DE102013221046A1

DE102013221046A1 - Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102013221046A1
Application number: DE201310221046
Authority: DE
Inventors: Thomas Eckenfels; Steffen Huber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-05-28
Also published as: WO2014082628A1; DE112013005680A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mittels eines elektrisch betriebenen Kupplungsaktors, welcher abhängig von einer von einem Kupplungssteuergerät ausgegebenen Sollgröße entlang eines Betätigungswegs mittels eines auf die Regelstrecke des Betätigungswegs mittels Reglerparametern vorprogrammierten Reglers auf einen der Sollgröße entsprechenden Istwert gesteuert wird. Um den Regler im Neuzustand eng auslegen und an Änderungen während des Betriebs anpassen zu können, wird eine sich über eine Betriebszeit ändernde Regelstrecke mittels einer Änderung der Reglerparameter adaptiert, indem zumindest einem Wert einer eingestellten Sollgröße ein Sollgrößensprung aufgeprägt wird und eine nachfolgende Sprungantwort des Istwerts über die Zeit bei abgeschalteten Reglerparametern erfasst und aus der Sprungantwort die Reglerparameter ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mittels eines elektrisch betriebenen Kupplungsaktors, welcher abhängig von einer von einem Kupplungssteuergerät ausgegebenen Sollgröße entlang eines Betätigungswegs mittels eines auf die Regelstrecke des Betätigungswegs mittels Reglerparametern vorprogrammierten Reglers auf einen der Sollgröße entsprechenden Istwert gesteuert wird.
Automatisierte Reibungskupplungen, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2010 024 938 A1 bekannt sind, werden entlang eines axialen Betätigungswegs um deren Drehachse betätigt. Hierzu werden Kupplungsaktoren eingesetzt, bei denen eine entsprechend ausgebildete Kupplungsbetätigung, beispielsweise eine Aktormechanik, eine hydrostatische Strecke oder dergleichen von einem Elektromotor betätigt wird, indem diese angetrieben beziehungsweise ein Geberzylinderkolben gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes betätigt wird. Um ein über die Reibungskupplung zu übertragendes Kupplungsmoment einzustellen, wird in einem Steuergerät anhand von Kennfeldern oder Algorithmen ein Zusammenhang zwischen Betätigungsweg und Kupplungsmoment ermittelt und in Form einer Sollgröße zur Steuerung des Elektromotors ausgegeben. Hierbei wird der Elektromotor mittels eines Reglers gegebenenfalls nach einer Vorsteuerung auf einen Istwert, der dem zu übertragenden Kupplungsmoment entspricht, geregelt. Der Regler wird dabei im Neuzustand mittels empirisch ermittelter Reglerparameter auf die Regelstrecke adaptiert. Die zunehmende Betriebsdauer des Kupplungsaktors und der Reibungskupplung, beispielsweise Fettalterung, Einlaufeffekte, Verschleiß und dergleichen sowie kurzzeitige Änderungen, beispielsweise Temperaturänderungen in Reibungskupplung und/oder Kupplungsaktor können Änderungen der Regelstrecke bewirken. Um diese Änderungen zu erfassen, werden die Reglerparameter entsprechend robust eingestellt. Hierdurch müssen, was die Regelgüte und den Regelkomfort anbetrifft, zumindest in einigen Betriebsbereichen der Reibungskupplung Abstriche gemacht werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Steuerung einer Reibungskupplung mittels eines Kupplungsaktors, das eine gleich bleibend hohe Regelgüte des Kupplungsaktors über dessen Betriebszeit und temporäre Änderungen der Regelstrecke erlaubt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
In dem vorgeschlagenen Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mittels eines elektrisch betriebenen Kupplungsaktors, welcher abhängig von einer von einem Kupplungssteuergerät ausgegebenen Sollgröße entlang eines Betätigungswegs mittels eines auf die Regelstrecke des Betätigungswegs mittels Reglerparametern vorprogrammierten Reglers auf einen der Sollgröße entsprechenden Istwert gesteuert wird, ist vorgesehen, eine sich über eine Betriebszeit ändernde Regelstrecke mittels einer Änderung der Reglerparameter zu adaptieren, indem zumindest einem Wert einer eingestellten Sollgröße ein Sollgrößensprung aufgeprägt wird und eine nachfolgende Sprungantwort des Istwerts über die Zeit bei abgeschalteten Reglerparametern erfasst und aus der Sprungantwort die Reglerparameter ermittelt wird. Auf diese Weise kann das Zeitverhalten der Regelstrecke erfasst und gegebenenfalls mit dem Neuzustand verglichen werden. Treten Änderungen der Regelstrecke auf, die mittels der eingestellten Reglerparameter nur unzureichend kompensiert werden können, kann eine entsprechende Anpassung der Reglerparameter erfolgen. Ob eine Anpassung dieser erfolgen soll, kann von einer Schwelle von erfassbaren Größen, beispielsweise den Änderungen selbst, einem Zeitverhalten der Regelstrecke, aus diesem ableitbaren Größen und/oder dergleichen abhängig gemacht werden.
