SAYMAN, Anthony Robert (Schachenstr. 18/1, Meckenbeuren, 88074, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren zur dynamischen Berechnung einer Ruhepunktposition einer automatischen oder automatisierbaren Reibkupplung, wobei eine Steuerungseinrichtung einen Kupplungsaktuator so ansteuert, dass dessen Stellglied dazu korrespondierende Aktuatorstellungen einnimmt und dadurch eine steuerbare Drehmomentübertragung zwischen einer mit einem Antriebsmotor gekoppelten Antriebswelle und einer Abtriebsseite der Reibkupplung einstellt, wobei die Steuerungseinrichtung in Vorbereitung eines Schließens der Reibkupplung zum Zweck der übertragung eines Drehmomentes das Stellglied des Kupplungsaktuators zunächst in eine Ruhepunktposition einstellt, in der ein Totweg der Reibkupplung bis zur übertragung eines Drehmomentes gegenüber einer vollständigen öffnung der Kupplung stark verringert ist, dadurch g e - kennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition ereignisabhängig ermittelt.
2. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition auf der Grundlage eines Basis-Ruhepunktes der Reibkupplung unter Einbeziehung weiterer Korrekturfaktoren ermittelt.
3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition während einer Phase eines Gangauslegens eines mit der Abtriebsseite der Reibkupplung verbundenen, automatischen oder automatisierten Schaltgetriebes ermittelt.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition ermittelt, während sich das automatische oder automatisierte Schaltgetriebe in seiner Neutralstellung befindet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition unmittelbar im Anschluss an das Einstellen der Neutralstellung im automatischen oder automatisierten Schaltgetriebe ermittelt.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition ausgehend von einem Basis-Ruhepunkt unter Einbeziehung eines geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwertes ermittelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung den geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwert in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. von der Drehzahl einer Getriebeabtriebswelle ermittelt.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung den geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwert in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Kupplungsabtriebswelle ermittelt.
9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung den geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwert mit steigender Geschwindigkeit verringert.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung als einen Korrekturwert einen gangabhängigen Wert GDO berücksichtigt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung den gangabhängigen Korrekturwert GDO aus einer Tabelle ausliest.
12. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der gangabhängige Korrekturwert GDO für Rückwärts- und Vorwärts-Anfahrgänge (RL, RH, Gang 1, Gang 2, Gang 3, Gang 4) gleich Null ist, und für mittlere Vorwärtsgänge (Gang 5, Gang 6, Gang 7, Gang 8) größer als Null sowie kleiner als der gangabhängige Korrekturwert GDO für große Gänge (Gang 9, Gang 10, Gang 11 , Gang 12, Gang 13, Gang 14, Gang 15, Gang 16) ist.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung als einen Korrekturwert einen schaltungsartabhängigen Wert STO berücksichtigt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung bei der Ermittlung des schaltungsartabhängigen Wertes STO berücksichtigt, ob es sich um einen Hochschaltvorgang oder einen Rückschaltvorgang handelt.
15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung bei der Ermittlung des schaltungsartabhängigen Wertes STO berücksichtigt, ob es sich um einen Anfahrvorgang handelt.
16. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung zur Bestimmung des schaltungsartabhängigen Wertes STO berücksichtigt, ob der aktuelle Schaltvorgang ein solcher ist, der nur in einem Vorschaltgetriebe oder nur in einem Hauptgetriebe einer mehrgruppigen Getriebeeinrichtung durchgeführt wird.
17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung als einen Korrekturwert einen Offsetwert DO berücksichtigt, den sie bei einer Neutralstellung des Schaltgetriebes und Vorliegen bestimmter weiterer Bedingung ermittelt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung den Offsetwert DO ermittelt, wenn als weitere Bedingung das Fahrzeug steht, eine gegebenenfalls vorhandene Getriebebremse gelöst ist und die Reibkupplung eine übliche Betriebstemperatur aufweist.
19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition nur innerhalb vorgegebener oder berechneter oberer und unterer Grenzwerte variiert. |
Verfahren zur dynamischen Ermittlung eines Kupplunqs-Ruhepunktes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Berechnung einer Ruhepunktposition einer automatischen oder automatisierbaren Reibkupplung, wobei eine Steuerungseinrichtung einen Kupplungsaktuator so ansteuert, dass dessen Stellglied dazu korrespondierende Aktuatorstellungen einnehmen und dadurch eine steuerbare Drehmomentübertragung zwischen einer mit einem Antriebsmotor gekoppelten Antriebswelle und einer Abtriebsseite der Reibkupplung einstellt, wobei die Steuerungseinrichtung in Vorbereitung eines Schlie- ßens der Reibkupplung zum Zweck der übertragung eines Drehmomentes das Stellglied des Kupplungsaktuators zunächst in eine Ruhepunktposition einstellt, in der ein Totweg der Reibkupplung bis zur übertragung eines Drehmomentes gegenüber einer vollständigen öffnung der Kupplung stark verringert ist.
