DE102018112167A1 - Verfahren zur korrekten Bestimmung einer in einer Kupplung entstehenden Reibenergie während einer Anfahrt eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer in einer Kupplung entstehenden Reibenergie während einer Anfahrt eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe, wobei eine Reibleistung während eines Schlupfes der Kupplung (3) bestimmt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem eine Reibenergie ohne vorhandene Sensorik bestimmt werden kann, wird während der Anfahrt des Fahrzeuges aus der während des Schlupfes aufgebrachten Reibleistung eine Reibenergie ermittelt, bei welcher ein Energieanteil eines Motors (2) und ein Energieanteil des Handschaltgetriebes (4) separat berechnet werden, die nach einer Synchronisation der Kupplung (3) miteinander verrechnet werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur korrekten Bestimmung einer in einer Kupplung entstehenden Reibenergie während einer Anfahrt eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe, wobei eine Reibleistung während eines Schlupfes der Kupplung bestimmt wird.
• Aus der DE 10 2005 061 080 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Schädigung einer Kupplung mit wenigstens zwei durch Reibeingriff Drehmoment-übertragenden Bauteilen bekannt, bei welchem in Abhängigkeit der durch Schlupf zwischen den Drehmoment übertragenen Bauteilen in die Reibfläche der Bauteile eingetragenen Reibleistung und Errechnung eines Einzelschädigungswertes in Abhängigkeit von der Reibleistung und der Zeit, auf eine Kupplungseinzelschädigung geschlossen wird, wenn der Einzelschädigungswert einen vorbestimmten Wert übersteigt.
• Insbesondere bei Handschaltgetrieben, die keinen Gangsensor und keinen Getriebedrehzahlsensor aufweisen, ist es schwierig, die Reibenergie zu bestimmen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur korrekten Bestimmung einer in einer Kupplung entstehenden Reibenergie anzugeben, bei welchem die Reibenergie während der Anfahrt eines Fahrzeuges ohne Kenntnis eines eingelegten Ganges bestimmt wird.
• Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass während der Anfahrt des Fahrzeuges aus der während des Schlupfes aufgebrachten Reibleistung eine Reibenergie ermittelt wird, bei welcher ein Energieanteil eines Motors und ein Energieanteil des Handschaltgetriebes separat berechnet werden, die nach einer Synchronisation der Kupplung miteinander verrechnet werden. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass die Reibleistung während des Schlupfes aus dem Produkt des Kupplungsmomentes und einer Drehzahldifferenz der Motorwelle und der Getriebeeingangswelle während des Schlupfes ermittelt wird. Da im Fahrzeug Raddrehzahlsensoren und Motordrehzahlsensoren vorhanden sind, kann aus diesen Größen zuverlässig die Reibenergie bestimmt werden, ohne dass zusätzlich ein Getriebedrehzahlsensor und/oder ein Gangsensor notwendig sind.
• Vorteilhafterweise wird nach der Synchronisation der Kupplung eine Übersetzung des Handschaltgetriebes bestimmt, mit welcher der Energieanteil des Handschaltgetriebes korrigiert wird, wobei anschließend zur Ermittlung der Reibenergie der korrigierte Energieanteil des Handschaltgetriebes vom Energieanteil des Motors abgezogen wird. Durch diese Korrektur lässt sich einfach auf eine korrekte Reibenergie während des Anfahrens des Fahrzeuges schließen.
• In einer Ausgestaltung wird die Gangübersetzung aus einem konstanten Verhältnis einer Motordrehzahl und einer Raddrehzahl des Fahrzeuges bestimmt.
• In einer Variante werden zur Bestimmung des Energieanteils des Motors ein Kupplungsmoment und eine Motordrehzahl über den gesamten Anfahrzeitraum integriert. Damit wird die Gesamtenergie, die in die Kupplung eingetragen wird, über den Anfahrzeitraum ermittelt.
• In einer Weiterbildung werden zur Bestimmung des Energieanteils des Handschaltgetriebes das Kupplungsmoment und die Raddrehzahl über den gesamten Anfahrzeitraum integriert. Auch hier wird die Energie, die seitens des Handschaltgetriebes in die Kupplung eingetragen wird, zuverlässig bestimmt.
• In einer Ausführungsform wird als Übersetzung des Handschaltgetriebes eine aus einer Gang- und einer Achsübersetzung bestimmte Gesamtübersetzung eines Fahrzeugtriebstranges verwendet. Durch die Verwendung dieser Gesamtübersetzung wird eine besonders zuverlässige Ermittlung der Anfahrreibenergie des Fahrzeugs gewährleistet.
• In einer Ausführungsform wird ein Warnsignal ausgegeben, wenn die ermittelte Reibenergie einen Schwellwert überschreitet. Durch Überschreitung des Schwellwertes wird ein Verschleiß der Kupplung angezeigt, woraus Maßnahmen zum Auswechseln der Reibbeläge realisiert werden können.
• In einer weiteren Variante wird bei Überschreitung des Schwellwertes eine Fehlerinformation abgespeichert und das Warnsignal wird nach Auftreten einer vorgegebenen Anzahl von Fehlerinformationen ausgegeben. Damit wird sichergestellt, dass auch tatsächlich ein Verschleiß an der Kupplung vorliegt und nicht ein zufällig hervorgerufenes Fehlerereignis zum fehlerhaften Anzeigen des Kupplungsverschleißes führt.
• Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur erläutert werden.
• Es zeigt:
• 1 eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeuges.
• 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges 1 eines Fahrzeuges. Der Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und eine Kupplung 3 zur Übertragung eines durch den Verbrennungsmotor 2 bereitgestellten Drehmoments. Die Kupplung 3 ist dabei mit einem Getriebe 4 verbunden, über welches das von dem Verbrennungsmotor 2 erzeugte Drehmoment auf eine Abtriebswelle 5 und somit auf Antriebsräder 6 des Fahrzeuges übertragen werden. Die Kupplung 3 ist dabei mittels einer Kupplungssteuerung 7 steuerbar. Die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 2 wird mittels eines Drehzahlsensors 8 gemessen, welcher einer Kurbelwelle 9 gegenüberliegt, die den Verbrennungsmotor 2 mit der Kupplung 3 verbindet. Raddrehzahlsensoren 10 ermitteln die durch das übertragene Antriebsmoment ausgeführten Radumdrehungen. Beide Drehzahlsensoren 8, 10 sind dabei mit der Kupplungssteuerung 9 verbunden.
• Da bei dem beschriebenen Antriebsstrang 1 keinerlei Gang- und Getriebedrehzahlsensoren vorhanden sind, soll eine Reibenergie E_Reib, die während eines Anfahrvorganges des Fahrzeuges in die Kupplung 3 eingetragen wird, berechnet werden. Die Reibleistung P_Reib, die während eines Schlupfes der Kupplung 3 beim Anfahren des Fahrzeuges entsteht, wird dabei aus einem Kupplungsmoment und einem entstehenden Schlupf berechnet: $${\text{P}}_{\text{Reib}}={\text{M}}_{\text{Kupp}}*\Delta {\mathrm{\omega }}_{\text{Schlupf}}$$

