DE102008021686A1

DE102008021686A1 - Kalibrierverfahren für eine Kupplungseinheit und Drehmomentübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008021686A1
Application number: DE102008021686A
Authority: DE
Inventors: Martin Kiessner-Haiden; Bernhard Feier; Jürgen SCHRANZ
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-05-01
Also published as: DE102008021686B4; WO2009132853A1

Abstract

Eine Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Reibungskupplung zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement und einen Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung. Zum Kalibrieren der Kupplungseinheit wird ein Verschleißzustand der Kupplungseinheit ermittelt, und in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand wird ein Kalibrierungslauf der Kupplungseinheit ausgelöst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungseinheit zumindest eine Reibungskupplung zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement und einen Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Drehmomentübertragungsanordnung, die ein Eingangselement, ein Ausgangselement, eine Steuereinrichtung und eine Kupplungseinheit der vorgenannten Art aufweist.
Eine derartige Kupplungseinheit dient beispielsweise in einem Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb zum steuerbaren Übertragen eines Antriebsmoments auf eine Primärachse und/oder eine Sekundärachse des Kraftfahrzeugs. Bei einem so genannten ”torque an demand”-Verteilergetriebe sind die Räder der Primärachse permanent angetrieben, während mittels der genannten Kupplungseinheit ein Teil des Antriebsmoments wahlweise auf die Räder der Sekundärachse übertragen werden kann. Das Verteilergetriebe kann auch als steuerbares Mittendifferential ausgebildet sein, bei dem die Kupplungseinheit einer Differentialsperre zugeordnet ist, um die Verteilung des Antriebsmoments in Längsrichtung des Fahrzeugs einzustellen. Eine Kupplungseinheit der genannten Art kann auch in einer Drehmomentübertragungsanordnung Anwendung finden, die in einem Kraftfahrzeug mit permanent angetriebener Vorderachse die Übertragung eines Teils des Antriebsmoments auf die Hinter achse erlaubt, wobei die Einheit beispielsweise am Vorderachsdifferential oder am Hinterachsdifferential angeordnet ist. Derartige unterschiedliche Anwendungen und Anordnungen sind aus der US 7,111,716 B2 bekannt.
Eine Kupplungseinheit der eingangs genannten Art kann auch in Querrichtung des Kraftfahrzeugs wirken, beispielsweise für eine Differentialsperre eines Achsdifferentials oder in einer Drehmomentüberlagerungsanordnung eines Achsdifferentials (so genanntes ”torque vectoring”). In sämtlichen der vorgenannten Fälle kann die Kupplungseinheit ein rotierendes Eingangselement (z. B. Eingangswelle) und ein rotierendes Ausgangselement (z. B. Ausgangswelle) reibschlüssig miteinander verbinden, insbesondere um ein Antriebsmoment zu übertragen. Alternativ hierzu kann die Kupplungseinheit als Bremse konfiguriert sein, mit einem feststehenden Eingangselement oder einem feststehenden Ausgangselement, insbesondere um ein Bremsmoment zu übertragen.
In den vorgenannten Anwendungen der Kupplungseinheit ist die Kupplungseinheit bezüglich der Kraftflussrichtung hinter dem Hauptgetriebe des Antriebsstrangs (d. h. hinter dem manuellen oder automatischen Schaltgetriebe oder CVT-Getriebe) angeordnet. Das Kupplungsmoment – also das von der Reibungskupplung übertragene Drehmoment – wird üblicherweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation variabel eingestellt. Je nach den fahrdynamischen Erfordernissen, die beispielsweise von der Fahrsituation oder von Umgebungseinflüssen abhängen können (z. B. glatte Fahrbahnoberfläche mit auftretendem Schlupf der Antriebsräder), erfolgt also eine Änderung des von der Kupplungseinheit zu übertragenden Drehmoments. Hierfür ist nicht nur ein gesteuertes Einrücken der Reibungskupplung erforderlich, sondern oftmals auch ein längerer Betrieb mit genau eingestelltem Kupplungsmoment.
Die Kupplungseinheit umfasst eine Reibungskupplung und einen Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung. Die Reibungskupplung ist typischerweise eine Lamellenkupplung, d. h. eine Mehrscheibenkupplung. Der Aktuator kann einen Elektromotor aufweisen. Zusätzlich kann der Aktuator eine Getriebeeinrichtung zum Übersetzen einer Drehbewegung einer Motorwelle des Elektromotors ins Langsame umfassen. Außerdem kann der Aktuator eine Umlenkeinrichtung aufweisen, die eine Drehbewegung des Aktuators (z. B. Motorwelle oder Getriebeelement) in eine translatorische Bewegung der Reibungskupplung (z. B. Anpresskolben) umlenkt. Alternativ kann beispielsweise jedoch auch ein elektromagnetischer, ein hydraulischer oder ein elektrohydraulischer Aktuator vorgesehen sein.
