DE102018210223A1

DE102018210223A1 - Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung

Info

Publication number: DE102018210223A1
Application number: DE102018210223.6A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kölbl; Stefan Schleweck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-24

Abstract

Es wird ein Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung vorgeschlagen, bei dem die Kupplungselastizität als Druckoffset auf einen Grundfülldruck, nämlich den Druck, der benötigt wird, um den Kupplungskolben quasistatisch am Lamellenpakt zu halten, berücksichtigt wird, wobei eine echte Schnellfüllzeit definiert wird, welche eine elektrische Totzeit und eine hydraulische Totzeit beinhaltet und in eine Lüftspielschnellfüllzeit und einen elastischen Anteil aufgeteilt ist, wobei der elastische Anteil der Schnellfüllzeit der Zeitspanne vom Anlegen des Kupplungskolbens am Lamellenpaket der Kupplung bis die Kupplung zu 100% überdrückt ist, entspricht, wobei eine echte Entleerzeit definiert wird, welche der Zeitspanne zwischen einem theoretischen Startpunkt, der aufgrund der elektrischen Totzeit und der hydraulischen Totzeit zeitlich später liegt als der Schaltbefehl und dem Zielpunkt, an dem die Kupplung vollständig entleert ist, entspricht, wobei sich der Startpunkt aus dem Schnittpunkt des modellierten Istdrucks und eines empirisch ermittelbaren oberen Druckwertes des elastischen Bereiches der Kupplung ergibt, wobei durch die Verzugszeit zwischen dem Schaltbefehl und dem theoretischen Startpunkt eine elektrische Totzeit bis der modellierte Istdruck dem Solldruck folgt, abgebildet wird und wobei die echte Entleerzeit in einen Lüftspielanteil und einen elastischen Anteil aufgeteilt wird und wobei der untere Druckwert des elastischen Bereiches dem Grundfülldruck entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, eine hydraulische Kupplungsansteuerung dadurch zu modellieren, dass die Kolbenposition der Kupplung in einem Bereich zwischen 0 und 100 % bestimmt wird, wobei der Bereich als Bereich zwischen dem Ausgangspunkt des Kolbens in Ruhelage und dem Punkt, an dem die Kupplung am Lamellenpaket anliegt und gerade kein Moment übernimmt, definiert ist. In nachteiliger Weise wird hierbei der elastische Bereich der Kupplung nicht mit abgebildet. Im elastischen Bereich wird zwischen der Antriebs- und der Abtriebsseite der Kupplung Moment übertragen, wobei sich der Kolben noch bewegt.
Für die Befüllung einer hydraulisch betätigbaren Kupplung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs wird nach dem Stand der Technik eine Füllzeit definiert, welche der Zeit entspricht, die benötigt wird, um das Lüftspiel der Kupplung mit einem definierten Druck zu überwinden, so dass der Kupplungskolben am Lamellenpaket anliegt. Diese Füllzeit ist dabei unterteilt in eine Schnellfüllzeit und eine sich zeitlich daran anschließende Füllausgleichszeit. Während der Füllzeit erfolgt die Befüllung der Kupplung mit einem verhältnismäßig hohen Druck in Art eines Druckpulses, typischerweise mit etwa 3,5 bis 5 bar, je nach Konstruktion der Kupplung. Ziel dieser Schnellfüllung ist, den Kolben der Kupplung möglichst weit an das Lamellenpaket zu bringen, ohne jedoch bereits ein Drehmoment übertragen zu können und die auch bei allen konstruktiv zulässigen Exemplar-Streuungen. Während der Füllausgleichszeit wird der Kolben mit einem vergleichsweise niedrigen Druck beaufschlagt, der auch als Grundfülldruck bezeichnet wird und benötigt wird, um den Kupplungskolben quasistatisch am Lamellenpakt zu halten. Typischerweise liegt der Grundfülldruck in einem Bereich zwischen 0,6 und 1,4 bar. Diese Füllausgleichsphase dient primär dem Toleranzausgleich der beteiligten Bauelemente. Am Ende der Füllausgleichsphase sollte der Kolben am Lamellenpaket anliegen und bei einer zeitlich nachfolgenden Anhebung des Drucks von der Kupplung Drehmoment übertragen werden können.
Analog zur Füllzeit wird eine korrespondierende Entleerzeit definiert, welche der Zeit entspricht, die benötigt wird, um das Ölvolumen mit Hilfe der Kraft einer in der Regel als Tellerfeder ausgeführten Rückstellfeder der Kupplung aus dem Kolbenraum zu schieben bzw. das physikalische, durch die Geometrie bedingte Lüftspiel der Kupplung wieder einzustellen. Hierbei wird angenommen, dass eine Kupplung keine Elastizität aufweist und dass die volle Lüftspielschnellfüllzeit und Entleerzeit gegeben sind, wenn die Kupplung maximal auf Grundfülldruck angesteuert wird.
Beim Abschalten einer Kupplung wird diese per Timer abgefiltert, wobei beim Wiederzuschalten die Kupplung nochmals in Abhängigkeit der seit dem Abschalten vergangener Zeit gemäß dem Model der hydraulischen Kupplungsansteuerung anteilig gefüllt wird. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die Kupplung für Schaltungen immer optimal befüllt ist.
Eine Kupplung kann jedoch durch Überbrückung der Kupplungselastizität über das Lüftspiel hinaus weiter befüllt werden, was auch in einer Verlängerung der Entleerzeit resultiert. Demnach kann es zu Situationen kommen, bei denen die aktuelle Entleerzeit nicht zur ermittelten bzw. modellierten Lüftspielschnellfüllzeit passt.
Die volle Schnellfüllzeit wird erst mit überdrückter Kupplung erreicht, d.h. bei einem Druck oberhalb des Grundfülldrucks. Wird eine Elastizität aufweisende Kupplung bei Grundfülldruck quasistatisch angesteuert, so entspricht dieser Zustand nicht der vollen Entleerzeit bzw. Schnellfüllzeit der Kupplung.
Die Elastizitätsgrenze einer Kupplung ist erreicht, wenn sich die Kupplung nicht weiter befüllen lässt, d.h. wenn die Entleerzeit nicht mehr länger wird. Wenn die hydraulische Kupplungsansteuerung einer eine Elastizität aufweisenden Kupplung nach dem Stand der Technik abgebildet wird, so ergibt sich ein Fehler. Hierbei beginnt der Entleervorgang der Kupplung, obwohl die Kupplung noch nicht abgeschaltet wurde. Auf diese Weise kann bei bereits entleerter Kupplung das Model der hydraulischen Kupplungsansteuerung z.B. in einer 50% Restfüllung in der Kupplung resultieren, so dass diese bei Wiederbefüllung nur zu 50% befüllt wird. Dies führt zu einem Überschwingen der Motordrehzahl bei der Schaltung, da die zuschaltende Kupplung das Moment nicht stützen kann und kann in einer Beschädigung von Bauteilen und in einer schlechten Schaltqualität resultieren.
Das Befüllen einer hydraulischen Kupplung mit der passenden Schnellfüllung ist von hoher Bedeutung, da dadurch das Druckfolgeverhalten und die Übertragungsfähigkeit der Kupplung sichergestellt werden. Wenn beispielsweise während des Abschaltens einer Kupplung, d.h. solange die Kupplung entleert wird, ein Zuschalten der Kupplung angefordert wird, muss das während der unvollständigen Entleerung bereits ausgeschobene Ölvolumen wieder zugeführt werden. Das Zuschalten ist ohne Komforteinbußen möglich, wenn genau bekannt ist, zu wieviel Prozent die Kupplung entleert ist, d.h. wieviel Prozent der Zielschnellfüllung nachgefüllt werden muss.
