DE19823772A1

DE19823772A1 - Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kupplung sowie zum Überprüfen eines Temperatursensors

Info

Publication number: DE19823772A1
Application number: DE19823772A
Authority: DE
Inventors: Alfons Wagner; Jan Grabenstaetter; Thomas Rammhofer; Michael Dr Salecker
Original assignee: LuK Getriebe Systeme GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: FR2764248A1; CN1515437A; GB9811740D0; FR2803351B1; BR9803338A; ITMI981238A1; CN1112294C; DE19823772B4; NO982430D0; FR2803351A1; FR2764248B1; NO982430L; CN1200996A; GB2329227A; GB2329227B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung.

Die Automatisierung bisher fußbetätigter Kupplungen in Kraftfahrzeugen findet zunehmende Verbreitung. Solche Kupplungen führen einerseits zu einer erheblichen Komfortverbesserung. Andererseits sind sie insbesondere bei automatisierten, bisher von Hand geschalteten Schaltgetrieben unumgänglich und führen dort zum Komfort eines mit herkömmlichem automatischen Getriebe ausgerüsteten Fahrzeugs, allerdings ohne dessen Mehrverbrauch aufzuweisen.

In der Betätigungsübertragung von einem Kupplungsaktor, beispielsweise einem Elektromotor, zur Kupplung selbst befindet sich meist ein Geberzylinder, dessen Geberkolben von dem Aktor betätigt ist, und ein über eine Hydraulikleitung mit dem Geberzylinder verbundener Nehmerzylinder, dessen Nehmerkolben unmittelbar die Kupplung betätigt. Bei tiefen Temperaturen nimmt die kinematische Viskosität des Hydraulikfluids stark zu. Beim Öffnen der Kupplung führte dies zu erhöhten Leitungsdrücken, was bei sehr hoher Leistungsfähigkeit des Aktors bzw. Aktors mit der Gefahr verbunden ist, daß die hydraulischen Komponenten durch unzulässig hohe Leitungsdrücke zerstört werden. Da jedoch die Leistungsfähigkeit des Aktors begrenzt ist, sinkt mit abnehmender Temperatur die Verstellgeschwindigkeit, wodurch mögliche Druckanstiege zu keiner Überbeanspruchung von Komponenten führen.

Beim Schließen der Kupplung muß die Kraft der Kupplungsrückstellfeder Druckverluste in der Leitung zwischen Geberzylinder und Nehmerzylinder kompensieren. Bei tiefen Temperaturen besteht die Gefahr, daß die Druckverluste nicht mehr von der Rückstellkraft kompensiert werden, wodurch im Arbeitsraum des Geberzylinders ein Unterdruck auftritt, der dazu führt, daß sich das aus den beiden Arbeitsräumen und der Leitung bestehende Hydrauliksystem aufpumpt, was zu gravierenden Funktionsfehlern führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kupplung anzugeben, mit welchem sich die geschilderten Probleme bei tiefen Temperaturen sicher vermeiden lassen.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung, anzugeben, mit welchem in einfacher Weise feststellbar ist, ob der Temperatursensor sich in einwandfreiem Funktionszustand befindet.

Der das Kupplungsarbeitsverfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Durch eine Steuerung des Aktors derart, daß der Überdruck im Arbeitsraum des Geberzylinders unter allen Umständen erhalten bleibt, ist sichergestellt, daß kein Aufpumpen des Systems stattfindet. Dies kann dadurch geschehen, daß die Rückstellfeder der Kupplung durch zusätzliche Maßnahmen vergrößert wird.

Vorteilhaft ist es nach Anspruch 2, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids gemessen wird. Ebenso ist es nach Anspruch 3 zweckmäßig, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids berechnet wird, wobei die Temperatur des Hydraulikfluids aus beispielsweise der Außenlufttemperatur berechnet wird oder dieser gleich gesetzt wird.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, gemäß dem Anspruch 4 die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens bei tiefen Temperaturen zu vermindern. Dabei kann es besonders zweckmäßig sein, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens bei erreichen oder unterschreiten eines Grenzwertes der Temperatur unidirektional verringert wird. Vorteilhaft ist es dabei insbesondere, wenn bei tiefen Temperaturen der Geberkolben in Richtung einer Verminderung der Größe des Arbeitsraums des Geberzylinders schneller bewegt wird als in Gegenrichtung.

Mit dem Merkmal des Anspruchs 5 wird erreicht, daß trotz der verminderten Geschwindigkeit des Geberkolbens in Schließrichtung der Kupplung der Kupplungsbetätigungszyklus insgesamt so kurz wie möglich bleibt.

Der Anspruch 7 kennzeichnet eine zweite Lösung der Erfindungsaufgabe. Jedesmal, wenn der Geberkolben über die Schnüffelbohrung hinaus bewegt wird, wird das System drucklos, so daß beim anschließenden Bewegen des Geberkolbens in Öffnungsrichtung der Kupplung über die Schnüffelbohrung hinaus definierte Ausgangszustände hergestellt werden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 wird eine besonders hohe Betriebssicherheit der Kupplung erzielt. Der Anspruch 9 kennzeichnet ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung der Temperatur des Hydraulikfluids, für das keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind, wobei die Temperatur des Hydraulikfluids für die Steuerung der Kupplung herangezogen wird.

