DE102009008597A1

DE102009008597A1 - Kupplungsaktor

Info

Publication number: DE102009008597A1
Application number: DE102009008597A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Baehr
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: DE102009008597B4

Abstract

Es wird ein Kupplungsaktor für eine Reibungskupplung vorgeschlagen, der von einem Elektromotor angetrieben und von einem Steuergerät gesteuert wird. Zur Steuerung und Vorsteuerung des Elektromotors wird ein adaptierbares Stromgrenzkennfeld verwendet, das zumindest die Stromgrenzen des Kupplungsaktors in Abhängigkeit von der Aktorposition enthält. Das Stromgrenzkennfeld kann mittels einer Bewegung des Kupplungsaktors zwischen zwei Aktorpositionen bei konstanter Geschwindigkeit adaptiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kupplungsaktor zur Betätigung einer Reibungskupplung mit einem Steuergerät und einem von diesem gesteuerten Elektromotor.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Kupplungsaktoren zur Betätigung von Reibungskupplungen bekannt, wobei zur Betätigung der Reibungskupplung entlang eines Kupplungshubs entsprechende Aktorpositionen vom Steuergerät ermittelt und entsprechende elektrische Steuergrößen an den Elektromotor ausgegeben und von diesem in die Aktorpositionen umgesetzt werden. Beispielsweise werden vom Steuergerät pulsweitenmodulierte Spannungssignale ausgegeben, die zu einer Bestromung des Elektromotors und damit einer entsprechenden Momentenentfaltung führen.
Infolge von Änderungen der Zuordnung des Kupplungshubs zum Aktorweg infolge von Temperatureinflüssen, Verschleiß und dergleichen ändern sich die vom Elektromotor zur Einstellung einer gewünschten Aktorposition notwendigen Motormomente sowohl kurzeitig als auch langfristig, so dass die im Steuergerät abgelegte Zuordnung der Motormomente zu den Aktorpositionen laufend aktualisiert, das heißt adaptiert werden müssen, um eine komfortable und fehlerfreie Betätigung der Reibungskupplung zu erzielen.
Es werden daher im Steuergerät der Reibungskupplung Spannungskennfelder hinterlegt, in denen die Lastspannungen des Elektromotors abhängig von den entsprechenden Aktorpositionen hinterlegt sind. Die Adaptierung dieser Spannungskennfelder kann an den einzelnen Aktorpositionen nur bei stehendem Elektromotor erfolgen, da bei sich drehendem Elektromotor die Lastspannungen infolge Gegeninduktionsspannungen verändert werden. Eine zeitnahe und regelmäßige Adaptierung bedeutet daher einen erheblichen Zeitaufwand, der während des Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs mit einer entsprechenden automatisierten Reibungskupplung selten auftritt.
Aufgabe der Erfindung ist eine Weiterentwicklung eines Kupplungsaktors für eine automatisierte Reibungskupplung bezüglich seiner Adaptionsfähigkeit an sich in der automatisierten Reibungskupplung ändernde Bedingungen. insbesondere soll eine Adaption schneller und häufiger durchgeführt werden können.
Die Aufgabe wird durch einen Kupplungsaktor zur Betätigung einer Reibungskupplung mit einem Steuergerät und einem von diesem gesteuerten Elektromotor gelöst, wobei zur Betätigung der Reibungskupplung entlang eines Kupplungshubs entsprechende Aktorpositionen vom Steuergerät ermittelt und entsprechende elektrische Steuergrößen an den Elektromotor ausgegeben, von diesem in die Aktorpositionen umgesetzt werden und ein Zusammenhang zwischen den Aktorpositionen und den vom Elektromotor aufzubringenden Momenten in einem adaptierbaren Stromgrenzkennfeld abgelegt ist.
