DE102011014573A1

DE102011014573A1 - Verfahren zum Steuern einer automatisierten Kupplung

Info

Publication number: DE102011014573A1
Application number: DE201110014573
Authority: DE
Inventors: Dr. Baehr Markus; Jürgen Gerhart
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2011-12-15
Also published as: CN102213278B; CN102213278A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer automatisierten Kupplung, die über ein hydrostatisches Kupplungsbetätigungssystem mit einem hydrostatischen Aktor betätigt wird, der mit einem Hydrostatikfluid betrieben wird, dessen Zustand sich im Betrieb verändert. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids erfasst und verwendet wird, um zu verhindern, dass in dem hydrostatischen Aktor Dampfblasen entstehen beziehungsweise Kavitation auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer automatisierten Kupplung, die über ein hydrostatisches Kupplungsbetätigungssystem mit einem hydrostatischen Aktor betätigt wird, der mit einem Hydrostatikfluid betrieben wird, dessen Zustand sich im Betrieb verändert.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 00 935 A1 ist eine Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift De 10 2009 009 145 A1 ist ein Kupplungssystem mit einem hydrostatischen Kupplungsausrücksystem bekannt, wobei Abweichungen eines Öffnungsverhaltens einer Verbindungsöffnung erfasst werden, indem das Druckverhalten des Kupplungsausrücksystems in Abhängigkeit von einer Betätigungsgeschwindigkeit eines Geberzylinderkolbens ermittelt wird. Die Auswertung der Druckverhältnisse abhängig vom Betätigungsweg der Kupplung kann mittels eines Drucksensors erfolgen, der in das Kupplungsausrücksystem, beispielsweise in den Geber- oder Nehmerzylinder oder in eine Druckleitung, integriert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer einer automatisierten Kupplung, die über ein hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem mit einem hydrostatischen Aktor betätigt wird, dessen Druck erfasst wird, zu erhöhen.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Steuern einer automatisierten Kupplung, die über ein hydrostatisches Kupplungsbetätigungssystem mit einem hydrostatischen Aktor betätigt wird, der mit einem Hydrostatikfluid betrieben wird, dessen Zustand sich im Betrieb verändert, dadurch gelöst, dass mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids erfasst und verwendet wird, um zu verhindern, dass in dem hydrostatischen Aktor Dampfblasen entstehen beziehungsweise Kavitation auftritt. Unter Kavitation, die auch als Hohlsog bezeichnet wird, wird die Bildung und nachfolgende schlagartige Kondensation von Dampfblasen in strömenden Flüssigkeiten verstanden. Kavitation wird durch Geschwindigkeitsänderungen in einem Fluid hervorgerufen. Als thermodynamische Zustandsgrößen werden thermodynamische Parameter bezeichnet, die den Zustand eines thermodynamischen Systems charakterisieren, zum Beispiel der Druck, die Temperatur, das Volumen und die Entropie. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise der Druck des Hydrostatikfluids erfasst und verwendet. Es kann aber zum Beispiel auch die Temperatur des Hydrostatikfluids erfasst und verwendet werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids auf einer Geberseite des Kupplungsbetätigungssystems erfasst wird. Der hydrostatische Aktor umfasst zum Beispiel einen Geberzylinder, der über eine hydrostatische Leitung oder Hydraulikleitung, die auch als Druckleitung bezeichnet wird, mit einem Nehmerzylinder in Verbindung steht. Die Seite des Aktors mit dem Geberzylinder wird auch als Geberseite bezeichnet. Analog wird die Seite des Aktors mit dem Nehmerzylinder auch als Nehmerseite bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass die Geberseite des Aktors im Hinblick auf Kavitation besonders gefährdet ist. Auf der Nehmerseite wird der Druck durch die Einrückkraft der Kupplung bestimmt, so dass hier eher keine Kavitation auftritt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Hydrostatikfluids auf der Geberseite des Kupplungsbetätigungssystems erfasst und verwendet wird, um zu verhindern, dass in dem hydrostatischen Aktor Dampfblasen entstehen beziehungsweise Kavitation auftritt. Der Druck wird vorzugsweise mit einem Drucksensor erfasst, der an dem Geberzylinder oder an einem geberseitigen Ende der Druckleitung angebracht ist, die den Geberzylinder mit dem Nehmerzylinder verbindet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksignal eines geberseitigen Drucksensors verwendet wird, um den hydrostatischen Aktor so anzusteuern, dass