  
• Die Drehzahldifferenz Δω_Schlupf stellt dabei die Differenz der Motordrehzahl, die von dem Drehzahlsensor 9 gemessen wurde und einer nicht messbaren Drehzahl einer Getriebeeingangswelle dar. $${\text{P}}_{\text{Reib}}={\text{M}}_{\text{Kupp}}*\left({\mathrm{\omega }}_{\text{Motor}}-{\mathrm{\omega }}_{\text{Getriebe}}\right)$$

  
• Diese Reibleistung wird über den gesamten Anfahrprozess des Fahrzeuges in einem Zeitraum von t₁ bis t_End dissipiert. Daraus ergibt sich folgende Reibenergie: $${\text{E}}_{\text{Reib}}={\displaystyle \underset{t1}{\overset{t_{end}}{\int }}{M}_{Kupp}}\ast \left({\omega }_{Motor}-{\omega }_{Getriebe}\right)$$

  
• Die Reibenergie wird somit aus zwei Termen, einem Energieanteil des Motors E_Mot und einem Energieanteil des Handschaltgetriebes E_Get berechnet: $${\text{E}}_{\text{Mot}}={\displaystyle \underset{t1}{\overset{t_{end}}{\int }}{M}_{Kupp}}\ast {\omega }_{Motor}$$

  

  $${\text{E}}_{\text{Get}}={\displaystyle \underset{t1}{\overset{t_{end}}{\int }}{M}_{Kupp}}\ast {\omega }_{Getriebe}$$

  
• Da aber kein Getriebedrehzahlsensor vorhanden ist, muss der Energieanteil des Handschaltgetriebes durch die Raddrehzahl ω_Rad ersetzt werden. Dabei muss eine Gesamtübersetzung i_Gang des Antriebsstranges 1, welche sowohl eine Gangübersetzung als auch eine Achsübersetzung aufweist, hinzugezogen werden. $${\text{E}}_{\text{Get}}={\displaystyle \underset{t1}{\overset{t_{end}}{\int }}{M}_{Kupp}}\ast {\omega }_{Rad}\ast i_{Gang}$$