Unter einem Kupplungsaktor ist eine Einrichtung mit einem Elektromotor zu verstehen, der ein Getriebe antreibt, das auf eine Verspanneinrichtung einwirkt und diese axial beaufschlagt und damit die Reibungskupplung aus- beziehungsweise einrückt. Das Getriebe wandelt dabei die Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung und kann mechanisch und/oder hydraulisch wirksam sein. Der Elektromotor kann ein mehrphasiger Gleichstrommotor sein, der elektronisch kommutiert ist, wobei zur Kommutierung vorhandene Sensoren, beispielsweise Hallsensoren, gleichzeitig unter Berücksichtigung der Übersetzung des Getriebes als Wegbeziehungsweise Positionssensoren für den Aktorweg, die Aktorposition oder den Kupplungshub dienen können. Nach entsprechender Kalibrierung kann eine entsprechende Aktorposition durch Erfassung des Weges eingestellt werden. In vorteilhafter Weise wird eine derartige Lageregelung mit einer Vorsteuerung des Kupplungsaktors kombiniert. Auf diese Weise kann eine Aktorposition unter Zugrundelegung des Stromgrenzkennfelds sehr schnell gesteuert angefahren und anschließend einer exakten Lageregelung unterworfen werden, wodurch einerseits eine schnelle Einstellung eines Aktorpositionsfensters und anschließend eine exakte Einregelung der exakten Aktorposition möglich ist.
Die Steuerung und Regelung des Elektromotors erfolgt mittels eines Steuergeräts, das von außen, beispielsweise von einer Getriebesteuerung oder vom Fahrer, eine Anforderung zum Öffnen oder Schließen der Reibungskupplung erhält. Je nach Anforderung wird eine entsprechende Aktorposition eingestellt, gehalten und/oder verlassen. Weiterhin sind im Steuergerät Kennfelder zur Adaption verschiedener Kupplungsparameter, beispielsweise des Reibwerts der Reibungskupplung sowie das Stromgrenzkennfeld gespeichert. Es versteht sich, dass das Steuergerät hierzu mit anderen Steuergeräten kommuniziert, beispielsweise über CAN-Bus, sowie Messwerte von direkt mit dem Steuergerät verbundenen oder über andere Steuergeräte erhältliche Sensoren erfasst und zur Steuerung der Reibungskupplung auswertet und umsetzt sowie für weitere Steuergeräte Signale und Informationen der Reibungskupplung zur Verfügung stellt. Im Steuergerät der Reibungskupplung können weitere Steuereinheiten, beispielsweise zur Steuerung des Geschwindigkeitswechselgetriebes zum Antrieb des Kraftfahr zeugs, das beispielsweise ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Schaltgetriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe sein kann – hierzu können zwei Reibungskupplungen mit dem vorgeschlagenen Kupplungsaktor betrieben werden –, integriert sein.
Die vom Elektromotor zum Anfahren der vom Steuergerät vorgegebenen Aktorpositionen w notwendigen Motormomente MM(w) werden vorteilhafterweise aus der Stromgrenzkennlinie berechnet. Hierzu dient die Gleichung MM(w) = k·l(w)mit der Stromgrenze l(w) der entsprechenden Aktorposition w, k ist eine Konstante. Unter Stromgrenze ist dabei der Strom zu verstehen, der aufgewendet werden muss, um den Elektromotor an einer vorgegebenen Aktorposition in eine Bewegungsrichtung zu halten. Durch die Reibung der mechanischen Komponenten des Kupplungsaktors und der vom Kupplungsaktor betätigten kinematischen Kette der Reibungskupplung ist dabei an jeder Aktorposition von zwei sich bezüglich der Bewegungsrichtung der Aktormechanik unterscheidenden Stromgrenzen auszugehen. Es werden daher im Stromgrenzkennfeld jeweils zwei aus einer Aktorposition zugeordnete Stromgrenzen, bei denen jeweils ein Reibungswiderstand überwunden wird, aufgenommen.
In vorteilhafter Weise kann eine Adaption der Stromgrenzen bei konstanter Geschwindigkeit des Kupplungsaktors erfolgen, so dass das Stromgrenzkennfeld relativ schnell zwischen zwei Aktorpositionen, beispielsweise zwischen der Öffnungs- und Schließposition der Reibungskupplung aufgenommen werden kann. Dabei kann das Einhalten einer Grenzgeschwindigkeit, die kleiner als die Maximalgeschwindigkeit des Kupplungsaktors ist, vorteilhaft sein.
Soll zur Steuerung des Kupplungsaktors auf eine vorgegebene Aktorposition eine Spannung vorgesteuert werden, kann durch Berechnung dieser aus dem Stromgrenzfeld und dem Widerstand des Elektromotors beziehungsweise des Widerstands dessen Spulen erfolgen, wobei der Widerstand ebenfalls adaptierbar bei stehendem Aktor aus dem resultierenden Haltestrom und der zugehörigen Haltespannung ermittelt werden kann. Dieser Vorgang kann an einer oder an mehreren Aktorpositionen erfolgen und ist gegenüber einer Adaptierung eines Spannungskennfelds wesentlich einfacher, da nicht der gesamte zur Verfügung stehende Aktorweg des Kupplungsaktors durchgeführt wird.