Eine Kupplungseinheit der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Kalibrieren einer solchen Kupplungseinheit sind aus der WO 2003/025422 A1 (entsprechend US 7,032,733 B2 ) bekannt, deren Inhalt ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Wie in der WO 2003/025422 A1 genauer beschrieben ist, muss zum Einstellen eines bestimmten erwünschten Kupplungsmoments nicht notwendigerweise eine direkte Drehmomentregelung vorgesehen sein (mit dem gemessenen tatsächlichen Kupplungsmoment als Regelgröße). Sondern infolge einer entsprechenden Kalibrierung der Kupplungseinheit kann die Steuerung der Reibungskupplung auf dem Umweg über eine Positionsregelung des Aktuators erfolgen. Zum Einstellen des gewünschten zu übertragenden Drehmoments wird also beispielsweise der Drehwinkel des Elektromotors oder eine sonstige Positionsgröße des Aktuators als Regelgröße herangezogen und auf einen Wert eingestellt, welcher dem gewünschten Kupplungsmoment entspricht. Hierfür wird empirisch eine Kupplungsmoment/Aktuatorposition-Abhängigkeit ermittelt, die als Kennlinie beispielsweise in Form einer Tabelle (look up table, LUT) oder einer Funktion (also einer Rechenvorschrift) abgelegt wird. Anhand dieser Abhängigkeit wird somit für eine bestimmte Drehmomentanforderung der entsprechende Sollwert der betreffenden Positionsgröße des Aktuators (z. B. Drehwinkel) bestimmt und eingeregelt. Diese Kennlinie (Kupplungsmoment/Aktuatorposition-Abhängigkeit) kann für jede individuelle Kupplungseinheit bzw. Drehmomentübertragungsanordnung werksseitig (end of line) als so genannte Erstkalibrierung ermittelt werden.
Aufgrund von Verschleiß innerhalb der Kupplungseinheit kann sich die genannte Kennlinie allerdings verändern, was beim Einstellen eines gewünschten Kupplungsmoments berücksichtigt werden muss. Deshalb soll die Kennlinie in gewissen Zeitabständen angepasst werden, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Nachkalibrierung bezeichnet wird. Beispielsweise kann ein Kalibrierungslauf der Kupplungseinheit nach jedem Abstellen des Fahrzeugmotors durchgeführt werden, also wenn eine der Kupplungseinheit zugeordnete Steuereinrichtung ein ”Zündung Aus”-Signal (”ignition off”) erhält. Im Rahmen eines solchen Kalibrierungslaufs wird die Kupplungseinheit in eine Kalibrierstellung gebracht, die einem vorbestimmten Kupplungsmoment entspricht. Beispielsweise wird der Elektromotor der Kupplungseinheit derart angesteuert, dass die Reibungskupplung vollständig eingerückt wird, was dem maximalen Kupplungsmoment entspricht. Das vollständige Einrücken der Reibungskupplung führt zu einem detektierbaren Anstieg des Motorstroms. Somit kann anhand des gemessenen Stromwerts festgestellt werden, dass die Kupplungseinheit sich in der Kalibrierstellung befindet. In dieser Kalibrierstellung wird die Aktuatorposition (z. B. Drehwinkel) gemessen. Das somit ermittelte Kupplungsmoment/Aktuatorposition-Wertepaar dient als ein Eichpunkt für die Nachkalibrierung. Alternativ oder zusätzlich kann ein Eichpunkt beispielsweise für ein vollständiges Ausrücken der Reibungskupplung ermittelt werden (entsprechend einem Kupplungsmoment Null).
Die somit gemessene jeweilige Aktuatorposition wird mit der Aktuatorposition verglichen, die für die entsprechende Kalibrierstellung der Kupplungseinheit im Rahmen eines vorhergehenden Kalibrierungslaufs (Erstkalibrierung oder vorhergehende Nachkalibrierung) gemessen wurde. In Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen diesen beiden gemessenen Aktuatorpositionen wird die Kupplungskennlinie angepasst, beispielsweise durch Ermitteln und Berücksichtigen wenigstens eines entsprechenden Korrekturwerts (z. B. Offset und/oder Steigung). Als Ergebnis eines jeden Kalibrierungslaufs kann ein solcher Korrekturwert abgespeichert werden, so dass im nachfolgenden Betrieb der Kupplungseinheit basierend auf der ursprünglichen Kennlinie unter zusätzlicher Verwendung des zuletzt ermittelten Korrekturwerts der korrekte Aktuatorposition-Sollwert für das aktuell gewünschte Kupplungsmoment ermittelt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kupplungskennlinie entsprechend dem ermittelten Korrekturwert aktualisiert und gespeichert wird, so dass im Betrieb der Kupplungseinheit die zuletzt aktualisierte Kupplungsmoment/Aktuatorposition-Abhängigkeit unmittelbar zum Einstellen des zu übertragenden Drehmoments verwendet werden kann. Vorzugsweise werden im Rahmen der Nachkalibrierung mehrere Eichpunkte ermittelt und berücksichtigt, um eine möglichst genaue Anpassung der Kennlinie zu bewirken.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Nachkalibrierung einer Kupplungseinheit der vorstehend erläuterten Art zu ermöglichen, ohne die Kupplungseinheit hierdurch übermäßig zu beanspruchen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kalibrierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere durch die folgenden Schritte:

– Ermitteln eines Verschleißzustands der Kupplungseinheit; und
– Auslösen eines Kalibrierungslaufs der Kupplungseinheit in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Nachkalibrierung selbst zu einer übermäßigen Beanspruchung der Kupplungseinheit und somit letztlich zu einer Beeinträchtigung der langfristigen Stellgenauigkeit der Kupplungseinheit führen kann. Abgesehen von dem für eine Nachkalibrierung erforderlichen Energieaufwand und der hiermit verbundenen Belastung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs bedeutet jede Nachkalibrierung der Kupplungseinheit auch eine unerwünschte Bauteilebeanspruchung, insbesondere eine mechanische Bauteilebelastung – z. B. an den Getriebeteilen des Aktuators-, und/oder eine elektrische Bauteilebelastung – z. B. an der Wicklung des Elektromotors-. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein Eichpunkt für die Nachkalibrierung durch vollständiges Einrücken der Reibungskupplung derart erzeugt wird, dass aufgrund des Aneinanderpressens der Kupplungslamellen das vom Elektromotor aufzubringende Drehmoment deutlich ansteigt, so dass der Motorstrom sich erheblich erhöht und entsprechend erhöhte Drehmomente oder Kräfte entlang der Aktuatorkette (z. B. Getriebeeinrichtung, Umlenkeinrichtung) übertragen werden müssen.