Der Anspruch 10 kennzeichnet das Verfahren zur Lösung des zweiten Teils der Erfindungsaufgabe. Mit diesem Verfahren läßt sich die Funktionstüchtigkeit eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, beispielsweise des Kupplungsaktors, feststellen, was für die Betriebszuverlässigkeit der Kupplung wichtig ist, da zu hohe Temperaturen innerhalb des Aktors auf Störungen innerhalb der Kupplung deuten und zu einer Zerstörung des Aktors führen können.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 11 wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens gemäß Anspruch 10 weiter verbessert.

Der Anspruch 12 charakterisiert eine Momentennachführung als Funktion der Temperatur, das heißt, das das von der Kupplung übertragbare Drehmoment in bezug auf das anstehende Motormoment als Funktion der Temperatur bestimmt wird. Somit ist beispielsweise bei hohen Temperaturen das von der Kupplung übertragbare Drehmoment ein 1.05-faches des Motormomentes und bei tiefen Temperaturen ein 2-faches des Motormomentes.

Die Unteransprüche 13 bis 19 geben vorteilhafte Ausführungen an. Der Anspruch 20 bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer oben genannten Vorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Blockschaltbild der Kupplungssteuervorrichtung;

Fig. 2 eine Detailansicht der Anordnung gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 bis 5 Kurven zur Erläuterung der Funktionsweisen der erfindungsgemäßen Verfahren.

Gemäß Fig. 1 weist ein Kraftfahrzeug einen Motor, wie eine Brennkraftmaschine, 2 auf, die über eine Kupplung 4 mit einem Getriebe, wie Schaltgetriebe, 6 verbunden ist, das über eine Kardanwelle 8 und ein Differential 10 die Hinterräder 12 antreibt. Zur Abbremsung des Kraftfahrzeugs dient eine Brems anlage 14 mit einem Bremsgerät 16, das über ein Bremspedal 18 betätigt wird. Es ist nur die Verbindung vom Bremsgerät 16 zu dem linken Vorderrad dargestellt. Es versteht sich, daß das Bremsgerät 16 mit allen Rädern des Kraftfahrzeugs zusammenwirkt.

Zur Steuerung der Last der Brennkraftmaschine 2 dient ein Fahrpedal 19, das eine Drosselklappe 21 ansteuert. Das Getriebe 6 wird mittels eines Schalthebels 23 geschaltet. Die Kupplung 4 ist automatisiert und wird von einer Betätigungseinheit, wie von einem Aktor, 25 über einen Geberzylinder 27 und einen Nehmerzylinder 29 betätigt. Der Aktor 25 wird von einer Steuereinheit, wie einem elektronischen Steuergerät, 31 aus angesteuert, das einen Mikroprozessor mit zugehörigen Speichern enthält und dessen Eingänge mit verschiedenen Sensoren des Antriebsstrangs verbunden sind, beispielsweise einem Sensor 32 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine, einem Sensor 34 zur Erfassung der Raddrehzahl des Fahrzeugs, einem Sensor 36 zur Erfassung eines Schaltwunsches durch Betätigung des Ganghebels 23, einem Sensor 38 zur Erfassung der Stellung der Kupplung 4, einem Sensor 40 für die Stellung des Aktors 25, einem Sensor 42 zur Erfassung der Kühlwassertemperatur, einem Sensor 44 zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft sowie gegebenenfalls weiteren Sensoren. Die Vorrichtung weist eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung einer Temperatur auf. Die Temperatur kann eine Außenlufttemperatur, Kühlwassertemperatur, Ansauglufttemperatur oder einer anderen Temperatur sein. Dabei kann eine Temperatur auch aus Daten einer anderen Temperatur unter Zuhilfenahme eines mathematischen Modelles des Fahrzeuges oder der thermischen Strecke zwischen den Bereichen, deren Temperatur verknüpft werden.

Der Nehmerzylinder 29 wirkt unmittelbar mit dem Kupplungshebel 48 zusammen, der von einer nicht dargestellten Kupplungsrückstellfeder in seine Ruhelage gedrängt ist, in der die Kupplung 4 vollständig geschlossen ist, d. h. ihr maximales Moment übertragen kann.

Fig. 2 zeigt die Bauteile der Kupplungsbetätigung in detaillierterer Darstellung. Im Nehmerzylinder 29 arbeitet ein Nehmerkolben 50, der im Inneren des Nehmerzylinders 29 einen Arbeitsraum 52 abgrenzt. Der Nehmerkolben 50 betätigt mittels seiner Kolbenstange 54 unmittelbar den Kupplungshebel 48 (Fig. 1).

Vom Arbeitsraum 52 führt eine Leitung 56 in den Arbeitsraum 58 des Geberzylinders 27, in dem ein Geberkolben 60 arbeitet, der den Geberzylinder 27 in den Arbeitsraum 58 und einen Ausgleichsraum 62 unterteilt. In der Zylinderwand des Geberzylinders 27 ist eine sog. Schnüffelbohrung 64 ausgebildet, die über eine Leitung 66 mit einem Hydraulikfluidbehälter 68 verbunden ist, der nach außen hin entlüftet ist.

Der Geberkolben 60 weist ein Ventilglied auf, das zusammen mit ihm ein Rückschlagventil 70 bildet, das öffnet, wenn der Druck im Ausgleichsraum 62 den im Arbeitsraum 58 übersteigt. Zur Betätigung der Kolbenstange 72 des Geberkolbens 60 dient ein Kurbeltrieb 74, der von dem als Elektromotor ausgebildeten Aktor 25 angetrieben ist.

