DE102013210357A1

DE102013210357A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißes einer Kupplung

Info

Publication number: DE102013210357A1
Application number: DE102013210357.3A
Authority: DE
Inventors: Manuel Schnitzer; Fabio Iacona; Mykhaylo Klymenko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-04
Also published as: KR20140142665A; CN104214243B; CN104214243A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißes einer Kupplung (62) auf Grundlage einer Differenz aus einer Eingangsdrehzahl eines Getriebes (66) und einer Drehzahl eines Motors (64), wobei während eines Gangwechsels virtuelle Eingangsdrehzahlen des Getriebes (66) für mögliche einzulegende Gänge des Getriebes (66) berechnet werden, wobei nach erfolgtem Gangwechsel ein eingelegter Gang bestimmt wird, und wobei diejenige virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes (66) herangezogen wird, die dem bestimmten eingelegten Gang zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißes einer Kupplung und eine Anordnung zum Bestimmen eines Verschleißes einer Kupplung.
Stand der Technik
Bei einer elektronisch ansteuerbaren Kupplungsvorrichtung wird zum Betätigen einer Kupplung üblicherweise eine Information über eine Stellung und/oder eine Bewegung eines fahrerbetätigten Kupplungspedals erfasst. Diese Information wird an ein Steuergerät übermittelt und ggf. bearbeitet. Die ggf. überarbeitete Information wird zum Steuern eines Aktors an diesen übermittelt. Der Aktor ist dazu ausgebildet, die Kupplung auf Grundlage dieser Information zu betätigen und/oder zu beaufschlagen. Eine derartige elektronisch ansteuerbare Kupplungsvorrichtung wird auch als Clutch-By-Wire (CbW) Vorrichtung bezeichnet, bei der keine direkte mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Kupplungspedal und dem Aktor oder einem entsprechenden Betätigungsmechanismus für die Kupplung vorgesehen ist.
Die Druckschrift DE 10 2004 043 541 A1 beschreibt ein Verfahren zur Betätigung einer Kupplung in einem sogenannten Clutch-By-Wre-System. Hierbei wird ein Kupplungswunschmoment von einer Steuerung in Abhängigkeit einer Fahrsituation korrigiert, wobei als Betriebsparameter eine Temperatur, eine Laufleistung, eine Getriebedrehzahl, ein Getriebedrehzahlgradient sowie eine Kupplungslebenserwartung berücksichtigt werden.
Offenbarung der Erfindung
Eine Kupplung ist betriebsbedingt einem gewissen Verschleiß ausgesetzt, der letztendlich zu deren Ausfall führen kann. Der Verschleiß entsteht dabei durch Abnutzung des Reibbelags der Kupplung, die durch sogenannte schlupfende Ereignisse im Schlupfbetrieb bedingt sein kann, so kann eine Reibleistung in der Kupplung zu Abrieb und thermischer Belastung führen. Die schlupfenden Ereignisse werden, bspw. beim Anfahren und Schalten, einerseits vom Fahrer verursacht. Andererseits können schlupfende Ereignisse durch die automatische Steuerung bedingt sein, z. B. bei einem eventuell durchgeführten Kupplungsstart nach einem Start-Stopp-Coasting-Ereignis oder durch einen Anfahrassistenten.
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Mit dem Verfahren ist es möglich, beim Betreiben einer als Reibkupplung ausgebildeten Kupplung mit einer elektronisch gesteuerten Kupplungsvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs einen Verschleiß der Kupplung zu berechnen und somit zu bestimmen. Das Verfahren ist u. a. für eine Kupplung als Teil einer Kupplungsvorrichtung geeignet, die keine Sensoren zum Erkennen eines Istgangs oder zum Erfassen einer Eingangsdrehzahl eines Getriebes aufweisen.
Bei einer Ausführungsform wird der Istgang durch Vergleich einer Drehzahl des Motors und einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt. Diese Maßnahme wird dann umgesetzt, wenn die Kupplung keinen Schlupf hat und bspw. vollständig geschlossen ist. Mit der beschriebenen Anordnung kann zudem ein Neutralgang erkannt werden. Hierbei wird ein Signal verwendet, das einem Steuergerät der Anordnung mitteilt, dass ein Gang eingelegt ist. Allerdings umfasst dieses Signal in der Regel keine Information darüber, welcher Gang eingelegt ist.
Eine Berechnung des Verschleißes der Kupplung basiert auf der Messung, Berechnung und/oder Gewichtung von Reibenergie, die während des Betriebs der Kupplung, üblicherweise in jedem Schlupfbetrieb der Kupplung, erzeugt wird. Der Verschleiß kann durch Summation der ermittelten Werte für die Reibenergie von sämtlichen Schlupfbetrieben berechnet werden.
In Betriebssituationen, in denen sich die Kupplung im Schlupf befindet, wird an einer Kupplungsscheibe Reibleistung in Form von Wärme erzeugt, wobei ein Wert der Reibleistung in Watt oder kW angegeben wird. Über ein Integral der Reibleistung kann eine Reibenergie mit einem entsprechenden Energieeintrag, deren bzw. dessen Wert in Joule oder kJ angegeben wird, für einen jeweiligen Schlupfbetrieb berechnet werden.
