AT516476A1 - Verfahren zur adaption der kupplungskraft eines fahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption einer Reibungskupplung (5) eines Fahrzeuges. Um eine Adaptierung des Schaltelementes ohne Beeinflussung des Fahrkomforts durchzuführen, werden folgende Schritte durchgeführt: · Betreiben des Fahrzeuges in einem stationären oder quasistationären Betriebszustand, wobei ein erstes Eingangsdrehmoment (ME1) auf die Eingangsseite der Reibungskupplung (5) aufgebracht wird; · Beaufschlagen der Reibungskupplung (5) mit einer Basis-Kupplungskraft (FK1), die gerade so groß ist, dass ein erstes Eingangsdrehmoment (ME1) übertragen werden kann · Temporäres Verändern, vorzugsweise Erhöhen, des ersten Eingangsdrehmomentes (ME1) auf ein zweites Eingangsdrehmoment (ME2); · Messen des Ausgangsdrehmomentes (MA) auf der Ausgangsseite der Reibungskupplung (5) und/oder Ermitteln des Schlupfes zwischen Eingansseite und Ausgangsseite der Reibungskupplung (5); · Vergleichen des ermittelten Schlupfes und/oder des ermittelten Ausgangsdrehmomentes (MA) mit einem Sollbereich und Adaptieren der Basis-Kupplungskraft (FK1) der Reibungskupplung (5), wenn der ermittelte Schlupf und/oder das ermittelte Ausgangsdrehmoment (MA) außerhalb eines definierten Sollbereiches liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption der Kupplungskraft eines Fahrzeugs.

Reibungskupplungen, wie beispielsweise Scheibenkupplungen oder Lamellenkupplungen, in automatisierten Getrieben - beispielsweise Stufenautomatikgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben oder automatisierten Schaltgetrieben - unterliegen in ihrer Charakteristik diversen Streuungen, insbesondere einer veränderlichen Drehmomentübertragungscharakteristik. Diese Charakteristik variiert beispielsweise über eine Serienstreuung und über die Laufzeit, was beispielsweise bei der Serienstreuung von neuen Getrieben und dem Alterungseinfluss von Bauteilen und Elementen bekannt ist.

Darüber hinaus ist das Verhalten von Reibungskupplungen veränderlich hinsichtlich beispielsweise der Temperatur (Öl/ Schaltelement/ Hydraulik) und der Drehzahlen der Kupplung (Eingang/ Ausgang/ Differenzdrehzahl). Das Verhalten von Reibungskupplungen unterliegt unter anderem Hystereseeffekten und Nichtlinearitäten.

Nicht zuletzt zeigt auch das von der Brennkraftmaschine an das Getriebe übermittelte Ist-Drehmoment teilweise Fehler auf: Durch fehlerhafte Drehmomentensignale und somit unrichtige Kupplungsmomente werden Reibungskupplungen nicht passend gesteuert, was eine entsprechende Verschlechterung der Getriebeschaltqualität mit sich bringt.

Das Verhalten kann nur in einer Normalausprägung in der Funktionalität berücksichtigt werden. Abweichungen vom Normalverhalten müssen über geeignete Routinen erkannt und kompensiert werden. Daher muss eine Reibungskupplung aus oben genannten Gründen im Betrieb oder bei einer Neuinstallation Routinen durchlaufen, die eine eventuelle Sollwertdifferenzen erkennen können, und entsprechend in der Funktionalität kompensieren.

Aus dem Stand der Technik sind zwei Ansätze bekannt, um in diesem Zustand das Verhalten der Reibungskupplung zu ermitteln und zu adaptieren: 1.) Die Reibungskupplung wird mit weniger Druck bzw. Kraft beaufschlagt, wodurch sich auch entsprechend weniger Drehmoment übertragen lässt.