in dem hydrostatischen Aktor keine Dampfblasen entstehen beziehungsweise keine Kavitation auftritt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird die Bewegung des hydrostatischen Aktors in Abhängigkeit von dem erfassten Druck, zum Beispiel über einen elektromotorischen Stellantrieb, gezielt verändert. Dabei wird insbesondere die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des hydrostatischen Aktors variiert. Alternativ kann die Temperatur des Hydrostatikfluids, zum Beispiel mit Hilfe eines Temperatursensors, erfasst werden. Aus einem Temperatursignal kann die Viskosität des Hydrostatikfluids berechnet werden. Daraus lässt sich dann der Druck des Hydrostatikfluids abschätzen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigungsbewegung des hydrostatischen Aktors verlangsamt wird, wenn beim Öffnen der Kupplung ein relativ geringer Druck erfasst wird. Der erfasste Aktordruck wird zum Beispiel mit einem Referenzwert beziehungsweise einem unteren Druckgrenzwert verglichen. Sobald der Referenzwert beziehungsweise der untere Druckgrenzwert unterschritten wird, kann die Betätigungsbewegung des Aktors definiert verlangsamt werden. Ein Stillstand des Aktors wird in vorteilhafter Weise vermieden, damit ein gegebenenfalls erforderlicher Schnüffelvorgang nicht in unerwünschter Weise unterbunden wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids in einer Aktorsteuerung verarbeitet wird. Wenn der untere Druckgrenzwert unterschritten wird, kann zum Beispiel eine maximal erlaubte Aktorgeschwindigkeit herabgesetzt werden. Die Aktorsteuerung umfasst zum Beispiel ein Aktorsteuergerät, in das zum Beispiel ein Lageregler für den Aktor integriert ist. Das Aktorsteuergerät übt in herkömmlichen Systemen zum Beispiel Überwachungsfunktionen aus.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids in einer Triebstrangsteuerung verarbeitet wird. Die Triebstrangsteuerung umfasst zum Beispiel ein Triebstrangsteuergerät, durch das situationsbedingt so auf eine Veränderung des Drucksignals reagiert werden kann, dass der Fahrkomfort nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird. Die thermodynamische Zustandsgröße kann in der Triebstrangsteuerung zum Beispiel durch Anpassen einer Sollvorgabe der Aktorposition verwendet werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Hydrostatikfluids ermittelt wird, indem der Druck des Hydrostatikfluids in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit und/oder einer Bewegungsrichtung des Aktors ausgewertet wird. Unter Viskosität, die auch als Zähigkeit bezeichnet wird, wird eine innere Reibung in Gasen und Flüssigkeiten verstanden. Bei vernachlässigbarer Viskosität hängt der Druck im Wesentlichen nur von der einrückwegabhängigen Einrückkraft der Kupplung ab. Lediglich Reibungen auf der Nehmerseite und im Einrücksystem können bewegungsrichtungsabhängig zu kleinen Abweichungen führen. Damit sollte auch der Druck näherungsweise nur vom Aktorweg abhängig sein. Mit zunehmender Viskosität des Fluids ergibt sich jedoch noch ein geschwindigkeitsabhängiger Anteil. Durch Auswerten der Geschwindigkeitsabhängigkeit des Geberdrucks, bevorzugt in einem Bereich der Kupplungskennlinie, in der nur eine geringe Wegabhängigkeit der Einrückkraft besteht, also zum Beispiel bei offener Kupplung, kann so auf die Viskosität des Fluids zurück geschlossen werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnüffelzeitdauer verlängert wird, wenn eine signifikant erhöhte Viskosität festgestellt wird. Wenn über das Drucksignal eine signifikant erhöhte Viskosität des Hydrostatikfluids festgestellt wird, kann diese Information genutzt werden, um die Schnüffelzeit, das heißt eine Zeitdauer mit einer geöffneten Schnüffelbohrung, zu verlängern. Damit kann auch bei tiefen Temperaturen und entsprechend hoher Fluidviskosität sichergestellt werden, dass der gewünschte Volumenausgleich stattfindet. Die Auswertung findet vorzugsweise in der Triebstrangsteuerung statt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung über den hydrostatischen Aktor sowie einen Geberzylinder und einen Nehmerzylinder direkt betätigt wird. Direkt bedeutet, dass der hydrostatische Druck des Aktors, insbesondere ohne Zwischenschaltung von Hebelaktoren, direkt auf die Kupplung wirkt. Die Kupplung ist vorzugsweise als zugedrückte Kupplung, insbesondere Doppelkupplung, ausgeführt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben sind.
In der einzigen beiliegenden Figur ist ein Kupplungsbetätigungssystem zur Betätigung einer automatisierten Reibungskupplung vereinfacht dargestellt.
