SE535504C2 - Metod och kopplingsaktuatorstyrenhet för styrning av momentöverföringen på en drivlina för ett fordon - Google Patents

Abstract

12 Sammanfattning Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) för styrning av momentöverföringen på en drivlina för ettfordon där ett drivande moment genereras av en drivenhet (4) och förmedlas nedströmsvia en utgående axel (6) från drivenheten till en kopplingsanordning (8) innefattande enkopplingsaktuator (10), vidare till en ingående axel (12) till en våxellåda (14), en utgåendekardanaxel (16) från våxellådan (14), via en differentialvåxel (18) till drivaxlama (20) förfordonets hjul (22). Kopplingsaktuatorstyrenheten (2) innefattar en beråkningsenhet (24)som år anpassad att beståmma en kopplingsaktuatorstyrsignal (26) som styr inkopplingenav kopplingsanordningen (8). Vidare år beråkningsenheten (24) anpassad att beråkna ettmaximalt vridmoment Tmax som år den största belastningen som drivlinan nedströmskopplingsanordningen (8) tål, att beståmma ett av kopplingsanordningen överförbartvridmomentet Tt, varvid Tt år mindre ån eller lika med nåmnda maximala vridmomentTmax, och att beståmma en kopplingsaktuatorstyrsignal (26) anpassad att inkopplakopplingsanordningen (8) så att det av kopplingsanordningen överförbara vridmomentetinte överskrider Tt, och påföra den beståmda kopplingsaktuatorstyrsignalen (26) tillkopplingsaktuatom (10) för att styra kopplingsaktuatom i beroende av den påfördasignalen (26). (Figur 1)

Description

l5 20 25 30 535 504 US-2002/0084129 avser en kopplingsanordning för ett fordon. Kopplingen kan påverkas i beroende av vilken belastning som fordonet utsätts för, t.ex. vid körning uppför eller nerför.

US-2004/0l43383 avser en metod för att styra och/eller justera ett vridmomentöverföringssystem för drivlinan av ett fordon. Kopplingsvridmomentet beräknas enligt ett startmotstånd för fordonet för att åstadkomma en strategi vid starten av fordonet. Enligt den beskrivna metoden modifieras strategin så att kopplingsvridmomentet anpassas till startsituationen.

Syftet med föreliggande uppfinning är att ange en metod och ett kopplingsaktuatorsystem som åstadkommer en förbättrad och säkrare överföring av vridmomentet på ett fordons drivlina så att risken for skador på denna väsentligt minskas.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan nämnda syften åstadkommes med uppfinningen definierad av de oberoende patentkraven.

Föredragna utföringsformer definieras av de beroende patentkraven.

Generellt kan föreliggande uppfinning sammanfattas som att inkopplingen av kopplingsanordningen styrs så att kopplingsanordningen begränsar det maximalt överförda vridmomentet med hänsyn taget till den belastning som drivlinan tål.

Enligt en utföringsform bestäms en kopplingsaktuatorstyrsignal genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingskrafien i kopplingsanordningen.

Enligt en arman utföringsform bestäms kopplingsaktuatorstyrsignalen genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingstiden för kopplingsanordningen. 10 15 20 25 30 535 504 3 Den maximala belastningen som drivlinan tål beror bland annat på vilken växel som ligger i, dimensioner för axlarna, växellådans uppbyggnad, differentialens uppbyggnad, mm.

Med hjälp av en styrd kopplingsaktuator, exempelvis en automatkopplingsaktuator, regleras kopplingen med hjälp av mjukvara till ett maximalt överfórbait moment, till exempel beroende på ilagd växel i växellådan, som exempelvis hindrar att man vid start där fordonet rullar mot färdriktningen, vrider av kardanaxeln eller annan svag länk i drivlinan, när kopplingen släpps upp och motorn med sitt stora tröghetsmoment skall retarderas.

Föreliggande uppfinning innebär alltså en momentbegränsning i kopplingen beroende på moment kommande ”nedströms” kopplingsanordningen.

En fördel med uppfinningen är att det i alla lägen är möjligt att ha kontroll på eventuella överlaster i drivlinan.