Aus der DE 4424456 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zum Steuern eines Automatgetriebes bekannt, bei dem eine Schaltung von einem ersten in ein zweites Übersetzungsverhältnis erfolgt, indem eine erste Kupplung öffnet und eine zweite Kupplung schließt, wobei ein elektronisches Steuergerät über elektromagnetische Ventile den Druckverlauf der ersten und zweiten Kupplung während des Schaltvorgangs steuert. Hierbei besteht für den Fall einer Hochschaltung im Zug bzw. einer Rückschaltung im Schub die Schaltung aus einer Schnellfüll-, einer Füllausgleichs-, einer Lastübernahme-, einer Gradient-Einstell-, einer Gleit-, einer Gradient-Abbau- und einer Schließphase, wobei für den Fall einer Rückschaltung im Zug bzw. einer Hochschaltung im Schub im Zug die Schaltung aus einer Schnellfüll-, einer Füllausgleichs-, einer Gradient-Einstell-, einer Gleit-, einer Gradient-Abbau-, einer Lastübernahme- und einer Schließphase besteht.
Aus der DE 19546292 A1 der Anmelderin geht ein Verfahren zur automatisierten Abstimmung des Befüll- und Anlegevorganges von hydraulisch betätigbaren und hydraulisch bzw. elektronisch einzeln ansteuerbaren Schaltelementen hervor, deren Befüll- und Anlegevorgang in eine Schnellfüllphase und eine Füllausgleichsphase aufteilbar ist und wenigstens eine Schnellfüllzeit, einen Schnellfülldruck, eine Füllausgleichszeit und einen Füllausgleichsdruck als Parameter aufweist, zu deren Optimierung zwei der vier Parameter vorgegeben werden und für die anderen zwei Parameter mittels eines vorgegebenen, zeitabhängigen Druckverlaufes, bei dem auf die Schnellfüllphase und die Füllausgleichsphase eine Druckanstiegsphase folgt, ein optimaler Wert des ersten zu optimierenden Parameters derart bestimmt wird, dass, ausgehend von einem jeweiligen vorgebbaren Anfangswert, dieser Wert schrittweise so lange verändert wird, bis eine Drehzahländerung mit Beginn der Druckanstiegsphase erfolgt und der weitere zu optimierende Parameter derart bestimmt wird, dass bei dem optimalen Wert des ersten zu optimierenden Parameters und ausgehend von dem jeweiligen vorgebbaren Anfangswert dieser Parameter schrittweise so lange verändert wird, bis eine Drehzahländerung wenigstens annähernd gleichzeitig mit dem Beginn der Druckanstiegsphase erfolgt.
Ferner geht aus der DE 19620328 A1 der Anmelderin eine modellbasierte Regelung zum Schließen einer Kupplung hervor, welche einen modellbasierenden Regelalgorithmus besitzt, in den die Drehzahlen vom Motor, respektive Wandlerpumpenrad und vom Wandlerturbinenrad, respektive Reibschlussverbindung-Primärseite sowie das Trägheitsmoment des Motors und das der Wandler-Turbine und das Drehmoment von Motor, Wandlerpumpenrad, Wandlerturbinenrad, Nebenaggregat-Verbraucher und Reibschlussverbindung sowie die Wandlerkennlinien als Parameter bzw. Eingangsgrößen eingehen.
Aus der DE 10 2007 013 495 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung eines Doppelkupplungsgetriebes bekannt, die im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Teilgetriebes des Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist sowie mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers ein- und ausrückbar ist, wobei bei laufendem Antriebsmotor und ausgelegten Gängen in dem betreffenden Teilgetriebe ein aktueller Wert des Berührpunktes der zugeordneten Reibungskupplung mit folgenden Verfahrensschritten ermittelt wird: a) Vollständiges Öffnen der Kupplung, b) Erfassen der Motordrehzahl des Antriebsmotors, c) Erfassen der Drehzahl der Eingangswelle des Teilgetriebes, d) sukzessives Einrücken der Kupplung bis eine Änderung der Drehzahl der Eingangswelle des Teilgetriebes in Richtung der Motordrehzahl des Antriebsmotors der Kupplung festgestellt wird, e) Ermittlung des aktuellen Wertes eines zum Einrückungsgrad der Kupplung proportionalen Stellparameters, f) Berechnung des aktuellen Berührpunktes der Kupplung durch Subtraktion eines Offsetwertes von dem ermittelten Wert des Stellparameters und g) vollständiges Öffnen der Kupplung.
Ferner geht aus der DE 10 2011 089 031 A1 der Anmelderin ein Verfahren zur Bestimmung eines steuerungsseitig relevanten Berührpunkts einer Reibkupplung eines Kraftfahrzeugs hervor, im Rahmen dessen ein aktueller Berührpunkt der Reibkupplung adaptiv bestimmt wird. Bei dem bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass der aktuelle Berührpunkt mit einem von der Elastizität der Reibkupplung abhängigen Korrekturwert verrechnet wird, um den steuerungsseitig relevanten Berührpunkt der Reibkupplung zu bestimmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Kupplungselastizität, bedingt z.B. durch die Tellerfederkennlinie der Tellerfeder der Kupplung, die Lamellenseparierung und eine Wellfeder der Kupplung, als Druckoffset auf den Grundfülldruck berücksichtigt wird, wobei eine echte Schnellfüllzeit definiert wird, welche zwei getrennte Totzeiten beinhaltet und in eine Lüftspielschnellfüllzeit und einen elastischen Anteil aufgeteilt ist, wobei der elastische Anteil der Schnellfüllzeit der Zeitspanne vom Anlegen des Kupplungskolbens am Lamellenpaket bis die Kupplung zu 100% überdrückt ist, entspricht. Die erste Totzeit - im Folgenden als „elektrische Totzeit“ bezeichnet - bildet beim Zuschalten der Kupplung die komplette elektronische Regelstrecke der Kupplungsansteuerung von der Signalgenerierung bis zum physikalischen Ausgang desjenigen Druckreglerausgangs eines elektronischen Steuermoduls ab, der ein zur hydraulischen Kupplungsansteuerung vorgesehenes Druckregelventil eines elektro-hydraulischen Getriebesteuergerätes mit dem erforderlichen Strom versorgt. Hierzu kann ein mathematisches Ventilpositionmodell vorgesehen sein, welches das jeweils beteiligte Druckregelventil mathematisch abbildet. Die zweite Totzeit - im Folgenden mit „hydraulische Totzeit“ bezeichnet - bildet beim Zuschalten der Kupplung die hydraulische Regelstrecke zwischen dem genannten Druckreglerausgang und der druckseitig angesteuerten Kupplung ab.
Ferner wird eine echte Entleerzeit definiert, welche der Zeitspanne zwischen einem theoretischen Startpunkt, der aufgrund einer elektrischen Totzeit und einer hydraulischen Totzeit zeitlich später liegt als der Schaltbefehl, und dem Zielpunkt, an dem die Kupplung vollständig entleert ist entspricht, wobei sich der Startpunkt aus dem Schnittpunkt des modellierten Istdrucks und eines oberen Druckwertes des elastischen Bereiches ergibt, wobei der obere Druckwert empirisch ermittelt wird, wobei durch diese Verzugszeit eine elektrische Totzeit, bis der modellierte Istdruck dem Solldruck folgt, abgebildet wird und wobei die echte Entleerzeit in einen Lüftspielanteil und einen elastischen Anteil aufgeteilt wird. Der untere Druckwert des elastischen Bereiches entspricht dem Grundfülldruck.
Es kann vorgesehen sein, dass zur Modellierung der Kolbenposition der Kupplung im elastischen Bereich ein PT2-gefilterter Kolbenpositionstimer verwendet wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass zur Modellierung des Istdrucks ein PT1-Filter verwendet wird.
