DE102006022858A1

DE102006022858A1 - Druckabbaueinheit für eine hydromechanische, auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung

Info

Publication number: DE102006022858A1
Application number: DE102006022858A
Authority: DE
Inventors: Thomas Linortner
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-11-22
Also published as: WO2007131763A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckabbaueinheit für eine hydromechanische, auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung eines Kraftfahrzeugs, wobei diese Druckabbaueinheit eine Druckabbauventil zum Verbinden eines Hydraulikdruckraums der Kupplung mit einem Sumpf besitzt. Die Druckabbaueinheit besitzt ferner eine dezentrale, dem Druckabbauventil zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung, die zur Auswertung eines an einem Busanschluss anliegenden binären Fahrzustandssignals einer zentralen Fahrdynamikregelungseinheit ausgebildet ist. Die Auswerte- und Steuerschaltung bewirkt ein Öffnen des Druckabbauventils, wenn das binäre Fahrzustandssignal einen vorbestimmten Fahrzustand des Fahrzeugs entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckabbaueinheit für eine hydromechanische, auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung eines Kraftfahrzeugs. Eine derartige Kupplung dient in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur Übertragung eines Drehmoments von einer Eingangswelle auf eine Ausgangswelle oder zur Sperrung eines zugeordneten Differenzialgetriebes. Insbesondere findet eine solche Kupplung Verwendung für die Verteilung eines Antriebsmomentes zwischen zwei Achsen eines allradgetriebenen Fahrzeugs.
Es ist bekannt, eine derartige Kupplung mit einer Hydropumpe zu versehen, die zum einen von einer zugeordneten Eingangswelle und zum anderen von einer zugeordneten Ausgangswelle angetrieben wird, wobei aufgrund einer Drehbewegung der beiden Wellen relativ zueinander ein hydraulischer Druck in einem Druckraum der Hydropumpe aufgebaut wird. Dieser hydraulische Druck beaufschlagt einen Kolben, der die Kupplung in einem Einrücksinn betätigt. Das von der Kupplung übertragene Drehmoment hängt also durch passive Regelung von der Drehzahldifferenz zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle ab. Mittels eines Druckabbauventils, das den Druckraum der Hydropumpe mit einem Sumpf verbindet, können der hydraulische Druck abgebaut und somit das übertragene Drehmoment verringert werden.
Für eine solche Kupplung ist es ferner bekannt, das Druckabbauventil als ein Proportionalventil auszubilden, das von einer zentralen Steuereinheit, beispielsweise einer Fahrdynamikregelungseinheit des Fahrzeugs, ange steuert wird. Eine derartige Fahrdynamikregelungseinheit wertet die Signale von verschiedenen angeschlossenen Sensoren aus, um in Abhängigkeit von den Sensorsignalen – wie beispielsweise Raddrehzahlen, Lenkwinkel und Gierrate – einen aktuellen Fahrzustand zu ermitteln und das Proportionalventil der genannten Kupplung entsprechend anzusteuern. Hierdurch kann das von der Kupplung übertragene Drehmoment also zusätzlich aktiv beeinflusst werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Aufbau einer derartigen Momentenübertragungskupplung zu vereinfachen und hierbei das Zusammenwirken mit bekannten Fahrdynamikregelungen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Druckabbaueinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Druckabbaueinheit eine dezentrale, dem Druckabbauventil zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung aufweist, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung einen Busanschluss zum Anschließen der Auswerte- und Steuerschaltung an einen Datenbus einer zentralen Fahrdynamikregelungseinheit des Fahrzeugs aufweist, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung zur Auswertung wenigstens eines an dem Busanschluss anliegenden binären Fahrzustandssignals ausgebildet ist, und wobei die Auswerte- und Steuerschaltung dergestalt zur Ansteuerung des Druckabbauventils ausgebildet ist, dass das Druckabbauventil geöffnet wird, wenn das binäre Fahrzustandssignal einem vorbestimmten Fahrzustand des Fahrzeugs entspricht.
Somit besitzt die Druckabbaueinheit zum einen ein Ventil zum Abbauen des die Kupplung beaufschlagenden hydraulischen Drucks, wobei dieses Ventil anstelle eines Proportionalventils vorzugsweise als ein binäres Schaltventil ausgebildet ist, beispielsweise als schaltendes 0/1- Magnetventil, das zwei definierte Schaltzustände einnehmen kann. Bevorzugt ist das Druckabbauventil als Sitzventil ausgeführt. Zum anderen besitzt die Druckabbaueinheit eine dezentrale, dem Druckabbauventil lokal zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung, die separat von der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit des Fahrzeugs ausgebildet ist und die mit dem Druckabbauventil verbunden und insbesondere direkt an dem Druckabbauventil mechanisch befestigt ist.
