DE102017207434A1

DE102017207434A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102017207434A1
Application number: DE102017207434.5A
Authority: DE
Inventors: Josef Kovacs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2018-11-08
Also published as: CN108791297A

Abstract

Verfahren zum Ansteuern einer durch einen Kupplungsaktuator (40) aktuierbaren Kupplung (20) eines Kraftfahrzeugs, welche ein von einem Verbrennungsmotor (10) generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle (22) überträgt,
wobei dann, wenn die Kupplung (20) geöffnet wird, der Kupplungsaktuator (40) derart angesteuert wird, dass ein auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) übertragene Drehmoment (M_ga) abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass das übertragene Drehmoment (M_ga) mit einem sanften Verlauf in eine Nulllage übergeht, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) kein Drehmoment übertragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstrangs umfassend eine durch einen Kupplungsaktuator aktuierbare Kupplung eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die jeweils eingerichtet ist, dieses Verfahren durchzuführen sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem dieses Computerprogramm gespeichert ist.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2015 203 622A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Motors eines Kraftfahrzeugs mit einer aktuierbaren Kupplung, die ein vom Motor generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle überträgt, bekannt, bei dem dann, wenn erkannt wird, dass ein Schaltwunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeugs vorliegt, das vom Motor generierte Drehmoment reduziert wird, wobei Ansteuerparameter des Motors so variiert werden, dass das auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragene Drehmoment um eine Nulllage oszilliert, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle kein Drehmoment übertragen wird, wobei während der Reduzierung des vom Motor generierten Drehmoments das auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragene Drehmoment parabelförmig abfällt.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass etwaige Schwingungen des Antriebsstrangs, die durch den parabelförmigen Abfall hervorgerufen werden können, wirksam unterdrückt werden. Dies verbessert die Akustik und die Fahrbarkeit und trägt zum Bauteilschutz bei, ohne die Dauer des Öffnungsvorgangs der Kupplung signifikant zu erhöhen.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Offenbarung der Erfindung
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebstrangs umfassend eine durch einen Kupplungsaktuator aktuierbare Kupplung eines Kraftfahrzeugs, welche ein von einem Verbrennungsmotor generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle überträgt, wobei dann, wenn die Kupplung geöffnet wird, der Antriebsstrang derart angesteuert wird, dass ein auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragenes Drehmoment abfällt, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass das übertragene Drehmoment mit einem sanften Verlauf in eine Nulllage übergeht, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle kein Drehmoment übertragen wird. Mit einem „sanften“ Verlauf ist hierbei gemeint, dass ein Ruck eines Antriebsstrangs (d.h. eine zeitliche Ableitung des auf die kupplungsausgangsseitige Welle übertragenen Drehmoments) nicht sprunghaft auf den Wert „Null“ reduziert wird.
Die Ansteuerung des Antriebsstrangs kann hierbei eine Ansteuerung des Kupplungsaktuators und/oder eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors umfassen.
In einer besonders einfachen Weiterbildung geschieht die Ansteuerung derart, dass ein Absolutbetrag einer zeitlichen Ableitung des übertragenen Drehmoments ab einem Beginn des Öffnungsvorgangs zunächst durchgehend ansteigt und ab einem Wendezeitpunkt bis zum Ende des Öffnungsvorgangs durchgehend wieder abfällt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wendezeitpunkt in der Mitte zwischen Beginn und Ende des Öffnungsvorgangs liegt, dass also der zeitliche Abstand von Beginn des Öffnungsvorgangs bis zum Wendezeitpunkt gleich dem zeitlichen Abstand vom Wendezeitpunkt bis zum Ende des Öffnungsvorgangs ist.
Weist der Kupplungsaktuator einen Haftgleiteffekt (englisch: „Slip-Stick effect“) auf, ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der weitere Vorteil, dass ein Losbrechen des Kupplungsaktuators nicht schlagartig erfolgt und die Wahrscheinlichkeit eines schlagartigen Öffnens der Kupplung verringert wird.
