Neben den herkömmlichen durch den Fahrer direkt betätigten Kraftfahrzeugkupplungen werden zunehmend automatisch betätig- te Kupplungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt (siehe zum Bei- spiel DE 44 34 111 A1). Bei solchen Kupplungen treten aber Probleme auf : Lineare Positionssensoren sind teuer und auf- grund ihrer Dimensionen schwer an der Kupplung oder an deren Stellantrieb zu montieren. Da eine Kupplungsregelung sicher- heitskritisch ist, muss die Funktionsfähigkeit des Sensors ständig anhand von anderweitig gewonnenen, gemessenen oder berechneten Zustandsgrößen überprüft werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatisch betätigte Kraftfahrzeug-Kupplung und ein Verfahren zum Steu- ern einer solchen Kupplung zu schaffen, deren Herstelllungs- und Montageaufwand gering sind und deren Funktion sicher ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine automatisch betä- tigte Kraftfahrzeug-Kupplung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Die Steuerung der Kupplung enthält einen Regelkreis mit einem Streckenmodell, mit dem das Signal des Positionssensors auf Plausibilität überprüft wird und durch das bei einer Abweichung die Stellung der Kupplung ermittelt wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen niedergelegt.

Die Vorteile der Erfindung liegen unter anderem darin, dass sie eine einfache Realisierung eines Notfahrprogramms bei Ausfall des Kupplungspositionssensors ergibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Figur 1 einen Kraftfahrzeugantrieb mit einer automatisch be- tätigten Kupplung gemäß der Erfindung ; Figur 2 einen Regelkreis der Kupplung nach Figur 1 ; Figur 3 den Verlauf der Getriebedrehzahl abhängig von der Stellung der Kupplung nach Figur 1 ; Figur 4 die Lage einiger charakteristischer Punkte entlang des Kupplungsweges ; Figur 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Trainieren eines regelungstechnischen Modells zum Be- rechnen der Kupplungsposition ; Figur 6 die Kennlinie Steuerstrom-Ölfluss eines Druckminder- ventils in dem Regelkreis nach Figur 2 ; Figur 7 die Kennlinie Ausrückweg-Kraft bei einer Trockenkupp- lung, und Figur 8 ein Ablaufdiagramm eines von der Steuerung der auto- matisch betätigen Kupplung nach Figur 1 abgearbeite- ten Programms.

Ein Kraftfahrzeugantrieb 1 (Figur 1) weist-soweit er für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist-folgende Be- standteile auf : einen Motor 2, eine Kupplung 3, einen Kupplungsaktuator (im folgenden auch als Stellglied oder Stellantrieb für die Kupplung bezeichnet) 4, ein Schaltge- triebe 5, einen Getriebeaktuator 6, eine elektronische Steue- rung 8 für das Stellglied 4 und den Getriebeaktuator 6 sowie eine Motorsteuerung 9. Die elektronische Steuerung 8 ist mit

dem Stellglied 4 durch Steuer-und Signalleitungen 10 und mit dem Getriebeaktuator 6 durch Steuer-und Signalleitungen 11 verbunden.

Das Stellglied 4 kann als elektromotorisch angetriebener oder als hydraulisch angetriebener Aktuator ausgebildet sein. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein hydraulisches Stellglied 4 verwendet, das mit der Kupplung 3 durch eine Kraftübertragungsanordnung 12 verbunden ist, die zum Beispiel als Druckleitung ausgebildet ist.

Bei dem Kraftfahrzeugantrieb 1 ist in dem vorliegenden Aus- führungsbeispiel das Schaltgetriebe 5 als konventionelles Handschaltgetriebe ausgebildet. Dabei wird die Kupplung 3- durch die elektronische Steuerung 8 gesteuert-automatisch betätigt, sobald der Fahrer an den, hier nicht dargestellten, Schalthebel greift, um einen Gangwechsel durchzuführen. Ein solches Getriebe wird als automatisches (oder auch : automati- siertes) Handschaltgetriebe ASG bezeichnet. Der erfindungsge- mäße Kraftfahrzeugantrieb kann aber auch mit vollautomati- schen Schaltgetrieben realisiert werden, die allerdings in der Regel mit einer Nasskupplung oder einem Strömungswandler versehen sind.

Ein Sollwert der Kupplungsposition Possoll ist in einem Regel- kreis 14 die Führungsgröße (Figur 2), die über ein Addier- glied 15 einem Übertragungsglied 16 zugeführt wird. Ü- bertragungsglied 16 stellt ein regelungstechnisches inverses Modell der Regelstrecke dar, und es wird im folgenden als Streckenmodell bezeichnet. Die elektronische Steuerung 8 für die Kupplung wird deshalb auch als modellbasierte Steuerung bezeichnet. Durch diese ein regelungstechnisches inverses Streckenmodell einschließende modellbasierte Steuerung 8 wer- den die erheblichen Nichtlinearitäten des Stellglieds 4 wirk- sam kompensiert.