Speciellt avser uppfinningen en styrd kopplingsaktuator som ger ett överbelastningsskydd mot alltför höga moment som belastar drivlinan.

Kort ritningsbeskrivning Figur l visar ett förenklat blockschema som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 2 år en graf som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 3 år ett flödesschema som illustrerar föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsforrner av uppfinningen Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Termen kopplingsanordning används här för att beteckna en anordning som innefattar en koppling som kan vara inkopplad eller urkopplad och kan inta alla tillstånd från helt inkopplad till helt urkopplad, där kopplingen utgörs av exempelvis en fiiktionskoppling eller en lamellkoppling. 10 15 20 25 30 535 504 Kopplingsanordningen kan växla mellan olika driftstillstånd som påverkar förhållandet mellan roterande överföringskvantiteter. Speciellt utgör kopplingsanordníngen en del av överföringssysternet och kan urkopplas så att den ingående axeln till, och den utgående axeln från, kopplingsanordníngen väsentligen är bortkopplade från varandra. Dessutom kan kopplingsanordníngen växla till att vara helt inkopplad så att, när en växel är inkopplad, den ingående axeln är kopplad till den utgående axeln. Kopplingsanordningen är utformad så att den kan befinna sig i driflstillstånd då den överför en förutbestämd mängd av vridmomentet genom kopplingsanordníngen.

Kopplingsanordningen omfattar en kopplingsaktuator som styr inkopplingen av kopplingsanordníngen i beroende av en kopplingsaktuatorstyrsignal som genereras av en kopplingsaktuatorstyrenhet.

Figur 1 visar en schematisk bild av ett fordon där föreliggande uppfinning tillämpas.

I figur 1 visas en kopplingsaktuatorstyrenhet 2 för styming av momentöverföringen på en drivlina för fordonet där ett drivande moment genereras av en drivenhet 4, till exempel en elmaskin eller en förbränníngsmotor, och fönnedlas nedströms via en utgående axel 6 från drivenheten till en kopplingsanordning 8 innefattande en kopplingsaktuator 10. Det drivande momentet förmedlas vidare till en ingående axel 12 till en växellåda 14, en utgående kardanaxel 16 från växellådan 14, via en differentialväxel 18 till drivaxlarna 20 för fordonets hjul 22. Kopplingsaktxratorstyrerilieten 2 innefattar en beräkningsenhet 24 som är anpassad att bestämma en kopplingsaktuatorstyrsignal 26 som styr inkopplingen av kopplingsanordníngen 8.

Naturligtvis är föreliggande uppfinning tillämpbar för andra typer av drivlinor än den som exemplifierats ovan.

Enligt uppfinningen är beräkningsenheten 24 anpassad att beräkna ett maximalt vridmoment Tum som är den största belastningen som drivlinan nedströms kopplingsanordníngen 8 tål, och att bestämma ett av kopplingsanordníngen överförbart 10 15 20 25 30 535 504 5 vridmomentet T,, där T, är mindre än eller lika med nämnda maximala vridmoment Tmx.

Beräkningsenheten 24 är vidare anpassad att bestämma en kopplingsaktuatorstyrsignal 26 anpassad att inkoppla kopplingsanordningen 8 så att det vridmoment som överförs av kopplingsanordningen maximalt belastar drivlinan nedströms kopplingsanordningen med T,. Den bestämda kopplingsaktuatorstyrsignalen 26 påförs sedan kopplingsaktuatom 10 för att styra kopplingsaktuatorn i beroende av den påförda signalen 26.

Enligt en utföringsfonn bestäms kopplingsaktuatorstyrsígnalen genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingskrafien i kopplingsanordningen.

Detta kan ske genom att bestämma hur hårt kopplingslarnellen klärns fast mellan kopplingslocket och kopplingsmanövreringen.

Enligt en annan utiöringsform bestäms kopplingsaktuatorstyrsignalen genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingstiden för kopplingsanordningen. lnkopplingstiden, eller slimingstiden, är tiden från att kopplingen går från helt frikopplad till helt inkopplad och har typiskt värden inom intervallet 0,05 - 1 sekund, och företrädesvis 0,05 - 0,5 sekund.