Die Reibleistung ist üblicherweise das Produkt aus einem Istmoment der Kupplung und einer Differenz zwischen einer Drehzahl des Motors und einer Eingangsdrehzahl des Getriebes. Die bei einem Schlupfbetrieb entstehende Reibenergie wird durch Integration der im Schlupfbetrieb ermittelten Reibleistung über eine zeitliche Dauer des Schlupfbetriebs berechnet und somit bestimmt. Zum Bestimmen des Verschleißes zu einem bestimmten Zeitpunkt der Lebensdauer der Kupplung werden sämtliche Werte für die Reibenergie, die sich bis zu dem bestimmten Zeitpunkt bei sämtlichen bislang durchgeführten Schlupfbetrieben ergeben hatten, summiert und ggf. mit einem Faktor multipliziert: E_act = ΣE_i·n_i (1)
Dabei ist E_act die aktuelle aufsummierte Reibenergie, E_i ein einzelner Eintrag an Reibenergie und n_i ein Gewichtsfaktor in einer i-ten Betriebssituation der Kupplung, wobei der Gewichtsfaktor n_i z. B. von der Höhe eines jeweiligen Eintrags an Reibenergie E_i in der jeweiligen Betriebssituation, d. h. dem jeweiligen Schlupfbetrieb, und/oder von anderen Betriebsparametern abhängig ist.
Durch das Verhältnis zwischen der aktuell aufsummierten Reibenergie E_act und eines Gesamtenergieeintrags E_ges des Kupplungsbelags über die Lebensdauer der Kupplung, der in der Regel vom Kupplungshersteller vorgegebenen ist, kann der aktuelle Verschleiß V berechnet und/oder abgeschätzt werden: V = Eact/Eges·100% (2)
Bei einer Berechnung der aktuellen Reibleistung wird das Istmoment der Kupplung aus einem Kupplungsmodell ermittelt, mit dem als Eingangsgröße mindestens eine sensorisch erfasste Betriebsgröße, bspw. Druck, Position oder auch Strom, der Kupplungsvorrichtung berücksichtigt wird.
Die zur Berechnung des Schlupfs u. a. erforderlichen Betriebsparameter sind üblicherweise die Drehzahl des Motors und die Eingangsdrehzahl des Getriebes, wobei Werte für diese Betriebsparameter von Sensoren über Signale bereitgestellt werden. Die Drehzahl des Motors wird üblicherweise durch einen Sensor erfasst und berechnet. Die Eingangsdrehzahl des Getriebes kann ebenfalls durch einen Sensor ermittelt werden oder über die Drehzahl der Räder in Verbindung mit einer aktuellen Ganginformation berechnet werden. Die aktuelle Ganginformation kann über einen Istgangsensor erfasst werden. Alternativ kann die aktuelle Ganginformation mit Hilfe einer Information eines Sensors zum Erkennen eines Neutralgangs, der Drehzahl des Motors und der Drehzahl der Räder in bestimmten Betriebszuständen berechnet werden.
In Situationen, in denen der Gang bekannt ist, können somit nach Durchführung obiger Schritte des Verfahrens die Reibleistung und eine resultierende Reibenergie zum Bestimmen eines Energieeintrags bestimmt werden.
In Fällen, in denen der Gang zum Zeitpunkt eines Schlupfereignisses nicht bekannt ist, z. B. bei einem Schaltvorgang (Gangwechsel) bzw. Gangwechsel vor einem Anfahrereignis, kann die Eingangsdrehzahl des Getriebes nicht sicher berechnet werden. Daher wird eine Annahme getroffen, wonach vorgesehen ist, dass nach einer Plausibilisierung des Gangs ein tatsächlicher Energieeintrag in die Berechnung des Verschleißes übernommen werden kann.
Der ermittelte Verschleiß kann innerhalb eines Kupplungsmodells verwendet werden. Somit können Korrekturkennlinien des Kupplungsmodells bzgl. des ermittelten Verschleißes erweitert werden. Hierzu können Effekte der Drehzahlen des Motors und/oder des Getriebes kompensiert werden. Außerdem können Adaptionen des verwendeten Kupplungsmodells bzgl. einer Häufigkeit oder Gewichtung von Lernwerten durch den ermittelten Verschleiß beeinflusst werden. Es ist auch möglich, den Verschleiß und/oder die Reibleistung innerhalb des Kupplungsmodells als Eingangsgröße für ein Temperaturmodell der Kupplung zu verwenden.
Innerhalb einer Ablaufsteuerung für den Betrieb der Kupplung und somit der Kupplungsvorrichtung kann der im Rahmen des Verfahrens ermittelte Verschleiß dafür verwendet werden, um zwischen einem Schutz der Bauteile einerseits und einem Komfort beim Fahren abzuwägen und folglich eine Gewichtung einer Priorität zwischen dem Schutz der Bauteile der Kupplungsvorrichtung gegenüber dem Komfort beim Fahren des Kraftfahrzeugs zu berücksichtigen. Somit können beim Betrieb der Kupplungsvorrichtung Betriebsparameter und/oder Betriebsabläufe beeinflusst werden. So ist es bspw. möglich, einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs schlupfarm statt komfortoptimiert durchzuführen. Weiterhin können zusätzliche Komfort-Ereignisse, die Reibenergie erzeugen, reduziert werden, dies betrifft bspw. eine Schaltunterstützung, ein Kriechen oder aktive Adaptionen.
