibungskupplung ein Steg des ein- oder mehrstufigen Planetengetriebes mit dem Gehäuse verbindbar. Die Reibungskupplungen sind beispielsweise als zwangs weise geschlossene Reibungskupplungen ausgebildet, das heißt, die Reibungskupp lungen werden unter hydrostatischem Druck geschlossen und damit mit dem Gehäuse verbunden. Im nicht betätigten Zustand der Reibungskupplungen sind jeweils Hohlrad beziehungsweise Steg gegenüber dem Gehäuse verdrehbar angeordnet. Zur Erzie lung einer großen Übersetzung sind die Reibungskupplungen wechselweise geschlos sen und geöffnet. Bei einer Schaltung des Planetengetriebes werden die Reibungs kupplungen dabei überschneidend betätigt, das heißt die eine Reibungskupplung wird geöffnet und die andere Reibungskupplung wird geschlossen.
Die hydrostatische Betätigung der Reibungskupplungen erfolgt mittels einer von einer Steuereinheit gesteuerten Hydraulikeinheit. Die Hydraulikeinheit enthält eine Druck versorgungseinrichtung beispielsweise eine elektrisch betriebene Pumpe. Beide Hy draulikeinheiten der beiden Reibungskupplungen können von einer gemeinsamen Druckversorgungseinrichtung gespeist sein. Die Hydraulikeinheit enthält einen die Reibungskupplung betätigenden Nehmerzylinder, der mittels einer Druckleitung mit der Druckversorgungseinrichtung verbunden ist. Unter Druck wird der Nehmerzylin derkolben des Nehmerzylinders entgegen der Wirkung eines Federelements, bei spielsweise einer Rückholfeder axial verlagert, wodurch in der Reibungskupplung ein Reibeingriff eines Lamellenpakets mit zwischen dem Gehäuse und der betreffenden Komponente des Planetengetriebes angeordneten Lamellen und Gegenlamellen her gestellt wird. Wird der Druck aus dem Nehmerzylinder abgelassen, verlagert sich der durch das Federelement vorgespannte Nehmerzylinderkolben in seine Ruheposition und der Reibeingriff der Reibungskupplung wird aufgelöst. Zur Steuerung des Drucks in dem Nehmerzylinder ist in die Druckleitung zwischen der Druckversorgungseinrich tung und dem Nehmerzylinder ein von der Steuereinheit gesteuertes, beispielsweise elektromagnetisch betätigtes Druckentlastungsventil geschaltet. Das Druckentlas tungsventil verbindet den Nehmerzylinder in einer ersten Schaltstellung mit der Druck versorgungseinrichtung. In einer zweiten Schaltstellung ist der Nehmerzylinder mit ei nem drucklosen Sumpf verbunden. Das Druckentlastungsventil wird bevorzugt aktiv von der zweiten Schaltstellung entgegen einer Rückstellfeder in die erste Schaltstel lung geschaltet.
Zur Beschaltung des Planetengetriebes mittels exakt aufeinander abgestimmten Rei bungskupplungen ist eine genaue Kenntnis der Tastpunkte der Reibungskupplungen nötig. Hierbei hat sich gezeigt, dass aufgrund der System hysterese der Tastpunkt, bei dem die Reibungskupplung beginnt Moment zu übertragen und ein Ablösepunkt, bei dem die Reibungskupplung beginnt, kein Moment mehr zu übertragen auseinanderfal len, so dass der Ablösepunkt beispielsweise mittels eines empirisch ermittelten Ab stands gegenüber dem laufend adaptierten Tastpunkt separat ermittelt und adaptiert wird.