Nachdem das Eingangsmoment konstant gehalten wird, beginnt sich ein Schlupf an der Reibungskupplung aufzubauen, der detektiert wird. Baut sich zu früh, zu schnell, oder zu hoher Schlupf auf, wird auf eine Reibungskupplung geschlossen, die weniger Drehmoment bei gleichem Druck oder gleicher Kraft überträgt, als ein Referenzsystem: Entsprechend wird für weitere Steuerzyklen auch mehr Druck bzw. Kraft an der Reibungskupplung vorgehalten. Dabei ergeben sich folgende Nachteile: • Nachdem das Kupplungsdrehmoment das Abtriebsmoment bestimmt und abgesenkt wird, besteht hohes Potential, dass der Fahrer die fehlende Funktionalität, wie beispielsweise einen Zugkrafteinbruch bemerkt. Dies wird dadurch verstärkt, dass der Reibwert mit steigendem Schlupf meist abnimmt. • Die Eingangsdrehzahl geht teilweise rasch nach oben und muss über eine Druck- oder Kraftsteuerung der Schlupf wieder abgebaut werden, was allerdings für den Fahrer aufgrund der Überhöhung des Antriebsmoments oft spürbar ist. • Die Überhöhung des Antriebsmoments wird dadurch noch verstärkt, da beim Zurückbremsen der Brennkraftmaschine auf Synchrondrehzahl die Wirkung der Motorträgheit auf das Eingangsmoment addiert wird. • Die Funktion muss druck- bzw. kraftseitig geeignet vorbereitet werden, indem von der Übersteuerung auf ein definiertes Startniveau geregelt wird. Dieses Startniveau wird mit einer fallenden Rampe geringer Steigung in Richtung Schlupf, und der erkannte Schlupf der erwarteten Reaktion gegenüber gestellt. Weiters muss der stark steigende Schlupf durch einen Drucksprung so geregelt werden, dass eine kontrollierte Synchronisierung über Kupplungsdruck bzw. -kraft möglich ist. • Die Reibungskupplung durchläuft hierbei eine Hystereseschleife, welche fallende Druck- und Kraftflanken aufweist. Die sich ändernden Druck- und Kraftflanken wirken sich entsprechend nachteilig auf das Verhalten der Reibungskupplung aus. 2.) Die Reibungskupplung wird dauerhaft mit geregeltem Schlupf betrieben. Dadurch kann laufend zwischen Eingangsdrehmoment und

Kupplungsdrehmoment verglichen werden Der Schlupfregler kompensiert automatisch den Fehler und die Regelabweichung kann für eine Adaption der Vorsteuerung verwendet werden. Die Nachteile hierbei sind: • Die permanente Schlupfregelung verursacht einen hohen Funktionsaufwand mit entsprechend hohem Kalibrier- und Absicherungsaufwand. • Eine permanente Schlupfregelung kann in dynamischen Situationen nachteilig sein, da der Regler möglicherweise nicht den gewünschten Regelungskomfort in diesen Situationen bietet. • Die Reibungskupplung wird permanent in geringem Schlupf betrieben, was den Verschleiß erhöht und die Dauerhaltbarkeit beeinflussen kann. • Ein dauerhafter Schlupf verursacht auch entsprechend dauerhaft höhere Verluste im System, wie beispielsweise negative Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch und die Getriebetemperatur.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen möglichst optimalen Betrieb einer Reibungskupplung zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird dies mit folgenden Schritten erreicht: a) Betreiben des Fahrzeuges in einem stationären oder quasistationären Betriebszustand, wobei ein erstes Eingangsdrehmoment auf die Eingangsseite der Reibungskupplung aufgebracht wird; b) Beaufschlagen der Reibungskupplung mit einer Basis-Kupplungskraft, die gerade so groß ist, dass ein erstes Eingangsdrehmoment übertragen werden kann c) Temporäres Verändern, vorzugsweise Erhöhen, des ersten Eingangsdrehmomentes auf ein zweites Eingangsdrehmoment; d) Messen des Ausgangsdrehmomentes auf der Ausgangsseite der Reibungskupplung und/oder Ermitteln des Schlupfes zwischen Eingansseite und Ausgangsseite der Reibungskupplung; e) Vergleichen des ermittelten Schlupfes und/oder des ermittelten

Ausgangsdrehmomentes mit einem Sollbereich und Adaptieren der Basis-Kupplungskraft der Reibungskupplung, wenn der ermittelte Schlupf und/oder das ermittelte Ausgangsdrehmoment außerhalb eines definierten Sollbereiches liegen.

Unter einem quasistationären Betriebszustand wird hier ein Betriebszustand verstanden, in welchem sich die relevanten Größen (Drehzahl, Drehmoment, Leistung, Fahrwiderstand) nur innerhalb eines akzeptablen Bereiches verändern.

Der Drehzahlgradient bleibt dabei annähernd konstant, das Drehmoment wird in einem akzeptablen Toleranzband gehalten. Der akzeptable Bereich bzw. das akzeptable Toleranzband wird in der Kalibrierung der Funktionalität vordefiniert. Die Änderungen der relevanten Größen sind also in einem quasistationären Zustand so geringfügig, dass sie noch als irrelevant für eine Adaption angesehen werden können.