Reibkupplungen werden in vielfältigen Zusammenhängen seit langem eingesetzt und sind allgemein bekannt. Insbesondere im automobilen Bereich ist nahezu jedes Fahrzeug mit einer Haupt-Reibkupplung in Form einer Scheibenkupplung oder Lamellenkupplung ausgestattet, welche eine steuerbare Einleitung eines von einem Antriebsmotor bereitgestellten Antriebsmomentes in den weiteren Antriebsstrang des Fahrzeugs ermöglicht. Dabei ist es insbesondere üblich, eine Reibkupplung zwischen dem Antriebsmotor bzw. dessen Abtriebswelle oder Schwungscheibe und der Eingangswelle eines Getriebes vorzusehen, welches eine Umsetzung der vom Antriebsmotor bereitgestellten Drehzahl in eine zum Antrieb des Fahrzeugs gewünschte Drehzahl ermöglicht. Dies ist vor allem bei den heute üblichen Verbrennungsmotoren notwendig, da diese nur in einem relativ kleinen Drehzahlbereich optimal arbeiten. Derartige Reibkupplungen sind jedoch auch bei beliebigen anderen Antriebsmotoren, an anderen Fahrzeugaggregaten und auch an vielen fahrzeugfremden Aggregaten vorgesehen, da sie unter Last schaltbar sind und so insbesondere ein Anlaufen
einer Maschine bzw. ein Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand ermöglichen.
üblicherweise bestehen Lamellenkupplungen als axiale Reibkupplungen aus zwei oder mehr als Lamellen bezeichneten scheibenförmigen Reibpartnern. Dabei sind so genannte Innenlamellen auf einer Welle drehfest aber axial verschiebbar festgelegt, während Außenlamellen ebenfalls axial verschiebbar und drehfest in einem hohlzylindrischen, zu der Welle koaxialen Träger festgelegt und axial wechselweise mit den Innenlamellen angeordnet sind. Bei automobilen Hauptkupplungen ist der hohlzylindrische Träger dabei zumeist als eine starr mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors gekoppelte, oft gleichzeitig als Schwungscheibe fungierende Kupplungsglocke ausgebildet, während die genannte Welle an der Abtriebsseite der Reibkupplung eine Eingangswelle eines Schaltgetriebes ist. Durch ein axiales Verschieben der Lamellen können diese z.B. mittels Federkraft aneinander gepresst werden, wodurch die Lamellenkupplung ein von der Art, Größe und Anzahl der Lamellen, deren Reibbeiwert und der Anpresskraft abhängiges Drehmoment zwischen der Kupplungsglocke und der Getriebeeingangswelle übertragen können.
Um die Kupplung schaltbar zu machen, werden die Lamellen zumeist mittels Druckfedern aneinander gepresst, wobei eine die Druckfedern gegenlagernde Andruckplatte ihrerseits durch Einrückfedern in Richtung auf die Geschlossenstellung der Lamellenkupplung vorgespannt wird. Diese Andruckplatte ist durch einen Aktuator entgegen der Federkraft der Einrückfedern verstellbar.
Bei einer durch ein Kupplungspedal durch den Fahrer zu bedienenden Kupplung ist zum öffnen derselben ein Ausrückhebel vorgesehen, der durch das Kupplungspedal über einen Seilzug betätigbar ist. Bei automatischen und automatisierten oder auch servounterstützten, manuell bedienten Kupplungen wird ein durch eine Hilfskraftquelle auslenkbarer Aktuator dazu verwendet, die
Druckplatte so zu verstellen, dass die Druckfedern eine entsprechend den jeweiligen Erfordernissen gewünschte Anpresskraft auf die Lamellen ausüben. üblich sind hier beispielsweise elektrische Aktuatoren oder druckbetätigbare Aktuatoren hydraulischer oder pneumatischer Bauart.
Im Betrieb werden folgende Kupplungsstellungen unterschieden:
a) Eine Voll-Offen-Stellung der Kupplung, bei welcher der Aktuator und damit die Druckplatte so eingestellt werden, dass die Lamellen durch die Druckfedern nicht mehr aneinander gepresst werden und zusätzlich ein gewisses axiales Spiel zueinander haben. Dies korrespondiert bei fuß- pedalbetätigten Kupplungen mit einer vollständig oder zumindest weitgehend durchgetretenen Pedalstellung, die zumindest eine definierte öffnung der Kupplung auch über ein druckfreies Anliegen der Lamellen hinaus zur Folge hat.
b) Eine Voll-Geschlossen-Stellung, in welcher der Aktuator im Wesentlichen keine Kraft auf die Kupplung ausübt und die Druckfedern sowie Einrückfedern die Lamellen dementsprechend mit maximaler Kraft aneinander pressen. In dieser Stellposition besitzt die Kupplung ihre höchste Drehmoment-übertragungsfähigkeit.
c) Eine Berührpunkt-Stellung, bei der die Kupplungslamellen vollständig, aber weitgehend druckfrei aneinander anliegen. Ab diesem Punkt im Stellweg der Kupplungsbetätigungseinrichtung führt ein weiteres Verstellen des Aktuators in Richtung zu einer geschlossenen Kupplung nur noch zu einer sehr geringfügigen axialen Bewegung der Lamellen und nahezu ausschließlich zu einer Erhöhung der Anpresskraft zwischen ihnen.
Dieser Berührpunkt ist streng genommen ein axialer Stellbereich. Da sich die Kupplungslamellen einerseits aufgrund ihrer axialen Verschiebbarkeit auch schon bei einem geringen Spiel zwischen den Lamellen teilweise berühren und andererseits die Kupplungslamellen bei einer üblichen, ölgekühlten Kupplung durch einen feinen ölfilm voneinander getrennt bleiben, und da schließlich durch die Viskosität des öls auch bei vollständig getrennten Lamellen eine gewisse, geringe Drehmoment-übertragungsfähigkeit vorliegt, soll der Berührpunkt bzw. Berührbereich hier funktional definiert werden:
Unter dem Berührpunkt soll derjenige Punkt oder enge axiale Bereich bei einer Kupplungseinstellung verstanden werden, in dem weitgehend kein freies Spiel mehr zwischen den Lamellen vorhanden ist und sich eine geringe, aber über die ölviskositätsbedingte Momentenübertragung hinausgehende Drehmoment-übertragungsfähigkeit der Kupplung ergibt. Bei laufendem Antriebsmotor und einer ungebremsten Abtriebsseite der Kupplung wird sich diese daher bei einer am Berührpunkt eingestellten Kupplung in Bewegung setzen. Bei einer gebremsten Abtriebsseite der Kupplung wird die Antriebswelle bzw. die Eingangsseite der Kupplung jedoch nur geringfügig abgebremst, und die in der Kupplung entstehende Reibungswärme ist so gering, dass sie zumindest kurzfristig nur zu einer geringen Erwärmung der Kupplung führt.
