DE102012219034A1

DE102012219034A1 - Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102012219034A1
Application number: DE201210219034
Authority: DE
Inventors: Martin Dilzer; Willi Ruder
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2013-05-08
Also published as: WO2013064134A1; DE112012004602A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer von einem Steuergerät gesteuerten Kupplungsaktor betätigten Reibungskupplung mit einer Nachstelleinrichtung, welche einen axialen Verschleiß von zwischen einer Gegendruckplatte und einer gegenüber dieser mittels des Kupplungsaktors verlagerbaren Anpressplatte einspannbaren Reibbelägen durch axiale Nachführung eines sich an einem mit der Gegendruckplatte fest verbundenen Gehäuse abstützenden, von dem Kupplungsaktor axial beaufschlagten Hebels kompensiert wird. Um bei selbsttätig auslösenden Nachstellvorgängen auftretende Komforteinbußen und Momentenänderungen der Reibungskupplung zu verhindern, wird die Nachstelleinrichtung mittels eines Steuerimpulses des Steuergeräts, welcher abhängig von Verschleißgröße der Reibungskupplung ermittelt wird, nachgestellt. Das Verfahren wird vorteilhafterweise in Antriebssträngen mit automatisierten Reibungskupplungen insbesondere in hybridischen Antriebssträngen angewendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer von einem Steuergerät gesteuerten Kupplungsaktor betätigten Reibungskupplung mit einer Nachstelleinrichtung, welche einen axialen Verschleiß von zwischen einer Gegendruckplatte und einer gegenüber dieser mittels des Kupplungsaktors verlagerbaren Anpressplatte einspannbaren Reibbelägen durch axiale Nachführung eines sich an einem mit der Gegendruckplatte fest verbundenen Gehäuse abstützenden, von dem Kupplungsaktor axial beaufschlagten Hebels kompensiert wird.
Automatisierte Reibungskupplungen sind aus Serienanwendungen hinreichend bekannt. Hierbei wird eine sich an einem Gehäuse der Reibungskupplung abstützenden Beaufschlagungselement wie Teller- oder Hebelfeder an deren radial inneren Hebelspitzen axial von einem Kupplungsaktor beaufschlagt, so dass sich eine von dem Beaufschlagungselement verlagerte Anpressplatte relativ zu einer fest am Gehäuse angeordneten Gegendruckplatte verlagert. Zwischen Gegendruckplatte und Anpressplatte sind dabei Reibbeläge einer Kupplungsscheibe angeordnet, die abhängig von der Verlagerung der Anpressplatte einen Reibeingriff mit Anpressplatte und Gegendruckplatte bilden und ein von einer Brennkraftmaschine in das Gehäuse eingeleitetes Drehmoment auf die Kupplungsscheibe übertragen. Je nach Abstützung des Beaufschlagungselements an dem Gehäuse und Beaufschlagung der Anpressplatte durch dieses wird die Reibungskupplung bei aktivierter Kupplungsplatte geschlossen oder geöffnet.
Während des Betriebs der Reibungskupplung werden die Reibbeläge gegenüber den Reibflächen von Anpressplatte oder Gegendruckplatte Schlupf ausgesetzt, der zu einem Abrieb dieser mit axialem Verschleiß führt. Hierdurch werden die Betätigungswege des Kupplungsaktors verlängert und durch geänderte Anstellwinkel des Beaufschlagungselements gegenüber dem Gehäuse die Betätigungskräfte erhöht. Es werden daher Nachstelleinrichtungen vorgeschlagen, die einen Weg- beziehungsweise Kraftsensor aufweisen, die einen verlängerten Betätigungsweg beziehungsweise eine erhöhte Betätigungskraft ermitteln und verschleißabhängig selbsttätig eine Verschleißkompensation aktivieren, welche beispielsweise mittels einer Rampeneinrichtung mit in Umfangsrichtung angeordneten Rampen durch partielles Verdrehen einen dem Verschleiß der Reibbeläge entsprechenden Verschleißabstand je nach Anordnung des Beaufschlagungselements und Auslegung der Reibungskupplung zwischen Anpressplatte und Beaufschlagungselement beziehungsweise zwischen Beaufschlagungselement und Gehäuse kompensieren.