Die Anordnung umfasst in einer Ausführungsform in der Regel einen Sensor zur Erkennung des Neutralgangs, mit dem erkannt wird, ob ein Gang eingelegt oder nicht eingelegt ist, wodurch ein Betriebszustand des Getriebes erfasst werden kann.
Die jeweils möglichen Gänge sowie deren Getriebeübersetzungen sind in der Software eines Steuergeräts der Anordnung hinterlegt und demnach bekannt. Bei einem eingelegten und plausibilisierten Gang ist eine der Getriebeübersetzungen gültig und kann direkt zur Berechnung einer Eingangsdrehzahl des Getriebes verwendet werden. Bei einem eingelegten, jedoch nicht plausibilisierten Gang, weil bspw. die Kupplung seit einem letzten Gangwechsel noch nicht vollständig geschlossen wurde, können parallel für alle nach dem Gangwechsel in Frage kommenden gangabhängigen Übersetzungen des Getriebes virtuelle Eingangsdrehzahlen des Getriebes berechnet werden. Bei einem Gangwechsel wird von einem ursprünglichen Gang in einen neuen Gang gewechselt. Falls das Getriebe k als Vorwärtsgänge ausgebildete Gänge aufweist, kann von einem Gangwechsel ausgehend von einem bislang eingelegten, ursprünglichen Gang in einen von k – 1 anderen Gängen gewechselt werden. Im Rahmen des Verfahrens können zumindest k – 1 virtuelle Eingangsdrehzahlen für k – 1 zu wählende und/oder neu einzulegende Gänge berechnet werden. Es ist auch möglich, für sämtliche k Vorwärtsgänge virtuelle Eingangsdrehzahlen zu berechnen, da es ggf. auch möglich ist, dass sich der Fahrer des Kraftfahrzeugs, bspw. aufgrund einer überraschenden Verkehrssituation, während des Gangwechsels dazu entscheidet, wieder den ursprünglichen Gang einzulegen. Für den vor dem Gangwechsel eingelegten, ursprünglichen Gang kann als Drehzahl die messbare Drehzahl verwendet werden, die der Motor aufweist, wenn der ursprüngliche Gang eingelegt ist. Ergänzend können Reibleistungen und Energieeinträge für jede Gangstufe berechnet werden.
Nach Abschluss eines Schlupfvorgangs bzw. eines Schlupfbetriebs, sobald der neu eingelegte Gang und der Gangwechsel bspw. sensorisch plausibilisiert ist, kann der beim Gangwechsel berechnete Wert der virtuellen Eingangsdrehzahl des Getriebes für den nunmehr neu eingelegten Gang übernommen werden, wohingegen alle anderen berechneten Werte für virtuelle Eingangsdrehzahlen der anderen Gänge verworfen werden. Sollte vor der Plausibilisierung des Gangs ein weiterer Gangwechsel stattfinden, was über den Sensor zur Erkennung des Neutralgangs erkannt werden kann, kann als Ergebnis der bis dahin wahrscheinlichste Wert für die virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes übernommen und der Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens neu gestartet werden
Ein im Rahmen des Verfahrens umzusetzender Algorithmus ist passiv und kann unabhängig von einer konkreten Ausgestaltung einer Kupplungsvorrichtung, d. h. bei einer konventionellen Kupplungsvorrichtung mit Handschalter ohne Aktorik, bei einer Kupplungsvorrichtung für ein Automatikgetriebe oder bei einer drahtgebundenen Kupplungsvorrichtung (Clutch-By-Wire) angewendet werden. Zur Umsetzung des vorgesehenen Algorithmus werden ein Kupplungsmodell und der Sensor zur Erkennung des Neutralgangs einer jeweiligen Kupplungsvorrichtung verwendet.
Mit dem Verfahren ist es möglich, durch Berechnen virtueller Eingangsdrehzahlen für sämtliche nach einem Gangwechsel einlegbaren Gänge den Verschleiß der Kupplung lückenlos zu quantifizieren und/oder abzuschätzen. Dies ist auch in Betriebssituationen möglich, wenn wichtige Eingangssignale unvollständig sind und nicht verwertet werden können, falls z. B. eine Ganginformation fehlt und somit keine Eingangsdrehzahl für das Getriebe vorhanden ist. Der mit dem Verfahren ermittelte Verschleiß der Kupplung kann ferner für weitere Anwendungsfälle genutzt werden
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm mit Betriebsgrößen einer Kupplungsvorrichtung, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sowie ein Beispiel für eine elektronisch gesteuerte Kupplungsvorrichtung.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Anordnung aus 2.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Das in 1 gezeigte Diagramm mit Betriebsgrößen der elektronisch steuerbaren Kupplungsvorrichtung umfasst eine Abszisse 2, entlang der die Zeit aufgetragen ist. Darüber ist eine Ordinate 4 für die unterschiedlichen Betriebsgrößen der Kupplungsvorrichtung aufgetragen. Dabei ist in dem Diagramm eine Schar von Geraden für eine gangabhängige Drehzahl 6, 8, 10, 12, 14, 16 eines Motors und/oder des Getriebes eines Kraftfahrzeugs bei geschlossener Kupplung gezeigt, wobei es sich hier um die Drehzahl 6 bei Nutzung eines ersten Gangs, die Drehzahl 8 bei Nutzung eines zweiten Gangs, die Drehzahl 10 bei Nutzung eines dritten Gangs, die Drehzahl 12 bei Nutzung eines vierten Gangs, die Drehzahl 14 bei Nutzung eines fünften Gangs sowie die Drehzahl 16 bei Nutzung eines sechsten Gangs des Kraftfahrzeugs handelt.
