DE102006058194A1

DE102006058194A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Betriebes einer im Antriebsstrang eines Fahrzeuges angeordneten Kupplung beim Anfahren

Info

Publication number: DE102006058194A1
Application number: DE102006058194A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Berger; Gerd Jäggle
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-10-07
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-04-10

Abstract

Bei einem Verfahren zum Steuern des Betriebes einer im Antriebsstrang eines Fahrzeuges angeordneten Kupplung beim Anfahren, wobei die Drehzahl eines Antriebsmotors während des Anfahrens derart gesteuert wird, dass ein von Betriebsparametern des Fahrzeuges abhängiger Drehzahlverlauf erzielt wird, wird eine Solldrehzahl des Antriebsmotors bei einem über einem Schwellwert liegenden Schlupf wenigstens eines angetriebenen Fahrzeugrades abgesenkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs einer im Antriebsstrang eines Fahrzeuges angeordneten Kupplung beim Anfahren.
Automatisierte oder von einer motorischen Betätigungseinrichtung betätigte Kupplungen werden vor allem wegen der mit ihnen möglichen Komfortverbesserung zunehmend insbesondere in Personenkraftwagen eingesetzt. Auch automatische oder automatisierte Schaltgetriebe erfordern den Einsatz solcher Kupplungen.
Insbesondere bei Frontantriebsfahrzeugen neigen beim Anfahren an Steigungen und/oder auf nasser Straße die Räder zum Durchdrehen. Dieses Durchdrehen schützt eine automatische Kupplung normalerweise vor einer Überbeanspruchung, da die Kupplung schneller ins Haften kommt und somit weniger Wärmeenergie umsetzt. Bei längerem Radschlupf, zum Beispiel bei Berganfahrten, nimmt eine Bedienperson des Fahrzeuges außerdem im Allgemeinen das Gaspedal zurück, so dass das Motormoment abnimmt, und die Anfahrdrehzahl absinkt, was ebenfalls zu einer Verminderung der Kupplungsbelastung führt. Diese Fahrerreaktion ist unabhängig davon, ob das Fahrzeug mit einem Handschaltgetriebe oder mit einem automatischen Getriebe ausgerüstet ist.
Wenn ein solches Fahrzeug mit einer Schlupfregelung ausgerüstet ist, und die Motordrehzahl während des Anfahrens gesteuert oder geregelt wird, kann es allerdings zu einer Überbeanspruchung der Kupplung kommen, wenn ein Eingriff der Schlupfregelung zu einer Rücknahme des Motormoments bei unveränderter Anfahrdrehzahl führt. Wegen der geringeren Beschleunigungsfähigkeit dauert das Anfahren dann länger, wodurch in der Kupplung ein hoher Wärmeeintrag erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kupplung bei mit einem Schlupfregel- oder Steuersystem ausgerüstetem Fahrzeug beim Anfahren vor einer Überbeanspruchung zu schützen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Steuern des Betriebes einer im Antriebsstrang eines Fahrzeuges angeordneten Kupplung beim Anfahren gelöst, wobei die Drehzahl eines Antriebsmotors während des Anfahrens derart gesteuert wird, dass eine von Betriebsparametern des Fahrzeugs abhängiger Drehzahlverlauf erzielt wird, bei welchem Verfahren die Solldrehzahl bei einem über einem Schwellwert liegenden Schlupf wenigstens eines angetriebenen Fahrzeugrades abgesenkt wird.
Bevorzugt hängt die Absenkung der Solldrehzahl vom Schlupf ab.
In einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem bei einem über einem Schwellwert liegenden Schlupf wenigstens eines angetriebenen Fahrzeugrades das Motormoment abgesenkt wird, wird die Solldrehzahl des Motors proportional zu der Absenkung des Motormoments abgesenkt.
Bei einer weiteren Durchführungsform des Verfahrens kann die Kupplung während des Anfahrens entsprechend einer Anfahrkennlinie gesteuert werden, bei der das übertragbare Kupplungsmoment von der aktuellen Motordrehzahl abhängt und die Steilheit der Kennlinie bei einem über einem Schwellwert liegenden Schlupf wenigstens eines Fahrzeugrades vergrößert wird.
Bevorzugt wird die Steilheit mit zunehmenden Schlupf zunehmend vergrößert.
Vorteilhaft ist, die Solldrehzahl des Motors nur oberhalb einer vorgebestimmten Mindestdrehzahl abzusenken.
Weiter ist es von Vorteil, die Kupplung bei Unterschreiten der Mindestdrehzahl zu öffnen.
Eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebes einer im Antriebsstrang eines Fahrzeuges angeordneten Kupplung enthält einen Antriebsmotor, einen Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl des Antriebsmotors, eine Einrichtung zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Kupplung zum Übertragen des vom Antriebsmotors abgegeben Moments auf den weiteren Antriebsstrang, eine Laststelleinrichtung zum Einstellen eines Laststellgliedes des Antriebsmotors, eine Kupplungsbetätigungseinrichtung zum Betätigen der Kupplung, eine Schlupfermittlungseinrichtung zum Ermitteln des Schlupfes wenigstens eines angetriebenen Fahrzeugrades und eine elektronische Steuereinrichtung zum Steuern der Kupplungsbetätigungseinrichtung und der Laststelleinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Fahrzeugs und einem Schlupferkennungssignal der Schlupfermittlungseinrichtung, wobei die elektronische Steuereinrichtung die Kupplungsbetätigungseinrichtung und die Laststelleinrichtung nach einem der vorstehend erläuterten Verfahren steuert.
Die Erfindung, die sowohl an Fahrzeugen mit Gangschaltgetriebe als auch an Fahrzeugen mit automatisiertem oder automatischem Getriebe eingesetzt werden kann, wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Unter Kupplung wird dabei jede Art von steuerbarer Drehmomentübertragungseinrichtung verstanden, beispielsweise eine Trockenreibkupplung, eine in Flüssigkeit arbeitende Reibungskupplung, ein Drehmomentwandler mit oder ohne Wandlerüberbrückung und so weiter.
In den Figuren stellen dar:
1 eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeuges,
2 Kurven zur Erläuterung einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3 Kurven zur Erläuterung einer weiteren Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß 1 weißt ein Kraftfahrzeug einen Antriebsmotor 2, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, mit einem Drehmomentübertragungssystem, wie einer Reibungskupplung 3, und einem Getriebe 4 auf, das über eine Kardanwelle 5 mit nachgeordnetem Differential und Antriebswellen mit den Antriebsrädern 6 eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. Im dargestellten Beispiel ist das Kraftfahrzeug mit Hinterradantrieb ausgerüstet. Alternativ kann es mit Vorderradantrieb oder Allradantrieb ausgerüstet sein. An den Antriebsrädern 6 und den nicht angetriebenen Rändern 24 sind Drehzahlsensoren 25 angebracht, die die jeweilige Raddrehzahl erfassen. Die Kupplung 3 ist über einen Hebel 7 ein- und ausrückbar, der von einem Hydraulikzylinder 8 betätigt wird. Der Hydraulikzylinder 8 ist über eine Leitung 9 mit einem hydraulischen Stellglied 10 verbunden.
Zur Einstellung des Eingriffs der Kupplung 3 ist ein Steuergerät 11 vorgesehen, das einen Prozessor mit zugehörigen Speichereinrichtungen enthält und die zur Festlegung des Kupplungseingriffs erforderlichen Größen verarbeitet, um über das hydraulische Stellglied 10 den entsprechenden Kupplungseingriff einzustellen.
Von dem Steuergerät 11 werden Betriebsparameter des Fahrzeuges, wie beispielsweise die Drehzahl des Motors 2, die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 12, die Stellung des Hydraulikzylinders 8, die Stellung eines Laststellgliedes 13 des Motors 2, die Stellung eines Fahrpedals 19 sowie erforderlichenfalls weitere Kenngrößen, wie Temperaturen usw. erfasst.
Die Motordrehzahl wird über einen Sensor 14 erfasst, der beispielsweise Zähne 15 eines auf der Schwungmasse des Motors 2 vorgesehenen Anlasserkranzes abtastet. Die Getriebedrehzahl wird über einen Sensor 16 ermittelt, der Zähne 17 eines auf der Getriebeeingangswelle 12 vorgesehenen Zahnrades abtastet. Die Stellung des Laststellgliedes 13 wird von einem Sensor 18, beispielsweise einem Potentiometer ermittelt.
Das Fahrpedal 19 ist mit dem Laststellglied 13 nicht direkt verbunden, sondern über einen Aktor 20, der auch mit dem Steuergerät 11 verbunden ist.
Zur Gangerkennung ist an einem Schalthebel 21 des Getriebes 4 eine Stellungssensoreinrichtung 22 vorgesehen, die zusätzlich eine Schaltabsichtserkennung umfassen kann.
Zur Ermittlung des Kupplungsbetätigungswegs bzw. des Eingriffszustandes der Kupplung ist ein Sensor 23, beispielsweise eine Potentiometer, vorgesehen, das die Stellung des Kolbens des Hydraulikzylinders 8 erfasst und eine entsprechende Größe an das Steuergerät 11 meldet.
Die an den Rädern angeordneten Sensoren 25 geben ihre Signale an die Schlupfermittlungseinrichtung 26 ab, in der die Signale verarbeitet und über die Leitung 28 dem Steuergerät ein Schlupfsignal zugeleitet wird. Aufgrund dieses Schlupfsignals kann beispielsweise die Kupplung 3 geöffnet oder, wie aus der DE 102 36 292 A1 bekannt, voll geschlossen werden, damit dem Schlupf ausschließlich durch Rücknahme des vom Motor 2 erzeugten Drehmoments entgegengewirkt werden kann.
