Verfahren zur Ansteuerung einer Kupplung sowie automatisiertes Schaltgetriebe Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Kupplung, insbesondere in einem automatisierten Schaltgetriebe eines Fahrzeugs sowie ein Getriebe, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe.

Kupplungen werden in Fahrzeugen zu Trennungs- und Verbindungsvorgängen zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe verwendet. Neben manuellen Getrieben und Automatikgetrieben gibt es ferner auch automatisierte Schaltgetriebe, bei denen ein Aktor die Kupplung betätigt. Der bei einer manuellen Schaltung durch einen geübten Fahrer durchgeführte

Kupplungsvorgang ist in Praxis bei einem automatisierten Schaltgetriebe jedoch schwer umzusetzen. Hierbei soll der Kupplungsvorgang möglichst schnell gehen, sodass eine Zugkraftunterbrechung nur kurz ist, gleichzeitig soll der

Kupplungsvorgang jedoch auch sanft und insbesondere auch ruckfrei sein. Aus der WO 90/01431 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung bekannt, bei der eine Steuereinrichtung für eine Kupplung einen Kupplungsvorgang ohne Kenntnis einer Kupplungsabtriebsdrehzahl durchführt. Statt der Kupplungsabtriebsdrehzahl wird basierend auf einer Abtriebsdrehzahl einer Brennkraftmaschine und einer Abtriebsdrehzahl eines Getriebes eine Schlupfermittlung basierend auf einer Gangübersetzung und einer

Getriebeabtriebsdrehzahl ermittelt. Dieses Verfahren ist jedoch für den Zweck der hier vorliegen Erfindung beabsichtigten kontinuierlichen Bestimmung des Kupplungsschlupfes zu ungenau und störungsbehaftet, da während des

Schaltvorgangs keine feste Gangübersetzung vorhanden ist.

Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Schlupf an einer Kupplung jederzeit exakt bestimmbar ist. Die Bestimmung des Schlupfes kann dabei unabhängig vom Vorliegen eines

Schaltvorgangs oder dergleichen zu jedem Zeitpunkt eines Betriebszustandes durchgeführt werden. Somit kann während bspw. eines Schaltvorgangs exakt ein Schlupf an einer Kupplung bestimmt werden, sodass bspw. gewünschte

Änderungen in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, z. B. beim Gangwechsel oder bei einem Wechsel einer Antriebsquelle, z. B. von einem Elektromotor zu einer Brennkraftmaschine oder dergleichen, exakte Ansteuerungen und eine damit zusammenhängende und beabsichtigte Fahrfunktion möglich sind.

Erfindungsgemäß kann somit insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe fast mit gleichem Komfort wie ein Automatikgetriebe betrieben werden, wobei jedoch eine deutliche Kostenreduktion im Vergleich zu einem Automatikgetriebe möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das

erfindungsgemäße Verfahren ein kontinuierliches Bestimmen einer Drehzahl für ein Kupplungseingangselement und für ein Kupplungsausgangselement durchführt. Somit kann der Schlupf zwischen dem Kupplungseingangselement und dem Kupplungsausgangselement exakt bestimmt werden. Der derart ermittelte Schlupf kann dann zur Ansteuerung der Kupplung verwendet werden, um eine vorbestimmte Fahrzeugfunktion zu realisieren. Auch kann der exakt ermittelte Schlupf bei anderen Steuerungsvorgängen des Fahrzeugs verwendet werden. Da der Schlupf der Kupplung durch die Bestimmung der

Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl der Kupplung exakt bestimmt werden kann, können vorbestimmte Fahrzeugfunktionen und Ansteuervorgänge exakt umgesetzt werden.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise erfolgt eine Einregelung des ermittelten Schlupfes auf einen vorbestimmten Sollschlupf der Kupplung, um die vorbestimmte Fahrzeugfunktion zu realisieren.

