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Title:
METHOD FOR DETERMINING A TEMPERATURE OF A CLUTCH BY MEANS OF A CLUTCH TEMPERATURE MODEL IN A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/190726
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining a temperature of a clutch by means of a clutch temperature model in a vehicle, wherein the clutch temperature model takes into account a heat flow of a residual mass caused by a clutch bell (20). In a method, in which the temperature of the clutch can be determined in a particularly precise manner, the heat flow of the residual mass is determined as a function of an angular position (φ) of a radiator grille (21) of the vehicle.

Inventors:
HODRUS, Erhard (Tullastraße 28, Karlsruhe, 76131, DE)
Application Number:
DE2017/100286
Publication Date:
November 09, 2017
Filing Date:
April 10, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
F16D48/06
Foreign References:
US20120290181A12012-11-15
DE102011079889A12012-02-23
EP2949957A12015-12-02
FR2908484A12008-05-16
FR2956075A32011-08-12
DE102004006730A12004-08-26
DE102010051153A12011-06-01
DE102011079889A12012-02-23
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur einer Kupplung mittels eines Kupplungstemperaturmodells in einem Fahrzeug, wobei das Kupplungstempe raturmodell einen Wärmefluss einer durch eine Kupplungsglocke (20) verur sachten Restmasse berücksichtigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme fluss der Restmasse in Abhängigkeit einer Winkelstellung (φ) eines Kühlergrills (21 ) des Fahrzeuges ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmefluss (a) der Restmasse in Abhängigkeit eines Wärmeflusskoeffizienten (a) bestimmt wird, welcher von der Winkelstellung (φ) des Kühlergrills (21 ) abhängt.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeflussko effizient (a) von einer Geschwindigkeit (v) des Fahrzeuges abhängt.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeflussko effizient (a) für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten (v) ermittelt wird, wobei bei einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) nacheinander ver schiedene Winkelstellungen (φ) des Kühlergrills (21 ) eingestellt werden, wobei zu jeder Winkelstellung (φ) des Kühlergrills (21 ) ein separater Wärmeflusskoef fizient (a) ermittelt wird.

Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Winkelstellung (φ) des Kühlergrills (21 ) und/oder von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) abhängigen Wärmeflusskoeffi zienten (a) in einem Kennfeld abgelegt werden. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der von der Winkelstellung (φ) des Kühlergrills (21 ) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) abhängigen Wärmefluss koeffizienten (a) eine nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) abhängigen Wärmeflusskoeffizienten (a) umfassende Kennlinie mit den unterschiedlichen Winkelstellungen (φ) des Kühlergrills (21 ) skaliert wird.

Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Kupplungsaktors, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsaktortemperatur mittels eines

Kupplungsaktortemperaturmodells ermittelt wird, dessen mindestens eine Ein gangsgröße eine aus einem Kupplungstemperaturmodell bestimmte Tempera tur darstellt, die gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche er mittelt wird.

Description:
Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur einer Kupplung mittels eines

Kupplungstemperaturmodells in einem Fahrzeug

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur einer Kupplung mittels eines Kupplungstemperaturmodells in einem Fahrzeug, wobei das Kupplungstemperaturmodell einen Wärmefluss einer durch eine Kupplungsglocke verursachte Restmasse berücksichtigt.

Ein Fahrzeug umfasst einen Antriebsstrang, in dem ein Verbrennungsmotor über eine Kupplung ein Getriebe antreibt, dessen Abtriebswelle auf Antriebsräder des Fahrzeuges wirkt. Die Kupplung kann manuell oder automatisch steuerbar sein. Insbesondere kann die Kupplung Teil eines automatischen Getriebes sein und zum automatischen Öffnen und Schließen während eines Gangwechsels des Getriebes eingerichtet sein. Zur Steuerung des Getriebes ist eine Steuereinrichtung vorgesehen. Das Schließen der Kupplung kann beispielsweise während eines Anfahrvorganges relativ langsam erfolgen, während ein Drehmoment über die Kupplung von dem Verbrennungsmotor an das Getriebe übertragen wird. Dabei entsteht eine Reibungswärme, die die Temperatur der Kupplung erhöhen kann. Bei einem anschließenden Anfahrvorgang kann die Kupplungstemperatur so weit ansteigen, dass die Funktion der Kupplung beeinträchtigt ist oder eine Geruchsbelästigung im Bereich des Kraftfahrzeuges auftritt.