Ein Rutschbereich der Kupplung schließt sich ausgehend vom Berührpunkt bei sich weiter schließender Kupplung axial an und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zunehmend mehr Drehmoment übertragen kann, dieses übertragbare Drehmoment jedoch noch nicht ausreicht, um das an der Eingangsseite der Kupplung anliegende Drehmoment vollständig zu übertragen. Die Größe des Rutschbereiches ist damit wesentlich abhängig von dem jeweils zu übertragenden Drehmoment.
Sobald die Kupplung das gesamte anliegende Drehmoment rutschfrei übertragen kann, ist der Geschlossen-Bereich erreicht. Bei ausreichender Di-
mensionierung der Kupplung beinhaltet der Geschlossen-Bereich schließlich die Voll-Geschlossen-Stellung der Kupplung, bei der die Kupplung zumindest ihre maximale Drehmoment-übertragungsfähigkeit erreicht hat. Sollte die Kupplung jedoch für das anliegende Drehmoment zu schwach dimensioniert bzw. zu stark verschlissen sein, so kann es vorkommen, dass auch in der Voll-Geschlossen Stellung, in der die maximal mögliche Anpresskraft zwischen den Lamellen wirkt, ein Rutschen der Kupplung auftritt. Der Rutschbereich ist damit funktional definiert, während die Voll-Geschlossen-Stellung der Kupplung jedoch logisch als Stellung der maximalen Drehmoment-übertragungsfähigkeit derselben definiert ist.
Bei automatischen und automatisierten Kupplungen, wobei unter einer Kupplung hier und im Folgenden stets eine Reibkupplung und bevorzugt, aber nicht ausschließlich, eine Lamellenkupplung verstanden wird, ist es insbesondere in Verbindung mit automatischen oder automatisierten Getrieben erwünscht, dass die Kupplung so schnell wie möglich einen jeweils angeforderten Zustand einnehmen kann.
Allerdings bedingt ein besonders schnelles Verstellen des Kupplungsak- tuators, der im Folgenden kurz als Aktuator bezeichnet wird, entweder eine steigende Toleranz bei der einzustellenden Zielposition bzw. eine Verringerung der erzielbaren Stellgenauigkeit des Aktuators oder einen erheblich vergrößerten Aufwand. Eine hohe Stellgenauigkeit des Aktuators ist in erster Linie beim Schließen der Kupplung zwischen dem Berührpunkt der Kupplung und dem Ende des Rutschbereichs von Interesse.
Um hier mit geringem baulichen Aufwand eine erhöhte Stellgenauigkeit und gleichzeitig ein schnelles Erreichen der gewünschten Aktuator- bzw. Kupplungsposition zu erreichen, ist es aus der Patentschrift US 5,624,350 bereits bekannt, den Aktuator ausgehend von einer Offen-Stellung oder Voll-Offen- Stellung zunächst in einem schnellen Bewegungsmodus bis zu einem Ruhe-
punkt zu verstellen, der als Annäherungspunkt (approach point) bezeichnet wird. Dieser entspricht einer im Vergleich zum Berührpunkt (touch point) geringfügig weiter geöffneten Kupplung.
Hierdurch wird erreicht, dass beispielsweise bei einem für die nahe Zukunft bevorstehenden, zu erwartenden oder aktuell vorliegenden Befehl zum Schließen der Kupplung der Aktuator in einem schnellen Bewegungsmodus bis zum Annäherungspunkt der Kupplung verstellt werden kann, ohne dass dies an der Kupplungsabtriebseite zu einer merklichen Reaktion führt. Dieser Verfahrensschritt kann mit maximaler oder zumindest erhöhter Verstellgeschwindigkeit durchgeführt werden und braucht nur so genau zu sein, dass eine nennenswerte Drehmomentübertragung der Kupplung sicher vermieden wird. Allerdings ist es für die Nutzung der Vorteile dieses Verfahrens unbedingt notwendig, den Annäherungspunkt der Kupplung ausreichend genau zu kennen.
Die US 5,624,350 schlägt hierzu vor, in einem Kalibrierungsschritt zunächst bei dem sich in der Neutralstellung befindlichen Getriebe und geöffneter Getriebebremse sowie angetriebener Kupplungseingangseite den Aktuator langsam so weit zu verstellen, bis ein Drehzahlsensor auf der Abtriebsseite der Kupplung gerade eine Drehbewegung erkennt. Dieser Punkt wird als Annäherungspunkt definiert. Anschließend wird der Vorgang mit eingeschalteter Getriebebremse wiederholt, um den Berührpunkt zu bestimmen, bei dem die Kupplung gerade ein nennenswertes Drehmoment überträgt.
Die Werte für die Aktuatorpositionen, die den Annäherungspunkt und den Berührpunkt repräsentieren, können gemäß der US 5,624,350 in periodischen Abständen aktualisiert werden, um Verschleiß und/oder änderungen der Arbeitstemperatur der Kupplung oder ähnliches zu berücksichtigen. Dabei handelt es sich wie gesagt um periodische Neukalibrierungen, die also ereignisunabhängig vorgenommen werden und auch weitere Faktoren nicht bei der Bestimmung des Zeitpunktes berücksichtigen. In ungünstigen Fällen könnte die
Periode, nach der eine Neukalibrierung ausgelöst wird, sogar in einen Hoch- leistungs-Beschleunigungsvorgang fallen, welches natürlich ausgesprochen wenig wünschenswert wäre.