Erfindungsgemäß werden unnötig häufig durchgeführte Nachkalibrierungen vermieden, indem ein Verschleißzustand der Kupplungseinheit ermittelt wird und eine Nachkalibrierung der Kupplungseinheit in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand der Kupplungseinheit ausgelöst wird. Das Ermitteln des Verschleißzustands der Kupplungseinheit kann regelmäßig erfolgen, beispielsweise aufgrund des Überschreitens einer vorbestimmten Distanz, die das Kraftfahrzeug seit der letzten Ermittlung des Verschleißzustandes zurückgelegt hat, oder grundsätzlich nach jedem Abstellen des Fahrzeugmotors (”Zündung Aus”-Signal). Hierdurch wird berücksichtigt, dass während einer Fahrt des Fahrzeugs möglicherweise nur ein vernachlässigbar geringer Kupplungsverschleiß aufgetreten ist, so dass eine Nachkalibrierung – trotz des Erhalts eines ”Zündung Aus”-Signals – überhaupt nicht erforderlich ist. Unnötige Kalibriervorgänge und die hiermit verbundenen mechanischen und elektrischen Belastungen der Kupplungseinheit werden hierdurch vermieden, und auch die Fahrzeugbatterie wird nicht unnötig belastet.
Das Ermitteln des Verschleißzustands der Kupplungseinheit kann aufgrund der im Kraftfahrzeug üblicherweise ohnehin vorhandenen Fahrzustandsdaten auf einfache Weise ermittelt werden, ohne dass unbedingt eine zusätzliche Sensorik erforderlich ist. Da der Verschleiß der Kupplungseinheit vorwiegend an den Lamellen der Reibungskupplung auftritt, kann eine Abschätzung des Verschleißzustands auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass zumindest die in die Reibungskupplung eingebracht Kupplungsarbeit berücksichtigt wird. Andere Kriterien können hierbei zusätzlich berücksichtigt werden.
Insbesondere ist es möglich, dass während des Betriebs der Kupplungseinheit ein Zeitintegral über die Kupplungsleistung gebildet wird. Die Kupplungsleistung kann beispielsweise als ein Produkt aus dem Kupplungsmoment und der Drehzahldifferenz zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement der Reibungskupplung (z. B. Kupplungsnabe und Kupplungskorb) ermittelt werden. Das genannte Kupplungsmoment kann beispielsweise einer Drehmomentanforderung gleichgesetzt werden, welche die der Kupplungseinheit zugeordnete Steuereinrichtung von einer übergeordneten Steuereinheit als Führungsgröße (Sollwert) erhält. Alternativ kann es sich bei dem genannten Kupplungsmoment um ein berechnetes von der Reibungskupplung übertragenes Drehmoment oder um ein gemessenes von der Reibungskupplung übertragenes Drehmoment han deln. Die genannte Drehzahldifferenz kann auf einfache Weise aus den Signalen der üblicherweise ohnehin vorhandenen Raddrehzahl-Sensoren bestimmt werden, ggf. unter Berücksichtigung der im Antriebsstrang vorhanden Getriebeübersetzungen.
Das erläuterte Ermitteln des Verschleißzustands der Kupplungseinheit bezieht sich vorzugsweise auf eine Änderung gegenüber dem Verschleißzustand der Kupplungseinheit zum Zeitpunkt der zuletzt vorgenommenen Kalibrierung der Kupplungseinheit. Insbesondere kann das vorgenannte Zeitintegral ab der letzten Nachkalibrierung der Kupplungseinheit gebildet werden.
Für die Berücksichtigung der Kupplungsarbeit oder der Kupplungsleistung kann zusätzlich auch eine Unterscheidung nach verschiedenen Belastungssituationen oder Belastungsbereichen vorgenommen werden. Beispielsweise kann durch Verwendung unterschiedlicher Gewichtungsfaktoren danach differenziert werden, ob die Reibungskupplung bei einer hohen Drehzahldifferenz mit einem geringen Kupplungsmoment oder bei einer geringen Drehzahldifferenz mit einem hohen Kupplungsmoment betrieben wird.
Der jeweilige Zusammenhang zwischen Kupplungsarbeit oder Kupplungsleistung einerseits und Kupplungsverschleiß andererseits kann empirisch ermittelt werden und dann dauerhaft in der der Kupplungseinheit zugeordneten Steuereinrichtung abgelegt werden.
