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Die Erfindung betrifft eine Technik zur Betätigung einer Kupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik zur Betätigung einer Kupplung zum Unterbrechen eines Antriebsstrangs, der einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs mit Antriebsrädern verbindet.
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Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang, der ein von einem Antriebsmotor bereitgestelltes Drehmoment an Antriebsräder überträgt. In dem Antriebsstrang sind üblicherweise eine Kupplung und ein Schaltgetriebe angeordnet. Um einen Gang des Schaltgetriebes zu wechseln, wird der Kraftfluss mittels der Kupplung unterbrochen. Dabei kann die Kupplung hydraulisch betätigt werden, indem ein Hydraulikfluid in einem Geberzylinder mittels eines Geberkolbens verdrängt und in einen Nehmerzylinder geleitet wird, wo ein Nehmerkolben die Kupplung ausrückt, so dass der Kraftfluss unterbrochen ist.
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Um zu verhindern, dass der Geberkolben bezüglich des Nehmerkolbens beispielsweise aufgrund von Temperatureinflüssen auf das Hydraulikfluid eine undefinierte Position einnimmt, kann das Volumen des Hydraulikfluids im Bereich zwischen den Kolben geeicht werden, während sich der Nehmerkolben an einer vorbestimmten Position befindet. Dazu ist ein Nachlaufbehälter zur Aufnahme von Hydraulikfluid vorgesehen, der mittels einer Verbindungsöffnung mit dem Geberzylinder verbunden ist. Um die Eichung durchzuführen, wird der Geberkolben so bewegt, dass die Verbindungsöffnung freigegeben ist, sodass Hydraulikfluid zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder ausgetauscht werden kann. Der Austauschvorgang wird auch Schnüffeln und die Position des Geberkolbens eine Schnüffelstellung genannt.
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DE 102 32 487 A1 offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Schlupfsteuerung einer Kupplung in einem Kraftfahrzeug.
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DE 197 44 051 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer hydraulisch betätigten Kupplung zur selektiven Trennung der Kraftübertragung in einem Antriebsstrang.
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DE 197 19 614 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Kraftübertragungssystem.
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Befindet sich der Geberkolben in der Schnüffelstellung, so muss er langsam verfahren werden, um die Verbindungsöffnung zu schließen, um die definierten Positionen des Geberkolbens und des Nehmerkolbens zueinander zu bewahren. Soll auf einen Fahrerwunsch hin ein Gangwechsel erfolgen, bevor der Schnüffelvorgang abgeschlossen ist, so kann das Ausrücken der Kupplung daher verspätet erfolgen, sodass ein Gangwechsel durch den Fahrer als unsauber oder hakelig wahrgenommen werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein Aktorsystem anzugeben, mit denen in verbesserter Weise aus einem Schnüffelvorgang heraus ein Gangwechsel durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels eines Verfahrens, eines Computerprogrammprodukts und eines hydraulischen Aktorsystems mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein hydraulisches Aktorsystem für eine Kupplung zur Übertragung eines von einem Antriebsmotor bereitgestellten Drehmoments umfasst einen Geberzylinder mit einem Geberkolben, einen Nachlaufbehälter zur Aufnahme von Hydraulikfluid und eine Verbindungsöffnung zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder, wobei die Verbindungsöffnung in Abhängigkeit einer Position des Geberkolbens im Geberzylinder geöffnet oder geschlossen ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern des Aktorsystems umfasst Schritte des Erfassens, dass sich der Geberkolben in einer Position befindet, in der die Verbindungsöffnung freigegeben ist, des Erfassens einer nachlassenden Betätigung eines Gaspedals zur Steuerung des Antriebsmotors und des Verfahrens des Geberkolbens so, dass die Verbindungsöffnung geschlossen ist.
