DE102007021303A1

DE102007021303A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Stellsignals für einen Aktuator einer Kupplungseinheit eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007021303A1
Application number: DE102007021303A
Authority: DE
Inventors: Johannes Quehenberger
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-08
Also published as: JP2008286393A; US20080281495A1; US8463514B2; JP5376828B2; DE102007021303B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Stellsignals für einen Aktuator einer Kupplungseinheit eines Kraftfahrzeugs beschrieben, mit dem das von der Kupplungseinheit zu übertragende Drehmoment einstellbar ist. Von einer Hauptsteuereinheit wird ein Sollwert für das zu übertragende Drehmoment in Abhängigkeit von vorgegebenen ersten Parametern ermittelt. Basierend auf dem ermittelten Sollwert wird von einer Zusatzsteuereinheit ein dem Sollwert entsprechendes Stellsignal für den Aktuator erzeugt. Von der Hauptsteuereinheit wird in Abhängigkeit von vorgegebenen zweiten Parametern ein Sollwert-Toleranzbereich für den ermittelten Sollwert des Drehmoments bestimmt. Der Sollwert-Toleranzbereich wird an die Zusatzsteuereinheit übertragen, wobei die Zusatzsteuereinheit einen Istwert des von der Kupplungseinheit übertragenen oder übertragbaren Drehmoments ermittelt und ein neues Stellsignal für den Aktuator erzeugt, wenn der Istwert außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs liegt. Weiterhin wird eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Stellsignals für einen Aktuator einer Kupplungseinheit eines Kraftfahrzeugs, mit dem das von der Kupplungseinheit zu übertragende Drehmoment einstellbar ist, wobei von einer Hauptsteuereinheit ein Sollwert für das zu übertragende Drehmoment in Abhängigkeit von vorgegebenen ersten Parametern ermittelt wird und basierend auf dem ermittelten Sollwert von einer Zusatzsteuereinheit ein dem Sollwert entsprechendes Stellsignal für den Aktuator erzeugt wird. Weiterhin ist die Erfindung auf eine Steuervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gerichtet.
Kupplungseinheiten der eingangs genannten Art werden beispielsweise in Verteilergetrieben von Kraftfahrzeugen verwendet, mit denen das von einer Antriebseinheit erzeugte Drehmoment nach Bedarf auf die einzelnen Fahrzeugräder verteilt wird. Beispielsweise wird bei Kraftfahrzeugen mit temporär zuschaltbarem Allradantrieb ein Teil des Antriebsmoments fest auf die primären Antriebsräder verteilt, während ein zweiter Teil des Antriebsmoments nach Bedarf, beispielsweise abhängig von entsprechenden, der jeweiligen Fahrsituation zugrunde liegenden fahrdynamischen Parametern, auf die beiden anderen Fahrzeugräder, d. h. die sekundären Antriebsräder, verteilt wird. Weiterhin können solche Kupplungseinheiten auch beim Verteilen des Drehmoments zwischen den linken und den rechten Fahrzeugrädern oder zum sonstigen Verteilen eines Drehmoments verwendet werden.
Zum Erzeugen eines entsprechenden Stellsignals für den Aktuator werden üblicherweise von der Hauptsteuereinheit so genannte fahrdynamische Parameter ermittelt bzw. ausgewertet. Dabei kann es sich beispielsweise um Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung, Reifenschlupf, Geschwindigkeit der Gaspedalbetätigung, Antriebsmoment, Lenkwinkel, Raddrehzahl, Gierrate bzw. Gierwinkelgeschwindigkeit oder sonstige die Fahrdynamik beeinflussende Parameter handeln.
Basierend auf diesen ersten Parametern wird von der Hauptsteuereinheit jeweils ein Sollwert für das aktuell zu übertragende Drehmoment ermittelt. Dieser Sollwert wird an die Zusatzsteuereinheit übertragen, die basierend auf dem Sollwert ein dem Sollwert entsprechendes Stellsignal für den Aktuator erzeugt. Bei dem Stellsignal kann es sich beispielsweise um einen dem jeweiligen einzustellenden Drehmoment entsprechenden Drehwinkel des Aktuators oder um beispielsweise einen entsprechenden Druckwert handeln.
