DE102019106803B4

DE102019106803B4 - Verfahren zur Detektion eines Leerspiels in einem Triebstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019106803B4
Application number: DE102019106803.7A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Blatter; Dominik Kohl; Ulrich Franz Uhlirsch; Christoph Mell; Matthias Brandl; Hong Truc Pham
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: DE102019106803A1

Abstract

Verfahren zur Detektion eines Leerspiels in einem Triebstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen Motor und eine Achse umfasst, wobei der Motor dazu ausgebildet ist, die Achse über den Triebstrang anzutreiben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Ermittlung einer Torsion des Triebstrangs;- Ermittlung einer Entspannungsdrehzahl des Triebstrangs, die aus einer Entspannung der Torsion resultiert;- Detektion des Leerspiels unter Berücksichtigung der Entspannungsdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Entspannungsdrehzahl ein Drehmoment verwendet wird, das auf eine Kupplung des Getriebes wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Leerspiels in einem Triebstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1.
Der Motor eines Kraftfahrzeugs kann während des Betriebs zwei unterschiedliche Betriebsarten aufweisen. Im Zug-Betrieb treibt der Motor über einen Triebstrang eine Achse des Kraftfahrzeugs an. Im Schub-Betrieb ist der Motor über den Triebstrang mit der Achse gekoppelt und wird durch die Achse, die bereits in Rotation ist, angetrieben. Der Schub-Betrieb tritt beispielsweise auf, wenn das Kraftfahrzeug auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wurde und der Fahrer das Gaspedal loslässt und das Kraftfahrzeug ohne Lösen der Kupplung rollt.
Beim Wechsel zwischen Schub- und Zug-Betrieb müssen Zahnräder im Getriebe und andere Koppelelemente, z.B. Seitenwellen und das Zwei-Massen-Schwungrad, ein Leerspiel durchlaufen. Das Leerspiel resultiert daraus, dass beispielsweise ein antreibendes Zahnrad nach dem Wechsel der Betriebsart zum angetriebenen Zahnrad wird und umgekehrt. Die aneinander anliegenden Zahnflanken ändern sich also. Dies führt zu einem unkomfortablen Ruck und mechanischen Störgeräuschen, die auch als Triebstrangklacken bezeichnet werden.
Außerdem wird beispielsweise beim Wechsel vom Schub-Betrieb in den Zug-Betrieb, wenn also der Fahrer bei geschlossener Kupplung zunächst nicht das Gaspedal betätigt (Schub-Betrieb) und dann das Gaspedal betätigt (Zug-Betrieb), die Drehzahl des Motors weiter erhöht, obwohl an der Abtriebsseite des Getriebes die Drehzahl nicht erhöht wird, da zunächst die Leerspiele durchlaufen werden müssen. Daher treffen nach dem Durchlaufen der Leerspiele die Zahnflanken der Zahnräder mit deutlich unterschiedlichen Drehzahlen aufeinander. Dabei wird schlagartig ein Trägheitsmoment, resultierend aus dem Abbau der Drehzahldifferenz, sowie das aktuelle Kupplungsmoment auf den Abtrieb eingeleitet. Dies verursacht ein unkomfortables Rucken im Fahrgastraum des Kraftahrzeugs. Es ist vorteilhaft, den Beginn des Leerspieldurchlaufs genau zu erkennen, um unerwünschte Geräusche und Ruckbewegungen des Kraftfahrzeugs verringern zu können.
Die DE 10 2006 039 678 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsmaschine in einem mit Spiel und Elastizität behafteten Antriebsstrang zur Verhinderung eines Lastschlags, bei welchem zunächst ein Drehzahlanstieg der Antriebsmaschine während einer Beschleunigungsphase zugelassen und anschließend in einer Verzögerungsphase die Drehzahl reduziert wird.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine exakte Detektion der Leerspiele ermöglicht. Außerdem soll ein solches Kraftfahrzug geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Kraftfahrzeug umfasst den Triebstrang, einen Motor und eine Achse. Der Motor ist dazu ausgebildet, die Achse über den Triebstrang anzutreiben. Der Motor kann eine oder mehrere Drehmomentquellen umfassen. Zunächst wird eine Torsion des Triebstrangs ermittelt. Die Torsion tritt auf, da sich der Triebstrang beim Betrieb des Kraftfahrzeugs wie eine Torsionsfeder verhält. Er verdreht sich bei Belastung mit einem Drehmoment um einen Verdrehwinkel. Dieser Verdrehwinkel führt zu einer temporären Änderung der Drehzahl des Triebstrangs in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung des Drehmoments. Beim Entspannen des Triebstrangs baut sich der Verdrehwinkel entsprechend der zeitlichen Änderung des Drehmoments ab. Beim Verspannen baut sich der Verdrehwinkel entsprechend der zeitlichen Änderung des Drehmoments auf.