Vorzugsweise soll der ermittelte Kupplungsschlupf kontinuierlich einem

Kupplungssollschlupf folgen, der je nach gewünschter Fahrzeug- oder

Fahrfunktion in bestimmten Koordinationsfunktionen festgelegt wird. Bei der Bestimmung des Kupplungs-Sollschlupfes können neben Komfort-Aspekten weitere Kriterien, wie Einhaltung zulässiger Drehzahlbereiche des

Antriebsmotors oder, unter Berücksichtigung der Motordrehzahl und der aktuellen Gangstufe, eine definierte Abtriebsdrehzahl der Kupplung und damit eine Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmend sein. Als Beispiele für Fahrzeugoder Fahrfunktionen seien beispielhaft genannt:

Abwürgeschutz der Brennkraftmaschine, d.h., definierte Steigerung des Kupplungs-Sollschlupfes bei unzulässig niederen Motordrehzahlen;

und/oder

Überdrehzahlschutz der Brennkraftmaschine, d.h., definierte Vorgabe des Kupplungs-Sollschlupfes bei Überschreiten bestimmter Motordrehzahlen in Folge der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer falsch gewählten Gangstufe; und/oder

Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung bei Kriechfahrt durch abgestimmte Motordrehzahl- und Kupplungsschlupfvorgabe; und/oder

Anfahrfunktion durch abgestimmte Vorgabe des Kupplungsschlupfes und der Motordrehzahl; und/oder

Begrenzung der Fahrzeugantriebskraft durch Vorgabe von Motordrehzahl und Kupplungsschlupf, z. B. für ein Halten oder Anfahren des Fahrzeuges am Berg; und/oder

Schlupfbasierte Ein- und Auskuppelfunktion bei C0 ₂ -absenkenden

Fahrzeugbetriebsarten, wie z. B. Segeln, d.h., Trennung von

Brennkraftmaschine und Getriebe; und/oder

Komfortables Anfahren des Fahrzeugs durch Einhalten eines definierten Schlupfverlaufs; und/oder

Komfortable Ein- und Auskuppelvorgänge bei Wechsel eines Ganges.

Weiterhin bevorzugt wird basierend auf dem exakt ermittelten Schlupf der Kupplung eine Diagnose von Kupplungsbauteilen durchgeführt. Die Diagnose von Kupplungsbauteilen kann bspw. die Bestimmung eines Belagverschleißes der Kupplung, die Bestimmung eines Spiels der Kupplung oder dergleichen sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird vor einem Verwenden des erfindungsgemäß ermittelten Schlupfes basierend auf weiteren Parametern des Fahrzeugs eine Plausibilitätsprüfung des über die Kupplungseingangsdrehzahl und Kupplungsausgangsdrehzahl ermittelten Schlupfes vorgenommen. Derartige Parameter des Fahrzeugs sind bspw. Drehzahlen von Rädern und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Fahrzeugverzögerung und/oder weitere Parameter aus einem

Antiblockiersystem oder einem elektronischen Stabilitätsprogramm. So könnte z.B. das Überschreiten eines bestimmten Schlupfwertes bei nominell geschlossener Kupplung und einem bestimmten Motormoment auf verschlissene oder verölte Kupplungsbeläge hindeuten.

Besonders bevorzugt wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Verlustleistung an der Kupplung berechnet. Insbesondere kann dadurch auch eine resultierende Temperaturentwicklung an der Kupplung berechnet werden, sodass diese Informationen bspw. einem zentralen Motorsteuergerät zur Verfügung gestellt werden können. Insbesondere kann dadurch eine

Überbeanspruchung der Kupplung mit entsprechenden Schäden vermieden werden, indem bestimmte Fahrfunktion mit potenziell hohem

Verlustleistungseintrag in die Kupplung verboten werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird beim erfindungsgemäßen Verfahren alternativ oder zusätzlich ferner eine Temperatur der Kupplung direkt erfasst. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Temperatur- Schwellenwerts wird die vorbestimmte Fahrzeugfunktion unterbrochen.

Besonders bevorzugt wird die Kupplung dann ausgekuppelt, um Schäden durch zu hohe Temperaturen an der Kupplung zu vermeiden.

