DE102006045858A1

DE102006045858A1 - Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung

Info

Publication number: DE102006045858A1
Application number: DE102006045858A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Eich; Ekkehard Dr. Reibold
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer automatisierten Kupplung im Triebstrang eines Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle, wobei nach dem Verfahren zur Steuerung der Kupplung erste zumindest teilweise errechnete Parameter verwendet werden, die anhand zweiter zumindest teilweise messtechnisch ermittelter Parameter adaptiert werden, und zur Adaption prädizierte erste Parameter mit zweiten Parametern verglichen werden und anhand des Vergleiches ein Prädiktionsfehler ermittelt wird, aus dem ein Vertrauensmaß für die Qualität der Adaption bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer automatisierten Kupplung im Triebstrang eines Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle des Fahrzeugs.
Solche automatisiert betätigten Kupplungen werden beispielsweise in Verbindung mit einem automatisierten Schaltgetriebe oder einem Doppelkupplungsgetriebe verwendet, wobei die Kupplung mittels eines Aktuators betätigt wird, der von einer Steuervorrichtung angesteuert wird.
Da die Kupplung bzw. die Kupplungen bei einem Doppelkupplungsgetriebe während des Betriebs des Fahrzeugs Verschleiß unterliegen und sich unter anderem aufgrund der Temperaturschwankungen beim Betrieb das Reibverhalten der Kupplung ändert, werden im Stillstand oder auch während des Betriebs des Fahrzeugs Kennlinienadaptionen durchgeführt, um beispielsweise zu erreichen, dass das in der Steuerungssoftware angenommene, von der Kupplung übertragbare Kupplungsmoment möglichst genau dem tatsächlich übertragbaren Kupplungsmoment entspricht, um beispielsweise einem komfortbeeinflussenden Schaltruck vorzubeugen.

So ist beispielsweise anhand der DE 197 51 455 A1 ein Verfahren zum Regeln einer automatisiert betätigten Kupplung bekannt geworden. Nach diesem Verfahren wird zunächst ein Betriebspunkt einer Ansteuergröße und dem einer Kupplungskapazität entsprechenden Wert bestimmt und der vorbestimmte Punkt der Kennfunktion auf einen adaptierten Punkt derart verändert, dass sich die Differenz zwischen dem vorbestimmten Punkt der Kennfunktion und dem Betriebspunkt verringert und sodann die ursprüngliche Kennfunktion durch die neue adaptierte Kennfunktion ersetzt.

Anhand der DE 102 13 946 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt geworden, welches im Antriebsstrang eine automatisiert betätigte Kupplung besitzt. Da das Verhalten der Kupplung im Betrieb wesentlich vom Reibbeiwert abhängt, lag dieser Druckschrift die Erkenntnis zugrunde, den Reibbeiwert so zu erfassen und zu verwenden, dass das Einrücken und/oder Ausrücken der Kupplung ohne unnötig lange Schlupfphasen erfolgt und daher der Reibbeiwert eine zu adaptierende Kenngröße darstellt, also der von der Steuerung angenommene Reibbeiwert möglichst genau dem tatsächlichen Reibbeiwert entsprechen soll. Um nun den während des Betriebs des Kraftfahrzeugs messtechnisch nicht zu ermittelnden Reibbeiwert in Erfahrung zu bringen, wird nach dieser Druckschrift die Verwendung eines Beobachters vorgeschlagen, mit dem sich messtechnisch nicht erfassbare Signale eines Prozesses rekonstruieren lassen, wobei als Beispiel eines solchen Beobachters der Luenberger-Beobachter zu nennen ist. Der so rechnerisch aus Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs ermittelte Reibwert wird nun laufend adaptiert, d. h. aufgrund der vorliegenden Daten neu ermittelt und an den physikalisch aktuell wirksamen Reibwert der Kupplung angepasst. Dabei wird das aktuell übertragene Kupplungsmoment aus dem Motormoment und dem von der Motorbeschleunigung und dem Trägheitsmoment der Kurbelwelle mit Schwungmasse gebildeten Motorbeschleunigungsmoment bestimmt.