Um die Anzahl der bei jeder Drehmomentanforderung auftretenden Stellbewegungen des Aktuators zu verringern und damit die thermische Belastung des Aktuators zu reduzieren, ist es bekannt, dass innerhalb der Zusatzsteuereinheit ein Toleranzband für das einzustellende Drehmoment abgespeichert ist und ein Stellvorgang des Aktuators erst bei einer Mindeständerung des Sollwerts, d. h. wenn der Sollwert aus dem Toleranzband austritt, ausgelöst wird. Aus Fahrzeugsicht kann sich dadurch eine Verschlechterung der Momentengenauigkeit des Systems ergeben, durch die in vielen Fahrsituationen jedoch das Fahrverhalten nicht negativ beeinflusst wird. Es gibt jedoch Fahrzeugsituationen, in denen höchste Genauigkeit für die Einstellung des zu übertragenden Drehmoments erforderlich ist. Weiterhin ist die Berücksichtigung eines Toleranzbandes innerhalb der Zusatzsteuereinheit unflexibel, da beispielsweise dynamische Fahrparameter oder dynamische Einflüsse im Bereich der Kupplungseinheit oder des Aktuators nicht berücksichtigt werden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen die Anzahl der Steuervorgänge des Aktuators verringert werden kann, ohne dass das Fahrverhalten in kritischen Situationen negativ beeinflusst wird. Weiterhin soll es möglich sein, die Fahrdynamik mit hoher Präzision zu berücksichtigen.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass von der Hauptsteuereinheit in Abhängigkeit von vorgegebnen zweiten Parametern ein Sollwert-Toleranzbereich für den ermittelten Sollwert des Drehmoments bestimmt wird, dass der Sollwert-Toleranzbereich an die Zusatzsteuereinheit übertragen wird und dass die Zusatzsteuereinheit einen Istwert des von der Kupplungseinheit übertragenen oder übertragbaren Drehmoments ermittelt und ein neues Stellsignal für den Aktuator erzeugt, wenn der Istwert außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs liegt.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptsteuereinheit zur Bestimmung eines Sollwert-Toleranzbereichs für den ermittelten Sollwert des Drehmoments in Abhängigkeit von vorgegebenen zweiten Parametern sowie zum Übertragen des Sollwert-Toleranzbereichs an die Zusatzsteuereinheit ausgebildet ist und dass die Zusatzsteuereinheit zum Ermitteln eines Istwerts des von der Kupplungseinheit übertragenen oder übertragbaren Drehmoments ausgebildet ist sowie zum Erzeugen eines neuen Stellsignals für den Aktuator, wenn der Istwert außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs liegt.
Mit der Erfindung wird somit nicht eine vorgegebene Sollwertänderung mit einem innerhalb der Zusatzsteuereinheit abgespeicherten Toleranzband verglichen, sondern es wird bereits von der Hauptsteuereinheit, die den Sollwert für das zu übertragende Drehmoment in Abhängigkeit von den vorgegebenen ersten Parametern ermittelt, ein Sollwert-Toleranzbereich für diesen ermittelten Sollwert des Drehmoments bestimmt. Anstelle eines innerhalb der Zusatzsteuereinheit statisch vorgegebenen Toleranzbandes ermittelt somit die Hauptsteuereinheit jeweils dynamisch in Abhängigkeit von vorgegebenen zweiten Parametern den Sollwert-Toleranzbereich für den gerade ermittelten Sollwert und überträgt anstelle des ermittelten Sollwerts den ermittelten Sollwert-Toleranzbereich an die Zusatzsteuereinheit.
Der Sollwert-Toleranzbereich kann dabei dynamisch, jeweils abhängig von den vorgegebenen zweiten Parametern variieren, so dass der Sollwert-Toleranzbereich beispielsweise abhängig von der aktuellen Fahrsituation jeweils von der Hauptsteuereinheit dynamisch für jede Drehmomentanforderung angepasst werden kann. Somit kann je nach Fahrsituation entweder ein breiter Sollwert-Toleranzbereich oder ein sehr enger Sollwert-Toleranzbereich von der Hauptsteuereinheit ermittelt und an die Zusatzsteuereinheit übertragen werden. Dies ist insbesondere auch deshalb vorteilhaft, da in der Hauptsteuereinheit üblicherweise bereits die erforderlichen Parameter, welche zur Bestimmung des jeweils erforderlichen Sollwert-Toleranzbereichs relevant sind, vorliegen, da diese meist auch für die Bestimmung des Sollwerts für das zu übertragende Drehmoment relevant sind.