Här beräknas den kortast möjliga slimingstiden som krävs för att det överförda vridmomentet inte skall överstiga TI.

Dessa båda utföringsformer kan, inom ramen för föreliggande uppfinning, kombineras genom att kopplingsaktuatorstyrsignalen bestäms genom att utnyttja både parametrar relaterade till inkopplingskraflen i kopplingsanordningen och parametrar relaterade till inkopplingstiden för kopplingsanordningen.

Enligt en föredragen utföringsform beräknas Tmax av beräkningsenheten 24 baserat på nuvarande belastningstillstând för drivlinan. Dessa beror bland annat på nuvarande växel i växellådan och utväxlingsfórhållandet för differentialväxeln. För att genomföra dessa beräkningar är styrenheten 2 anpassad att mottaga en eller flera sensorsignaler 28 från sensorer anpassade att avkänna belastningstillstånd för drivlinan nedströms kopplingsanordningen, och att Tma, beräknas med hjälp av dessa signaler. Dessa signaler l0 15 20 25 30 535 504 6 utgörs bland annat av en eller flera av signaler som genererats i beroende av uppmätt rotation för axlama 12, 16 och 20. Dessutom, enligt en uttöringsform, tas vid beräkningen av Tm, hänsyn till hällfasthetsparainetrar tör axlarna nedströms kopplingsanordningen.

Tma, finns bestämt fór respektive komponent i drivlinan, och är bland annat beroende av vald växel. Vald växel detekteras på lämpligt sätt genom givare i växellådan eller i anslutning till växelspaken.

Chocklasten Tch som uppstår vid en hastigt uppsläppt koppling beräknas utifrån tröghetsmornenten pä motom och varvtalet fore kopplingssläppet resp. varvtalet efteråt, samt den tid som varvtalsförändringen tar, dvs. hur effektiv kopplingen är. Förenklat kan chocklasten uttryckas med formeln Tch = J (wf- oae)/t. J är tröghetsmomentet framför lamellen, dvs. omfattar motom och kopplingslocket, (of är motorvarvtalet fór motom före kopplingen inkopplats, me är motorvarvtalet efier kopplingen inkopplats och t är tiden för inkoppling.

Varvtalet fore (mi) gär att mäta upp och är lika med aktuellt motorvarv, medan varvtalet efter kopplingsuppsläpp (me) beräknas utifrån fordonshastighet och totalutväxling i drivlinan.

Om Tch överstiger Tm tör aktuell växel så regleras kopplingen till T , så att momentet inte överskrider detta.

När det beräknade maximala momentet beräknats bestäms vridmoment Tt enligt T, = Tm, - AT, där AT är en förutbestämd säkerhetsmarginal som är beroende av TmkFöreträdesvis ligger den förutbestämda säkerhetsmarginalen AT i intervallet 10-30% av Tmax.

Figur 2 visar en graf som schematiskt illustrerar vrídmomentet som drivlinan utsätts för exempelvis i en situation då fordonet skall starta i backe och rullar baklänges då kopplingen ansätts. 10 15 20 25 30 535 504 7 Vridmomentet är väsentligen noll då kopplingsanordningen är helt fiikopplad. En kraftig ökning av vridmomentet, en momentspik, kan iakttas då kopplingen kopplas in och denna utsätter drivlinan fór stora påfrestningar. Efter momentspiken lägger sig vridmomentet som överförs av drivlinan på en annan konstant nivå, dvs. drivenheten driver nu drivlinan.

I figuren visas vridmomentet på y-axeln och tiden på x-axeln. Tum och T , har inritats i figuren. Genom att momentspikens maximala amplitud begränsas minskar, enligt uppfinningen, belastningen på drivlinan.

I samma graf visas även varvtalet (streckad linje) i varv per minut (rpm) för motoraxeln.

Vid frikopplad motor ligger varvtalet på en högre nivå fór att sedan i samband med inkopplingen sjunker varvtalet fór att sedan stiga då kopplingen kopplats in.

