DE102015208854A1

DE102015208854A1 - Verfahren zum Schutz einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102015208854A1
Application number: DE102015208854.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Schneider
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2016-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges, bei welchem das Kraftfahrzeug von einem Verbrennungsmotor (2) angetrieben wird und bei jedem Betätigungsvorgang der Kupplung (3) ein Energieeintrag in die Kupplung (3) erfolgt. Bei einem Verfahren, bei welchem ein Temperaturanstieg der Kupplung einfach ermittelt werden kann, wird der, eine Temperaturänderung der Kupplung (3) charakterisierende Energieeintrag auf der Grundlage einer Wärmekapazität der Kupplung (3) ausgehend von einem Zeitpunkt der Betätigung der Kupplung (3) vorausbestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges, bei welchem das Kraftfahrzeug von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird und bei jedem Betätigungsvorgang der Kupplung ein Energieeintrag in die Kupplung erfolgt.
Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang, in dem ein Verbrennungsmotor über eine Kupplung ein Getriebe antreibt, dessen Abtriebswelle auf die Antriebsräder des Fahrzeuges wirkt. Die Kupplung kann manuell oder automatisch steuerbar sein. Insbesondere kann die Kupplung Teil eines automatischen Getriebes sein und zum automatischen Öffnen und Schließen während eines Gangwechsels des Getriebes eingerichtet sein. Zur Steuerung des Getriebes ist eine Steuereinrichtung vorgesehen. Das Schließen der Kupplung kann beispielsweise während eines Anfahrvorganges relativ langsam erfolgen, während ein Drehmoment über die Kupplung von dem Verbrennungsmotor an das Getriebe übertragen wird. Dabei entsteht eine Reibungswärme, die die Temperatur der Kupplung erhöhen kann. Bei einem anschließenden Anfahrvorgang kann die Kupplungstemperatur so weit ansteigen, dass die Funktion der Kupplung beeinträchtigt ist oder eine Geruchsbelästigung im Bereich des Kraftfahrzeuges auftritt.
Aus der DE 10 2011 085 750 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung oder eines automatisierten Getriebes oder einer Antriebseinheit in einem Fahrzeug bekannt, bei welchem die Temperatur der Kupplung auf der Basis von Parametern des Verbrennungsmotors oder dessen Umgebung bestimmt wird. Die Berechnung erfolgt dabei nach einem Temperaturmodell, welches einen hohen Rechenaufwand benötigt. Zu diesem Zweck muss die Kapazität eines bestehenden Steuergeräts stark erhöht werden oder es muss ein separates Steuergerät nur für die Nutzung des Temperaturmodells bereitgestellt werden. Mittels des Temperaturmodells werden kontinuierlich Energieeinträge in das Kupplungssystem bestimmt und mittels eines Wärmehaushaltes über zugeführte Wärmeströme (Energie) und über Strahlung, Wärmeleitung und Konvektion abgeführte Wärmeströme eine Isttemperatur des Kupplungssystems berechnet und der Steuerung zur Verfügung gestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutz einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges anzugeben, bei welchem die Bestimmung der Temperatur der Kupplung weniger Rechenkapazität und Rechenzeit erfordert.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass der eine Temperaturänderung der Kupplung charakterisierende Energieeintrag auf der Grundlage einer Wärmekapazität der Kupplung ausgehend von einem Zeitpunkt der Betätigung der Kupplung vorausbestimmt wird. Mittels des so berechneten Energieeintrages pro Zeit wird auf eine daraus resultierende Temperaturänderung auf Basis der Wärmekapazität der Kupplung geschlossen, da der Energieeintrag, welcher vorzugsweise auf die an der Kupplung auftretende Reibenergie zurückzuführen ist, mit der Kupplungstemperatur korreliert. Das Ergebnis dieser Berechnung wird zum Schutz der Kupplung vor Überhitzen ausgewertet. Dadurch kann auf ein Temperaturmodell im klassischen Sinne verzichtet werden, wodurch Rechenkapazität und Rechenzeit eingespart werden.
Vorteilhafterweise werden die, bei jedem Betätigungsvorgang der Kupplung vorausbestimmten Energieeinträge über einen vorgegebenen Zeitraum zu einem, die Temperaturänderung der Kupplung charakterisierenden Gesamtenergieeintrag addiert und der Gesamtenergieeintrag nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraumes mit einem Energieeintragsschwellwert verglichen, wobei bei Überschreitung des Energieeintragsschwellwertes durch den Gesamtenergieeintrag eine Warnmeldung ausgegeben und/oder eine Schutzmaßnahme für die Kupplung ausgelöst wird. Somit lässt sich die Temperaturänderung der Kupplung auf Basis der bekannten Wärmekapazität ohne großen Rechenaufwand voraussagen, da die Kupplung pro Zeiteinheit nur einen durch die Wärmekapazität vorgegebenen Betrag an Energie aufnehmen kann. Die Überschreitung einer gewissen Temperaturänderung innerhalb einer vorgegebenen Zeit reicht als Indiz für eine Warnung des Fahrzeugsystems aus.