In quasistationären Betreibzuständen wird die Reibungskupplung derart mit einer Kupplungskraft beaufschlagt, dass geringfügig mehr Drehmoment als das erste Eingangsdrehmoment übertragen werden kann (Basis-Haltemoment).

Dieser Aktuierungswert wird beibehalten. Dadurch ist auch das Drehmoment am Abtrieb, und damit das Antriebsdrehmoment des Fahrzeuges, sowie die resultierende Beschleunigung definiert.

In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Prüfung des Schlupfes im Antriebsbetrieb des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei das Eingangsdrehmoment ein Antriebsmoment ist. Ausgehend von dem oben genannten Aktuierungswert für das erste Eingangsdrehmoment wird über eine positive Drehmomentenanforderung an einer Antriebsmaschine, welche beispielsweise als Brennkraftmaschine oder elektrische Maschine ausgeführt sein kann, beispielsweise durch erhöhenden Momenteneingriff, eine Erhöhung des Reibkupplungs - Eingangsdrehmomentes ausgelöst. Diese Erhöhung kann sehr kurz und prägnant erfolgen.

Ziel ist es, die Adaption der Kupplungskraft der Reibungskupplung ohne Störungen des normalen Fährbetriebes und des Fahrkomforts durchzuführen. Um die Ermittlung des Kupplungsschlupfes möglichst unbemerkt durch den Fahrer durchzuführen, ist es vorteilhaft, wenn das erste Eingangsdrehmoment maximal für eine Zeitdauer von wenigen Sekunden verändert wird.

Befindet sich die Kupplungskraft der Reibkupplung in einem Soll-Toleranzband, wird sich in einem genau definierten Zeitbereich, welcher sehr kurz gehalten werden kann, ein geringer Schlupf aufbauen, praktisch ohne das Abtriebsdrehmoment zu beeinflussen. Dieser Schlupf wird auch ohne Auswirkung auf den Fahrkomfort wieder reduziert, wenn darauffolgend, eine geringe Reduktion des Antriebsdrehmoment induziert wird. Das Antriebsmoment wird solange reduziert, bis eine Synchronisierung der Drehzahlen an der Reibungskupplung eintritt.

Wird der Schlupf nicht wie erwartet erkannt, kann für eine erneute Prüfung das Basishaltemoment entsprechend abgesenkt werden und die Prüfung erneut vollzogen werden, solang bis ein definierter Schlupf erkannt wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann zur Erzielung noch prägnanterer Drehmomentsprünge am Beginn der Schlupfmessung die Antriebsmaschine, sofern sie als Brennkraftmaschine ausgeführt ist, auf den zu erwartenden positiven Drehmomenteneingriff beispielsweise durch Verstellen des Zündwinkels und der Zylinderfüllung vorbereitet werden. Dadurch kann die positive Flanke des Drehmomentanstieges noch schneller ausgeführt werden und somit die Genauigkeit weiter erhöht und der Komfort für den Fahrer erhöht werden.

In einer zweiten beispielhaften Ausführung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Prüfung des Schlupfes im Schubbetrieb des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei das Eingangsdrehmoment ein Bremsmoment ist. Dabei wird die Schlupfprüfung beispielsweise während eines befeuerten Schubes durchgeführt. Die temporäre Änderung des ersten Eingangsdrehmomentes kann durch eine kurzzeitige Aktivierung der Schubabschaltung - also Deaktivierung der Feuerung im Schub - erfolgen.

Der befeuerte Schub zeichnet sich durch ein minimales Brennmoment aus, das nicht ausreichend hoch ist, um die Motorverluste zu kompensieren. Dadurch ist das abgegebene Motordrehmoment effektiv noch negativ, aber eben kleiner als das Drehmoment bei der Schubabschaltung. Bei der Schubabschaltung finden keine Verbrennungen im Zylinder statt und somit tritt kein Verbrennungsdrehmoment auf. Am Motorausgang treten die Motorverluste somit als Schubmoment auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:

Da das Abtriebsmoment quasi konstant bleibt, bleibt die Regelung weitgehend unbemerkt durch den Fahrer;

Es erfolgt ein sauberes Timing, eine einfache und sichere Erkennung des Schlupfpunktes, da beispielsweise das Motormoment schneller und genauer gesteuert werden kann, als Kupplungsdruck bzw. -kraft; - Die Prüfung kann jederzeit abgebrochen werden, beispielsweise wenn ein schlechter Fahrbahnzustand erkannt wird, ohne dass der Ablauf gestört wird; - Die Prüfung kann wiederholt werden ohne das es zu Komforteinbußen und zu einem Risiko für Auffälligkeiten kommt;

