DE102016204734A1 - Method for operating an actuator, in particular a Hydrostataktors for actuating an automated friction clutch - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Aktors zur Betätigung einer automatisierten Reibungskupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor und einer von diesem angetriebenen Kinematikeinrichtung, mittels welcher entlang eines Betätigungswegs der Reibungskupplung eine Anpresskraft auf die Reibungskupplung aufgeprägt und ein über die Reibungskupplung zu übertragendes Kupplungsmoment abhängig von der Anpresskraft eingestellt und die Anpresskraft mittels eines Sensors im Aktor erfasst wird. Um Fehler in der Einstellung des Kupplungsmoments zu vermindern, wird in einer Betriebssituation des Aktors mit anzunehmender Kraftfreiheit ein Offsetabgleich eines Offsets des Sensors auf einen Grundwert durchgeführt.The invention relates to a method for operating an actuator for actuating an automated friction clutch of a drive train of a motor vehicle with an electric motor and a kinematics device driven by it, by means of which along an actuation path of the friction clutch imparts a contact force on the friction clutch and dependent on the friction clutch to be transmitted clutch torque set by the contact pressure and the contact force is detected by a sensor in the actuator. In order to reduce errors in the setting of the clutch torque, offset compensation of an offset of the sensor to a base value is performed in an operating situation of the actuator with an assumed freedom from force.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Aktors zur Betätigung einer automatisierten Reibungskupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor und einer von diesem angetriebenen Kinematikeinrichtung, mittels welcher entlang eines Betätigungswegs der Reibungskupplung eine Anpresskraft auf die Reibungskupplung aufgeprägt und ein über die Reibungskupplung zu übertragendes Kupplungsmoment abhängig von der Anpresskraft eingestellt und die Anpresskraft mittels eines Sensors im Aktor erfasst wird.The invention relates to a method for operating an actuator for actuating an automated friction clutch of a drive train of a motor vehicle with an electric motor and a kinematics device driven by it, by means of which along an actuation path of the friction clutch imparts a contact force on the friction clutch and dependent on the friction clutch to be transmitted clutch torque set by the contact pressure and the contact force is detected by a sensor in the actuator.
Automatisierte Reibungskupplungen werden mittels Aktoren betätigt, die eine Tellerfeder, eine Hebelfeder oder dergleichen linear entlang eines Betätigungswegs der Reibungskupplung verlagern, wodurch zwischen einer hierdurch verlagerten Anpressplatte und einer axial festen Gegendruckplatte einerseits und dazwischen angeordneten Reibbelägen einer Kupplungsscheibe je nach Konstruktionsform der Reibungskupplung ein Reibschluss aufgebaut oder abgebaut wird. Hierbei ist das über die Reibungskupplung zu übertragende Kupplungsmoment neben den Materialeigenschaften der den Reibschluss bildenden Komponenten und den Hebelverhältnissen der Kinematikeinrichtung zwischen Aktor und Anpressplatte von der Anpresskraft der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte und damit mittelbar von der vom Aktor aufzuwendenden Kraft abhängig. Automated friction clutches are actuated by means of actuators which displace a diaphragm spring, a lever spring or the like linearly along an actuation path of the friction clutch, whereby a frictional engagement is established between a friction plate displaced thereby and an axially fixed reaction plate on the one hand and interposed friction linings of a clutch disc depending on the design of the friction clutch is reduced. In this case, the clutch torque to be transmitted via the friction clutch is dependent not only on the material properties of the frictionally engaging components and the lever ratios of the kinematics device between actuator and pressure plate, but also on the pressure force of the pressure plate relative to the counterpressure plate and thus indirectly on the force to be expended by the actuator.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zum Betrieb eines gattungsgemäßen Aktors mit einer verbesserten Qualität der Ermittlung der Anpresskraft mittels eines Sensors. The object of the invention is the development of a method for operating a generic actuator with an improved quality of the determination of the contact pressure by means of a sensor.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.The object is solved by the subject matter of claim 1. The dependent claims give advantageous embodiments of the subject matter of claim 1 again.