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Erfindungsgemäß kann anhand der nachlassenden Betätigung des Gaspedals frühzeitig bestimmt werden, dass ein Fahrer vorhat, einen Gang eines Schaltgetriebes im Antriebsstrang zu wechseln und dafür die Kupplung zu betätigen. Dadurch ist es möglich, die Verbindungsöffnung frühzeitig zu schließen, sodass der hydraulische Aktor einsatzfähig ist, wenn ein Signal zur Betätigung der Kupplung empfangen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann dieses Signal von einem Kupplungspedal abgenommen sein, wobei das Kupplungspedal keine hydraulische Wirkung auf das Aktorsystem ausübt. Durch das beschriebene Verfahren kann ein Gangwechsel, insbesondere ein rascher Gangwechsel bei dynamischer Fahrweise, mit verbesserter Präzision durchgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird bestimmt, dass die Betätigung des Gaspedals wenigstens mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit nachlässt. Erfahrungsgemäß geht einer Betätigung des Kupplungspedals eine annähernd schlagartige Entlastung des Gaspedals voraus, sodass auf diese Weise zwischen einem sich ankündigenden Gangwechsel und einer Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsreduzierung des Kraftfahrzeugs unterschieden werden kann.
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Erfindungsgemäß wird der Geberkolben, nachdem die Verbindungsöffnung geschlossen ist, in Abhängigkeit einer Stellung des Kupplungspedals weiter verfahren, um Hydraulikfluid aus dem Geberzylinder zu verdrängen. Dadurch kann die Kupplungsbetätigung mit einem vorbestimmten Zusammenhang zwischen den Positionen des Geberkolbens und des Nehmerkolbens durchgeführt werden, so dass für den Fahrer eine unmittelbare Rückmeldung während des Gangwechsels erfolgen kann.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird der Geberkolben mit einer begrenzten Geschwindigkeit in die Stellung, in der die Verbindungsöffnung geschlossen ist, verfahren. Diese Geschwindigkeit kann insbesondere eine vorbestimmte Geschwindigkeit sein, die unter einer maximalen Geschwindigkeit eines Aktors liegt, der dazu eingerichtet ist, die Position des Geberkolbens zu verändern. Sobald die Verbindungsöffnung geschlossen ist, kann der Geberkolben auch mit einer größeren Geschwindigkeit verfahren werden, insbesondere mit der Geschwindigkeit, mit der das Kupplungspedal durch einen Benutzer betätigt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich erfasst, dass der Antriebsmotor eine Drehzahl aufweist, die im Bereich einer Schaltschwelle liegt. Dadurch kann eine Situation, in der die Drehzahl des Antriebsmotors darauf hinweist, dass ein Gangwechsel unwahrscheinlich ist, bei der möglichst frühzeitigen Bestimmung des Schaltvorgangs berücksichtigt werden, so dass unrichtige Bestimmungen eines bevorstehenden Gangwechsels verringert auftreten können.
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Insbesondere kann die Schaltschwelle im oberen Bereich eines nutzbaren Drehzahlbands des Antriebsmotors liegen. Die Begrenztheit des nutzbaren Drehzahlbands des Antriebsmotors ist üblicherweise der Grund, warum ein Schaltgetriebe im Antriebsstrang eingesetzt wird. Erreicht der Antriebsmotor eine Drehzahl, die im oberen Bereich seines nutzbaren Drehzahlbands liegt, so ist es wahrscheinlich, dass ein Wechsel in den nächst höheren Gang unmittelbar bevorsteht.
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Erfindungsgemäß wird ein Signal bereitgestellt, das darauf hinweist, dass das Bestimmen der nachlassenden Betätigung des Gaspedals zu einem Verfahren des Geberkolbens, um den Schnüffelvorgang zu beenden, geführt hat. Das Signal kann insbesondere bereits bereitgestellt werden, bevor der Geberkolben die Verbindungsöffnung vollständig geschlossen hat. Dadurch kann die bestimmte Gangwechselabsicht als Signal für eine weitere Komponente des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Medium abgespeichert ist.
