Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Kupp lungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und eine Drehmomentübertragungsanordnung, die ein Eingangselement, ein Aus gangselement, eine Steuereinrichtung und eine Kupplungseinheit auf weist.

Stand der Technik

Kupplungseinheiten für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungseinheit eine nasslaufende Reibungskupplung zum steuerba ren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement der Kupplungseinheit umfasst, sind an sich bekannt.

Eine derartige Kupplungseinheit dient beispielsweise in einem Verteilerge triebe eines Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb zum steuerbaren Übertragen eines Antriebsmoments auf eine Primärachse und/ oder eine Sekun därachse des Kraftfahrzeugs. Bei einem so genannten”torque on de- mand” -Verteilergetriebe sind die Räder der Primärachse permanent ange trieben, während mittels der genannten Kupplungseinheit ein Teil des Antriebsmoments wahlweise auf die Räder der Sekundärachse übertragen werden kann. Das Verteilergetriebe kann beispielsweise auch als steuer bares Mittendifferential ausgebildet sein, bei dem die Kupplungseinheit einer Differentialsperre zugeordnet ist, um die Verteilung des An triebsmoments in Längsrichtung des Fahrzeugs einzustellen. Eine Kupp lungseinheit der genannten Art kann auch in einer Drehmomentübertra- gungsanordnung Anwendung finden, die in einem Kraftfahrzeug mit per manent angetriebener Vorderachse die Übertragung eines Teils des An triebsmoments auf die Hinterachse erlaubt, wobei die Einheit beispiels weise am Vorderachsdifferential oder am Hinterachsdifferential angeord net ist.

Eine Kupplungseinheit der eingangs genannten Art kann auch in Quer richtung des Kraftfahrzeugs wirken, beispielsweise für eine Differential sperre eines Achsdifferentials oder in einer Drehmomentüberlagerungsan ordnung eines Achsdifferentials (so genanntes”torque vectoring”) .

In allen vorgenannten Fällen kann die Kupplungseinheit ein rotierendes Eingangselement, insbesondere eine Eingangswelle, und ein rotierendes Ausgangselement, insbesondere eine Ausgangswelle, reibschlüssig mitei nander verbinden, um ein Antriebsmoment zu übertragen.

Für derartige Kupplungseinheiten ist im Betrieb üblicherweise nicht nur ein gesteuertes Einrücken der Reibungskupplung erforderlich, sondern oft auch ein längerer Betrieb mit genau eingestelltem Kupplungsmoment, weshalb die Reibungskupplung bei den vorgenannten Anwendungen übli cherweise als nasslaufende Lamellenkupplung ausgebildet ist. Typischer weise ist die Reibungskupplung in ein Gehäuse integriert, welches Öl zum Kühlen und Schmieren der reibenden Komponenten enthält. Beispielswei se ist am Boden des Gehäuses ein Ölsumpf vorgesehen, aus dem eine Ölpumpe während des Kupplungsbetriebs stetig Öl fördert und auf die Reibungsoberflächen träufelt. Von den Reibungsoberflächen gelangt das Öl wieder zurück in den Ölsumpf.

Beim Betrieb einer solchen Kupplungseinheit kommt es bekannterweise dazu, dass das Öl sich erwärmt. Bei zu großer Erwärmung des Öls, insbe- sondere bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs mit höherer Geschwindig keit, wird daher üblicherweise der Allradbetrieb beendet. Hierdurch redu ziert sich jedoch die Fahrperformance des Kraftfahrzeugs in Situationen, in welchen aus fahrdynamischer Sicht ein Allradbetrieb wünschenswert wäre.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer Kupp lungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei welchem das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs bei einer höheren Belas tung der Kupplungseinheit, insbesondere bei einer höheren Geschwindig keit des Kraftfahrzeuges, verbessert wird. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Drehmomentübertragungsanordnung mit einer solchen Kupplungseinheit und einer Steuereinrichtung anzugeben, wobei wiederum das Fahrverhal ten des Kraftfahrzeugs bei einer höheren Belastung der Kupplungseinheit, insbesondere bei einer höheren Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, verbessert wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Steuern einer Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungseinheit eine nasslaufende Reibungskupplung zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Aus gangselement der Kupplungseinheit umfasst, wobei die Kupplungseinheit ein Öl zum Kühlen der Reibungskupplung umfasst, wobei Wärmeeinträge, die zu einer Erwärmung des Öls der Kupplungseinheit beitragen, berech net werden, Wärmeabgänge, die zu einer Abkühlung des Öls der Kupp lungseinheit beitragen, berechnet werden, abhängig von den Wärmeein trägen und den Wärmeabgängen ein maximal zulässiges Kupplungsmo ment berechnet wird, und wobei das aktuelle Kupplungsmoment der Rei- bungskupplung auf das maximal zulässige Kupplungsmoment begrenzt wird.