Das vorgeschlagene Verfahren dient dem Betrieb eines Aktors zur Betätigung einer automatisierten Reibungskupplung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Als Antrieb des Aktors ist ein Elektromotor und eine von diesem angetriebene Kinematikeinrichtung vorgesehen. Um die Drehbewegung des Rotors des Elektromotors in eine Linearbewegung zu übersetzen, ist ein Getriebe vorgesehen, beispielsweise ein Planetenwälzgetriebe, das gleichzeitig eine Übersetzung der hohen Rotordrehzahlen in eine langsame Linearbewegung ermöglicht. Die Linearbewegung ist auf einen Betätigungsweg der Reibungskupplung ausgerichtet und beispielsweise koaxial zu einer Drehachse der Reibungskupplung vorgesehen, um beispielsweise mittels einer Tellerfeder, Hebelfeder oder anderen Hebelelementen eine Anpressplatte mit einer vorgegebenen Anpresskraft gegen eine axial feste Gegendruckplatte zu verlagern. Ein Reibschluss mit entsprechenden Schlupfphasen stellt sich dabei zwischen Reibflächen der Gegendruckplatte und der Anpressplatte einerseits und den Reibbelägen einer Kupplungsscheibe andererseits abhängig von der Anpresskraft ein. Unter anderem abhängig vom Reibwert der Reibflächen und der Anpresskraft stellt sich ein über die Reibungskupplung übertragenes Kupplungsmoment ein. Die Kinematikeinrichtung ist dabei auf die Betriebsweise – zwangsweise geschlossen oder zwangsweise geöffnet – eingestellt. Bei einer zwangsweise geschlossenen Reibungskupplung wird mittels der aufgewendeten Anpresskraft geschlossen, während bei einer zwangsweise geöffneten Reibungskupplung die Reibungskupplung mittels einer Vorspannkraft der Tellerfeder geschlossen und die Anpresskraft zur Aufhebung dieser Vorspannkraft eingesetzt wird. In allen Fällen sind in an sich bekannter Weise in den Kräftegleichgewichten weitere Kräfte, beispielsweise Belagfederkräfte zwischen den Reibbelägen, Blattfederkräfte zwischen Anpress- und Gegendruckplatte, Reibungskräfte und dergleichen zu berücksichtigen.The proposed method is used to operate an actuator for actuating an automated friction clutch of a drive train of a motor vehicle. As drive of the actuator, an electric motor and driven by this kinematics device is provided. In order to translate the rotational movement of the rotor of the electric motor into a linear movement, a transmission is provided, for example a Planetenwälzgetriebe, which simultaneously enables a translation of the high rotor speeds in a slow linear motion. The linear movement is aligned with an actuating travel of the friction clutch and, for example, provided coaxially to a rotational axis of the friction clutch, for example, by means of a plate spring, lever spring or other lever elements to displace a pressure plate with a predetermined contact pressure against an axially fixed counter-pressure plate. A frictional engagement with corresponding slip phases arises in this case between friction surfaces of the counter-pressure plate and the pressure plate on the one hand and the friction linings of a clutch disc on the other hand depending on the contact pressure. Among other things, depending on the coefficient of friction of the friction surfaces and the contact force, a transmitted via the friction clutch clutch torque. The kinematic device is set to the mode of operation - forcibly closed or forcibly opened. In a forced closed friction clutch is closed by means of the applied contact force, while closed in a forced open friction clutch, the friction clutch by means of a biasing force of the plate spring and the contact force to cancel this biasing force is used. In all cases, other forces, such as pad spring forces between the friction linings, leaf spring forces between pressure and counter-pressure plate, frictional forces and the like must be taken into account in a known manner in the force equilibrium.
Um mittels des Aktors das Kupplungsmoment zu steuern, kann eine Kennlinie des Kupplungsmoments über die Anpresskraft oder eine diese repräsentierende Größe vorgesehen sein. Infolge der sich laufend ändernden Zusammenhänge, beispielsweise dem sich über die Lebenszeit und die Temperatur ändernden Reibwert und dergleichen zwischen Kupplungsmoment und dieser Größe wird die Reibungskupplung beispielsweise mittels eines Kupplungsmodells und entsprechenden Eingangsgrößen laufend adaptiert. Die Anpresskraft wird in dem vorgeschlagenen Verfahren mittels zumindest eines Sensors, beispielsweise mittels eines Kraftsensors, eines Drehmomentsensors und/oder eines Drucksensors erfasst, der bevorzugt eindeutig mit der Anpresskraft korreliert, so dass der Aktor und damit die Reibungskupplung mit dessen erfassten Signalen gesteuert werden kann. Hierbei kann über eine Wegsensorik, beispielsweise einen Wegsensor des Betätigungswegs, einen bei Kenntnis der Übersetzung der Kinematikeinrichtung einsetzbaren Inkrementwinkelsensor des Rotors des Elektromotors oder dergleichen eine Vorsteuerung des Aktors auf einen vorgegebenen Betätigungsweg erfolgen. In order to control the clutch torque by means of the actuator, a characteristic curve of the clutch torque can be provided via the contact force or a variable representing this. Due to the constantly changing relationships, such as over the lifetime and the temperature-changing coefficient of friction and the like between clutch torque and this size, the friction clutch, for example by means of a Clutch model and corresponding input variables continuously adapted. The contact force is detected in the proposed method by means of at least one sensor, for example by means of a force sensor, a torque sensor and / or a pressure sensor, which preferably correlates clearly with the contact pressure, so that the actuator and thus the friction clutch can be controlled with its detected signals. In this case, via a displacement sensor, for example a displacement sensor of the actuation travel, an incremental angle sensor of the rotor of the electric motor or the like which can be used with knowledge of the translation of the kinematics device, a precontrol of the actuator to a predetermined actuation travel.