Die Durchführung einer Überprüfung des Zeitverhaltens und gegebenenfalls eine Adaption der Reglerparameter können über die Betriebszeit laufend, beispielsweise in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden. Die Überprüfung erfolgt bei Einstellungen der Reibungskupplung beziehungsweise Betriebszuständen des Antriebsstrangs, bei denen keine Gefährdung, Komforteinbuße oder dergleichen für den Antriebsstrang, das Kraftfahrzeug und die Insassen des Kraftfahrzeugs infolge des durch den Sollwertsprung erhöhten Kupplungsmoments entsteht. Beispielsweise kann bei Antriebssträngen mit einem Doppelkupplungsgetriebe und einer Doppelkupplung die jeweils kein Kupplungsmoment übertragende Reibungskupplung überprüft werden. Alternativ oder zusätzlich können Kupplungszustände bei hohem zu übertragenden Kupplungsmoment vorgesehen werden, bei dem ein zunehmendes Kupplungsmoment in Kauf genommen werden kann. Des Weiteren kann bei geöffneter Reibungskupplung ein Sollwertsprung aufgeprägt werden, der beispielsweise bei geschlossener Bremse noch zu keiner Anfahraktion des Kraftfahrzeugs führt. Im Weiteren können beispielsweise zur Erfassung einer Hysterese der Regelstrecke auch negative Sollwertsprünge vorgesehen sein, die in Öffnungsrichtung der Reibungskupplung aufgeprägt werden.
Alternativ oder zusätzlich zu einer laufend erfolgenden Adaption der Reglerparameter mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können abhängig von einer erfassten Größe des Antriebsstrangs eingeleitete Sollwertsprünge mit gegebenenfalls nachfolgender Adaption der Reglerparameter erfolgen, wenn beispielsweise bei einer eine vorgegebene Schwelle überschreitenden Temperaturänderung einer charakteristischen Temperatur des Antriebsstrangs, beispielsweise einer gemessenen oder mittels eines Temperaturmodells aus anderen Temperaturen ermittelten Kupplungstemperatur durchgeführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Adaption der Reglerparameter anhand einer Wendetangente der Sprungantwort. Hierbei kann ein zwischen einem ersten Zeitpunkt bei beginnender Sprungantwort und einem zweiten Zeitpunkt bei von der Wendetangente geschnittenem, von dem Sollgrößensprung einzustellendem Istwert vorgegebenes Zeitintervall erfasst werden. Anschließend wird das Zeitintervall von der Wendetangente in zwei Teilintervalle aufgeteilt und anhand des einzustellenden Istwerts und der Teilintervalle mittels ausgewählter Berechnungsalgorithmen die Reglerparameter bestimmt.
Die auf diese Weise bestimmten Berechnungsalgorithmen können abhängig von einem Regelverlauf des zu regelnden Istwerts angepasst voreingestellt werden. Wird beispielsweise ein aperiodischer Regelverlauf oder ein Regelverlauf mit Überschwingern erkannt, können die Berechnungsalgorithmen entsprechend unterschiedlich an diese Regelverläufe angepasst werden. Der Regelverlauf kann beispielsweise aus der Sprungantwort selbst abgeleitet werden, indem diese kurvenanalytisch bewertet wird. Weiterhin kann die Anzahl der Reglerparameter und der diese bestimmenden Berechnungsalgorithmen von einem Reglertyp, beispielsweise P-Regler, PI-Regler, PID-Regler abhängig gemacht werden. Für den P-Regler wird dabei in bevorzugter Weise eine Verstärkung, für den PI-Regler die Verstärkung und eine Zeitkonstante und für den PID-Regler die Verstärkung und zwei Zeitkonstanten adaptiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann beispielsweise für integrierende Strecken, beispielsweise bei einer Positionsregelung mittels eines P-Reglers der Regelparameter auf Basis einer Steigung des Betätigungswegs über die Zeit und einem Zeitintervall zwischen einem Zeitpunkt beim Start des Sollgrößensprungs und einem Zeitpunkt, bei dem die Zeitachse von einer Tangente der Weg-Zeit-Kurve geschnitten wird, ermittelt werden.
Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Diagramm eines auf eine Regelstrecke eines Kupplungsaktors aufgebrachten Sollwertsprungs über die Zeit,
2 ein Diagramm einer auf den Sollgrößensprung der 1 folgenden Sprungantwort der Regelgröße,
3 ein Diagramm eines auf eine Regelstrecke eines Kupplungsaktors aufgebrachten Sollwertsprungs über die Zeit und
4 ein Diagramm eines auf den Sollgrößensprung der 3 folgenden Weg-Zeit-Verhaltens.
1 zeigt das Diagramm 1 der Sollgröße SG über die Zeit t. Entsprechend der Kurve 2 wird zu dem vorgegebenen Zeitpunkt t₀ die Sollgröße – hier von der SG=0 auf die SG(s) erhöht und gehalten. Aus dem Diagramm 3 der 2 resultiert die als Kurve 4 dargestellte Sprungantwort des Istwerts IW über die Zeit t mit einem sich asymptotisch einstellenden, von dem Sollgrößensprung SG(s) der 1 abhängigen Istwert IW(s) und dem Startwert bei dem Zeitpunkt t₀. Hierbei werden die aktuell eingestellten Reglerparameter des Reglers zurückgesetzt, so dass die die Kurve 4 beeinflussenden Größen ausschließlich auf die Regelstrecke selbst zurückgehen. In einem nachfolgenden Schritt wird aus dem Verlauf der Kurve 4 die Wendetangente 5 ermittelt, die den Ordinatenwert des einzustellenden Istwerts IW(s) am Schnittpunkt S schneidet und einen Zeitpunkt t₁ am Schnittpunkt S festlegt. Von den Zeitpunkten t₀, t₁ wird das Intervall Δt₁ eingeschlossen, das von der Wendetangente 5 in die Teilintervalle T_u, T_g unterteilt wird. Die Unterteilung erfolgt abhängig von der Steigung der Wendetangente, so dass insgesamt das Zeitverhalten der Kurve 4 abhängig von dem einzustellenden Istwert IW(s) wiedergegeben werden kann. Anhand der Ausbildung der Wendetangente 5 kann eine Adaption der Reglerparameter abhängig vom eingesetzten Reglertyp erfolgen.
In einem an ein Regelverfahren nach Chien, Hrones und Reswick angelehnten, besonders vorteilhaften Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung werden gemäß nachfolgender Tabelle 1 die Reglerparameter K_p in Form der Verstärkung für einen Proportionalregler P (P-Regler) beziehungsweise K_p, T_n für einen PI-Regler beziehungsweise K_p, T_n, T_v für einen PID-Regler ermittelt. Diese werden mittels der dargestellten Berechnungsalgorithmen gebildet, indem der aus der 2 einzustellende Istwert IW(s), der in Tabelle 1 zu K_s gesetzt wird, und die Teilintervalle T_u, T_g der 2 in Ansatz gebracht werden. Hierbei werden beispielhaft zwei unterschiedliche Regelverläufe, nämlich ein aperiodischer Regelverlauf und ein Regelverlauf mit 20%iger Überschwingung unterschieden. Weiterhin werden diese Regelverläufe noch einmal in Zustände mit (äußerer) Störung und (innerer) Führung unterschieden, so dass für die entsprechenden Regelzustände die entsprechenden Berechnungsalgorithmen angewandt und dadurch die angepassten Reglerparameter adaptiert werden.
Tabelle 1
Die 3 und 4 zeigen die Diagramme 6 und 8 mit dem in Form der Kurve 7 aufgeprägten Sollgrößensprung SG(s) und der Weg-Zeit-Kurve 9 über die Zeit t. Der zum Zeitpunkt t₀ aufgeprägte Sollgrößensprung SG(s) bewirkt in der Regelstrecke einen verzögerten Beginn der Wegeinstellung des Betätigungswegs s und danach ein im Wesentlichen konstantes Weg-Zeit-Verhalten, das durch die Tangente 10 wiedergegeben werden kann. Die bei einem standardisierten Zeitintervall ermittelte Steigung k_i kann in Verbindung mit dem Zeitintervall Δt₂ zur Adaption des Reglerparameters K_p eines P-Reglers nach folgendem Berechnungsalgorithmus herangezogen werden: K_p < 1/(4·Δt₂·k_i)
Hierbei wird das Zeitintervall Δt₂ aus dem Zeitpunkt t₀ zu Beginn des Sollgrößensprungs SG(s) und Zeitpunkt t₂ am Schnittpunkt der Tangente 10 mit der Zeitachse festgelegt.