Diese Auswerte- und Steuerschaltung weist einen Busanschluss auf, mittels dessen die Auswerte- und Steuerschaltung an den in Kraftfahrzeugen üblicherweise vorhandenen Datenbus (zum Beispiel CAN) angeschlossen wird. Diese dezentrale, dem Druckabbauventil unmittelbar zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung besitzt einen sehr einfachen Aufbau und wertet nicht unbedingt die Signale der verschiedenen Fahrdynamiksensoren des Fahrzeugs aus, sondern lediglich die binären Fahrzustandssignale, die von der ohnehin vorhandenen zentralen Fahrdynamikregelungseinheit des Fahrzeugs üblicherweise erzeugt und über den Datenbus ausgegeben werden (beispielsweise ESP aktiv EIN/AUS, oder ABS aktiv EIN/AUS). In Abhängigkeit von derartigen binären, über den Datenbus empfangenen Fahrzustandssignalen steuert die Auswerte- und Steuerschaltung das zugeordnete Druckabbauventil derart an, dass das Ventil geöffnet wird, wenn das Fahrzustandssignal einem vorbestimmten, in der Auswerte- und Steuerschaltung gespeicherten Fahrzustand des Fahrzeugs entspricht, beispielsweise wenn aufgrund des empfangenen Fahrzustandssignals angezeigt wird, dass ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder ein Antiblockiersystem (ABS) aktiviert worden ist.
Durch diese Druckabbaueinheit ist also gewährleistet, dass eine Drehmomentübertragung bzw. eine Kupplungsbetätigung auch bei einer hohen Differenzdrehzahl unterbrochen wird, beispielsweise um ein Allradsystem stillzulegen, nämlich wenn eine solche hohe Differenzdrehzahl durch einen Eingriff der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit des Fahrzeugs bewusst hervorgerufen wird. Da das Druckabbauventil infolge der entsprechenden Fahrzustandssignale (zum Beispiel ESP aktiv EIN) geöffnet wird, kann das hydraulische Medium aus dem Druckraum in den Sumpf strömen, so dass trotz anliegender Differenzdrehzahl kein hydraulischer Druck erzeugt und die Kupplung demzufolge nicht eingerückt wird. Die Fahrdynamikregelungsfunktionen des Fahrzeugs werden somit durch die prinzipiell auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung nicht gestört.
Demnach bewirkt die erläuterte Druckabbaueinheit eine vorteilhafte Kompatibilität der zugeordneten Momentenübertragungskupplung mit bestehenden Fahrdynamikregelungssystemen, ohne dass hierfür eine Anpassung der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit oder einer sonstigen zentralen Steuer- und Regelungseinheit in funktioneller Sicht erforderlich ist, und ohne dass von der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit spezielle Signale an das Druckabbauventil der Kupplung ausgegeben werden müssen. Vielmehr verhält sich die erläuterte Druckabbaueinheit als ein passives System in Koexistenz mit anderen Fahrdynamikregelungssystemen des Fahrzeugs, wobei der Busanschluss der dezentralen Auswerte- und Steuerschaltung der Druckabbaueinheit bezüglich der Fahrzustandssignale prinzipiell eine rein unidirektionale Schnittstelle bildet. Die dezentrale Auswerte- und Steuerschaltung "lauscht" lediglich an dem Datenbus.
Hierdurch wird ein sehr einfacher Aufbau der Druckabbaueinheit und insbesondere der genannten Auswerte- und Steuerschaltung ermöglicht. Die Auswerte- und Steuerschaltung muss lediglich die logische Information des Statussignals des vorhandenen Fahrdynamikregelungssystems auswerten, da die eigentliche Bestimmung der aktuellen Fahrzustände ohnehin über die existierende zentrale Fahrdynamikregelungseinheit erfolgt.
Indem die Druckabbaueinheit – und insbesondere das zugeordnete Druckabbauventil – als ein "Fail Safe Open"-System ausgebildet wird (stromlos offen), ist auch im Fehlerfall die Betriebssicherheit gewährleistet. Wenn die Auswerte- und Steuerschaltung über den Datenbus Fehlerzustandssignale empfängt, steuert sie das Druckabbauventil im Öffnungssinn an, um die Momentenübertragung zu unterbrechen, und das Druckabbauventil ist vorzugsweise im Öffnungssinn vorgespannt, um bei fehlender Ansteuerung (Systemausfall) einen Druckabbau zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist die genannte dezentrale Auswerte- und Steuerschaltung mit dem Druckabbauventil mechanisch verbunden, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung und das Druckabbauventil eine Baueinheit bilden. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuerschaltung in einer direkten mechanischen Verbindung an dem Druckabbauventil befestigt sein. Ferner kann die mechanische Verbindung durch wenigstens eine (direkte) elektrische Verbindungsleitung zwischen dem Druckabbauventil und der dezentralen Auswerte- und Steuerschaltung verwirklicht sein (ohne oder mit lösbarem Steckverbinder). Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuerschaltung fliegend im Fahrzeug-Kabelstrang angeordnet und mit dem Druckabbauventil lediglich über eine elektrische Verbindungsleitung verbunden sein. Alternativ ist es möglich, dass die Auswerte- und Steuerschaltung mit dem Druckabbauventil über eine rein elektrische Verbindungsleitung (z.B. Busverbindungsleitung) gekoppelt ist, ohne dass die Auswerte- und Steuerschaltung und das Druckabbauventil eine eigene mechanisch zusammenhängende Baueinheit bilden.
Das Druckabbauventil selbst ist vorzugsweise an einem stationären Gehäuse der Momentenübertragungskupplung befestigt oder in das Gehäuse integriert.
Die genannte Auswerte- und Steuerschaltung besitzt – wie ebenfalls bereits erwähnt – einen sehr einfachen Aufbau, wobei vorzugsweise lediglich der genannte Busanschluss, ferner ein Mikroprozessor, ein Treiberausgang zum Ansteuern des Druckabbauventils, ein Stromversorgungsanschluss und optional ein nicht flüchtiger Speicher vorgesehen sind. Eine derartige Auswerte- und Steuerschaltung lässt sich sehr kostengünstig fertigen.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Auswerte- und Steuerschaltung zur Auswertung ausschließlich des genannten, an dem Busanschluss anliegenden binären Fahrzustandssignals ausgebildet ist.
