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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.
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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.
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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.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, den Aufbau einer derartigen Momentenübertragungskupplung
zu vereinfachen und hierbei das Zusammenwirken mit bekannten Fahrdynamikregelungen
zu ermöglichen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Druckabbauventil selbst ist vorzugsweise an einem stationären Gehäuse der
Momentenübertragungskupplung
befestigt oder in das Gehäuse integriert.
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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.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Auswerte- und Steuerschaltung zur Auswertung
ausschließlich des
genannten, an dem Busanschluss anliegenden binären Fahrzustandssignals ausgebildet
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine hydromechanische, auf eine
Drehzahldifferenz ansprechende Kupplung mit einer Druckabbaueinheit
der erläuterten
Art.
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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.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer Momentenübertragungskupplung.
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2 zeigt
eine Momentenübertragungskupplung.
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3a, 3b und 3c zeigen
unterschiedliche Ausführungsformen
einer Druckabbaueinheit.
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4 zeigt
eine jeweilige Kupplungskennung für verschiedene Temperaturen
unter Berücksichtigung
einer Schaltschwelle für
das Öffnen/Schließen des
Druckabbauventils.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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4 zeigt
beispielhaft eine Kupplungskennung (Abhängigkeit des übertragenen
Drehmoments M von der Differenzdrehzahl delta n) für eine hohe Temperatur
TH bzw. eine niedrigere Temperatur TL 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.
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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
- TH
- Kupplungskennung
bei hoher Temperatur
- TL
- Kupplungskennung
bei niedriger Temperatur
- S
- Schwellwert