In vorteilhafter Weise kann eine Vorsteuerung dadurch in einfacher Weise erfolgen, indem aus dem Widerstand und der einer anzusteuernden Aktorposition zugeordneten Stromgrenze eine Haltespannung zur Vorsteuerung des Kupplungsaktors ermittelt und an den Kupplungsaktor ausgegeben wird. Der Umweg über die Stromgrenzkennlinie erfolgt einerseits aus der leichteren Ansteuerung des Elektromotors mittels einer Haltespannung und andererseits durch die schnellere und gegenüber einem Haltespannungskennfeld einfachere Adaption eines Stromgrenzkennfelds.
Werden in dem Stromgrenzkennfeld bei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchfahrenen Aktorwegen ermittelte Stromgrenzen abgelegt beziehungsweise ausgewertet, kann eine reibungsabhängige Komponente der Stromgrenzen ermittelt und daher das Reibungsverhalten der Betätigung der Reibungskupplung ermittelt oder zumindest abgeschätzt werden. Die daraus folgenden Erkenntnisse können einen Wartungsbedarf oder einen Verschleißzustand des Kupplungsaktors vermitteln.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Kupplungsaktors für sogenannte zugedrückte Reibungskupplungen, die selbstöffnend sind. Derartige Reibungskupplungen werden vom Kupplungsaktor entgegen der Wirkung eines Energiespeichers, beispielsweise einer als Teller- oder Hebelfeder ausgestalteten Verspanneinrichtung, geschlossen. Wird der Elektromotor abgestellt, läuft der Kupplungsaktor selbstständig in die Ruhestellung bei geöffneter Reibungskupplung. Das Stromgrenzkennfeld kann dabei im einfachsten Falle lediglich die in Einrückrichtung der Reibungskupplung auftretenden Stromgrenzen enthalten. Eine Adaption wird in diesem Falle nur in Einrückrichtung mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt.
Wird ein Elektromotor mit mehreren Phasen betrieben, werden zur Ermittlung des Stromgrenzkennfelds die Ströme aller Phasen adaptiert. In besonderen Fällen, beispielsweise bei drei absolut identischen Wicklungen kann es vorteilhaft sein, lediglich eine repräsentative Phase in das Stromgrenzkennfeld aufzunehmen und bei der Spannungsbildung entsprechend in Ansatz zu bringen. Weiterhin kann eine Mittelung zweier oder aller Phasen zur Rauschunterdrückung herangezogen werden.
Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt ein Diagramm 1 der Stromgrenzen l(w, z), l(w, a) in Abhängigkeit von der Aktorposition w, die in etwa dem Kupplungshub entspricht oder zumindest zu dieser proportional ist. Im Diagramm sind die Stromgrenzen l(w, z), l(w, a) einer zugedrückten Reibungskupplung dargestellt, so dass die durchge zogene Linie die Stromgrenze l(w, z) in Schließrichtung der Reibungskupplung und die gestrichelte Linie die Stromgrenze l(w, a) in Öffnungsrichtung darstellt, für die grundsätzlich infolge der selbstöffnenden Charakteristik kleinere Ströme aufzuwenden sind. Die Stromgrenzen sind dabei in Richtung höherer Aktorpositionen ansteigend und zeigen bei der Aktorposition w(t) im Bereich des Tastpunkts der Reibungskupplung jeweils einen Knick 2, 3. Bei geringeren Aktorpositionen w < w(t) ist die Stromgrenzentwicklung durch die Aktormechanik, bei Aktorpositionen w > w(t) ist die Zuspannung der Reibungskupplung dominierend. Die nahezu lineare Zuspannkraft kann einerseits durch die zunehmende Verspannung der Belagfederung und die Vorspannung des Energiespeichers der Verspanneinrichtung (Hebelfeder) gebildet werden, die beide bei stromlosem Elektromotor die Reibungskupplung selbstständig öffnen.
Zumindest die obere Stromgrenze l(w, z) wird in Form der Stromgrenzkennlinie abhängig von der Aktorposition w im Steuergerät hinterlegt und beispielsweise zur Ermittlung des aktorwegabhängigen Motormoments des Elektromotors herangezogen. Weiterhin dient die Stromgrenzkennlinie als Kennfeld für die Vorsteuerung des Kupplungsaktors auf eine vom Steuergerät vorgegebene Aktorposition w. Dabei werden Steuerspannungen vorgegeben, die aus dem Stromgrenzkennfeld und dem Widerstand des Elektromotors ermittelt werden. Ist die vorgegebene Aktorposition eingestellt kann eine Lageregelung den Elektromotor im Feinbereich der Aktorposition regeln, indem beispielsweise ein in dem Kupplungsaktor vorgesehener Wegsensor erfasst und zur Regelung herangezogen wird.

