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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Kupplungsstarts und eine Kupplungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kupplungsanordnung mit einer Übertragung mittels eines Fluids der von einem Fahrer an einem Kupplungsbetätigungselements eingeleiteten Kraft auf die Kupplung.
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Stand der Technik
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Die von einem Fahrer durch Betätigen eines Kupplungsbetätigungselements eingeleitete Kraft kann auf unterschiedliche Weise übertragen werden. So ist es bekannt, dies mittels hydraulischer Übertragung vorzunehmen. Die Druckschrift
DE 198 56 297 A1 beschreibt eine solche Kupplungsanordnung, bei der eine Hydrauliknotsteuerung für eine zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnete hydraulisch betätigte Kupplung vorgesehen ist. Diese Hydrauliknotsteuerung umfasst ein Ventil zur Steuerung der Kupplung bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung der elektrohydraulischen Kupplungssteuerung. Zudem kann bei einem Fahrzeugstillstand ein Abwürgen des Verbrennungsmotors verhindert werden.
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Bei Kraftfahrzeugen wird zwischen unterschiedlichen Fahrzuständen unterschieden. Als Segeln wird ein Fahrzustand bezeichnet, der bereits bei Hybridfahrzeugen, wie bspw. bei einem Parallelhybrid mit Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Antriebsmaschine, bekannt ist. Es hat sich herausgestellt, dass Segeln auch bei konventionellen Fahrzeugen sinnvoll einzusetzen ist, insbesondere vor dem Hintergrund steigender Kraftstoffpreise und der Notwendigkeit, Emissionen zu reduzieren.
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Bei einem Segeln, das auch als freewheeling, high speed free rolling, coasting usw. bezeichnet wird, wird der Antriebsstrang geöffnet und damit der Verbrennungsmotor und das Getriebe entkoppelt. Durch das fehlende Motor-Schleppmoment rollt das Fahrzeug antriebslos deutlich weiter als mit Schubabschalten im höchsten Gang aus. Außerdem kann der Motor im Leerlauf weiterbetrieben werden, was als Leerlauf-Segeln bezeichnet wird. Der Motor kann schließlich auch ausgeschaltet werden, was als Motorstopp-Segeln bezeichnet wird. Mit einem entsprechenden Bedienkonzept springt der Motor automatisch wieder an.
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Mit dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sind alle Komponenten gemeint, die ein Drehmoment auf die Straße übertragen. Bei einem konventionellen Antriebsstrang sind hiervon der Verbrennungsmotor, die Kupplung mit Getriebe, die Antriebswellen und die Räder umfasst.
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Das beschriebene Leerlauf-Segeln ist ohne großen Mehraufwand umzusetzen, lässt jedoch nur geringe Verbrauchseinsparungen erwarten. Das Motorstopp-Segeln zeigt im realen Fahrbetrieb fahrzeug- und fahrerabhängig ein Verbrauchseinsparpotential von bis zu 10 % zusätzlich zu einem Start-Stopp-Betrieb.
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Bei Hybridfahrzeugen sind bereits die notwendigen Voraussetzungen für einen Segelbetrieb vorhanden. Bei einem konventionellen Fahrzeug hingegen müssen Starter-System, Bordnetz, Lenkung, Bremssystem und Getriebe an die zusätzlichen Anforderungen angepasst werden.
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Bei manuellen Getrieben ist ein Segelbetrieb zwar möglich, dieser bedarf jedoch eines als umständlich empfundenen Bedienkonzepts. Um dies zu verdeutlichen, wird nachfolgend ein mögliches Bedienkonzept vorgestellt.
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Der Fahrer muss, um ein Segeln zu initiieren, die Kupplung drücken, das Getriebe in Neutral stellen und die Kupplung wieder freigeben. Um den Motor wieder zu starten, muss die Kupplung wieder gedrückt werden. Anschließend muss, um wieder Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe herzustellen, ein der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angemessener Gang eingelegt und die Kupplung wieder freigegeben werden. Unterstützend kann der Verbrennungsmotor eine der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasste und ggf. gangabhängige Drehzahlanhebung durchführen, wobei die Drehzahl am Getriebeeingang und die Motordrehzahl möglichst ähnlich sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Kupplungsanordnung gemäß Anspruch 6 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Bei dem beschriebenen Verfahren erfolgt in einer Ausgestaltung ein Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs aus einem Segelbetrieb durch Schließen einer Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Getriebe, das mit den rollenden Rädern des Kraftfahrzeugs zusammenwirkt. Demnach wird ein Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs geschlossen, über den zwischen dem Verbrennungsmotor und den Rädern des Kraftfahrzeugs Energie ausgetauscht wird. Das Schließen der durch ein Ventil offen gehaltenen Kupplung erfolgt durch Entlasten eben dieses Ventils.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt, reduziert ein Kupplungsstart die Zyklen des Starters. Erste Messungen zeigen, dass die Implementierung bei Geschwindigkeiten > 30 km/h möglich ist. In jedem Fall wird es eine untere Geschwindigkeitsschwelle geben, bei der der Kupplungsstart nicht mehr komfortabel ist. Es ist momentan noch nicht ganz klar, wo diese liegen wird. Aber durch die Verwendung des Kupplungsstarts ist eine Reduzierung der Starterbelastung um ca. 1/3 möglich.