Aus der DE 10 2004 006 730 A1 ist es bekannt, eine aktuelle Temperatur der Kupplung mit einem Temperaturmodel zu berechnen. Die Berechnung der aktuellen Temperatur hat den Vorteil, dass auf einen Temperatursensor verzichtet werden kann, welcher die Kupplungstemperatur nur lokal wiedergibt, während die errechnete Temperatur einen Mittelwert aus einer Vielzahl von Einflüssen in der Kupplungsumgebung wiedergibt. Dieses Temperaturmodell berechnet die Kupplungstemperatur aus Temperaturen der einzelnen Massen des Kupplungssystems. Die Temperaturen der einzelnen Massen ändern sich, weil durch Konvektion und Konduktion ein Wärmefluss zwischen den Massen stattfindet. Die Kupplungsglocke, mit welcher die Kupplung ab- gedeckt ist, stellt dabei so eine Masse dar, die als Restmasse bezeichnet wird. Der für die Abkühlung der Restmasse verantwortliche Wärmepfad ist von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig.

Der Wärmefluss dQ/dt=a(v) * (Umgebungstemperatur-Restmasssentemperatur) hängt somit von der Umgebungstemperatur, der Restmassentemperatur und dem geschwindigkeitsabhängigen Wärmeflusskoeffizienten α ab. In den Figuren 4 und 5 sind die Zusammenhänge zwischen dem Wärmefluss an der Kupplungsglocke 20 und der Temperatur der Kupplung bei einem geöffneten oder geschlossenen Kühlergrill 21 des Fahrzeuges dargestellt. Bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch das Kupplung weniger Wärme an die Umgebung abgegeben als bei einer hohen Geschwindigkeit des Fahrzeuges, da bei einem geöffneten Kühlergrill 21 bei hoher Geschwindigkeit mehr Luft die Kupplungsglocke 20 umströmt, als bei der geringeren Geschwindigkeit.

Die DE 10 2010 051 153 A1 offenbart eine Kühlung von Kupplung und Getriebe, bei welcher eine Lüfterjalousieöffnung des Fahrzeuges in Abhängigkeit des Kühlbedarfes der Kupplung geregelt wird.

Eine Reibungskupplung, bei welcher die Kupplungstemperatur in Abhängigkeit von einem Temperaturmodell ermittelt wird, ist aus der DE 201 1 079 889 A1 bekannt.

Das Kupplungstemperaturmodell verhält sich dabei so, als wenn der Kühlergrill immer offen ist. Daher ist die Berechnung der Kupplungstemperatur ungenau. Untergelagerte Strategien, die die Kupplung schützen sollen, variieren somit in ihrer Funktion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur einer Kupplung mittels eines Kupplungstemperaturmodells in einem Fahrzeug anzugeben, bei welchem die Temperatur des Kupplung zuverlässig abgeschätzt wird, so dass die Kupplung vor Überhitzung geschützt ist.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Wärmefluss der Restmasse in Abhängigkeit einer Winkelstellung eines Kühlergrills des Fahrzeuges ermittelt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine genaue Berechnung des Wärmeflusses und somit eine präzise Bestimmung der Temperatur der Kupplung, insbesondere der Tempe- ratur des Kupplungsbelages, erzielt wird, wodurch die Kupplung vor Überhitzen geschützt wird. Vorteilhafterweise wird der Wärmefluss der Restmasse in Abhängigkeit eines Wärmeflusskoeffizienten bestimmt, welcher von der Winkelstellung des Kühlergrills abhängt. Dieser Wärmeflusskoeffizient gewährleistet eine zuverlässige Erfassung des Luftstromes, der den Motorblock und damit die Kupplungsglocke umspült. In einer Ausgestaltung hängt der Wärmeflusskoeffizient von einer Geschwindigkeit des Fahrzeuges ab. Bei einer vorgegebenen Winkelstellung des Kühlergrills des Fahrzeuges wird bei einer kleineren Öffnung des Kühlergrills der Luftstrom, welcher die Kupplungsglocke umspült, geringer sein, wodurch weniger Wärme von der Kupplungsglocke an die Umgebung abgegeben wird. Demgegenüber erhöht sich der von der Kupplungsglocke an die Umgebung abgegebene Wärmefluss, wenn die Öffnung des Kühlergrills größer ist, wodurch ein größerer Luftstrom die Kupplungsglocke umspülen kann.