Bezugszeichenliste

1: Diagramm
2: Kurve
3: Diagramm
4: Kurve
5: Wendetangente
6: Diagramm
7: Kurve
8: Diagramm
9: Weg-Zeit-Kurve
10: Tangente
IW: Istwert
IW(s): einzustellender Istwert
Δt₁: Zeitintervall
Δt₂: Zeitintervall
S: Schnittpunkt
s: Betätigungsweg
SG: Sollgröße
SG(s): Sollgrößensprung
t: Zeit
t₀: Zeitpunkt
t₁: Zeitpunkt
t₂: Zeitpunkt
T_u: Teilintervall
T_g: Teilintervall

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010024938 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mittels eines elektrisch betriebenen Kupplungsaktors, welcher abhängig von einer von einem Kupplungssteuergerät ausgegebenen Sollgröße (SG) entlang eines Betätigungswegs mittels eines auf die Regelstrecke des Betätigungswegs mittels Reglerparametern vorprogrammierten Reglers auf einen der Sollgröße (SG) entsprechenden Istwert (IW) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich über eine Betriebszeit ändernde Regelstrecke mittels einer Änderung der Reglerparameter adaptiert wird, indem zumindest einem Wert einer eingestellten Sollgröße (SG) ein Sollgrößensprung (SG(s)) aufgeprägt wird und eine nachfolgende Sprungantwort des Istwerts (IW) über die Zeit (t) bei abgeschalteten Reglerparametern erfasst und aus der Sprungantwort die Reglerparameter ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption der Reglerparameter laufend über die Betriebszeit durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Reglerparameter bei einer eine vorgegebene Schwelle überschreitenden Temperaturänderung einer charakteristischen Temperatur des Antriebsstrangs durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption der Reglerparameter anhand einer Wendetangente (5) der Sprungantwort erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen einem ersten Zeitpunkt (t₀) mit beginnender Sprungantwort und einem zweiten Zeitpunkt (t₁) bei von der Wendetangente (5) geschnittenem, von dem Sollgrößensprung (SG(s)) einzustellendem Istwert (IW(s)) vorgegebenes Zeitintervall (Δt₁) erfasst wird, das Zeitintervall (Δt₁) von der Wendetangente (5) in zwei Teilintervalle (T_u, T_g) aufgeteilt wird und anhand des einzustellenden Istwerts (IW(s)) und der Teilintervalle (T_u, T_g) anhand von ausgewählten Berechnungsalgorithmen die Reglerparameter bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsalgorithmen abhängig von einem Regelverlauf des zu regelnden Istwerts (IW(s)) angepasst voreingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerparameter und die Berechnungsalgorithmen abhängig von einem Reglertyp des Reglers angepasst voreingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerparameter K_p für einen P-Regler, beziehungsweise K_p, T_n für einen PI-Regler, beziehungsweise K_p, T_n, T_v für einen PID-Regler mittels der aus der nachfolgenden Tabelle vorgegebenen, aus dem einzustellenden Istwert K_s und den Teilintervallen T_u, T_g berechneten Berechnungsalgorithmen bei aperiodischem Regelverlauf und Regelverlauf mit 20%iger Überschwingung jeweils abhängig von einer äußeren Störung und einer inneren Führung ermittelt werden:
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Reglerparameter (K_p) abhängig von einem Weg-Zeitverhalten der Regelstrecke ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für einen integrierenden Betätigungsweg (s) bei einer Positionsregelung mittels eines P-Reglers ein Regelparameter (K_p) auf Basis einer Steigung (k_i) des Betätigungswegs (s_i) über die Zeit (t) und einem Zeitintervall (Δt₂) zwischen einem Zeitpunkt (t₀) beim Start des Sollgrößensprungs (SG(s)) und einem Zeitpunkt (t₁), bei dem die Zeitachse von einer Tangente (10) einer Weg-Zeit-Kurve (9) geschnitten wird, ermittelt wird.