1: Diagramm
2: Knick
3: Knick
l(w): wegabhängige Stromgrenze
l(w, a): wegabhängige Stromgrenze in Öffnungsrichtung der Reibungskupplung
l(w, z): wegabhängige Stromgrenze in Schließrichtung der Reibungskupplung
w: Aktorposition
w(t): Aktorposition am Tastpunkt der Reibungskupplung

Claims

Kupplungsaktor zur Betätigung einer Reibungskupplung mit einem Steuergerät und einem von diesem gesteuerten Elektromotor, wobei zur Betätigung der Reibungskupplung entlang eines Kupplungshubs entsprechende Aktorpositionen vom Steuergerät ermittelt und entsprechende elektrische Steuergrößen an den Elektromotor ausgegeben und von diesem in die Aktorpositionen umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusammenhang zwischen den Aktorpositionen (w) und den vom Elektromotor aufzubringendem Momenten in einem adaptierbaren Stromgrenzkennfeld abgelegt ist.
Kupplungsaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromgrenzkennfeld aus Aktorpositionen (w) zugeordneten Stromgrenzen (l(w, a), l(w, z)), bei denen ein Reibungswiderstand überwunden wird, gebildet wird.
Kupplungsaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer Aktorposition (w) jeweils eine Stromgrenze (l(w, a), l(w, z)) in jede Bewegungsrichtung zugeordnet wird.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption des Stromgrenzkennfelds bei konstanter Geschwindigkeit des Kupplungsaktors zwischen zwei Aktorpositionen (w) erfolgt.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung eines Widerstands des Elektromotors bei stehendem Kupplungsaktor aus der aus der Stromgrenze (l(w, a), l(w, z)) und der aufzuwendenden Haltespannung ermittelt und adaptiert wird.
Kupplungsaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Widerstands und einer, einer anzusteuernden Aktorposition (w) zugeordneten Stromgrenze, (l(w, a), l(w, z)) eine Haltespannung zur Vorsteuerung des Kupplungsaktors ermittelt und an den Kupplungsaktor ausgegeben wird.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption einer reibungsabhängigen Komponente des Stromgrenzkennfelds mittels eines Durchfahrens des Kupplungsaktors zwischen zwei Aktorpositionen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgt.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromgrenzkennfeld als Vorsteuerkennfeld für eine Lageregelung des Kupplungsaktors verwendet wird.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromgrenzkennfeld auf eine selbstöffnende zugedrückte Reibungskupplung adaptiert ist.
Kupplungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Stromgrenzkennfelds ein Strom zumindest eine Phase eines mittels mehrerer Phasen betriebenen Elektromotors ausgewertet wird.