DE102011100897B4

DE102011100897B4 - Method for controlling a friction clutch

Info

Publication number: DE102011100897B4
Application number: DE102011100897.0A
Authority: DE
Inventors: Georg Göppert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: DE102011100897A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung, bei dem ein Kupplungsaktor auf einen vorläufigen, einem vorgegebenen Betätigungsweg entsprechenden Sollwert gesteuert und anschließend eine Lageregelung des Sollwerts erfolgt, der Lageregelung eine Schlupfregelung überlagert ist, bei der ein vorgegebener Sollschlupf geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupfregelung ein MIMO-Regler (1) mit Eingängen der Amplituden und Frequenzen von durch die Schlupfregelung erzeugten Oszillationen und Ausgängen mit Integral- und Proportionalverstärkungen zur Korrektur der Schlupfregelung überlagert wird.A method for controlling a friction clutch, in which a clutch actuator is controlled to a provisional setpoint value corresponding to a predetermined actuation travel and then a position control of the setpoint value takes place; MIMO controller (1) with inputs of the amplitudes and frequencies of oscillations generated by the slip control and outputs with integral and proportional amplifications to correct the slip control is superimposed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung, bei dem ein Kupplungsaktor auf einen vorläufigen, einem vorgegebenen Betätigungsweg entsprechenden Sollwert gesteuert und anschließend eine Lageregelung des Sollwerts erfolgt, der Lageregelung eine Schlupfregelung überlagert ist, bei der ein vorgegebener Sollschlupf geregelt wird.The invention relates to a method for controlling a friction clutch, in which a clutch actuator is controlled to a provisional setpoint value corresponding to a predetermined actuation travel and then a position control of the setpoint value takes place, the position control is superimposed with a slip control in which a predetermined setpoint slip is controlled.

Die DE 691 04 021 T2 offenbart eine Schlupfregelung einer Wandler-Überbrückungskupplung. Die DE 10 2005 033 965 A1 zeigt eine Startkupplung umfassend einen Schlupfsteuerungszustand mit Kupplungsschlupfsteuerungsausdruck. Die DE 101 45 588 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung.The DE 691 04 021 T2 discloses slip control of a converter lock-up clutch. The DE 10 2005 033 965 A1 Fig. 10 shows a starting clutch including a slip control state with clutch slip control term. The DE 101 45 588 A1 discloses a method and apparatus for controlling a clutch.

Automatisierte Reibungskupplungen sind aus Antriebssträngen mit automatisierten Schaltgetrieben oder Doppelkupplungsgetrieben bekannt. Zur Betätigung der Reibungskupplungen sind hierbei Kupplungsaktoren vorgesehen, die eine Anpressplatte entlang eines Betätigungswegs unter Zwischenschaltung von Hebeleinrichtungen wie Tellerfedern, Ausrückhebeln und dergleichen verlagern, wobei abhängig vom zurückgelegten Betätigungsweg beispielsweise ein Kupplungsmoment über die Reibungskupplung von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine auf eine Getriebeeingangswelle des Getriebes übertragen wird.Automated friction clutches are known from drive trains with automated manual transmissions or double clutch transmissions. To actuate the friction clutches, clutch actuators are provided that move a pressure plate along an actuation path with the interposition of lever devices such as disc springs, release levers and the like, whereby, depending on the actuation path covered, for example a clutch torque is transmitted via the friction clutch from a crankshaft of an internal combustion engine to a transmission input shaft of the transmission .

Zur Steuerung des Kupplungsmoments sind dabei in einem Steuergerät zur Steuerung der Reibungskupplung adaptierbare Kupplungskennlinien des Kupplungsmoments über den Betätigungsweg hinterlegt, wobei der Betätigungsweg über einen Sollwert vorgegeben wird, der in Form eines Aktorwegs am Kupplungsaktor vorgegeben wird. Zur Adaption der Kupplungskennlinien an Kurz- und Langzeitänderungen der Reibungskupplungen, der Betätigungsmechanik und oder hydrostatik können beispielsweise der Tastpunkt, bei dem die Reibungskupplung beginnt Moment zu übertragen, und/oder der die Steigung der Kupplungskennlinie beeinflussende Reibwert nach vorgegebenen Kriterien adaptiert werden.To control the clutch torque, adaptable clutch characteristics of the clutch torque are stored in a control unit for controlling the friction clutch via the actuation travel, the actuation travel being specified via a setpoint that is specified in the form of an actuator travel on the clutch actuator. To adapt the clutch characteristics to short-term and long-term changes in the friction clutches, the actuation mechanism and / or hydrostatic, for example the touch point at which the friction clutch begins to transmit torque and / or the coefficient of friction influencing the gradient of the clutch characteristic can be adapted according to specified criteria.