In einer Ausgestaltung werden die, der Bestimmung des Gesamtenergieeintrages zugrundliegenden Energieeinträge und zugehörige Zeitpunkte der innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes auftretenden Betätigungsvorgänge der Kupplung abgespeichert. Die Speicherkapazität wird dabei auf nur zwei Speicherplätze pro Betätigungsvorgang der Kupplung reduziert, was den Energieeintrag pro Zeit und den zugehörigen Zeitpunkt betrifft. Somit wird die Speicherkapazität des die Kupplung steuernden Steuergerätes reduziert.
In einer Variante wird der Energieeintrag bei jedem Betätigungsvorgang durch eine Punktzahl gekennzeichnet, wobei die Punktzahlen der Energieeinträge über dem vorgegebenen Zeitraum zu einer, die Temperaturänderung der Kupplung charakterisierenden Gesamtpunktzahl addiert werden, welche mit einer Punktegrenze verglichen wird, wobei bei Überschreitung der Punktegrenze durch die Gesamtpunktzahl die Warnmeldung ausgegeben und/oder die Schutzmaßnahme der Kupplung ausgelöst wird. Durch die Verwendung der Punktzahlen wird weiter Speicherplatz gespart und trotzdem das Temperaturverhalten der betätigten Kupplung gut abgebildet. Die Punktegrenze stellt dabei nichts anderes als die Überschreitung eines zulässigen Temperaturanstieges dar, auf dessen Basis die Warnung erfolgen kann bzw. Schutzmaßnahmen ergriffen werden können.
In einer Ausführungsform werden die der Bestimmung der Gesamtpunktzahl zugrunde liegende Punktzahlen und zugehörige Zeitpunkte der innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes auftretenden Betätigungsvorgänge der Kupplung abgespeichert. Auch hier wird der Speicherbedarf auf lediglich zwei Speicherplätze für die Punktzahl und den Zeitpunkt eingeschränkt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der bei einem Betätigungsvorgang der Kupplung auftretende Energieeintrag einer Punktklasse zugeordnet, mit welcher ein Bereich, der in dem vorgegebenen Zeitraum auftretenden Energieeinträge durch eine Punktzahl charakterisiert wird. Dadurch lassen sich die Temperaturänderungen der Kupplung durch die Energieeinträge bei einer Benutzung der Kupplung besonders einfach und ohne großen Rechenaufwand bestimmen.
In einer Variante löst die Warnmeldung automatisch eine Schutzmaßnahme für die Kupplung aus. Dadurch wird sichergestellt, dass, wenn die Warnmeldung vom Fahrzeugführer nicht wahrgenommen wird, trotzdem automatisch Maßnahmen zur Kühlung der Kupplung eingeleitet werden, so dass der Fahrer den Fahrbetrieb weiter fortsetzen kann.
In einer Weiterbildung wird nur ein aktuell ermittelter, mit der Kupplungstemperatur korrelierender Energieeintrag des Betätigungsvorganges der Kupplung abgespeichert, wobei der Energieeintrag aus einem, vor dem aktuellen Betätigungsvorgang detektierten Energieeintrag bestimmt wird. Aufgrund dieser Vorgehensweise wird die Anforderung an Speicherplatz weiter reduziert.
Für diese Methode ist es notwendig, dass eine Starttemperatur gewählt wird. In einer Ausführungsform wird bei einem Start der Ermittlung des Energieeintrages bei einem aktuellen Betätigungsvorgang der Kupplung eine Starttemperatur als vor dem aktuellen Betätigungsvorgang der Kupplung abgespeicherter Energieeintrag angenommen.
Vorteilhafterweise wird als Starttemperatur eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors angenommen. Diese Temperatur wird für eine Vielzahl von Steuerungen im Kraftfahrzeug bereitgestellt und erfordert somit keine zusätzlichen Sensoren zur Messung.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges, das mittels eines Antriebsstranges 1 antreibbar ist. Der Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und eine Kupplung 3 zur Übertragung eines durch den Verbrennungsmotor 2 bereitgestellten Drehmoments. Die Kupplung 3 ist dabei mit einem Getriebe 4 verbunden, über welches das von dem Verbrennungsmotor 2 erzeugte Drehmoment auf eine Abtriebswelle 5 und somit auf Antriebsräder 6 übertragen wird. Der Verbrennungsmotor 2 ist mittels einer Motorsteuerung 7 steuerbar.