Alternativ hierzu kann die Auswerte- und Steuerschaltung zusätzlich zur Auswertung von an dem Busanschluss anliegenden Raddrehzahlsignalen ausgebildet sein, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung das Druckabbauventil öffnet, wenn ein aus den Raddrehzahlsignalen abgeleiteter Schlupfwert der Kupplung einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Mit anderen Worten kann die Druckabbaueinheit als "intelligentes Magnetventil" ausgebildet sein, das zusätzlich die über den Datenbus übermittelten Raddrehzahlsignale auswertet, um hieraus einen Schlupfwert der Kupplung zu berechnen und die Kupplung zu öffnen bzw. die Momentenübertragung zu unterbrechen, wenn ein vorbestimmter Mindestschlupfwert unterschritten wird. Dieser Mindestschlupfwert kann sich beispielsweise aus Raddrehzahlen beim Rangieren ergeben; ein Verspannen des Fahrzeugs aufgrund eines Drehzahlunterschieds ist bei diesem Manöver nicht erwünscht.
Durch diese zusätzliche Funktionalität der dem Druckabbauventil zugeordneten Auswerte- und Steuerschaltung erübrigt sich eine mechanische Temperaturkompensation der Kupplungshydraulik. Eine derartige mechanische Temperaturkompensation ist beispielsweise in Form von Dehnelementen bekannt, die temperaturabhängig eine vom hydraulischen Medium durchströmte Blende oder Drossel freigeben. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass bei einer erhöhten Betriebstemperatur des hydraulischen Mediums und der hierdurch bewirkten erhöhten Viskosität der Wirkungsgrad der üblicherweise verwendeten Hydropumpen sinkt, und dass deshalb ohne Temperaturkompensation bei verschiedenen Betriebstemperaturen unterschiedliche Momente übertragen würden. Allein durch entsprechende Festlegung des erläuterten Kupplungsschlupf-Schwellwerts kann jedoch bereits erreicht werden, dass die zugeordnete Kupplung lediglich in einem (definierten) hohen Differenzdrehzahlbereich Momente überträgt, in dem die Temperaturabhängigkeit der Kupplungskennung keinen negativen Einfluss auf den Fahrkomfort hat.
Ferner kann in der Auswerte- und Steuerschaltung der erläuterten Druckabbaueinheit eine Überhitzungsschutzfunktion verwirklicht sein. Zu diesem Zweck besitzt die Auswerte- und Steuerschaltung zusätzlich einen Zeitgeber und einen nicht flüchtigen Speicher, in dem ein Raddrehzahldifferenz-/Zeit-Überhitzungsmodell beispielsweise in Form einer Nachschlagetabelle (Look-up Table, LUT) oder einer Rechenvorschrift abgelegt ist. In Abhängigkeit von Raddrehzahlsignalen, die über den Busanschluss empfangen werden, und einem Zeitsignal des Zeitgebers wird ein Überhitzungswert aus dem gespeicherten Überhitzungsmodell ausgelesen oder berechnet. Die Auswerte- und Steuerschaltung steuert das Druckabbauventil in Abhängigkeit von dem ermittelten Überhitzungswert an, nämlich um das Ventil zu öffnen und somit das übertragene Drehmoment zu ver ringern, wenn der Überhitzungswert einer Übertemperatur entspricht. Die abgelegten Überhitzungswerte sind beispielsweise Binärwerte (Übertemperatur JA/NEIN) oder Belastungsgradwerte (z.B. in %), die mit einem Schwellwert verglichen werden. Die Berechnung der Überhitzungswerte entspricht letztlich einer Integration des Kupplungsschlupfes, der aus den Raddrehzahlsignalen abgeleitet wird, über die Zeit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Überhitzungsschutzfunktion ist die Auswerte- und Steuerschaltung zusätzlich zur Auswertung eines über den Datenbus übermittelten Referenztemperatursignals ausgebildet. In diesem Fall berücksichtigt das in dem nicht flüchtigen Speicher abgelegte Überhitzungsmodell auch eine Referenztemperatur (z.B. Außentemperatur), und der erläuterte Überhitzungswert wird in Abhängigkeit von den empfangenen Raddrehzahlsignalen (entsprechend einem aktuellen Kupplungsschlupf), dem Zeitsignal des Zeitgebers und zusätzlich dem empfangenen Referenztemperatursignal aus dem Überhitzungsmodell ermittelt. Hierdurch kann die tatsächliche thermische Belastung des hydraulischen Systems bzw. der Momentenübertragungskupplung genauer modelliert werden, und ein zu frühes Stilllegen der Kupplung wird besonders zuverlässig vermieden.
