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Title:
METHOD FOR CONTROLLING A CLUTCH ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/174676
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling a clutch actuator, comprising a clutch cylinder piston of a clutch cylinder, which clutch cylinder piston moves an actuation element of a friction clutch along an actuation path (s), and comprising a hydraulic pump, which actuates the clutch cylinder piston by means of a pressure medium pumped along a hydrostatic path and which is operated by means of an electric motor. In order to determine an actuation state of the friction clutch, the operating state along the actuation path (s) is estimated by means of a pressure medium volumetric flow rate (i(d)) produced by the pump and by means of a leakage volumetric flow rate (i(l)) of the pump.

Inventors:
EBERLE, Christian (Südhangweg 6, Bühl, 77815, DE)
BEIER, Henrik (Bahnhofstraße 1, Karlsruhe, 76137, DE)
Application Number:
DE2019/100224
Publication Date:
September 19, 2019
Filing Date:
March 13, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
F16D48/06; F16D48/02
Domestic Patent References:
WO1995026472A11995-10-05
WO2015120846A12015-08-20
Foreign References:
DE102015204383A12016-09-15
DE102005013137A12006-09-28
JP2001317624A2001-11-16
DE102010047800A12011-05-05
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Kupplungsaktors mit einem ein Betätigungsele- ment einer Reibungskupplung entlang eines Betätigungswegs (s) verlagernden Kupplungszylinderkolbens eines Kupplungszylinders und einer den Kupplungs- zylinderkolben mittels eines über eine hydrostatische Strecke gepumpten Druckmittels betätigenden hydraulischen, mittels eines Elektromotors betriebe- nen Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebszustand der Reibungs- kupplung entlang des Betätigungswegs (s) mittels eines von der Pumpe er- zeugten Druckmittelvolumenstroms (i(d)) und eines Leckagevolumenstroms (i(l)) der Pumpe abgeschätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelvo- lumenstrom (i(d)) anhand eines Drehwinkels des Elektromotors und einem kon- stanten geometrischen Pumpenfaktor (f(p)) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Leckagevolumenstrom (i(l)) über die Zeit bildende Leckagerate (i(l)/dt) abhän- gig von einem in der hydrostatischen Strecke anliegenden Pumpdruck (p(m)) ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpdruck (p(m)) mittels eines Drucksensors ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lecka- gerate (i(l)/dt) laufend adaptiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption der Leckagerate (i(l)/dt) abhängig von einem tatsächlich erfassten Pumpdruck (p(m)) und einem geschätzten Pumpdruck (p(s)) vorgesehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckabwei- chung des erfassten Pumpdrucks (p(m)) von dem geschätzten Pumpdruck (p(s)) abhängig von einer Kupplungskennlinie der Betätigungskraft über einen geschätzten Betätigungsweg ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelvolumenstrom (i(p)) laufend adaptiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelvolumenstrom (i(d)) und der Leckagevolumenstrom (i(l)) in einer gemeinsamen Modellstruktur (3) adaptiert werden.

10. Kupplungsaktor mit einem Kupplungszylinder und einer diesen über eine hyd- rostatische Strecke beaufschlagenden, elektrisch angetriebenen Pumpe und einem den Kupplungsaktor steuernden Steuergerät mit einer das Verfahren der Ansprüche 1 bis 9 abbildenden, in dem Steuergerät gespeicherten Software.

Description:
Verfahren zur Steuerung eines Kupplunqsaktors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kupplungsaktors mit einem ein Betätigungselement einer Reibungskupplung entlang eines Betätigungswegs ver- lagernden Kupplungszylinderkolbens eines Kupplungszylinders und einer den Kupp- lungszylinderkolben mittels eines über eine hydrostatische Strecke gepumpten Druckmittels betätigenden hydraulischen, mittels eines Elektromotors betriebenen Pumpe.