Erfindungsgemäß wird eine Wärmebilanz für das Öl einer Kupplungsein heit erstellt, in dem einerseits Wärmeeinträge auf das Öl der Kupplungs einheit bestimmt werden, die üblicherweise von der an der Kupplung übertragenen Leistung abhängen, also eine Wärmeeingangsleistung, und andererseits Wärmeabgänge bestimmt werden, insbesondere Wärmeabga ben an die Umgebung der Kupplungseinheit, also eine Wärmeausgangs leistung. Aus der Summe der zugeführten und abgegebenen Wärmen ergibt sich ein genaues Bild der Temperatursituation, insbesondere auch der aktuellen Temperatur, für das Öl der Kupplungseinheit. Durch eine Integration von Temperaturänderungen über die Zeit kann beispielsweise auch auf die Öltemperatur in der Kupplungseinheit für einen späteren Zeitabschnitt geschlossen werden. Für den späteren Zeitabschnitt können dann wiederum Wärmeeinträge und Wärmeabgaben bestimmt werden. Hieraus kann die Öltemperatur für verschiedene spätere Zeitpunkte be stimmt werden.

Erfindungsgemäß wird das Wissen über die Wärmebilanz des Öls genutzt, um auf dieser Basis das aktuelle Kupplungsmoment der Reibungskupp lung zu beeinflussen. Das tatsächliche Kupplungsmoment wird erfin dungsgemäß begrenzt, um eine unerwünscht hohe oder lange Zunahme der Öltemperatur au szu schließen. Auf Basis der Wärmebilanz wird daher ein maximal zulässiges Kupplungsmoment bestimmt, das beispielsweise zu keiner weiteren Erwärmung des Öls mehr führt oder lediglich zu einer tolerierten weiteren Erwärmung des Öls, so dass eine Maximaltemperatur nicht überschritten wird. Somit wird insbesondere ein Allradbetrieb erfindungsgemäß nicht einfach beendet, um eine Überhitzung des Öls in der Kupplungseinheit zu vermei den, sondern ein Allradbetrieb, beziehungsweise sonstiger Betrieb eines Getriebes mit erforderlichem Kupplungsmoment, bleibt auf kontrollierte Weise weiterhin möglich, wodurch die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs gegenüber herkömmlichen Betriebsverfahren verbessert ist.

Vorzugsweise umfasst die Berechnung der Wärmeeinträge, die zu einer Erwärmung des Öls der Kupplungseinheit beitragen, momentenabhängige Wärmeeinträge, insbesondere das aktuelle Drehmoment des Antriebs strangs auf Seiten des Ausgangselements, besonders bevorzugt ein Dreh moment einer Kardanwelle.

Die Berechnung der Wärmeeinträge, die zu einer Erwärmung des Öls der Kupplungseinheit beitragen, umfasst vorzugsweise drehzahlabhängige Wärmeeinträge, insbesondere die aktuelle Drehzahl des Antriebsstrangs auf Seiten des Ausgangselements umfassen, besonders bevorzugt eine Drehzahl einer Kardanwelle.

Die Berechnung der Wärmeabgänge, die zu einer Abkühlung des Öls der Kupplungseinheit beitragen, umfasst bevorzugt Wärmeabgänge zu be nachbarten Bauteilen und/oder Wärmeabgänge an die Umgebungsluft. Insbesondere kann eine gemessene Umgebungstemperatur und/oder eine gemessene Temperatur im Ölsumpf der Kupplungseinheit zur Berechnung der Wärmeabgabe verwenden.

Abhängig von den Wärmeeinträgen und den Wärmeabgängen wird bevor zugt ein Grenz-Kupplungsmoment berechnet, wobei das Grenz- Kupplungsmoment darin besteht, dass bei einem Aufbringen des Grenz- Kupplungsmoments auf die Reibungskupplung das Öl der Kupplungsein- heit nicht weiter erwärmt wird. Beim Aufbringen des Grenz- Kupplungsmoments auf die Reibungskupplung kühlt das Öl der Kupp lungseinheit bevorzugt auch nicht weiter ab, so dass die Temperatur des Öls der Kupplungseinheit konstant bleibt. Wärmeeinträge und Wärmeab gänge halten sich bei Anwendung des Grenz-Kupplungsmoments daher die Waage.