Selbst, wenn die Neukalibrierung nicht in periodischen Abständen, sondern jeweils nach Ablauf einer Mindestzeitspanne zu einem günstigen Zeitpunkt vorgenommen würde, wäre dies in Bezug auf den recht langsamen und stetig fortschreitenden Verschleiß der Kupplungsbeläge wohl zweckmäßig, führt aber in der Praxis dennoch nur bedingt zu befriedigenden Ergebnissen, da sich beispielsweise die Arbeitstemperatur der Kupplung innerhalb kurzer Zeiträume stark ändern kann und zahlreiche weitere Faktoren einen Einfluss auf die optimale Position des Ruhepunktes für eine bevorstehende Schaltung des Getriebes haben können.
Zudem ist eine Berücksichtigung der Temperatur der Kupplung gemäß der US 5,624,350 in der Praxis nur schwer möglich, da eine Neukalibrierung der Kupplungsstellwegpunkte in einem zeitlichen Abstand von wenigen Sekunden auf Dauer mit einer nicht unerheblichen Belastung der Kupplung verbunden wäre. Zudem würden häufige Phasen der Neukalibrierung insgesamt den Fahrbetrieb stören.
Andererseits liefe eine längere Zeitspanne zwischen zwei Kalibrierungsvorgängen auf einen weitgehenden Verzicht einer Berücksichtigung der aktuellen Arbeitstemperatur der Kupplung hinaus. Dies wäre bei einer Kupplungssteuerung gemäß der US 5,624,350 besonders kritisch, da bei z.B. wärmedehnungsbedingt früherem Erreichen des tatsächlichen Annäherungspunktes im angenommenen und durch den Aktuator eingestellten Annäherungspunkt bereits ein nennenswertes Drehmoment übertragen würde, welches neben einem erhöhten Verschleiß der Reibbeläge der Kupplung auch zu einer reibungsbedingten weiteren starken Erwärmung der Kupplung und gegebenenfalls zu
Problemen beim Gangwechsel oder zu einem unerwarteten selbstständigen Anfahren oder Beschleunigen des Fahrzeugs führen würde.
Die bekannte periodisch stattfindende Kalibrierung der Kupplungsstelleinrichtung ist mit anderen Worten deshalb besonders kritisch, weil der Annäherungspunkt dort so bestimmt wird, dass sich an diesem Punkt bei eingelegtem Leerlauf und abgeschalteter Getriebebremse bereits eine Drehung der Kupplungsabtriebsseite ergibt. Ab diesem Punkt steigt das übertragbare Drehmoment der Kupplung mit zunehmendem Schließen der Kupplung stark an, so dass schon geringe Wärmedehnungen der Kupplungsbauteile und/oder der Stellvorrichtung oder sonstige Einflüsse zu einem erheblichen Ansteigen des übertragbaren Drehmomentes sowie der bei gebremster Abtriebswelle erzeugten Reibungswärme führen, und so den Verschleiß stark erhöhen und eine weitere Erwärmung verursachen können.
Weiter ist von Nachteil, dass die US 5,624,350 nur ganz allgemein eine Berücksichtigung von Verschleiß und von einer änderung der Arbeitstemperatur durch eine Neukalibrierung vorschlägt. Eine unterschiedliche Berücksichtigung verschiedener Faktoren ist hiernach ebenso wenig vorgesehen, wie etwa ein vorausschauendes Steuern der Position des Kupplungs-Ruhepunktes in Erwartung zukünftiger Zustände.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur dynamischen Berechnung einer Kupplungs-Ruhepunktposition vorzustellen, bei dem eine ereignisabhängige Kalibrierung möglich ist. Weiter soll der Kupplungs-Ruhepunkt so bestimmt werden, dass ein erhöhter Verschleiß der Kupplung einerseits und eine benötigte Schaltzeit bis zum Erreichen eines Rutschbereichs der Kupplung andererseits in Abhängigkeit von bestimmten Parametern minimiert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Position des Kupplungs-Ruhepunktes vorteilhaft nicht periodisch sondern zumindest auch ereignisabhängig bestimmt werden sollte. Weiter liegt ihr die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Kupplungs-Ruhepunkt nicht allein nach dem Beginn einer messbaren Drehmoment-übertragung durch die Kupplung bemessen sollte, sondern zusätzlich einen bestimmten Offset-Wert zu berücksichtigen hat, der beispielsweise die in einem Schnellverstellmodus erreichbare Positioniergenauigkeit und bestimmte kurzfristig mögliche oder wahrscheinliche Parameteränderungen mit einbeziehen sollte.