Außerdem umfasst das Diagramm eine erste Kurve zum Beschreiben eines Zustands 18 eines Neutralgangs sowie eine zweite Kurve zur Darstellung eines Istmoments 20 der Kupplung. Dabei wird durch den Zustand 18 des Neutralgangs angezeigt, ob ein Gang eingelegt ist, was einer passiven Position 22 des Neutralgangs entspricht, oder ob gar kein Gang eingelegt ist, was einer aktiven Position 24 des Neutralgangs entspricht. Anhand des Verlaufs des Istmoments 20 der Kupplung ist erkennbar, ob sich die Kupplung in einer geöffneten Position 26 oder in einer geschlossenen Position 28 befindet.
Das Istmoment 20 der Kupplung ist ein berechneter Wert, der von zumindest einem gemessenen Wert von mindestens einem Betriebsparameter, z. B. einer Aktorposition, einer Drehzahl, eines Drucks, eines Stroms usw., der Kupplungsvorrichtung abhängig ist. Das Kupplungsmodell stellt einen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Istmoment 20 der Kupplung und anderen Betriebsparametern und/oder Betriebszuständen der Kupplungsvorrichtung dar. Dabei können die anderen Betriebsparameter und/oder Betriebszustände direkt durch Sensoren gemessen oder indirekt, z. B über ein Temperaturmodell des Kupplungsbelags, ermittelt werden. Der interne Aufbau des Kupplungsmodells ist in der Regel von einer Ausgestaltung der Kupplungsvorrichtung abhängig.
Außerdem sind entlang der Abszisse 2 mehrere Zeitpunkte 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 angedeutet, die bei einem Gangwechsel (Schaltvorgang) zu berücksichtigen sind. Außerdem sind durch einige der angedeuteten Zeitpunkte 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 Zeitintervalle für unterschiedliche Betriebssituationen 44, 46, 48, 50 begrenzt, die bei einer Durchführung des beschriebenen Verfahrens berücksichtigt werden.
Im Detail ist bei der beschriebenen Ausführungsform vorgesehen, dass sich das Getriebe des Kraftfahrzeugs hier von einem ersten Zeitpunkt 30 bis zu einem zweiten Zeitpunkt 32 im ursprünglich eingelegten dritten Gang befindet, was in dem Diagramm durch eine Kurve zur Wiedergabe der aktuellen Drehzahl 52 des Motors angedeutet ist. Zu dem zweiten Zeitpunkt 32 ist jedoch vorgesehen, dass die Kupplung geöffnet wird, wobei dieser Vorgang bis zu einem dritten Zeitpunkt 34 abgeschlossen ist. Dabei ergibt sich, dass sich die Drehzahl 52 verringert. Der Zustand 18 des Neutralgangs deutet an, dass der ursprüngliche dritte Gang bis zu einem vierten Zeitpunkt 36 eingelegt ist. Für eine durch den ersten Zeitpunkt 30 und dem vierten Zeitpunkt 36 begrenzte erste Betriebssituation 44 ist vorgesehen, dass als ursprünglicher Gang der dritte Gang eingelegt und bekannt ist. Ein Betriebsparameter, z. B. eine Differenz der Drehzahlen, zwischen dem Motor und dem Getriebe bei dem Gangwechsel kann dabei durch eine Berechnung von virtuellen Eingangsdrehzahlen für alle Gänge, die nach dem Gangwechsel neu eingelegt werden können, eindeutig bestimmt werden.
In einer zweiten Betriebssituation 46, die zeitlich durch den vierten Zeitpunkt 36 und einen fünften Zeitpunkt 38 begrenzt ist, ist vorgesehen, dass sich der Neutralgang in der aktiven Position 24 befindet. Zu dem fünften Zeitpunkt 38 wird jedoch die Kupplung wieder allmählich geschlossen, wobei die Kupplung zu einem sechsten Zeitpunkt 40 vollständig geschlossen ist. Ab dem fünften Zeitpunkt 38 befindet sich der Neutralgang wieder in der aktiven und demnach nicht-neutralen Position 24. Der Verlauf der Drehzahl 52 des Motors deutet weiterhin an, dass nach Schließen der Kupplung zum sechsten Zeitpunkt 40 bis zu einem siebten Zeitpunkt 42 der vierte Gang eingelegt ist. Die durch den fünften Zeitpunkt 38 und den sechsten Zeitpunkt 42 begrenzte dritte Betriebssituation 48 ist dadurch charakterisiert, dass ein neuer Gang eingelegt ist. Allerdings ist während der dritten Betriebssituation 48 unbekannt, um welchen Gang es sich dabei handelt. In diesem Fall wird beim Gangwechsel parallel eine Berechnung von virtuellen Eingangsdrehzahlen für sämtliche nach dem Gangwechsel einlegbaren Gänge durchgeführt. Weiterhin können Differenzen der Drehzahl des Motors und den virtuellen Eingangsdrehzahlen des Getriebes berechnet werden. Darauf basierend können Energieeinträge für alle möglichen Gänge berechnet werden. Ab einem siebten Zeitpunkt 42 liegt eine vierte Betriebssituation 50 vor, bei der vorgesehen ist, dass nunmehr ein Gang, hier der vierte Gang, eingelegt und bekannt ist. Dabei werden ein Wert für die Differenz der Drehzahl des Motors 52 und der berechneten virtuellen Eingangsdrehzahl des Getriebes für den nach dem Gangwechsel nunmehr neu eingelegten Gang und ein resultierender Energieeintrag aus der parallelen Berechnung übernommen. Im weiteren Fortgang wird eine konventionelle Berechnung eines Betriebsparameters durchgeführt.