Die Zusatzsteuereinheit vergleicht somit lediglich den von ihr ermittelten Istwert des Drehmoments mit dem von der Hauptsteuereinheit übertragenen Sollwert-Toleranzbereich und überprüft, ob der Istwert innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Eine aufwendige Ermittlung einer Änderung des Drehmoment-Sollwerts ist in diesem Fall nicht erforderlich, so dass die Zusatzsteuereinheit sehr schnell auf eine neue Drehmomentanforderung reagieren kann, wobei aufgrund des vorgegebenen Sollwert-Toleranzbereichs unnötige Stellvorgänge des Aktuators vermieden werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden zur Übertragung des Sollwert-Toleranzbereichs ein oberer und ein unterer Sollwert übertragen. Es ist auch möglich, dass zur Übertragung des Sollwert-Toleranzbereichs der ermittelte Sollwert sowie ein oberer und ein unterer Differenzwert übertragen werden. In entsprechender Weise ist es auch möglich, dass zur Übertragung des Sollwert-Toleranzbereichs der ermittelte Sollwert sowie eine zugehörige Bandbreite des Sollwert-Toleranzbereichs übertragen werden. In all diesen Fällen ist gewährleistet, dass die Zusatzsteuereinheit nicht nur einen Drehmoment-Sollwert, sondern einen Sollwert-Toleranzbereich für das Drehmoment empfangt und in einfacher Weise überprüfen kann, ob der ermittelte Istwert innerhalb dieses Toleranzbereichs liegt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Stellsignal ein Positionswert, beispielsweise ein Drehwinkel des Aktuators oder ein von dem Aktuator zu erzeugender Druckwert verwendet. In entsprechender Weise kann zur Ermittlung des Istwerts des Drehmoments ein Positionswert, beispielsweise ein Drehwinkel des Aktuators oder ein von dem Aktuator erzeugter Druckwert ermittelt werden. Insbesondere, wenn der Aktuator als Elektromotor ausgebildet ist, kann durch einen entsprechenden Drehwinkel der Motorachse oder eines sonstigen, sich abhängig von der Motorachse bewegenden Teils der Aktuatorkette das übertragene bzw. übertragbare Drehmoment bestimmt werden. In entsprechender Weise kann durch Einstellen eines vorgegebenen Drehwin kels ein gewünschtes Drehmoment eingestellt werden. Die entsprechende Drehmoment/Drehwinkel-Abhängigkeit kann dabei als Kennlinie beispielsweise in Tabellenform oder in funktionaler Form innerhalb der Zusatzsteuereinheit abgelegt sein. In entsprechender Weise kann der Istwert des übertragenen bzw. übertragbaren Drehmoments durch Erfassung eines Drehwinkels über die Drehmoment/Drehwinkel-Abhängigkeit ermittelt werden. Anstelle der Position kann beispielsweise mit einem Drucksensor der von dem Aktuator erzeugte Druck gemessen und in ein entsprechendes Drehmoment umgerechnet werden. Auch ein einzustellender Sollwert für das zu übertragende Drehmoment kann in entsprechender Weise in einen Soll-Druck umgerechnet und über den Aktuator eingestellt werden. Der oben angegebene Positionswert entspricht einem tatsächlich übertragenen Drehmoment nur dann, wenn am Antriebsstrang ein entsprechend hohes Drehmoment vorhanden ist. Da es grundsätzlich aber auch möglich ist, das tatsächlich übertragene Drehmoment zu messen, wird im Rahmen dieser Anmeldung die Formulierung "übertragenes bzw. übertragbares Drehmoment" verwendet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden als erste und zweite Parameter zumindest teilweise die gleichen Parameter verwendet. Das bedeutet, dass sowohl zur Ermittlung des Drehmoment-Sollwerts als auch zur Bestimmung des Sollwert-Toleranzbereichs für den ermittelten Sollwert zumindest teilweise die gleichen Parameter verwendet werden können. Insbesondere sind dies über Sensoren und sonstige Messungen/Berechnungen ermittelte, die Fahrdynamik kennzeichnende Parameter. Erfordert die aufgrund dieser Parameter ermittelte aktuelle Fahrsituation eine hohe Präzision bei dem zu übertragenden Drehmoment, kann durch die Hauptsteuereinheit der Sollwert-Toleranzbereich sehr eng gewählt werden, so dass die Zusatzsteuereinheit aufgrund der engen Vorgabe den Drehmomentwert durch eine erhöhte Anzahl von Stellvorgängen mit hoher Präzision einstellt. Ist hingegen aufgrund der aktuellen Fahrsituation keine entsprechend hohe Präzision bei der Einstellung des zu übertragenden Drehmoments erforderlich, so kann von der Hauptsteuereinheit der Sollwert-Toleranzbereich sehr breit gewählt werden, so dass von der Zusatzsteuereinheit nur dann ein neues Steuersignal für den Aktuator erzeugt wird, wenn der Istwert sehr stark von dem von der Hauptsteuereinheit ermittelten Drehmoment-Sollwert abweicht.