In der auf die Anmelderin zurückgehenden unveröffentlichten Patentanmeldung DE-10 2004 021 983.4 wird ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kupplung eines automatisierten Getriebes in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei nach diesem Verfahren ein Bewertungskriterium zum Qualifizieren einer aktuell verwendeten Kupplungskennlinie benutzt wird, um in Abhängigkeit von diesem Bewertungskriterium eine Adaptions- oder Steuerungsstrategie auszuwählen. Dieses Bewertungskriterium schafft ein Vertrauensmaß für die adaptierte Kupplungskennlinie, wobei eine Verminderung des Vertrauensmaßes beispielsweise in Abhängigkeit von der seit dem letzten Adaptionsschritt verstrichenen Zeit durchgeführt wird. Auch wird vorgeschlagen, das Vertrauensmaß mit zunehmendem Adaptionsfehler zu verringern.

Als Adaptionsparameter wurde ein Momentenfehler vorgeschlagen, eine Adaption also in Abhängigkeit eines auftretenden Mindestmomentenfehlers durchzuführen. Es ist also erforderlich, einen Momentenfehler aus beispielsweise einem Soll-Ist-Vergleich zu bestimmen.

Die Verwendung eines Beobachters, wie er vorstehend beschrieben worden ist, besitzt den Vorteil, dass bei bekannten Funktionszusammenhängen zwischen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen messtechnisch nicht erfasste Parameter ermittelt werden können. Hier setzt nun die vorliegende Erfindung an, und macht sich die Aufgabe zu eigen, ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer automatisierten Kupplung im Triebstrang eines Fahrzeugs zu schaffen, welches nicht mehr von der Bestimmung eines Momentenfehlers abhängig ist und die Qualität einer Adaption nicht nur anhand von beispielsweise zeitabhängigen Kriterien, wie der seit der letzten Adaption verstrichenen Zeit, festzustellen in der Lage ist.

Ausgehend hiervon schafft die Erfindung nun zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer automatisierten Kupplung im Triebstrang eines Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle, wobei nach dem Verfahren zur Steuerung der Kupplung erste zumindest teilweise errechnete Parameter verwendet werden, die anhand zweiter zumindest teilweise messtechnisch ermittelter Parameter adaptiert werden und zur Adaption prädizierte erste Parameter mit zweiten Parametern verglichen werden und anhand des Vergleichs ein Prädiktionsfehler ermittelt wird, aus dem ein Vertauensmaß für die Qualität der Adaption bestimmt wird.

Ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung liegt in der Ermittlung eines Prädiktionsfehlers, aus dem ein Vertrauensmaß für die Qualität der Adaption bestimmt wird. Zu diesem Zweck werden erste Parameter prädiziert, also vorausbestimmt und zumindest teilweise mit messtechnisch erfassten Parametern, wie beispielsweise der Motordrehzahl und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verglichen. Die Prädiktion der ersten Parameter erfolgt mit Hilfe von mathematischen Gleichungen, die das dynamische Verhalten eines Fahrzeugtriebstrangs beschreiben, und auf Basis von prädizierten Kenngrößen des vorherigen Rechenschrittes und/oder bekannten Eingangsdaten wie z.B. der aktuellen Gangstufe des Getriebes sowie dem Motormoment, welches beispielsweise aus einem Kennfeld des Antriebsmotors des Fahrzeugs im jeweiligen Betriebspunkt errechnet werden kann (alternativ als Signal von der Motorsteuerung empfangen). Indem die prädizierten Kenngrößen zumindest teilweise mit messtechnisch ermittelten Parametern verglichen werden, wird ein Prädiktionsfehler ermittelt, der dann die Basis für die Bildung eines Vertrauensmaßes für die Qualität der Adaption bildet Sind nämlich die Werte der aktuell prädizierten ersten Parameter genau, so unterscheiden sich diese prädizierten ersten Parameter nur wenig von den tatsächlich ermittelten Werten und somit ist der Prädiktionsfehler klein. Ein solcher kleiner Prädiktionsfehler kann nun als Kriterium für ein hohes Vertrauensmaß für die Qualität der erfolgten Kennlinienadaption verwendet werden. Steigt hingegen der Prädiktionsfehler an, so kann dies als Kriterium dafür verwendet werden, dass das Vertrauensmaß für die Qualität der Adaption verringert wird und somit die Güte des im Triebstrangbeobachter adaptierten Kupplungsmodells sich verringert hat.