Bezüglich des Auslösens einer Nachkalibrierung ist es bevorzugt, dass dies lediglich dann geschieht, wenn der ermittelte Verschleißzustand der Kupplungseinheit einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Allerdings können für das Auslösen einer Nachkalibrierung optional zusätzliche notwendige Bedingungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Nachkalibrierung lediglich dann ausgelöst wird, wenn – zusätzlich zu dem Erreichen eines bestimmten Verschleißzustands – das Fahrzeug seit der letzten Nachkalibrierung eine vorbestimmte Distanz zurückgelegt hat.
Es ist optional auch möglich, dass andere hinreichende Kriterien für das Auslösen einer Nachkalibrierung berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass eine Nachkalibrierung bereits dann ausgelöst wird, wenn das Fahrzeug seit der letzten Nachkalibrierung eine vorbestimmte Distanz zurückgelegt hat, selbst wenn der ermittelte Verschleißzustand der Kupplungseinheit noch gering ist und insbesondere den vorgenannten Schwellwert noch unterschreitet.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Drehmomentübertragungsanordnung mit einem Eingangselement, einem Ausgangselement, einer Kupplungseinheit der vorstehend erläuterten Art und einer Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Verschleißzustand der Kupplungseinheit zu ermitteln und in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand eine Nachkalibrierung der Kupplungseinheit auszulösen.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinheit bzw. Drehmomentübertragungsanordnung kann in unterschiedlichen Anordnungen verwendet werden, um entlang eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ein Drehmoment zu übertragen, wie eingangs erläutert wurde. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen lediglich beispielhaft im Zusammenhang mit einem ”torque an demand”-Verteilergetriebe erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Verteilergetriebes.
3 zeigt eine Querschnittsansicht des Verteilergetriebes gemäß 2.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Kupplungsaktuators.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Kalibrierungsverfahrens.
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb. Das von einem Verbrennungsmotor 11 erzeugte Antriebsmoment wird über ein Hauptgetriebe 13 (manuelles Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe) einem Verteilergetriebe 15 zugeführt. Ein erster Ausgang des Verteilergetriebes 15 ist über eine Kardanwelle 17 mit einem Hinterachs-Differentialgetriebe 19 gekoppelt. Hierdurch werden die Räder 21 der Hinterachse 23 permanent angetrieben. Die Hinterachse 23 bildet somit die Primärachse des Fahrzeugs. Ein zweiter Ausgang des Verteilergetriebes 15 ist über eine Kardanwelle 25 mit einem Vorderachse-Differentialgetriebe 27 gekoppelt. Hierdurch kann ein Teil des Antriebsmoments des Verbrennungsmotors 11 wahlweise auf die Räder 29 der Vorderachse 31 übertragen werden. Die Vorderachse 31 bildet somit die Sekundärachse des Fahrzeugs.
Ferner ist in 1 eine Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 gezeigt. Diese ist mit Raddrehzahl-Sensoren 35, 37 verbunden, die den Rädern 21 der Hinterachse 23 bzw. den Rädern 29 der Vorderachse 31 zugeordnet sind. Die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 ist auch noch mit weiteren Sensoren 39 verbunden, beispielsweise einem Gierraten-Sensor. In Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren 35, 37, 39 erzeugt die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 ein Steuersignal, welches einer Steuereinrichtung (in 1 nicht gezeigt) des Verteilergetriebes 15 zugeführt wird, um hierdurch eine bestimmte Verteilung des Antriebsmoments zwischen den beiden Achsen 23, 31 des Fahrzeugs einzustellen. Bei dem genannten Steuersignal handelt es sich insbesondere um einen Sollwert eines Kupplungsmoments, d. h. um eine Drehmomentanforderung für eine Kupplungseinheit des Verteilergetriebes 15.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Verteilergetriebes 15 gemäß 1. Das Verteilergetriebe 15 besitzt eine Eingangswelle 41, eine erste Ausgangswelle 43 und eine zweite Ausgangswelle 45. Die erste Ausgangswelle 43 ist koaxial zu der Eingangswelle 41 und mit dieser drehfest – vorzugsweise einstückig – ausgebildet. Die zweite Ausgangswelle 45 ist parallel versetzt zu der Eingangswelle 41 angeordnet.
Das Verteilergetriebe 15 besitzt eine Kupplungseinheit 47 mit einer Reibungskupplung 49 und einem Aktuator 51. Die Reibungskupplung 49 weist eine Kupplungskorb 53 auf, der drehfest mit der Eingangswelle 41 und der ersten Ausgangswelle 43 verbunden ist und mehrere Kupplungslamellen trägt. Ferner besitzt die Reibungskupplung 49 eine drehbar gelagerte Kupplungsnabe 55, die ebenfalls mehrere Kupplungslamellen trägt, welche in einer alternierenden Anordnung in die Lamellen des Kupplungskorbs 53 eingreifen. Die Kupplungsnabe 55 ist drehfest mit einem Antriebszahnrad 57 eines Kettentriebs 59 verbunden. Ein Abtriebszahn rad 61 des Kettentriebs 59 ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 45 verbunden. Anstelle des Kettentriebs 59 kann ein Rädertrieb vorgesehen sein, beispielsweise mit einem Zwischenzahnrad zwischen den genannten Zahnrädern 57, 61.