Bei der Bestimmung des Sollwert-Toleranzbereichs können jedoch auch von den ersten Parametern unterschiedliche zweite Parameter berücksichtigt werden. So ist es beispielsweise möglich, dass die Temperatur des Aktuators oder beispielsweise die Temperatur der Kupplungseinheit oder eines sonstigen innerhalb der Aktuatorkette zwischen Aktuator und Kupplungseinheit enthaltenen Glieds erfasst wird und abhängig von der Temperatur der Sollwert-Toleranzbereich eingestellt wird. Beispielsweise kann bei einer relativ hohen Temperatur im Aktuator der Sollwert-Toleranzbereich relativ breit eingestellt werden, um die Anzahl der Stellvorgänge des Aktuators zu reduzieren und dadurch die Temperatur innerhalb des Aktuators zu reduzieren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Zusatzsteuereinheit einen Istwert-Toleranzbereich für den ermittelten Istwert und erzeugt ein neues Stellsignal für den Aktuator, wenn der Istwert-Toleranzbereich zumindest teilweise außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs liegt. Insbesondere wenn nicht das Drehmoment direkt, sondern eine für das Drehmoment kennzeichnende Größe, wie beispielsweise ein Positionswert des Aktuators oder ein von einem Drucksensor gemessener Druckwert zur Bestimmung des Drehmoments herangezogen werden, sind innerhalb der Aktuatorkette, d. h. zwischen dem Aktuator und der Kupplungseinheit, vorhandene Toleranzen zu berücksichtigen.
Diese können beispielsweise im Aktuator selbst oder auch in einem dem Aktuator nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe, beispielsweise einem Schneckengetriebe liegen und sich gegebenenfalls über die Lebensdauer durch Verschleiß oder aufgrund von unterschiedlichen Temperaturen andern.
Durch Verwendung eines Istwert-Toleranzbereichs wird diesen Toleranzen auch bei Betrachtung des Istwerts Rechnung getragen, indem nicht der tatsächlich erfasste Istwert, sondern der Istwert-Toleranzbereich mit dem Sollwert-Toleranzbereich verglichen wird. Dabei kann beispielsweise ein neues Stellsignal dann erzeugt werden, wenn die untere Grenze des Istwert-Toleranzbandes die untere Grenze des Sollwert-Toleranzbandes unterschreitet oder wenn die obere Grenze des Istwert-Toleranzbandes die obere Grenze des Sollwert-Toleranzbandes überschreitet. Bei Erreichen der unteren bzw. oberen Grenze des Sollwert-Toleranzbandes wird jeweils ein neues Stellsignal für den Aktuator erzeugt, um das zu übertragende Drehmoment anzuheben oder abzusenken. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator so lange betätigt wird, bis der neue Istwert im Bereich der Mitte des Sollwert-Toleranzbandes zu liegen kommt.
Insbesondere bei hydraulischen leckagebehafteten Aktuatorsystemen kann es jedoch vorteilhaft sein, das Aktuatorsystem solange zu aktivieren, bis der neue Istwert bzw. die obere Grenze des Istwert-Toleranzbereichs die obere Grenze des Sollwert-Toleranzbereichs erreicht, um die Anzahl der Nachladezyklen und damit die Aktuatorbelastung zu minimieren. Aufgrund der vorhandenen Leckage sinkt nach Einstellen des neuen Istwertes das Drehmoment langsam ab, bis der Istwert bzw. die untere Grenze des Istwert-Toleranzbereichs die untere Grenze des Sollwert-Toleranzbereichs erreicht und ein neuer Stellvorgang zum Erhöhen des Drehmoments ausgelöst wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Istwert-Toleranzbereich, insbesondere die Breite des Istwert-Toleranzbereichs, dynamisch in Abhängigkeit von vorgegebenen dritten Parametern bestimmt. Dabei können als dritte Parameter zumindest teilweise die ersten und/oder die zweiten Parameter verendet werden. Beispielhaft sind nicht abschließend folgende Parameter denkbar: Öltemperatur, Temperatur des Elektromotors, Lamellenbelastung der Kupplungseinheit, Verschleiß und Alterung, Hysterese und/oder Differenzdrehzahl der Kupplungseinheit.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Hauptsteuereinheit und die Zusatzsteuereinheit voneinander getrennt ausgebildet. Die Hauptsteuereinheit kann dabei insbesondere innerhalb einer Steuervorrichtung vorgesehen sein, die für andere Fahrdynamikregelsysteme, beispielsweise für das ABS-, das EPS- oder sonstige Regelsysteme vorgesehen sind. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Hauptsteuereinheit und die Zusatzsteuereinheit als eine Einheit ausgebildet sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
1 einen schematischen Teil eines Kraftfahrzeugs, das mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Steuervorrichtung ausgerüstet ist,
2 einen Verlauf eines Sollwert-Toleranzbereichs sowie eines Istwert-Toleranzbereichs, gemäß der vorliegenden Erfindung und
3 einen weiteren Verlauf eines Sollwert-Toleranzbereichs und eines Istwert-Toleranzbereichs gemäß der Erfindung.