Diese Verfahren können beispielsweise beim Öffnen der Kupplung beim Anhalten des Kraftfahrzeugs oder beim Einleiten eines Segelbetriebs zum Einsatz kommen. Es kann aber auch bei einem Kraftfahrzeug mit automatisiertem Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe, zum Einsatz kommen, wenn der Gangwechsel erfolgt. Insbesondere beim Gangwechsel kann vorgesehen sein, dass eine Überschneidungsschaltung dergestalt erfolgt, dass sowohl am Anfang als auch am Ende des Öffnungsvorgangs der Verbrennungsmotor ein Drehmoment abgibt, der Ruck des Antriebsstrangs aber verschwindet, d.h. auf den Wert „Null“ reduziert ist.
Die Figuren zeigen beispielhaft besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:

1 eine Topologie eines Antriebsstrangs;
2 Verläufe von charakteristischen Drehmomenten an der Kupplung;
3 ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Verfahrens beim Schalten;
4 schematisch den Verlauf charakteristischer Größen beim Öffnen der Kupplung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Topologie eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs 1, in dem das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen kann. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Verbrennungsmotor 10 auf, der über eine Kupplung 20 trennbar mit einem Schaltgetriebe 30 verbunden ist. Hier dargestellt ist ein halbautomatisches Getriebe. Die Kupplung 20 ist von einem Kupplungsaktuator 40 aktuierbar. Das Schaltgetriebe 30 ist ein manuelles Schaltgetriebe. Der Verbrennungsmotor ist über eine Kurbelwelle 21 als kupplungseingangsseitiger Welle mit der Kupplung 20 gekoppelt. Kupplungsausgangsseitig ist die Kupplung über eine kupplungsausgangsseitige Welle 22 mit dem Schaltgetriebe 30 verbunden.
Die Gangwahl erfolgt über einen Schalthebel 50, der in einem Schaltbaum 51 in Schaltgassen gR, g1, g2, g3, g4, g5, g6 bewegt werden kann, welche jeweils der Auswahl eines Ganges des Schaltgetriebes 30 entsprechen. Schaltgasse gR entspricht dem Rückwärtsgang, Schaltgasse g1 dem ersten Gang, Schaltgasse g2 dem zweiten Gang, Schaltgasse g3 dem dritten Gang, Schaltgasse g4 dem vierten Gang, Schaltgasse g5 dem fünften Gang und Schaltgasse g6 dem sechsten Gang. Der Schalthebel 50 ist zur Umsetzung des Schaltwunsches über eine mechanische Verbindung 60 mit dem Schalgetriebe 30 gekoppelt.
Der Schalthebel 50 ist in diesem Beispiel auf einer (nicht dargestellten) Welle gelagert. Wenn der Schalthebel 50 in eine der oberen Schaltgassen gR, g1, g3, g5 eingeführt wird, rotiert die Welle vorwärts. Wenn der Schalthebel 50 in eine der unteren Schaltgassen g2, g4, g6 eingeführt wird, rotiert die Welle rückwärts. Ein Drehwinkelsensor 80 ist auf dieser Welle montiert, um den Drehwinkel der Welle zu ermitteln.
Ein Absolutgangsensor 70 kann in Wirkverbindung mit der mechanischen Verbindung 70 vorgesehen sein, um den im Schaltgetriebe 30 eingelegten Gang zu ermitteln. Dieser ermittelte Gang wird dann an ein Steuergerät 15 übermittelt. Das Steuergerät 15 ist beispielsweise das Motorsteuergerät.
Ebenso übermittelt der Drehwinkelsensor 80 ein Signal, das den Rotationswinkel der Welle charakterisiert, an das Steuergerät 15. Auf dem Steuergerät 15 kann das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen. Hierzu kann im Steuergerät 15 ein elektronisches Speichermedium 16 vorgesehen sein, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, und das so programmiert ist, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn es auf dem Steuergerät 15 abläuft.
Desweiteren kann das Kraftfahrzeug 1 ein Kupplungspedal (nicht dargestellt) aufweisen, dessen Aktuierungsgrad von einem Kupplungssensor 90 ermittelt und an das Steuergerät 15 übermittelt werden kann. In einem solchen Fall kann zum einen der Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 durch Betätigung des Kupplungspedals die Kupplung 20 öffnen. Zum anderen ist aber auch eine automatische Öffnung der Kupplung 20 möglich.
2 zeigt zeitliche Verläufe eines Maximal von der Kupplung 20 übertragbaren Drehmoments M_max und eines von der Kupplung 20 auf die kupplungsausgangsseitige Welle 22 übertragenen Drehmoments M_ga gemäß einer Ausführungsform.