Kupplungsaktoren dienen der automatisierten Betätigung von Reibungskupplungen insbesondere in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, um beispielsweise eine Brennkraftmaschine von einem Getriebe zu trennen beziehungsweise diese reib- schlüssig zu verbinden. Hierzu sind Kupplungsaktoren bekannt, bei denen die Rei- bungskupplung entlang eines Betätigungswegs betätigt wird, indem ein Kupplungszy- linderkolben ein Betätigungselement, beispielsweise eine Tellerfeder oder Hebelele- mente entlang des Betätigungselements beaufschlagt. Der hierfür notwendige Sys- temdruck zur Verlagerung des Kupplungszylinderkolbens wird wie aus der Druck- schrift DE 10 2010 047 800 A1 bekannt mittels eines hydrostatischen Kupplungsak- tors bereitgestellt. Hierbei verlagert ein Elektromotor einen Geberzylinderkolben, der über eine hydrostatische Strecke den Kupplungszylinder beaufschlagt, so dass ein Weg des Geberzylinderkolbens beziehungsweise ein Drehwinkel eines Rotors des Elektromotors bei Kenntnis der Getriebeübersetzung zwischen Rotor und Geberzylin- derkolben über die hydrostatische Strecke dem Betätigungsweg der Reibungskupp- lung zugeordnet werden kann. Über eine Kupplungskennlinie kann dem zugeordneten Betätigungsweg ein über die Reibungskupplung übertragenes Drehmoment zugeord- net werden. Aus der Druckschrift WO 95/26472 A1 ist ein Kupplungsaktor bekannt, bei dem der Kupplungszylinderkolben mittels einer hydraulischen Pumpe beaufschlagt wird, wobei zwischen der Pumpe und dem Kupplungszylinder zumindest ein hydraulisches Ventil zur Steuerung des Volumenstroms des Druckmittels vorgesehen ist. Der Betäti- gungsweg wird mittels eines separaten Sensormittels erfasst.

Aus der Druckschrift WO 2015/120846 A1 ist ein Kupplungsaktor bekannt, bei dem ein die Reibungskupplung entlang eines Betätigungswegs betätigender Kupplungszy- linder direkt und ohne Zwischenschaltung von Ventilen mit Druckmittel einer elektrisch angetriebenen Pumpe beaufschlagt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Steuerung einer Reibungskupplung mittels eines Kupplungsaktors mit einem Kupplungszylinder, wel- cher direkt mit Druckmittel einer elektrisch angetriebenen Pumpe versorgt wird. Insbe- sondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Kupplungsaktors vorzuschlagen, wobei eine Abschätzung des Betriebszustands der Reibungskupplung ohne zusätzliche Sensorelemente zur Erfassung des Betätigungs- wegs ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem ab- hängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.

Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung eines Kupplungsaktors mit einem Kupplungszylinder, dessen Kupplungszylinderkolben ein Betätigungselement einer Reibungskupplung, beispielsweise eine Tellerfeder, zumindest ein Hebelelement oder eine Hebelfeder entlang eines Betätigungswegs verlagert. Der Kupplungszylinderkol- ben wird mittels einer Druckmittel fördernden hydraulischen Pumpe direkt und abhän- gig von deren Fördervolumen verlagert. Hierzu ist zwischen der Pumpe und dem Kupplungszylinder eine hydrostatische Strecke ausgebildet. Die Pumpe wird von ei- nem Elektromotor angetrieben. Die Pumpe kann beispielsweise als Zahnradpumpe, als Drehflügelpumpe oder dergleichen ausgebildet sein. Zur Ermittlung des Betriebs- zustands der Reibungskupplung ohne den Betätigungsweg erfassenden Wegsensor wird der Betriebszustand entlang des Betätigungswegs mittels eines von der Pumpe erzeugten Druckmittelvolumens und eines Leckagevolumens der Pumpe abgeschätzt. Der auf diese Weise abgeschätzte Betriebszustand wird aus einer Zuordnung der ge- ometrischen Verhältnisse des variablen Arbeitsvolumens des Kupplungsnehmerzylin- ders und einem diesem variablen Arbeitsvolumen zugeordneten Betätigungsweg ab- geleitet, wobei ein über die Reibungskupplung übertragbares Drehmoment abhängig von dem Betätigungsweg und laufend adaptierten Größen der Reibungskupplung, beispielsweise deren Reibwert und konstanten Größen beispielsweise der Reibfläche der Reibungskupplung anhand einer Kupplungskennlinie des übertragbaren Drehmo- ments über den Betätigungsweg ermittelt wird.