Dem zweiten Eingang des Addiergliedes 15 wird der negierte Istwert der Kupplungsposition Posist zugeführt. Das Übertra- gungsglied oder"inverse Streckenmodell"16 berechnet aus der Differenz zwischen dem Sollwert PossOll und dem Istwert Posist der Kupplungsposition den erforderlichen Ölfluss Qsoll für ein als Stellglied dienendes Druckminderventil 17, das in dem Blockdiagramm von Figur 2 durch seine Ventilkennlinie darge- stellt ist. Ein Regler 18 sorgt aufgrund einer geeigneten Auswahl seiner Parameter für die Stabilität, die stationäre Genauigkeit und die erforderliche Dynamik des Einschwingvor- ganges der Regelung. Die Stellgröße, d. h. das Ausgangssignal des Reglers 18 wird in einem Stromregler oder Modulator 20 in einen pulsweitenmodulierten oder PWM-Steuerstrom zum Steuern des Druckminderventils 17 umgesetzt (siehe auch Figur 6).

Der Durchfluss von Hydrauliköl durch das Druckminderventil 17 ist abhängig vom Systemdruck und von der Druckdifferenz zwi- schen dem Systemdruck und dem Zylinderdruck in dem Kupplungs- aktuator 4 beim Öffnen der Kupplung bzw. von der Druckdiffe- renz zwischen dem Zylinderdruck und dem Druck in einem Tank beim Schließen der Kupplung. Der Systemdruck wird in einem hier nicht dargestellten Druckgenerator mit Tank erzeugt.

Der Ölfluss gelangt von dem hydraulischen Druckminderventil 17 über ein Addierglied 21 zu einem Dividierglied 22, in dem der Elastizitätsmodul des Hydrauliköls Eol durch das Ölvolumen des Kolbenvorraums Vo dividiert wird. Eine Integration der sich dabei ergebenden Konstante multipliziert mit dem Ölfluss oder Hydraulikölstrom ergibt den sich in dem Zylinder des Kupplungsaktuators 4 aufbauende Druck P. Dieser Druckwert P wird in einem Multiplizierglied 25 mit der Kolbenfläche A multipliziert. Die Kennlinie Ausrückkraft der Kupplung 3 ab- hängig von deren Ausrückweg (siehe auch Figur 7) ist in einem Kennlinienspeicher 26 abgelegt, und somit kann die jeweilige Kupplungsposition Poslst abhängig von dem Ölfluss oder dem entsprechenden Druckaufbau ermittelt werden.

Der Wert der Aktuatorgeschwindigkeit V Akt wird in einem Mul- tiplizierglied 28 mit der Kolbenfläche A multipliziert und das negierte Ergebnis auf das Addierglied 21 gegeben. Der Druckwert P wird über ein Addierglied 29, in dem der Wert des Arbeitsdrucks Po vom ihm abgezogen wird, über ein Wurzelkenn- linienglied 30 und über ein Multiplizierglied 31, in dem eine Multiplikation mit einem Blendendurchflussfaktor B erfolgt, zu dem Addierglied 21 rückgeführt. Außerdem wird der Druck- wert P zu dem Ventilkennlinienglied 17 rückgeführt.

Der Istwert der Kupplungsposition Pose, t gelangt von dem Aus- gang des Kennlinienspeichers zu einem Positionssensor 32 und dessen Ausgangssignal wird als Istwert negiert dem Addier- glied 15 zugeführt und somit dort von dem Sollwert Possol der Kupplungsposition abgezogen, was eine Regelabweichung Possoll minus Pose, t ergibt. Damit ist der Regelkreis 14 geschlossen.

Das Stellglied und die gesamte Regelstrecke des Regelkreises 14 sind durch eine strichpunktierte Linie 33 zeichnerisch zu- sammengefasst.

Der Positionssensor 32 ist in einer ersten Ausführung als li- nearer Positionssensor ausgebildet, in einer weiteren Ausfüh- rung hingegen als Punktsensor oder als Sensor mit kleinem Messbereich, zum Beispiel in Form eines Hallsensors.

Bei einem Ausfall des Positionssensors 32 tritt ein sogenann- tes Notfahrprogramm in Aktion, bei dem die Qualität der Kupp- lungslagepositionierung zwar eingeschränkt sein kann, die o- riginäre Funktion der Kupplung aber in allen Fällen gewähr- leistet bleibt.

Aus dem Diagramm von Figur 3 ist die Abhängigkeit der Getrie- beeingangsdrehzahl von der Kupplungsposition bei konstanter Motordrehzahl ersichtlich. Es gibt einige markante Punkte der Kupplungsposition entlang des Kupplungsweges KW (Figuren 3 und 4), die als Referenzpunkte für die Überprüfung der Kupp- lungsposition dienen können. Im komplett eingekuppelten Zu-

stand sorgt die Federkraft der hier nicht dargestellten Kupp- lungsfeder (n) für das Erreichen einer Endlage EK. Außerdem kann ein Berührpunkt (auch : Touchpoint) TP erfasst werden, welcher der Position entspricht, bei der die Kupplung be- ginnt, Drehoment auf das Getriebe zu übertragen. Dieser Be- rührpunkt lässt sich während des Fahrzeugstillstandes bei Ge- triebeneutralstellung, mit laufendem Motor und mit sich lang- sam schließender Kupplung ermitteln.