In einer Variante wird der Wärmeflusskoeffizient für unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten ermittelt wird, wobei bei einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindig- keit nacheinander verschiedene Winkelstellungen des Kühlergrills eingestellt werden, wobei zu jeder Winkelstellung des Kühlergrills ein separater Wärmeflusskoeffizient ermittelt wird. Somit erhält man eine Vielzahl von Wärmeflusskoeffizienten, die zur Ermittlung des Wärmeflusses in Abhängigkeit der Winkelstellung des Kühlergrills und der Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen werden. Da diese Wärmeflusskoeffizien- ten in der Software der Steuerelektronik abgelegt werden, können sie während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeuges verwendet werden.

In einer Ausführungsform werden die von der Stellung des Kühlergrills und/oder von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Wärmeflusskoeffizienten in einem Kennfeld abgelegt. Die Verwendung des Kennfeldes stellt dabei eine hochgenaue Modulie- rungsart dar, wo für vielfältige Geschwindigkeiten und Winkelstellungen des Kühlergrills hochgenaue Wärmeflusskoeffizienten hinterlegt werden können.

In einer Alternative wird zur Ermittlung des von der Winkelstellung des Kühlergrills und der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Wärmeflusskoeffizienten eine nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Wärmeflusskoeffizienten umfassende Kennlinie mit den unterschiedlichen Winkelstellungen des Kühlergrills skaliert. Bei dieser Ausgestaltung wird sowohl der Rechenaufwand als auch der Messaufwand verringert. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Kupplungsaktors. Bei einem Verfahren, bei welchem ein Kupplungsaktor vor zu hohen Temperaturen geschützt werden kann, wird die

Kupplungsaktortemperatur mittels eines Kupplungsaktortemperaturmodells ermittelt, dessen mindestens eine Eingangsgröße eine aus einem Kupplungstemperaturmodell bestimmte Temperatur darstellt, die durch mindestens ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Merkmal ermittelt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch das die Stellung des Kühlergrills berücksichtigende Temperaturmodell der Kupplung indirekt auch der Kupplungsaktor geschützt werden kann, so dass der Kupplung unterla- gerte Schutzstrategien zuverlässig funktionieren.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Ver- brennungsmotor,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines hydrostatischen Kupplungssystems in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Umspülung einer Kupplungsglocke bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit mit geschlossenem Kühlergrill, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Umspülung der Kupplungsglocke bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 5 schematische Darstellung der Umspülung der Kupplungsglocke bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges, das mittels eines An- triebsstranges 1 antreibbar ist. Der Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und eine Kupplung 3 zur Übertragung eines durch den Verbrennungsmotor 2 bereitgestellten Drehmomentes. Die Kupplung 3 ist dabei mit einem Getriebe 4 verbunden, über welches das von dem Verbrennungsmotor 2 erzeugte Drehmoment auf eine Abtriebswelle 5 und von dieser auf Antriebsräder 6 des Fahrzeuges übertragen wird. Der Verbrennungsmotor 2 ist mittels eines Motorsteuergerätes 7 steuerbar. Das Mo- torsteuergerät 7 kann beispielsweise eine eingespritzte Kraftstoff menge und Stellungen eines oder mehrerer Stellglieder zur Steuerung eines Gaswechsels des Verbrennungsmotors 2 beeinflussen. Darüber hinaus ist in einem Kupplungssteuergerät 8, welches Bestandteil eines hydrostatischen Kupplungsaktors 1 1 ist, ein Temperatur- modell der Kupplung 3 hinterlegt, mittels welcher die aktuelle Temperatur der Kupplung 3 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 2 berechnet wird.