Die Positionierung der Anordnung ist folgende:
Der Nehmerkolben 50 befindet sich bei voll geschlossener Kupplung am linken Anschlag, wobei der Arbeitsraum 52 minimal ist und der Geberkolben 60 sich unmittelbar vor der Schnüffelbohrung 64 befindet. Wenn der Geberkolben 60 dann mittels des Aktors 25 weiter nach links bewegt wird, öffnet das Rückschlagventil 70, so daß Hydraulikfluid aus dem Ausgleichsraum 62 in den Arbeitsraum 58 überströmt. Wenn der Geberkolben 60 über die Schnüffelbohrung 64 weiter nach links bewegt wird, wird der Arbeitsraum 58 unmittelbar mit dem Hydraulikfluidbehälter 68 verbunden und das System zuverlässig drucklos. Wird der Geberkolben 60 nun zum Öffnen der Kupplung nach rechts bewegt, so beginnt der Druckaufbau genau in der Stellung, in der der Geberkolben 60 die Schnüffelbohrung 64 überfährt, so daß eine definierte Ausgangsposition bzw. Zuordnung zwischen Geberkolben 60 und damit Stellung des Aktors 25 und der voll geschlossenen Stellung der Kupplung 4 vorliegt. Der Geberkolben 60 wird dann mittels des Aktors 25 so weit nach rechts bewegt, bis die Kuppung vollständig öffnet. Zum Schließen der Kupplung muß der Geberkolben 60 nicht notwendigerweise wieder bis über die Schnüffelbohrung 64 hinwegbewegt werden, wenn beispielsweise die Kupplung gezielt nicht ihr volles Moment übertragen soll, was für viele Betriebszustände vorteilhaft ist. Der Nehmerkolben 50 bewegt sich dann nicht bis in seine Anschlagposition, vielmehr bleiben die Arbeitsräume 58 und 52 auch in Schließstellung der Kupplung unter Druck.

Bei sehr kaltem Hydraulikfluid kann der Zustand eintreten, daß beim Schließen der Kupplung (Bewegung des Geberkolbens 60 nach links mittels des Aktors 25) das dann zähe Hydraulikfluid nicht rasch genug durch die Leitung 56 hindurchströmt, so daß sich im Arbeitsraum 58 ein Unterdruck aufbaut, der zu einer Öffnung des Rückschlagventils 70 führt. Das Systemvolumen (Volumen der Arbeitsräume 52 und 58 zuzüglich des Volumens der Leitung 56) vergrößert sich dann, so daß sich die räumliche Zuordnung zwischen Geberkolben 60 und Nehmerkolben 50 verändert, was aus Gründen der Betätigungsgenauigkeit unerwünscht ist. Damit dieses Aufpumpen nicht geschieht, wird bei kleinen Temperaturen die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens 60 in Schließrichtung der Kupplung verändert, wie in Fig. 3 dargestellt. S bedeutet die Strecke, um die der Geberkolben 60 verfahren wird. t bedeutet die Zeit. Dargestellt ist ein Betätigungszyklus, der ausgehend von geschlossener Kupplung die Kupplung zunächst öffnet (Stellung O). Bei hohen Temperaturen erfolgt die anschließende Schließbewegung (strichpunktierte Gerade 1) mit gleicher Geschwindigkeit wie die Öffnungsbewegung. Mit zunehmend niedrigeren Temperaturen erfolgt die Schließbewegung (Gerade 2 und 3) mit zunehmend langsamerer Geschwindigkeit. Diese langsamere Geschwindigkeit bewirkt, daß das Hydraulikfluid die Leitung 56 rasch genug durchströmen kann, damit sich im Arbeitsraum 58 kein Unterdruck aufbaut.

Eine andere Lösung für die bei tiefen Temperaturen auftretende Problematik ist in Fig. 4 dargestellt. T stellt die Temperatur dar; h ist der Hub, um den der Geberkolben 60 ausgehend von der Stellung der voll geöffneten Kupplung verfahren wird. SB gibt die Position der Schnüffelbohrung 64 an. Wie ersichtlich, ist der Hub bei geringen Temperaturen immer derart, daß die Schnüffelbohrung überfahren wird, so daß beim nächsten Betätigungszyklus wieder definierte Anfangsbedingungen herrschen. Bei höheren Temperaturen kann mit kleinerem Hub gefahren werden, wodurch es möglich ist, das Moment, das die ge schlossene Kupplung überträgt, entsprechend den Betriebsbedingungen zu steuern. Je nach herrschenden Temperaturen oder je nach Auswertung der Signale der Sensoren 38 und 40 (Fig. 1) kann zwischen Betriebszyklen der Kupplung ein sog. Schnüffelzyklus gefahren werden, bei dem der Geberkolben 60 gezielt über die Schnüffelbohrung 64 hinaus bewegt wird, so daß die definierten Anfangsbedingungen für die Kupplung wieder hergestellt sind. Mit Abnehmen der Temperatur und zunehmendem Hub (geringe Momentenanpassung) erhöht sich die Notwendigkeit, gezielte Schnüffelzyklen einzubauen bzw. beim Schließen der Kupplung den Geberkolben 60 über die Schnüffelbohrung hinaus zu bewegen. Dies ist besonders vorteilhaft unter Verwendung einer Vorrichtung zur Steuerung des von einer automatisierten Kupplung übertragbaren Drehmomentes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe mit einem Schaltelement zur Auswahl der Getriebeübersetzung und einem Sensor zur Detektion der Getriebeübersetzung, der Motor stellt abtriebsseitig ein steuerbares anstehendes Motormoment zur Verfügung, mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren Betätigungseinheit, wie Aktor, zur Steuerung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes, wobei die Steuereinheit das von der Kupplung übertragbare Drehmoment in Abhängigkeit von dem anstehenden Motormoment steuert, mit einer Einrichtung zur Ermittlung einer Temperatur, wobei das Kupplungsmoment innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbandes um das anstehende Motormoment gesteuert wird und das Toleranzband abhängig von einer Temperatur ist.