Zur Ermittlung des oberen und unteren Druckwertes des elastischen Bereiches einer Kupplung eines Automatgetriebes umfassend einen hydrodynamischen Wandler und eine Wandlerkupplung werden bei stehendem Fahrzeug im Getriebe die vorbereitenden Kupplungen geschlossen, wobei die Turbine mit dem Abtrieb gekoppelt wird und wobei anschließend mit der kraftschließenden Kupplung der quasistatisch angesteuerte Fülldruck soweit variiert wird, bis eine Reaktion der Turbinendrehzahl erkennbar ist.
Wenn das Fülldruckniveau der kraftschließenden Kupplung sukzessive erhöht wird, steigt die Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung des Getriebes und es wird zu einem Zeitpunkt Moment übertragen, wobei zu diesem Zeitpunkt der Kupplungskolben der hydraulischen Kupplung von der Tellerfeder nicht mehr zurückgeschoben wird, so dass ein Kräftegleichgewicht zwischen der hydraulischen Kraft (Druck*Fläche) und der Kraft der Tellerfeder der Kupplung herrscht. Der aktuelle Druck ergibt sich aus dem Grundfülldruck, der benötigt wird, um den Kupplungskolben quasistatisch am Lamellenpakt zu halten plus eines Hysteresewertes.
Wird das Fülldruckniveau sukzessive abgesenkt, so ist zu einem Zeitpunkt in der Wandlerkupplung keine Differenzdrehzahl mehr ersichtlich, wobei kein Moment übertragen wird. Zu diesem Zeitpunkt herrscht Kräftegleichgewicht zwischen der hydraulischen Kraft und der Tellerfeder, wobei der aktuell angesteuerte Druck dem Grundfülldruck entspricht.
Beim Abschalten einer Kupplung, in der ein bestimmter Fülldruck herrscht, ergibt sich immer eine bestimmte Entleerzeit. Wird der Fülldruck sukzessive über dem Grundfülldruck erhöht, so erhöht sich auch die Entleerzeit bis zu der Situation, bei der die Kupplung zu 100% überdrückt ist. Der Fülldruck in dieser Situation entspricht dem Fülldruck bei maximaler Entleerzeit.
Zur Ermittlung der echten Schnellfüllzeit anhand der echten Entleerzeit werden bei stehendem Fahrzeug im Getriebe die vorbereitenden Kupplungen geschlossen. Anschließend wird mit der kraftschließenden Kupplung die Länge der Schnellfüllzeit soweit erhöht, bis sich die dazu gehörende Entleerzeit nicht mehr erhöht. Bei langer Schnellfüllzeit wird die Turbine mit dem Abtrieb gekoppelt und es entsteht eine Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung.
Trägt man die Entleerzeit über der Schnellfüllzeit auf, so kann die maximale Entleerzeit als Entleerzeit bei 100 % Überdrückung der Kupplung definiert werden. Trägt man nun die während des Schnellfüll-Pulses maximal gemessene Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung über der Schnellfüllzeitlänge auf, kann die Schnellfüllzeit ermittelt werden, welche zur Überwindung des Lüftspiels nötig ist. Wird die Kupplung weiter gefüllt, so wird die Kupplung in den elastischen Bereich hinein überdrückt.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird die Physik einer hydraulischen Kupplung genauer als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren abgebildet, was zu einer besseren Schaltqualität führt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise die hydraulische Kupplungsansteuerung von Kupplungen, bei denen der überwiegende Teil der echten Schnellfüllzeit im elastischen Bereich abläuft, mit hoher Genauigkeit modelliert werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann jederzeit der Füllgrad einer Kupplung abgebildet werden und zwar unabhängig davon, ob die Kupplung leer ist und der Kolben steht, ob die Kupplung befüllt wird und der Kolben aufgrund von Totzeiten steht, ob die Kupplung befüllt wird und der Kolben bewegt wird, ob die Kupplung vollständig befüllt ist und der Kolben steht, ob die Kupplung entleert wird und der Kolben aufgrund von Totzeiten steht etc.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Kupplung auch im elastischen Bereich wieder befüllt werden und nicht nur während des Entleerens oder im entleerten Zustand. Zudem kann eindeutig erkannt werden, ob die applizierten Schnellfülloffsets zur Schaltungscharakteristik passen, was zu einer Erhöhung der Robustheit führt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks und der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel zur Veranschaulichung eines Befüllmodels einer Kupplung nach dem Stand der Technik;
2: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und des modellierten Istdrucks zur Veranschaulichung eines Entleermodels einer Kupplung nach dem Stand der Technik, wobei die Kupplung bei Grundfülldruck abgeschaltet wird;
3: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und des modellierten Istdrucks zur Veranschaulichung eines Entleermodels einer Kupplung nach dem Stand der Technik, wobei die Kupplung bei einem Druck über dem Grundfülldruck abgeschaltet wird;
4: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, des modellierten Istdrucks, des physikalischen Istdrucks und der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel zur Veranschaulichung der Ungenauigkeit eines Befüll/Entleermodels einer Kupplung nach dem Stand der Technik, wobei die Kupplung eine hohe Elastizität aufweist;
5: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, des physikalischen Istdrucks, der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel, der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil und der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und den elastischen Teil sowie der Ventilposition des Druckreglers zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Modellierung des Befüllvorgangs einer Kupplung;
6: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, des modellierten Istdrucks, der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel, der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil sowie der Ventilposition des Druckreglers zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Modellierung des Entleervorgangs einer Kupplung;
7: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, des physikalischen Istdrucks, der Motordrehzahl und der Turbinendrehzahl zur Veranschaulichung der empirischen Ermittlung des Grundfülldruckes einer Kupplung;
8: ein Beispiel der empirischen Ermittlung des oberen und unteren Druckwertes des elastischen Bereiches einer Kupplung mit hoher Elastizität;
9: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, des physikalischen Istdrucks, der Motordrehzahl und der Turbinendrehzahl zur Veranschaulichung der empirischen Ermittlung der echten Schnellfüllzeit anhand der maximalen Entleerzeit;
10: ein Beispiel der empirischen Ermittlung der echten Schnellfüllzeit anhand der maximalen Entleerzeit;
11: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, des berechneten Istdrucks, der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Modellierung des Wiederbefüllens einer Kupplung vor dem vollständigen Entleeren; und
12: ein Diagramm der zeitlichen Verläufe des Solldrucks, des berechneten Istdrucks, der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Modellierung des Wiederbefüllens einer Kupplung, deren Kolben sich im elastischen Bereich befindet.

Nachfolgend und bezugnehmend auf die 1 bis 4 wird zunächst die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Ausgangssituation gemäß dem Stand der Technik näher erläutert sowie die sich hierdurch ergebende Problemstellung.
1 betrifft einen Schaltlauf, bei dem eine zuvor geöffnete Kupplung aufgrund eines Schaltbefehls geschlossen werden soll. In 1 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Solldrucks bei Zuschalten diesr Kupplung dar, wobei Kurve C den zeitlichen Verlauf der sich ergebenden Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel darstellt. Der Zeitpunkt t_0 ist der Zeitpunkt des Schaltbefehls, wobei die Kupplung mit nur minimalen Verzögerung nach dem Schaltbefehl mit Schnellfülldruck angesteuert wird. Aufgrund der echten Totzeit der Kupplung bewegt sich der Kolben der Kupplung zur Überwindung des Lüftspiels der angesteuerten Kupplung erst zum späteren Zeitpunkt t_2 und liegt zum späteren Zeitpunkt t_3 am Lamellenpaket der Kupplung an. Zu diesem Zeitpunkt t_3 endet die Schnellfüllphase des Kupplungsschließens und es beginnt die Füllausgleichsphase des Kupplungsschließens. Entsprechend wird zum Zeitpunkt t_3 der Solldruck auf den Grundfülldruck PF_min abgesenkt. Ein elastischer Bereich der Kupplung wird nicht berücksichtigt.