Um diesen Effekt zu berücksichtigen wird eine Entspannungsdrehzahl des Triebstrangs ermittelt, die aus einer Entspannung der Torsion resultiert. Diese Entspannungsdrehzahl wird bei der Detektion des Leerspiels berücksichtigt, um das Leerspiel exakt detektieren zu können. Bei der Entspannung der Torsion verändert sich nämlich zumindest die Drehzahl einer Antriebsseite des Triebstrangs, ohne dass das Leerspiel bereits begonnen hat. Die Entspannungsdrehzahl kann beispielsweise direkt aus dem Verdrehwinkel berechnet werden.
Zur Ermittlung der Entspannungsdrehzahl wird ein Drehmoment verwendet, das auf eine Kupplung des Getriebes wirkt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Triebstrang ein Getriebe, eine Abtriebsseite und eine Antriebsseite umfassen. Der Motor ist über die Antriebsseite mit dem Getriebe verbunden. Das Getriebe ist über die Abtriebsseite mit der Achse. verbunden. Das Leerspiel kann dabei durch eine Differenz zwischen einem Gradienten einer Antriebsdrehzahl und einem Gradienten einer Abtriebsdrehzahl detektiert werden. Dabei wird im Rahmen dieser Beschreibung unter der Antriebsdrehzahl insbesondere die Drehzahl der Antriebsseite und unter der Abtriebsdrehzahl insbesondere die Drehzahl der Abtriebsseite verstanden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Entspannungsdrehzahl ausschließlich für die Antriebsseite ermittelt werden. Das Entspannen des Triebstrangs bis zum Erreichen des Leerspiels schlägt sich im Wesentlichen in der Antriebsdrehzahl nieder, da das Massenträgheitsmoment der Antriebsseite wesentlich geringer ist als das der Abtriebsseite.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann zur Ermittlung der Entspannungsdrehzahl eine Massenträgheit, eine Steifigkeit und eine Dämpfung des Triebstrangs verwendet werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Dämpfung und die Steifigkeit anhand des Triebstrangverhaltens bei Schwingungen ermittelt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Dämpfung und die Steifigkeit durch die Messung von Schwingungsamplituden und Periodendauer des Triebstrangs ermittelt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann zur Ermittlung der Entspannungsdrehzahl eine Triebstrangübersetzung verwendet werden.
Die Torsion ergibt sich für einen Triebstrang in erster Näherung aus der Bewegungsgleichung eines Zwei-Massen-Schwingers. Somit lässt sie sich gemäß der folgenden Formel näherungsweise berechnen: $Δφ (t) = \frac{J_{2} J_{2} i_{g}^{2} i_{g}}{J_{1} i_{g} c (J_{1} i_{g}^{2} + J_{2})} M (t)$
Dabei ist Δφ der Verdrehwinkel und t die Zeit. Ji ist die Summe der Massenträgheiten des Motors und der Antriebsseite des Triebstrangs. J₂ ist die Summe der Massenträgheiten der Abtriebsseite des Triebstrangs, die häufig näherungsweise der Massenträgheit des gesamten Kraftfahrzeugs entspricht. M ist das vom Motor ausgeübte Drehmoment. c ist die Steifigkeit des Triebstrangs, vorzugsweise ausschließlich der Antriebsseite des Triebstrangs. i_g ist die Übersetzung des Triebstrangs.
Aus dem gemäß dieser Formel errechneten Verdrehwinkel lässt sich die Entspannungsdrehzahl ermitteln.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Detektion des Leerspiels eine Regelung des vom Motor auf den Triebstrang ausgeübten Drehmoments auslösen. Die Regelung kann eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite und die Entspannungsdrehzahl verwenden.
Durch die Berücksichtigung der Entspannungsdrehzahl durch die Regelung kann der Effekt verringert werden, dass aus der Drehzahldifferenz, die von der Torsion des Triebstrangs verursacht ist, ein Eingriff der Regelung in die Steuerung der Drehzahl des Motors ausgelöst wird. Andernfalls würde die Regelung beispielsweise der Torsion des Triebstrangs entgegenwirken und somit eine möglichst zügige Kraftübertragung verzögern.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Dabei zeigt