Um dem Einfluss von Abkühlungsphasen Rechnung zu tragen, kann das Überhitzungsmodell auch eine Information über Fahrzeug-Standzeiten berücksichtigen, die über den Datenbus bezogen wird. In diesem Fall wird der Überhitzungswert von der Auswerte- und Steuerschaltung in Abhängigkeit von den empfangenen Raddrehzahlsignalen, dem Zeitsignal des Zeitgebers, dem empfangenen Referenztemperatursignal und der empfangenen Standzeitinformation ermittelt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine hydromechanische, auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung mit einer Druckabbaueinheit der erläuterten Art.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern einer hydromechanischen, auf eine Drehzahldifferenz ansprechenden Kupplung eines Kraftfahrzeugs, die ein Druckabbauventil aufweist, welches einen Hydraulikdruckraum der Kupplung mit einem Sumpf verbindet, wobei eine zentrale Fahrdynamikregelungseinheit des Fahrzeugs wenigstens ein binäres Fahrzustandssignal an eine dezentrale, dem Druckabbauventil zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung übermittelt, und wobei diese dezentrale Auswerte- und Steuerschaltung das Druckabbauventil öffnet, wenn das binäre Fahrzustandssignal einem vorbestimmten Fahrzustand des Fahrzeugs entspricht.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer Momentenübertragungskupplung.
2 zeigt eine Momentenübertragungskupplung.
3a, 3b und 3c zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Druckabbaueinheit.
4 zeigt eine jeweilige Kupplungskennung für verschiedene Temperaturen unter Berücksichtigung einer Schaltschwelle für das Öffnen/Schließen des Druckabbauventils.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Motor 11 und einer Getriebeeinheit 13 (Wechselgetriebe und Ausgleichsgetriebe). Die Getriebeeinheit 13 treibt zum einen zwei Halbwellen 15 einer Vorderachse 17 des Fahrzeugs an, die mit einem jeweiligen Vorderrad 19 verbunden sind. Zum anderen treibt die Getriebeeinheit 13 eine Kardanwelle 21 an, die über ein Ausgleichsgetriebe 23 mit zwei Halbwellen 25 einer Hinterachse 27 des Fahrzeugs gekoppelt ist. Die Halbwellen 25 sind mit einem jeweiligen Hinterrad 29 verbunden.
Eine zentrale Fahrdynamikregelungseinheit 31 (electronic control unit, ECU) ist mit vier Raddrehzahlsensoren 33 verbunden, die den Vorderrädern 19 und den Hinterrädern 29 zugeordnet sind. Die Fahrdynamikregelungseinheit 31 ist ferner mit einem Lenkwinkelsensor 35, einem Gierratensensor 37 und einem Temperatursensor 39 verbunden. Die Fahrdynamikregelungseinheit 31 wertet die Signale der verschiedenen Sensoren 33, 35, 37 aus, um auf an sich bekannte Weise das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu stabilisieren, beispielsweise durch Modulieren des den einzelnen Rädern 19, 29 zugeordneten Bremsdrucks.
Der gezeigte Antriebsstrang umfasst ferner ein Verteilergetriebe in Form einer Momentenübertragungskupplung 41, die dazu dient, das von dem Motor 11 über die Getriebeeinheit 13 erzeugte Antriebsmoment in veränderlicher Weise auf die Hinterachse 27 zu übertragen. Die Momentenübertragungskupplung 41 besitzt eine Druckabbaueinheit 43, die mit der Fahrdynamikregelungseinheit 31 verbunden ist und deren Aufbau und Funktion nachfolgend im Einzelnen erläutert werden. Sofern über die Kupplung 41 ein Antriebsmoment auf die Hinterachse 27 übertragen wird, ist das Fahrzeug allradgetrieben. Die in 1 gezeigte Anordnung der Momentenübertragungskupplung 41 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Die Kupplung 41 kann auch an anderer Stelle des Antriebsstrangs angeordnet sein, beispielsweise um der Getriebeeinheit 13 oder dem Ausgleichsgetriebe 23 zugeordnet zu sein.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Momentenübertragungskupplung 41. Diese ist als eine hydromechanische, auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung ausgebildet. Die Momentenübertragungskupplung 41 besitzt eine Eingangswelle 49, die mit einem Kupplungsinnengehäuse 51 drehfest verbunden ist, sowie eine Ausgangswelle 53, die relativ zu der Eingangswelle 49 drehbar gelagert ist. Ferner besitzt die Momentenübertragungskupplung 41 eine Reibungskupplung 55, bei der mehrere Innenlamellen 57 eines Lamellenpakets mit der Ausgangswelle 53 axial verschiebbar, jedoch drehfest verbunden sind. Mehrere Außenlamellen 59 sind mit dem (mit der Eingangswelle 49 drehfest verbundenen) Kupplungsinnengehäuse 51 axial verschiebbar, jedoch drehfest verbunden. Die Reibungskupplung 55 besitzt ferner einen ringförmigen, axial verschiebbaren Andruckkolben 61, der mit seiner Vorderseite wahlweise die Innenlamellen 57 und die Außenlamellen 59 aneinander presst, um ein Drehmoment von dem gemeinsam mit der Eingangswelle 49 rotierenden Kupplungsinnengehäuse 51 auf die Ausgangswelle 53 zu übertragen. Die Rückseite des Andruckkolbens 61 ist einem hydraulischen Druckraum 63 zugewandt.
Die Momentenübertragungskupplung 41 besitzt ferner eine Hydropumpe 65, die durch eine Drehbewegung der Eingangswelle 49 und der Ausgangswelle 53 relativ zueinander angetrieben wird und hierdurch in dem Druckraum 63 letztlich einen hydraulischen Druck erzeugt, um den Andruckkolben 61 im Einrücksinn der Reibungskupplung 55 anzutreiben. Die Hydropumpe 65 ist als hydraulische Verdrängermaschine ausgebildet, insbesondere als so genannter Umlaufverdränger oder als Hubverdränger (beispielsweise Axialkolbenpumpe). Bei einer Ausgestaltung als Umlaufverdränger ist ein exzentrisch gelagerter Rotor der Hydropumpe 65 mit der Ausgangswelle 53 drehfest verbunden, und das Pumpengehäuse ist über das Kupplungsinnengehäuse 51 letztlich drehfest mit der Eingangswelle 49 verbunden. Bevorzugt handelt es sich bei der Hydropumpe 65 um eine Rotorpumpe mit Innenverzahnung vom Typ der so genannten Gerotor-Pumpe.