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Ein erfindungsgemäßes hydraulisches Aktorsystem für eine Kupplung zur Übertragung eines von einem Antriebsmotor bereitgestellten Drehmoments umfasst einen Geberzylinder mit einem Geberkolben, einen Nachlaufbehälter zur Aufnahme von Hydraulikfluid und eine Verbindungsöffnung zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder, wobei die Verbindungsöffnung in Abhängigkeit einer Position des Geberkolbens im Geberzylinder geöffnet oder geschlossen ist. Ferner umfasst das Aktorsystem einen Sensor zur Bestimmung einer Betätigung eines Gaspedals zur Steuerung des Antriebsmotors und eine Steuereinrichtung zum Verfahren des Geberkolbens so, dass die Verbindungsöffnung geschlossen ist, falls sich der Geberkolben in einer Position befindet, in der die Verbindungsöffnung freigegeben ist, während eine Betätigung des Gaspedals nachlässt.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Aktorsystem kann zur verbesserten Steuerung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Damit kann es möglich sein, einen Gangwechsel eines Schaltgetriebes im Antriebsstrang schonender durchzuführen, wodurch die Lebensdauer des Schaltgetriebes erhöht und ein Benutzer in verringertem Maße belästigt werden können.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein Aktorsystem,
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Aktorsystems, und
- 3 exemplarische Verläufe am Aktorsystem von 1
darstellt.
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1 zeigt ein Aktorsystem 100 an Bord eines Kraftfahrzeugs 105. Ein Antriebsmotor 110 ist mit einem Antriebsstrang 115 verbunden, der eine Kupplung 120 umfasst. Der Antriebsstrang 115 führt üblicherweise zu einem Schaltgetriebe und dieses zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs 105, die jedoch beide nicht in 1 dargestellt sind. Das Aktorsystem 100 zur Betätigung der Kupplung 120 umfasst einen Geberzylinder 125 mit einem Geberkolben 130, einen Nehmerzylinder 135 mit einem Nehmerkolben 140, eine Verbindungsleitung 145 zur hydraulischen Verbindung des Geberzylinders 125 mit dem Nehmerzylinder 135, einen Nachlaufbehälter 150 zur Aufnahme von Hydraulikfluid 155, wobei der Nachlaufbehälter 150 mittels einer Verbindungsöffnung 160 mit dem Geberzylinder 125 hydraulisch verbunden ist, einen Aktor 165 zur Veränderung der Position des Geberkolbens 130 im Geberzylinder 125 sowie eine Steuereinrichtung 170 zur Ansteuerung des Aktors 165. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktor 165 einen Elektromotor, der mittels eines Spindeltriebs auf den Geberkolben 130 wirkt.
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An Bord des Kraftfahrzeugs 105 sind ferner ein Gaspedal 175, dessen Position mittels eines ersten Sensors 180 abgetastet werden kann, und ein Kupplungspedal 185, dessen Position mittels eines zweiten Sensors 190 abgetastet werden kann, angeordnet. Der erste Sensor 180 und bevorzugterweise auch der zweite Sensor 190 sind mit der Steuereinrichtung 170 verbunden. In einer Ausführungsform ist noch ein dritter Sensor 195 vorgesehen, der der Verarbeitungseinrichtung 170 ein Drehzahlsignal des Antriebsmotors 110 bereitstellt.