In hybridischen Antriebssträngen werden derartige Reibungskupplungen beispielsweise parallel zu Freiläufen zu einer Freilauftrennkupplung, welche zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine geschaltet ist, wobei das Getriebe der Elektromaschine seriell nachgeschaltet ist. Der Freilauf sperrt dabei in Richtung Elektromaschine und wird bei Drehmomentfluss in Richtung Brennkraftmaschine überrollt. Zum Starten der Brennkraftmaschine beispielsweise beim Kaltstart oder Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine nach deren Stillsetzung bei stehendem Fahrzeug, rekuperierendem, segelndem oder elektrischem Betrieb des Kraftfahrzeugs wird mittels der Reibungskupplung das Startmoment von der Elektromaschine auf die Brennkraftmaschine übertragen. Es hat sich dabei gezeigt, dass bei selbstnachstellenden Reibungskupplungen nach selbsttätig erfolgter Nachstellung die Momententreue der Reibungskupplung unzureichend ist, sodass der Fahrkomfort insbesondere bei Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine unzureichend sein kann.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung mit Nachstelleinrichtung vorzuschlagen, die in allen Betriebszuständen einen ausreichenden Fahrkomfort bereitstellen kann. Insbesondere soll ein derartiges Verfahren den Fahrkomfort in einem hybridischen Antriebsstrang mit Freilauftrennkupplung bei Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer von einem Steuergerät gesteuerten Kupplungsaktor betätigten Reibungskupplung mit einer Nachstelleinrichtung, welche einen axialen Verschleiß von zwischen einer Gegendruckplatte und einer gegenüber dieser mittels des Kupplungsaktors verlagerbaren Anpressplatte einspannbaren Reibbelägen durch axiale Nachführung eines sich an einem mit der Gegendruckplatte fest verbundenen Gehäuse abstützenden, von dem Kupplungsaktor axial beaufschlagten Hebels kompensiert wird, gelöst, wobei die Nachstelleinrichtung mittels eines Steuerimpulses des Steuergeräts, welcher abhängig von Verschleißgröße der Reibungskupplung ermittelt wird, nachgestellt wird. Durch die Ermittlung eines Verschleißzustandes mittels des Steuergeräts, welches aus Betriebsdaten der Reibungskupplung die Vergleichsgröße bildet, kann die Nachstellung gezielt erfolgen. Durch diese gezielte Nachstellung können zugleich die aufgrund der Nachstellung zu erwartenden Änderungen der Reibungskupplung berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine vom Betätigungsweg abhängige Kennlinie der Reibungskupplung an die geänderten Betätigungswege angepasst werden. Hierzu können der Tastpunkt, bei dem die Reibungskupplung gerade anfängt Moment zu übertragen, angefahren und eine zumindest vom Reibwert und dem Betätigungsweg aufgespannte Kennlinie sofort an die geänderten Betätigungswege angepasst werden. Hierdurch werden bei gezielter Nachstellung unerwartete, durch die Nachstellung bedingte Momentensprünge sofort vermieden und müssen nicht durch nachfolgende Adaptionen der Reibungskupplung ausgeglichen werden. Weiterhin kann der Zeitpunkt einer Nachstellung vom Steuergerät bestimmt werden. Eine Nachstellung kann daher zu Zeitpunkten eingeleitet werden, wenn eine Nachstellung bezüglich einer zu erwartenden Komforteinbuße weniger kritisch ist, beispielsweise nach einem Erst- oder Kaltstart der Brennkraftmaschine.