Die Zufuhr des hydraulischen Mediums zu der Hydropumpe 65 erfolgt aus einem Sumpf 67, und zwar über ein Ölfilter 69 und zwei parallel angeordnete Rückschlagventile 71. Der Sumpf 67 und das Ölfilter 6 sind in einem Kupplungsaußengehäuse (nicht gezeigt) stationär angeordnet. Die Verbindung zu der Hydropumpe 65 erfolgt über einen Ringkanal 73 an der Außenseite des rotierenden Kupplungsinnengehäuses 51 bzw. an der Innenseite des stationären Kupplungsaußengehäuses.
Für den Aufbau eines hydraulischen Drucks saugt die Hydropumpe 65 das hydraulische Medium alternierend über das eine und das andere der beiden Rückschlagventile 71 an. Das unter Druck gesetzte hydraulische Medium strömt über zwei weitere parallel zueinander angeordnete Rückschlagventile 75 (oder ein entsprechend alternierend schaltendes Wechselventil) in den Druckraum 63. Dem Druckraum 63 vorgeschaltet ist eine optionale mechanische Temperaturkompensation in Form einer sich temperaturabhängig aufweitenden oder verengenden Drossel 77.
Die Momentenübertragungskupplung 41 dient – wie bereits erwähnt – dazu, ein Antriebsmoment von der Eingangswelle 49 auf die Ausgangswelle 53 zu übertragen, wobei bei höheren Drehzahldifferenzen zwischen Eingangswelle 49 und Ausgangswelle 53 ein größeres Moment übertragen wird als bei geringeren Drehzahldifferenzen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hydropumpe 65 nur bei Vorliegen einer solchen Drehzahldifferenz arbeitet, wobei ein umso höherer Druck in dem Druckraum 63 erzeugt wird, je größer die Drehzahldifferenz ist. Ein erhöhter hydraulischer Druck führt zu einer stärkeren Beaufschlagung des Lamellenpakets der Reibungskupplung 55 durch den Andruckkolben 61, so dass hierdurch wiederum die Drehzahldifferenz verringert wird. Der gezeigte Mechanismus wirkt also selbstregelnd.
Für bestimmte Fahrsituationen ist es wünschenswert, eine gewisse Drehzahldifferenz zwischen Eingangswelle 49 und Ausgangswelle 53 – entsprechend einer Drehzahldifferenz zwischen Vorderachse 17 und Hinterachse 27 des Antriebsstrangs gemäß 1 – bewusst einzustellen, ohne dass der selbstregelnde Mechanismus der Momentenübertragungskupplung 41 gemäß 2 zu einer erhöhten Momentenübertragung führen soll. Eine derartige Situation liegt beispielsweise im Falle eines ABS- oder ESP-Eingriffs der Fahrdynamikregelungseinheit 31 gemäß 1 vor.
Aus diesem Grund ist die Momentenübertragungskupplung 41 ferner mit einer Druckabbaueinheit 43 ausgestattet. Diese besitzt ein Druckabbauventil 81, das vorzugsweise als ein einfaches 2/2-Wegeventil in Form eines Sitzventils ausgebildet ist. Das Druckabbauventil 81 ist zwischen den Druckraum 63 und den Sumpf 57 geschaltet, um bei entsprechender Ansteuerung einen sofortigen Druckabfall im Druckraum 63 und hierdurch ein Öffnen der Reibungskupplung 55 zu bewirken. Da die Druckabbaueinheit 43 mit dem Druckabbauventil 81 an dem stationären Kupp lungsaußengehäuse (nicht dargestellt) befestigt – beispielsweise verschraubt – ist, erfolgt die Verbindung zu dem Druckraum 63 ebenfalls über einen Ringkanal 83.
Die Druckabbaueinheit 43 besitzt außerdem eine dem Druckabbauventil 81 räumlich zugeordnete und somit bezüglich der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit 31 (1) dezentral angeordnete Auswerte- und Steuerschaltung 85. Diese besitzt einen einfachen Mikroprozessor 87, einen hiermit verbundenen Busanschluss 89 zum Anschließen der Auswerte- und Steuerschaltung 85 an einen Datenbus (z.B. CAN), ferner einen Versorgungsanschluss 91 für elektrische Energie und einen Treiberanschluss 93 zum Ansteuern des Druckabbauventils 81. Optional kann die Auswerte- und Steuerschaltung 85 einen nichtflüchtigen Speicher 95 und/oder einen Zeitgeber 97 besitzen, die jeweils mit dem Mikroprozessor 87 verbunden sind, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung 85 ansonsten keine weiteren Komponenten aufweist und somit einen sehr einfachen Aufbau besitzt.