Durch Betätigung des Aktuators 51 im Einrücksinn der Reibungskupplung 49 kann ein zunehmender Anteil des über die Eingangswelle 41 in das Verteilergetriebe 15 eingeleiteten Antriebsmoments auf die zweite Ausgangswelle 45 übertragen werden.
3 zeigt Einzelheiten des Verteilergetriebes 15 gemäß 2 in einer Querschnittsansicht. Insbesondere ist ersichtlich, dass der Aktuator 51 einen Stützring 63 und einen Stellring 65 aufweist, die bezüglich der Rotationsachse A der Eingangswelle 41 und der ersten Ausgangswelle 43 drehbar gelagert sind. Der Stützring 63 ist über ein Axiallager an dem Antriebszahnrad 57 axial abgestützt. Der Verstellring 65 ist hingegen axial verschieblich gelagert. An den einander zugewandten Seiten besitzen der Stützring 63 und der Verstellring 65 jeweils mehrere Kugelrillen 67 bzw. 69. Diese verlaufen bezüglich der Achse A in Umfangsrichtung und sind bezüglich einer Normalebene zu der Achse A in Umfangsrichtung rampenartig geneigt, d. h. die Kugelrillen 67, 69 besitzen in Umfangsrichtung eine variierende Tiefe. Jeweils eine Kugelrille 67 des Stützrings 63 und eine Kugelrille 69 des Verstellrings 65 stehen einander gegenüber und umschließen hierbei eine zugeordnete Kugel 71. Durch Verdrehen des Stützrings 63 und des Verstellrings 65 relativ zueinander kann somit ein axiales Verschieben des Verstellrings 65 bewirkt werden, wobei der Verstellring 65 über ein Axiallager mit einem Andruckring 73 der Reibungskupplung 49 zusammenwirkt. Der Andruckring 73 ist mittels einer Tellerfederanordnung 75 in Ausrückrichtung der Reibungskupplung 49 vorgespannt.
An dem Stützring 63 und an dem Verstellring 65 ist ein jeweiliger Betätigungshebel 77 bzw. 79 angeformt. An dem freien Ende eines jeden Hebels 77, 79 ist eine jeweilige Rolle 81 bzw. 83 drehbar gelagert. Über die Rollen 81, 83 wirken die Betätigungshebel 77, 79 mit den beiden Stirnseiten 85, 87 einer Steuerscheibe 89 zusammen, die bezüglich einer Achse C drehbar ist. Die Stirnseiten 85, 87 besitzen bezüglich einer Normalebene zu der Achse C einen in Umfangsrichtung geneigten Verlauf, d. h. die Steuerscheibe 89 ist im Querschnitt keilförmig ausgebildet. Durch Verdrehen der Steuerscheibe 89 können die Betätigungshebel 77, 79 somit scherenartig bewegt werden, um den Stützring 63 und den Stellring 65 relativ zueinander zu verdrehen. Die Steuerscheibe 89 besitzt einen angeformten Steckverzahnungsansatz 91. Über diesen kann die Steuerscheibe 89 mit einem Elektromotor und einem zugeordneten Untersetzungsgetriebe antriebswirksam verbunden sein (in 3 nicht gezeigt).
Somit kann durch entsprechende Ansteuerung des genannten Elektromotors die Steuerscheibe 89 zu einer Drehbewegung angetrieben werden, um hierdurch die Betätigungshebel 77, 79 relativ zueinander zu verschwenken. Die hierdurch verursachte Verdrehung des Stützrings 63 und des Verstellrings 65 relativ zueinander bewirkt eine axiale Bewegung des Verstellrings 65. Der Andruckring 73 bewirkt somit ein Einrücken der Reibungskupplung 49 oder – unterstützt von der Tellerfederanordnung 75 – ein Ausrücken der Reibungskupplung 49.
4 zeigt den Aktuator 51 gemäß 2 und 3 in einer schematischen Ansicht. Der Aktuator 51 besitzt einen steuerbaren Elektromotor 93 mit einer Ankerwelle 95, ein Untersetzungsgetriebe 97 mit einer Schnecke 99 und einem Schneckenrad 101, sowie eine Umlenkeinrichtung 103. Mittels der Umlenkeinrichtung 103 wird eine Drehbewegung einer Ausgangswelle 105 des Untersetzungsgetriebes 97 in eine translatorische, d. h. geradlini ge Bewegung des Andruckrings 73 (3) umgesetzt. Die Umlenkeinrichtung 103 umfasst die Steuerscheibe 89 sowie den Stützring 63 und den Verstellring 65 mit den Betätigungshebeln 77, 79 und den Kugeln 71 gemäß 3. An der Ankerwelle 95 des Elektromotors 93 ist ein Sensor 107 angeordnet, der beispielsweise als ein Inkrementalgeber ausgebildet ist. Wie in 4 gezeigt ist, kann der Sensor 107 alternativ auch als Sensor 107' an der Ausgangswelle 105 angeordnet sein.