Die Verschleißgröße wird aus Betriebsdaten der Reibungskupplung ermittelt, die beispielsweise laufend erfasst und bezüglich ihrer zeitlichen Entwicklung ausgewertet werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Verschleißgröße abhängig von einer in die Reibungskupplung eingetragenen Energie ermittelt. Hierbei wird ein empirisch oder aufgrund von Modellen bestehender Zusammenhang zwischen einem Verschleiß der Reibbeläge und der über die Reibungskupplung übertragenen Energie hergestellt, wobei bevorzugt der dabei auftretende Kupplungsschlupf, also eine Differenzdrehzahl zwischen den Reibbelägen einerseits und Gegendruckplatte und Anpressplatte andererseits und die dabei an der Reibungskupplung auftretende Kupplungstemperatur berücksichtigt werden. Die hierzu erforderlichen Drehkennwerte wie Drehzahlen, Winkelgeschwindigkeiten und -beschleunigungen der Kurbelwelle und einer Getriebeeingangswelle können mittels entsprechender Sensoren erfasst und beispielsweise mittels eines Bussystems wie CAN auf das Steuergerät übertragen werden. Die Erfassung der Kupplungstemperatur kann mittels eines Kupplungstemperatursensors oder mittels eines Temperaturmodells aus anderen Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Aus den gewonnenen Einzelbeiträgen der einzelnen Betätigungsvorgänge kann die über einen vorgegebenen Zeitraum eingetragene Energie mittels einer Integration des Kupplungsschlupfs und des über die Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmoments ermittelt und einem Verschleiß zugeordnet werden. Hierbei kann aus der eingetragenen Energie ein Energiezähler gebildet werden. Bei Überschreiten einer Zählschwelle des Energiezählers kann die Nachstellung der Nachstelleinrichtung eingeleitet werden. Die nächste Nachstellung erfolgt, sobald eine neue Zählschwelle überschritten oder nach einem Reset dieselbe Zählschwelle erneut überschritten wird. Die Zählschwellen können über die Lebensdauer der Reibungskupplung nicht linear vorgesehen sein, so dass eine Alterung der Reibbeläge entsprechend berücksichtigt werden kann.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass sich der Tastpunkt über den Verschleiß der Reibbeläge eindeutig und reproduzierbar abhängig verändert. Die Verschleißgröße kann daher alternativ oder zusätzlich zur Auswertung des Energieeintrags abhängig von einer Wegänderung des Tastpunkts ermittelt werden.
Weiterhin kann die Verschleißgröße alternativ oder zusätzlich von einer Anzahl den Verschleiß repräsentierender Fahrzeugparameter ermittelt werden. Beispielsweise kann eine Nachstellung der Reibungskupplung eingeleitet werden, wenn eine vorgegebene Anzahl von Kupplungsvorgängen durchgeführt wurde. Diese einfache Methode geht von der Annahme aus, dass jeder Kupplungsvorgang im Mittel denselben Verschleiß an den Reibelägen erzeugt. Diese zur Ermittlung der Verschleißgröße herangezogene Anzahl von Kupplungsvorgängen kann weiter verfeinert werden, indem jeder Zählpunkt der Anzahl mit weiteren Fahrzeugparametern wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, Differenzdrehzahlen und dergleichen gewichtet wird.
Je nach Ausbildung der Reibungskupplung als zwangsweise geöffnete oder zwangsweise geschlossene Reibungskupplung und der Nachstelleinrichtung als kraft- oder weggesteuerte Nachstelleinrichtung wird bei einer vom Steuergerät ermittelten mittels des Steuerimpulses gezielten Nachstellung der Kupplungsaktor entsprechend angesteuert. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Steuerimpuls für eine Nachstellung der Nachstelleinrichtung mittels eines Anfahrens eines Nachstellpunkts, welcher außerhalb eines Modulationsbereichs der Reibungskupplung zwischen geöffnetem und geschlossenem Zustand angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Nachstelleinrichtung mittels eines Überwegs des Kupplungsaktors gesteuert wird. Bei Anfahren des Nachstellpunktes mittels eines Überwegs wird beispielsweise eine bestehende Vorspannung auf ein Rampensystem mit einem in Umfangsrichtung vorgespannten Verstellring aufgehoben. Dabei verdreht sich der Verstellring um einen vorgegebenen Winkel, so dass der durch Verschleiß gebildete Verschleißabstand zwischen Anpressplatte und Hebelfeder beziehungsweise Tellerfeder der Reibungskupplung ausgeglichen wird. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Tellerfeder beziehungsweise Hebelfeder an ihrer Abstützung an dem Gehäuse mit einem derartigen Verstellring ausgestattet sein. In beiden Fällen wird die Anpressplatte den verschleißbehafteten Reibbelägen bei geschlossener Reibungskupplung nachgeführt.