Der Tastpunkt der Reibungskupplung beziehungsweise die Tastpunkte zweier Rei bungskupplungen einer Antriebseinheit werden laufend adaptiert, indem diese einem aktuell ermittelten Füllzeitpunkt einer Füllzeit des Nehmerzylinders zugeordnet wer den, so dass ein Tastpunkt der zugehörigen Reibungskupplung anhand des zugehöri gen Füllzeitpunkts identifiziert wird. Die Füllzeit ist dabei mit einem vorgegebenen Weg eines Nehmerzylinderkolbens des Nehmerzylinders und damit geometrisch mit dem Tastpunkt korreliert. Entsprechende Umrechnungen sind in der den Elektromotor steuernden Steuereinheit hinterlegt und können empirisch ermittelt werden und bei spielsweise als Kennfeld, Tabelle oder Formel hinterlegt sein. Der Tastpunkt und der mit diesem korrelierte Füllzeitpunkt des Nehmerzylinders wird dabei anhand einer Änderung eines Drehkennwerts eines die Pumpe antreibenden Rotors des Elektromotors ermittelt. Hierbei wird der Effekt genutzt, dass bei beginnen der Übertragung von Drehmoment über die Reibungskupplung ein weiteres Einrücken der Reibungskupplung mittels des sich weiterfüllenden Nehmerzylinders und damit eine Verlagerung des Nehmerzylinderkolbens zusätzlich zur Vorspannung der Rück holfeder eine Vorspannung des Lamellenpakets der Reibungskupplung erfolgt und sich damit die Drehkennwerte infolge der veränderten Last ändern, beispielsweise verringern. Auf diese Weise können auf weitere Sensoreinrichtungen wie beispiels weise einen Drucksensor in der Druckleitung mit entsprechender Erfassungs- und Auswertesoftware verzichtet werden, so dass die Hydraulikeinheit kostengünstiger hergestellt werden kann.
Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, wenn als Drehkennwert eine Beschleuni gungsänderung des Rotors des Elektromotors zum Antrieb der Pumpe ausgewertet wird. Hierbei ändert sich die Beschleunigung des Rotors, sobald die Pumpe einer er- höhten Last bei sich anlegenden Lamellen und Gegenlamellen des Lamellenpakets am Tastpunkt ausgesetzt ist.
Die Drehkennwerte des Rotors können ohne weitere Sensoreinrichtung zur Erfassung der Drehkennwerte erfasst und verarbeitet werden, indem der Elektromotor elektro nisch kommutiert und eine Drehzahlinformation der Kommutierung zur Bestimmung des zur Adaption des Tastpunkts laufend erfassten und ausgewerteten Drehkenn werts ausgewertet wird.
Der Elektromotor kann während Betriebszeiten außerhalb der Ermittlung des Tast punkts drehzahlgesteuert sein, wobei dieser zumindest während einer Bestimmung des Tastpunkts spannungsgesteuert, beispielsweise in einer offenen Schleife betrie ben wird.
Um die aktuell erfassten Drehkennwerte unabhängig von nicht der sich aufgrund des Tastpunkts ändernden Störgrößen bestimmen zu können, werden auf den Drehkenn wert einwirkende Umwelteinflüsse kompensiert. Beispielsweise wird der Drehkennwert temperaturkompensiert. Dies bedeutet beispielsweise, dass sich aufgrund von Tem peraturänderungen ändernde Viskositäten, Leitungsquerschnitte und dergleichen kompensiert werden. Hierzu kann ein Temperaturfühler vorgesehen sein, der direkt in thermischer Verbindung mit der Druckleitung steht oder entfernt von der Druckleitung beispielsweise auf einer Platine der Steuereinheit angeordnet ist, wobei mittels eines Temperaturmodells auf die Temperatur des Hydraulikfluids zurückgerechnet wird. Beispielsweise kann der als Beschleunigungsänderung verwendete Drehkennwert ab hängig von der Drehzahl des Elektromotors ausgewertet werden, um beispielsweise Massenträgheiten des Rotors, der Pumpe und dergleichen zu kompensieren. Beispielsweise kann der Drehkennwert abhängig von einer Schaltung zumindest eines Ventils der Hydraulikeinheit, beispielsweise des Druckentlastungsventils ausgewertet werden, so dass Druckabfälle an dem beispielsweise nicht vollständig geöffneten Ven til kompensiert werden.