Es ist vorgesehen, dass das Getriebe mit dem Motor ab dem siebten Zeitpunkt 42 eingeschwungen ist und dieselbe Drehzahl wie der Motor aufweist.
Zur Plausibilisierung eines aktuell eingelegten Gangs und somit eines Istgangs ab dem siebten Zeitpunkt 42 muss mindestens eine Bedingung erfüllt sein. So ist der Gang eingelegt, wenn ein Signal des Sensors zur Neutralgangerkennung passiv und/oder null ist. Des Weiteren muss die Kupplung teilweise oder komplett geschlossen sein. Dies wird durch das Kupplungsmodell erkannt, wobei sich dieses auf einen gemessenen Wert mindestens eines Betriebsparameters bezieht, z. B. eine Aktorposition. Eine weitere Bedingung ist, dass die Drehzahl des Motors eingeschwungen ist, was dann der Fall ist, wenn ein Gradient der Drehzahl des Motors kleiner als ein hierfür vorgesehener Schwellwert ist. Außerdem kann eine zeitliche Entprellung der oben genannten Bedingungen vorgesehen sein, was jedoch nicht zwingend notwendig ist.
Durch einen stabilen Gradient der Drehzahl kann indirekt darauf geschlossen werden, dass sich der Schlupf an der Kupplung abgebaut und der Motor die tatsächliche Getriebeeingangsdrehzahl erreicht hat. Der Schwellwert für das Erkennen eines stabilen Gradienten ist so gewählt, dass selbst bei starker Beschleunigung oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs der Gradient diesen Schwellwert nicht überschreiten wird, somit kann ein Überschreiten des Schwellwerts nur durch Schwingungen des Triebstrangs, die durch Synchronisierungen der Drehzahlen entstehen können, verursacht werden. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass ein absoluter Wert des Gradienten der Drehzahl des Motors geringer als der Schwellwert ist, die Synchronisierung abgeschlossen ist.
In einer weitergehenden Variante muss die Kupplung nicht zwingend komplett geschlossen sein, es reicht in Ausgestaltung aus, wenn die Kupplung mehr Moment überträgt, als der Motor liefert. Allerdings ist es dann u. U. schwieriger, aus dem Gradienten der Drehzahl einen eingeschwungenen Zustand zu erkennen.
Dabei wird die Drehzahl des Motors gemessen und ist somit bekannt. Die virtuelle Eingangsdrehzahl nGearln(x) des Getriebes kann für die Gänge x = 1 bis x = k mit Hilfe der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder einer gemessen Drehzahl nRad eines Rads des Kraftfahrzeugs und der jeweils zugehörigen gangabhängigen Übersetzung j(x) des Getriebes berechnet werden. Folglich werden während des Gangwechsels bei k Gängen gleichzeitig k verschiedene, virtuelle Eingangsdrehzahlen des Getriebes nGearln(x) berechnet. Dabei gilt für einen Gang: nGearln(1) = nRad·j(1) nGearln(2) = nRad·j(2) ... nGearln(x) = nRad·j(x) ... nGearln(k) = nRad·j(k) (3)
Aus jeder Eingangsdrehzahl nGearln des Getriebes kann mit Hilfe der Drehzahl nMotor des Motors und des Istmoments Mkupp der Kupplung eine aktuelle Reibleistung und damit ein Eintrag E(x) an Reibenergie für jeden möglichen Gang x ermittelt werden. Dabei gilt für einen vorzeichenunabhängigen, absoluten Wert der Reibleitung P(x) jedes Gangs x in einer i-ten Betriebssituation: P(x) = abs(pi/30·(nMotor – nGearln(x))·Mkupp) (4)
Durch Integration kann daraus für die i-te Betriebssituation, wenn ein x-ter Gang eingelegt ist, ein i-ter Eintrag an Reibenergie berechnet werden: Ei(x) = ∫P(x)·dt (5)
Durch Summation sämtlicher Einträge an Reibenergie wird die aktuell aufsummierte Reibenergie berechnet: Eact = ΣEi(x)·ni (6)
Zum Zeitpunkt 42 in der i-ten Betriebssituation ist der tatsächlich neu eingelegte Gang x bekannt und der jeweils korrekte Eintrag Ei(x) an Reibenergie wird in die Berechnung der gesamten Reibenergie Eact übernommen. Ab diesem Zeitpunkt 42 kann noch mit der nunmehr wieder messbaren Eingangsdrehzahl des Getriebes, die der Drehzahl des Motors entspricht, nach derselben Formel eine eventuelle weitere Reibleistung berechnet werden, bis die Ganginformation durch Auslegen des Gangs wieder verloren geht.