In 1 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 1 für eine automatisierte Kupplung 10, insbesondere eine automatisierte Doppelkupplung 10, vereinfacht dargestellt. Das Kupplungsbetätigungssystem 1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der als Reibungskupplung ausgeführten Kupplung 10 zugeordnet und umfasst einen Geberzylinder 4, der über eine auch als Druckleitung bezeichnete Hydraulikleitung 5 mit einem Nehmerzylinder 6 verbunden ist. In dem Nehmerzylinder 6 ist ein Nehmerkolben 7 hin und her bewegbar, der über ein Betätigungsorgan und vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Lagers die Kupplung 10 direkt betätigt.
Der Geberzylinder 4 ist über eine Verbindungsöffnung mit einem Ausgleichbehälter 12 verbindbar. In dem Geberzylinder 4 ist ein Geberkolben 14 hin und her bewegbar. Der Geberzylinder 4, die Hydraulikleitung 5, der Nehmerzylinder 6, der Nehmerkolben 7 und der Geberkolben 14 stellen Teile eines hydrostatischen Aktors 19 dar, der über einen elektromotorischen Stellantrieb 20 antreibbar ist, der auch als Aktorantrieb bezeichnet wird. Der Stellantrieb 20 umfasst einen Aktormotor 22, der über ein Aktorgetriebe 24 mit dem Geberkolben 14 gekoppelt ist. Über das Aktorgetriebe 24 wird eine Antriebsdrehbewegung des Aktormotors 22 in eine Längsbewegung oder translatorische Bewegung des Geberkolbens 14 umgewandelt.
Der hydraulische Druck in der hydraulischen oder hydrostatischen Strecke, die den Geberzylinder 4, die Hydraulikleitung 5 und den Nehmerzylinder 6 umfasst, wird mittels eines Drucksensors 30 erfasst, der an der Hydraulikleitung 5 angebracht ist. Der Drucksensor 30 liefert ein Drucksignal, das auch als Aktordrucksignal bezeichnet wird.
In 1 ist durch Pfeile 41 und 45 angedeutet, dass das Drucksignal des Drucksensors 30 in einer Aktorsteuerung 40 ausgewertet wird. Die Aktorsteuerung 40 umfasst ein Aktorsteuergerät, das zum Beispiel zur Lageregelung und Überwachung der Kupplung 10 dient. Durch weitere Pfeile 42 und 43 ist angedeutet, dass das ermittelte Drucksignal zur weiteren Verarbeitung an eine Triebstrangsteuerung weitergeleitet wird.
In hydrostatischen Kupplungsaktoren kann es, aufgrund der bei tiefen Temperaturen stark erhöhten Viskosität des Hydrostatikfluids, dazu kommen, dass der Fluiddruck auf der Geberseite den Dampfdruck des Fluids unterschreitet und sich somit eine Dampfblase mit sehr geringem Dampfdruck bildet und Kavitation auftritt. Das Problem wird durch geringe Drücke im Nehmerzylinder, wie sie durch geringe Kupplungskräfte verursacht werden, erhöht. Speziell bei zugedrückten Kupplungen sind die Einrückkräfte der offenen Kupplung sehr gering. Daher wird das erfindungsgemäße Verfahren besonders bevorzugt bei einer direkt betätigten, zugedrückten Kupplung 10 angewendet.
Das mit dem Drucksensor 30 erfasst Drucksignal wird, wie durch die Pfeile 41, 42 und 43, 45 angedeutet ist, bei der Ansteuerung des Kupplungsaktors 19 über die Aktorsteuerung 40 und die Triebstrangsteuerung 50 so verwendet, dass, wenn beim Öffnen der Kupplung 10 niedrige Drücke auftreten, die Aktorgeschwindigkeit reduziert wird. Die Verarbeitung des Aktordrucksignals kann in einem lokalen Aktorsteuergerät zur Aktorsteuerung 40 erfolgen und durch Herabsetzen der maximal erlaubten Aktorgeschwindigkeit umgesetzt werden. In einem Triebstrang beziehungsweise Getriebesteuergerät, das die Triebstrangsteuerung 50 umfasst, wird zum Beispiel dadurch auf das Aktordrucksignal reagiert, dass eine Sollpositionsvorgabe für den Aktor 19 angepasst wird.
Dabei ist darauf zu achten, dass es zu Situationen kommen kann, in denen die Bildung einer Dampfblase nicht verhindert werden kann. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn es nach einem Schnüffelvorgang zu einer deutlichen Abkühlung des Hydrostatikfluids gekommen ist. Dadurch verringert sich das Volumen des in dem Aktor 19 eingeschlossenen Hydrostatikfluids, so dass beim nächsten Schnüffeln nur dieses nun fehlende Volumen zur Ausbildung von Kavitation führen könnte. Da das erforderliche Schnüffeln aber nicht verhindert werden soll, darf das Erkennen eines zu niedrigen Drucks durch den Drucksensor 30 nur zu einer Verringerung der Aktorgeschwindigkeit führen, nicht aber zu einem Stillstand des Aktors 19.