Das Druckmittelvolumen wird anhand einer von der Fördermenge der Pumpe abhän- gigen Größe ermittelt. In bevorzugter Weise wird das Druckmittelvolumen anhand ei- nes Drehwinkels des Elektromotors und einem konstanten geometrischen Pumpen- faktor ermittelt. Hierbei wird der Drehwinkel des Elektromotors in bevorzugter Weise anhand der erfassten Drehwinkelsignale eines elektronisch kommutierten Elektromo- tors ermittelt. Hierbei können die Signale mehrerer, digitale und/oder analoge Signale ausgebender Hallsensoren ausgewertet werden, so dass über mehrere Rotorumdre- hungen des Elektromotors ausreichend hohe Winkelauflösungen und damit Wegun- terschiede des Betätigungswegs von ausreichender Auflösung erzielt werden können, die ihrerseits anhand der Kupplungskennlinie ausreichend genaue Ermittlungen des über die Reibungskupplung übertragbaren Drehmoments liefern. ln die Gesamtleistung des Elektromotors geht neben dem Druckmittelvolumen auch das Leckagevolumen der Pumpe ein, so dass für den Anteil des Leckagevolumens ei- ne Korrekturgröße des Druckmittelvolumens vorgesehen wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird hierzu eine das Le- ckagevolumen über die Zeit bildende Leckagerate abhängig von einem in der hydro- statischen Strecke anliegenden Pumpdruck ermittelt. Da die Leckagerate neben dem Pumpdruck von der Viskosität des Druckmittels abhängig ist, kann zudem die Tempe- ratur des Druckmittels berücksichtigt werden. Hierzu kann ein Temperatursensor in der hydrostatischen Strecke ausgewertet und/oder ein entsprechendes Temperatur- modell unter Auswertung eines nicht in der hydrostatischen Strecke vorhandenen Temperatursensors vorgesehen werden.

Der Pumpdruck wird mittels eines Drucksensors in der hydrostatischen Strecke ermit- telt. Beispielsweise kann der Drucksensor direkt am Ausgang der Pumpe, in einer Druckleitung der hydrostatischen Strecke oder in dem Kupplungszylinder vorgesehen sein.

Aufgrund der sich möglicherweise in kurzen Zeitintervallen ändernden Leckagerate kann diese laufend adaptiert werden. Eine derartige Adaption der Leckagerate kann abhängig von einem tatsächlich erfassten Pumpdruck und einem erwarteten Pump- druck vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Druckabweichung des erfassten Pumpdrucks von dem erwarteten Pumpdruck abhängig von einer Kupplungskennlinie der Betätigungskraft über einen geschätzten Betätigungsweg ermittelt werden.

Zusätzlich kann das Druckmittelvolumen laufend adaptiert werden. Beispielsweise können derartige Adaptionsvorgänge Änderungen, beispielsweise temperatur- und/oder betriebsdauerbedingte Änderungen der Bauteile der Reibungskupplung wie beispielsweise Setzvorgänge, Reibbelagsverschleiß, Nachstellvorgänge einer selbst- nachstellenden Reibungskupplung, Änderungen des Kupplungszylinders und/oder der hydrostatischen Strecke kompensieren.

