DE102013211770A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und eine Kupplungsanordnung (30) zur Durchführung des Verfahrens. Bei der Kupplungsanordnung (30) wird eine von einem Fahrer an einem Kupplungsbetätigungselement (32) eingeleitete Kraft mittels eines Fluids über einen auf eine Kupplung (40) übertragen, wobei bei Betätigung des Kupplungsbetätigungselements (32) ein Antriebsstrang geöffnet wird und der Antriebsstrang durch Betätigen eines Ventils (38) offen gehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs 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.
  • Stand der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Kupplungsanordnung nach Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
  • Bei dem vorgestellten Verfahren wird somit, zumindest bei Vorliegen bestimmter Bedingungen, der Antriebsstrang durch ein Ventil offen gehalten. Dies kann für einen Segelbetrieb eingesetzt werden. Eine Bedingung kann dadurch gegeben sein, wenn in einem vorgebbaren Zeitraum kein Gangwechsel erfolgt, kein Gas gegeben wird und/oder eine Bremse nicht betätigt wird. Die Bedingung kann aber auch bei Vorliegen eines Bewegungsmusters des Kupplungsbetätigungselements gegeben sein.
  • 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.
  • Die hierin vorgestellte Erfindung schlägt einen Mittelweg zwischen einem als umständlich empfundenen Segeln in Neutral-Gang-Stellung und einem vollautomatischen Bedienkonzepts vor, bei dem ein Kupplungsaktuator von einem Steuergerät angesteuert wird. Bei diesem ist es möglich, bei einem manuellen Getriebe ein Segeln vollautomatisch zu realisieren.
  • Der vorstehend vorgeschlagene Mittelweg zwischen dem als umständlich empfundenen Konzept, nämlich Segeln in Neutral-Gang-Stellung, und dem vollautomatischen Bedienkonzept wird durch den Einbau eines Ventils ermöglicht. Das Ventil ist bspw. in der hydraulischen Leitung zwischen dem Kupplungsgeber- und Kupplungsnehmerzylinder positioniert.
  • Unter einem Fluid sind Gase und Flüssigkeiten zu verstehen, Gase werden in pneumatischen Systemen verwendet. Flüssigkeiten kommen in hydraulischen Systemen zur Anwendung.
  • 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.
  • Der Segelbetrieb kann aber auch durch die Art und Weise der Betätigung des Kupplungsbetätigungselements eingeleitet werden.
  • 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.
  • Grundsätzlich kann bei dem Verfahren ein Segelbetrieb, bei dem der Verbrennungsmotor mit Leerlaufdrehzahl betrieben wird, oder ein Motorstopp, bei dem der Verbrennungsmotor ausgeschaltet wird, d. h. die Drehzahl ist gleich Null, durch eine Motorsteuerung, in der Regel ein Steuergerät bzw. ein Motorsteuergerät, veranlasst bzw. gesteuert, also ohne dass der Fahrer notwendigerweise weitere Aktionen durchführt, eingeleitet werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine weitere, noch nicht verbreitete Bedienstrategie bei Handschaltern, die in Verbindung mit dem vorgestellten Verfahren verwendet werden kann, stellt den Motor ab, wenn das Fahrzeug unterhalb einer Geschwindigkeitsschwelle fährt und der Fahrer gleichzeitig die Kupplung gedrückt hält und die Bremse betätigt, was einem Ausrollen an einer roten Ampel entspricht. Diese Bedienstrategie wird Stop-in-Gear (SiG) genannt, da dabei der Gang eingelegt bleiben kann. Sobald der Fahrer wieder von der Bremse geht, wird der Motor wieder gestartet, und zwar unabhängig von den Startanforderungen des Systems. Es kann weiterhin das Kupplungspedal als Start-Stopp-Trigger verwendet werden.
  • Der Motorstopp kann über das Kupplungspedal aktiviert werden. Tritt der Fahrer das Kupplungspedal und hält es gedrückt, wird der Motor ausgeschaltet. Nach einer Stoppphase mit gedrückter Kupplung, wobei ein Gang eingelegt ist, ist es wichtig, dass sobald der Fahrer das Kupplungspedal etwas zurückkommen lässt, schnellstmöglich der Verbrennungsmotor gestartet wird. Das hier vorgestellte Verfahren mit dem Kupplungsventil unterstützt dieses Betriebskonzept.
