Trennkupplung eines hybridischen Antriebsstrangs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines sicherheitsrelevanten Kupplungsstatus einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine angeordneten, automatisiert mittels eines elektrisch betriebenen Kupplungsaktors entlang eines Betätigungswegs betätigten Trennkupplung eines hybridischen An- triebstrangs eines Kraftfahrzeugs.

In vielen hybridischen Antriebssträngen ist zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine eine automatisiert betätigte Trennkupplung vorgesehen, die im geschlossenen Zustand einen Start der Brennkraftmaschine durch die Elektromaschine und einen hybridischen Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Im geöffneten Zu- stand der Trennkupplung sind beispielsweise ein Segelbetrieb, ein Rekuperationsbe- trieb und ein elektromotorischer Fahrbetrieb möglich. Im Fehlerfall der Trennkupplung beziehungsweise deren Steuerung kann abhängig von dem aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ein unerwünschtes und fallabhängiges Verhalten der Trennkupplung auftreten. Beispielsweise kann in unerwünschter Weise ein Moment übertragen werden oder ein beispielsweise bei Überholvorgängen und dergleichen angefordertes Moment ausbleiben.

Um derartige Fehlfunktionen zu vermeiden, wird üblicherweise ein 3-Ebenen- Sicherheitskonzept eingesetzt. Hierbei wird in einer ersten, als Funktionsebene ausgebildeten Ebene die Funktion der Trennkupplung gemäß Qualitätsmanagementmaß- nahmen beispielsweise entsprechend ISO 26262 abgebildet. In einer zweiten und dritten, als Sicherheitsebene ausgebildeten Ebene werden Überwachungen der Trenn- kupplung abgebildet, die beispielsweise gemäß ASIL (Automotive Safety Integrity Level) ausgebildet sind.

Die Trennkupplung wird häufig mittels einer Momentenschnittstelle gesteuert. Dies bedeutet, dass ein gewünschtes zu übertragendes Moment mittels einer Betätigung der Trennkupplung entlang eines Betätigungsmoments eingestellt wird. Der Zusammenhang zwischen Moment und Betätigungsweg wird mittels einer sogenannten Kupplungskennlinie eingestellt, die laufend an auftretende Betriebsgrößen wie Verschleiß, Temperatur und/oder dergleichen angepasst wird. Hierzu werden beispielsweise laufend Betriebsgrößen wie Reibwert und Tastpunkt der Trennkupplung ermit- telt und mittels dieser Betriebsgrößen die Kupplungskennlinie adaptiert. Beispielsweise ist aus der WO 2015/192847 A2 eine Adaption des Tastpunkts für einen druckbasierten Kupplungsaktor zur Betätigung einer Reibungskupplung bekannt. Aus der DE 10 2008 030 473 A1 ist eine Tastpunktadaption einer Reibungskupplung in einem hybridischen Antriebsstrang bekannt. Die nicht vorveröffentlichte, deutsche Patentan- meidung Nr. 10 2016 208 035.0, die hiermit vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist, offenbart die Ermittlung und Adaption eines Auskuppelpunkts einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine angeordneten Trennkupplung eines hybridischen Antriebsstrangs. Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2015 221 031.6 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Er- mittlung des Tastpunkts und des Reibwerts einer Trennkupplung in einem hybridischen Antriebsstrang mit einem hydrostatisch betriebenen Kupplungsaktor, wobei abhängig von Schnüffelphasen des Kupplungsaktors Tastpunkt und Reibwert aus Momentendifferenzen des Moments der Brennkraftmaschine und einem aus einem Kupplungsmoment ermittelten Moment ermittelt werden. Die nicht vorveröffentlichte deut- sehe Patentanmeldung Nr. 10 2014 224 850.7 offenbart ein Verfahren zur Erkennung von sicherheitskritischen Betätigungen einer Trennkupplung in einem hybridischen Antriebsstrang, indem die Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder der Elektromaschine ausgewertet werden.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Ermittlung eines sicherheitsrelevanten Kupplungsstatus einer Trennkupplung vorzuschlagen. Insbesondere soll ein sicherheitsrelevantes Überwachungskonzept vorgeschlagen werden, welches auf einer Sicherheitsebene vorgesehen ist.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegen- Stands des Anspruchs 1 wieder.