Unter anderem ist die Qualität des die Anpresskraft erfassenden Sensors, nämlich beispielsweise dessen Auflösung, Reproduzierbarkeit und Richtigkeit von entscheidender Bedeutung, da es sich beispielsweise um Absolutsignalsensoren handeln kann, bei denen eine laufende Kalibration während des Betriebs ursprünglich nicht vorgesehen ist. Es wird daher vorgeschlagen, laufend oder regelmäßig in einer Betriebssituation des Aktors mit anzunehmender Kraftfreiheit einen Offsetabgleich eines Offsets des Sensors auf einen Grundwert durchzuführen. Auf diese Weise können fehlerhaft eingestellte oder sich über die Lebenszeit ändernde Grundwerte der Sensoren, beispielsweise deren Nullpunkte oder Betriebspunkte bei nicht vorhandener Anpresskraft kalibriert werden.Among other things, the quality of the contact force detecting sensor, namely, for example, its resolution, reproducibility and accuracy is crucial, as it may be, for example, absolute signal sensors in which a current calibration during operation is not originally provided. It is therefore proposed to carry out an offset adjustment of an offset of the sensor to a base value continuously or regularly in an operating situation of the actuator with an assumed freedom from force. In this way, incorrect set or over the lifetime changing basic values of the sensors, for example, their zero points or operating points can be calibrated at non-existing contact force.
Beispielsweise kann der Offsetabgleich bei nicht betätigter Reibungskupplung, also je nach Auslegung dieser bei vollständig geschlossener Reibungskupplung bei einer zwangsweise geöffneten oder bei vollständig geöffneter Reibungskupplung bei zwangsweise geschlossener Reibungskupplung durchgeführt werden.For example, the offset adjustment in non-actuated friction clutch, so depending on the design of this with fully closed friction clutch in a forced open or fully opened friction clutch forcibly closed friction clutch can be performed.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn der Offsetabgleich vor einer ersten Betätigung des Aktors nach einer längeren Betriebspause des Fahrzeugs, beispielsweise vor oder unmittelbar nach dem Start einer Brennkraftmaschine, beziehungsweise im Falle eines eingelegten Gangs vor dem Start und vor dem ersten Öffnen einer zwangsweise aufgedrückten Reibungskupplung durchgeführt wird. It has also been shown to be advantageous if the offset compensation before a first actuation of the actuator after a prolonged break in operation of the vehicle, for example, before or immediately after the start of an internal combustion engine, or in the case of an inserted gear before the start and before the first opening of a forcibly pressed friction clutch is performed.
Desweiteren kann eine Beschränkung oder Aussetzung des Offsetabgleichs vorgesehen sein, wenn die Durchführung des Offsetabgleichs auf vorgegebene Umweltbedingungen beschränkt wird. Die vorgegebenen Umweltbedingungen können sicherstellen, dass keine Anpresskräfte in der Kinematikeinrichtung verbleiben. Beispielsweise kann eine Durchführung auf einen vorgegebenen Temperaturbereich beschränkt werden, um zu vermeiden, dass bei besonders tiefen oder hohen Temperaturen Anpresskräfte verbleiben, indem beispielsweise bei geringen Temperaturen die Reibung in der Kinematikeinrichtung und bei hohen Temperaturen verspannt oder bei hydrostatisch betriebenen Kinematikeinrichtungen infolge einer Ausdehnung des Druckmittels ein Anpresskraftrest verbleibt.Furthermore, a limitation or suspension of the offset adjustment may be provided if the execution of the offset adjustment is limited to predetermined environmental conditions. The given environmental conditions can ensure that no contact forces remain in the kinematic device. For example, a performance can be limited to a predetermined temperature range, to avoid that at particularly low or high temperatures remain contact forces, for example, at low temperatures the friction in the kinematic device and at high temperatures braced or hydrostatically operated kinematic devices due to an expansion of the pressure medium a contact force remains.