Somit kann eine Überanpressung der Kupplung bei tiefen Temperaturen im Vergleich zu hohen Temperaturen erhöht werden. Eine Momentennachführung als Funktion der Temperatur, das heißt, das das von der Kupplung übertragbare Drehmoment in bezug auf das anstehende Motormoment als Funktion der Temperatur ist besonders vorteilhaft. Es ist beispielsweise bei hohen Temperaturen zweckmäßig, wenn das von der Kupplung übertragbare Drehmoment beispielsweise ein 1.05-faches des Motormomentes ist und bei tiefen Temperaturen beispielsweise ein 2-faches des Motormomentes ist. Diese Zahlenwerte sind Beispiele, wobei bei hohen Temperaturen ein Bereich von 1.02 bis 1.5 vorteilhaft ist und bei tiefen Temperaturen ein Bereich von 1.5 bis 2.5 vorteilhaft ist. Der Wert der Überanpressung k, mit M_kupplung = k.M_motor, kann als Funktion der Temperatur ansteigen. M_kupplung und M_motor sind das von der Kupplung übertragbare Drehmoment und das anstehende Motormoment.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, wenn unterhalb einer Grenztemperatur die Momentennachführung abgeschaltet wird und das von der Kupplung übertragbare Drehmoment auf den maximalen Wert eingestellt wird, die Kupplung somit vollständig eingerückt wird.

Die Temperaturen, ab denen die Betätigungszyklen der Kupplung gemäß den Fig. 3 und/oder 4 notwendig sind, hängen von dem Hydraulikfluid und den geometrischen Bedingungen in den Zylindern und der Verbindungsleitung sowie der Rückstellkraft der Kupplung ab und können experimentell ermittelt werden.

Zur Bestimmung der Temperatur des Hydraulikfluids sind keine besonderen Sensoren notwendig, wenn die Temperatur nach folgendem Algorithmus bestimmt wird:

T_Fl,i+1 = k_Mot × Dt × T_Mot + k_LuftDt T_Luft + (1-k_Mot × Dt + k_Luft × Dt) T_Fl,i,

wobei Dt ein Zeitintervall i ist, k_Mot und k_Luft empirisch ermittelte Konstanten sind und T_Luft sowie T_Mot jeweils die mittleren Temperaturwerte der Ansauglufttemperatur und der Motortemperatur (angenähert durch die Kühlwassertemperatur) während des jeweiligen Zeitintervalls i sind, T_Fl,i+1 die Fluidtemperatur zum Ende des Zeitintervalls i sowie T_Fl,i die Fluidtemperatur zu Beginn des Zeitintervalls i ist.

Für die Betriebssicherheit der automatisierten Kupplungsbetätigung ist es vorteilhaft, die Temperatur des meist als Elektromotor ausgebildeten Aktors 25 zu kennen. Dazu ist der Aktor 25 mit einem Temperatursensor 76 (Fig. 2) ausgerüstet, dessen Ausgangssignal vom Steuergerät 31 mit ausgewertet wird. Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Temperatursensors 76 ist es vorteilhaft, in den jeweils möglichen Betriebszuständen, beispielsweise im Nullgang, den Aktor vom Steuergerät 31 her mit einer Signalfolge gemäß Fig. 5a zu beaufschlagen, in der während einer bestimmten Zeitdauer, beispielsweise jeweils 1 s lang die Kolbenstange 72 um einen Weg von 15 mm verfahren werden soll, der mittels des Sensors 40 festgestellt wird. Das Steuergerät regelt den dem Aktor 25 zugeführten Strom derart, daß sich der dargestellte Sollwegverlauf ergibt, wobei die Verfahrdauer jeweils etwa 150 ms beträgt. Die Betätigung des Aktors 25 gemäß Fig. 5a führt zu einer Erhöhung der Aktor- bzw. Aktortemperaturen gemäß Fig. 5b. Die Temperaturerhöhung während des Zyklus gemäß Fig. 5a wird im Steuergerät 31 erfaßt und ausgewertet. Liegt sie außerhalb der punktiert in Fig. 5b eingetragenen Plausibilitätsgrenzen, so erfolgt eine Fehleranzeige. Es versteht sich, daß die Solltemperaturänderung (durchgezeichnete Gerade gemäß Fig. 5b) empirisch ermittelt wird, wenn sichergestellt ist, daß die Kupplung sich insgesamt in einwandfreiem Funktionszustand befindet. Zur Erhöhung der Aussagesicherheit kann der Strom zusätzlich erfaßt werden, der dem Aktor 25 zugeführt werden muß, damit sich der Betriebszyklus gemäß Fig. 5a einstellt. Weicht die Stromaufnahme von der bei in einwandfreiem Zustand der Kupplung ermittelten Stromaufnahme ab, so deutet dies auf einen Fehler im Kupplungssystem oder im Aktor.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, daß der Aktor derart gesteuert wird, daß auch bei tiefen Temperaturen bei einer Bewegung des Geberkolbens in Richtung einer Vergrößerung des Arbeitsraums im Geberzylinder ein durch die Rückstellfeder der Kupplung vermittelter Überdruck im Arbeitsraum erhalten bleibt, so daß bei dieser Bewegung kein Hydraulikfluid vom Arbeitsraum in den Ausgleichsraum überströmt. Bei einem weiteren Verfahren wird der Geberkolben bei tiefen Temperaturen nach jedem Kupplungsbetätigungszyklus über eine Schnüffelbohrung hinaus bewegt, die den Arbeitsraum des Geberzylinders mit einem Flüssigkeitsvorrat verbindet.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens.