Als Schnüffeln wird ein gezielter Druckausgleich durch den Aktor 19 bezeichnet, wobei der Geberzylinderkolben 14 bis in eine Ruhestellung zurückgezogen wird, um eine Verbindungsöffnung in den Ausgleichsbehälter 12 freizugeben. Über die freigegebene Verbindungsöffnung kann ein Druckausgleich zwischen dem Geberzylinder 4 und dem Ausgleichsbehälter 12 erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Viskosität des Hydrostatikfluids gezielt ermittelt, indem der Hydrostatikdruck in Abhängigkeit von der Aktorgeschwindigkeit und der Bewegungsrichtung ausgewertet wird. Bei vernachlässigbarer Viskosität hängt der Druck im Wesentlichen nur von der einrückwegabhängigen Einrückkraft der Kupplung 10 ab. Mit zunehmender Viskosität des Fluids ergibt sich jedoch noch ein geschwindigkeitsabhängiger Anteil. Durch Auswerten der Geschwindigkeitsabhängigkeit des Geberdrucks, bevorzugt in einem Bereich der Kupplungskennlinie, in dem nur eine geringe Wegabhängigkeit der Einrückkraft besteht, zum Beispiel bei offener Kupplung, kann so auf die Viskosität des Hydrostatikfluids zurück geschlossen werden.
Wenn über das Drucksignal eine signifikant erhöhte Viskosität des Fluids festgestellt wird, kann diese Information auch genutzt werden, um die Schnüffelzeit, das heißt die Zeitdauer mit geöffneter Verbindungsöffnung, die auch als Schnüffelbohrung bezeichnet wird, zu verlängern. Damit kann auch bei tiefen Temperaturen und entsprechend hoher Fluidviskosität sichergestellt werden, dass der Volumenausgleich stattfindet. Da dies aber nur in der Triebstrangsteuerung 50 festgelegt werden kann, ist ein Weiterleiten der Druckinformation und eventuell auch eine Information über die reduzierte Geschwindigkeit an die Triebstrangsteuerung 50 beziehungsweise das entsprechende Triebstrangsteuergerät erforderlich.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsbetätigungssystem
4: Geberzylinder
5: Hydraulikleitung
6: Nehmerzylinder
7: Nehmerkolben
10: Kupplung
12: Ausgleichsbehälter
14: Geberkolben
19: Aktor
20: elektromotorischer Stellantrieb
22: Aktormotor
24: Aktorgetriebe
30: Drucksensor
40: Aktorsteuerung
41: Pfeil
42: Pfeil
43: Pfeil
45: Pfeil
50: Triebstrangsteuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19700935 A1 [0002]
DE 102009009145 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Steuern einer automatisierten Kupplung (10), die über ein hydrostatisches Kupplungsbetätigungssystem (1) mit einem hydrostatischen Aktor (19) betätigt wird, der mit einem Hydrostatikfluid betrieben wird, dessen Zustand sich im Betrieb verändert, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids erfasst und verwendet wird, um zu verhindern, dass in dem hydrostatischen Aktor (19) Dampfblasen entstehen beziehungsweise Kavitation auftritt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids auf einer Geberseite des Kupplungsbetätigungssystems (1) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Hydrostatikfluids auf der Geberseite des Kupplungsbetätigungssystems (1) erfasst und verwendet wird, um zu verhindern, dass in dem hydrostatischen Aktor (19) Dampfblasen entstehen beziehungsweise Kavitation auftritt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksignal eines geberseitigen Drucksensors (30) verwendet wird, um den hydrostatischen Aktor (19) so anzusteuern, dass in dem hydrostatischen Aktor (19) keine Dampfblasen entstehen beziehungsweise keine Kavitation auftritt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigungsbewegung des hydrostatischen Aktors (19) verlangsamt wird, wenn beim Öffnen der Kupplung (10) ein relativ geringer Druck erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids in einer Aktorsteuerung (40) verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine thermodynamische Zustandsgröße des Hydrostatikfluids in einer Triebstrangsteuerung (50) verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Hydrostatikfluids ermittelt wird, indem der Druck des Hydrostatikfluids in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit und/oder einer Bewegungsrichtung des Aktors (19) ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnüffelzeitdauer verlängert wird, wenn eine signifikant erhöhte Viskosität festgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Kupplung (10) über den hydrostatischen Aktor (19) sowie einen Geberzylinder (4) und einen Nehmerzylinder (6) direkt bestätigt wird.