Demnach ist der Gang bis zum Auslegen des Gangs bekannt. Falls sich der Neutralgang während der zweiten Betriebssituation 46 in der aktiven Position 24 befindet, wird im Rahmen des Verfahrens keine Reibleistung berechnet, da diese physikalisch nicht ins Gewicht fällt, was u. a. daran liegen kann, dass kaum eine Massenträgheit vorhanden ist
In der beschriebenen Ausführungsform befindet sich die Kupplung zwischen dem zweiten und dritten Zeitpunkt 32, 34 sowie zwischen dem fünften und sechsten Zeitpunkt 38, 40 im Schlupfbetrieb. Der Schlupfbetrieb ergibt sich im Falle des Gangwechsels, wenn die Drehzahl 52 des Motors und die Eingangsdrehzahl des Getriebes unterschiedlich sind, wodurch für die Kupplung Reibung entsteht.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine elektronisch steuerbare Kupplungsvorrichtung 60, die eine Kupplung 62 aufweist, die zwischen einem Motor 64 und einem Getriebe 66 eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Kupplungsvorrichtung 60 einen als Betätigungsmechanismus der Kupplung 62 ausgebildeten Aktor 68 zum Beaufschlagen der Kupplung 62 sowie einen der Kupplung 62 zugeordneten Sensor 70. Der Sensor 70 kann, wir hier gezeigt, als Teil des Aktors 68 ausgebildet und/oder dem Aktor 68 zugeordnet sein. Es ist auch möglich, dass der Sensor 70 als eine eigenständige Komponente der Kupplungsvorrichtung unabhängig vom Aktor 68 ausgebildet ist.
Mit dem Sensor 70 wird eine Eingangsgröße des Kupplungsmodells zur Ermittlung des Kupplungsmoments bereitgestellt. Zur Erkennung des Neutralgangs ist ein weiterer Sensor 71 vorgesehen, der üblicherweise nicht an der Kupplung 68 sondern hier am und/oder im Getriebe 66 oder an einem Gangwählhebel angeordnet ist.
Als weitere Komponente umfasst die Kupplungsvorrichtung 60 ein Steuergerät 72, das zugleich als Komponente der beschriebenen Anordnung 74 ausgebildet ist. Die Kupplungsvorrichtung 60 umfasst außerdem ein durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs zu betätigendes Kupplungspedal 76, dem hier ebenfalls ein Sensor 78 sowie ein Modul 80 zur Kraftrückführung zugeordnet sind.
Das hier beschriebene Beispiel der Kupplungsvorrichtung 60 ist dazu ausgebildet, eine Wechselwirkung zwischen dem Kupplungspedal 76 und der Kupplung 62 nur durch Austausch elektrischer Signale zwischen dem Aktor 68 und dem Sensor 70 der Kupplung 62 sowie dem Modul 80 zur Kraftrückführung und dem Sensor 78 des Kupplungspedals 66 über das Steuergerät 72 bereitzustellen.
Falls der Fahrer des Kraftfahrzeugs einen Gang wechseln will, wird durch den Fahrer das Kupplungspedal 76 betätigt, wobei eine Stellung des Kupplungspedals 76 durch den Sensor 78 des Kupplungspedals 76 ermittelt wird. Eine Information über die Stellung und/oder Bewegung des Kupplungspedals 76 wird von dem Sensor 78 an das Steuergerät 72 übermittelt, wobei diese Information ggf. unter Berücksichtigung weiterer Betriebsparameter bearbeitet wird. Aus dieser Information kann in der beschriebenen Ausführungsform von dem Steuergerät 72 ein Wert für ein Sollmoment der Kupplung 62 ermittelt und an den Aktor 68 übermittelt werden, der die Kupplung 62 betätigt, d. h. je nach Fahrerwunsch öffnet oder schließt. Ausgehend von dem angewandten Sollmoment ergibt sich für die Kupplung 62 ein Istmoment.
Optional kann eine Stellung der Kupplung 62 von dem ihr zugeordneten Sensor 70 erfasst und darauf basierend dem Steuergerät 72 ein Signal bereitgestellt werden, wobei das Steuergerät 72 die Information über die Stellung bearbeiten und eine darauf basierende Information für das Modul 80 zur Kraftrückführung 80 zum Betätigen des Kupplungspedals 76 bereitstellt, so dass der Fahrer je nach Stellung der Kupplung 62 beim Betätigen des Kupplungspedals 76 einen mehr oder minder starken Widerstand verspürt. Als Betriebsparameter können von dem Steuergerät 72 eine Drehzahl des Motors 64 sowie eine Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 berücksichtigt werden, wobei Werte für die genannte Drehzahl sowie Eingangsdrehzahl sensorisch ermittelt und von dem Motor 64 bzw. dem Getriebe 66 an das Steuergerät 72 der Anordnung 74 übermittelt werden. Falls sich die Drehzahl des Motors 64 von der Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 unterscheidet, und die Kupplung 62 nur teilweise und somit nicht vollständig geöffnet ist, befindet sich die Kupplung 62 im Schlupfbetrieb. Ein dabei herrschender Schlupf wird durch Bildung der Differenz der Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 und der Drehzahl des Motors 64 ermittelt.