Der Kupplungs-Ruhepunkt ist damit im Folgenden nicht identisch mit dem in der US 5,624,350 definierten Annäherungspunkt, sondern zeichnet sich in der Regel gerade durch einen gewissen minimalen Sicherheitsabstand von diesem Annäherungspunkt aus. Dieser Sicherheitsabstand kann durch die im Folgenden ausgeführten, bei der Berechnung des Ruhepunktes vorteilhaft zu berücksichtigenden Parameter optimal und insbesondere abhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen eingestellt werden.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur dynamischen Berechnung einer Ruhepunktposition einer automatischen oder automatisierbaren Reibkupplung, wobei eine Steuerungseinrichtung einen Kupplungsaktuator so ansteuert, dass dessen Stellglied dazu korrespondierende Aktuatorstellun- gen einnimmt und dadurch eine steuerbare Drehmomentübertragung zwischen einer mit einem Antriebsmotor gekoppelten Antriebswelle und einer Abtriebsseite der Reibkupplung einstellt, wobei die Steuerungseinrichtung in Vorbereitung eines Schließens der Reibkupplung zum Zweck der übertragung eines Drehmomentes das Stellglied des Kupplungsaktuators zunächst in eine Ruhepunkt-
Position einstellt, in der ein Totweg der Reibkupplung bis zur übertragung eines Drehmomentes gegenüber einer vollständigen öffnung der Kupplung stark verringert ist. Dies hat zur Folge, dass die Kupplung sich zu demjenigen Zeitpunkt, in dem sie ein Drehmoment übertragen soll, bereits kurz vor dem Berührpunkt befindet und deshalb besonders schnell und trotzdem genau in den gewünschten Bereich verstellt werden kann.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition ereignisabhängig ermittelt. Anschließend kann ein diesbezüglicher Steuerungsbefehl an den Kupplungsaktuator abgegeben werden, der dessen Stellglied bzw. die Reibkupplung in die gewünschte Ruhepunktposition bringt.
Gemäß der Erfindung kann die Ruhepunktposition zu einem günstigen Zeitpunkt ermittelt werden, wodurch einerseits die Aktualität der Berechnung steigt und andererseits zuverlässig vermieden werden kann, dass die Ermittlung zu einem ungünstigen Zeitpunkt erfolgt, in dem beispielsweise die Steuerungseinrichtung durch andere Berechnungen stark belastet ist, und sich so im ungünstigsten Fall die Einstellung der Kupplung auf eine gewünschte Position durch eine Verzögerung bei der Ermittlung des Ruhepunktes ebenfalls verzögert.
Dabei ist festzuhalten, dass der Begriff der Ermittlung des Ruhepunktes im Einzelfall zwar einen Kalibrierungsschritt unter Durchführung tatsächlicher Kupplungsstellbewegungen und einer Auswertung von Reaktionen auf diese umfassen kann, dass hier jedoch auch und gerade eine Ermittlung des konkret anzusteuernden Ruhepunktes unter Einbeziehung eines bereits vorher durch z.B. einen Kalibrierungsschritt ermittelten Grundwertes, beispielsweise in Form einer Berechnung oder eines Auslesens von Korrekturwerten aus Tabellen oder Kennwertspeichern, als Ermittlung zu verstehen ist.
Wenn die Steuerungseinrichtung die Berechnung des Ruhepunktes bzw. der Ruhepunktposition auf der Grundlage eines solchen Grundwertes oder Basis-Ruhepunktes der Reibkupplung unter Einbeziehung weiterer Korrekturfaktoren vornimmt, können in der konkreten Situation zeitaufwendige und ver- schleißbehaftete physikalische Kalibrierungsschritte entfallen. Auf diese Weise kann die Berechnung sehr schnell durchgeführt werden. Zudem ist eine Bestimmung eines Basis-Ruhepunktes mittels einer Kalibrierung nur in größeren zeitlichen Abständen notwendig, um beispielsweise eine Abweichung zwischen einem prognostizierten Verschleißverhalten und einem tatsächlichen Ver- schleißverhalten zu ermitteln.
Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens sieht vor, dass die Steuerungseinrichtung die Ermittlung der Ruhepunktposition während einer Phase eines Gangauslegens eines mit der Abtriebsseite der Kupplung verbundenen, automatischen oder automatisierten Schaltgetriebes vornimmt, weil zu dieser Zeit zumeist für die Ermittlung der Ruhepunktposition wichtige Parameter bekannt sind und die Ermittlung der Ruhepunktposition dennoch relativ früh durchgeführt werden kann. Gleichzeitig oder zumindest alternativ dazu ist es möglich, die Ermittlung mit Hilfe einer sehr geringen Rechenleistung der Steuerungseinrichtung durchzuführen. Daher können auch relativ stark ausgelastete bzw. schwach dimensionierte Steuerungseinrichtungen diese Aufgabe problemlos mit übernehmen.
Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung die Ermittlung der Ruhepunktposition vornimmt, während sich das automatische oder automatisierte Schaltgetriebe in seiner Neutralstellung befindet. Dieser Zeitpunkt ist in vielen Fällen besonders geeignet, da er im Vergleich zur vorstehend beschriebenen Ermittlung während des Auslegens des Ursprungsganges etwas später liegt und die Berechnungsergebnisse damit tendenziell eine höhere Aktualität aufweisen können.
Um jedoch die Belastung der Steuerungseinrichtung zum Zeitpunkt des Gangeinlegens bzw. kurz davor möglichst gering zu halten, ist es hierbei wiederum wünschenswert, wenn die Steuerungseinrichtung die Ermittlung der Ruhepunktposition unmittelbar im Anschluss an das Vorliegen einer Neutralstellung im automatischen oder automatisierten Schaltgetriebe durchführt.
Selbstverständlich ist es zum Beispiel nach einem Stillstand des Fahrzeugs ohne eingelegten Gang oder überhaupt nach einer längeren Zeit ohne eingelegten Gang sowie nach dem Start des Fahrzeugs sinnvoll, wenn die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition der Reibkupplung erstmalig oder abermalig zu einem Zeitpunkt ermittelt, in welchem ein Einlegen eines Ganges kurzfristig zu erwarten ist.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung den Ruhepunkt bzw. die Ruhepunktposition der Reibkupplung ausgehend von einem Basis- Ruhepunkt unter Einbeziehung eines geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwertes ermittelt, da die Fahrgeschwindigkeit Rückschlüsse auf den allgemeinen Betriebszustand des Fahrzeugs zulässt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Ruhepunktposition näher an den Berührpunkt der Reibkupplung, ab dem Drehmoment übertragen wird, gelegt wird, um eine besonders schnelle Kupplungsreaktion zu ermöglichen.