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In einer hier betrachteten Betriebsart wirkt das Kupplungspedal 185 nicht unmittelbar auf das Aktorsystem 100, stattdessen wird mittels des zweiten Sensors 190 eine Position des Kupplungspedals 185 bestimmt und durch die Verarbeitungseinrichtung 170 ausgewertet. In einem üblichen Betrieb steuert die Steuereinrichtung 170 den Aktor 165 in Abhängigkeit der Position des Kupplungspedals 185 an, den Geberkolben 130 im Geberzylinder 125 zu verfahren. Wird der Geberkolben 130 in der Darstellung von 1 nach rechts verfahren, so verdrängt er Hydraulikfluid 155 aus dem Geberzylinder 125 durch die Verbindungsleitung 145 in Richtung des Nehmerzylinders 135, sodass der Nehmerkolben 140 in der Darstellung von 1 nach links gedrückt wird, um die Kupplung 120 auszurücken. Das Ausrücken bzw. Öffnen der Kupplung 120 ist üblicherweise erforderlich, um in dem nicht dargestellten Schaltgetriebe eine andere Gangstufe zu wählen bzw. einzulegen.
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Ist die Kupplung 120 nicht betätigt, d.h. nicht ausgerückt, so befindet sich der Geberkolben 130 in der dargestellten Position bezüglich der Verbindungsöffnung 160 und wird beim Betätigen der Kupplung 120 in der Darstellung von 1 nach rechts verfahren. Unterschiedliche Einflüsse, beispielsweise Wärme, können dafür sorgen, dass die relativen Positionen der Kolben 130 und 140 sich mit der Zeit verändern. Um diese Veränderung wieder rückgängig zu machen, kann der Geberkolben 130 so verfahren werden, dass er die Verbindungsöffnung 160 freigibt, sodass Hydraulikfluid 155 aus dem Nachlaufbehälter 150 in den Geberzylinder 125 laufen oder aus ihm aufgenommen werden kann. Dabei steht das Hydraulikfluid 155 im Nachlaufbehälter 150 üblicherweise unter einem atmosphärischen Umgebungsdruck. Dieser Vorgang wird auch als „Schnüffeln“ bezeichnet. Um den Schnüffelvorgang zu beenden, ohne die relativen Positionen der Kolben 130, 140 ungenau werden zu lassen, muss der Geberkolben 130 langsamer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit verfahren werden, bis die Verbindungsöffnung 160 wieder verschlossen ist. Anschließend kann der Geberkolben 130 wieder mit beliebiger Geschwindigkeit betätigt werden, um die Kupplung 120 auszurücken.
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Wird das Kupplungspedal 185 zu einem Zeitpunkt betätigt, zu dem sich der Geberkolben 130 in der Schnüffelstellung befindet, in welcher die Verbindungsöffnung 160 ganz oder teilweise geöffnet ist, so kann der Geberkolben 130 zunächst nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit verfahren werden, um einer üblichen Betätigung des Kupplungspedals 185 zu folgen.
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Die Steuereinrichtung 170 ist dazu eingerichtet, eine nachlassende Betätigung des Gaspedals 175, welches dazu eingerichtet ist, den Antriebsmotor 110 zu steuern, zu erfassen und bei einer nachlassenden Betätigung des Gaspedals 175 auf einen bevorstehenden Gangwechsel zu schließen. Der Geberkolben 130 kann in diesem Fall aus der Schnüffelstellung heraus so verfahren werden, dass die Verbindungsöffnung 160 geschlossen ist, auch wenn zu diesem Zeitpunkt das Kupplungspedal 185 noch gar nicht betätigt wurde. Eine darauf folgende Betätigung des Kupplungspedals 185 kann dann unmittelbar eine proportionale Betätigung des Geberkolbens 130 bewirken.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Steuerung des Aktorsystems 100 aus 1. Das Verfahren 200 ist insbesondere zum Ablaufen auf der Steuereinrichtung 170 eingerichtet.