Ein Fehler im Basis-Motordrehmoment wird mit abgeglichen, da eine Adaption der Kupplungsaktuierung auf das Motormomentensignal erfolgt;

Die Reibungskupplung durchfährt während der eigentlichen Prüfung keinen Hysteresewechsel. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 die Adaption der Kupplungskraft mit einem bekannten Verfahren,

Fig. 2 die Adaption der Kupplungskraft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und

Fig. 3 schematisch den Aufbau eines Antriebsstranges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 und Fig. 2 sind jeweils über der Zeit t im Diagramm a) die Eingangsdrehzahl nE der Reibungskupplung 5 (beispielsweise einer Scheibenkupplung oder Lamellenkupplung) eines Fahrzeuges, im Diagramm b) das Kupplungs-Drehmoment MK, das auf die Reibungskupplung 5 reduzierte

Eingangsdrehmoment ME, das Abtriebsdrehmoment MA, sowie im Diagramm c) die Kupplungskraft der Reibungskupplung 5 aufgetragen.

In Fig. 1 wird zu den Zeitpunkten ti, t2, t3 die Reibungskupplung 5 mit immer weniger Druck bzw. Kraft FK beaufschlagt, wodurch sich auch entsprechend weniger Kupplungsdrehmoment MK übertragen lässt. Nachdem das Eingangsdrehmoment ME konstant gehalten wird, beginnt sich ab dem Zeitpunkt t3 ein Schlupf an der Reibungskupplung 5 aufzubauen, der detektiert wird. Baut sich zu früh, zu schnell, oder zu hoher Schlupf auf, wird auf eine Reibungskupplung 5 geschlossen, die weniger Drehmoment bei gleichem Druck oder gleicher Kraft überträgt, als ein Referenzsystem: Entsprechend wird für weitere Steuerzyklen auch mehr Druck bzw. Kraft an der Reibungskupplung vorgehalten. Nachteilig ist, dass ab dem Einsetzen des Schlupfes die Eingangsdrehzahl nE stark ansteigt und das Abtriebsdrehmoment MA absinkt. Nach Erkennen des Schlupfes muss über eine Druck- oder Kraftsteuerung durch Erhöhung der Kupplungskraft FK zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der Schlupf wieder abgebaut werden. Dies ist oft spürbar für den Fahrer (nach vorhergehendem Einbruch spürt man eine Überhöhung im Kupplungsdrehmoment MK). Bis zur Stabilisierung auf das ursprüngliche Abtriebsdrehmoment MA durchfährt die Reibungskupplung eine Hystereseschleife, welche sich nachteilig auf den Fahrtkomfort und das Verhalten auswirkt.

Fig. 2 zeigt zum Vergleich dagegen das erfindungsgemäße Verfahren. Deutlich ist zu erkennen, dass zuerst - zwischen den Zeitpunkten tE und t2 - die Kupplungskraft FK auf eine Basis-Kupplungskraft FKi reduziert wird, welche gerade so groß ist, dass ein erstes Eingangsdrehmoment MEi schlupffrei übertragen wird. In einem quasistationären Betriebsbereich ab dem Zeitpunkt t2 des Fahrzeuges wird das Eingangsdrehmoment ME kurzfristig auf ein zweites Eingangsdrehmoment ME2 erhöht, wodurch es zu einer kurzfristigen Erhöhung der Eingangsdrehzahl nE der Reibungskupplung 5 kommt. In Folge des Schlupfes wirkt sich die kurzfristige Erhöhung des Eingangsdrehmomentes ME zwischen t3 und t4 nur minimal auf das Ausgangsdrehmoment MA aus, so dass das Fahrverhalten und der Fahrkomfort für den Fahrer nicht mehr beeinflusst wird. Liegt der gemessene Schlupf am Schaltelement innerhalb des vorgesehenen Bereiches, so ist eine Adaption des Schaltelementes nicht erforderlich. Ist der Schlupf höher als vorgesehen, so muss die Aktivierungskraft des Schaltelementes erhöht werden. Ist kein Schlupf festzustellen, so wird die Schlupfmessung mit reduzierter Aktivierungskraft des

Schaltelementes wiederholt. Nach der Detektierung des Schlupfes wird das Eingangsdrehmoment ME vom erhöhten Wert ME2 kurzfristig - zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 - auf einen Wert ME3 reduziert, um die Kupplungsflächen vom Gleitreibungs- in den Haftreibungszustand überzuführen, bevor schließlich wieder das erste Eingangsdrehmoment MEE eingestellt wird. Danach kann die Kupplungskraft wieder auf den ursprünglichen betriebsmäßigen Wert FKb erhöht werden.