2 betrifft einen Schaltablauf, bei dem der durch einen ersten Schaltbefehl eingeleitete Schließvorgang abgebrochen wird, aber vergleichsweise schnell aufgrund eines weiteren Schaltbefehls wieder geschlossen werden soll, derart, dass sich des Entleeren der Kupplung mit dem Wiederbefüllen der Kupplung zeitlich überschneiden. Wesentlich hierbei ist zum einem, dass für die Berechnungen als Kupplung eine „ideale“ Kupplung ohne jegliche Elastizität angenommen wird, sodass auch das hier verwendete Entleermodell der Kupplung keinerlei Elastizität der Kupplung berücksichtigt. Wesentlich hierbei ist aber auch, dass sich die Kupplung physikalisch auch „ideal“ verhält und kein elastisches Verhalten aufweist.
Kurve A stellt wiederum den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar. Kurve C stellt weiterhin den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel dar. In 2 zusätzlich eingezeichnet ist als Kurve G bzw. G' der zeitliche Verlauf des modellierten Istdrucks, der sich bei diesem Schaltablauf steuerungsseitig ergibt.
Der Zeitpunkt t_0 ist der Zeitpunkt des ersten Schaltbefehls zum Schließen der Kupplung, wobei die Kupplung mit nur minimalen Verzögerung nach dem Schaltbefehl mit Schnellfülldruck über eine Schnellfüllzeit von beispielhaft 100ms angesteuert wird. Aufgrund einer im Befüll- und Entleermodell der Kupplung hinterlegten Totzeit der Kupplung bewegt sich der Kolben der Kupplung zur Überwindung des Lüftspiels der angesteuerten Kupplung gemäß dem Befüll- und Entleermodell der Kupplung zum späteren Zeitpunkt t_2 und liegt zum späteren Zeitpunkt t_3 am Lamellenpaket der Kupplung an. Zu diesem Zeitpunkt t_3 endet die Schnellfüllphase des Kupplungsschließens und es beginnt die Füllausgleichsphase des Kupplungsschließens. Entsprechend wird zum Zeitpunkt t_3 der Solldruck auf den Grundfülldruck PF_min abgesenkt. Am Ende der Füllausgleichsphase wird der Solldruck rampenförmig angehoben, um die Drehmomentübernahme der Kupplung zu erreichen und vollständig zu schließen.
Zum Zeitpunkt t_4 ergeht ein Schaltbefehl zum (vorzeitigen) Öffnen der Kupplung, mit der Folge, dass der Solldruck über eine Rampenfunktion - im dargestellten Beispiel mit zwei Rampen unterschiedlichen Druckgradients - abgebaut wird. Zum Zeitpunkt t_6 erreicht der Solldruck den Grundfülldruck PF_min, mit der Folge, dass jetzt die Druckzuführung zur Kupplung vollständig abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt t_6 verliert der Kolben der Kupplung gemäß dem verwendeten Befüll- und Entleermodell seinen Kontakt zum Lamellenpaket und beginnt seine Rückstellbewegung. Abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt ergibt sich eine gewisse Kupplungs-Entleerzeit, die in 2 beispielhaft 400 ms beträgt und zum Zeitpunkt t_9 erreicht würde, wenn nicht bereits zum Zeitpunkt t_8 ein zweiter Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergehen würde. Entsprechend der Vorgabe zum Abschalten der Kupplung fällt der Solldruck zum Zeitpunkt t_6 unter den Grundfülldruck PF_min bis auf null ab. Ab dem Zeitpunkt t_6 für den modellierten Istdruck des Entlleervorgangs der in Kurve G' gepunktet dargestellte Verlauf ergäbe, wenn nicht zum Zeitpunkt t_8 der zweite Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergehen würde.
Im vorliegenden Beispiel erfolgt der zweite Schaltbefehl zum Schließen der Kupplung zum Zeitpunkt t_8 genau dann, zum dem sich der Kolben in eine Stellung zurückbewegt hat, die einer Kolbenposition von 50% bezogen auf das Lüftspiel entspricht. Aufgrund dieses Schaltbefehls wird die Kupplung mit nur minimaler Verzögerung wieder mit Schnellfülldruck angesteuert. Da die Schnellfüllzeit beim Zuschalten der Kupplung bei dem gezeigten Beispiel 100 ms beträgt und sich der Kolben bei einer Kolbenposition von 50% bezogen auf das Lüftspiel befindet, muss nach dem Stand der Technik die Kupplung für eine Dauer von 50 ms mit Schnellfülldruck angesteuert werden. Infolge des Wiederschließens der Kupplung ergibt sich für den modellierten Istdruck der in Kurve G' strichpunktiert dargestellte Verlauf.
3 betrifft den Schaltablauf von 2, abweichend davon sind das Druckniveau der sich an die Schnellfüllung zeitlich anschließende Füllausgleichsphase sowie das Druckniveau zum Zeitpunkt des Abschaltens des Drucks beim Entlleren der Kupplung. In 3 stellt Kurve A wiederum den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar und Kurve C den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel. Kurve G' stellt wiederum den zeitlichen Verlauf desjenigen modellierten Istdrucks beim Entleeren der Kupplung dar, der sich ergeben würde, wenn nicht bereits zum Zeitpunkt t_8 ein zweiter Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergehen würde. Kurve G stellt wiederum den zeitlichen Verlauf des modellierten Istdrucks dar, der sich bei dem in 3 dargestellten Abbruch des Entleervorgangs tatsächlich einstellt.
Unmittelbar nach dem ersten Schaltbefehl zum Zeitpunkt t_0 wird die Kupplung wiederum über eine Schnellfüllzeit von 100 ms mit Schnellfülldruck angesteuert. Im Unterschied zu 2 liegt das Druckniveau der Füllausgleichphase, die zum Zeitpunkt t_3 startet, in 3 etwas oberhalb des Grundfülldrucks PF_min. Der Schaltbefehl zum Öffnen der Kupplung ergeht wiederum zum Zeitpunkt t_4, gefolgt von der hier beispielhaft zweistufigen Druckabbaurampenfunktion. Im Unterschied zu 2 erfolgt bei 3 die vollständige Abschaltung des Kupplungsdruck zum Zeitpunkt t_6' bei einem Druckniveau oberhalb des Grundfülldrucks PF_min, mit der Folge, dass der modellierte Istdruck den Grundfülldruck PF_min erst zum späteren Zeitpunkt t_6 erreicht und gemäß dem verwendeten Befüll- und Entleermodell der Kupplung erst jetzt der Entleervorgang der Kupplung beginnt. Die Entleerzeit der Kupplung beträgt wiederum beispielhaft 400 ms und würde zum Zeitpunkt t_9 erreicht, wenn nicht bereits zum Zeitpunkt t_8 ein zweiter Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergehen würde.
Dieser Schaltbefehl zum Zeitpunkt t_8 ergeht wiederum vor dem Erreichen der Entleerzeit und genau dann, wenn der Kolben eine Kolbenposition von 50% bezogen auf das Lüftspiel erreicht hat. Beim Start der Schnellfüllung zum Wiederschließen der Kupplung liegt der modellierte Istdruck in etwa auf Nivea des Grundfülldrucks PF_min. Da die Schnellfüllzeit beim Zuschalten der Kupplung bei dem gezeigten Beispiel 100 ms beträgt und sich der Kolben bei einer Kolbenposition von 50% bezogen auf das Lüftspiel befindet, muss nach dem Stand der Technik die Kupplung beim Wiederschließen für eine Dauer von 50 ms mit Schnellfülldruck angesteuert werden.