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In einem ersten, optionalen Schritt 205 wird bestimmt, ob der Antriebsmotor 110 eine Drehzahl aufweist, die im oberen Drehzahlbereich liegt. Dabei kann die Drehzahl auf der Basis des Signals des dritten Sensors 195 bestimmt werden. Der obere Drehzahlbereich ist üblicherweise im Bereich des oberen Endes eines nutzbaren Drehzahlbandes angesiedelt. Umfasst das nutzbare Drehzahlband des Antriebsmotors 110 beispielsweise einen Bereich von 1100 bis 4400 U/min, so kann der obere Drehzahlbereich beispielsweise bei 3500 oder 4000 U/min beginnen. Im oberen Drehzahlbereich liegt üblicherweise auch eine Schaltschwelle, deren Überschreiten einen automatischen Gangwechsel auslösen kann, wenn eine automatisierte Betriebsart implementiert ist, bei der ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 105 den Gangwechsel nicht vorgibt. Befindet sich der Antriebsmotor 110 im oberen Drehzahlbereich bzw. hat seine Drehzahl die Schaltschwelle überschritten, so fährt das Verfahren 200 mit einem Schritt 210 fort, andernfalls kann es erneut durchlaufen. Ist der erste Schritt 205 nicht implementiert, so beginnt das Verfahren 200 mit dem Schritt 210.
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Im Schritt 210 wird bestimmt, ob der Geberkolben 130 die Verbindungsöffnung 160 freigibt. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt eine konventionelle Betätigung des Geberkolbens 130 in Abhängigkeit der Stellung des Kupplungspedals 185 in den Schritten 240 und 245, wie unten genauer beschrieben ist. Andernfalls wird in einem Schritt 215 bestimmt, wie stark das Gaspedal 175 betätigt ist. In einem nachfolgenden Schritt 220 wird dann eine Änderung bzw. ein Gradient der Betätigung des Gaspedals bestimmt. Der Gradient ist 0, falls sich die Betätigung des Gaspedals 175 nicht ändert, positiv, falls das Gaspedal 175 immer weiter durchgedrückt wird, und negativ, falls die Betätigung des Gaspedals 175 nachlässt. Dabei beschreibt der Betrag des Gradienten die Änderungsgeschwindigkeit der Betätigung des Gaspedals 175.
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In einem Schritt 225 wird überprüft, ob der Gradient negativ ist und sein Betrag einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Anders ausgedrückt wird im Schritt 225 überprüft, ob das Gaspedal 175 rasch genug losgelassen wird. Ist dies nicht der Fall, so verzweigt das Verfahren 200 zu den Schritten 240 und 245.
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Andernfalls wird in einem Schritt 230 optional ein Signal ausgegeben, das auf einen bevorstehenden Gangwechsel hinweist. Dieses Signal kann von einer anderen Komponente an Bord des Kraftfahrzeugs 105 ausgewertet werden.
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In einem Schritt 235 wird der Geberkolben 130 mit einer vorbestimmten Maximalgeschwindigkeit so verfahren, dass die Verbindungsöffnung 160 verschlossen ist. Die Bewegung des Geberkolbens 130 kann auch einer vorbestimmten Trajektorie folgen, bei der eine positionsabhängige Maximalgeschwindigkeit eingehalten wird. Dadurch werden die Kolben 130 und 140 mit hoher Genauigkeit in vorbestimmte relative Positionen verbracht.
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In einem nachfolgenden Schritt 240 wird eine Betätigung des Kupplungspedals 185 bestimmt. Anschließend wird in einem Schritt 245 der Geberkolben 130 in Abhängigkeit der bestimmten Kupplungsbetätigung verfahren, um die Kupplung 120 entsprechend der Stellung des Kupplungspedals 185 zu betätigen. Die Schritte 240 und 245 können durchgeführt werden, bis die Betätigung des Kupplungspedals 185 beendet ist.
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3 zeigt exemplarische Verläufe am Aktorsystem 100 aus 1. In horizontaler Richtung ist eine Zeit dargestellt. Ein erster Verlauf 305 zeigt eine Betätigung des Gaspedals 135, wobei ein hoher Wert einem stark betätigten Gaspedal 175 bzw. einer Anforderung an den Verbrennungsmotor 110 zur Abgabe einer hohen Leistung entspricht. Ein zweiter Verlauf 310 entspricht einer qualitativen Ableitung des ersten Verlaufs 305 nach der Zeit, also einem Gradienten der Betätigung des Gaspedals 175. Ein dritter Verlauf 315 zeigt exemplarisch eine Betätigung des Kupplungspedals 185, wobei ein hoher Wert einer starken Betätigung des Kupplungspedals 185 entspricht.