Die Motorsteuerung 7 kann beispielsweise eine eingespritzte Kraftstoffmenge und Stellung eines oder mehrerer Stellglieder zur Steuerung eines Gaswechsels des Verbrennungsmotors 2 beeinflussen. Darüber hinaus ist in der Motorsteuerung 7 ein Energiemodell zur Berechnung des Energieeintrages in die Kupplung 3 hinterlegt, mittels welchem ein Temperaturanstieg der Kupplung 3 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 2 bei Benutzung der Kupplung 3 berechnet wird. Der Energieeintrag in die Kupplung 3 erfolgt durch Wärmeenergie, die bei Reibungsvorgängen der Kupplung 3 freigesetzt wird. Zur Bestimmung von Energieeinträgen in die Kupplung 3 während eines Betätigungsvorganges der Kupplung 3 ist eine Bestimmungseinrichtung 8 in der Motorsteuerung 7 vorgesehen. Das Energiemodell basiert auf der Korrelation von Energieeintrag pro Zeit in die Kupplung 3 bei einem Betätigungsvorgang der Kupplung 3 und der daraus resultierenden Temperaturänderung, welche auf Basis einer vorgegebenen Wärmekapazität der Kupplung 3 bestimmt wird.
Während eines Betätigungsvorganges der Kupplung 3, welche entweder ein Anfahren des Fahrzeuges oder ein Schaltvorgang sein kann, wird die eingebrachte Energie in die Kupplung 3 bestimmt, wobei für jeden Betätigungsvorgang ein Energiewert, der mittels des Energiemodells auf der Basis der Wärmekapazität der Kupplung 3 vorausberechnet wurde, und ein Zeitpunkt der Motorsteuerung 7 abgespeichert wird. Werden in einem vorgegebenen Zeitraum beispielsweise fünf Betätigungsvorgänge der Kupplung 3 in Folge durchgeführt, wird für jeden Betätigungsvorgang in Abhängigkeit des zuletzt abgespeicherten Energieeintrages der Temperaturanstieg der thermischen Massen der Kupplung 3 auf der Grundlage der Wärmekapazität der thermischen Massen vorhergesagt. Bei dieser Methode ist die absolute Temperatur der Kupplung 3 unbekannt, was auch nicht nötig ist, da es nur um eine Detektion des Temperaturanstieges geht. Beispielsweise können in einem vorgegebenen Zeitraum von 5 Minuten fünf Betätigungsvorgänge der Kupplung 3 stattfinden, wie es beispielsweise bei einem Stopp-und-Go-Betrieb im Stadtverkehr häufiger auftritt. Innerhalb dieser 5 Minuten erfolgt ein Energieeintrag von beispielsweise 600 kJ, was bei üblichen Anpressplattenmassen heutiger Kupplungen zu einem Temperaturanstieg der Kupplung 3 auf beispielsweise 250° C führt. Dieser die Temperaturänderung der Kupplung 3 in den betrachteten 5 Minuten charakterisierende Gesamtenergieeintrag von 600 kJ wird aus den fünf einzelnen, aus der Wärmekapazität der Kupplung 3 vorbestimmten festen Energieeinträgen addiert.
Um eine Gefahrensituation in Form der Überhitzung der Kupplung 3 zu erkennen, werden die Energieeinträge, die in dem vorgegebenen Zeitraum abgespeichert wurden, addiert und zu einem Gesamtenergieeintrag berechnet. Dieser Gesamtenergieeintrag wird mit einem Energieeintragsschwellwert verglichen. Wird dieser Energieeintragsschwellwert überschritten, so wird eine Warnmeldung an den Fahrzeugführer ausgegeben und/oder Schutzmaßnahmen zur Abkühlung der Kupplung 3 ausgeführt. Eine solche Schutzmaßnahme kann beispielsweise in der Erhöhung der Konvektion der, die Kupplung 3 und den Verbrennungsmotor 2 umstreichenden Luft sein, um die Wärmeabfuhr in der Kupplung 3 zu erhöhen. Bei einer sehr starken Temperaturerhöhung kann ein Abschalten des Verbrennungsmotors 2 erforderlich sein.
In einer Alternative kann anstelle des Energiewertes eine, dem Energiewert zugeordnete Punktzahl zusammen mit dem Zeitpunkt des Auftretens des Energieeintrages bei einem Betätigungsvorgang der Kupplung 3 abgespeichert werden. Auch hier werden die Punktzahlen, die in einem vorgegebenen Zeitraum von beispielsweise 5 Minuten abgespeichert wurden, zu einer Gesamtpunktzahl addiert und mit einer Punktegrenze verglichen. Bei Überschreitung der Punktegrenze, welche gleichzustellen ist mit einer Überschreitung eines zulässigen Temperaturanstieges, werden wie bereits erläutert Warnmaßnahmen und/oder Schutzmaßnahmen ergriffen.