Dieses aus dem Stand der Technik bekannte Kupplungsmodell kann in der Anwendung bei Kupplungen mit physikalisch vorhandener Elastizität in nachteiliger Weise zu einer schlechten Schaltqualität führen, wie nachfolgend anhand 4 veranschaulicht.
4 betrifft den Schaltablauf von 3, abweichend davon weist die Kupplung physikalisch ein in der Praxis übliches elastisches Verhalten auf, wohingegen für die Berechnungen wie in 3 eine Kupplung ohne jegliche Elastizität angenommen wird. In 4 stellt Kurve A wiederum den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar und Kurve C den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel. Kurve G' stellt wiederum den zeitlichen Verlauf desjenigen modellierten Istdrucks beim Entleeren der (nunmehr physikalisch elastischen) Kupplung dar, der sich ergeben würde, wenn nicht bereits zum Zeitpunkt t_8 ein zweiter Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergehen würde. Zur Verdeutlichung des technischen Problems, welches durch die physikalisch vorhandene Elastizität entstehen kann, ist in 4 für den Entleervorgang der Kupplung als Kurve B in doppelt-strichlierter Linie der zeitliche Verlauf des physikalischen Istdrucks eingezeichnet.
Unmittelbar nach dem ersten Schaltbefehl zum Zeitpunkt t_0 wird die Kupplung wiederum über eine Schnellfüllzeit von 100 ms mit Schnellfülldruck angesteuert. Wiederum ergeht zum Zeitpunkt t_4 der Schaltbefehl zum Öffnen der Kupplung, gefolgt von dem rampenförmigen Druckabbau, nunmehr bis zum Zeitpunkt t_6, an dem der abfallende Druck den Grundfülldruck PF_min erreicht und der Druck vollständig abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt t_6 beginnt gemäß dem verwendeten Befüll- und Entleermodell der Entleervorgang der Kupplung, wobei die Entleerzeit der Kupplung wiederum 400 ms beträgt und zum Zeitpunkt t_9 erreicht würde, wenn nicht bereits zum Zeitpunkt t_8 der zweite Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergehen würde. Dieser Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergeht wiederum genau dann, wenn eine Kolbenposition von 50% bezogen auf das Lüftspiel erreicht ist. Beim Start der Schnellfüllung zum Wiederschließen der Kupplung liegt der modellierte Istdruck wiederum auf dem Niveau des Grundfülldrucks PF_min. Da die Schnellfüllzeit beim Zuschalten der Kupplung bei dem gezeigten Beispiel 100 ms beträgt und sich der Kolben bei einer Kolbenposition von 50% bezogen auf das Lüftspiel befindet, berechnet das nach dem Stand der Technik verwendete Befüll- und Entleermodell, dass die Kupplung für eine Dauer von 50 ms mit Schnellfülldruck angesteuert werden muss.
Das sich bei dieser Konstellation ergebende technischen Problems, welches in der physikalisch vorhandenen Elastizität begründet liegt, in dem verwendeten Befüll- und Entleermodell unberücksichtigt ist, verdeutlicht Kurve B, mit der der zeitliche Verlauf des physikalischen Istdrucks bezeichnet ist. Im vorliegenden Beispiel nämlich erreicht der abfallende physikalische Istdruck bereits zum Zeitpunkt t_5 vor dem Druckabschaltzeitpunkt t_6 den oberen Grenzwert des elastischen Bereichs der Kupplung. In 4 ist dieser elastische Bereich der Kupplung mit einem Druckoffset H auf den Grundfülldruck PF_min dargestellt. Der elastische Bereich ist der Bereich, in dem eine Kupplung durch Überbrückung der Kupplungselastizität durch Ansteuerung mit einem Druck oberhalb des Grundfülldrucks über das Lüftspiel hinaus weiter befüllt werden kann, was auch in einer Verlängerung der Entleerzeit resultiert.
Innerhalb des elastischen Bereichs der Kupplung ist demnach ein Ölvolumen im Kolbenraum in gewissen Grenzen veränderbar ist, ohne das sich hierdurch die Kolbenposition verändert.
Bei der in 4 dargestellten Konstellation mit der zweiten flachen Druckabbaurampe beim Entleeren der Kupplung und der konstruktiv bedingten Elastizität beginnt der physikalische Entleervorgang der Kupplung zeitlich also bereits deutlich vor dem Zeitpunkt t_6, an dem der Druck vollständig abgeschaltet wird, als Startpunkt des rechnerischen Entleervorgangs in dem Befüll- und Entleermodell gemäß dem Stand der Technik, bei dem die physikalischen Elastizitäten der Kupplung ja unberücksichtigt sind. Der Verlauf der Kurve B zeigt, dass die Kupplung physikalisch bereits zum Zeitpunkt t_7 vollständig entleert, also zeitlich vor dem Zeitpunkt t_8, an dem der Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergeht. Dieser Schaltbefehl zum Zeitpunkt t_8 erfolgt wiederum genau dann, wenn die Kolbenposition 50% bezogen auf das Lüftspiel erreicht hat. In Unkenntnis der tatsächlich vorhandenen Kupplungselastizität das verwendete Entleermodell für den Befüllvorgang des zweiten Schließvorgangs eine anzusteuernde Schnellfüllzeit von 50 ms, obwohl die Kupplung zuvor tatsächlich vollständig entleert war und demnach - wie bei dem ersten Schließvorgang - eigentlich eine Schnellfüllzeit von 100 ms notwendig ist, um den zweiten Schließvorgang mit dem gleichen Schaltkomfort zu beenden wie den ersten Schließvorgang. Bei der in 4 dargestellten Konstellation wird demnach bei einer nach dem Stand der Technik durchgeführten Wiederbefüllung die Kupplung tatsächlich nur zu 50% gefüllt, was zu einem deutlichen Überschwingen der Motordrehzahl bei dieser Schaltung führt, da die zuschaltende Kupplung das Moment nicht stützen kann. Dies führt zumindest zu einer schlechten Schaltqualität und kann sogar in einer Bauteilbeschädigung resultieren.
Anhand und bezugnehmend auf die 5 bis 12 wird nachfolgend die erfindungsgemäße Modellierung des Befüll- und Entleervorgangs einer Kupplung näher erläutert.
5 betrifft einen Schaltlauf, bei dem eine zuvor geöffnete Kupplung aufgrund eines Schaltbefehls geschlossen werden soll, vergleichbar zu 1. In 5 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar, Kurve B den zeitlichen Verlauf des physikalischen Istdrucks, Kurve C den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel, Kurve D den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil, Kurve E den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und den elastischen Teil, Kurve F den zeitlichen Verlauf der Ventilposition des Druckreglers.
Zum Zeitpunkt t_0 wird die Kupplung mit Schnellfülldruck angesteuert, wobei zum Zeitpunkt t_1 das Ventil des Druckreglers eine 50% Ventilposition angenommen hat. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_0 und t_1 entspricht erfindungsgemäß der elektrischen Totzeit der Regelstrecke bis zum Druckreglerausgang beim Zuschalten der Kupplung, wobei die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_1 und t_2 der hydraulischen Totzeit der Regelstrecke zwischen Druckreglerausgang und Kupplung beim Zuschalten der Kupplung entspricht. Zum Zeitpunkt t_3 ist das Lüftspiel der Kupplung überwunden, wobei die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_2 und t_3 der Schnellfüllzeit zuzüglich eines Adaptionswertes entspricht. Zum Zeitpunkt t_3' entspricht die Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel dem Maximalwert; die Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil ist Null. Der Ansteuerdruck wird bis zum Zeitpunkt t_4, an dem ein vorgegebener Wert x der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil erreicht ist, aufrechterhalten. Der Zeitpunkt t_5 entspricht dem Zeitpunkt des Erreichens des Maximalwertes der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und den elastischen Teil, so dass die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_0 und t_5 der erfindungsgemäßen echten Schnellfüllzeit entspricht.