Ein Aufbau des verwendeten hydrostatischen Kupplungssystems 9 ist in Fig. 2 dargestellt. Das hydrostatische Kupplungssystem 9 umfasst auf einer Geberseite 10 das Kupplungssteuergerät 8, das den hydrostatischen Kupplungsaktor 1 1 ansteuert. Der hydrostatische Kupplungsaktor 1 1 umfasst einen Elektromotor 12, dessen Drehbewegung über ein Getriebe 13 in eine Linearbewegung eines Kolbens 14 eines Geberzylinders 15 umgewandelt wird. Bei einer Lageveränderung des Kupplungsaktors 1 1 und damit des Kolbens 14 im Geberzylinder 15 entlang des Aktorweges nach rechts wird ein Volumen des Geberzylinders 15 verändert, wodurch ein Druck p in dem Geberzy- linder 15 aufgebaut wird, der über ein Druckmittel 16 über eine Hydraulikleitung 17 zur Nehmerseite 18 des hydrostatischen Kupplungssystems 9 übertragen wird. Auf der Nehmerseite 18 verursacht der Druck p des Druckmittels 16 in einem Nehmerzylinder 19 eine Wegänderung, die auf die Kupplung 3 übertragen wird, um diese zu betätigen.

Das Kupplungstemperaturmodell berücksichtigt bei der Bestimmung der Temperatur der Kupplung 3 Wärmeflüsse verschiedener Massen des Kupplungssystems. Unter anderem wird auch der Wärmefluss einer Kupplungsglocke 20, welche die Kupplung 3 abdeckt, bestimmt, wobei diese Kupplungsglocke 20 als Restmasse bezeichnet wird. Der Wärmefluss der Restmasse wird dabei in Abhängigkeit einer Winkelstellung des Öffnungswinkels eines Kühlergrills 21 des Fahrzeuges bestimmt. Der Wärmefluss berechnet sich zu dQ/dt=a(v, 9) * (Umgebungstemperatur-Restmassentemperatur), wobei dQ/dt.... Wärmefluss, α Wärmeflusskoeffizient, v Fahrzeuggeschwindigkeit, φ.... Winkelstellung des Kühlergrills.

Dabei geht die Winkelstellung φ des Kühlergrills 21 in den Wärmeflusskoeffizienten α mit ein. Dieser Wärmeflusskoeffizient α hängt somit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v und von der Winkelstellung φ des Kühlergrills 21 ab. In Fig. 3 sind die Zusammen- hänge schematisch bei geschlossenem Kühlergrill 21 bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit v dargestellt. Der Wärmeleitkoeffizienten α(ν, φ) wird bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten ermittelt, wobei während einer jeweiligen Konstantfahrt (v=konstant) das Abkühlverhalten bestimmt wird. Während der Fahrt mit der vorgegebenen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit v werden nacheinander verschiedene, fest definierte Winkelstellungen φ des Kühlergrills 21 eingestellt. Beispielsweise können dabei Messungen bei 0°, 30°, 60° und 90° der Winkelstellung φ des Kühlergrills 21 durchgeführt werden. Dabei wird jeweils ein Wärmeleitkoeffizient α in Abhängigkeit der vorgegebenen Geschwindigkeit v und der jeweils zugeordneten Winkelstellung φ des Kühlergrills 21 ermittelt. Die so bestimmten Wärmeleitkoeffizienten α werden in einem Kennfeld in der Steuersoftware des Kupplungssteuergerätes 8 abgelegt.

Da die Winkelstellung φ des Kühlergrills 21 einen großen Einfluss auf den Luftstrom hat, welcher die Kupplungsglocke 20 umspült, wird durch die vorgeschlagene Berücksichtigung der Winkelstellung φ des Kühlergrills 21 in dem Kupplungstemperaturmodell eine genauere Vorhersage der Kupplungstemperatur ermöglicht. Diese genauere Kupplungstemperatur kann zum Schutz des Kupplungsaktors 1 1 , welcher die Kupplung 3 ansteuert, verwendet werden, da auch für den Kupplungsaktor 1 1 ein

Kupplungsaktor-Temperaturmodell erstellt werden kann, in welches die aus dem Kupplungstemperaturmodell ermittelte Temperatur eingeht, wodurch ein Schutz des Kupplungsaktors 1 1 vor Überhitzung zuverlässig gewährleistet werden kann.

Bezugszeichenliste

Antriebsstrang

Verbrennungsmotor

Kupplung

Getriebe

Abtriebswelle

Antriebsrad

Motorsteuergerät

Kupplungssteuergerät

Hydrostatisches Kupplungssystem

Geberseite

Hydrostatischer Kupplungsaktor

Elektromotor

Getriebe

Kolben

Geberzylinder

Druckmittel

Hydraulikleitung

Nehmerseite

Nehmerzylinder

Kupplungsglocke

Kühlergrill




 
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