Bei tiefen Temperaturen nimmt die kinematische Viskosität und somit die Fluidreibung des Fluidmediums, wie einer Bremsflüssigkeit, die als Hydraulikmedium oder -fluid verwendet wird, stark zu. Mit abnehmender Temperatur führt dies in Abhängigkeit von der GZ-Geschwindigkeit zu einer Zunahme der Druckverluste.

Öffnen der Kupplung

Beim Öffnen der Kupplung führen Druckverluste zu erhöhten Leitungsdrücken. Wäre die Leistungsfähigkeit des Aktors groß, so würden Leitungsdrücke von über 100 bar den Aktor und die hydraulischen Komponenten zerstören. Da aber die Leistungsfähigkeit des Aktors bei kleineren Werten liegt, fällt die Aktorgeschwindigkeit und somit der Druckverlust ab. Dadurch werden die maximal auftretenden Leitungsdrücke auf beispielsweise 40 bar begrenzt. Die bei tiefen Temperaturen ansteigenden Leitungsdrücke führen nicht zu einer Überlastung des Aktors.

Schließen der Kupplung

Beim Schließen der Kupplung muß die Rückstellkraft der Kupplung den Druckabfall in der Leitung kompensieren. Unterhalb einer Fluidtemperatur von beispielsweise -15°C besteht die Gefahr, daß bei maximaler Aktorgeschwindigkeit die Druckverluste nicht mehr von der Rückstellkraft kompensiert werden können. Am Geberzylinder stellt sich Unterdruck ein und das Nachsaugventil öffnet. Falls nicht geschnüffelt wird, pumpt sich das System auf.

Für eine genaue temperaturabhängige Kupplungssteuerung ist es zweckmäßig, wenn die Fluidtemperatur bekannt ist. Ein einfaches Rechenmodell erlaubt eine Berechnung der Fluidtemperatur auf Basis vorhandener Temperatursignale ermöglicht. Bei tiefen Fluidtemperaturen nimmt die kinematische Zähigkeit der Bremsflüssigkeit und somit die Fluidreibung stark zu. Dies führt in Abhängigkeit von der Geberzylinder-Ge schwindigkeit zu einer Vergrößerung des Druckverlusts. Es ist bei manchen Ausführungsbeispielen eine temperaturabhängige Kupplungssteuerung zweckmäßig, weil eine Wasseraufnahme der Bremsflüssigkeit bereits ab einer Fluidtemperatur von -15°C zu Nachsaugproblemen führen kann.

Es werden folgende Fragen behandelt: Wie groß sind die Druckabfälle in der Leitung und im ZA in Abhängigkeit von Temperatur, Aktorgeschwindigkeit und Wasseraufnahme? Besteht die Gefahr, daß beim Öffnen der Kupplung der Aktor und die hydraulischen Komponenten überlastet werden? Ab welcher Temperatur tritt beim Schließen der Kupplung Nachsaugen auf? Welche Maßnahmen sind zu ergreifen, um ein Aufpumpen der hydraulischen Strecke zu verhindern? Wie kann die Fluidtemperatur in Abhängigkeit von bekannten Meßsignalen ermittelt werden?

1. Druckabfall in der hydraulischen Strecke

Da die Reynolds-Zahl in der hydraulischen Strecke klein ist, liegt eine rein laminare Strömung vor. Bei einer laminaren Strömung ist der Druckabfall Δp eine lineare Funktion der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v:

Hierbei gilt für den Durchflußwiderstand:

wobei: ν kinematische Zähigkeit der Bremsflüssigkeit, ρ Dichte der Bremsflüssigkeit, l Leitungslänge, d Leitungsdurchmesser.

Die hydraulische Strecke wird beispielsweise in zwei Bereiche aufgeteilt:
Strecke außerhalb der Getriebeglocke bestehend aus zwei Gummischläuchen und einer Leitung. Der hier auftretende Durchflußwiderstand wird mit c_Lei bezeichnet.

Strecke innerhalb der Getriebeglocke bestehend aus Leitung und Zentralausrücker. Der hier auftretende Durchflußwiderstand wird mit c_ZA bezeichnet.

In der folgenden Tabelle sind die Durchflußwiderstände (d. h. Δp = c.v_GZ) aufgeführt:

Zwischen der kinematischen Zähigkeit der Bremsflüssigkeit und der Fluidtemperatur T_Fl [°C] besteht im wesentlichen folgender Zusammenhang:

Mit A, B und n als vorgebbare Werte.