Das Verfahren kann vorteilhafterweise auf eine automatisierte Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angewendet werden. Hierbei sind auch Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen mit einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei zwischen einer Brennkraftmaschine und jeweils einer Getriebeeingangswelle eines Doppelkupplungsgetriebes angeordneten Reibungskupplungen umfasst. In besonders vorteilhafter Weise kann das Verfahren in einem hybridischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zwischen Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine angeordneten, parallel zu einem Freilauf geschalteten Reibungskupplung angewendet werden.
Hierbei sind Freilauf und Reibungskupplung zu einer Freilauftrennkupplung geschaltet, wobei der Freilauf das Hauptdrehmoment der Brennkraftmaschine auf die Getriebeeingangswelle eines Getriebes wie manuell geschaltetes Getriebe, Automatgetriebe, stufenlos schaltbares Getriebe (CVT), automatisiertes Schaltgetriebe oder eine Getriebeeingangswelle eines Doppelkupplungsgetriebes, die zudem der Rotor einer Elektromaschine sein kann oder mit diesem wirkverbunden ist, übertragen und in umgekehrter Richtung überrollt wird. Die Reibungskupplung kann bei überrolltem Freilauf ein geringes Drehmoment beispielsweise während eines Starts wie Kaltstart oder Wiederinbetriebnahme nach einer Stillsetzung der Brennkraftmaschine auf diese übertragen. Infolge des hohen Komfortanspruchs insbesondere während einer Inbetriebnahme, kann durch die gezielte Nachstellung ein Momentenruck vermieden werden, wenn mit dem Nachstellvorgang zugleich die Kupplungskennlinie an die neuen Betriebsverhältnisse der Reibungskupplung nach dem Nachstellvorgang angepasst werden, indem die Kupplungskennlinie an einen veränderten Tastpunkt angepasst wird. Im Weiteren kann der Komfort derartiger Reibungskupplungen mit steiler Kennlinie gesteigert werden, wenn eine anstehende Nachstellung zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, wenn ein Komfortanspruch geringer ist und daher unbemerkt bleibt, beispielsweise vor, während oder kurz nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine oder dergleichen.
Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen systematischen Aufbau des hybridischen Antriebsstrangs 1 mit der Brennkraftmaschine 2, der Elektromaschine 3, dem Getriebe 4 und einem Antriebsrad 5. Zwischen Brennkraftmaschine 2 und Elektromaschine 3 ist die Freilauftrennkupplung 6 mit dem Freilauf 7 und der parallel zu diesem geschalteten Reibungskupplung 8 vorgesehen. Zwischen der Kurbelwelle 10 und der Freilauftrennkupplung 6 ist der Drehschwingungsdämpfer 9 beispielsweise in Form eines geteilten Schwungrads angeordnet. Der Rotor 11 der Elektromaschine 3 ist drehschlüssig mit der Getriebeeingangswelle 12 des Getriebes 4 verbunden. Die Reibungskupplung 8 wird mittels des Kupplungsaktors 13 betätigt, der von dem Steuergerät 14 betätigt wird. Das Steuergerät 14 steht direkt oder über ein Bussystem wie CAN-Bus mit anderen Steuergeräten und/oder Sensoreinheiten in Kommunikationsverbindung, so dass die benötigten Daten zur Ermittlung und Berechnung des Betätigungswegs der Reibungskupplung 8 und deren Nachstelleinrichtung sowie zur Ausbildung einer Verschleißgröße zur gezielten Nachstellung durch Betätigung der Nachstelleinrichtung zeitnah, bevorzugt in Echtzeit zur Verfügung stehen.
Die Brennkraftmaschine 2 überträgt über die Kurbelwelle 10 Drehmoment auf die Freilauftrennkupplung 6, von dem der größere Anteil, beispielsweise 800 Nm von dem Freilauf auf die Getriebeeingangswelle 12 übertragen wird. Die Reibungskupplung 8 ist auf kleinere Drehmomente von beispielsweise bis zu 200 Nm ausgelegt. Infolge der steilen Kennlinie der Reibungskupplung 8 mit über den Betätigungsweg des Kupplungsaktors 13 stark ansteigendem Kupplungsmoment wird die Nachstellung der Nachstelleinrichtung 15 gezielt durchgeführt.