Weiter bevorzugt wird die Drehzahl am Kupplungseingangselement und am Kupplungsausgangselement jeweils mittels eines Sensors direkt oder durch jeweils einen gleichwertigen Sensor bestimmt.

Das Getriebe ist vorzugsweise ein automatisiertes Schaltgetriebe, bei dem eine Kupplungsbetätigung mittels eines Aktors, insbesondere eines elektrischen Stellmotors mit anschließender mechanischer oder hydraulischer Kraftkopplung durchgeführt wird.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe, welches zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das automatisierte

Schaltgetriebe weist dabei dieselben Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren auf. Das automatisierte Schaltgetriebe umfasst dabei eine Kupplung mit einem Kupplungseingangselement und einem Kupplungsausgangselement, einem ersten Sensor zur direkten Bestimmung einer Drehzahl des

Kupplungseingangselements und einem zweiten Sensor zur direkten

Bestimmung einer Drehzahl des Kupplungsausgangselements. Ferner ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche eingerichtet ist, einen Schlupf der Kupplung basierend auf den Drehzahlen des Kupplungseingangselements und des

Kupplungsausgangselements kontinuierlich zu bestimmen. Die Steuereinheit ist ferner derart eingerichtet, basierend auf dem so ermittelten Schlupf der

Kupplung, eine vorbestimmte Fahrzeugfunktion auszuführen. Die

vorbestimmten Fahrfunktionen wurden zuvor aufgezählt und zeichnen sich dadurch aus, dass dafür in einem Funktionskoordinator, z.B. Motorsteuergerät, und unter Berücksichtigung bestimmter Einflüsse definierte Verläufe eines Kupplungs-Sollschlupf vorbestimmt wurden. Über einen Regler, dem

vorzugsweise vorgesehenen elektrischen Stellmotor und einer Einrichtung zur Kraftübertragung an die Kupplung wird dann der vorgegeben Kupplungs-

Sollschlupf eingestellt, und damit die gewünschte Fahrfunktion ausgeführt.

Weiter bevorzugt umfasst das automatisierte Schaltgetriebe einen Aktor, insbesondere einen elektrischen Aktor, welcher eine Relativposition zwischen dem Kupplungseingangselement und dem Kupplungsausgangselement verändert. Der Aktor ist dabei vorzugsweise ein elektrischer Aktor, dessen elektrisch ausgeführte Änderung über geeignete, z. B. mechanische Weise auf die Kupplungsbetätigung übertragen wird. Die Übertragungen können z. B. durch eine Spindel, einen Bowdenzug, kinematische Einrichtungen oder hydraulisch erfolgen.

Weiter bevorzugt ist ein Temperatursensor an der Kupplung vorgesehen.

In dem Koordinator, z.B. Motorsteuergerät, zur Vorbestimmung des

Kupplungsschlupfes sind bevorzugt stets verschiedene Fahrzeugkenngrößen wie z. B. Motordrehzahl, aktuelle Motorlast, Fahrzeug-Sollgeschwindigkeit, Fahrzeug- Ist-Geschwindigkeit, modellierte Kupplungstemperatur, aktueller Gang und ggf. weitere Größen berücksichtigt. Außer dem Eingriff zur Einhaltung des

gewünschten Kupplungs-Sollschlupfes sind dann in dem Koordinator ggf. noch Eingriffe in die Motorsteuerung notwendig, um z. B. eine bestimmte Soll- oder

Mindestmotordrehzahl sicherzustellen, was dann wiederum zu einer notwendigen Anpassung des Sollschlupfes für die Kupplung führt. Das kontinuierliche und stetige Einhalten des geforderten Kupplungs-Sollschlupfes führt dann immer genau zur Erfüllung einer gewünschten Fahrzeugfunktion unter den jeweils berücksichtigten und ggf. eingestellten Randbedingungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter

Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der

Zeichnung sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen

Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines automatisierten

Schaltgetriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines alternativen

automatisierten Schaltgetriebes.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ein automatisiertes Schaltgetriebe 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst das automatisierte Schaltgetriebe 1 eine Kupplung 2, welche zwischen einer Brennkraftmaschine 3 und einem Getriebe 4 angeordnet ist. An der Kupplung 2 ist ein mechanischer Aktor 8 angeordnet, z.B. ein Spindeltrieb oder eine Seilzuganordnung. Der Aktor 8 wird mittels eines elektrischen Stellmotors 80, welcher entfernt von der Kupplung 2 angeordnet sein kann, angetrieben.