Um eine schnelle Betätigung der Reibungskupplung zu erzielen, wird ein auf den Kupplungsaktor wirksamer Sollwert zuerst vorgesteuert und anschließend einer Lageregelung unterworfen, die den einem vorgegebenen Kupplungsmoment entsprechenden Sollwert beispielsweise mittels eines PI-, PID-Reglers oder dergleichen regelt. Durch die Vorsteuerung können sich ändernde Bedingungen wie Kurz- oder Langzeiteffekte der Reibungskupplung angepasst und der Lageregler beispielsweise auf kleinere Regelbereiche ausgelegt werden. Der Lageregelung ist zumindest während eines Fahrbetriebs nach einem Anfahrvorgang eine Schlupfregelung überlagert. Diese regelt abhängig von dem zu übertragenden Kupplungsmoment die Schlupfdrehzahl, also eine Differenz zwischen Kurbel- und Getriebeeingangswelle, wodurch eine kontinuierliche Adaption der Reibungskupplung ermöglicht und der Fahrkomfort erhöht wird. Beispielsweise können hierbei Rückkoppelung durch die Brennkraftmaschine, äußere, beispielsweise über die Brennkraftmaschine einwirkende Umwelteinflüsse wie Luftdruck, Feuchtigkeit und dergleichen sowie Einflüsse und Abweichungen in der Signalaufbereitung kompensiert werden.In order to achieve rapid actuation of the friction clutch, a setpoint effective on the clutch actuator is first pre-controlled and then subjected to a position control that regulates the setpoint corresponding to a predetermined clutch torque, for example using a PI, PID controller or the like. The precontrol allows changing conditions such as short-term or long-term effects of the friction clutch to be adapted and the position controller to be designed for smaller control ranges, for example. A slip control is superimposed on the position control at least during driving operation after a start-up process. Depending on the clutch torque to be transmitted, this regulates the slip speed, i.e. a difference between the crankshaft and the transmission input shaft, which enables the friction clutch to be continuously adapted and increases driving comfort. For example, feedback from the internal combustion engine, external environmental influences such as air pressure, moisture and the like, as well as influences and deviations in signal processing, can be compensated for.