Beispielsweise erfolgt eine Zuordnung der aktuell ermittelten Drehkennwerte während einer Ermittlung des Tastpunkts beispielsweise zu jedem Interrupt der Steuereinheit zeitlich getaktet in ein FIFO-Datenregister mit einer festgelegten Anzahl von Speicher- platzen. Die Drehkennwerte werden hierbei nach und nach seriell eingelesen und wei tergeschoben, wobei bei jedem Zeittakt die Summe der Drehkennwerte des Registers ermittelt wird. Die Summen werden jeweils mit einem vorgegebenen Summenwert des Tastpunkts verglichen und bei einem vorgegebenen Summenwert wird der für den Tastpunkt beziehungsweise der zugehörige Füllzeitpunkt beziehungsweise die Neh merzylinderkolbenposition wesentliche Drehkennwert ermittelt.
Die an den Speicherplätzen befindlichen Drehkennwerte können dabei jeweils mit ei nem für den Speicherplatz spezifisch vorgegebenen Koeffizienten beaufschlagt wer den. Beispielsweise kann ein sich im Register an einem mittig angeordneten Spei cherplatz befindlicher Drehkennwert dem Betrage nach mit dem kleinsten Koeffizien ten, beispielsweise Null und die an in beide zeitliche Richtungen von diesem beab- standeten Speicherplätzen befindlichen Drehkennwerte können mit dem Betrage nach zunehmenden Koeffizienten beaufschlagt werden. Durch diese seriell erfolgende Er mittlung von Summenwerten können Knickpunkte der Drehkennwerte am Tastpunkt ermittelt werden, bei denen eine Verpressung der Lamellen und Gegenlamellen der Reibungskupplungen am Tastpunkt beginnt. Daraus resultiert am Tastpunkt während der Befüllung des Nehmerzylinders nach einem flachen Anstieg des Überbrückens ei nes Leerwegs des Nehmerzylinderkolbens bei Erreichen des Tastpunkts an diesem Knickpunkt ein steiler Anstieg des Drehkennwerts mit einer beginnenden Übertragung von Moment an der Reibungskupplung und beispielsweise einer Festlegung der be treffenden Komponente des Planetengetriebes an dessen Gehäuse mit einer entspre chenden Schaltung.
Die beschriebene Behandlung der erfassten Drehkennwerte dient der Filterung des
Drehkennwerts mittels eines FIR-Filters. Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert. Diese zeigen:
Figur 1 eine schematisch dargestellte Hydraulikeinheit zur Betätigung einer Rei bungskupplung, Figur 2 ein Diagramm des Drucks der Pumpe der Figur 1 beziehungsweise der Beschleunigung des Elektromotors über die Zeit,
Figur 3 eine Darstellung eines FIR-Filters des Drehkennwerts des Elektromotors während einer Bestimmung des Tastpunkts der Reibungskupplung der Figur 1 und
Figur 4 eine Simulation einer Ermittlung des Tastpunkts der Reibungskupplung der Figur 1.
Die Figur 1 zeigt schematisch die Hydraulikeinheit 100 für eine der beiden Reibungs kupplungen einer Antriebseinheit mit zwei die Übersetzung eines Planetengetriebes im Überschneidungsbetrieb schaltenden Reibungskupplungen. Für jede der Rei bungskupplungen ist eine Hydraulikeinheit 100 vorgesehen. Die Hydraulikeinheit 100 enthält die von einem Rotor des elektronisch kommutierten Elektromotors M angetrie bene Pumpe 101, die den Pumpendruck Pp erzeugt.
Das Druckentlastungsventil 102 ist in der Druckleitung 103 zwischen der Pumpe 101 und dem Nehmerzylinder 104 angeordnet und schaltet zwischen dem Nehmerzylinder 104 einerseits und andererseits wahlweise zwischen der Pumpe 101 und dem druck losen Sumpf 105, so dass der Nehmerzylinder 104 mit dem an der Blende Gorif auf den Kupplungsdruck Pc abfallenden Pumpendruck Pp mit dem Fluss Q beaufschlagt oder druckentlastet werden kann. Der Nehmerzylinderkolben 106 wird unter dem Kupplungsdruck Pc entgegen der Wir kung des Federelements 107 verlagert und spannt nach Ablauf der zur Befüllung des Nehmerzylinders 104 notwendigen Füllzeit At am Tastpunkt TP das Lamellenpaket 108 mit der größeren Steifigkeit als das Federelement 107 der nicht im Detail darge stellten Reibungskupplung vor.