Das in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Verfahren hat im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren den Vorteil, dass - das Abtriebsmoment MA quasi konstant und der Vorgang weitgehend unbemerkt durch den Fahrer bleibt; - ein sauberes Timing, sowie eine einfache und sichere Erkennung des Schlupfpunktes (Motormoment bzw. Eingangsdrehmoment ME kann schneller und genauer gesteuert werden, als Kupplungsdruck bzw. -kraft) erfolgt; - die Prüfung jederzeit abgebrochen werden kann, ohne dass der Ablauf gestört wird (beispielsweise wenn ein schlechter Fahrbahnzustand erkannt wird), und wiederholt werden kann, ohne das es zu Komforteinbussen und zu einem Risiko für Auffälligkeiten kommt; - ein Fehler im Basis-Motordrehmoment mit abgeglichen werden kann; - die Reibungskupplung 5 während der eigentlichen Prüfung keinen Hysteresewechsel erfährt. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit.

Fig. 3 zeigt einen Antriebsstrang 1, welcher zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ist, wobei zumindest eine Antriebsmaschine 2 (Brennkraftmaschine, Elektrische Maschinen, leistungsverzweigte Antriebskombinationen) über Koppel-/Eingangselemente 3 - wie automatische oder manuelle Kupplungen, Drehmomentwandler oder dergleichen - und etwaige Primärübersetzungen 4 (Planetengetriebe, Vorgelege, oder dergleichen) mit einer Reibungskupplung 5 antriebsverbunden ist und diese mit Leistung (Drehzahl, Drehmoment) beaufschlagt. Die Reibungskupplung 5 überträgt diese Leistung über eine eventuelle Sekundärübersetzung 6 und Antriebselemente 7 auf nicht weiter dargestellte Antriebsachsen.

Die Erfindung kann sowohl für Standardantriebe, wie beispielsweise Automatikgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, automatisierte Handschaltgetriebe, Wandlerkupplungen, Wandlerkupplung im CVT-Getriebe, für Reibungskupplungen mit Kupplungselementen im Hybridverbund wie beispielsweise Trennkupplungen, Anfahrkupplungen, Schaltkupplungen und Bremsen, als auch im Start-Stop-Verbund beispielsweise mit Trenn-/Ankoppelelementen angewendet werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Adaption der Kupplungskraft einer Reibungskupplung (5) eines Fahrzeuges mit folgenden Schritten: a) Betreiben des Fahrzeuges in einem stationären oder quasistationären Betriebszustand, wobei ein erstes Eingangsdrehmoment (MEi) auf die Eingangsseite der Reibungskupplung (5) aufgebracht wird; b) Beaufschlagen der Reibungskupplung (5) mit einer Basis-Kupplungskraft (FKi), die gerade so groß ist, dass ein erstes Eingangsdrehmoment (MEi) übertragen werden kann c) Temporäres Verändern, vorzugsweise Erhöhen, des ersten Eingangsdrehmomentes (MEi) auf ein zweites Eingangsdrehmoment (ME2); d) Messen des Ausgangsdrehmomentes (MA) auf der Ausgangsseite der Reibungskupplung (5) und/oder Ermitteln des Schlupfes zwischen Eingansseite und Ausgangsseite der Reibungskupplung (5); e) Vergleichen des ermittelten Schlupfes und/oder des ermittelten Ausgangsdrehmomentes (MA) mit einem Sollbereich und Adaptieren der Basis-Kupplungskraft (FKi) der Reibungskupplung (5), wenn der ermittelte Schlupf und/oder das ermittelte Ausgangsdrehmoment (MA)außerhalb eines definierten Sollbereiches liegen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Kupplungskraft (Kki) und/oder die zugrundeliegenden Funktionsparameter der Reibungskupplung vermindert werden, wenn kein Schlupf festgestellt wird, und dass die Schritte a) bis e) wiederholt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Kupplungskraft (KKi) und/oder die zugrundeliegenden Funktionsparameter er Reibungskupplung (5) erhöht werden, wenn der ermittelte Schlupf größer als der definierte Sollbereich des Schlupfes ist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung des Schlupfes im Antriebsbetrieb des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei das Eingangsdrehmoment (ME) ein Antriebsmoment ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung des Schrittes c) der Zündwinkel zumindest eines Zylinders vorverstellt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung des Schlupfes im Schubbetrieb des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei das Eingangsdrehmoment (ME) ein Bremsmoment ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Schubabschaltung aktiviert wird.