Hat die Bremsflüssigkeit q_w Gewichtsprozent Wasser aufgenommen, so kommt der Faktor (1+q_W/C) hinzu. 1/C ist ein vorgebbarer Faktor.

Das Fluid, das sich innerhalb des in der Getriebeglocke liegenden Teils der hydraulischen Strecke befindet, wird stärker erwärmt als das Fluid außerhalb.

2. Öffnen der Kupplung bei tiefen Temperaturen

Beim Öffnen der Kupplung belastet der bei tiefer Temperatur aufgrund zunehmender Fluidreibung wachsende Druckanstieg den Aktor. Wegen der begrenzten Leistungsfähigkeit des Aktors nimmt die Ausrückgeschwindigkeit ab (Leistungsabgabe Aktor ∼ Geberzylinderdruck. Geberzylindergeschwindigkeit). Dem wirkt teilweise entgegen, daß sich bei tiefen Temperaturen die Leistungsfähigkeit des Aktors erhöht.

Am Prüfstand wurde beobachtet, daß der Aktor zwar langsamer läuft, sich aber nicht abschaltet. Obwohl der Durchflußwiderstand mit fallender Temperatur steigt, werden deshalb die Druckverluste aufgrund der Abnahme der Geberzylindergeschwindigkeit begrenzt (Δp = c.v_GZ).

3. Schließen der Kupplung bei tiefen Temperaturen

Nachsaugen tritt beispielsweise bei einem Unterdruck am GZ von p_NS = -0,025 bar auf, wenn das Nachsaugventil öffnet. Dieser Geberzylinderdruck wird dann unterschritten, wenn die absolute Rückstellkraft der Kupplung nicht mehr in der Lage ist, die auftretenden Druckverluste Δp zu überwinden.

Beim Schließen der Kupplung setzt sich die absolute Rückstellkraft F_Rück aus der Ausrückkraft der Kupplung F_Kup, der Federkraft der Feder im ZA F_F,ZA und der Reibung des ZA F_Reib folgendermaßen zusammen:

F_Rück = F_Kup-F_F,ZA-F_Reib.

Die Rückstellkraft baut am ZA folgenden Druck auf:

Am GZ herrscht der Druck:

Nachsaugen tritt an der Stelle des minimalen Geberzylinderdrucks p_GZ,Min auf.

Hierbei hängt, wie aus (4) ersichtlich ist, p_GZ,Min vom Zentralausrückerdruck p_ZA und der Geberzylindergeschwindigkeit v_GZ ab.

Nachsaugen tritt beispielsweise auf wenn gilt: p_GZ,Min = p_NS.

Mit c_NS erhält man mit (2) die Fluidtemperatur ab der Nachsaugen auftritt.

Hierbei ist der für Nachsaugen kritischste Fall der, in dem das Fzg. kalt ist (d. h. Fluidtemperatur T_Fl = T_Lei = T_ZA).

Unterhalb einer Fluidtemperatur von beispielsweise X°C kann sich das System aufgrund Nachsaugen aufpumpen. Grundsätzlich bestehen zwei Möglichkeiten um Aufpumpen zu vermeiden:
Die Geberzylindergeschwindigkeit wird beim Schließen der Kupplung in Abhängigkeit von der Temperatur so heruntergesetzt, daß kein Nachsaugen auftreten kann.

Die Momentennachführung wird beispielsweise ab X°C abgeschaltet. Hierdurch schließt die Kupplung nach jedem Schaltvorgang vollständig, wodurch die Schnüffelbohrung freigegeben wird und Fluidausgleich stattfinden kann.

Über bekannte Temperatursignale wird auf die Fluidtemperatur geschlossen oder diese berechnet. Folgende für die Fluiderwärmung relevanten Temperaturen stehen beispielsweise über einen CAN-Datenbus zur Verfügung:

- Kühlwassertemperatur T_Kühl
- Ansauglufttemperatur T_An
- Außenlufttemperatur T_Auß.

Wie bereits oben erwähnt, kann die hydraulische Strecke in zwei Temperaturbereiche unterteilt sein:
Fluidtemperatur T_Lei außerhalb und Fluidtemperatur T_ZA innerhalb der Getriebeglocke, wobei in der Regel gilt: T_ZA ≧ T_Lei.

Nimmt man an, daß T_Lei die alleinige im System herrschende Temperatur ist, liegt man im Hinblick auf die Bestimmung der für das Aufpumpen kritischen Temperaturen auf der sicheren Seite. Hierbei hält sich der Sicherheitsabstand in Grenzen, da die Druckverluste im Bereich von T_ZA nur 15% des gesamten Druckverlusts ausmachen.

Wird das Fluid und die Leitung erwärmt bzw. abgekühlt, so ist der Wärmestrom zwischen Fluid und Umgebung proportional zum Temperaturgradienten zwischen der Umgebungstemperatur T_Um und Fluidtemperatur T_Fl (Fluidtemperatur und Temperatur der Leitung ist nahezu gleich):

∼ (T_Um-T_Fl).

Die vom Fluid abgegebene bzw. aufgenommene Wärmemenge hängt von der Masse und der spezifischen Wärmekapazität des Fluids und der Leitung ab:

Für ein hinreichend kleines Zeitintervall Δt = t_i+1-t_i lautet diese Gleichung vereinfacht:

hierbei ist T_Um = (T_Um,i+1 + T_Um,i)/2 die mittlere Umgebungstemperatur im Zeitintervall Δt.