Der Sensor 107 erzeugt ein Signal, das einem Aktuatorpositionswert entspricht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies der Drehwinkel-Istwert α' der Ankerwelle 95. Dieses Signal α' wird einer Steuereinrichtung 109 des Verteilergetriebes 15 zugeführt. Von der Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 des Kraftfahrzeugs (1) erhält die Steuereinrichtung 109 auch eine Drehmomentanforderung M, also einen Sollwert des Kupplungsmoments. Aus einer Kupplungsmoment/Drehwinkel-Kennlinie 111, die in einem nichtflüchtigen Speicher 113 der Steuereinrichtung 109 abgelegt ist, ermittelt die Steuereinrichtung 109 anhand der Drehmomentanforderung M einen Drehwinkel-Sollwert α. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Drehwinkel-Sollwert α und dem Drehwinkel-Istwert α' erzeugt die Steuereinrichtung 109 ein Steuersignal für den Elektromotor 93, um die Reibungskupplung 49 (2 und 3) entsprechend zu verstellen. Die Steuereinrichtung 109 wirkt somit als Positionsregler.
Die genannte Kupplungsmoment/Drehwinkel-Kennlinie 111 ist aufgrund einer Erstkalibrierung des betreffenden Verteilergetriebes 15 erstellt und in dem Speicher 113 abgelegt worden. Durch verschiedene Einflussfaktoren kann sich die durch die Kennlinie 111 repräsentierte Abhängigkeit des mittels der Kupplungseinheit 47 eingestellten Kupplungsmoments von der Aktuatorposition (Drehwinkel-Istwert α') im Laufe der Zeit jedoch andern.
Hierdurch kann sich die Kennlinie beispielsweise verschieben, und/oder die Steigung der Kennlinie verändert sich. Deshalb wird regelmäßig eine Nachkalibrierung der Kupplungseinheit 47 durchgeführt, wie eingangs erläutert wurde. Beispielsweise wird bei stillstehendem Fahrzeug der Elektromotor 93 solange im Einrücksinn der Reibungskupplung 49 angesteuert, bis die Reibungskupplung 49 im Wesentlichen vollständig eingerückt ist und der Motorstrom des Elektromotors 93 aufgrund der ansteigenden Last schließlich einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Für die hierdurch definierte Kalibrierungsstellung der Kupplungseinheit 47 wird das Signal α' des Sensors 107 ermittelt, welches somit einem Drehwinkel-Kalibrierwert entspricht. Dieser Drehwinkel-Kalibrierwert α' wird mit einem Kalibrierwert verglichen, der bei einem vorhergehenden Kalibrierungslauf der Kupplungseinheit 47 für die entsprechende Kalibrierstellung ermittelt worden ist. In Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen diesen beiden Kalibrierwerten wird die Kennlinie 111 angepasst. Dies kann beispielsweise durch Anpassung eines Korrekturwerts (z. B. Offset-Korrekturwert und/oder Steigungs-Korrekturwert) erfolgen, oder durch Überschreiben der in dem Speicher 113 abgelegten Kennlinie 111.
Die vorstehend erläuterte Nachkalibrierung der Kupplungseinheit 47 kann zu fest vorgegebenen Anlässen durchgeführt werden, beispielsweise nach jedem Abschalten des Fahrzeugmotors 11, was der Steuereinrichtung 109 durch Übermittlung eines ”Zündung Aus”-Signals übermittelt wird. Erfindungsgemäß wird das erläuterte Nachkalibrieren der Kupplungseinheit 47 jedoch bedarfsabhängig gesteuert, wodurch nicht nur das Bordnetz des Kraftfahrzeugs weniger belastet wird, sondern die gesamte Kupplungseinheit 47 insgesamt weniger beansprucht wird.
Unter Bezugnahme auf 5 wird das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren beispielhaft erläutert.
In einem Schritt S1 erfolgt eine Erstkalibrierung des Verteilergetriebes 15 mit der Kupplungseinheit 47 in der vorstehend erläuterten Weise, beispielsweise im Werk des Herstellers des Verteilergetriebes 15. Anschließend wird ein Wert W, der die in die Reibungskupplung 49 eingebrachte Kupplungsarbeit repräsentiert und dessen Bedeutung nachstehend noch erläutert wird, auf Null gesetzt (Schritt S2).
Sofern in einem nachfolgenden Schritt S3 festgestellt wird, dass das Fahrzeug in Betrieb genommen worden ist (die Steuereinrichtung 109 gemäß 4 erhält das Signal ”Zündung Ein”), wird in einem Schritt S4 fortlaufend die vorgenannte Kupplungsarbeit W ermittelt. Die in die Reibungskupplung 49 während des Betriebs des Verteilergetriebes 15 eingebrachte Kupplungsarbeit W repräsentiert den Verschleißzustand der Kupplungseinheit 47. Die Kupplungsarbeit W wird abgeschätzt, indem während der Betriebsdauer des Verteilergetriebes 15 ein Zeitintegral über die Kupplungsleistung gebildet wird. Die Kupplungsleistung wiederum wird als Produkt aus dem Kupplungsmoment und der Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle 41 und der zweiten Ausgangswelle 45 des Verteilergetriebes 15 (2 und 3) berechnet. Bezüglich des Kupplungsmoments kann vorteilhafterweise die Drehmomentanforderung M angesetzt werden, welche die Steuereinrichtung 109 von der übergeordneten Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 erhält (4). Die genannte Drehzahldifferenz lässt sich auf einfache Weise aus den Signalen der Raddrehzahl-Sensoren 35, 37 der Hinterachse 23 bzw. der Vorderachse 31 des Fahrzeugs berechnen (1), da diese Signale über den Fahrzeug-Datenbus (z. B. CAN) ohnehin zur Verfügung stehen.