Dabei sind systembedingt nicht alle Einflussgrößen bekannt und können daher auch nicht entsprechenden Steuervorgängen zugrunde gelegt werden. Wird beispielsweise durch geänderte Temperaturen, verschlechterte Schmierbedingungen oder dergleichen die Aktorgeschwindigkeit des Kupplungsaktors verringert, verändern sich die Bedingungen der Regelung des Schwingungsreglers, indem beispielsweise erhöhte Schlupf- beziehungsweise Momenten-Oszillationen am Schwingungsregler auftreten. Wird zur Kompensation dieser, beispielsweise durch Rückkopplungen der Brennkraftmaschine verursachten Erhöhungen der Oszillationen der Proportionalanteil des Schwingungsreglers abgesenkt, kann durch Absenkung der Gesamtverstärkung eine verschlechterte Regelgüte mit erhöhten Oszillationen resultieren.Due to the nature of the system, not all influencing variables are known and therefore cannot be used as a basis for corresponding tax processes. If, for example, the actuator speed of the clutch actuator is reduced due to changed temperatures, worsened lubrication conditions or the like, the conditions of the regulation of the vibration controller change, for example, in that increased slip or torque oscillations occur on the vibration controller. If the proportional component of the vibration controller is reduced to compensate for these increases in the oscillations caused, for example, by feedback from the internal combustion engine, a lowering of the overall gain can result in a deteriorated control quality with increased oscillations.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Weiterbildung eines Verfahrens zur Steuerung einer Reibungskupplung mit einem Lageregler und einem Schlupfregler, bei dem über einen Bereich auftretender Oszillation eine gleichmäßige Kompensation über den gesamten Bereich ermöglicht wird.The object of the invention is therefore to develop a method for controlling a friction clutch with a position controller and a slip controller, in which an even compensation over the entire area is made possible over a range of oscillation.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung, bei dem ein Kupplungsaktor auf einen vorläufigen, einem vorgegebenen Betätigungsweg entsprechenden Sollwert gesteuert und anschließend eine Lageregelung des Sollwerts erfolgt, der Lageregelung eine Schlupfregelung überlagert ist, bei der ein vorgegebener Sollschlupf geregelt wird, gelöst, wobei der Schlupfregelung ein MIMO-Regler mit Eingängen der Amplituden und Frequenzen von durch die Schlupfregelung erzeugten Oszillationen und Ausgängen mit Integral- und Proportionalverstärkungen zur Korrektur der Schlupfregelung überlagert wird. The object is achieved by a method for controlling a friction clutch, in which a clutch actuator is controlled to a provisional setpoint value corresponding to a predetermined actuation travel and then a position control of the setpoint value takes place, the position control is superimposed with a slip control in which a predetermined setpoint slip is controlled, wherein the slip control is superimposed on a MIMO controller with inputs of the amplitudes and frequencies of oscillations generated by the slip control and outputs with integral and proportional gains for correcting the slip control.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens werden an einem jeweils aktuellen Arbeitspunkt der Schwingungsregelung die Oszillationen abgeschätzt und mittels einer aus Signalen der Eingänge gebildeten, invertierten Jacobimatrix gebildeten Rückführmatrix korrigiert. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rückführmatrix mittels eines dynamischen Rückführfaktors beispielsweise an die äußeren Bedingungen der Regelstrecke wie kinematische Voraussetzung der Reibungskupplung und des Kupplungsaktors und entsprechenden Hysteresebedingungen angepasst wird. Die Signale der Jacobimatrix können dabei aus Momentenamplituden, einer frequenzabhängigen Transfer-Funktion zur Ermittlung der Frequenzen der auftretenden Oszillationen beispielsweise bei geöffnetem Regelkreis, eine Integral- und eine Proportionalverstärkung des Schwingungsreglers sein.According to an advantageous embodiment of the method, the oscillations are estimated at a current operating point of the oscillation control and corrected by means of an inverted Jacobian matrix formed from signals from the inputs. It has Proven to be advantageous if the feedback matrix is adapted by means of a dynamic feedback factor, for example, to the external conditions of the controlled system such as the kinematic requirements of the friction clutch and the clutch actuator and corresponding hysteresis conditions. The signals of the Jacobian matrix can consist of torque amplitudes, a frequency-dependent transfer function for determining the frequencies of the oscillations that occur, for example when the control loop is open, an integral and a proportional gain of the vibration controller.

Dabei kann die Ermittlung der Frequenz- und Amplitudenanteile entlang einer Regelstrecke des MIMO-Reglers aus aktuellen Oszillationen der Schlupfregelung mithilfe eines Nyquist-Diagramms beschrieben werden. In diesem können beispielsweise die Regelstrecke der Brennkraftmaschine und die übrigen Parameter und Regelstrecken der Vorsteuerung, Lageregler und Schwingungsregler des Kupplungsaktors integriert sein. In einem derartigen Nyquist-Diagramm können in vorteilhafter Weise eine Transfer-Funktion eines geöffneten Regelkreises über die ansteigende Frequenz und eine nichtlineare Amplituden-Funktion über eine ansteigende Amplitude aufgetragen und aus diesen ein von der Proportionalverstärkung und der Integralverstärkung abhängiger Fixpunkt mit vorgegebener Frequenz und vorgegebener Amplitude ermittelt werden. Mittels der vorgegebenen Frequenz und der vorgegebenen Amplitude kann der Schlupfregler am aktuellen Arbeitspunkt korrigiert werden.The determination of the frequency and amplitude components along a controlled system of the MIMO controller from current oscillations of the slip control can be described using a Nyquist diagram. In this, for example, the controlled system of the internal combustion engine and the other parameters and controlled systems of the precontrol, position controller and vibration controller of the clutch actuator can be integrated. In such a Nyquist diagram, a transfer function of an open control loop can be plotted over the increasing frequency and a nonlinear amplitude function over an increasing amplitude and from these a fixed point dependent on the proportional gain and the integral gain with a predetermined frequency and a predetermined amplitude be determined. The slip controller can be corrected at the current operating point using the specified frequency and the specified amplitude.