Der geschwindigkeitsabhängige Korrekturwert kann dabei auf verschiedene Weise ermittelt werden. Da das Fahrgeschwindigkeitssignal in allen modernen Fahrzeugen bereits als elektrisches oder elektronisches Signal verfügbar ist, ist es sinnvoll, dieses Signal für die Ermittlung des geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwertes heranzuziehen. Die Messung eines zu der Fahrgeschwindigkeit korrespondierenden Messwertes kann auch durch Erfassung der Drehzahl der Getriebeausgangswelle erfolgen.
Andererseits kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuerungseinrichtung den geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwert in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Kupplungsabtriebsseite beziehungsweise einer mit dieser gekoppelten Getriebeeingangswelle ermittelt, da dieser Wert in Kombination mit der bekannten Motordrehzahl eine direkte und besonders einfache Berücksichtigung der an der Kupplung anliegenden Differenzdrehzahl ermöglicht.
Wie schon vorstehend erwähnt wurde, ist es dabei oft sinnvoll, wenn die Steuerungseinrichtung den geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwert mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit verringert, da bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit mit einem gewünschten zügigen Gangwechsel gerechnet werden kann. Damit kann gegebenenfalls sogar ein eventuelles toleranzbedingtes Erreichen des Reibbereiches der Kupplung geduldet werden, da dieser Zustand nur kurzfristig auftritt. Eine Wärme erzeugende, verschleißbehaftete und daher eigentlich unerwünschte Verlagerung der Ruhepunktposition bis in den Reibbereich der Kupplung hinein ist damit längst nicht so kritisch, wie dies bei einem länger dauernden Ampelstopp der Fall wäre. Es ist daher festzuhalten, dass unter einer steigenden Geschwindigkeit ausdrücklich auch eine steigende Differenzgeschwindigkeit zum Beispiel zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung verstanden werden soll.
Weiterhin kann alternativ dazu oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung als einen Korrekturwert einen gangabhängigen Wert GDO (Gear-Dependent Offset) berücksichtigt, der beispielsweise besonders einfach und mit besonders geringem Rechenaufwand in Abhängigkeit eines Ausgangsganges oder bevorzugt eines Zielganges oder besonders bevorzugt einer Kombination aus beiden aus einer Tabelle ausgelesen werden kann.
Insbesondere kann dieser gangabhängige Korrekturwert GDO mit größer werdender Gangzahl gleich bleiben oder größer werden, womit gemeint ist, dass der gangabhängige Korrekturwert GDO zwar über mehrere Gangstufen
hinweg konstant bleiben kann, aber letztlich einen stetigen und steigenden Verlauf aufweist. Die zu erzielenden Vorteile sind in erster Linie darin begründet, dass höhere Gänge mit tendenziell höheren Fahrgeschwindigkeiten korrespondieren. So kann beispielsweise für ein 16-gängiges automatisiertes Schaltgetriebe vorgesehen sein, dass der gangabhängige Korrekturwert GDO für Anfahrgänge RL (Rückwärts klein), RH (Rückwärts groß), Gang 1 , Gang 2, Gang 3 und Gang 4 den Wert Null aufweist, und für mittlere Vorwärtsgänge (Gang 5, Gang 6, Gang 7, Gang 8) größer als Null sowie kleiner als der gangabhängige Korrekturwert GDO für große Gänge (Gang 9, Gang 10, Gang 1 1 , Gang 12, Gang 13, Gang 14, Gang 15, Gang 16) ist.
Daneben kann die Steuerungseinrichtung alternativ dazu oder zusätzlich einen schaltungsartabhängigen Wert STO (Shift-Type Offset) als Korrekturwert berücksichtigen, der beispielsweise davon abhängig sein kann, ob es sich um einen Hochschaltvorgang oder einen Rückschaltvorgang handelt. Bei Hochschaltvorgängen ist oft eine möglichst kurze Zugkraftunterbrechung erwünscht, um ein insgesamt optimales Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs zu erreichen. Bei Rückschaltvorgängen ist die Zugkraftunterbrechung mit Ausnahme von einigen Sonderfällen, wie etwa das Fahren an besonders starken Steigungen, zumeist vergleichsweise unwichtig, weshalb die Ruhepunktposition in diesen Fällen weiter vom Berührpunkt der Reibkupplung entfernt liegen kann.
Weiter ist es sinnvoll, wenn die Steuerungseinrichtung bei der Ermittlung des schaltungsartabhängigen Wertes STO berücksichtigt, ob es sich beim Schaltvorgang um ein Schalten aus der Neutralstellung des Getriebes heraus handelt, wie er beispielsweise beim Anfahren aus dem Stand üblich ist. Hierbei ist der sicheren Vermeidung eines Reibzustandes der Kupplung am Ruhepunkt besonders große Bedeutung beizumessen, da dieser Zustand auf unbegrenzt oder jedenfalls unbestimmt lange Zeit vorliegen kann. Dementsprechend ist der schaltungsartabhängige Wert zur Vergrößerung des Sicherheitsabstandes des Ruhepunktes vom Berührpunkt der Reibkupplung hier zumeist verhältnismäßig
groß zu wählen. Gleiches gilt jedoch auch für andere Neutralschaltzustände des Getriebes, wie sie etwa beim Rollen des Fahrzeugs mit ausgelegtem Gang an einer langgestreckten Steigung vorkommen können.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung zur Bestimmung des schaltungsart- abhängigen Wertes STO berücksichtigt, ob der aktuelle Schaltvorgang ein solcher ist, der nur in einem Vorschaltgetriebe oder nur in einem Hauptgetriebe einer mehrgruppigen Getriebeeinrichtung durchgeführt wird.