Zu einem Zeitpunkt t1 wird (beispielsweise durch Auswertung eines Signals des Drehwinkelsensors 80) ermittelt, dass ein Schaltwunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 vorliegt. Das Steuergerät 15 ermittelt nun (beispielsweise über ein Kennfeld und dem Signal des Absolutgangsensors 70) ein nominelles Nullmoment M_nom, das der Verbrennungsmotor 10 generieren muss, damit das auf die kupplungsausgangsseitige Welle 22 übertragene Drehmoment M_ga den Wert null annimmt.
Das Steuergerät 15 steuert den Verbrennungsmotor 10 nun derart an, dass das von ihm generierte Drehmoment auf das nominelle Nullmoment M_nom absinkt. Dieses Absinken erfolgt wie in 4a, 4b näher erläutert, sodass das kupplungsausgangsseitige Drehmoment M_ga zu einem zweiten Zeitpunkt t2 näherungsweise auf den Wert null abgesunken ist.
Das vom Verbrennungsmotor 10 generierte Drehmoment wird nun derart moduliert, dass das kupplungsausgangsseitige Drehmoment M_ga eine Oszillation mit einer Amplitude von vorteilhafterweise 10 Nm und einer Frequenz von 83 Hz oszilliert. Die Oszillation kann beispielsweise als Dreiecks- oder als Sinusoszillation ausgeprägt sein. Wichtig ist hierbei, dass der Verlauf im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt um sicherzustellen, dass das tatsächliche Nullmoment der kupplungsausgangsseitigen Welle 22 getroffen wird, Eine Dreieckswelle ist besonders vorteilhaft, da unabhängig davon, wann im Verlauf der Dreieckswelle dieses Nullmoment getroffen wird, das auf die kupplungsausgangsseitige Welle 22 übertragene Drehmoment M_ga gleich lang in einem Toleranzbereich um das Nullmoment verbleibt. Mit jeder Halbwelle der Oszillation wird das Nullmoment getroffen, und ein Auslegen des Gangs durch den Fahrer ist möglich, also bereits ab einem Zeitpunkt in unmittelbarer Nähe des zweiten Zeitpunkts t2.
Ebenfalls ist in 2 der Verlauf des maximal von der Kupplung 20 übertragbaren Drehmoments M_max aufgetragen. Zum ersten Zeitpunkt t1 steuert das Steuergerät 15 den Aktuator 40 so an, dass die Kupplung 20 geöffnet wird. Bedingt durch eine Totzeit T_tot des Aktuators bleibt die Kupplung zunächst vollständig geschlossen, und erst zu einem späteren Zeitpunkt beginnt das maximal übertragbare Drehmoment M_max zu sinken, bis es zu einem dritten Zeitpunkt t3 schließlich auf den Wert Null abgesunken ist. D.h. mit diesem Verfahren ist kann der Gang ohne Krafteinsatz erst zum dritten Zeitpunkt t3 ausgelegt werden.
Durch Reduktion und Variation des vom Verbrennungsmotor 10 abgegebenen Drehmoments kann das Auslegen also bereits um einen Zeitgewinn ΔT früher erfolgen.
3 zeigt in einem Flussdiagramm den Ablauf einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verfahren läuft beispielsweise im Steuergerät 15 ab.
In einem Schritt 1000 beginnt das Verfahren. Ein erster Gang ist eingelegt. Es folgt Schritt 1010, in dem z.B. durch Auswerten des Drehwinkelsensors 80 darauf erkannt wird, ob ein Schaltwunsch des Fahrers vorliegt. Wird erkannt, dass ein Schaltwunsch vorliegt, beispielsweise weil sich der Schalthebel 50 bewegt, folgt Schritt 1020.
In Schritt 1020 wird der Kupplungsaktuator 40 angesteuert, die Kupplung 20 zu öffnen. Es folgt Schritt 1030, in dem das vom Verbrennungsmotor 10 erzeugte Drehmoment wie in 2 und 4 illustriert reduziert und im Anschluss daran variiert wird.
Parallel wird Schritt 1040 ausgelegt, in dem überprüft wird, ob die Kupplung 20 geöffnet ist oder ob der erste Gang ausgelegt wurde. Ist eine dieser beiden Bedingungen erfüllt, wird die vom Verbrennungsmotor 10 erzeugte Variation abgebrochen und so angesteuert, dass er das nominelle Nullmoment erzeugt.