Wird das hier offen dargestellte Druckentlastungsventil 102 geschlossen, wird zuerst der Nehmerzylinder 104 während der Füllzeit At befüllt und dabei der Nehmerzylinder kolben 106 entgegen der Wirkung des Federelements 107 bis zum Tastpunkt TP ver lagert, der Kupplungsdruck Pc in der Druckleitung 103 nimmt dabei langsam aber ste tig zu. Erreicht der Nehmerzylinderkolben 106 oder ein mit diesem verbundenes Bau teil das Lamellenpaket 108 am Tastpunkt TP, erhöht sich der Kupplungsdruck Pc in der Druckleitung 103 mit einer größeren Steigung, da zusätzlich das Lamellenpaket 108 vorgespannt wird. Die Reibungskupplung beginnt mittels des beginnenden Reib kontakts zwischen den Lamellen und Gegenlamellen des Lamellenpakets 108 am Tastpunkt TP Moment zu übertragen, so dass dem Übergang zwischen dem Kupp lungsdruck Pc mit kleiner Steigung und dem Kupplungsdruck Pc mit großer Steigung die Füllzeit des Nehmerzylinders 104 im Wesentlichen beendet ist und ein Signal, bei spielsweise ein Flag für den Tastpunkt TP in der Software zur Steuerung der Rei bungskupplung hinterlegt werden kann.
Zur Ermittlung des Tastpunkts TP am Übergang zwischen kleiner und großer Steigung des Kupplungsdrucks Pc ohne zusätzlichen Drucksensor wird die Reaktion der Last des die Pumpe 101 antreibenden Elektromotors M ausgewertet. Hierzu werden über die Füllzeit At während eines Betätigungsvorgangs der Reibungskupplung anhand der Sensoreinrichtung zur Kommutierung des Elektromotors Drehkennwerte, beispiels weise Änderungen der Beschleunigung des Rotors des Elektromotors M ausgewertet, wobei der Elektromotor M zumindest während der Füllzeit At in einer offenen Schleife beispielsweise unter Vorgabe einer festen Spannung betrieben wird. Aufgrund der größeren Last der Pumpe 101 nach Erreichen des Tastpunkts TP kann der Übergang zwischen der kleineren und der größeren Steigung des Kupplungsdrucks Pc anhand der Beschleunigungsänderung des Rotors über die Füllzeit At erkannt und am Über gang der Tastpunkt festgelegt werden. Zur Glättung von Rauschen und dergleichen, kann der erfasste Drehkennwert der Beschleunigungsänderung einer FIR-Filterung unterworfen werden.
Die Reibungskupplung ist bevorzugt nach dem zwangsweise geschlossenen (normally open) Prinzip ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Reibungskupplung bei in der Druckleitung 103 abwesendem Druck geöffnet ist und unter dem anliegenden Kupp lungsdruck Pc geschlossen wird. Dies bedeutet wiederum, dass die dieser Reibungs kupplung zugeordnete Komponente des Planetengetriebes unter Druck mit dem Ge häuse verbunden wird.
Die Figur 2 zeigt anhand des Diagramms 200 schematisch den Zusammenhang des Kupplungsdrucks Pc und der Beschleunigung A über die Zeit t mit Bezug auf die Hy draulikeinheit 100 der Figur 1. Sobald das Druckentlastungsventil 102 geschlossen ist, wird der Pumpendruck Pp in die Druckleitung 103 geleitet und fällt an der Blende Gorif zum Kupplungsdruck Pc ab. Dabei wird über die Zeit t der Nehmerzylinder 104 mit Druckmittel befüllt und der Nehmerzylinderkolben 106 innerhalb der Füllzeit At entge gen der Wirkung des Federelements 107 verlagert, bis die Lamellen und Gegenlamel len des Lamellenpakets 108 im erfassten Zeitintervall Atc zur Anlage kommen. Auf grund des gegenüber dem Druckunterschied APf innerhalb der Füllzeit At großen Stei figkeit nach Vorspannung des Lamellenpakets 108 mit dem Druckunterschied APC än dert sich die Last der Pumpe 101 , so dass am Rotor des Elektromotors M die Be- schleunigungsänderung DA auftritt. Dieser Beschleunigungsänderung DA wird ein dis kreter Füllzeitpunkt als Tastpunkt der Reibungskupplung zugeordnet, bei der diese be ginnt Moment zu übertragen.