Der Mikroprozessor 87 der Auswerte- und Steuerschaltung 85 ist zur Auswertung eines an dem Busanschluss 89 anliegenden binären Fahrzustandssignals ausgebildet, beispielsweise eines "ESP aktiv JA/NEIN"-Signals, das von der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit 31 aufgrund der Signale der verschiedenen Sensoren 33, 35, 37 (1) erzeugt und an den genannten Datenbus ausgegeben wird. Wenn dieses binäre Fahrzustandssignal einem vorbestimmten Fahrzustand des Fahrzeugs entspricht (z.B. "ESP aktiv JA"), so veranlasst der Mikroprozessor 87 über den Treiberausgang 93 ein Öffnen des Druckabbauventils 81, um hierdurch letztlich die Reibungskupplung 55 zu öffnen und zu verhindern, dass der aktuelle Fahrzustand (beispielsweise ESP-Eingriff) durch die selbstregelnde Wirkung der Momentenübertragungskupplung 41 gestört wird. Sofern das über den Busanschluss 89 empfangene Fahrzustandssignal dem vorbestimmten Fahrzustand nicht entspricht oder einem anderen vorbestimmten Fahrzustand entspricht, so bleibt das Druckabbauventil 81 generell geschlossen. Allerdings ist ein Öffnen des Druckabbauventils 81 vorzugsweise auch dann vorgesehen, wenn die Auswerte- und Steuerschaltung 85 irgendwelche Fehlerzustände detektiert oder wenn ein Systemausfall vorliegt, d.h. das Druckabbauventil 81 ist im unbestromten Zustand geöffnet.
Ein besonderer Vorteil der in 2 gezeigten Druckabbaueinheit 43 besteht darin, dass diese im Falle eines Eingriffs der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit 31 ein Stilllegen der Momentenübertragungskupplung 41 unabhängig von der tatsächlichen Differenzdrehzahl gewährleistet, ohne dass eine Anpassung der zentralen Fahrdynamikregelungseinheit 31 oder ihrer Ausgangssignale erforderlich ist. Die Druckabbaueinheit 43 und die Momentenübertragungskupplung 41 erweisen sich somit ohne besondere zusätzliche Maßnahmen kompatibel zu bestehenden Fahrdynamikregelungssystemen. Gleichwohl besitzen die Auswerte- und Steuerschaltung 85 und insbesondere der Mikroprozessor 87 einen sehr einfachen Aufbau, da die Druckabbaueinheit 43 als ein passives System ausgebildet ist und die Auswerte- und Steuerschaltung 85 lediglich die an dem Datenbus üblicherweise ohnehin anliegenden Fahrzustandssignale der bestehenden Fahrdynamikregelungssysteme auswertet.
3a zeigt eine mögliche bauliche Ausgestaltung einer Druckabbaueinheit 43. Bei dieser sind ein Druckabbauventil 81 und eine zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung 85 über eine zweipolige elektrische Verbindungsleitung 101 unlösbar – d.h. ohne zusätzliche Steckverbindungen – miteinander verbunden. Das Druckabbauventil 81 ist an einem Abschnitt eines stationären Kupplungsaußengehäuses 103 befestigt. Die Auswerte- und Steuerschaltung 85 besitzt einen Verbindungsabschnitt 105 – beispielsweise einen Steckverbinder – zum Anschließen des Datenbusses und der Energieversorgung des Fahrzeugs. Bei der Ausführungsform gemäß 3a kann die Auswerte- und Steuerschaltung 85 beispielsweise fliegend im Fahrzeugkabelstrang angeordnet sein.
In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 3a kann zwischen einem Ende der elektrischen Verbindungsleitung 101 und dem Druckabbauventil 81 oder der Auswerte- und Steuerschaltung 85 eine lösbare Verbindung, beispielsweise eine Steckverbindung, vorgesehen sein (in den Figuren nicht eigens dargestellt).
3b zeigt eine alternative Ausführungsform einer Druckabbaueinheit 43, bei der eine Auswerte- und Steuerschaltung 85 an einem Druckabbauventil 81 unmittelbar mechanisch befestigt, beispielsweise verschraubt ist.
Bei den genannten Ausführungsformen bilden das jeweilige Druckabbauventil 81 und die zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung 85 eine gemeinsame Baueinheit (spezielle mechanische Verbindung zwischen Druckabbauventil 81 und Auswerte- und Steuerschaltung 85).
3c zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Druckabbaueinheit 43, bei der ein Druckabbauventil 81 und eine zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung 85 wiederum in der erläuterten Art ausgebildet sind. Allerdings ist hier keine eigene mechanische Verbindung zwischen Druckabbauventil 81 und Auswerte- und Steuerschaltung 85 vorgesehen, sondern zwischen diesen beiden Einrichtungen 81, 85 ist eine rein elektrische Verbindung vorgesehen, nämlich über eine dezentrale Busverbindungsleitung 107, die an einem Knoten 109 auch mit dem zentralen Datenbus 111 des Fahrzeugs verbunden ist.
Die im Zusammenhang mit den Figuren beschriebene dezentrale Auswerte- und Steuerschaltung 85 besitzt – wie bereits erwähnt – einen sehr einfachen Aufbau und ist hierfür – was die über den jeweiligen Busanschluss empfangenen Signale betrifft – vorzugsweise allein zum Auswerten der an dem Busanschluss anliegenden binären Fahrzustandssignale ausgebildet.