Um Speicherplatz zu sparen, werden in einer weiteren Alternative immer nur der aktuelle Energieeintrag und der Zeitpunkt des Auftretens im Speicher der Motorsteuerung 7 abgelegt. Dabei wird bei dem nächsten Betätigungsvorgang der Kupplung 3 der Energieeintrag aus dem vorhergehenden abgespeicherten Energieeintrag berechnet. Nach der Berechnung des neuen Energieeintrages wird der alte abgespeicherte Energieeintrag gelöscht und durch den neuen ersetzt, auf dessen Grundlage beim nächsten Kupplungsbetätigungsvorgang wieder ein aktueller Energieeintrag berechnet werden kann. Bei dieser Methode ist es allerdings erforderlich, eine Starttemperatur zu kennen, da bei Beginn dieses Berechnungszyklus ein abgespeicherter Energieeintrag vorhanden sein muss. Idealerweise wird bei diesem Start auf eine Starttemperatur, beispielsweise die Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors, zurückgegriffen.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es, über das Abspeichern einzelner Energieeinträge in Kombination mit der bekannten Wärmekapazität der Kupplung eine Temperaturänderung vorherzusagen. Die Überschreitung einer gewissen Temperaturänderung innerhalb einer vorgegebenen Zeit ist ein Indiz zur Ausgabe einer Warnung vor Überhitzung der Kupplung 3. Die Warnung kann dabei automatisch bei nachfolgenden Kupplungsbetätigungen mittels diverser Schutzfunktionen reglementiert werden. Durch diese Vorgehensweise kann auf ein Temperaturmodell verzichtet werden, wobei der Schutz des Kupplungssystems über die einfache Korrelation von Energieeintrag pro Zeit und daraus resultierender Temperaturänderung auf der Basis der vorhandenen Wärmekapazität der Kupplung 3 gegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Kupplung
4: Getriebe
5: Abtriebswelle
6: Antriebsräder
7: Motorsteuerung
8: Bestimmungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011085750 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Schutz einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges, bei welchem das Kraftfahrzeug von einem Verbrennungsmotor (2) angetrieben wird und bei jedem Betätigungsvorgang der Kupplung (3) ein Energieeintrag in die Kupplung (3) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Temperaturänderung der Kupplung (3) charakterisierende Energieeintrag auf der Grundlage einer Wärmekapazität der Kupplung (3) ausgehend von einem Zeitpunkt der Betätigung der Kupplung (3) vorausbestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei jedem Betätigungsvorgang der Kupplung (3) vorausbestimmten Energieeinträge über einen vorgegebenen Zeitraum zu einem, die Temperaturänderung der Kupplung (3) charakterisierenden Gesamtenergieeintrag addiert werden und der Gesamtenergieeintrag nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraumes mit einem Energieeintragsschwellwert verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Energieeintragsschwellwertes durch den Gesamtenergieeintrag eine Warnmeldung ausgegeben und/oder eine Schutzmaßnahme für die Kupplung (3) ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die, der Bestimmung des Gesamtenergieeintrages zugrunde liegenden Energieeinträge und zugehörige Zeitpunkte der innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes auftretenden Betätigungsvorgänge der Kupplung (3) abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag bei jedem Betätigungsvorgang der Kupplung (3) durch eine Punktzahl gekennzeichnet wird, wobei die Punktzahlen der Energieeinträge über dem vorgegebenen Zeitraum zu einer, die Temperaturänderung der Kupplung (3) charakterisierenden Gesamtpunktzahl addiert werden, welche mit einer Punktegrenze verglichen wird, wobei bei Überschreitung der Punktegrenze durch die Gesamtpunktzahl die Warnmeldung ausgegeben und/oder die Schutzmaßnahme der Kupplung (3) ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die, der Bestimmung der Gesamtpunktzahl zugrunde liegenden Punktzahlen und zugehörigen Zeitpunkte der innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes auftretenden Betätigungsvorgänge der Kupplung (3) abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bei einem Betätigungsvorgang der Kupplung (3) auftretende Energieeintrag einer Punktklasse zugeordnet wird, mit welcher ein Bereich der, in dem vorgegebenen Zeitraum aufgetretenen Energieeinträge durch eine Punktzahl charakterisiert ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgelöste Warnmeldung automatisch eine Schutzmaßnahme für die Kupplung (3) auslöst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein ermittelter, mit der Kupplungstemperatur korrelierender Energieeintrag des aktuellen Betätigungsvorganges der Kupplung (3) abgespeichert wird, wobei der Energieeintrag aus einem vor dem aktuellen Betätigungsvorgang detektierten Energieeintrag bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Start der Ermittlung des Energieeintrages bei einem aktuellen Betätigungsvorgang der Kupplung (3) eine Starttemperatur als vor dem aktuellen Betätigungsvorgang abgespeicherten Energieeintrag angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Starttemperatur eine Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors (2) angenommen wird.