Zum Anfahren aus dem Stand sind unterschiedlichste Steuer- bzw. Regelstrategien bekannt, die im Steuergerät 11 implementiert sind. Beispielsweise kann eine Anfahrstrategie darin bestehen, dass der Motor 2, sobald ein Anfahren dadurch erkannt wird, dass bei stillstehendem oder annähernd stillstehendem Fahrzeug und eingelegtem Gang das Fahrpedal 19 betätigt wird, von dem Aktor 20 unter Nutzung des vom Sensor 14 erzeugten Drehzahlsignals auf eine konstante Drehzahl geregelt werden, die beispielsweise vom Ausmaß der Betätigung des Fahrpedals abhängt und beibehalten wird, bis die Kupplung 3 vollständig geschlossen ist und das Fahrzeug eine der Drehzahl des Motors und dem eingelegten Gang entsprechende Geschwindigkeit hat.
Wenn während des Anfahrens Schlupf auftritt, führt dies wegen der geringeren Kraftübertragung zwischen dem durchdrehenden Rad und der Straße zu einer Verminderung der Fahrzeugbeschleunigung, so dass der Anfahrvorgang länger dauert, selbst wenn das Motormo ment in Folge des Schlupfes vom Steuergerät 11 abgesenkt wird. Erfindungsgemäß wird, um die noch rutschende Kupplung vor zu hohem Wärmeeintrag zu schützen, die im Steuergerät 11 abgelegte Solldrehzahl des Motors 2 während des Anfahrvorgangs daher abgesenkt, sobald die Schlupfermittlungseinrichtung 26 Schlupf feststellt.
2 zeigt beispielhaft Kurvenverläufe. Gestrichelt ist der zeitliche Verlauf eines von der Schlupfermittlungseinrichtung 26 erzeugten Schlupfsignals dargestellt, das zum Zeitpunkt t₁ beginnt und zum Zeitpunkt t₂ endet. Die durchgezogene Kurve gibt die Solldrehzahl n des Motors 2 an, die während des Auftretens des Schlupfsignals im dargestellten Beispiel um einen konstanten Betrag abgesenkt ist. Die strichpunktierte Kurve v gibt den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Beschleunigen an.
Für die Ausgestaltung der Drehzahlabsenkung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Beispielsweise kann das Schlupfsignal s abhängig von der Größe des ermittelten Schlupfes sein, und kann die Drehzahlabsenkung proportional zu dem Schlupfsignal sein. Weiter kann das Motormoment beim Auftreten eines Schlupfsignals abgesenkt werden und die Solldrehzahl des Motors proportional zur Absenkung des Motormoments abgesenkt werden.
Die Motordrehzahl kann auch mit zunehmender Dauer des Schlupfsignals zunehmend abgesenkt werden, wobei dies auch parallel zur Absenkung des Motormoments erfolgen kann, bis der Schlupf beendet ist. Anschließend kann die Solldrehzahl unmittelbar auf den alten Wert oder stufenweise auf den alten Wert erhöht werden.
Eine weitere Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem beim Anfahren die Kupplung geschützt wird, ist in den 3 und 4 dargestellt.
Es sei Bezug nehmend auf 3 angenommen, dass im Schritt 40 das Vorhandensein eines Anfahrzustandes festgestellt wird. Im Schritt 42 wird dann eine „normale" Anfahrkennlinie A aktiviert, die ein jeweiliges Kupplungsmoment K_M in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n angibt und von der Betätigung des Gaspedals abhängen kann. Mit n_L ist in 4 die Leerlaufdrehzahl des Motors bezeichnet. Im Schritt 44 wird das Vorhandensein eines Schlupfsignals überprüft. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 46 eine geänderte Anfahrkennlinie S_A aktiviert, die den Motordrehzahlen höhere Kupplungsmomente zuordnet, also steiler verläuft. In Folge des steileren Verlaufes der Kennlinie S_A wird die Motordrehzahl beim Auftreten von Schlupf bzw. von n₁ nach n₂ absinken, so dass die Kupplung vor zu hohem Wärmeeintrag geschützt ist. Im Schritt 48 wird dann festgestellt, ob der Schlupf weiterhin vorhanden ist. Ist dies der Fall, so bleibt die Kennlinie S_A aktiviert. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 50 festgestellt, ob der Anfahrzustand noch vorhanden ist. Ist dies der Fall, so geht das System wiederum zum Schritt 42 über. Ähnlich wird, wenn im Schritt 44 festgestellt wird, dass kein Schlupf vorhanden ist, im Schritt 50 überprüft, ob der Anfahrzustand noch vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, so geht das System zum Schritt 52, in dem der Anfahrzustand beendet wird.
Das Ausmaß, um das die Schlupfkennlinie S_A steiler ist als die normale Kennlinie A, kann konstant sein oder beispielsweise abhängig von der Stärke des Schlupfeingriffs bzw. dem jeweiligen Schlupfsignal sein.
Die geschilderten Verfahren können auch in Kombination miteinander angewendet werden.
Die Drehzahlabsenkung erfolgt vorteilhafter Weise nur, wenn sie nicht zu einem Unterschreiten der Verlaufdrehzahl oder einer vorbestimmten, darüber liegenden Drehzahl führt. Die Kupplung ist beim Unterschreiten einer Mindestdrehzahl vorteilhafter Weise geöffnet.
Insgesamt wird mit der Erfindung die Kupplung bei einem Anfahren, bei dem Schlupf auftritt, sicher vor Überbeanspruchungen geschützt. Die Erfindung ist insbesondere an frontgetriebenen Fahrzeugen vorteilhaft einsetzbar, die beim Anfahren besonders zum Durchdrehen der Räder neigen.