Rechenmodell

Von der Kühlwasser-, Ansaugluft- und Außentemperatur wird auf die Umgebungstemperatur geschlossen.

Es beeinflußt auch die Motortemperatur T_Mot als erwärmender Anteil und die Lufttemperatur T_Luft (Temperatur der von außen in den Motorraum eindringenden Luft) als abkühlender Anteil die Fluidtemperatur.

Motortemperatur

In der Warmlaufphase (d. h. mittlere Kühlwassertemperatur T_Kühl < T_Mot,i) steigt die Kühlwassertemperatur relativ schnell an. Die Erwärmung des Motorblocks benötigt sehr viel mehr Zeit. Beim Abkühlen des Motors (d. h. T_Kühl < T_Mot,i) entspricht die Abkühlgeschwindigkeit des Kühlwassers ungefähr der des Motors. Für die mittlere Motortemperatur T_Mot = (T_Mot,i+1 +T_Mot,i)/2 soll gelten:

T_Kühl < T_Mot,i: T_Mot.i+1 = k_Kühl.Δt.T_Kühl + (1-k_Kühl.Δt).T_Mot,i

T_Kühl ≦ T_Mot,i: T_Mot,i+1 = T_Mot,i

Lufttemperatur

Mit Lufttemperatur wird die Temperatur der von außen in den Motorraum eindringenden Luft bezeichnet. Diese Temperatur ist in der Regel die Außenlufttemperatur T_Auß, kann aber auch die Ansauglufttemperatur T_An sein.

Für die mittlere Lufttemperatur T_Luft soll gelten:

T_An < T_Auß: T_Luft = T_Auß = (T_Auß,i+1 + T_Auß,i)/2

T_An ≦ T_Auß: T_Luft = T_An = (T_An,i+1 + T_An,i)/2.

Die Temperatur in der Leitung hängt nicht nur von den auftretenden Temperaturen, sondern auch von der Umströmung der Leitung (also von Fahrzeuggeschwindigkeit, Lüfter ein/aus), ab:
Bei geringer Umströmung: Die gemessene Außenlufttemperatur wird in diesem Fall von der Motorabwärme leicht beeinflußt (je tiefer die Außenlufttemperatur desto größer die Beeinflussung). Da die Ansauglufttemperatur in diesem Fall stark von der Motorabwärme beeinflußt wird, ist T_Luft = T_Auß.

Die berechnete Fluidtemperatur steigt somit mit der tatsächlich vorhandenen an.

Bei starker Umströmung: Die gemessene Außenlufttemperatur entspricht der wirklichen. Die Ansauglufttemperatur kann bei starker Anströmung sogar unter die Außenlufttemperatur abfallen, d. h. T_Luft = T_An. Die berechnete Fluidtemperatur fällt somit mit der tatsächlich vorhandenen ab.

Um mit diesen Temperaturen bei möglichst geringem Rechenaufwand ein ausreichend gutes Ergebnis zu erzielen, kann folgender Ansatz aufgestellt werden:

(T_Fl,i+1-T_Fl,i) = (T_Fl,Mot,i+1-T_Fl,i) + (T_Fl,Luft,i+1-T_Fl,i) (6)

wobei: T_Fl.Mot,i+1 ist T_Fl,i+1 (siehe (5)) das sich ergibt wenn T_Um = T_Mot wobei
k = k_Mot
T_Fl,Luft,i+1 ist T_Fl,i+1 (siehe (5)) das sich ergibt wenn T_Um = T_Luft wobei k = k_Luft

Für die k-Werte kann beispielsweise angesetzt werden:

Es reicht aus das Rechenmodell zu starten, wenn T_Auß oder T_An unter -10°C fallen.

Startwerte:

T_An < T_Auß: T_Fl,1 = T_Mot,1 = T_Auß

T_An ≦ T_Auß: T_Fl,1 = T_Mot,1 = T_An.

Das Rechenmodell kann beispielsweise abgebrochen werden, wenn die Zündung ausgeschaltet ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die ältere Anmeldung DE 195 04 847, deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gehört.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unter ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kom binationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfah rensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschritt folgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Aktor einen Geberkolben innerhalb eines Geberzylinders betätigt und die Bewegung des Geberkolbens über eine Leitung hydraulisch auf einen in einem Nehmerzylinder arbeitenden Nehmerkolben übertragen wird, der ein Betätigungsglied der Kupplung gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Öffnungsrichtung der Kupplung bewegt, welcher Geberkolben ein Rückschlagventil enthält, welches ein Überströmen von Hydraulikfluid von einem Ausgleichsraum in den Arbeitsraum des Geberzylinders ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor derart gesteuert wird, daß auch bei tiefen Temperaturen bei einer Bewegung des Geberkolbens in Richtung einer Vergrößerung des Arbeitsraums im Geberzylinder ein durch die Rückstellfeder der Kupplung vermittelter Überdruck im Arbeitsraum erhalten bleibt, so daß bei dieser Bewegung kein Hydraulikfluid vom Arbeitsraum in den Ausgleichsraum überströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Hydraulikfluids gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Hydraulikfluids berechnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens bei tiefen Temperaturen vermindert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß tiefe Temperaturen Temperaturen unterhalb von -10 Grad Celsius, vorzugsweise unterhalb -15 Grad Celsius und besonders vorteilhaft unter -20 Grad Celsius sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei tiefen Temperaturen der Geberkolben in Richtung einer Verminderung der Größe des Arbeitsraums des Geberzylinders schneller bewegt wird als in Gegenrichtung.

7. Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Aktor einen Geberkolben innerhalb eines Geberzylinders betätigt und die Bewegung des Geberkolbens über eine Leitung hydraulisch auf die Bewegung eines in einem Nehmerzylinder arbeitenden Nehmerkolbens übertragen wird, der ein Betätigungsglied der Kupplung gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Öffnungsrichtung der Kupplung bewegt, welcher Geberkolben ein Rückschlagventil enthält, welches ein Überströmen von Hydraulikfluid von einem Ausgleichsraum in den Arbeitsraum des Geberzylinders ermöglicht, und wobei eine minimalem Volumen des Arbeitsraums des Nehmerzylinders entsprechende Anschlagposition des Nehmerkolbens der vollständig geschlossenen Position der Kupplung entspricht, der Geberkolben unter Vergrößerung des Arbeitsraums des Geberzylinders über eine in der Wand des Geberzylinders ausgebildete, an einen Hydraulikfluidvorrat angeschlossene Schnüffelbohrung hinaus bewegbar ist, so daß die Ar beitsräume drucklos sind und die Kupplung vollständig geschlossen ist, und der Geberkolben zur Steuerung des maximalen, von der Kupplung übertragbaren Moments normalerweise zum Schließen der Kupplung nicht über die Schnüffelbohrung hinaus bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben mit abnehmender Temperatur des Hydraulikfluids bei einer zunehmenden Anzahl von Schließvorgängen der Kupplung über die Schnüffelbohrung hinaus bewegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben bei tiefen Temperaturen nach jedem Kupplungsbetätigungszyklus über die Schnüffelbohrung hinaus bewegt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Motortemperatur T_Mot und die Außenlufttemperatur T_Luft gemessen werden, die Temperatur des Hydraulikfluids T_Fl nach folgendem Algorithmus berechnet wird:
T_Fl,i+1 = k_Mot × Dt × T_{Mot_mittel} + k_luft × Dt × T_{Luft_mittel} + (1-k_Mot × Dt + k_Luft × Dt) T_fl,i
wobei bedeuten:
Dt ein Zeitintervall i,
k_Mot und k_Luft empirisch ermittelte Konstanten,
T_{Luft_mittel} und T_{mot_mittel} jeweils die mittleren Werte während des Zeitinter valls i,
T_Fl,i+1 die Fluidtemperatur am Ende des Zeitintervalls i,
T_f1,i die Fluidtemperatur am Anfang des Zeitintervalls i, und
der Betrieb der Kupplung in Abhängigkeit von der errechneten Temperatur T_Fl,i+1 gesteuert wird.

10. Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Ak tors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung, bei welchem Verfahren der Aktor innerhalb eines Prüfzyklus in einer vorbestimmten zeitlichen Folge durch Beaufschlagung mit geregeltem Strom ein Übertra gungsglied um vorbestimmte Wege verstellt und die von dem Temperatursensor während des Prüfzyklus gemessene Temperaturprüfkurve mit einer Temperatursollkurve verglichen wird, die im gleichen Prüfzyklus bei in einwandfreiem Zustand befindlichem Tempe ratursensor gemessen wurde, wobei eine über ein bestimmtes Maß hinausgehende Abweichung zwischen der Temperaturprüfkurve und der Temperatursollkurve als auf einen fehlerhaften Zustand des Temperatursensors hinweisend gewertet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der von dem Aktor aufgenommene Strom erfaßt wird und mit dem bei Aufnahme der Temperatursollkurve aufgenommenen Strom verglichen wird.

12. Vorrichtung zur Steuerung des von einer automatisierten Kupplung übertragbaren Drehmomentes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe, der Motor stellt abtriebsseitig ein steuerbares anstehendes Motormoment zur Verfügung, mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren Betätigungseinheit, wie Aktor, zur Steuerung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes, mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Temperatur dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit das von der Kupplung übertragbare Drehmoment in Abhängigkeit von dem anstehenden Motormoment steuert, wobei das Kupplungsmoment innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbandes um das anstehende Motormoment gesteuert wird und das Toleranzband abhängig von der Temperatur ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Toleranzbandes temperaturabhängig ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Kupplung übertragbare Drehmoment dem Motormoment über einen Proportionalitätsfaktor und/oder einen Summanden proportional ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Kupplung übertragbare Drehmoment um einen vorgebbaren Betrag größer ist als das anstehende Motormoment.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Toleranzband in einem höheren Gang größer oder gleich ist als in einem niedrigeren Gang.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor und/oder der Summand bei höheren Temperaturen größer oder gleich ist als bei niedrigeren Temperaturen.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragbare Drehmoment bei tiefen Temperaturen im Bereich von 1.5 und 2.5 mal dem anstehenden Motormoment ist.

19. Vorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Anstieg pro Zeiteinheit des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes als Funktion der Temperatur gewählt wird.

20. Verfahren zur Steuerung oder Regelung des von einer automatisierten Kupplung übertragbaren Drehmomentes, insbesondere mittels einer Vor richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 19.