1 zeigt mit einer Vorderachse 1 verbundene Vorderräder 2 sowie mit einer Hinterachse 3 verbundene Hinterräder 4 eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug umfasst weiterhin eine Antriebseinheit 5, die beispielsweise 2 einen Motor sowie ein Getriebe des Kraftfahrzeugs umfasst, durch die ein Drehmoment über eine zentrale Antriebswelle 6 permanent auf die Hinterräder 4 übertragen werden kann.
Weiterhin ist ein Verteilergetriebe 7 vorgesehen, über das zusätzlich, je nach Bedarf, ein Drehmoment von der Antriebseinheit 5 auf die Vorderräder 2 übertragen werden kann. Auf diese Weise ist somit ein zuschaltbarer Allradantrieb realisierbar.
Das Verteilergetriebe 7 umfasst eine Kupplungseinheit 8, die über einen als Elektromotor 9 ausgebildeten Aktuator und ein beispielsweise als Schneckengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe 10 betätigbar ist. Durch entsprechendes Betätigen des Elektromotors 9 kann somit das von der Kupplungseinheit 8 übertragene Drehmoment eingestellt werden.
Zur Ansteuerung des Verteilergetriebes 7 ist eine Steuervorrichtung 11 vorgesehen, die eine Hauptsteuereinheit 12 und eine Zusatzsteuereinheit 13 umfasst. Hauptsteuereinheit 12 und Zusatzsteuereinheit 13 sind dabei separat voneinander ausgebildet und über eine Verbindungsleitung, beispielsweise einen CAN-Bus 14 miteinander verbunden.
Durch die Steuervorrichtung 11 kann der Elektromotor 9 so angesteuert werden, dass über die Kupplungseinheit 8 ein vorgegebenes Drehmoment auf die Vorderräder 2 übertragbar ist. Beispielsweise kann dazu von der Steuervorrichtung 11 eine Stellgröße des Elektromotors 9, insbesondere ein Drehwinkel, entsprechend dem zu übertragenen Drehmoment eingestellt werden.
Um eine Einstellung des zu übertragenden Drehmoments gemäß einer solchen Stellgröße zu ermöglichen, ist in der Zusatzsteuereinheit 13 eine entsprechende Abhängigkeit zwischen dem übertragbaren Drehmoment und der Stellgröße des Elektromotors 9 beispielsweise als Kennlinie 15 abgelegt.
Die Hauptsteuereinheit 12 umfasst eine Vielzahl von Messeingängen 16, über die eine Vielzahl von unterschiedlichen ersten Parametern von der Hauptsteuereinheit 12 erfasst werden kann. Die Parameter können beispielsweise für die Fahrdynamik relevante Parameter, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Lenkradeinschlag, Reifenschlupf oder dergleichen aber auch beispielsweise interne Fahrzeugparameter, wie beispielsweise die Temperatur des Elektromotors 9 sein, die für eine Einstellung des von dem Verteilergetriebe 7 zu übertragenen Drehmoments relevant sein können.
Je nach Fahrsituation wird von der Hauptsteuereinheit 12 ein Sollwert für das Drehmoment ermittelt, das von dem Verteilergetriebe 7 zu den Vorderrädern 2 übertragen werden soll. Gleichzeitig wird von der Hauptsteuereinheit 12 basierend auf zumindest einem Teil der über die Messeingän ge 16 erfassten Parameter ein Sollwert-Toleranzbereich für den ermittelten Sollwert des Drehmoments bestimmt. Dieser Sollwert-Toleranzbereich wird über den CAN-Bus 14 als Drehmomentanforderung an die Zusatzsteuereinheit 13 übertragen, die abhängig von dem empfangenen Sollwert-Toleranzbereich ein Stellsignal für den Elektromotor 9 zur Einstellung des gewünschten Drehmoments erzeugt. Dazu ermittelt die Zusatzsteuereinheit 13 den aktuellen Istwert des von dem Verteilergetriebe 7 übertragenen oder übertragbaren Drehmoments, indem beispielsweise der aktuelle Drehwinkel des Elektromotors 9 erfasst und über die Kennlinie 15 in einen aktuellen Drehmoment-Istwert umgesetzt wird.