6 betrifft einen Schaltlauf, bei dem eine zuvor geschlossene Kupplung aufgrund eines Schaltbefehls geöffnet werden soll. In 6 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar, Kurve C den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel, Kurve D den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil, Kurve G den zeitlichen Verlauf des modellierten Istdrucks, Kurve F den zeitlichen Verlauf der Ventilposition des Druckreglers.
Zum Zeitpunkt t_0 ergeht der Schaltbefehl zum Öffnen bzw. Abschalten der Kupplung. Zunächst wird die Kupplung vom geschlossenen bzw. geschaltenen Zustand (Ventilposition 100%) in einen geregelten Zustand überführt, wozu die Ventilposition auf 50% abgefiltert wird. Der Druckregler erreicht diese Ventilposition zum Zeitpunkt t_1. Innerhalb der Zeitspanne zwischen t_0 und t_3 bewegt sich der Solldruck der Kupplung im elastischen Bereich; erst zum Zeitpunkt t_3 wird die Kupplung komplett abgeschaltet (Ventilposition 0%). Innerhalb der Zeitspanne zwischen t_0 und t_1, also während sich die Ventilposition von 100% auf 50% verändert, bleibt der modellierte Istdruck konstant; ab dem Zeitpunkt t_1 wird der modellierte Istdruck dem Solldruck nachgefiltert. Zum Zeitpunkt t_2 erreicht der erfindungsgemäß modellierte Istdruck den oberen Druckwert des elastischen Bereiches der Kupplung Druck p_fmin2, was den Beginn des Entleervorgangs bedeutet. Der modellierte Istdruck wird initialisiert, wenn die Ventilposition auf 50% fällt.
Die Entleerzeit aufgrund der Elastizität der Kupplung beginnt zum Zeitpunkt t_2 und dauert bis zum Zeitpunkt t_4, wobei zum Zeitpunkt t_4 die Entleerzeit aufgrund des Lüftspiels der Kupplung beginnt, welche zum Zeitpunkt t_5 endet. Somit entspricht die echte Entleerzeit der Kupplung der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_5 und t_2. Zur Modellierung der Kolbenposition im elastischen Bereich der Kupplung wird ein Kolbenpositionstimer verwendet, wobei der modellierte Istdruck dem Solldruck entspricht. Der untere Druckwert pfmin_1 des elastischen Bereiches der Kupplung entspricht dem Grundfülldruck. Im vorliegenden Beispiel ist der Kolbenpositionstimer beispielhaft mittels eines PT2-Filters gefiltert, wohingegen der Istdruck beispielhaftmittels eines PT1-Filters gefiltert ist.
Der obere und untere Druckwert p_fmin_2, p_fmin_1 des elastischen Bereiches einer Kupplung werden erfindungsgemäß empirisch anhand des Verhaltens des Antriebsstrangs und der erfassten Entleerzeit bei unterschiedlichen Drücken bestimmt, was im Folgenden anhand der 7 bis 10 näher erläutert wird. Zur Ermittlung des oberen und unteren Druckwertes des elastischen Bereiches einer Kupplung eines Automatgetriebes, umfassend einen hydrodynamischen Wandler und eine Wandlerkupplung, werden bei stehendem Fahrzeug im Getriebe die vorbereitenden Kupplungen geschlossen, wobei die Turbine mit dem Abtrieb gekoppelt wird und wobei anschließend mit der kraftschließenden Kupplung der quasistatisch angesteuerte Fülldruck soweit variiert wird, bis eine Reaktion auf der Turbinendrehzahl erkennbar ist.
Im Rahmen einer ersten Phase, die in 7 als Phase 1 bezeichnet ist, wird das Fülldruckniveau sukzessive erhöht, wodurch die Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung steigt und zu einem bestimmten Zeitpunkt, an dem der Kupplungskolben der Kupplung von der Tellerfeder nicht mehr zurückgeschoben wird und Kräftegleichgewicht zwischen der hydraulischen Kraft und der Tellerfeder herrscht, Moment übertragen wird. Der Ansteuerdruck zu diesem Zeitpunkt entspricht dem Grundfülldruck p_fmin_1 zuzüglich eines Hysteresewertes, welcher die Druckreglerhysterese beim Wechsel vom monoton fallenden auf monoton steigenden Druckverlauf berücksichtigt.
In 7 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar, Kurve B den zeitlichen Verlauf des physikalischen Istdrucks, Kurve I den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, Kurve J den zeitlichen Verlauf der Turbinendrehzahl,
Wird das Fülldruckniveau im Rahmen einer zweiten Phase, die in 7 als Phase 2 bezeichnet ist, sukzessive abgesenkt, so ist in der Wandlerkupplung des Getriebes zu einem bestimmten Zeitpunkt keine Differenzdrehzahl mehr ersichtlich und es wird kein Moment übertragen. Zu diesem Zeitpunkt herrscht Kräftegleichgewicht zwischen hydraulischem Druck und der Tellerfeder, wobei der aktuell angesteuerte Druck dem Grundfülldruck p_fmin_1 entspricht. In Phase 1 wird also ein so genannter Zuschaltfülldruck ermittelt, welcher aus p_fmin_1 plus einem Hysteresewert besteht.
Abschließend wird im Rahmen einer dritten Phase die Kupplung von einem bestimmten Fülldruck abgeschaltet, und die entsprechende Entleerzeit gemessen, wobei wenn der Fülldruck sukzessive erhöht wird, sich auch die Entleerzeit erhöht, bis die Kupplung soweit überdrückt ist, dass keine Erhöhung der Entleerzeit erfasst werden kann. Der Fülldruck zu diesem Zeitpunkt entspricht dem oberen Druckwert p_fmin_2 des elastischen Bereiches der Kupplung.
In 8 ist ein Beispiel der empirischen Ermittlung des oberen und unteren Druckwertes p_fmin_2, p_fmin_1 des elastischen Bereiches einer Kupplung mit hoher Elastizität dargestellt. Hierbei beträgt der Grundfülldruck p_fmin_1 zuzüglich eines Hysteresewertes von 0,925 bar, wobei der Grundfülldruck p_fmin_1 hier 0,750 bar beträgt. Der obere Druckwert p_fmin_2 des elastischen Bereiches ist der Fülldruck bei 100% Entleerzeit und beträgt 1,200 bar.
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 9 wird die echte Schnellfüllzeit, welche die Elastizität der Kupplung berücksichtigt, empirisch ermittelt.
In 9 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar, wobei Kurve I den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, Kurve J den zeitlichen Verlauf der Turbinendrehzahl und Kurve B den zeitlichen Verlauf des physikalischen Istdrucks darstellt.
Hierbei werden zur Ermittlung der Schnellfüllzeit anhand der echten Entleerzeit bei stehendem Fahrzeug im Getriebe die vorbereitenden Kupplungen geschlossen, wobei anschließend mit der kraftschließenden Kupplung die Länge der Schnellfüllzeit soweit erhöht wird, bis sich die dazu gehörende Entleerzeit nicht mehr erhöht. Bei langer Schnellfüllzeit wird die Turbine mit dem Abtrieb gekoppelt und es entsteht eine Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung. Die längste Entleerzeit entspricht der echten Entleerzeit.
Trägt man die Entleerzeit über der Schnellfüllzeit auf, so kann die echte Entleerzeit als Entleerzeit bei 100 % Überdrückung der Kupplung definiert werden. Trägt man nun die während der Schnellfüll-Pulse maximal gemessene Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung über der Schnellfüllzeitlänge auf, kann zum Zeitpunkt des ersten Auftretens einer Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung die aktuelle Schnellfüllzeit als die Schnellfüllzeit ermittelt werden, welche zur Überwindung des Lüftspiels nötig ist. Wird die Kupplung weiter gefüllt, so wird die Kupplung in den elastischen Bereich hinein überdrückt, wobei mit steigender Überdrückung innerhalb des Elastizitätsbereichs die Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung steigt. Die echte Schnellfüllzeit der Kupplung bis zur Überwindung des elastischen Bereiches ist die Schnellfüllzeit, ab der sich die Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung nicht mehr ändert.