Die Erfindung wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung des vorgeschlagenen MIMO-Reglers und
2 ein Nyqist-Diagramm zur Erläuterung der Regelstrecke.

The invention is based on the in the 1 and 2 illustrated embodiments explained in more detail. Show:

1 a schematic representation of the proposed MIMO controller and
2 a Nyqist diagram to explain the controlled system.

1 zeigt das Regelschema des MIMO-Reglers 1 mit den in Block 2 zu einem Stellwert zusammengefassten Eingängen in Form der Amplituden und Frequenzen von während der Schlupfregelung eines Schlupfreglers auftretenden Schlupf/Momenten-Oszillationen. In der Verknüpfung 3 werden die Ausgänge des Reglers in Form des korrigierten Stellwerts als Proportional- und Integralreglerverstärkungen mit den Eingängen des nicht korrigierten Stellwerts kombiniert und dadurch die Oszillationen des Schlupfreglers korrigiert. 1 shows the control scheme of the MIMO controller 1 with the in block 2 Inputs combined into a manipulated variable in the form of the amplitudes and frequencies of slip / torque oscillations that occur during the slip control of a slip controller. In the shortcut 3 the outputs of the controller are combined in the form of the corrected manipulated variable as proportional and integral controller gains with the inputs of the uncorrected manipulated variable, and the slip controller oscillations are corrected as a result.

Die in Block 4 dargestellte Regelstrecke der Oszillationen ist als Rückführungsmatrix der in Block 5 durch ein Nyquist-Diagramm aus dem Stellwert gewonnenen Regelgrößen als Amplituden und Frequenzen ausgebildet. Die in Block 5 gewonnenen Regelgrößen werden in Verknüpfung 6 mit an aktuellen Arbeitspunkten geschätzten Oszillationen verknüpft. Die Rückführungsmatrix ist dabei im Wesentlichen aus der Umkehrung der Jacobimatrix der obigen Signale und einem Korrekturfaktor gebildet.The one in block 4th The controlled system of the oscillations shown as a feedback matrix is that in block 5 controlled variables obtained from the manipulated variable using a Nyquist diagram are designed as amplitudes and frequencies. The one in block 5 obtained control variables are linked 6th linked to oscillations estimated at current operating points. The feedback matrix is essentially formed from the inversion of the Jacobian matrix of the above signals and a correction factor.

Die Regelstrecke des Blocks 5 wird anhand des in 2 gezeigten Nyquist-Diagramms 7 näher erläutert, welches die Gesamtregelstrecke inklusive der Brennkraftmaschine mit Vorsteuerung beschreibt. Das Nyquist-Diagramm 7 zeigt die frequenzabhängige Transfer-Funktion F(f) des geöffneten Regelkreises des gesamten Antriebsstrangs mit Brennkraftmaschine, Reibungskupplung mit Kupplungsaktor und Getriebe. Die Transfer-Funktion F ist mit ansteigender Frequenz in dem Nyquist-Diagramm 7 aufgetragen. Durch Hysterese, Lagereglerschwellen und dergleichen ist ein nicht-linearer Anteil der Transfer-Funktion vorhanden, der in Form einer von der Momenten-Amplitude abhängigen Funktion Knl beschrieben werden kann. Wird die Funktion Knl als -1/Knl in dem Nyquist-Diagramm 7 dargestellt, resultiert aus dem Schnittpunkt der Transfer-Funktion F und der negativ-reziprok aufgetragenen Funktion Knl der Fixpunkt FP, der bei variierenden Frequenzen und Amplituden der Oszillationen des Schlupfreglers ein nicht-lineares Verhalten zeigt. Aus den Schnittpunkten lässt sich für jeden Fixpunkt FP am Punkt Knl(A) der Funktion Knl eine Momenten-Amplitude A und am Punkt F(f) eine Frequenz f ermitteln.The controlled system of the block 5 is based on the in 2 Nyquist diagram shown 7th explained in more detail, which describes the entire controlled system including the internal combustion engine with pilot control. The Nyquist diagram 7th shows the frequency-dependent transfer function F (f) of the open control loop of the entire drive train with internal combustion engine, friction clutch with clutch actuator and transmission. The transfer function F. is with increasing frequency in the Nyquist diagram 7th applied. As a result of hysteresis, position control thresholds and the like, there is a non-linear component of the transfer function, which is in the form of a function that is dependent on the torque amplitude Knl can be described. Will the function Knl as -1 / Knl in the Nyquist diagram 7th shown, results from the intersection of the transfer function F. and the negative-reciprocal function Knl the fixed point FP , which shows a non-linear behavior with varying frequencies and amplitudes of the oscillations of the slip controller. From the intersection points, for each fixed point FP at point Ch (A) of the function Knl determine a torque amplitude A and a frequency f at point F (f).