Anschließend wird durch die Zusatzsteuereinheit 13 geprüft, ob sich dieser Istwert des Drehmoments innerhalb des von der Hauptsteuereinheit 12 übertragenen Sollwert-Toleranzbereichs befindet. Nur wenn der Istwert des Drehmoments außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs liegt, wird von der Zusatzsteuereinheit 13 ein neues Stellsignal für den Elektromotor 9 erzeugt, so dass das zu übertragende Drehmoment entsprechend der Drehmomentanforderung erhöht oder verringert wird. Liegt der Istwert des Drehmoments hingegen innerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs, so wird kein neues Stellsignal erzeugt, so dass die Anzahl der Stellsignale des Aktuators 9 verringert wird.
In dem Diagramm nach 2 ist das Drehmoment M über die Zeit t aufgetragen. Dabei ist durch eine punktierte Linie 17 die obere Grenze und durch eine punktierte Linie 18 die untere Grenze eines Sollwert-Toleranzbereichs 19 des zu übertragenden Drehmoments dargestellt, der sich je nach Fahrsituation über die Zeit t ändert. Insbesondere ist aus 2 zu erkennen, dass die Breite des Sollwert-Toleranzbereichs 19, d. h. in 2 jeweils der senkrechte Abstand zwischen der oberen Grenze 17 und der unteren Grenze 18, sehr stark variiert.
So besitzt der Sollwert-Toleranzbereich 19 beispielsweise zwei sehr breite Abschnitte 19', 19'', zwischen denen ein Bereich 19''' mit sehr geringer Breite angeordnet ist. Dies bedeutet, dass in den Abschnitten 19' und 19'' die Einhaltung eines fest vorgegebenen Drehmoment-Sollwerts nicht unbedingt erforderlich ist, während in dem Abschnitt 19''' das zu übertragende Drehmoment mit hoher Präzision eingestellt werden soll.
Innerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs 19 ist durch eine strichpunktierte Linie der Verlauf des gemessenen Istwerts 20 des übertragenen bzw. übertragbaren Drehmoments dargestellt. Um den Istwert 20 herum ist ein Istwert-Toleranzbereich 21 vorhanden, der durch eine obere Grenze 22 und eine untere Grenze 23 definiert ist.
Der Istwert-Toleranzbereich 21 repräsentiert dabei beispielsweise die mechanischen Toleranzen, die durch Verschleiß innerhalb des Verteilergetriebes 7, beispielsweise innerhalb des Elektromotors 9, des Untersetzungsgetriebes 10 oder der Kupplungseinheit 8 auftreten, wodurch die in der Kennlinie 15 abgespeicherte Abhängigkeit zwischen der Stellgröße (beispielsweise dem Drehwinkel) und dem Drehmoment nicht vollständig korrekt ist.
Erfindungsgemäß wird der Sollwert-Toleranzbereich 19 von der Hauptsteuereinheit 12 an die Zusatzsteuereinheit 13 übertragen, welche jeweils den aktuellen Istwert 20 des Drehmoments bestimmt und basierend auf dem gemessenen Istwert 20 den Istwert-Toleranzbereich 21 ermittelt. Weiterhin wird von der Zusatzsteuereinheit 13 überprüft, ob der Istwert-Toleranzbereich 21 zumindest teilweise außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs 19 liegt. In diesem Fall wird ein neues Stellsignal für den Elektromotor 9 erzeugt, durch das der Istwert 20 bzw. der Istwert-Toleranzbe reich 21 wieder vollständig innerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs 19 zu liegen kommt.
Beispielsweise befindet sich der Istwert-Toleranzbereich 21 in 2 zu Beginn zunächst vollständig innerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs 19, bis an dem Punkt 24 die untere Grenze 23 des Istwert-Toleranzbereichs 21 die untere Grenze 18 des Sollwert-Toleranzbereichs 19 erreicht und unterschreitet. In diesem Moment wird von der Zusatzsteuereinheit 13 ein neues Stellsignal für den Elektromotor 9 erzeugt, durch das das übertragene bzw. übertragbare Drehmoment so lange erhöht wird, bis der gemessene Istwert 20 beispielsweise etwa in der Mitte des Sollwert-Toleranzbereichs 19 zu liegen kommt. Der Wert des übertragenen bzw. übertragbaren Drehmoments wird nun so lange gehalten, bis im Punkt 25 die obere Grenze 22 des Istwert-Toleranzbereichs 21 die obere Grenze 17 des Sollwert-Toleranzbereichs 19 erreicht und diese überschreitet. In diesem Moment wird von der Zusatzsteuereinheit 13 ein neues Stellsignal für den Elektromotor 9 erzeugt, durch den das übertragene bzw. übertragbare Drehmoment verringert wird, bis der gemessene Istwert 20 wieder in etwa in der Mitte des Sollwert-Toleranzbereichs 19 verläuft.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der Istwert 20 bzw. der Istwert-Toleranzbereich 21 fortlaufend innerhalb eines vorgegebenen Sollwert-Toleranzbereichs 19 gehalten, wobei der Sollwert-Toleranzbereich 19 je nach Fahrsituation sehr eng bzw. sehr breit eingestellt werden kann. Die Anzahl der Stellvorgänge des Elektromotors 9 kann dadurch über die gesamte Steuerzeit minimiert werden, wobei gleichzeitig bei Bedarf eine sehr präzise Einstellung des Drehmoments möglich ist.