Abhängig von den Wärmeeinträgen und den Wärmeabgängen kann bevor zugt die aktuelle Temperatur des Öls der Kupplungseinheit berechnet werden.

Bevorzugt wird das maximal zulässige Kupplungsmoment, das zur Be grenzung des aktuellen Kupplungsmoments verwendet wird, abhängig vom Grenz- Kupplungsmoment und/oder abhängig von der aktuellen Temperatur des Öls der Kupplungseinheit berechnet, insbesondere ab hängig vom Grenz-Kupplungsmoment und von der aktuellen Temperatur des Öls der Kupplungseinheit.

Besonders bevorzugt wird das maximal zulässige Kupplungsmoment durch eine Interpolation zwischen dem Grenz-Kupplungsmoment und einem Maximal-Kupplungsmoment berechnet, wobei der Interpolations faktor von der aktuellen Temperatur des Öls der Kupplungseinheit abhän gig ist. Das zulässige Moment ergibt sich bevorzugt aus einer linearen Interpolation zwischen einem maximalen Kupplungsmoment und dem Grenz-Kupplungsmoment, und somit insbesondere demjenigen Kardan wellenmoment, bei welchem keine weitere Erwärmung des Kupplungsöls mehr eintritt. Wenn das Öl bzw. die Kupplungseinheit noch gar nicht be lastet ist (0 Prozent thermische Belastung) kann das aktuelle Kupplungs moment dem Maximal-Kupplungsmoment entsprechen und wird das Kupplungsmoment somit nicht begrenzt. Wenn das Öl bzw. die Kupp- lungseinheit vollständig belastet ist ( 100 Prozent thermische Belastung) kann das aktuelle Kupplungsmoment auf das Grenz-Kupplungsmoment begrenzt werden. Das maximal zulässige Kupplungsmoment ist dann das Grenz-Kupplungsmoment, bei welchem keine zusätzliche Erwärmung des Öls mehr eintritt.

Das aktuelle Drehmoment des Antriebsstrangs auf Seiten des Aus gangselements, das zur Berechnung der Wärmeeinträge verwendet wird, wird bevorzugt aus dem aktuellen Kupplungsmoment berechnet.

Bevorzugt ist das Ausgangselement der Kupplungseinheit eine Kardanwel le oder ist das Ausgangselement mit einer Kardanwelle drehfest verbun den. Vorzugsweise ist durch die Kupplungseinheit ein Drehmoment steu erbar auf eine Sekundärachse, insbesondere eine Hinterachse, des Kraft fahrzeugs übertragbar.

Eine erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsanordnung umfasst ein Eingangselement, ein Ausgangselement, eine Kupplungseinheit und eine Steuereinrichtung, wobei die Kupplungseinheit zumindest eine nasslau fende Reibungskupplung zum steuerbaren Übertragen eines Drehmo ments von dem Eingangselement auf das Ausgangselement umfasst, sowie ein Gehäuse, das die Reibungskupplung und Öl zum Kühlen der Rei bungskupplung enthält, umfasst. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ein Verfahren wie zuvor beschrieben auszuführen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Fig. ist eine schematische Darstellung eines erfindungsge mäßen Verfahrens zum Steuern einer Kupplungsein heit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In Fig. ist ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern einer Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt.

Die von diesem Verfahren gesteuerte Kupplungseinheit umfasst eine ölge kühlte Reibungskupplung zum variablen Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement der Kupplungsein heit. Das Ausgangselement der Kupplungseinheit ist dabei mit einer Kar danwelle drehfest verbunden, so dass durch die Kupplungseinheit ein Drehmoment variabel steuerbar auf eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs übertragbar ist.

Gemäß dem Verfahren werden zuerst, in einem Schritt 1, Wärmeeinträge, die zu einer Erwärmung des Öls der Kupplungseinheit beitragen, berech net. Die Berechnung umfasst die Bestimmung von momentenabhängigen Wärmeeinträgen, als Teilschritt 1. 1 des Schritts 1, unter Berücksichtigung von Wärmeeinträgen aus dem aktuellen Drehmoment des Antriebsstrangs auf Seiten des Ausgangselements 7. Ferner werden in der Berechnung drehzahlabhängige Wärmeeinträge berücksichtigt, 1.2, die die aktuelle Drehzahl des Antriebsstrangs auf Seiten des Ausgangselements 8 als Ein gangsgröße verwenden.