Alternativ hierzu kann die Auswerte- und Steuerschaltung 85 jedoch zusätzlich zur Auswertung von Raddrehzahlsignalen ausgebildet sein, die von den Raddrehzahlsensoren 33 (1) erzeugt und über den zentralen Datenbus des Fahrzeugs weitergeleitet werden. In diesem Fall veranlasst die Auswerte- und Steuerschaltung 85 ein Öffnen des Druckabbauventils 81 auch dann, wenn ein Kupplungsschlupfwert, den die Auswerte- und Steuerschaltung 85 aus den empfangenen Raddrehzahlsignalen berechnet, einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, wobei im Falle des Überschreitens dieses Schwellwerts oder eines anderen Schwellwerts das Druckabbauventil 81 wieder geschlossen wird. Als Kupplungsschlupfwert kann beispielsweise eine berechnete Schlupfdrehzahl (Differenzdrehzahl) oder ein Schlupfwinkel berücksichtigt werden, der für eine definierte Abtastzeit ermittelt wird.
Hintergrund dieser Ausgestaltung ist die Erkenntnis, dass – bei entsprechend gewähltem Schwellwert – stets eine hinreichend konstante Kupplungskennung gewährleistet ist, so dass durch die erläuterte Berücksichtigung eines Schwellwerts auf eine mechanische Temperaturkompensation (Ausgleich der unterschiedlichen Viskosität des hydraulischen Mediums bei verschiedenen Temperaturen) verzichtet werden kann. Somit kann bei dieser Ausgestaltung auf die in 2 gezeigte temperaturabhängig gesteuerte Drossel 77 verzichtet werden.
4 zeigt beispielhaft eine Kupplungskennung (Abhängigkeit des übertragenen Drehmoments M von der Differenzdrehzahl delta n) für eine hohe Temperatur T_H bzw. eine niedrigere Temperatur T_L des hydraulischen Mediums einer Momentenübertragungskupplung 41 gemäß 2. Gezeigt ist ferner der genannte Schwellwert S. Sobald der Schwellwert S überschritten wird, schließt das Druckabbauventil 81, um somit einen Druckaufbau im Druckraum 63 und hierdurch ein (wiederum differenzdrehzahlabhängiges) Schließen der Reibungskupplung 55 zu ermöglichen (2). Hierdurch kann sich die Differenzdrehzahl delta n letztlich wieder bis zum Unterschreiten des Schwellwerts S verringern, so dass das Druckabbauventil 81 wieder geöffnet wird. In dem Differenzdrehzahlbereich des Schwellwerts S und oberhalb dieses Schwellwerts S hat die Temperaturabhängigkeit der Kupplungskennung praktisch keinen spürbaren negativen Einfluss auf die Fahreigenschaften.
Der in 2 gezeigte optionale Zeitgeber 97 kann dazu dienen, den vorstehend erläuterten Kupplungsschlupfwert zu bestimmen (Bestimmung der Abtastzeit). Alternativ oder zusätzlich kann der Zeitgeber 97 zur Berücksichtigung eines Überhitzungsmodells verwendet werden, um die Momentenübertragungskupplung 41 im Fall einer erwarteten Überhitzung stillzulegen. Im Zusammenhang mit einem solchen Überhitzungsmodell kann die Auswerte- und Steuerschaltung 85 auch eine Referenztemperatur berücksichtigen, die von dem Temperatursensor 39 (1) ermittelt und von der Fahrdynamikregelungseinheit 31 oder einer sonstigen zentralen Steuereinheit über den Datenbus des Fahrzeugs verfügbar gemacht wird.
Schließlich ist noch anzumerken, dass die gezeigte Kupplung 41 beispielsweise auch zum Sperren eines Ausgleichsgetriebes (z.B. Ausgleichsgetriebe 23 in 1) eingesetzt werden kann, wobei eine Hydropumpe mit einem ersten rotierenden Element (z.B. Achswelle) und einem zweiten rotierenden Element (z.B. Gehäuse des Ausgleichsgetriebes) gekoppelt ist.

11: Motor
13: Getriebeeinheit
15: Halbwelle
17: Vorderachse
19: Vorderrad
21: Kardanwelle
23: Ausgleichsgetriebe
25: Halbwelle
27: Hinterachse
29: Hinterrad
31: zentrale Fahrdynamikregelungseinheit
33: Raddrehzahlsensor
35: Lenkwinkelsensor
37: Gierratensensor
39: Temperatursensor
41: Momentenübertragungskupplung
43: Druckabbaueinheit
49: Eingangswelle
51: Kupplungsinnengehäuse
53: Ausgangswelle
55: Reibungskupplung
57: Innenlamelle
59: Außenlamelle
61: Andruckkolben
63: Druckraum
65: Hydropumpe
67: Sumpf
69: Ölfilter
71: Rückschlagventil
73: Ringkanal
75: Rückschlagventil
77: Drossel
81: Druckabbauventil
83: Ringkanal
85: Auswerte- und Steuerschaltung
87: Mikroprozessor
89: Busanschluss
91: Versorgungsanschluss
93: Treiberausgang
95: nichtflüchtiger Speicher
97: Zeitgeber
101: elektrische Verbindungsleitung
103: Kupplungsaußengehäuse
105: Verbindungsabschnitt
107: Busverbindungsleitung
109: Knoten
111: Datenbus
M: übertragenes Drehmoment
delta n: Drehzahldifferenz
T_H: Kupplungskennung bei hoher Temperatur
T_L: Kupplungskennung bei niedriger Temperatur
S: Schwellwert

Claims

Druckabbaueinheit (43) für eine hydromechanische, auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung (41) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Druckabbauventil (81) zum Verbinden eines Hydraulikdruckraums (63) der Kupplung mit einem Sumpf (67), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckabbaueinheit (43) eine dezentrale, dem Druckabbauventil (81) zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung (85) aufweist, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung einen Busanschluss (89) zum Anschließen der Auswerte- und Steuerschaltung an einen Datenbus einer zentralen Fahrdynamikregelungseinheit (31) des Fahrzeugs aufweist, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung zur Auswertung wenigstens eines an dem Busanschluss anliegenden binären Fahrzustandssignals ausgebildet ist, und wobei die Auswerte- und Steuerschaltung dergestalt zur Ansteuerung des Druckabbauventils ausgebildet ist, dass das Druckabbauventil (81) geöffnet wird, wenn das binäre Fahrzustandssignal einem vorbestimmten Fahrzustand des Fahrzeugs entspricht.
Druckabbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (81) als ein binäres Schaltventil ausgebildet ist.
Druckabbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Druckabbauventil (81) als ein "stromlos offen"-Ventil ausgebildet ist, das im Öffnungssinn vorgespannt ist.
Druckabbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (85) mit dem Druckabbauventil (81) über eine elektrische Verbindungsleitung (101, 107) verbunden ist.
Druckabbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (81) und die Auswerte- und Steuerschaltung (85) eine Baueinheit aus fest miteinander verbundenen Teilen bilden.
Druckabbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (81) und die Auswerte- und Steuerschaltung (85) eine Baueinheit aus über eine Steckverbindung miteinander gekoppelten Teilen bilden.
Druckabbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (85) ferner einen Mikroprozessor (87), einen Treiberausgang (93) zum Ansteuern des Druckabbauventils (81) und einen Stromversorgungsanschluss (91) besitzt.
Druckabbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (85) zur Auswertung ausschließlich des an dem Busanschluss (89) anliegenden binären Fahrzustandssignals ausgebildet ist.
Druckabbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (85) zusätzlich zur Auswertung von an dem Busanschluss (89) anliegenden Raddrehzahlsignalen ausgebildet ist, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung dergestalt zur Ansteuerung des Druckabbauventils ausgebildet ist, dass das Druckabbauventil (81) geöffnet wird, wenn ein sich aus den Raddrehzahlsignalen berechneter Schlupfwert einen vorbestimmten Schwellwert (S) unterschreitet.
Druckabbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (85) zusätzlich zur Auswertung von an dem Busanschluss (89) anliegenden Raddrehzahlsignalen ausgebildet ist und einen Zeitgeber (97) und einen nichtflüchtigen Speicher (95) aufweist, in dem ein Raddrehzahldifferenz-/Zeit-Überhitzungsmodell abgelegt ist, wobei mittels der Auswerte- und Steuerschaltung (85) in Abhängigkeit von den empfangenen Raddrehzahlsignalen und einem Zeitsignal des Zeitgebers (97) ein Überhitzungswert aus dem Überhitzungsmodell ermittelbar ist, und wobei die Auswerte- und Steuerschaltung zur Ansteuerung des Druckabbauventils (81) in Abhängigkeit von dem ermittelten Überhitzungswert ausgebildet ist.
Druckabbaueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuerschaltung (85) zusätzlich zur Auswertung eines an dem Busanschluss (89) anliegenden Referenztemperatursignals ausgebildet ist, wobei das in dem nichtflüchtigen Speicher (95) abgelegte Überhitzungsmodell auch eine Referenztemperatur berücksichtigt und wobei der Überhitzungswert in Abhängigkeit von den empfangenen Raddrehzahlsignalen, dem Zeitsignal des Zeitgebers (97) und zusätzlich dem empfangenen Referenztemperatursignal ermittelbar ist.
Hydromechanische, auf eine Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung (41) mit: – einem ersten rotierenden Element (49) und einem zweiten rotierenden Element (53), – einer Hydropumpe (65), – einer Reibungskupplung (55) zum Verbinden des ersten rotierenden Elements (49) mit dem zweiten rotierenden Element (53), wobei die Hydropumpe (65) durch eine Drehbewegung der beiden rotierenden Elemente (49, 53) relativ zueinander antreibbar ist, um in einem Druckraum (63) einen Pumpendruck zu erzeugen, und wobei die Reibungskupplung (55) aufgrund des Pumpendrucks in einem Einrücksinn betätigbar ist, und mit – einer Druckabbaueinheit (43), wobei die Druckabbaueinheit ein Druckabbauventil (81) aufweist, das den Druckraum (63) mit einem Sumpf (67) verbindet, und wobei die Druckabbaueinheit eine dezentrale, dem Druckabbauventil (81) zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung (85) zum Ansteuern des Druckabbauventils aufweist, wobei die Druckabbaueinheit (43) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (81) an einem stationären Gehäuse (103) der Kupplung (41) befestigt ist.
Verfahren zum Steuern einer hydromechanischen, auf eine Drehzahldifferenz ansprechenden Kupplung (41) eines Kraftfahrzeugs, die ein Druckabbauventil (81) aufweist, welches einen Hydraulikdruckraum (63) der Kupplung mit einem Sumpf (67) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Fahrdynamikregelungseinheit (31) des Fahrzeugs wenigstens ein binäres Fahrzustandssignal an eine dezentrale, dem Druckabbauventil (81) zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung (85) übermittelt, und dass die dezentrale Auswerte- und Steuerschaltung (85) das Druckabbauventil (81) öffnet, wenn das binäre Fahrzustandssignal einem vorbestimmten Fahrzustand des Fahrzeugs entspricht.