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Ungefähr bis zu einem Zeitpunkt t1 wird das Gaspedal 175 immer stärker betätigt, wobei üblicherweise die Drehzahl des Antriebsmotors 110 ansteigt. Danach fällt die Betätigung des Gaspedals 175 rasch ab und von einem Zeitpunkt t3 an wird das Kupplungspedal 185 betätigt, beispielsweise um in einem Schaltgetriebe des Antriebsstrangs 115 eine neue Gangstufe einzulegen.
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Zu einem Zeitpunkt t2, zu dem das Kupplungspedal 185 noch nicht betätigt ist, unterschreitet der zweite Verlauf 310 mit dem Gradient der Betätigung des Gaspedals 175 einen Schwellenwert 320. Dieses Ereignis kann als Indiz dafür verwendet werden, dass ein Gangwechsel, und damit eine Betätigung des Aktorsystems 100, unmittelbar bevorsteht. Aufgrund dieses Ereignisses kann der Geberkolben 130 unverzüglich so verfahren werden, dass die Verbindungsöffnung 160 zwischen dem Nachlaufbehälter 150 und dem Geberzylinder 125 verschlossen ist. Erfolgt dann zum Zeitpunkt t3 die Betätigung des Kupplungspedals 185, so kann die Betätigung unmittelbar und präzise in eine Betätigung der Kupplung 120 umgesetzt werden. Bleibt die Betätigung des Kupplungspedals 185 zum Zeitpunkt t3 jedoch aus, so kann gewartet werden, bis das Kupplungspedal 185 betätigt wird oder es kann ein neuer Schnüffelvorgang eingeleitet werden, bei welchem die Verbindungsöffnung 160 durch den Geberkolben 130 kurzfristig freigegeben wird.
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Die Bestimmung der bevorstehenden Kupplungsbetätigung kann in gleicher Weise erfolgen, wenn das Gaspedal 175 weniger stark betätigt ist. Es ist auch nicht erforderlich, dass die Betätigung des Gaspedals 175 verändert wurde, bevor der rasche Betätigungsabbau im Bereich des Zeitpunkts t1 erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Aktorsystem
- 105
- Kraftfahrzeug
- 110
- Antriebsmotor
- 115
- Antriebsstrang
- 120
- Kupplung
- 125
- Geberzylinder
- 130
- Geberkolben
- 135
- Nehmerzylinder
- 140
- Nehmerkolben
- 145
- Verbindungsleitung
- 150
- Nachlaufbehälter
- 155
- Hydraulikfluid
- 160
- Verbindungsöffnung
- 165
- Aktor
- 170
- Steuereinrichtung
- 175
- Gaspedal
- 180
- erster Sensor
- 185
- Kupplungspedal
- 190
- zweiter Sensor
- 195
- dritter Sensor
- 200
- Verfahren
- 205
- Antriebsmotor in oberem Drehzahlbereich?
- 210
- Verbindungsöffnung frei gegeben?
- 215
- Bestimmen: Betätigung des Gaspedals
- 220
- Bestimmen: Gradient der Betätigung
- 225
- Gradient negativ und betragsmäßig größer als Schwellenwert?
- 230
- Signal ausgeben
- 235
- Geberkolben langsam in Nullposition verfahren
- 240
- Bestimmen Betätigung Kupplungspedal
- 245
- Geberkolben in Abhängigkeit der Kupplungsbetätigung verfahren
- 305
- erster Verlauf (Betätigung Gaspedal)
- 310
- zweiter Verlauf (Gradient der Betätigung des Gaspedals)
- 315
- dritter Verlauf (Betätigung Kupplungspedal)