Mittels des Triebstrangbeobachters werden daher zur Adaption herangezogene erste Parameter prädiziert und diese Parameter dann beispielsweise nach einer Transformation mit messtechnisch erhaltenen Signalen, wie beispielsweise der Motordrehzahl verglichen. Aus dieser dann prädizierten Motordrehzahl (wobei die Motordrehzahl nur ein Beispiel für einen prädizierten ersten Parameter darstellt) und dem Vergleich mit der beispielsweise mittels eines Sensors an der Kurbelwelle ermittelten Motordrehzahl kann nun ein Prädiktionsfehler des Triebstrangbeobachters ermittelt werden, aus dem dann wiederum ein Vertrauensmaß für die Qualität der durchgeführten Adaption bestimmt werden kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in Abhängigkeit des festgestellten Prädiktionsfehlers eine aus einer Vielzahl möglicher Adaptionsstrategien ausgewählt wird und somit beispielsweise eine Reibwertadaption durchgeführt wird.

Nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der für die Bildung des Vertrauensmaßes heranzuziehende Prädiktionsfehler anhand einer gemessenen und einer prädizierten Motordrehzahl ermittelt wird. Die Motordrehzahl weist gegenüber beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit den Vorteil auf, dass sie nicht von dem Fahrzeug unbekannten Größen, wie beispielsweise dem sich verändernden Fahrwiderstand aufgrund von einer Fahrt entlang einer Steigung, wie dies bei Fahrzeuggeschwindigkeit der Fall ist, beeinflusst wird.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung von automatisierten Kupplungen eines Doppelkupplungsgetriebes verwendet wird, dann ist gemäß der Erfindung vorgesehen, den Prädiktionsfehler für die Bestimmung des Vertrauensmaßes der Adaption bezüglich der schlupfenden Kupplung heranzuziehen, wenn die andere Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes vollständig geöffnet ist.

Alternativ kann der Prädiktionsfehler auch zur Bestimmung des Vertrauensmaßes der Kupplungsadaption herangezogen werden, wenn beide Kupplungen an einem Doppelkupplungsgetriebe Moment übertragen. In diesem Fall können entweder die Vertrauensmaße der Adaptionen beider Kupplungen synchron verändert oder aber das Vertrauensmaß der bisher aktiven Kupplung konstant gehalten und der Prädiktionsfehler ausschließlich für die Bestimmung des Vertrauensmaßes für die zuvor vollständig geöffnete Kupplung verwendet werden. Die Motivation für die zuletzt genannte Realisierungsform besteht darin, dass sich die Eigenschaften der zuvor inaktiven Kupplung unbemerkt geändert haben können, z.B. aufgrund einer möglichen Abkühlung, während für die zuvor allein aktive Kupplung eine Adaption sowie Vertrauensmaßbestimmung möglich war.

Um nun anhand des Prädiktionsfehlers ein Vertrauensmaß bestimmen zu können, kann ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Prädiktionsfehler und dem Vertrauensmaß vorbestimmt werden, beispielsweise in der Form einer Kennlinie. Da der Prädiktionsfehler sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass als Funktionsargument der Absolutbetrag oder das Quadrat des Prädiktionsfehlers verwendet wird. Je höher der Prädiktionsfehler ist, desto stärker sollte das Vertrauensmaß verringert werden und je geringer der Prädiktionsfehler ist, desto stärker sollte das Vertrauensmaß erhöht werden. Es ist daher nach der Erfindung auch vorgesehen, dass die Funktion zwischen Vertrauensmaß und Prädiktionsfehler monoton fallend ist, sodass der größere Prädiktionsfehler auch zu einer größeren Verringerung des Vertrauensmaßes führt und ein kleinerer Prädiktionsfehler zu einer entsprechend stärkeren Erhöhung des Vertrauensmaßes.

Um den Einfluss von zufälligen Spitzen des Betrags des Prädiktionsfehlers zu minimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Funktionsargument mittels eines insbesondere nichtlinearen Filters modifiziert wird derart, dass das Vertrauensmaß mit abnehmender Adaptionsgüte mit einem Gradienten mit höherem Betrag reduziert wird als der Betrag des Gradienten zur Erhöhung des Vertrauensmaßes bei zunehmender Adaptionsgüte.