Das vorgeschlagene Verfahren dient der Ermittlung eines sicherheitsrelevanten Kupplungsstatus einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine angeordneten, automatisiert mittels eines elektrisch betriebenen Kupplungsaktors entlang eines Betätigungswegs betätigten Trennkupplung eines hybridischen An- triebstrangs eines Kraftfahrzeugs.

Das Verfahren weist zumindest folgende Merkmale auf:

eine Kupplungskennlinie wird ermittelt und laufend anhand eines Reibwerts und eines Tastpunkts adaptiert,

die Kupplungskennlinie wird über den Betätigungsweg in drei Bereiche eines offenen Zustande, eines geschlossenen Zustande und eines zwischen diesen liegenden schlupfenden Zustande der Trennkupplung eingeteilt,

eine sicherheitsrelevante Klassifizierung in einen der drei Zustände erfolgt mittels eines abhängig von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs ermit- telten und laufend adaptierten Tastpunkts der Trennkupplung. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein sicherheitskritischer Kupplungszustand abgetrennt von der Funktionsebene mit der Steuerung der Trennkupplung ermittelt, wobei Funktionsgrößen der Funktionsebene wie beispielsweise der Tastpunkt, der als Ein- oder Auskuppelpunkt bestimmt werden kann, ermittelt. Der Auskuppel- punkt kann dabei anhand des in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2016 208 035.0 offenbarten Verfahrens ermittelt werden.

Zusätzlich kann als notwenige oder optionale Bedingung zur Ermittlung des sicherheitsrelevanten Kupplungsstatus ein Absolutwert des Betätigungswegs der Trennkupplung einbezogen werden. Dieser Absolutwert kann beispielsweise mittels eines Wegsensors eines linear verlagerten Betätigungsglieds des Kupplungsaktors oder aus Drehkennwerten eines Rotors eines Elektromotors des Kupplungsaktors unter Berücksichtigung einer Getriebeübersetzung zur Wandlung der Drehbewegung des Rotors in eine Linearbewegung des Betätigungsglieds ermittelt werden. Hierzu können entsprechende Drehwinkelsensoren oder dergleichen vorgesehen sein.

Zur Abgrenzung der drei Zustände wie Kupplungszustände gegeneinander kann zwischen zwei Adaptionen des Auskuppelpunkts und damit der Lage der Kupplungskennlinie eine Varianz des Tastpunkts ermittelt und die Ermittlung des Zustande unter Berücksichtigung der Varianz vorgesehen werden. Dies bedeutet, dass die Grenzen der Zustände zueinander überlappend mit Toleranzbereichen versehen werden. Hierbei werden zur sicherheitsrelevanten Ermittlung bevorzugt jeweils die engsten Grenzen der Zustände herangezogen. Diese Grenzbetrachtungen können abhängig von dem gewünschten Zustand der Trennkupplung beziehungsweise dem Fahrerwunschmoment interpretiert werden. Wird beispielsweise eine offene Trennkupplung angefordert, wird die Varianz des Tastpunkts so interpretiert, dass die Grenze, ab der der Zu- stand einer offenen Trennkupplung als vorliegend ausgegeben wird, ohne die Varianz bewertet wird. Dies führt zu einem engeren Bereich, bei dem die Trennkupplung als offen interpretiert wird. Ebenso sind die Bereiche, in denen die Trennkupplung in die beiden anderen Zustände klassifiziert wird, um die entsprechende Varianz des Tastpunkts verringert. Die Varianzen werden dabei bevorzugt jenen Zuständen zuge- schlagen, für die der Wunschzustand der Trennkupplung nicht gilt.