Um eine noch höhere Genauigkeit zu erzielen, kann die Berechnung der Kupplungsarbeit W in dem Schritt S4 auch noch weitere Einflussfaktoren oder Messwerte berücksichtigen. Beispielsweise können durch entsprechende Gewichtungsfaktoren unterschiedliche Drehmomentbereiche, unterschiedliche Drehzahlbereiche und/oder unterschiedliche Zeitintervalle berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die von dem Fahrzeug jeweils zurückgelegte Distanz berücksichtigt werden.
In einem Schritt S5 wird fortlaufend überprüft, ob der Fahrzeugmotor 11 stillgesetzt worden ist. Sofern die Steuereinrichtung 109 ein entsprechendes Signal erhält (”Zündung Aus”), wird in einem Schritt S6 überprüft, ob die ermittelte Kupplungsarbeit W einen vorbestimmten Schwellwert Wmax überschreitet. Dieser Schwellwert Wmax kann für den betreffenden Typ des Verteilergetriebes 15 empirisch ermittelt und in dem Speicher 113 abgelegt worden sein. Sofern die Überprüfung ergibt, dass die Kupplungsarbeit W den Schwellwert Wmax überschritten hat, wird in einem Schritt S7 eine Nachkalibrierung ausgelöst, die in der vorstehend erläuterten Weise abläuft. Anschließend wird der zuletzt ermittelte Wert der Kupplungsarbeit W wieder auf Null gesetzt (Schritt S2), und es wird abgewartet, bis das Fahrzeug wieder in Betrieb gesetzt wird.
Falls in dem Schritt S6 hingegen festgestellt wurde, dass die ermittelte Kupplungsarbeit W den vorbestimmten Schwellwert Wmax noch nicht erreicht hat, wird generell auf eine Nachkalibrierung der Kupplungseinheit 47 verzichtet, und es wird abgewartet, bis der Fahrzeugmotor 11 wieder in Betrieb gesetzt wird (Schritt S3). Der zuletzt ermittelte Wert der Kupplungsarbeit W wird in diesem Fall beibehalten, so dass dieser Wert ab der neuerlichen Inbetriebnahme des Fahrzeugs als Anfangswert für die Abschätzung des Kupplungsverschleißes zur Verfügung steht.
Somit kann erreicht werden, dass das betreffende Verteilergetriebe 15 nicht unnötig häufig nachkalibriert wird. Stattdessen wird ein Kalibrie rungslauf lediglich dann durchgeführt, wenn davon auszugehen ist, dass auch ein entsprechender Verschleißzustand der Kupplungseinheit 47 dies erforderlich macht.
Wie aus 5 ersichtlich ist, können optional weitere notwendige oder hinreichende Bedingungen für das Auslösen einer Nachkalibrierung berücksichtigt werden. Sofern die Überprüfung in dem Schritt S6 ein negatives Ergebnis liefert – also wenn die ermittelte Kupplungsarbeit W den vorbestimmten Schwellwert Wmax noch nicht erreicht hat-, kann beispielsweise in einem Schritt S8 überprüft werden, ob die seit dem letzten Kalibrierungslauf der Kupplungseinheit 47 von dem Fahrzeug zurückgelegte Distanz D einen vorbestimmten Schwellwert Dmax überschritten hat. Zutreffendenfalls wird in dem Schritt S7 eine Nachkalibrierung ausgelöst, obwohl dies allein bezüglich der in die Kupplungseinheit 47 eingebrachten Kupplungsarbeit W nicht zwingend erforderlich erscheint. Die vom Fahrzeug zurückgelegte Distanz kann von der Steuereinrichtung 109 ebenfalls anhand der über den Fahrzeug-Datenbus verfügbaren Signale auf einfache Weise ermittelt und berücksichtigt werden.
Während die Erfindung in einem Verteilergetriebe mit elektromechanischer Betätigung der Reibungskupplung besonders vorteilhafte Anwendung findet, ist die Erfindung nicht auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt. Auch andere Anordnungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sind möglich, wie eingangs erläutert. Ferner kann der Aktuator 51 anders ausgebildet sein als vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Beispielsweise kann ein andersartiges Untersetzungsgetriebe 97 oder eine andersartige Umlenkeinrichtung 103 vorgesehen sein. Anstelle der gezeigten elektromechanischen Betätigung der Reibungskupplung 49 kann beispielsweise auch eine elektromagneti sche, eine hydraulische oder eine elektrohydraulische Aktuierung vorgesehen sein.