Von der Erfindung ist ebenfalls ein Kupplungsaktor mit einem Kupplungszylinder und einer diesen über eine hydrostatische Strecke beaufschlagenden, elektrisch angetrie- benen Pumpe und einem den Kupplungsaktor steuernden Steuergerät umfasst, wobei in dem Steuergerät eine Software abgespeichert ist, in welcher das vorgeschlagene Verfahren implementiert ist.

Mit anderen Worten enthält die Erfindung ein Softwaremodell, welches den Betäti- gungsweg einer zugedrückten oder bevorzugt aufgedrückten Reibungskupplung be- ziehungsweise eines Kupplungszylinders (CSC) wie Kupplungseinrück- oder Kupp- lungsausrückzylinders und damit den Betätigungszustand der Reibungskupplung schätzt.

Gemäß nachfolgendem Ausführungsbeispiel ist der Betätigungsweg des Kupplungs- zylinders proportional zu dessen aufgenommenem Hydraulikflüssigkeitsvolumen. Das aufgenommene Hydraulikvolumen ist dabei die Differenz aus gepumptem Volu- men, nämlich dem Druckmittelvolumen und durch Leckage verloren gegangenen Vo- lumen, nämlich dem Leckagevolumen.

Das gepumpte Volumen ist proportional zum Drehwinkel des die Pumpe antreibenden Elektromotors. Dieser muss mit einem konstanten Faktor, welcher sich aus der Pum- pengeometrie ermitteln lässt, multipliziert werden.

Das durch Leckage verloren gegangene Volumen ist proportional zum anliegenden und gemessenen Pumpendruck. Der gemessene Pumpendruck muss hierbei mit der adaptierten Leckagerate multipliziert werden um das durch Leckage verloren gegan- gene Volumen zu erhalten. Die Leckagerate ist ein Faktor, der die Undichtigkeit der Pumpe beschreibt. Dieser ist nicht konstant. Um die Leckagerate möglichst genau zu schätzen, müssen ihre Ände- rungen adaptiert und soweit möglich kompensiert werden.

Die Adaption der Leckagerate erfolgt aufgrund der Druckabweichung zwischen einem aktuellen Pumpendruck und einem geschätzten Pumpendruck, welcher aus dem ge- schätzten Ausrückweg und der Kupplungskennlinie ermittelt wird.

Der Grundgedanke lautet, wenn der Ausrückweg richtig geschätzt ist, dann stimmen realer und geschätzter Druck überein. Ist dies nicht der Fall, führt die Druckabwei- chung zu einer Modellkorrektur.

Die Modellkorrektur, welche bei Druckabweichungen von realem und geschätztem Druck stattfindet, beinhaltet sowohl einen Term der die adaptierte Leckagerate verän- dert, als auch einen Term der das geschätzte aufgenommene Hydraulikflüssigvolu- men des CSC korrigiert.

Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbei- spiels näher erläutert. Diese zeigt ein Prinzipschaltbild eines Verfahrens zur Steue- rung eines Kupplungsaktors zur Schätzung eines Betriebszustands der Reibungs- kupplung:

Das Prinzipschaltbild 1 zeigt die Schätzung des Betätigungswegs s eines Kupplungs- zylinderkolbens eines Kupplungsaktors, wobei der Kupplungszylinderkolben mittels einer von einem Elektromotor betriebenen, Druckmittel fördernden Pumpe über eine hydrostatische Strecke betätigt wird. Anhand der Eingangsgrößen der beispielsweise aus einer Drehwinkelerfassung des Rotors des die Pumpe antreibenden Elektromo- tors ermittelten Drehzahl n der Pumpe und des aktuellen, gemessenen Pumpdrucks p(m) in der hydrostatischen Strecke wird der Betätigungsweg s ermittelt und mittels der Modellstruktur 3 adaptiert. Hierzu wird aus der Drehzahl n und dem im Wesentlichen konstanten Pumpenfaktor f(p), der die geometrischen Verhältnisse der Pumpe wiedergibt in Block 2 durch Multi- plikation der Druckmittelvolumenstrom i(d) ermittelt, der das Druckmittelvolumen zur Betätigung eines Kupplungszylinders und einen daraus resultierenden Betätigungs- wegs erzeugt.