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Weiterhin kann mithilfe des Ventils der Antriebsstrang offengehalten werden kann. Dabei befindet sich ein Ventil in der Hydraulikleitung zwischen dem Geber- und Nehmerzylinder, wie dies in 3 dargestellt ist.
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Die vorliegende Erfindung realisiert mit niedrigeren Systemkosten einen Kupplungsstart. Dabei wird ein System verwendet, welches sich durch ein Ventil in der Kupplungsleitung auszeichnet. Hierzu wird auf die nachfolgend erörterte 2 verwiesen.
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Mithilfe des Ventils kann nach dem Segeln ein Kupplungsstart durchgeführt werden. Dabei wird die Kupplung langsam geschlossen. Dieses Schließen wird durch Entlasten des Ventils bewirkt.
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Offenhalten bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Kupplung und damit der Antriebsstrang geöffnet bleiben, auch wenn das Kupplungsbetätigungselement entlastet wird. Entlastet bedeutet, dass vom Fahrer keine Kraft mehr am Kupplungsbetätigungselement eingeleitet wird bzw. die Kupplung nicht mehr gedrückt bzw. betätigt wird. Dies bedeutet, dass wenn die zum Betätigen der Kupplung aufgebrachte Kraft wegfällt, bleibt die Kupplung dennoch geöffnet. Die Kupplung und damit der Antriebsstrang werden erst dann wieder geschlossen, wenn bestimmte, vorgebbare Ereignisse, wie bspw. ein Betätigen des Gaspedals oder der Bremse, ggf. in einem vorgebbaren Zeitraum erfasst werden.
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Unter einem Fluid sind Gase und Flüssigkeiten zu verstehen, Gase werden in pneumatischen Systemen verwendet. Flüssigkeiten kommen in hydraulischen Systemen zur Anwendung.
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Der Segelbetrieb wird bspw. eingeleitet, wenn das Kupplungsbetätigungselement für einen vorgebbaren Zeitraum betätigt wird. Die Einleitung kann auch erfolgen, wenn zusätzlich ein Schalter betätigt wird. Es muss also nicht in jedem Fall zeitgetriggert erfolgen. Insbesondere wird der Segelbetrieb eingeleitet, wenn in dem vorgebbaren Zeitraum kein Gangwechsel erfolgt und/oder kein Gas gegeben wird und/oder eine Bremse nicht betätigt wird.
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Der Segelbetrieb kann aber auch durch die Art und Weise der Betätigung des Kupplungsbetätigungselements eingeleitet werden.
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Zum Aktivieren des Segelbetriebs geht der Fahrer auf die Kupplung. Wenn innerhalb eines gewissen, vorgebbaren Zeitraums kein Gangwechsel erfolgt, was z. B. durch Neutralgangerkennung festgestellt wird, kein Gas gegeben und/oder die Bremse nicht betätigt wird, wird das Ventil betätigt, in der Regel geschlossen, und somit die Kupplung offen gehalten. Das Fahrzeug befindet sich dann im Segelbetrieb.
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Das Verlassen des Segel-Zustands kann entweder durch eine erneute Kupplungsbetätigung oder als erweiterte Vereinfachung für den Fahrer durch Gaspedalbetätigung oder Bremsbetätigung eingeleitet werden. Die hat zur Folge, dass das Ventil wieder geöffnet wird und die Kupplung geschlossen wird.
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Sobald das Kraftfahrzeug sich im Segelbetrieb- bzw. modus befindet, kann der Fahrer das Kupplungspedal loslassen, da das geschlossene Ventil die Kupplung offen hält. Der Fahrer kann im Segelmodus im aktuellen Gang bleiben und muss nicht zuvor in Neutral schalten. Dies bedeutet eine weitere Komfortsteigerung. Die Motorsteuerung berechnet im Hintergrund eine virtuelle Motordrehzahl, als wenn die Kupplung geschlossen wäre. Unterschreitet im aktuellen Gang die Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorgeschriebene Mindestmotordrehzahl, wird der Segelbetrieb automatisch beendet. Hierzu wird das Ventil angesteuert und öffnet wieder geregelt, so dass der Druck an der Kupplung abgebaut wird. Das Fahrzeug verhält sich nun wieder wie ein konventionelles Fahrzeug, der Leerlaufregler greift ein, wenn der Fahrer den Gang nicht wechselt. Dadurch wird das Problem umgangen, nach dem Segeln einen der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Gang einlegen zu müssen.