  
• Während des Anfahrens des Fahrzeuges wird eine Reibenergie des Handschaltgetriebes E_Get (Anfahrt) in Abhängigkeit der Raddrehzahl ω_Rad, die durch den Raddrehzahlsensor 10 bestimmt wird, ermittelt. Unabhängig davon wird die Reibenergie des Motors E_Mot, wie sie gemäß Gleichung (4) dargestellt ist, berechnet. $${\text{E}}_{\text{Get}\left(\text{Anfahrt}\right)}={\displaystyle \underset{t1}{\overset{t_{end}}{\int }}{M}_{Kupp}}\ast {\omega }_{Rad}$$

  
• Nach der Synchronisation von Drehzahl der Getriebeeingangswelle und Drehzahl der Motorwelle stellt sich die konstante Gesamtübersetzung i_Gang des Antriebsstranges 1 als festes Verhältnis zwischen Motordrehzahl ω_Motor und Raddrehzahl ω_Rad ein. Diese wird nun mit Gleichung (6) verrechnet.
• Der nach der Synchronisation berechnete Energieanteil des Handschaltgetriebes E_Get wird vom Energieanteil des Motors E_Mot subtrahiert, woraus sich die korrekte Anfahrenergie E_Reib des Fahrzeuges ergibt, welche in die Kupplung 3 während des Anfahrvorganges eingetragen wurde $${\text{E}}_{\text{Reib}}={\displaystyle \underset{t1}{\overset{t_{end}}{\int }}{M}_{Kupp}}\ast {\omega }_{Motor}-{\displaystyle \int M_{Kupp}\ast {\omega }_{Rad}\ast i_{Gang}}$$

  
• Die so berechnete Reibenergie E_Reib kann als Input für verschiedene weitere Fahrzeugauslegungen genutzt werden. Somit kann sie einmal in thermischen Berechnungen berücksichtigt werden, welche zur Bestimmung eines Verschleißes der Kupplung genutzt werden. Bei Feststellung eines Verschleißes kann ein Warnsignal an das Fahrzeug und/oder den Fahrer ausgegeben werden. Dabei kann insbesondere eine Fehlerinformation in einem Fehlerspeicher des Fahrzeuges abgelegt werden. Tritt eine solche Fehlerinformation mehrfach auf, so kann nach Auslesen in einer Werkstatt darauf geschlossen werden, dass die Kupplung verschließen ist und nachgerüstet werden muss.
• Des Weiteren kann neben dem Kupplungsverschleiß auch eine Kupplungsüberlastung ermittelt werden, was bei dem nächsten Anfahrvorgang berücksichtigt wird, indem beispielsweise ein Motormoment in einer vorgegebenen Größe unterbunden wird.
• Bezugszeichenliste

1

Antriebsstrang

2

Verbrennungsmotor

3

Kupplung

4

Handschaltgetriebe

5

Abtriebswelle

6

Antriebsrad

7

Kupplungssteuerung

8

Motordrehzahlsensor

9

Kurbelwelle

10

Raddrehzahlsensor

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102005061080 A1 [0002]

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung einer in einer Kupplung entstehenden Reibenergie während einer Anfahrt eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe, wobei eine Reibleistung während eines Schlupfes der Kupplung (3) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anfahrt des Fahrzeuges aus der während des Schlupfes aufgebrachten Reibleistung eine Reibenergie ermittelt wird, bei welcher ein Energieanteil eines Motors (2) und ein Energieanteil des Handschaltgetriebes (4) separat berechnet werden, die nach einer Synchronisation der Kupplung (3) miteinander verrechnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Synchronisation eine Übersetzung des Handschaltgetriebes (4) bestimmt wird, mit welcher der Energieanteil des Handschaltgetriebes (4) korrigiert wird, wobei anschließend zur Ermittlung der Reibenergie der korrigierte Energieanteil des Handschaltgetriebes (4) vom Energieanteil des Motors (2) abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung aus einem konstanten Verhältnis aus einer Motordrehzahl und einer Raddrehzahl des Fahrzeuges bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Energieanteils des Motors (2) ein Kupplungsmoment und die Motordrehzahl über den gesamten Anfahrzeitraum integriert werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Energieanteils des Handschaltgetriebes (4) das Kupplungsmoment und die Raddrehzahl über den gesamten Anfahrzeitraum integriert werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Übersetzung des Handschaltgetriebes (4) eine aus einer Gang- und einer Achsübersetzung bestimmte Gesamtübersetzung eines Fahrzeugtriebstranges (1) verwendet wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn die ermittelte Reibenergie einen Schwellschwert überschreitet.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung des Schwellwertes eine Fehlerinformation abgespeichert wird und das Warnsignal nach Auftreten einer vorgegebenen Anzahl von Fehlerinformationen ausgegeben wird.

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