Damit wird erreicht, dass das Vertrauensmaß durch die Güte der Adaption schneller verringert wird als das Vertrauensmaß durch die Güte der Adaption bei abnehmendem Prädiktionsfehler ansteigt. Dieses Vorgehen bewirkt, dass bei Vertrauensverlust schnell auf solche Steuerungs- oder Adaptionsstrategien übergewechselt werden kann, die weniger auf die genaue Kenntnis der Kupplungseigenschaften angewiesen sind oder die zur Wiedererlangung eines hohen Vertrauensmaßes beitragen können. Dies kann insbesondere bedeuten, dass bei niedrigem Vertrauen eine gewisse Komforteinbuße zugunsten einer schnelleren Kupplungsadaption in Kauf genommen wird..

Diese Vorgehensweise kann dann beispielsweise dazu verwendet werden, dass zur Herbeiführung einer Verringerung des Prädiktionsfehlers und damit einer Steigerung des Vertrauensmaßes die Adaptionsschrittweite vergrößert wird oder andere Verfahren durchgeführt werden, um den Prädiktionsfehler zu verringern und damit die Adaptionsgüte zu erhöhen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Vertrauensmaß für die Adaption einer Kupplung eines Doppelkupplungsgetriebes nur dann erhöht wird, wenn sich die Kupplung im Schlupfzustand befindet und die zweite Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes geöffnet ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die in der einzigen Figur eine schematische Darstellung des Triebstrangbeobachters zeigt, anhand dessen Prädiktionsfehlers ein Vertrauensmaß für die Qualität der Adaption bestimmt wird.

Auf der Basis eines Vektors x(k|k), der aktuelle Schätzungen von Triebstrangzuständen und Triebstrangparametern aufweist, die damit erste zumindest teilweise errechnete Parameter bilden, und dem beispielsweise aus einem Kennfeld im jeweiligen Betriebspunkt des Antriebsmotors bekannten Motormoment TrqEng und der aktuellen Gangstufe des Getriebes wird im Block 101 der zukünftige Zustands- und Parametervektor x(k+1|k) prädiziert. Dies erfolgt mit Hilfe von mathematischen Gleichungen, die die Dynamik des Fahrzeugtriebstrangs beschreiben.
Der Block 102 bezeichnet eine Verzögerung des Signalvektors x(k+1|k) um einen Rechenschritt, d.h. der prädizierte Zustands- und Parametervektor wird im folgenden Steuergeräte-Interrupt weiterverarbeitet. Um diesen veränderten Zeitbezug zu kennzeichnen, wird der Vektor am Ausgang von Block 102 als x(k|k–1) bezeichnet. Durch eine geeignete Transformation werden aus dem Vektor x(k|k–1) im Block 103 diejenigen prädizierten Signale bestimmt, die im Knoten 104 mit direkt entsprechenden Messsignalen verglichen werden. Hierzu gehören insbesondere Signale, die die Drehzahl des Antriebsmotors sowie die Geschwindigkeit des Fahrzeuges kennzeichnen.
Auf diese Weise kann am Knoten 104 ein Prädiktionsfehler e(k) ermittelt werden, der im Block 106 als ePred in die Bestimmung des Vertrauensmaßes für die Qualität der Adaption eingeht. Darüber hinaus wird der Prädiktionsfehler auch in den Block 108 als Input zurückgespeist, um gleichzeitig den Vektor x(k|k–1) mit den zuletzt geschätzten Triebstrangzuständen und Triebstrangparametern zu aktualisieren. Diese Aktualisierung erfolgt unter Berücksichtigung von weiteren Eingangsgrößen aus dem Block 107, wie beispielsweise Flags bzgl. des aktuellen Fahr- und Betriebszustandes oder Kennzahlen, die den Schlupfzustand der Kupplung beschreiben oder ein Aktorverfahrweg.
Damit wird auf der Basis von zumindest teilweise errechneten Parametern x(k|k) und bekannter Größen, wie dem Motormoment und der aktuellen Gangstellung, also aktuell geschätzten Werten des Triebstrangs und gemessener Parameter ein künftiger Zustandsvektor x(k+1|k) prädiziert. Daraus können dann Messwerte bestimmt werden, die mit aktuellen Messwerten verglichen werden, wie beispielsweise der Motordrehzahl und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und als Ergebnis dieses Vergleichs wird ein Prädiktionsfehler e(k) ermittelt, der im Triebstrangbeobachter eingesetzt werden kann, um die bisherige Zustands- und Parameterschätzung (siehe Block 108) zu aktualisieren.
Ist nun die aktuelle Parameterschätzung genau, so unterscheiden sich die geschätzten Messgrößen nur wenig von den tatsächlichen Messgrößen und der Prädiktionsfehler im Vektor e(k) ist klein. Bei einer Verringerung der Genauigkeit der Schätzung der Triebstrang- und Kupplungsparameter steigt der Prädiktionsfehler e(k) an und kann somit in die Bestimmung des Vertrauensmaßes für die Qualität der Adaption des Kupplungsmodells eingehen.
Die Erfindung macht es daher möglich, anhand des Prädiktionsfehlers des Triebstrangbeobachters ein Vertrauensmaß für die Qualität der Adaption zu bestimmen. Der Triebstrangbeobachter prädiziert Fahrzeugmessgrößen, wie beispielsweise die Motordrehzahl und vergleicht diese mit realen Messgrößen. Anhand der festgestellten Abweichung kann ein Vertrauensmaß für die Güte der Kupplungsadaption objektiv festgestellt werden und das Vertrauensmaß bei steigendem Prädiktionsfehler verringert bzw. bei kleiner werdendem Prädiktionsfehler erhöht werden.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