Die Varianz kann beispielsweise abhängig von Messtoleranzen und/oder systembedingten Abweichungen des Tastpunkts sein, die beispielsweise durch den Verschleißzustand der Trennkupplung, der Kupplungstemperatur und/oder dergleichen ermittelt werden. Die Kupplungstemperatur kann mittels eines Temperatursensors oder eines Temperaturmodelles ermittelt werden.

Anhand des vorgeschlagenen Verfahrens wird in vorteilhafter Weise vor der Freigabe einer Betätigung der Trennkupplung, also vor oder während einer Betätigung der Trennkupplung in der Funktionsebene, die Plausibilität der Betätigung anhand der Zustände überprüft, das heißt, der sicherheitskritische Kupplungsstatus festgestellt, und die Betätigung freigegeben, wenn der entsprechende Zustand ermittelt wurde.

Das Verfahren kann innerhalb des für die Betätigung der Trennkupplung zuständigen Steuergeräts installiert sein und durchgeführt werden. Hierzu kann das Steuergerät mit entsprechenden auszuwertenden Sensoren beispielsweise über eine Kommunikationseinrichtung wie CAN-Bus, eine Drahtlosverbindung oder dergleichen verbunden sein. Über diese Kommunikationseinrichtung können Fahrerwunschmomente, gewünschte Kupplungszustände und dergleichen ausgelesen werden. Alternativ kann der sicherheitsrelevante Kupplungsstatus in einem anderen, beispielsweise übergeordneten Steuergerät ermittelt werden, wobei der ermittelte Zustand der Trennkupplung einer Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird. In dem übergeordneten, mit der Kommunikationseinrichtung in Signalverbindung ste- henden Steuergerät wird dabei der ermittelte Zustand mit dem gewünschten Status der Trennkupplung verglichen und bei Übereinstimmung eine Betätigung der Trennkupplung freigegeben. Unter Betätigung der Trennkupplung ist dabei unabhängig von der Ausbildung der Trennkupplung als zwangsweise geschlossene oder zwangsweise geöffnete Trennkupplung das Öffnen der geschlossenen beziehungsweise das Schließen der geöffneten Trennkupplung zu verstehen.

Weiterhin kann bei einer sicherheitsrelevanten Fehlfunktion der Reibungskupplung anhand des ermittelten Zustande der Trennkupplung der ermittelte Zustand zwangsweise eingestellt werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine als geschlossen er- kannte Trennkupplung bei einem Wunschzustand einer offenen Trennkupplung zwangsweise geöffnet wird und bei einem Wunschzustand einer geschlossenen Trennkupplung und bei ermitteltem Zustand einer geöffneten oder schlupfenden Trennkupplung die Trennkupplung zwangsweise geschlossen wird.

Mit anderen Worten wird ein sogenannter sicherheitsrelevanter„ClutchEngagement- Status" zur Bewertung des Kupplungszustands herangezogen, der auf Basis einer Ermittlung eines die vorgegebenen Sicherheitsanforderungen erfüllenden Tastpunkts wie beispielsweise Auskuppelpunkts ermittelt wird. Für die Ermittlung des Tastpunkts werden daher in vorteilhafter Weise folgende Aspekte zur Ermittlung des Tastpunkts vorgeschlagen:

- Die Varianz des Tastpunkts zwischen zwei Adaptionen wird abhängig von Einflüssen wie beispielsweise Temperatur, Verschleiß der Reibbeläge der Trennkupplung, einer gegebenenfalls stattfindenden Verschleißnachstellung einer Nachstelleinrichtung der Trennkupplung und/oder dergleichen ermittelt. Eine entsprechende Varianz des Tastpunkts wird dem ermittelten Tastpunkt zugeschlagen. - Es werden vom Tastpunkt abhängige Bereiche der Kupplungskennlinie in Zustände „closed" der geschossenen Trennkupplung,„intermediate" der schlupfenden oder mit Undefiniert klassifiziertem Zustand der Trennkupplung und„open" der geöffneten Trennkupplung unterschieden. Diese Betrachtung erfolgt aus sicherheitstechnischen Gründen bevorzugt auf Basis einer„worst-case"-Kennlinie. Hierzu werden zusätzlich Randbedingungen, beispielsweise der für die Steigung der Kupplungskennlinie verantwortliche Reibwert der Trennkupplung berücksichtigt.