Föreliggande uppfinning är tillämpbar både för en automatkoppling och för en manuell kopplingsanordning med elektrisk överföring av styrsignaler till kopplingsaktuatom, så kallad ”clutch by wire”.

Uppfinningen omfattar även en metod fór styrning av momentöverföringen på en drivlina för ett fordon där ett drivande moment genereras av en drivenhet och fönnedlas nedströms via en utgående axel från drivenheten till en kopplingsanordning.

Det drivande momentet förrnedlas vidare till en ingående axel till en växellåda, en utgående kardanaxel från växellådan, via en differentialväxel till drivaxlama för fordonets hjul. Drivlinans ingående delar och funktion har beskrivits ovan i anslutning till figur 1.

Metoden enligt uppfinningen illustreras schematiskt av flödesschemat i fi gur 3 och omfattar att: A) beräkna ett maximalt vridmoment Tm, som är den största belastningen som drivlinan nedströms kopplingsanordnin gen tål, B) bestämma ett av kopplingsanordningen överfórbart vridmomentet T,, varvid T, är mindre än eller lika med Tmax, C) bestämma en kopplingsaktuatorstyrsignal anpassad att inkoppla kopplingsanordningen så att det vridmoment som överförs av kopplingsanordningen 10 15 20 535 504 8 maximalt belastar drivlinan nedströms kopplingsanordningen med T,, och D) styra kopplingsaktuatom med den bestämda kopplingsaktuatorstyrsignalen.

Enligt en utföringsform bestäms, i steg C, kopplingsaktuatorstyrsignalen genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingskraften i kopplingsanordningen.

Enligt en annan utföringsform bestäms, i steg C, kopplingsaktuatorstyrsigrxalen genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingstiden för kopplingsanordningen.

Enligt en föredragen utföringsfonn beräknas TW i steg A baserat på nuvarande belastningstillstånd för drivlinan. Vid beräkningen av Tma, kan denna även baseras på nuvarande växel i växellådan och utväxlingsförhâllandet för differentialväxeln. Dessutom kan hänsyn tagas till hållfasthetsparametrar fór axlama nedströms kopplingsanordningen.

När Tmm. beräknats kan T, beräknas enligt T, = TM - AT, där AT är en förutbestämd säkerhetsmarginal som är beroende av Tmax. Exempelvis kan AT ligga i intervallet 10-30% av Tmax.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan beskrivna föredragna utföringsforrner.

Olika altemativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utföringsfonner skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfäng vilket definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (19)

10 15 20 25 30 535 504 Patentkrav

1. Metod för styrning av momentövertöringen på en drivlina för ett fordon där ett drivande moment genereras av en drivenhet (4) och förmedlas nedströms via en utgående axel (6) från drivenheten (4) till en kopplingsanordning (8), vidare till en ingående axel (12) till en växellåda (14), en utgående kardanaxel (16) från växellådan (14), via en differentialväxel (18) till drivaxlarna(20) för fordonets hjul (22), k ä n n e t e c k n a d a v att metoden omfattar att: A) beräkna ett maximalt vridmoment Tm som är den största belastningen som drivlinan nedströms kopplingsanordningen (8) tål, B) beräkna ett av kopplingsanordningen (8)övertörbart vridmomentet T,, varvid T, är mindre än eller lika med TW, C) bestämma en kopplingsaktuatorstyrsignal (26) anpassad att inkoppla kopplingsanordningen (8) så att det vridmoment som överförs av kopplingsanordningen (8) maximalt belastar drivlinan nedströms kopplingsanordningen (8) med T., och att D) styra kopplingsaktuatorn (10) med den bestämda kopplingsaktuatorstyrsignalen (26).

2. Metod enligt krav 1, varvid i steg C kopplingsaktuatorstyrsignalen (26) bestäms genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingskrafien i kopplingsanordningen (8).

3. Metod enligt krav 1 eller 2, varvid i steg C kopplingsaktuatorstyrsignalen (26) bestäms genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingstiden för kopplingsanordningen (8).