Desweiteren kann eine fehlerhafte Durchführung des Offsetabgleichs durch noch anstehende Betätigungskräfte, die beispielsweise unmittelbar nach einer Betätigung des Aktors durch Hysterese oder dergleichen vorhanden sein können, vermieden werden, indem eine Durchführung des Offsetabgleichs auf einen vorgegebenen Zeitraum nach der letzten Betätigung des Aktors beschränkt wird.Furthermore, an erroneous execution of the offset adjustment by still present actuating forces, which may be present for example immediately after actuation of the actuator by hysteresis or the like, can be avoided by limiting execution of the offset adjustment to a predetermined period after the last actuation of the actuator.
Alternativ oder zusätzlich kann die Qualität des Sensors durch Erfassung eines zeitlichen Verlaufs des Offsets ermittelt werden. Liegen dabei Schwankungen außerhalb einer vorgegebenen Toleranzbreite, der absolute, betragsmäßige Offset außerhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, eine zeitliche Änderung des Offsets außerhalb einer vorgegebenen Schwelle oder dergleichen vor, kann auf einen Sensordefekt erkannt werden. Hierdurch kann eine Diagnoseroutine gestartet und/oder ein Fehlerspeichereintrag erfolgen. Es kann daher durch eine Erfassung des zeitlichen Verlaufs des Offsets abhängig von diesem Verlauf eine Funktion des Sensors ermittelt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird dieses bei einem als Hydrostataktor ausgebildeten Aktor durchgeführt. Dieser weist einen von dem Elektromotor mittels eines Getriebes wie Planetenwälzgetriebes linear angetriebenen Geberzylinderkolben eines Geberzylinders auf. Der Geberzylinder ist mittels der als hydrostatische Strecke ausgebildeten Kinematikeinrichtung mit einem die Reibungskupplung betätigenden Nehmerzylinder wirksam verbunden. Zur Erfassung der Anpresskraft ist in der hydrostatischen Strecke ein Drucksensor vorgesehen, dessen Offset laufend erfasst und wie vorgeschlagen abgeglichen wird. Dabei ist die hydrostatische Strecke beispielsweise bei nicht betätigter, als offener zwangsweise zugedrückter oder geschlossener zwangsweise geöffneter Reibungskupplung und damit nicht betätigtem Hydrostataktor, beispielsweise in einer Schnüffelposition des Geberzylinderkolbens mit einem drucklosen, das heißt unter Atmosphärendruck stehenden Ausgleichsbehälter verbunden. Ein derartiger Vorgang nennt sich Schnüffelvorgang, bei dem beispielsweise ein durch hohe Temperaturen anliegender Überdruck in der hydrostatischen Strecke abgebaut wird. In vorteilhafter Weise erfolgt ein Offsetabgleich des Drucksensors zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach einem Schnüffelvorgang der hydrostatischen Strecke mit dem Ausgleichsbehälter, um einer Verfälschung des Offsets durch derartige Überdrücke zu vermeiden.Alternatively or additionally, the quality of the sensor can be determined by detecting a time profile of the offset. If there are fluctuations outside of a predetermined tolerance width, the absolute, absolute offset outside a predetermined threshold, a temporal change of the offset outside a predetermined threshold or the like, can be detected on a sensor defect. As a result, a diagnostic routine can be started and / or a fault memory entry can be made. It can therefore be determined by detecting the time course of the offset depending on this course, a function of the sensor. According to an advantageous embodiment of the method, this is carried out in a designed as Hydrostataktor actuator. This has one of the electric motor by means of a transmission such as Planetenwälzgetriebes linearly driven master cylinder piston of a master cylinder. The master cylinder is operatively connected by means of the kinematics device designed as a hydrostatic link with a slave cylinder actuating the friction clutch. For detecting the contact pressure, a pressure sensor is provided in the hydrostatic section, whose offset is detected continuously and adjusted as proposed. In this case, the hydrostatic path, for example, in non-actuated, as open forced forced or closed forced open friction clutch and thus not actuated Hydrostataktor, for example, in a snoop position of the master cylinder piston with a non-pressurized, that is under atmospheric pressure reservoir connected. Such a process is called snooping, in which, for example, a high pressure applied by pressure in the hydrostatic section is reduced. Advantageously, an offset adjustment of the pressure sensor takes place at a predetermined time after a sniffing operation of the hydrostatic path with the surge tank in order to avoid a falsification of the offset by such overpressures.
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