Zur Berechnung der Reibung während des Gangwechsels, wenn keine Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 bekannt ist, wird für jeden nach dem Gangwechsel eingelegten Gang eine virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 berechnet. Sobald der nach dem Gangwechsel eingelegte Gang sensorisch erfasst werden kann und bekannt ist, wird zur Berechnung der Differenz zum Ermitteln eines Schlupfs die bereits berechnete virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes für den neu eingelegten Gang verwendet.
Das Flussdiagramm zum Beschreiben der Ausführungsform des Verfahrens ist in 3 dargestellt.
Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt 84 üblicherweise mit dem Sensor 70, der der Kupplung 62 zugeordnet ist, überprüft, ob sich die Kupplung 62 nur teilweise, d. h. unvollständig geöffnet ist.
Dabei kann in einem zweiten Schritt 86 eine Information des Sensors 71 zur Erkennung des Neutralgangs, verwendet werden, wobei der Sensor 71 darüber Auskunft gibt, ob ein Gang oder kein Gang eingelegt ist.
In einem dritten Schritt 88 wird eine im Schlupfbetrieb auf eine Kupplungsscheibe der Kupplung 62 wirkende Reibleistung bestimmt. Hierzu kann die Reibleistung aus einem Produkt eines Istmoments 20 der Kupplung 62 und dem Schlupf berechnet werden, wobei der Schlupf über eine Differenz der Drehzahl des Motors 64 und der Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Hierbei wird für jeden bei einem Gangwechsel für jeden danach neu einlegbaren Gang eine virtuelle Eingangsdrehzahl berechnet. Nach Abschluss des Gangwechsels wird zum Berechnen des Schlupfs als Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 die berechnete virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 unter Berücksichtigung des nun aktuell eingelegten Gangs verwendet.
Außerdem wird das Istmoment der Kupplung in einem vierten Schritt 90 aus einem Kupplungsmodell ermittelt, das als Eingangsgröße mindestens eine Betriebsgröße der Kupplungsvorrichtung 60 umfasst.
Die im Schlupfbetrieb entstehende Reibenergie wird in einem fünften Schritt 92 durch Integration der Reibleistung berechnet.
Folglich kann bei dem Verfahren zum Betreiben der Kupplung 62, die mit der Kupplungsvorrichtung 60 elektronisch gesteuert wird, der Verschleiß der Kupplung 62 durch Bestimmung, üblicherweise Messung, Berechnung und/oder Gewichtung, der Reibenergie, die während des Betriebs der Kupplung 62 entsteht, berechnet werden.
Somit wird das vorgestellte Verfahren zum Bestimmen des Verschleißes der Kupplung 62 auf Grundlage einer Differenz aus der Eingangsdrehzahl eines Getriebes 66 und einer Drehzahl des Motors 64 durchgeführt. Dabei werden während des Gangwechsels virtuelle Eingangsdrehzahlen des Getriebes 66 für alle möglichen einzulegenden Gänge des Getriebes 66 berechnet. Nach erfolgtem Gangwechsel wird der neu eingelegte Gang bestimmt. Zum Berechnen der Differenz wird diejenige virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 herangezogen, die dem bestimmten, nunmehr neu eingelegten Gang zugeordnet ist.
In der Regel weist das Getriebe 66 k Gänge (Vorwärtsgänge) auf. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass vor dem Gangwechsel ein ursprünglicher Gang eingelegt ist und während des Gangwechsels ein neuer Gang eingelegt wird. Während des Gangwechsels wird für jeden Gang eine virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 berechnet. Nach Abschluss des Gangwechsels wird ein Schlupf der Kupplung unter Berücksichtigung der berechneten virtuellen Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 für jenen Gang, der neu eingelegt ist, berechnet.
Das Verfahren kann für einen Gangwechsel zwischen zwei Gängen, die als Vorwärtsgänge des Getriebes ausgebildet sind, durchgeführt werden.
Der Verschleiß der Kupplung 62 wird durch Bestimmung von Reibenergie, die während des Betriebs der Kupplung 62 bei einem Gangwechsel mit Schlupf entsteht, berechnet. Bei einem derartigen Gangwechsel wird eine auf eine Kupplungsscheibe der Kupplung 62 wirkende, von dem Schlupf abhängende Reibleistung bestimmt und die bei dem Gangwechsel entstehende Reibenergie durch Integration der während des Gangwechsels entstehenden Reibleistung berechnet. Zum Berechnen der Reibenergie wird die Reibleistung über die Zeit integriert, wobei eine Dauer des Gangwechsels berücksichtigt wird. Dabei hängt der Schlupf von der Differenz der Drehzahl des Motors 64, üblicherweise eines Verbrennungsmotors, und der virtuellen Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 für den einzulegenden und/oder nach dem Gangwechsel eingelegten Gang ab.
Die Reibleistung wird hierbei aus einem Produkt eines Istmoments 20 der Kupplung 62 und der Differenz aus der Drehzahl des Motors 64 und der virtuellen Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 berechnet. Weiterhin wird das Istmoment der Kupplung 62 aus einem Kupplungsmodell 116 ermittelt, das als Eingangsgröße mindestens eine Betriebsgröße der Kupplungsvorrichtung 60 umfasst.