101: Block zur Prädiktion der Triebstrangzustände und Triebstrangparameter
102: Verzögerungsblock
103: Transformationsblock zur Ermittlung von prädizierten Messgrößen
104: Knoten
105: Block zur Erfassung von Messgrößen
106: Block zur Analyse von Prädiktionsfehlern
107: Block zur Erfassung von Eingangsgrößen
108: Block zur Aktualisierung der Triebstrangzustände und Triebstrangparameter

Claims

Verfahren zur Steuerung mindestens einer automatisierten Kupplung im Triebstrang eines Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle, wobei nach dem Verfahren zur Steuerung der Kupplung erste zumindest teilweise errechnete Parameter verwendet werden, die anhand zweiter zumindest teilweise messtechnisch ermittelter Parameter adaptiert werden, und zur Adaption prädizierte erste Parameter mit zweiten Parametern verglichen werden und anhand des Vergleiches ein Prädiktionsfehler ermittelt wird, aus dem ein Vertrauensmaß für die Qualität der Adaption bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Prädiktionsfehler eine Adaptionsstrategie ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Prädiktionsfehler eine Steuerungsstrategie zur Steuerung von zumindest einer automatisierten Kupplung ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prädiktionsfehler aus einer gemessenen und einer prädizierten Motordrehzahl ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prädiktionsfehler für die Bestimmung des Vertrauensmaßes der Adaption bezüglich einer schlupfenden Kupplung eines Doppelkupplungsgetriebes verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vertrauensmaß anhand einer vorbestimmbaren Funktion zwischen dem Vertrauensmaß und dem Prädiktionsfehler ermittelt wird, wobei als Funktionsargument der Absolutbetrag des Prädiktionsfehlers verwendet wird und die Funktion insbesondere monoton fallend ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vertrauensmaß anhand einer vorbestimmbaren Funktion zwischen dem Vertrauensmaß und dem Prädiktionsfehler ermittelt wird, wobei als Funktionsargument das Quadrat des Prädiktionsfehlers verwendet wird und die Funktion insbesondere monoton fallend ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsargument mittels eines insbesondere nichtlinearen Filters modifiziert wird derart, dass das Vertrauensmaß mit abnehmender Adaptionsgüte mit einem Gradienten mit höherem Betrag redu ziert wird als der Betrag des Gradienten zur Erhöhung des Vertrauensmaßes bei zunehmender Adaptionsgüte.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vertrauensmaß für die Adaption einer Kupplung eines Doppelkupplungsgetriebes nur dann erhöht wird, wenn sich die Kupplung im Schlupfzustand befindet und die zweite Kupplung geöffnet ist.