Als weitere Referenzpunkte können optional ein oder mehrere entlang des Kupplungsweges KW angebrachte Punktsensoren PS, die auch als Sensoren mit kleinem Messbereich wie zum Bei- spiel als Hallelemente ausgebildet sein können, eingesetzt werden (Figur 4).

Die genannten Referenzpunkte werden dazu verwendet, die mo- dellbasierte Steuerung individuell in einem zyklisch durch- laufenen Unterprogramm (Figur 5) zu trainieren. Ausgehend von einem Startpunkt wird einerseits die Kupplungsposition in ei- nem Schritt Sl durch den Positionssensor 32 erfasst und ande- rerseits in einem parallelen Schritt S2 die Kupplungsposition mit dem Streckenmodell 16 berechnet. Die Subtraktion der bei- den Ergebnisse ergibt einen Fehler, der zu minimieren ist.

Dazu werden die Kenngrößen der Komponenten des Kupplungsan- triebs des jeweils vorliegenden Kraftfahrzeugtyps derart a- daptiert, dass die durch die modellbasierte Steuerung festge- legte Kupplungsposition möglichst exakt mit der durch den li- nearen Positionssensor erfassten Kupplungsposition überein- stimmt.

Die in dem Ventilkennlinienglied 17 abgelegte Kennlinie eines hydraulischen Druckminderventils des Kupplungsaktuators 4 "Ölfluss abhängig von Steuerstrom"ist in Figur 6 als durch- gezogene Linie im Einzelnen dargestellt. Mit der gestrichel- ten Kennlinie ist der Verlauf des Ölflusses bei umgekehrten elektrischem Strom dargestellt, d. h. die durch die Hysterese

des hydraulischen Druckminderventils verursachte Abhängig- keit.

Für die Kupplungsposition charakteristische Kenngrößen sind die Ventilkennlinie 17 des hydraulischen Druckminderventils, die Kenngrößen der hydraulischen Leitungen und die Ausrück- weg-Kraft-Kennlinie (Figur 7) der Kupplung. Die Kupplung und ihr Antrieb sind Umwelteinflüssen wie Temperaturänderungen und Alterung unterworfen. Die Temperaturschwankungen können anhand des jeweiligen Betriebsmodus (zum Beispiel Anfahrmo- dus, Kriechmodus) des Kraftfahrzeugs abgeschätzt werden. Die durch solche Einflüsse bedingten Störgrößen der Kupplungs- steuerung werden durch die vorstehende beschriebene Adaption ebenfalls kompensiert.

Die Kennlinie Ausrückkraft-Ausrückweg der Kupplung 3 (Figur 7) ermöglicht es, die Position der Kupplung aus der Kenntnis des hydraulischen Drucks im Druckraum des Stellglieds 4, der sich aus dem Olfluss ergibt, zu ermitteln. Zwar lässt die Kennlinie allein wegen ihres aus der Zeichnung ersichtlichen Zwischenmaximums und-minimums keine Zuordnung in dem Gesamt- bereich zu, dies ist aber nicht erforderlich, da in der e- lektronischen Steuerung 8 die angenäherte Kupplungsposition jeweils bekannt ist.

Ein von der elektronischen Steuerung 8 beim Steuern der Kupp- lung 3 abgearbeitetes Programm weist folgende Programmschrit- te auf (Figur 8) : Start des Programms. stl : Der Positionssensor 32 trainiert das Streckenmodell 16 (entspricht den Schritten Sl und S2 von Figur 5). st2 : Es erfolgt eine Abfrage, ob das Training beendet ist ? Ist die Antwort nein, so springt das Programm an sein Ende, das heißt ein Programmzyklus ist beendet. Ist die Antwort ja, so folgt :

st3 : Der Positionssensor 32 und das Streckenmodell 16 überwa- chen sich gegenseitig.

St4 : Es erfolgt eine Abfrage, ob eine Übereinstimmung zwi- schen dem Sensorsignal und dem Rechenergebnis des Mo- dells besteht. Ist die Antwort nein, so springt das Pro- gramm an sein Ende. Ist die Antwort ja, so folgt : st5 : Ein Referenzpunkt (zum Beispiel der Berührpunkt) wird für einen Vergleich mit dem Sensorsignal herangezogen. st6 : Es erfolgt eine Abfrage, ob das Sensorsignal in Ordnung ist. Ist die Antwort ja, so springt das Programm zu ei- nem Schritt st7, ist die Antwort nein, so springt es zu einem Schritt st8. st7 : Das Modelltraining wird wieder aufgenommen und danach erfolgt ein Sprung zu dem Ende des Programms. st8 : Das inverse Modell übernimmt die ermittelte Sensorposi- tion. Danach springt das Programm zu seinem Ende.

Der erste Programmdurchlauf ist nun beendet. Das Programm wird zyklisch wiederholt. Die Plausibilität des Sensorsignals wird laufend überprüft und das Modelltraining laufend weiter fortgeführt. Damit ist immer ein einwandfreies Steuern der Kupplungsposition gewährleistet.