Während des Starts und bei Wiederinbetriebnahme nach einer Stilllegung der Brennkraftmaschine 2 wird die Brennkraftmaschine 2 bei geschlossener beziehungsweise sich schlupfend schließender Reibungskupplung 8 von der Elektromaschine 3 und/oder von der drehenden Getriebeeingangswelle 12 gestartet. Im stehenden Modus der Brennkraftmaschine 2 kann die Elektromaschine 3 das Kraftfahrzeug über das Getriebe 4 antreiben. Im Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 2 treibt diese über den sperrenden Freilauf 7 und bevorzugt geöffneter Reibungskupplung 8, die bevorzugt eine zugedrückte oder zugezogene Reibungskupplung ist, das Kraftfahrzeug über das Getriebe alleine oder von der Elektromaschine 3 unterstützt an. Im Segelbetrieb ist die Reibungskupplung 8 geöffnet und die Elektromaschine 3 außer Betrieb. Im Schubbetrieb rekuperiert die Elektromaschine 3. Zur Vergrößerung des Schleppmoments kann die laufende oder stehende Brennkraftmaschine 2 mittels der Reibungskupplung 8 zugekoppelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Brennkraftmaschine
3: Elektromaschine
4: Getriebe
5: Antriebsrad
6: Freilauftrennkupplung
7: Freilauf
8: Reibungskupplung
9: Drehschwingungsdämpfer
10: Kurbelwelle
11: Rotor
12: Getriebeeingangswelle
13: Kupplungsaktor
14: Steuergerät
15: Nachstelleinrichtung

Claims

Verfahren zur Steuerung einer von einem Steuergerät (14) gesteuerten Kupplungsaktor (13) betätigten Reibungskupplung (8) mit einer Nachstelleinrichtung (15), welche einen axialen Verschleiß von zwischen einer Gegendruckplatte und einer gegenüber dieser mittels des Kupplungsaktors (13) verlagerbaren Anpressplatte einspannbaren Reibbelägen durch axiale Nachführung eines sich an einem mit der Gegendruckplatte fest verbundenen Gehäuse abstützenden, von dem Kupplungsaktor (13) axial beaufschlagten Hebels kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachstelleinrichtung (15) mittels eines Steuerimpulses des Steuergeräts (14), welcher abhängig von einer Verschleißgröße der Reibungskupplung (8) ermittelt wird, nachgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißgröße abhängig von einer in die Reibungskupplung (8) eingetragenen Energie ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingetragene Energie aus einer Integration eines Kupplungsschlupfs und des über die Reibungskupplung (8) übertragenen Kupplungsmoments ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der eingetragenen Energie ein Energiezähler gebildet wird und bei Überschreiten einer Zählschwelle die Nachstellung der Nachstelleinrichtung (15) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißgröße abhängig von einer Wegänderung eines Tastpunkts ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißgröße abhängig von einer Anzahl den Verschleiß repräsentierender Fahrzeugparameter ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachstellung der Nachstelleinrichtung (15) an einem Nachstellpunkt erfolgt, welcher außerhalb eines Modulationsbereichs der Reibungskupplung zwischen geöffnetem und geschlossenem Zustand angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Nachstellvorgang der Tastpunkt ermittelt und eine Kennlinie der Reibungskupplung (8) an einen geänderten Tastpunkt angepasst wird.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf eine automatisierte Reibungskupplung (8) in einem Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Brennkraftmaschine (2) und einem Getriebe (4).
Anwendung nach Anspruch 9 in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei zwischen einer Brennkraftmaschine und jeweils einer Getriebeeingangswelle eines Doppelkupplungsgetriebes angeordneten Reibungskupplungen.
Anwendung nach Anspruch 9 oder 10 in einem hybridischen Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs mit zwischen Brennkraftmaschine (2) und einer Elektromaschine (3), angeordneten, parallel zu einem Freilauf (7) geschalteten Reibungskupplung (8).