Es folgt Schritt 1050, in dem überprüft wird, ob ein neuer Gang eingelegt wurde, beispielsweise durch Auswertung des Drehwinkelsensors 80. Ist dies der Fall folgt Schritt 1060, in dem der Kupplungsaktuator 40 so angesteuert wird, dass die Kupplung 20 schließt, und das Verfahren endet.
4a zeigt einen zeitlichen Verlauf des auf die kupplungsausgangsseitige Welle 22 übertragenen Drehmoments M_ga über der Zeit t. 4b zeigt hierzu den zeitlichen Verlauf einer zeitlichen Ableitung R dieses Drehmoments M_ga. Ab dem ersten Zeitpunkt t1 wird das Drehmoment M_ga parabelförmig bis zu einem Wendezeitpunkt tW reduziert. Die Ansteuerung ist dabei derart gewählt, dass die zeitliche Ableitung R zum ersten Zeitpunkt t1 den Wert Null aufweist. Bis zum Wendezeitpunkt tW fällt die (negative Werte annehmende) zeitliche Ableitung R linear ab. Ab dem Wendezeitpunkt tW ist die Ansteuerung derart gewählt, dass das Drehmoment M_ga parabelförmig bis zum zweiten Zeitpunkt t2 abfällt, und zwar derart, dass die zeitliche Ableitung R steigt entsprechend bis zum zweiten Zeitpunkt t2 linear an, bis sie beim zweiten Zeitpunkt t2 den Wert Null annimmt.
Der zeitliche Verlauf dieses Drehmoments M_ga kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Verbrennungsmotors 10 erfolgen, oder durch eine entsprechende Ansteuerung des Kupplungsaktuators 40, oder durch eine Kombination der beiden. Die Ansteuerungen können beispielsweise durch Kennfelder vorgegeben werden.
Es versteht sich für den Fachmann, dass das Verfahren in Software implementiert sein, oder in Hardware, oder in einer Mischform aus Hardware und Software.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015203622 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Antriebstrangs umfassend eine durch einen Kupplungsaktuator (40) aktuierbare Kupplung (20) eines Kraftfahrzeugs, welche ein von einem Verbrennungsmotor (10) generiertes und kupplungseingangsseitig anliegendes Drehmoment auf eine kupplungsausgangsseitige Welle (22) überträgt, wobei dann, wenn die Kupplung (20) geöffnet wird, der Antriebsstrang derart angesteuert wird, dass ein auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) übertragenes Drehmoment (M_ga) abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung derart erfolgt, dass das übertragene Drehmoment (M_ga) mit einem sanften Verlauf in eine Nulllage übergeht, wobei die Nulllage dem Zustand entspricht, in dem auf die kupplungsausgangsseitige Welle (22) kein Drehmoment übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerung derart geschieht, dass ein Absolutbetrag einer zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) ab einem Beginn (t1) des Öffnungsvorgangs zunächst ansteigt und ab einem Wendezeitpunkt (tW) bis zum Ende (t2) des Öffnungsvorgangs wieder abfällt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wendezeitpunkt (tW) in der Mitte zwischen Beginn (t1) und Ende (t2) des Öffnungsvorgangs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Ansteuerung des derart erfolgt, dass der Absolutbetrag der zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) vom Beginn (t1) des Öffnungsvorgangs bis zum Wendezeitpunkt (tW) linear ansteigt und ab dem Wendezeitpunkt (tW) bis zum Ende des Öffnungsvorgangs (t2) linear abfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass ein Signal, das dieses Ansteuerung an den Kupplungsaktuator (40) überträgt ab dem Wendezeitpunkt (tW) mit einem Verzögerungsglied, insbesondere einem PTl-Glied, gefiltert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass die zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) zum Beginn (t1) des Öffnungsvorgangs verschwindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Ansteuerung derart erfolgt, dass die zeitlichen Ableitung (R) des übertragenen Drehmoments (M_ga) zum Ende (t2) des Öffnungsvorgangs verschwindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kupplungsaktuator (40) einen Haftgleiteffekt aufweist.
Computerprogramm, das eingerichtet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium (16), auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
Steuergerät (15), das eingerichtet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.