Das Getriebe 4 ist mit einem Achsgetriebe 5 oder einer Hinterachse verbunden.

Die Kupplung 2 umfasst ein Kupplungseingangselement 21 und ein

Kupplungsausgangselement 22, welche in Fig. 1 schematisch dargestellt sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Stellmotor 80 mit einer Kupplungssteuereinheit 6 verbunden. Die Kupplungssteuereinheit 6 steuert dabei einen Kupplungseingriff und/oder Kupplungsausgriff (Trennen der Kupplung). Wie weiter in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist am Kupplungseingangselement 21 ein erster Drehzahlsensor 1 1 angeordnet und am Kupplungsausgangselement ein zweiter Drehzahlsensor 12 angeordnet. Der erste Drehzahlsensor 1 1 kann somit direkt am Kupplungseingangselement 21 eine Eingangsdrehzahl ne bestimmen. Der zweite Drehzahlsensor 12 kann direkt am Kupplungsausgangselement 22 eine

Ausgangsdrehzahl na bestimmen. Die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl werden kontinuierlich bestimmt und werden einer Recheneinheit 7 zugeführt. Es sei ferner angemerkt, dass die Eingangsdrehzahl auch aus der Abtriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt werden kann.

Die Recheneinheit 7 ist eingerichtet, einen Schlupf der Kupplung 2 zu bestimmen. Hierzu kann bspw. ein Quotient zwischen Kupplungseingangsdrehzahl ne und

Kupplungsausgangsdrehzahl na bestimmt werden.

Der Ist-Schlupf der Kupplung 2 wird über eine Leitung 70 der Kupplungssteuereinheit 6 zugeführt. Der Kupplungssteuereinheit 6 wird ferner ein Soll-Schlupf über eine Leitung 91 von einer Untersteuereinheit 90 zugeführt. Die Untersteuereinheit 90 ist ein Steuerungselement, welchem ein vom Fahrer 10 gewünschter Fahrerwunsch, z. B. ein gewünschter Gangwechsel, und Parameter aus einer zentralen Motorsteuereinheit 9 zugeführt werden. Die Untersteuereinheit 10 bestimmt dadurch den Soll-Schlupf und führt diesen der Kupplungssteuereinheit 6 zu. Der Motorsteuereinheit 9 werden auch Parameter einer Drosselklappe 15 zugeführt.

Die Kupplungssteuereinheit 6 bestimmt dann basierend auf dem Ist-Schlupf der Kupplung und dem vorgegebenen Soll-Schlupf eine Schlupfregelung der Kupplung 2 durch Betätigung des Aktors 8.

Der Motorsteuereinheit 9 wird ferner über eine Datenleitung 92 ein Motorzustand der Brennkraftmaschine 3 zugeführt und insbesondere auch ein abgegebenes

Motordrehmoment zugeführt. Ferner wird über eine Datenleitung 93 ein

Getriebezustand des Getriebes 4 zur Motorsteuereinheit 9 zugeführt. Über eine Datenleitung 94 ist die Kupplungssteuereinheit 6 ferner auch mit der Motorsteuereinheit 9 verbunden, um einen Schlupfzustand der Kupplung der

Motorsteuereinheit 9 zuzuführen.

Erfindungsgemäß kann nun ein Schlupf der Kupplung 2, basierend auf den exakten Drehzahlen am Kupplungseingangselement 21 und am Kupplungsausgangselement 22 bestimmt werden. Dabei werden die Drehzahlen kontinuierlich ermittelt und somit kann erfindungsgemäß der Schlupf kontinuierlich bestimmt werden. Der Schlupf wird anschließend zur Ansteuerung der Kupplung 2 über die Kupplungssteuereinheit 6 verwendet, um eine vorbestimmte Fahrzeugfunktion zu realisieren. Die vorbestimmte Fahrzeugfunktion ist z. B. ein Halten eines Fahrzeugs an einer Steigung und/oder ein Anfahrvorgang an einer Steigung und/oder ein Fahren des Fahrzeugs mit sehr geringer Geschwindigkeit (Kriechgang) und/oder ein Abwürgeschutz und/oder ein

Überdrehzahlschutz und/oder ein vorbestimmter Kupplungsvorgang.