In 3 ist der zu steuernde Aktuator nicht wie in 2 als Elektromotor 9 sondern als hydraulisches, leckagebehaftetes Aktuatorsystem ausgebil det. Dementsprechend verläuft der Istwert 20 sowie der Istwert-Toleranzbereich 21 im ersten Bereich der 3 sägezahnförmig zwischen der oberen Grenze 17 und der unteren Grenze 18 des Sollwert-Toleranzbereichs 19.
Nachdem aufgrund der vorhandenen Leckage die untere Grenze 23 des Istwert-Toleranzbereichs 21 im Punkt 26 die untere Grenze 18 des Sollwert-Toleranzbereichs 19 erreicht bzw. unterschreitet, wird ein neues Stellsignal an das hydraulische Aktuatorsystem abgegeben, so dass das Drehmoment solange erhöht wird, bis die obere Grenze 22 des Istwert-Toleranzbereichs 21 die obere Grenze 17 des Sollwert-Toleranzbereichs 19 im Punkt 27 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird von der Zusatzsteuereinheit 13 ein neues Stellsignal an das hydraulische Aktuatorsystem abgegeben, wodurch die Pumpe des Aktuatorsystems abgeschaltet wird, um den Druck und damit das zu übertragende Drehmoment konstant zu halten.
Aufgrund der vorhandenen Leckage fällt der gemessene Istwert 20 in dem Abschnitt 20' solange ab, bis die untere Grenze 23 des Istwert-Toleranzbereichs 21 die untere Grenze 18 des Sollwert-Toleranzbereichs 19 erreicht bzw. diese unterschreitet. Erst zu diesem Zeitpunkt wird von der Zusatzsteuereinheit 13 ein neues Stellsignal für das hydraulische Aktuatorsystem gegeben, durch das der entsprechende Druck und damit das übertragene bzw. übertragbare Drehmoment wieder erhöht werden. Aufgrund des im linken Abschnitt 28 der 3 sehr breiten Sollwert-Toleranzbereichs 19 kann somit die Anzahl der Nachladezyklen und somit die Aktuatorbelastung minimiert werden.
Im rechts dargestellten Abschnitt 29 der 3 ist hingegen die Breite des Sollwert-Toleranzbereichs 19 sehr eng gewählt, um eine hohe Genauigkeit des übertragenen bzw. übertragbaren Drehmoments zu erreichen. In die sem Abschnitt versucht die erfindungsgemäße Steuervorrichtung dem vorgegebenen, engen Sollwert-Toleranzbereich 19 mit hoher Genauigkeit zu folgen, um den Istwert-Toleranzbereich 21 innerhalb des engen Sollwert-Toleranzbereichs 19 zu halten, was eine entsprechend häufige Betätigung des Aktuatorsystems erforderlich macht.
Je nach Fahrsituation kann somit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung einerseits eine hohe Präzision des übertragenen bzw. übertragbaren Drehmoments erreicht werden und andererseits die Anzahl der insgesamt erforderlichen Stellvorgänge des Aktuatorsystems und damit die Aktuatorbelastung minimiert werden.