Schließlich birgt es besondere Vorteile, wenn die Steuerungseinrichtung bei der Ermittlung der Ruhepunktposition der Reibkupplung als Korrekturwert einen Offsetwert DO (Disengagement Offset) berücksichtigt, den sie bei Neutralstellung des Schaltgetriebes und Vorliegen bestimmter weiterer Bedingungen ermittelt. Auf diese Weise kann als Grundwert bzw. Basis-Ruhepunkt der Reibkupplung ein fester, fahrzeugabhängiger Wert verwendet werden, der um den Offsetwert DO korrigiert wird. Der Offsetwert DO kann bevorzugt ermittelt werden, wenn als weitere Bedingung das Fahrzeug steht, eine gegebenenfalls vorhandene Getriebebremse gelöst ist und die Reibkupplung eine übliche Betriebstemperatur aufweist.
Um beispielsweise auch bei fehlerhaften Sensorwerten oder Signaleinstreuungen sicherzustellen, dass die Ermittlung und Einstellung der Ruhepunktposition in keinem Fall zu einem gefährlichen Fahrzustand führt, in dem sich das Fahrzeug beispielsweise ungewollt in Bewegung setzt oder die Kupplung durch unzulässig hohe Reibleistung durch überhitzung geschädigt wird, ist es schließlich vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung die Ruhepunktposition nur innerhalb vorgegebener oder berechneter oberer und unterer Grenzwerte variiert.
Zudem ist festzuhalten, dass die Berücksichtigung der hier vorgestellten Korrekturfaktoren selbstverständlich sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen vorgenommen werden kann. Für jeden Korrekturfaktor gilt, dass dieser in Form eines additiven oder subtraktiven Korrekturwertes, in Form eines Multiplikators oder auch in beliebigen anderen Formen bis hin zu selbstlernenden neuronalen Netzwerken bei der Bestimmung der Ruhepunktposition der Reibkupplung bzw. des Stellgliedes des Kupplungsaktuators berücksichtigt werden kann.
Außerdem ist es möglich und sinnvoll, auch weitere Parameter zur Bildung der benannten Korrekturfaktoren hinzuzuziehen oder mit ihrer Hilfe weitere Korrekturfaktoren zu ermitteln und bei der Bestimmung der Ruhepunktposition zu berücksichtigen. Beispielsweise kann eine aufgrund der Messung eines Getriebetemperatursensors ohnehin bekannte Getriebetemperatur ebenso berücksichtigt werden, wie beispielsweise ein physikalisch-mathematisches Modell des zu erwartenden Verschleißes der Kupplungslamellen.
Schließlich ist es auch möglich, dem Fahrer durch direkte Eingabemöglichkeiten oder Auswertung seines Verhaltens eine direkte oder indirekte Ein- flussnahme auf die Ermittlung der Ruhepunktposition zu geben. Beispielsweise kann die Ruhepunktposition bei einem sehr „sportlichen" Fahrverhalten des Fahrers weiter in Richtung zum Berührpunkt der Reibkupplung verschoben werden als bei einem ruhig und komfortbetont fahrenden Fahrzeuglenker.
Auch ist es zum Beispiel für den Rennsport mit Kraftfahrzeugen möglich, eine direkte Eingabemöglichkeit und gegebenenfalls eine Override-Funktion vorzusehen, durch die der Fahrer oder ein Techniker beispielsweise die Ruhepunktposition der Kupplung auch bei Schaltvorgängen aus der Neutralstellung des Getriebes heraus weit in Richtung des Berührpunktes der Kupplung oder sogar darüber hinaus verschieben kann.
Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu sind der Beschreibung zwei Zeichnungsfiguren beigefügt. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm zur möglichen Bestimmung eines geschwindigkeitsabhängigen Korrekturwertes für eine Ruhepunktposition eines Kupplungsaktuators bzw. einer Reibkupplung und
Fig. 2 eine tabellarische Darstellung einer möglichen Zuweisung von gangabhängigen Korrekturwerten zu Gangstufen eines Getriebes mit zwei Rückwärtsgängen und sechzehn Vorwärtsgängen.
Für das nachfolgende Ausführungsbeispiel sei davon ausgegangen, dass ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor aufweist, dessen Abtriebswelle drehfest mit der antreibbaren Seite einer Lamellenkupplung verbunden ist. Ebenso sind Einscheiben- oder Zweischeibenkupplungen in entsprechender Funktionsweise anwendbar. Die Abtriebsseite der Lamellenkupplung ist drehfest mit der Eingangswelle eines automatisierten Schaltgetriebes verbunden. Die Betriebsart der Lamellenkupplung wird durch die Stellposition eines Kupplungsaktuators bestimmt, der durch eine elektronische Steuerungseinrichtung angesteuert wird.