In 10 ist ein Beispiel der empirischen Ermittlung der echten Schnellfüllzeit, welche die Elastizität der Kupplung berücksichtigt, dargestellt. Bei dem gezeigten Beispiel beträgt die echte Entleerzeit 340 ms, wobei die Entleerzeit bei Grundfülldruck 145 ms beträgt. Die echte Schnellfüllzeit beträgt 160 ms, wobei die Schnellfüllzeit, die zur Überwindung des Lüftspiels nötig ist, 60 ms beträgt.
11 betrifft einen Schaltablauf, bei dem der durch einen ersten Schaltbefehl eingeleitete Schließvorgang abgebrochen wird, aber vergleichsweise schnell aufgrund eines weiteren Schaltbefehls wieder geschlossen werden soll, derart, dass sich des Entleeren der Kupplung mit dem Wiederbefüllen der Kupplung zeitlich überschneiden, vergleichbar zu 3. In 11 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar, Kurve C den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel, Kurve D den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil für die Kupplung entsprechend 10. Kurve G' stellt den zeitlichen Verlauf des modellierten Istdrucks dar, der sich im Bereich des Entleerens der Kupplung ohne die angeforderte Wiederbefüllung der Kupplung einstellen würde.
Der Zeitpunkt t_0 ist der Zeitpunkt des ersten Schaltbefehls zum Schließen der Kupplung, wobei die Kupplung mit nur minimalen Verzögerung nach dem Schaltbefehl mit Schnellfülldruck für eine Zeitspanne angesteuert wird, die der Summe von Schnellfüllzeit und einen zur Abbildung der Kupplungselastizität vorgesehenen Offsets von 40% entspricht. Im vorliegenden Beispiel beträgt diese Summe 100 ms. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_0 und t_1 entspricht der elektrischen Totzeit der Regelstrecke bis zum Druckreglerausgang beim Zuschalten der Kupplung, wohingegen die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t_1 und t_2 der hydraulischen Totzeit der Regelstrecke zwischen Druckreglerausgang und Kupplung beim Zuschalten der Kupplung entspricht. In dem erfindungsgemäß verwendeten Befüll- und Entleermodell beginnt der Kolben der Kupplung zum Zeitpunkt t_2 sich in Richtung des Lamellenpaketes der Kupplung zu bewegen, um zum Zeitpunkt t_3 dann am Lamellenpaket anzuliegen. Zu diesem Zeitpunkt t_3 beginnt In dem erfindungsgemäß verwendeten Befüll- und Entleermodell der elastische Anteil der Kolbenposition. Zum Zeitpunkt t_4 ist die Schnellfüllung beendet, mit der Folge, dass die Füllausgleichsphase des Kupplungsschließens beginnt und der Solldruck der Kupplung auf ein Druckniveau abgesenkt wird, das sich aus der Summe von Grundfülldruck PF_min und einem den elastischen Bereich der Kupplung abbildenden Druckoffset H ergibt. Am Ende der Füllausgleichsphase wird der Solldruck rampenförmig angehoben, um die Drehmomentübernahme der Kupplung zu erreichen und vollständig zu schließen.
Zum Zeitpunkt t_5 ergeht ein Schaltbefehl zum (vorzeitigen) Öffnen der Kupplung, mit der Folge, dass der Solldruck über eine Rampenfunktion - im dargestellten Beispiel wiederum mit zwei Rampen unterschiedlichen Druckgradients - abgebaut wird. Zum Zeitpunkt t_6 erreicht der Solldruck elastischen Bereich der Kupplung, der aber in verwendeten Befüll- und Entleermodell berücksichtigt wird, sodaß sich im Verlauf des modellierten Istdruck keine Störung ergibt. Zum Zeitpunkt t_7 erreicht der Solldruck den Grundfülldruck PF_min, mit der Folge, dass jetzt die Druckzuführung zur Kupplung vollständig abgeschaltet wird. Somit markiert der Zeitpunkt t_7 auch den Startpunkt des Entleervorgangs der Kupplung, dessen theoretische Entleerzeit wiederum mit 400 ms angenommen wird und zum Zeitpunkt t_13 erreicht würde, wenn nicht bereits vorzeitig zum Zeitpunkt t_9 ein zweiter Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung ergehen würde. Die Kolbenposition des erfindungsgemäß verwendeten Entleermodells der Kupplung beinhaltet einen elastischen Anteil und einen Lüftspielanteil, wobei die Zeitspanne zwischen t_7 und t_8 den elastischen Anteil abbildet und die Zeitspanne zwischen t_8 und t_13 den Lüftspielanteil abbildet. Dabei verliert der Kolben zum Zeitpunkt t_8 seinen Kontakt zum Lamellenpaket und beginnt seine Rückstellbewegung. Anders formuliert, markiert t_8 denjenigen Zeitpunkt, an dem die Kupplung bezogen auf den elastischen Anteil vollständig entleert ist, wohingegen t_13 denjenigen Zeitpunkt markiert, an dem die Kupplung bezogen auf den Lüftspielanteil vollständig entleert ist. Bei dem in 11 dargestellten Beispiel beinhaltet die theoretische Entleerzeit von 400 ms einen elastischen Anteil von 60 ms, sodass die echte Entleerzeit der Kupplung nur 340 ms beträgt.
Vergleichbar zu 3 erfolgt auch in 11 der Schaltbefehl zum Wiederschließen der Kupplung vor Erreichen der echten Entleerzeit, nämlich zum Zeitpunkt t_9 genau dann, wenn die Kolbenposition 50% bezogen auf das Lüftspiel erreicht hat. Gemäß der Erfindung muss die Kupplung für eine Zeitspanne befüllt werden, die 50% der Lüftspielschnellfüllung zuzüglich eines Offsets von 40% zur Abbildung der Kupplungselastizität beträgt, also ((60 ms * 50%) + (100 ms * 40%)) = 70 ms. Nach dem Stand der Technik würde die Kupplung nur für 50 ms gefüllt werden, was zu einer schlechten Schaltqualität führen würde.
12 betrifft einen anderen Schaltablauf, bei dem der durch einen ersten Schaltbefehl eingeleitete Schließvorgang abgebrochen wird, aber vergleichsweise schnell aufgrund eines weiteren Schaltbefehls wieder geschlossen werden soll, derart, dass sich des Entleeren der Kupplung mit dem Wiederbefüllen der Kupplung zeitlich überschneiden. Der in 12 dargestellte Schaltablauf kann beispielsweise bei einem Gangauslegen mit anschließendem Gangeinlegen für eine Standabkopplungsfunktion erfolgen. In 12 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Solldrucks dar, Kurve C den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel, Kurve D den zeitlichen Verlauf der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil für die Kupplung entsprechend 10, Kurve G den zeitlichen Verlauf des modellierten Istdrucks. Wenn sich der angesteuerte Druck im elastischen Bereich der Kupplung bewegt, wird der modellseitig berechnete Istdruck vom Solldruck hinterher gefiltert. Schneidet der berechnete Istdruck die obere Grenze des elastischen Bereichs, so wird die elastische Kolbenposition dem Druckverlauf hinterher gefiltert. In 12 wird für die mathematische Filterung des berechneten Istdrucks beispielhaft ein PT1-Filter verwendet, wohingegen für die mathematische Filterung für die Kolbenposition beispielhaft ein PT2-Filter verwendet wird.