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Auch durch eine Aktion des Fahrers, bspw. bei Betätigung des Gaspedals oder der Bremse, kann der Segelbetrieb bspw. auf folgende Weise beendet werden: Das Kupplungsventil reduziert geregelt den Fluiddruck, bspw. den Hydraulikdruck, an der Kupplung und schließt diese, so dass ein sanftes Einkuppeln erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung schlägt somit einen Kupplungsstart vor, der mithilfe des Ventils realisiert wird, dessen Systemkosten gering sind.
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Vorteil vom Kupplungsstart mit einem Kupplungsventil:
- – Reduzierung der Starter-Starts durch Kupplungsstart
- – Günstiges Segel-System mit automatischem Kupplungsstart
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einem Graphen einen ventilgeregelten Kupplungsstart.
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2 zeigt in einem Graphen einen weiteren ventilgeregelten Kupplungsstart.
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3 zeigt eine Ausführung einer Kupplungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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In 1 ist ein beispielhafter ventilgeregelter Kupplungsstart aus dem Motorstopp dargestellt. Dabei ist an einer Abszisse 50 die Zeit aufgetragen. An einer Ordinate 52 sind unterschiedliche Kupplungszustände und Drehzahlen aufgetragen. Mit Bezugsziffer 53 ist der Verlauf des Kupplungszustands und mit Bezugsziffer 55 der Verlauf der Drehzahl des Motors angezeigt. Man erkennt, dass die Kupplung von Kupplungsposition "offen" 54 monoton steigend geschlossen 56 wird. Das Ventil regelt bis zum Zeitpunkt 58 ein schnelles Schließen der Kupplung bis auf Zustand 60. Danach wird diese Position entsprechend Zustand 60 gehalten. Falls dies erforderlich ist, kann eine leichte positive Steigung der Kupplungsposition, bis der Motor auf die Leerlaufdrehzahl 62 hochgeschleppt wurde, vorgenommen werden. Ab dem Zeitpunkt 70 wird die Kupplung drehzahlabhängig völlig geschlossen, bis die Zieldrehzahl 72 erreicht wird. Der Kupplungsstart ist nach Zeitpunkt 74 abgeschlossen. Vorteilhaft des ventilgeregelten Kupplungsstarts ist die Variation der Parameter: Das Erreichen des Zustands 60 zum Zeitpunkt 70 sowie das geregelte letzte Einkuppeln (von Zeitpunkt 70, Zustand 60) nach (Zeitpunkt 74, Zustand 56) können bspw. abhängig von der Motor-Abstellposition, Gaspedalstellung, Motor-Temperatur, Geschwindigkeit, Zieldrehzahl und aktuelle Ist-Drehzahl variiert werden. Dies stellt einen deutlichen Komfortvorteil gegenüber einem vom Fahrer selbstständig durchgeführten Kupplungsstarts dar.
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Soll bspw. nach einer Motor-Leerlauf-Phase, z. B. bei einem Motor-Leerlauf-Segeln, ein Kupplungsschließvorgang ausgeführt werden, wird ähnlich wie in 1 die Kupplung geschlossen. Dies ist in 2 dargestellt. Auch hier regelt das Ventil bis zum Zeitpunkt 58 ein schnelles Schließen der Kupplung bis auf Zustand 60. Es kann dann entsprechend 1 fortgefahren werden. Es kann aber auch abweichend dazu zusätzlich der Motor vor Erreichen des Zustands bzw. der Kupplungsposition 60 auf die gewünschte Zieldrehzahl 72 beschleunigt werden. Dies erfolgt durch einen gezielten Motormomenteneingriff und ermöglicht somit ein komfortables Einkuppeln, da der Motor nicht komplett auf Zieldrehzahl 72 hochgeschleppt werden muss. Der anschließende Drehzahlangleich, und zwar von oben kommend, erfolgt durch weiteres Schließen der Kupplung.
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3 zeigt anhand eines hydraulischen Schaltbilds den schematischen Aufbau einer Ausführung der Kupplungsanordnung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt ein Kupplungsbetätigungselement 32, in diesem Fall ein Kupplungspedal, einen Geberzylinder 34 mit einem Ausgleichsbehälter 36, ein Ventil 38, ein Nehmer- bzw. Aktorzylinder 40 und eine Kupplung 42.
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Der Geberzylinder 34 umfasst einen Kolben, der die über das Kupplungsbetätigungselement 32 eingebrachte Kraft aufnimmt und hydraulisch an den Nehmerzylinder 40 weitergibt. Dieser betätigt dann die Kupplung 42. Das Ventil 38 kann elektrisch angesteuert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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