4. Metod enligt något av kraven 1-3, varvid i steg A beräknas Tma, baserat på nuvarande belastningstillstånd fór drivlinan.

5. Metod enligt något av kraven 1-4, varvid i steg A beräknas Tmax baserat på nuvarande växel i växellådan (14) och utväxlingsíörhållandet fór differentialväxeln (18). 10 15 20 25 30 535 504 10

6. Metod enligt krav 5, varvid i steg A beräknas Tmax dessutom baserat på hållfasthetsparainetrar för axlarna nedströms kopplingsanordningen.

7. Metod enligt något av kraven 1-6, varvid T, = Tmax - AT, där AT är en förutbestämd säkerhetsmarginal som är beroende av Tum.

8. Metod enligt krav 7, van/id T, = Tma, - AT, där AT är en förutbestämd säkerhetsmarginal som liggeri intervallet 10-30% av TM.

9. En kopplingsaktuatorstyrenhet (2) fór styrning av momentöverföringen på en drivlina för ett fordon där ett drivande moment genereras av en drivenhet (4) och förmedlas nedströms via en utgående axel (6) från drivenheten till en kopplingsanordning (8) innefattande en kopplíngsaktuator (10), vidare till en ingående axel (12) till en växellåda (14), en utgående kardanaxel (16) från växellådan (14), via en differentialväxel (18) till drivaxlarna (20) för fordonets hjul (22), kopplingsaktuatorstyrenheten (2) innefattar en beräkningsenhet (24) som är anpassad att bestämma en kopplingsaktuatorstyrsignal (26) som styr inkopplingen av kopplingsanordningen (8), kännetecknad av att beräkningsenheten (24) är anpassad att beräkna ett maximalt vridmoment TM, som är den största belastningen som drivlinan nedströms kopplingsanordningen (8) tål, att beräkna ett av kopplingsanordningen (8) överförbart vridmomentet T,, varvid T, är mindre än eller lika med nämnda maximala vridmoment Tmax, och att bestämma en kopplingsaktuatorstyrsigiral (26) anpassad att inkoppla kopp1ingsanordningen(8) så att det vridmoment som överförs av kopplingsanordningen maximalt belastar drivlinan nedströms kopplingsanordningen med Tt, och påföra den bestämda kopplingsaktuatorstyrsignalen (26) till kopplingsaktuatom (10) för att styra kopplingsaktuatom (10) i beroende av den påförda signalen (26).

10. Kopplingsaktuatorstyrenhet enligt krav 9, varvid kopplingsaktuatorstyrsignalen bestäms genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingskraften i kopp1ingsanordningen(8). 10 15 20 25 30 535 504 11

11. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt krav 9 eller 10, varvid kopplingsaktuatorstyrsignalen (26) bestäms genom att utnyttja en eller flera parametrar relaterade till inkopplingstiden fór kopplingsanordningen (8).

12. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-11, varvid Tma, beräknas baserat på nuvarande belastningstillstånd för drivlinan.

13. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-12, varvid Tmax beräknas baserat på nuvarande växel i växellådan (14) och utväxlingsfórhållandet fór differentialväxeln (18).

14. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-13, varvid styrenheten är anpassad att mottaga en eller flera sensorsignaler (28) från sensorer anpassade att avkänna belastningstillstånd för drivlinan nedströms kopplingsanordningen (8), och att Tmax beräknas med hjälp av dessa signaler.

15. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-14, varvid Tma, beräknas baserat på hållfasthetspararnetrar for axlarna nedströms kopplingsanordningen (3)-

16. l6. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-15, varvid T, = Tmax - AT, där AT är en förutbestämd säkerhetsmarginal som är beroende av Tmx.

17. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-16, varvid T, = Tmax - AT, där AT är en förutbestämd säkerhetsmarginal som ligger i intervallet 10-30% av Tmax.

18. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-17, varvid nämnda kopplingsanordning (8) är en automatkoppling.

19. Kopplingsaktuatorstyrenhet (2) enligt något av kraven 9-17, varvid nämnda kopplingsanordning (8) är en manuell kopplingsanordning med elektrisk överföring (”c1utch by wire”).