Im Unterschied zu 11 erfolgt bei dem in 12 gezeigten Beispiel der Schaltbefehl zum Wiederschleißen der Kupplung zu einem Zeitpunkt t_9, an dem sich der modellierte Istdruck des erfindungsgemäßen Befüll- und Entleermodells im elastischen Bereich H befindet, sodass beim Wiederschleißen der Kupplung infolge der noch vorhandenen Restfüllung der Kupplung nur eine Teilbefüllung der Kupplung durchgeführt wird. In dem in 12 dargestellten Beispiel sind zum Zeitpunkt t_9 bereits 80% der elastischen Füllung der Kupplung abgebaut, sodass zum Zeitpunkt t_9 noch 20% der elastischen Entleerzeit verbleibt, was wiederum einer Schnellfüllzeit von 80ms bezogen auf die 100%-Füllung entspricht. Die Zielfüllung ist aber 40% des elastischen Anteils, sodass die Kupplung mit 20ms befüllt werden muss.
Bezugszeichenliste

A: zeitlicher Verlauf des Solldrucks
B: zeitlicher Verlauf des physikalischen Istdrucks
C: zeitlicher Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel
D: zeitlicher Verlauf der Kolbenposition bezogen auf den elastischen Teil
E: zeitlicher Verlauf der Kolbenposition bezogen auf das Lüftspiel und den elastischen Teil
F: zeitlicher Verlauf der Ventilposition des Druckreglers
G: zeitlicher Verlauf des modellierten Istdrucks
G': zeitlicher Verlauf des modellierten Istdrucks
H: Druckoffset
I: zeitlicher Verlauf der Motordrehzahl
J: zeitlicher Verlauf der Turbinendrehzahl
PF_min: Grundfülldruck
p_fmin_1: unterer Druckwert des elastischen Bereiches
p_fmin_2: oberer Druckwert des elastischen Bereiches

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4424456 A1 [0010]
DE 19546292 A1 [0011]
DE 19620328 A1 [0012]
DE 102007013495 A1 [0013]
DE 102011089031 A1 [0014]

Claims

Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungselastizität als Druckoffset auf einen Grundfülldruck, nämlich den Druck, der benötigt wird, um den Kupplungskolben quasistatisch am Lamellenpakt zu halten, berücksichtigt wird, wobei eine echte Schnellfüllzeit definiert wird, welche eine elektrische Totzeit und eine hydraulische Totzeit beinhaltet und in eine Lüftspielschnellfüllzeit und einen elastischen Anteil aufgeteilt ist, wobei der elastische Anteil der Schnellfüllzeit der Zeitspanne vom Anlegen des Kupplungskolbens am Lamellenpaket der Kupplung bis die Kupplung zu 100% überdrückt ist, entspricht, wobei eine echte Entleerzeit definiert wird, welche der Zeitspanne zwischen einem theoretischen Startpunkt, der aufgrund der elektrischen Totzeit und der hydraulischen Totzeit zeitlich später liegt als der Schaltbefehl und dem Zielpunkt, an dem die Kupplung vollständig entleert ist, entspricht, wobei sich der Startpunkt aus dem Schnittpunkt des modellierten Istdrucks und eines empirisch ermittelbaren oberen Druckwertes des elastischen Bereiches der Kupplung ergibt, wobei durch die Verzugszeit zwischen dem Schaltbefehl und dem theoretischen Startpunkt eine elektrische Totzeit bis der modellierte Istdruck dem Solldruck folgt, abgebildet wird und wobei die echte Entleerzeit in einen Lüftspielanteil und einen elastischen Anteil aufgeteilt wird und wobei der untere Druckwert des elastischen Bereiches dem Grundfülldruck entspricht.
Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und ein unterer Wert des elastischen Bereiches einer Kupplung eines Automatgetriebes umfassend einen hydrodynamischen Wandler und eine Wandlerkupplung dadurch ermittelt werden, dass bei stehendem Fahrzeug im Getriebe die vorbereitenden Kupplungen geschlossen werden, wobei die Turbine mit dem Abtrieb gekoppelt wird und anschließend mit der kraftschließenden Kupplung der quasistatisch angesteuerte Fülldruck soweit variiert wird, bis eine Reaktion auf der Turbinendrehzahl erkennbar ist, wobei im Rahmen einer ersten Phase das Fülldruckniveau sukzessive erhöht wird, wodurch die Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung des Getriebes steigt und zu einem bestimmten Zeitpunkt, an dem der Kupplungskolben der Kupplung von der Tellerfeder nicht mehr zurückgeschoben wird und Kräftegleichgewicht zwischen der hydraulischen Kraft und der Tellerfeder herrscht, Moment übertragen wird, wobei der Ansteuerdruck zu diesem Zeitpunkt dem Grundfülldruck zuzüglich eines Hysteresewertes entspricht, wobei in einer zweiten Phase das Fülldruckniveau sukzessive abgesenkt wird, bis in der Wandlerkupplung des Getriebes zu einem bestimmten Zeitpunkt keine Differenzdrehzahl mehr ersichtlich ist und kein Moment übertragen wird, wobei der zu diesem Zeitpunkt der aktuell angesteuerte Druck dem Grundfülldruck entspricht, und wobei im Rahmen einer dritten Phase die Kupplung von einem bestimmten Fülldruck abgeschaltet wird und die entsprechende Entleerzeit gemessen wird, wobei dann, wenn der Fülldruck sukzessive erhöht wird, sich auch die Entleerzeit erhöht, bis die Kupplung soweit überdrückt ist, dass keine Erhöhung der Entleerzeit erfasst werden kann, wobei der Fülldruck zu diesem Zeitpunkt dem oberen Druckwert des elastischen Bereiches der Kupplung entspricht.
Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die echte Schnellfüllzeit, welche die Elastizität der Kupplung berücksichtigt, empirisch anhand der echten Entleerzeit ermittelbar ist, wobei zu diesem Zweck bei stehendem Fahrzeug im Getriebe die vorbereitenden Kupplungen geschlossen werden und anschließend mit der kraftschließenden Kupplung die Länge der Schnellfüllzeit soweit erhöht wird, bis sich die dazu gehörende Entleerzeit nicht mehr erhöht, wobei die längste Entleerzeit der echten Entleerzeit entspricht, wobei die Schnellfüllzeit zum Zeitpunkt des ersten Auftretens einer Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung die Schnellfüllzeit ist, welche zur Überwindung des Lüftspiels nötig ist und wobei die echte Schnellfüllzeit der Kupplung bis zur Überwindung des elastischen Bereiches die Schnellfüllzeit ist, ab der sich die Differenzdrehzahl in der Wandlerkupplung nicht mehr ändert.
Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Modellierung der Kolbenposition im elastischen Bereich der Kupplung ein PT2-gefilterter Kolbenpositionstimer verwendet wird, wobei der modellierte Istdruck dem PT1-gefilterten Solldruck entspricht.
Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Totzeit beim Zuschalten der Kupplung die komplette elektronische Regelstrecke der Kupplungsansteuerung abbildet, ausgehend von einer Signalgenerierung bis zu einem physikalischen Ausgang desjenigen Druckreglerausgangs eines elektronischen Steuermoduls, welcher ein zur hydraulischen Kupplungsansteuerung vorgesehene Druckregelventil eines elektrohydraulischen Getriebesteuergerätes mit dem erforderlichen Strom versorgt.
Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Totzeit als Ventilposition des Druckreglerventils modelliert wird.
Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der modellierte Istdruck beim Abschalten initialisiert wird, wenn die Ventilposition auf 50% fällt.
Modell einer hydraulischen Kupplungsansteuerung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Totzeit beim Zuschalten der Kupplung die hydraulische Regelstrecke zwischen dem Druckreglerausgang und der druckseitig angesteuerten Kupplung abbildet.