Der aus dem Nyquist-Diagramm 7 ermittelte Fixpunkt FP ist abhängig von der Reglerverstärkung KP und der Integralverstärkung KI des Schlupfreglers. Die aus der Momenten-Amplitude, der Transferfunktion F und der proportionalen und integralen Reglerverstärkung KP beziehungsweise Integralverstärkung KI gebildete Jacobimatrix (A,F)/ (KP,KI), sowie die notwendige Signalaufbereitung zur Bestimmung der Oszillationen dient als Grundlage des MIMO-Reglers 1 der 1, wobei in Block 4 der 1 ein dynamischer Zeitversatz, beispielsweise in Form der Größe ~1/F vorgesehen sein kann.The one from the Nyquist diagram 7th determined fixed point FP depends on the controller gain KP and the integral gain KI of the slip controller. The one from the moment amplitude, the transfer function F. Jacobian matrix (A, F) / (KP, KI) formed from the proportional and integral controller gain KP or integral gain KI, as well as the signal processing necessary to determine the oscillations, serves as the basis of the MIMO controller 1 the 1 , being in block 4th the 1 a dynamic time offset, for example in the form of the size ~ 1 / F, can be provided.

Der wesentliche Vorteil des MIMO-Reglers 1 ist eine vermeidbare Absenkung des Integralanteils des Schlupfreglers bei langsamen Schwingungen, beispielsweise kleiner 1 Hz.The main advantage of the MIMO controller 1 is an avoidable lowering of the integral component of the slip controller in the case of slow vibrations, for example less than 1 Hz.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: MIMO-ReglerMIMO controller
22: Blockblock
33: Verknüpfungshortcut
44th: Blockblock
55: Blockblock
66th: Verknüpfungshortcut
77th: Nyquist-DiagrammNyquist diagram
FF.: Transfer-FunktionTransfer function
FPFP: Fixpunktfixed point
KnlKnl: Funktionfunction

Claims

Method for controlling a friction clutch, in which a clutch actuator is controlled to a provisional setpoint value corresponding to a predetermined actuation travel and then a position control of the setpoint value takes place, the position control is superimposed with a slip control in which a predetermined setpoint slip is controlled, characterized in that the slip control is on MIMO controller (1) with inputs of the amplitudes and frequencies of oscillations generated by the slip control and outputs with integral and proportional amplifications to correct the slip control is superimposed.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the oscillations are estimated at a respective current working point and corrected by means of an inverted Jacobian matrix formed from signals from the inputs.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the feedback matrix is adapted by means of a dynamic feedback factor.

Procedure according to Claim 2 or 3 , characterized in that the signals are torque amplitudes, a frequency-dependent transfer function (F), an integral and a proportional gain of the vibration controller.

Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that along a controlled system of the MIMO controller (1) from current oscillations of the slip control with the aid of a Nyquist diagram (7) amplitude and frequency are determined.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the transfer function (F) of an open control loop is plotted over the increasing frequency and a non-linear amplitude function over an increasing amplitude and from these a fixed point (FP) dependent on the proportional gain and the integral gain with a predetermined frequency and a predetermined Amplitude is determined.

Procedure according to Claim 6 , characterized in that the slip regulator is corrected at the current operating point by means of the predetermined frequency and the predetermined amplitude.