In einem Schritt 2, der parallel zu Schritt 1 erfolgen kann, werden Wär meabgänge, die zu einer Abkühlung des Öls der Kupplungseinheit beitra- gen, berechnet. Die Berechnung der Wärmeabgänge 2, die zu einer Ab kühlung des Öls der Kupplungseinheit beitragen, umfasst eine Berück sichtigung der Wärmeabgänge zu benachbarten Bauteilen 2. 1 und eine Berücksichtigung der Wärmeabgänge an die Umgebungsluft 2.2. Ein gangsgrößen für die Berechnung der Wärmeabgänge sind daher die Um gebungslufttemperatur 9, sowie eventuell die Bauteiltemperatur benach barte Bauteile 10.

Abhängig von den Wärmeeinträgen 1 und den Wärmeabgängen 2 wird in Schritt 6 eine aktuelle Temperatur des Öls der Kupplungseinheit berech net.

Aus der aktuellen Temperatur des Öls 6 kann auf die aktuelle thermische Belastung 1 1 geschlossen werden.

Abhängig von den Wärmeeinträgen 1 und den Wärmeabgängen 2 wird zusätzlich ein Grenz-Kupplungsmoment berechnet, in Schritt 5, wobei das Grenz-Kupplungsmoment dasjenige Kupplungsmoment angibt, bei wel chem das Öl der Kupplungseinheit nicht weiter erwärmt wird. Die Summe der Wärmeflüsse ist daher beim Grenz-Kupplungsmoment gleich Null.

Abhängig vom Grenz-Kupplungsmoment 5 und abhängig von der aktuel len Temperatur des Öls der Kupplungseinheit 6 oder der daraus bestimm ten thermischen Belastung 1 1 wird nun ein maximal zulässiges Kupp lungsmoment in einem Schritt 3 berechnet.

Das maximal zulässige Kupplungsmoment 3 wird insbesondere durch eine Interpolation zwischen dem berechneten Grenz-Kupplungsmoment 5 und einem Maximal-Kupplungsmoment berechnet, wobei der Interpolations- faktor von der aktuellen Temperatur des Öls der Kupplungseinheit 6 oder der daraus bestimmten thermischen Belastung 1 labhängig ist.

Das maximal zulässige Kupplungsmoment 3 wird daher abhängig von den Wärmeeinträgen 1 und den Wärmeabgängen 2 berechnet.

Das aktuelle Kupplungsmoment der Reibungskupplung, also das tatsäch lich auf die Reibungskupplung aufgebrachte Moment, wird sodann im weiteren Betrieb auf das hierdurch bestimmte maximal zulässige Kupp- lungsmoment begrenzt, Schritt 4.

Das aktuelle Drehmoment des Antriebsstrangs auf Seiten des Aus gangselements 7, das zur nächsten Berechnung der Wärmeeinträge 1 verwendet wird, wird, in Schritt 12, aus dem aktuellen - inzwischen be- grenzten - Kupplungsmoment des Schritts 4 berechnet.

Bezugszeichenliste

1 Berechnung der Wärmeeinträge

1. 1 momentenabhängige Wärmeeinträge

1.2 drehzahlabhängige Wärmeeinträge

2 Berechnung der Wärmeabgänge

2. 1 Wärmeabgänge zu benachbarten Bauteilen

2.2 Wärmeabgänge an die Umgebungsluft

3 Berechnung maximal zulässiges Kupplungsmoment

4 Begrenzung aktuelles Kupplungsmoment

5 Berechnung des Grenz-Kupplungsmoments

6 Berechnung aktuelle Temperatur des Öls der Kupp lungseinheit

7 aktuelles Drehmoment des Antriebsstrangs auf Seiten des Ausgangselements

8 aktuelle Drehzahl des Antriebsstrangs auf Seiten des

Ausgangselements

9 Umgebungslufttemperatur

10 Bauteiltemperatur benachbarte Bauteile

1 1 Berechnung aktuelle thermische Belastung

12 Berechnung des aktuellen Drehmoments des Antriebs strangs auf Seiten des Ausgangselements