Zur Berücksichtigung der Leckage der Pumpe wird der das Leckagevolumen erzeu- gende Leckagevolumenstrom i(l) ermittelt. Dieser wird aus dem aktuell gemessenen Pumpdruck p(m) und der in der Modellstruktur 3 ermittelten, adaptierten Leckagerate i(l)/dt ermittelt, die in Block 5 multiplikativ zusammengeführt werden.

Aus der Modellstruktur 3 wird zudem ein adaptierter Korrekturfaktor f(p) für den Druckmittelvolumenstrom i(d) ermittelt. In Block 4 werden der Druckmittelvolumen- strom i(d), die Leckagerate i(l)/dt und der Druckmittelkorrekturfaktor f(d) für jeweils ein vorgegebenes Zeitintervall, beispielsweise ein oder mehrere Interrupts zusammenge- führt. In dem Integrator 6 wird der Gesamtvolumenstrom i(g) über eine vorgegebene Zeit von vorgegebenen Interrupts integriert und gegebenenfalls gefiltert und gemittelt. Das in dem Integrator 6 aus dem Leckagevolumen und dem Druckmittelvolumen ge- wonnene Gesamtvolumen V(g) wird in dem Berechnungsterm 7 unter Verwendung der geometrischen Eigenschaften des Kupplungszylinders in den Betätigungsweg s des Kupplungszylinderkolbens beziehungsweise das Betätigungselement der Rei- bungskupplung umgerechnet.

Die Modellstruktur 3 verwendet den aktuell eingestellten Betätigungsweg s und wan- delt diesen in dem Block 8 anhand eines dem realen Kupplungsaktor naschgebildeten Modells in einen geschätzten Pumpdruck p(s) um, der in Block 9 um einen Interrupt verzögert wird. In Block 9 wird von dem aktuell gemessenen Pumpdruck p(m) der ver- zögerte geschätzte Pumpdruck p(s,del) abgezogen und ein Pumpdruckfehler p(err) ermittelt. Aus diesem Pumpdruckfehler p(err) wird in den Berechnungstermen 10, 11 in der Leckagekorrekturfaktor f(l) und der Druckmittelkorrekturfaktor f(d) ermittelt. Der Leckagekorrekturfaktor f(l) wird anschließend in dem Block 12 zu der adaptierten Le- ckagerate i(l)/dt berechnet und mit dem gemessenen Pumpdruck p(m) in den Lecka- gevolumenstrom i(l) gewandelt. Zusätzlich zu dem Druckmittelvolumenstrom i(d) und dem Leckagevolumenstrom i(l) wird in Block 4 der laufend während eines oder mehre- rer Interrupts korrigierte Druckmittelkorrekturfaktor f(d) zugeführt, sodass sowohl der Druckmittelvolumenstrom i(d) und der Leckagevolumenstrom i(l) sowie deren Volum i- na laufend mittels der Modellstruktur 3 adaptiert werden.

Bezuqszeichenliste

1 Prinzipschaltbild

2 Block

3 Modellstruktur

4 Block

5 Block

6 Integrator

7 Berechnungsterm

8 Block

9 Block

10 Berechnungsterm

11 Berechnungsterm

12 Block

f(d) Druckmittelkorrekturfaktor

f(l) Leckagekorrekturfaktor

f(p) Pumpenfaktor

i(d) Druckmittelvolumenstrom

i(g) Gesamtvolumenstrom

i(l) Leckagevolumenstrom

i(l)/dt Leckagerate

n Drehzahl

p(err) Pumpdruckfehler

p(m) Pumpdruck

p(s) Pumpdruck

p(s,del) Pumpdruck, verzögert

s Betätigungsweg

V(g) Gesamtvolumen