Weiterhin kann die kontinuierliche Bestimmung des Kupplungsschlupfes auch für eine Diagnose der Kupplung verwendet werden. Bspw. kann hierbei ein Verschleiß von Kupplungsbelägen oder ein Spiel der Kupplung oder dergleichen ermittelt werden.

Weiter bevorzugt ist an der Kupplung noch ein Temperatursensor 13 vorgesehen. Das Temperatursignal wird dabei ebenfalls der Kupplungssteuereinheit 6 zugeführt. Sollte die Temperatur an der Kupplung 2 zu hoch werden, kann die Kupplungssteuerung 6 bestimmen, dass keine vorbestimmten Fahrzeugfunktionen mehr ausgeführt werden, bis die Temperatur der Kupplung 2 wieder unterhalb eines vorbestimmten

Schwellenwerts gesunken ist. Die Temperatur kann zusätzlich oder alternativ auch aus einer aus der Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl berechneten Verlustleistung bestimmt werden.

Die Kupplungssteuereinheit 6, die Recheneinheit 7, die Motorsteuereinheit 8 und die Untersteuereinheit 90 sind bevorzugt in einem kompakten Motorsteuergerät 30 integriert.

Erfindungsgemäß kann somit durch die direkte und kontinuierliche Bestimmung der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl der Kupplung eine verbesserte

Ansteuerung eines Aktors 8 der Kupplung 2 ermöglicht werden. Dadurch wird es möglich, dass die erfindungsgemäße Kupplung in einem automatisierten

Schaltgetriebe verwendet wird, wobei eine Kupplungsfunktion sehr nahe an einer Kupplungsbetätigung durch einen geübten Fahrer herangeführt werden kann. Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung wird der Recheneinheit 7 neben der Eingangsdrehzahl ne und der Ausgangsdrehzahl na auch ein Motordrehmoment M zugeführt. Die Recheneinheit 7 ist eingerichtet, zum einen den Schlupf S basierend auf den kontinuierlich ermittelten Eingangsdrehzahlen ne und Ausgangsdrehzahlen na der Kupplung zu berechnen. Ferner wird der berechnete Schlupf zusammen mit einer oder beiden der Drehzahlen oder einer daraus gebildeten Drehzahl, bspw. einem Maximalwert oder einem Mittelwert oder dergleichen, und des effektiven von der Brennkraftmaschine 3 abgegebenen Motordrehmoments M zu einer Verlustleistung V berechnet. Basierend auf der errechneten Verlustleistung V ist die Recheneinheit 7 ferner eingerichtet, auch eine Temperatur T an der Kupplung 2 zu modellieren. Weiterhin ist die Recheneinheit 7 eingerichtet, auch ein Freigabesignal F zur Freigabe einer Kupplungsregelung, z. B. wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, auszugeben. Somit ist die Recheneinheit 7 eingerichtet, Freigabe- Bedingungen für eine Schlupfregelung zu bestimmen, welche dann für eine

vorbestimmte Fahrzeugfunktion, wie z. B. Halten eines Fahrzeugs an einer Steigung, Anfahren an der Steigung oder Fahren mit geringer Geschwindigkeit, verwendet werden kann. Ferner kann durch die Berechnung der Verlustleistung und/oder der Temperatur auch eine Diagnose der Kupplung 2 ermöglicht werden.

Die Erfindung wird besonders bevorzugt bei Kupplungen von automatisierten

Schaltgetrieben verwendet, wodurch eine kostengünstige Lösung für einen sehr komfortablen und an einen menschlichen Kupplungseingang angenäherten

Kupplungsvorgang bereitgestellt wird.