Die Figur 3 zeigt unter Bezug auf die Hydraulikeinheit 100 der Figur 1 schematisch die Anwendung eines FIR-Filters 300 auf die erfassten Beschleunigungswerte des Rotors des Elektromotors M zur Ermittlung des Tastpunkts TP. Der Tastpunkt TP wird in Richtung des zunehmenden Wegs des Nehmerzylinderkolbens 106 über die Füllzeit Dί und einen Teil der Vorspannung des Lamellenpakets über das Zeitintervall Dί0 der Figur 2 bestimmt, indem das Register 301 mit hier fünf Speicherplätzen 302, 303, 304, 305, 306 nach dem FIFO-Prinzip (first-in-first-out) mit in aufeinander folgenden Inter rupts erfassten Beschleunigungswerten c4, c3, c2, c1 , cO befüllt und nach dem Prinzip des FIR-Filters 300 mit endlicher Impulsantwort (FIR; finite impulse response filter) ausgewertet wird. Der Tastpunkt TP beziehungsweise der diesem zugeordnete Füll zeitwert wird dabei erkannt, wenn der aus dem FIR-Filter 300 resultierende Wert einer kalibrierten Größe entspricht.
Gezeigt ist der FIR-Filter 300 für die beispielsweise Ermittlung des Tastpunkts TP der Figur 2 im Prinzip. Den an den Speicherplätzen 302, 303, 304, 305, 306 des FIFO-Re- gisters 301 kurzzeitig gespeicherten Beschleunigungswerten c4, c3, c2, c1 , cO werden die Koeffizienten k4, k3, k2, k1 , kO mit den Werten -6, -3, 0, 3, 6 zugeordnet. Aus den Beschleunigungswerten c4, c3, c2, c1 , cO der Speicherplätze 302, 303, 304, 305, 306 wird gemäß der angegebenen Formel bei jedem Interrupt die Summe gebildet. Ent spricht diese Summe einem kalibrierten Wert, wird der zu dem Beschleunigungswert c2 gehörige Füllzeitwert als Tastpunkt TP übernommen.
Die Figur 4 zeigt unter Bezug auf die vorhergehenden Figuren die Ermittlung des Tastpunkts TP an dem Füllzeitpunkt t(TP) als Simulation 400 der Hydraulikeinheit 100 zur Betätigung einer Reibungskupplung. Das Teildiagramm I zeigt in der Kurve 401 die aus dem Filter 300 zu jeweils einem Interrupt bestimmten Beschleunigungswerte A(x) über die Zeit t. Die Erfassung der Beschleunigungswerte A(x) erfolgt über die Füllzeit At und das Zeitintervall Atc und wird danach abgebrochen, da nach Erreichen des maximal über die Reibungskupplung übertragbaren Moments bei einer entspre chenden Vorspannung des Lamellenpakets die Drehzahl n der Pumpe 101 reduziert oder abgeschaltet werden kann und keine reproduzierbaren Beschleunigungswerte A(x) vorliegen.
Der Tastpunkt TP wird dem Füllzeitpunkt t(TP) zugeordnet, sobald die Beschleuni- gungswerte A(x) einen Grenzwert, beispielsweise den Beschleunigungswert A(TP) un terscheiten oder die Beschleunigungsänderung DA einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Das Teildiagramm II zeigt die Kurven 402, 403, 404, 405 über die Zeit t. Die Kurve 402 zeigt die Drehzahl n des Rotors des Elektromotors M, die Kurve 403 den Pum- pendruck Pp der Pumpe 101 , die Kurve 404 den Kupplungsdruck Pc und die Kurve 405 die Beschleunigung A des Rotors des Elektromotors M über die Zeit t. Die Werte der Kurve 405 dienen als Grundlage für die Filterung mittels des FIR-Filters 300 wie in Kurve 401 dargestellt. Die übrigen Kurven 402, 403, 404 sind nur informativ darge stellt und sind zur Ermittlung des Tastpunkts TP nicht explizit nötig.