Durch das vorgeschlagene Verfahren kann bereits parallel zur Umsetzung des Zielmoments in der Funktionsebene der sicherheitsrelevante Kupplungsstatus in der Si- cherheitsebene ermittelt und externen Steuergeräten über die Kommunikationseinrichtung, beispielsweise drahtlos oder über CAN-Bus oder dergleichen zur Verfügung gestellt werden. Hierbei kann ein übergeordnetes Verfahren, beispielsweise in einer Einrichtung zur Durchführung einer Fahrzeug-Hybridstrategie, in der erforderliche Entscheidungen, ob eine sicherheitsrelevante Fehlfunktion und damit ein resultierender sicherheitsgerichteter Betätigungsbefehl der Trennkupplung vorliegt, entfallen oder wie folgt stark vereinfacht werden:

Wenn Wunschzustand =„closed" &„ClutchEngagementStatus" <>„closed", dann „close_command"

Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbei- spiels näher erläutert. Diese zeigt das Diagramm 1 des über eine Trennkupplung übertragenen Kupplungsmoments M über den Betätigungsweg s zur Betätigung dieser. Die Trennkupplung wird anhand der sich zwischen der Kupplungskennlinie 2 im Neuzustand und der Kupplungskennlinie 3 im Verschleißzustand abhängig vom Verschleiß befindlichen und laufend adaptierten Kupplungskennlinien auf ein gewünsch- tes Kupplungsmoment gesteuert, indem ein entsprechender Betätigungsweg s durch einen Kupplungsaktor eingestellt wird.

Die Einstellung der Lage der Kennlinien erfolgt dabei durch Ermittlung des Tastpunkts, hier des Auskuppelpunkts AKP(1 ) beispielsweise im Neuzustand und des Auskuppel- punkts AKP(x) im Verschleißzustand. Die Steigung der Kupplungskennlinien erfolgt über die Ermittlung eines Reibwerts.

Zur sicherheitsrelevanten Ermittlung des Kupplungsstatus wird der Bereich der Kupplungskennlinien 2, 3 abhängig vom ermittelten Tastpunkt wie hier Auskuppelpunkt AKP(1 ), AKP(x) in drei Zustände unterteilt, nämlich einen Zustand closed(1 ), closed(x), in dem die Trennkupplung sicher geschlossen ist. Der zweite Zustand in- termediate(l ), intermediate(x) zeigt eine schlupfende beziehungsweise nicht einschätzbare Trennkupplung an. Der dritte Zustand open(1 ), open(x) zeigt eine sicher geöffnete Trennkupplung an. Die Indizes (1 ) geben die für den Neuzustand der Trennkupplung abhängig von dem Auskuppelpunkt AKP(1 ) ermittelten Zustände an. Die Indizes (x) geben die für den Verschleißzustand der Trennkupplung abhängig vom Auskuppelpunkt AKP(x). Zwischen den Auskuppelpunkten AKP(1 ), AKP(x) liegen beliebig viele adaptierte Auskuppelpunkte und entsprechend viele unterschiedlich adaptierte Zustände zur sicherheitsrelevanten Beurteilung des Kupplungsstatus. Abhängig von Einflussparametern, die beispielsweise die Steigung der Kupplungskennlinien 2, 3 beeinflussen, können die Auskuppelpunkte AKP(1 ), AKP(x) mit Varianzen versehen werden, wobei die Zustände abzüglich der Varianzen ermittelt werden. Bezugszeichenliste

1 Diagramm

2 Kupplungskennlinie

3 Kupplungskennlinie

AKP(1 ) Auskuppelpunkt

AKP(x) Auskuppelpunkt

closed(1 ) Zustand

closed(x) Zustand

intermediate(l ) Zustand

intermediate(x) Zustand

M Kupplungsmoment

open(1 ) Zustand

open(x) Zustand

s Betätigungsweg