Im Rahmen des Verfahrens wird eine Information eines Sensors 71 für eine Neutralgangerkennung verwendet, die darüber Auskunft gibt, ob während des Gangwechsels ein Gang eingelegt oder kein Gang eingelegt ist.
Die virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes 66 wird aus einem Produkt einer Drehzahl von einem Rad des Kraftfahrzeugs multipliziert mit einem gangabhängigen, virtuellen Faktor berechnet. Jedem der Gänge ist hier ein absoluter Faktor zugeordnet, der konstruktiv bekannt ist.
Ein gesamter Verschleiß der Kupplung 62 wird aus einer gesamten, in die Kupplung 62 eingebrachten Reibenergie berechnet, wobei die gesamte Reibenergie durch Summation von Werten der Reibenergie für jeden Gangwechsel mit Schlupf berechnet wird.
Die vorgestellte Anordnung 74 weist ein Steuergerät 72 auf, das dazu ausgebildet ist, während des Gangwechsels die virtuellen Eingangsdrehzahlen des Getriebes 66 für die möglichen einzulegenden und/oder einlegbaren Gänge des Getriebes 66 zu berechnen. Nach erfolgtem Gangwechsel wird mit dem Steuergerät 72 ein eingelegter Gang bestimmt, wobei das Steuergerät 72 zudem dazu ausgebildet ist, zum Berechnen der Differenz diejenige virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes heranzuziehen, die dem bestimmten eingelegten Gang zugeordnet ist.
Als zumindest eine weitere Komponente weist die Anordnung 72 den Sensor 71 für die Neutralgangerkennung, einen Sensor zum Erfassen einer Drehzahl des Motors und/oder einen Sensor zum Erfassen einer Drehzahl von mindestens einem Rad eines Kraftfahrzeugs auf.
Das Verfahren kann für die anhand des Ausführungsbeispiels vorgestellte elektronisch zu beaufschlagende Kupplung 68 durchgeführt werden. Allerdings kann das Verfahren auch für jede andere Kupplung, bspw. eine mechanisch zu beaufschlagende Kupplung, durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004043541 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißes einer Kupplung (62) auf Grundlage einer Differenz aus einer Eingangsdrehzahl eines Getriebes (66) und einer Drehzahl eines Motors (64), wobei während eines Gangwechsels virtuelle Eingangsdrehzahlen des Getriebes (66) für mögliche einzulegende Gänge des Getriebes (66) berechnet werden, wobei nach erfolgtem Gangwechsel ein eingelegter Gang bestimmt wird, und wobei diejenige virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes (66) herangezogen wird, die dem bestimmten eingelegten Gang zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das für einen Wechsel zwischen zwei Gängen, die als Vorwärtsgänge des Getriebes (66) ausgebildet sind, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verschleiß der Kupplung (62) durch Bestimmung von Reibenergie, die während des Betriebs der Kupplung (62) bei dem Gangwechsel entsteht, berechnet wird, wobei bei einem derartigen Gangwechsel eine auf eine Kupplungsscheibe der Kupplung (62) wirkende Reibleistung bestimmt und die bei dem Gangwechsel entstehende Reibenergie durch Integration der während des Gangwechsels entstehenden Reibleistung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Reibleistung aus einem Produkt eines Istmoments (20) der Kupplung (62) und der Differenz berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Istmoment (20) der Kupplung (62) aus einem Kupplungsmodell (116) ermittelt wird, das als Eingangsgröße mindestens eine Betriebsgröße einer Kupplungsvorrichtung (60) umfasst.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine Information eines Sensors (71) für eine Neutralgangerkennung verwendet wird, die darüber Auskunft gibt, ob während des Gangwechsels ein Gang eingelegt oder kein Gang eingelegt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes (66) aus einem Produkt einer Drehzahl von einem Rad des Kraftfahrzeugs multipliziert mit einem gangwechselabhängigen, virtuellen Faktor berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem ein gesamter Verschleiß der Kupplung (62) aus einer gesamten, in die Kupplung (62) eingebrachten Reibenergie berechnet wird, wobei die gesamte Reibenergie durch Summation von Werten der Reibenergie für jeden Gangwechsel berechnet wird.
Anordnung zum Bestimmen eines Verschleißes einer Kupplung (62) auf Grundlage einer Differenz aus einer Eingangsdrehzahl eines Getriebes (66) und einer Drehzahl eines Motors (64), wobei die Anordnung (74) ein Steuergerät (72) aufweist, das dazu ausgebildet ist, während eines Gangwechsels virtuelle Eingangsdrehzahlen des Getriebes (66) für mögliche einzulegende Gänge des Getriebes (66) zu berechnen, nach erfolgtem Gangwechsel einen eingelegten Gang zu bestimmen und diejenige virtuelle Eingangsdrehzahl des Getriebes (66) heranzuziehen, die dem bestimmten eingelegten Gang zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, die als zumindest eine weitere Komponente einen Sensor (71) für eine Neutralgangerkennung, einen Sensor zum Erfassen einer Drehzahl des Motors und/oder einen Sensor zum Erfassen einer Drehzahl von mindestens einem Rad eines Kraftfahrzeugs aufweist.