11: Verbrennungsmotor
13: Hauptgetriebe
15: Verteilergetriebe
17: Kardanwelle
19: Hinterachs-Differentialgetriebe
21: Rad
23: Hinterachse
25: Kardanwelle
27: Vorderachs-Differentialgetriebe
29: Rad
31: Vorderachse
33: Fahrdynamik-Regelungseinheit
35: Raddrehzahl-Sensor
37: Raddrehzahl-Sensor
39: Sensor
41: Eingangswelle
43: erste Ausgangswelle
45: zweite Ausgangswelle
47: Kupplungseinheit
49: Reibungskupplung
51: Aktuator
53: Kupplungskorb
55: Kupplungsnabe
57: Antriebszahnrad
59: Kettentrieb
61: Abtriebszahnrad
63: Stützring
65: Verstellring
67: Kugelrille
69: Kugelrille
71: Kugel
73: Andruckring
75: Tellerfederanordnung
77: Betätigungshebel
79: Betätigungshebel
81: Rolle
83: Rolle
85: Stirnseite
87: Stirnseite
89: Steuerscheibe
91: Steckverzahnungsansatz
93: Elektromotor
95: Ankerwelle
97: Untersetzungsgetriebe
99: Schnecke
101: Schneckenrad
103: Umlenkeinrichtung
105: Ausgangswelle
107: Sensor
107': Sensor
109: Steuereinrichtung
111: Kupplungsmoment/Drehwinkel-Kennlinie
113: Speicher
A: Rotationsachse
B: Rotationsachse
C: Rotationsachse
a: Drehwinkel-Sollwert
α': Drehwinkel-Istwert
M: Drehmomentanforderung
D: Distanz
W: Kupplungsarbeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7111716 B2 [0002]
- WO 2003/025422 A1 [0006, 0006]
- US 7032733 B2 [0006]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren einer Kupplungseinheit (47) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungseinheit zumindest eine Reibungskupplung (49) zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement (41) auf ein Ausgangselement (45) und einen Aktuator (51) zum Betätigen der Reibungskupplung aufweist, mit den folgenden Schritten: – Ermitteln eines Verschleißzustands der Kupplungseinheit (47); und – Auslösen eines Kalibrierungslaufs der Kupplungseinheit (47) in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für das Ermitteln des Verschleißzustandes der Kupplungseinheit (47) die in die Reibungskupplung (49) eingebrachte Kupplungsarbeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für das Ermitteln des Verschleißzustands der Kupplungseinheit (47) ein Zeitintegral über die Kupplungsleistung während des Betriebs der Kupplungseinheit gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Kupplungsmoment und eine Drehzahldifferenz zwischen dem Eingangselement (41) und dem Ausgangselement (45) erfasst werden, wobei die Kupplungsleistung aus dem Produkt aus dem Kupplungsmoment und der Drehzahldifferenz ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Kupplungsmoment aus einer Drehmomentanforderung (M), aus einem berechneten von der Reibungskupplung (49) übertragenen Drehmoment oder aus einem gemessenen von der Reibungskupplung (49) übertragenen Drehmoment ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Zeitintegral ab dem letzten Kalibrierungslauf der Kupplungseinheit (47) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei lediglich dann ein Kalibrierungslauf ausgelöst wird, wenn der ermittelte Verschleißzustand einen vorbestimmten Schwellwert (Wmax) erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als zusätzliche Bedingung für das Auslösen eines Kalibrierungslaufs berücksichtigt wird, ob ein ”Zündung Aus”-Signal empfangen worden ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als zusätzliche Bedingung für das Auslösen eines Kalibrierungslaufs berücksichtigt wird, ob das Kraftfahrzeug seit dem letzten Kalibrierungslauf eine vorbestimmte Distanz zurückgelegt hat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als alternative Bedingung für das Auslösen eines Kalibrierungslaufs berücksichtigt wird, ob das Kraftfahrzeug seit dem letzten Kalibrierungslauf eine vorbestimmte Distanz (Dmax) zurückgelegt hat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zum Durchführen des Kalibrierungslaufs die Kupplungseinheit (47) mittels des Aktuators (51) in wenigstens eine vorbestimmte Kalibrierstellung gebracht wird, der ein bestimmtes Kupplungsmoment zugeordnet ist, wobei in der Kalibrierstellung eine Stellposition des Aktuators gemessen wird, wobei der Unterschied zwischen der gemessenen Stellposition und einer Stellposition ermittelt wird, die bei einem vorhergehenden Kalibrierungslauf gemessen wurde, und wobei in Abhängigkeit von dem ermittelten Stellposition-Unterschied eine Kupplungskennlinie angepasst wird, gemäß derer die Kupplungseinheit während des Betriebs der Kupplungseinheit gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (51) einen Elektromotor (93) aufweist, und wobei der Aktuator eine Getriebeeinrichtung (97) zum Übersetzen einer Drehbewegung des Elektromotors ins Langsame und/oder eine Umlenkeinrichtung (103) zum Umlenken einer Drehbewegung des Aktuators in eine translatorische Bewegung der Reibungskupplung (49) aufweist.
Drehmomentübertragungsanordnung (15) mit einem Eingangselement (41), einem Ausgangselement (45), einer Kupplungseinheit (47) und einer Steuereinrichtung (109), wobei die Kupplungseinheit zumindest eine Reibungskupplung (49) zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von dem Eingangselement auf das Ausgangselement und einen Aktuator (51) zum Betätigen der Reibungskupplung aufweist, und wobei die Steuereinrichtung (109) dazu ausgebildet ist, einen Verschleißzustand der Kupplungseinheit zu ermitteln und in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand einen Kalibrierungslauf der Kupplungseinheit auszulösen.