2: Motor
3: Kupplung
4: Getriebe
5: Kardanwelle
6: Antriebsrad
7: Hebel
8: Hydraulikzylinder
9: Leitung
10: hydraulisches Stellglied
11: Steuergerät
12: Getriebeeingangswelle
13: Laststellglied
14: Sensor
15: Zahn
16: Sensor
17: Zahn
18: Sensor
19: Fahrpedal
20: Aktor
21: Schalthebel
22: Stellungssensoreinrichtung
23: Sensor
24: Rad
25: Drehzahlsensor
26: Schlupfermittlungseinrichtung
28: Leitung

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs einer im Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordneten Kupplung (3) beim Anfahren, wobei die Drehzahl eines Antriebsmotors (2) während des Anfahrens derart gesteuert wird, dass ein von Betriebsparametern des Fahrzeugs abhängiger Drehzahlverlauf erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Solldrehzahl des Antriebsmotors bei einem über einem Schwellwert liegenden Schlupf wenigstens eines angetriebenen Fahrzeugrades abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung der Solldrehzahl vom Schlupf abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem über einem Schwellwert liegenden Schlupf wenigstens eines angetriebenen Fahrzeugrades das Motormoment abgesenkt wird und die Solldrehzahl des Motors proportional zu der Absenkung des Motormoments abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (3) während des Anfahrens entsprechend einer Anfahrkennlinie gesteuert wird, bei der das übertragbare Kupplungsmoment von der aktuellen Motordrehzahl abhängt und die Steilheit der Kennlinie bei einem über einem Schwellwert liegenden Schlupf wenigstens eines Fahrzeugrades vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Steilheit mit zunehmendem Schlupf zunehmend vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahl des Motors nur oberhalb einer vorbestimmten Mindestdrehzahl abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten der Mindestdrehzahl die Kupplung (3) geöffnet wird.
Vorrichtung zum Steuern des Betriebs einer im Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordneten Kupplung, welche Vorrichtung enthält einen Antriebsmotor (2), einen Drehzahlsensor (14) zum Erfassen der Drehzahl des Antriebsmotors, eine Einrichtung (25) zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Kupplung (3) zum Übertragen des vom Antriebsmotors abgegeben Moments auf den weiteren Antriebsstrang (4, 5, 6), eine Laststelleinrichtung (20) zum Einstellen eines Laststellgliedes (13) des Antriebsmotors, eine Kupplungsbetätigungseinrichtung (7, 8, 10) zum Betätigen der Kupplung, eine Schlupfermittlungseinrichtung (26) zum Ermitteln des Schlupfes wenigstens eines angetriebenen Fahrzeugrades und eine elektronische Steuereinrichtung (11) zum Steuern der Kupplungsbetätigungseinrichtung und der Laststelleinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Fahrzeugs und einem Schlupferkennungssignal der Schlupfermittlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (11) die Kupplungsbetätigungseinrichtung (7, 8, 10) und die Laststelleinrichtung (20) nach einem Verfahren entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 7 steuert.