Bezuqszeichenliste
100 Hydraulikeinheit
101 Pumpe
102 Druckentlastungsventil
103 Druckleitung
104 Nehmerzylinder
105 Sumpf
106 Nehmerzylinderkolben
107 Federelement
108 Lamellenpaket 200 Diagramm
300 FIR-Filter
301 Register
302 Speicherplatz
303 Speicherplatz
304 Speicherplatz
305 Speicherplatz
306 Speicherplatz
400 Simulation
401 Kurve
402 Kurve
403 Kurve
404 Kurve
405 Kurve A Beschleunigung
A(x) Beschleunigungswert
A(TP) Beschleunigungswert cO Beschleunigungswert c1 Beschleunigungswert c2 Beschleunigungswert c3 Beschleunigungswert c4 Beschleunigungswert Gorif Blende kO Koeffizient k1 Koeffizient k2 Koeffizient k3 Koeffizient k4 Koeffizient
M Elektromotor n Drehzahl
Pc Kupplungsdruck
Pp Pumpendruck
Qin FIUSS
TP Tastpunkt t Zeit t(TP) Füllzeitpunkt
DA Beschleunigungsänderung
DRo Druckunterschied
DRί Druckunterschied
Dί Füllzeit
Dί0 Zeitintervall

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikeinheit (100) mit einer von einem von einer Steuereinheit gesteuerten Elektromotor (M) betriebenen Pumpe (101) und einem eine Reibungskupplung entgegen der Wirkung eines Federelements (107) beaufschlagenden Nehmerzylinder (104) mit einer hydrostatisch betätig ten Reibungskupplung, dadurch gekennzeichnet, dass ein laufend adaptierter Tastpunkt (TP) der Reibungskupplung einem aktuell ermittelten Füllzeitpunkt (t(TP)) des Nehmerzylinders (104) zugeordnet wird und der aktuell ermittelte Füllzeitpunkt (t(TP)) anhand einer Änderung eines Drehkennwerts eines die Pumpe (101) antreibenden Rotors des Elektromotors (M) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkennwert eine Beschleunigungsänderung (DA) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro motor (M) elektronisch kommutiert ist und eine Sensorinformation der Kommu tierung zur Bestimmung des Drehkennwerts ausgewertet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (M) zumindest während einer Bestimmung des Tastpunkts (TP) spannungsgesteuert betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Drehkennwert einwirkende Umwelteinflüsse kompensiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkennwert temperaturkompensiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der als Be schleunigungsänderung (DA) verwendete Drehkennwert abhängig von der Drehzahl (n) des Elektromotors ausgewertet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkennwert abhängig von einer Schaltung zumindest eines Ventils der Hydraulikeinheit (100) ausgewertet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkennwert mittels eines FIR-Filters (300) gefiltert wird.
10. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit, insbesondere eines Radantriebs eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor, einem diesem nachgeschalteten, zumindest zweigängigen Planetengetriebe und zumindest einem dem Plane tengetriebe nachgeschalteten Abtrieb, wobei Gänge des Planetengetriebes mit tels zwei jeweils eine Komponente des Planetengetriebes gehäusefest festle genden, hydrostatisch betätigten Reibungskupplungen geschaltet werden, wo bei die Reibungskupplungen jeweils mittels einer von einer Steuereinheit ge- steuerten Hydraulikeinheit (100) mit einer von einem Elektromotor (M) angetrie benen Pumpe (101), mit einem die Reibungskupplung entgegen der Wirkung eines Federelements (107) beaufschlagenden Nehmerzylinder (104), mit einem in einer Druckleitung (103) zwischen der Pumpe (101) und dem Nehmerzylin der (104) angeordneten Druckentlastungsventil (102) betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine laufende Adaption eines Tastpunkts (TP) der Rei bungskupplungen mittels des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 vor gesehen ist.
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