1 eine schematische graphische Darstellung des Verlaufs unterschiedlicher Parameter bei der Durchführung eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung.

1 ist in drei Bereiche eingeteilt. Im ersten Bereich 103 befindet sich das Kraftfahrzeug im Schubmodus. Der Motor ist also über das Getriebe mit der anzutreibenden Achse verbunden. Der Motor übt jedoch kein antreibendes Drehmoment aus. Im dritten Bereich 105 befindet sich das Kraftfahrzeug im Zugbetrieb. Dies bedeutet, dass der Motor ein antreibendes Drehmoment auf den Triebstrang ausübt. Zwischen dem ersten Bereich 103 und dem dritten Bereich 105 befindet sich der zweite Bereich 104, in dem das Leerspiel überwunden wird.
Der Graph 100 stellt in 1 das eingestellte vom Motor zu übertragende Drehmoment dar. Dies wird durch eine Regelung zur Überwindung des Leerspiels während des Leerspiels zum Graph 101 korrigiert, um eine unerwünschte Ruckbewegung des Kraftfahrzeugs zu verringern oder zu vermeiden. Dabei wird auch eine Soll-Torsion des Antriebsstrangs berücksichtigt, damit die Regelung nicht einer Soll-Dynamik entgegenwirkt. Es wird lediglich gegen die unerwünschte Triebstrangschwingung geregelt, sodass eine relativ hohe Dynamik vorhanden ist. Außerdem erfolgt eine Korrektur 102, um Ruckbewegungen des Kraftfahrzeugs zu vermeiden.
Die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs ist durch Graph 106 dargestellt. Der Graph 107 stellt die Drehzahl der Antriebsseite des Triebstrangs dar. Der Graph 108 stellt den theoretischen Verlauf der Drehzahl der Antriebsseite des Triebstrangs ohne Leerspiel und Torsion dar.
Die Drehzahl der Antriebsseite weist zwei signifikante Anstiege 109a und 110 auf, die nicht komplett durch das vom Motor übertragene Drehmoment verursacht sind. Ein erster Anstieg 109a der Drehzahl der Antriebsseite ist durch die Torsion des Triebstrangs verursacht. Der zweite Anstieg 110 entsteht beim Durchlaufen des Leerspiels. Während das Leerspiel durchlaufen wird, wird die Torsion abgebaut.
Der Abbau des Verdrehwinkels und das Leerspiel überlagern sich also. Um den Beginn des Leerspiels möglichst präzise zu detektieren, muss die Drehzahl, welche sich aus der Entspannung des Triebstrangs ergibt, bei der Detektion des Leerspiels berücksichtigt werden. Der Anstieg 109a lässtsich somit für die Detektion des Leerspiels verwenden, da der Anstieg 109a die aktuelle Verspannung des Triebstrangs widerspiegelt. Dies ermöglicht eine relativ genaue Detektion des Leerspiels und erhöht die Robustheit und die Genauigkeit der Regelung.
Außerdem weist die Drehzahl der Antriebsseite einen dritten Anstieg 109b auf, der vom theoretischen Verlauf der Drehzahl abweicht. Die Ursache für den dritten Anstieg 109b ist - ähnlich wie beim ersten Anstieg 109a - die Torsion des Triebstrangs.

Claims

Verfahren zur Detektion eines Leerspiels in einem Triebstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen Motor und eine Achse umfasst, wobei der Motor dazu ausgebildet ist, die Achse über den Triebstrang anzutreiben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Ermittlung einer Torsion des Triebstrangs; - Ermittlung einer Entspannungsdrehzahl des Triebstrangs, die aus einer Entspannung der Torsion resultiert; - Detektion des Leerspiels unter Berücksichtigung der Entspannungsdrehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Entspannungsdrehzahl ein Drehmoment verwendet wird, das auf eine Kupplung des Getriebes wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebstrang ein Getriebe, eine Abtriebsseite und eine Antriebsseite umfasst, wobei der Motor über die Antriebsseite mit dem Getriebe verbunden ist, wobei das Getriebe über die Abtriebsseite mit der Achse verbunden ist, wobei das Leerspiel durch eine Differenz zwischen einem Gradienten einer Antriebsdrehzahl und einem Gradienten einer Abtriebsdrehzahl detektiert wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsdrehzahl ausschließlich für die Antriebsseite ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Entspannungsdrehzahl eine Massenträgheit, eine Steifigkeit und eine Dämpfung des Triebstrangs verwendet werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung und die Steifigkeit anhand des Triebstrangverhaltens bei Schwingungen ermittelt werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung und die Steifigkeit durch die Messung von Schwingungsamplituden und Periodendauer des Triebstrangs ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Entspannungsdrehzahl eine Triebstrangübersetzung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass. die Detektion des Leerspiels eine Regelung des vom Motor auf den Triebstrang ausgeübten Drehmoments auslöst, wobei die Regelung eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite und die Entspannungsdrehzahl des Triebstrangs verwendet.
Kraftfahrzeug, umfassend einen Motor, einen Triebstrang, eine Achse und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.