1: Vorderachse
2: Vorderräder
3: Hinterachse
4: Hinterräder
5: Antriebseinheit
6: Antriebswelle
7: Verteilergetriebe
8: Kupplungseinheit
9: Elektromotor
10: Untersetzungsgetriebe
11: Steuervorrichtung
12: Hauptsteuereinheit
13: Zusatzsteuereinheit
14: CAN-Bus
15: Kennlinie
16: Messeingänge
17: obere Grenze
18: untere Grenze
19: Sollwert-Toleranzbereich
19', 19'', 19''': Abschnitte des Sollwert-Toleranzbereichs
20: Istwert
20': abfallender Bereich des Istwerts
21: Istwert-Toleranzbereich
22: obere Grenze
23: untere Grenze
24–27: Berührpunkte
28: linker Abschnitt
29: rechter Abschnitt

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Stellsignals für einen Aktuator (9) einer Kupplungseinheit (8) eines Kraftfahrzeugs, mit dem das von der Kupplungseinheit (8) zu übertragende Drehmoment einstellbar ist, wobei von einer Hauptsteuereinheit (12) ein Sollwert für das zu übertragende Drehmoment in Abhängigkeit von vorgegebenen ersten Parametern ermittelt wird und basierend auf dem ermittelten Sollwert von einer Zusatzsteuereinheit (13) ein dem Sollwert entsprechendes Stellsignal für den Aktuator (9) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von der Hauptsteuereinheit (12) in Abhängigkeit von vorgegebenen zweiten Parameter ein Sollwert-Toleranzbereich (19) für den ermittelten Sollwert des Drehmoments bestimmt wird, dass der Sollwert-Toleranzbereich (19) an die Zusatzsteuereinheit (13) übertragen wird und dass die Zusatzsteuereinheit (13) einen Istwert (20) des von der Kupplungseinheit (8) übertragenen oder übertragbaren Drehmoments ermittelt und ein neues Stellsignal für den Aktuator (9) erzeugt, wenn der Istwert (20) außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs (19) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des Sollwert-Toleranzbereichs (19) ein oberer und ein unterer Sollwert (17, 18) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des Sollwert-Toleranzbereichs (19) der ermittelte Sollwert sowie ein oberer und ein unterer Differenzwert übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des Sollwert-Toleranzbereichs (19) der ermittelte Sollwert sowie eine zugehörige Bandbreite des Sollwert-Toleranzbereichs übertragen werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellsignal ein Positionswert, beispielsweise ein Drehwinkel des Aktuators (9) oder ein von dem Aktuator (9) zu erzeugender Druckwert verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Istwerts (20) des Drehmoments ein Positionswert, beispielsweise ein Drehwinkel des Aktuators (9) oder ein von dem Aktuator (9) erzeugter Druckwert ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste und zweite Parameter zumindest teilweise die gleichen Parameter verwendet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste und/oder zweite Parameter die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs kennzeichnende Parameter verwendet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzsteuereinheit (13) einen Istwert-Toleranzbereich (21) für den ermittelten Istwert (20) bestimmt und ein neues Stellsignal für den Aktuator (9) erzeugt, wenn der Istwert-Toleranzbereich (21) zumindest teilweise außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs (19) liegt
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert-Toleranzbereich (21), insbesondere die Breite des Istwert-Toleranzbereichs (21), dynamisch in Abhängigkeit von vorgegebenen dritten Parametern bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als dritte Parameter zumindest teilweise die ersten und/oder die zweiten Parameter verendet werden.
Steuervorrichtung zur Erzeugung eines Stellsignals für einen Aktuator (9) einer Kupplungseinheit (8) eines Kraftfahrzeugs, mit der das von der Kupplungseinheit (8) zu übertragende Drehmoment einstellbar ist, mit einer Hauptsteuereinheit (12) zur Ermittlung eines Sollwerts für das zu übertragende Drehmoment in Abhängigkeit von vorgegebenen ersten Parametern und mit einer Zusatzsteuereinheit (13) zur Erzeugung eines entsprechenden Stellsignals für den Aktuator (9) basierend auf dem ermittelten Sollwert, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptsteuereinheit (12) zur Bestimmung eines Sollwert-Toleranzbereichs (19) für den ermittelten Sollwert des Drehmoments in Abhängigkeit von vorgegebenen zweiten Parametern sowie zum Übertragen des Sollwert-Toleranzbereichs (19) an die Zusatzsteuereinheit (13) ausgebildet ist und dass die Zusatzsteuereinheit (13) zum Ermitteln eines Istwerts (20) des von der Kupplungseinheit (8) übertragenen oder übertragbaren Drehmoments ausgebildet ist sowie zum Erzeugen eines neuen Stellsignals für den Aktuator (9), wenn der Istwert (20) außerhalb des Sollwert-Toleranzbereichs (19) liegt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptsteuereinheit (12) und die Zusatzsteuereinheit (13) voneinander getrennt ausgebildet sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) als elektrisch oder hydraulisch betätigbarer Aktuator, insbesondere als Elektromotor, ausgebildet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit (8) Teil eines Verteilergetriebes (7), eines sperrbaren Differenzialgetriebes, einer Allradkupplung oder eines Getriebes zur aktiven Momentenverteilung (Torque Vectoring) ist, mit dem/der ein von einer Antriebseinheit (5) erzeugtes Drehmoment auf Vorder- und/oder Hinterräder (2, 4) und/oder auf zwei Räder einer Achse des Kraftfahrzeugs verteilbar ist.