Der Grund-Ruhepunkt der Kupplung ist durch einen erstmals am Ende einer Fertigungsstrecke des Fahrzeugs vorgenommenen und später z.B. anlässlich von Werkstattinspektionen wiederholten Kalibrierungsvorgangs für diese Kupplung bei einem Aktuatorstellwert von beispielsweise 27 mm ermittelt worden. Dieser Stellwert kann zum Beispiel durch ein langsames Schließen der Kupplung bei drehender Motorabtriebswelle und stehender Getriebeeingangswelle sowie ausgelegtem Getriebegang bei geöffneter Getriebebremse ermittelt werden. Dabei wird derjenige Aktuatorstellwert bzw. Kupplungspunkt bestimmt, bei dem sich die Kupplungsabtriebswelle bzw. die Getriebeeingangswelle gerade zu drehen beginnt. Anschließend wird z.B. ein Aktuatorweg von 2,5 mm als
Grund-Sicherheitszuschlag in öffnungsrichtung der Kupplung hinzuaddiert und das Stellglied des Kupplungsaktuators um den gesamten Aktuatorstellweg in Kupplungsöffnungsrichtung verstellt. So wird sichergestellt, dass die Kupplung im Ruhepunkt unter den üblichen Betriebsbedingungen eindeutig kein Drehmoment überträgt.
Dieser Grund-Sicherheitszuschlag ist bevorzugt so bestimmt worden, dass er unter Berücksichtigung eines bis zum nächsten zu erwartenden Kalibriervorgang üblichen Kupplungsverschleißes dem maximal im Betrieb erwünschten Sicherheitszuschlag entspricht.
Im Fahrbetrieb passt die Steuerungseinrichtung den tatsächlich einzustellenden Ruhepunkt dann beispielsweise über eine Reduzierung dieses Grund-Sicherheitszuschlages an. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise, sobald Sensoren melden, dass ein zuvor eingelegter Ursprungsgang des automatisierten Schaltgetriebes ausgelegt wurde, den aktuell einzustellenden Ruhepunkt ermitteln und dann einen entsprechenden Stellbefehl an den Kupplungsaktuator zur Einstellung der Ruhepunktposition der Reibkupplung abgeben.
In diesem Beispiel erfasst die Steuerungseinrichtung die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und ermittelt hieraus mit Hilfe einer abgespeicherten Tabelle oder einer mathematischen Gleichung einen Basis-Ruhepunkt. Dies kann, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, dadurch geschehen, dass entsprechend der ermittelten Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise V1 oder V2, jeweils ein Kupplungsstellweg Y1 bzw. Y2 bestimmt wird, welcher von dem in Höhe des Wertes Y3 als horizontale, punktgestrichelte Linie eingezeichneten maximalen Sicherheitszuschlag abgezogen wird. Bei einer Geschwindigkeit von 0 km/h ergibt sich, wie aus Fig. 1 aufgrund des im Achsenursprung beginnenden Graphen zu erkennen ist, keine Korrektur des Grund-Sicherheitszuschla-
ges von 2,5 mm, womit der Basis-Ruhepunkt bei stehendem Fahrzeug dem Grund-Ruhepunkt entspricht.
Bei einer Geschwindigkeit V1 von beispielsweise 30 km/h wird der Grund-Sicherheitszuschlag Y3 jedoch um den korrespondierenden Wert Y1 von hier angenommenen 1 ,2 mm verringert, wodurch sich ein Basis-Ruhepunkt in Richtung zu dem Berührpunkt der Kupplung verschiebt. Bei einer Geschwindigkeit von V2 von beispielshalber 80 km/h verringert die Steuerungseinrichtung den Grund-Sicherheitszuschlag Y3 um den Wert Y2, der gemäß Fig. 1 mit 2,0 mm angenommen wird. Der Basis-Ruhepunkt liegt damit bei einer Fahrgeschwindigkeit von 80 km/h nur noch 0,5 mm vom Berührpunkt der Reibkupplung entfernt.
Auf diese Weise kann die Kupplung bei Vorliegen eines entsprechenden Befehls bei höheren Fahrgeschwindigkeiten sehr schnell geschlossen werden, während bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten ein etwas größerer Sicherheitsabstand zum Berührpunkt gegeben ist. An Stelle der Fahrgeschwindigkeit kann auf gleiche Weise eine Drehgeschwindigkeit einer Abtriebswelle des Getriebes als Ausgangsgröße für eine Reduzierung des Sicherheitsabstandes verwendet werden.
Alternativ dazu oder zusätzlich kann die einzulegende neue Gangstufe durch eine Veränderung des Sicherheitsabstandes bei der Einstellung der Kupplungsposition Berücksichtigung finden. So kann die Steuerungseinrichtung beispielsweise aus der in Fig. 2 dargestellten Tabelle einen von der einzulegenden Gangstufe abhängigen Korrekturfaktor auslesen und in diesem Fall z.B. für das geplante Einlegen des 10. Fahrganges den Sicherheitsabstand um weitere 10 % (Offset) verringern. Wie Fig. 2 verdeutlicht, ist in diesem Ausführungsbeispiel für die beiden Rückwärtsgänge RL und RH sowie für die Anfahrgänge 1 bis 4 kein Offset-Wert vorgesehen bzw. dessen Betrag gleich Null, da
es bei der Nutzung dieser Anfahrgänge üblicherweise nicht auf einen möglichst schnellen Gangwechsel ankommt.
Die Steuerungsvorrichtung kann auch weitere Korrekturen des genannten Sicherheitsabstandes aufgrund weiterer Parameter vornehmen. Dabei ist es im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung unerheblich, ob nun zunächst ein Sicherheitsabstand bestimmt wird, der dann auf die vorstehend beschriebene Art in Abhängigkeit bestimmter Parameter verringert oder auch vergrößert wird, oder ob die zu berechnenden Zielgrößen beispielsweise die Stellposition des Aktuators oder die Position der Druckplatte sind. Entscheidend ist hier lediglich, dass letztlich der Sicherheitsabstand zwischen einem einzustellenden Ruhepunkt und dem Berührpunkt der Kupplung entsprechend den benannten Parametern optimiert wird.