  • Ohne ein eingebautes Ventil würde bei zu schnellem Schließen der Kupplung, bei dem der Fahrer zu schnell von der Kupplung geht, der Ritzelstarter in den geschlossen Antriebsstrang starten. Das Kupplungsventil verhindert durch eine Drosselung des Volumenstroms in der Hydraulik ein zu schnelles Schließen der Kupplung und erhöht somit deutlich den Bauteileschutz der Startereinrichtung.
  • Die Vorteile von Stop-in-Gear mit Kupplungsventil sind:
    • • Eine Maximierung der Motor-Stopp-Phasen im Vergleich zu herkömmlichen Bedienkonzepten,
    • • ein einfaches und intuitives Bedienkonzept für den Fahrer,
    • • ein Bauteileschutz der Kupplung und des Starters bei Fehlbetätigung des Fahrers beim Wiederstart nach einer Motorstoppphase.
  • Mit dem vorgestellten Verfahren ist es, zumindest in einigen der Ausführungen, möglich, die gewohnte Bedienung des Fahrzeugs weitgehend beizubehalten und dennoch die Systemkosten für einen Segelbetrieb so gering wie möglich zu halten. Durch die notwendige Betätigung des Kupplungspedals bleibt dem Fahrer die Entscheidungshoheit über die Kupplung. Das Kupplungsventil unterstützt den Fahrer nur im Hintergrund beim Segeln oder beim Anfahren mit Stop-in-Gear.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Ausführung eines Ventils.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführung eines Ventils.
  • 3 zeigt eine Ausführung der Kupplungsanordnung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt ein direkt gesteuertes 2/2 Wegeventil 10 als eine mögliche Ausführung des Ventils zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Dieses dient zur Steuerung bzw. Regelung des Volumenstroms.
  • Eine erste Stellung ist mit Bezugsziffer 12 bezeichnet, in der das Ventil durch eine Feder 14, in diesem Fall eine Druckfeder, stromlos geöffnet und in beiden Richtungen durchströmbar ist. Eine weitere Stellung ist mit Bezugsziffer 16 verdeutlicht, in der das Ventil 10 durch elektromagnetische Betätigung sperrt. Hierzu ist ein Magnet 18 vorgesehen. Bei unbetätigtem Magnet 18 wird der Steuerkolben des Ventils 10, der aufgrund konstruktiver Auslegung zu den Stellkräften immer druckausgeglichen ist, durch die Feder 14 in der Ausgangsstellung gehalten und sperrt den Volumenstrom zwischen dem Hauptanschluss
  • 2 zeigt ein direkt gesteuertes 2/2 Proportional-Wegeventil 20 als eine weitere mögliche Ausführung des in dem vorgestellten Verfahren eingesetzten Ventils. Der Aufbau dieses Ventils 20 ist ähnlich dem Aufbau des in 1 gezeigten Ventils 10. Hierbei erfolgt die Betätigung durch einen Proportionalmagneten.
  • Somit kann es sich bei dem Ventil zwischen dem Hydraulik-Aktuator bzw. Nehmerzylinder und dem Geberzylinder um ein einfaches Wegeventil, 1, mit den Zuständen Zu und Auf, oder ein Proportional-Wegeventil, 2, handeln. Mit dem Wegeventil 10 kann der Druck lediglich digital gehalten bzw. abgelassen werden, Das Proportional-Wegeventil 20 bietet die Möglichkeit, den Druckab- und -aufbau und damit die Schließgeschwindigkeit der Kupplung direkt zu regeln. Jedoch kann durch schnelles Öffnen/Schließen des einfachen Wegventils ebenfalls eine sehr einfache proportional-Stellung erreicht werden, wobei Druckschwingungen im Kupplungssystem zu beachten sind.
  • 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.
  • 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.
  • Es können im Allgemeinen etliche Ventilvarianten in verschiedenen Hydraulik- oder gar Pneumatik-Topologien die Funktion ”Kupplung offen halten” erfüllen. Beispielsweise ist ein Rückschlagventil zwischen Geber- 54 und Nehmerzylinder 60 denkbar, dass das Fluid ungehindert zum Öffnen der Kupplung 62 durchlässt. In Rücklaufrichtung kann dann ein einfaches 2/2-Wegeventil mit nur einer Strömungsrichtung verwendet werden.
  • Die Ausführungen stellen Möglichkeiten des Haltens des Kupplungsdrucks in einer hydraulisch oder pneumatisch angesteuerten Kupplung mit Hilfe eines Ventils vor. Die Halte-Funktion der Kupplung, nämlich Kupplung geöffnet halten, kann dann, wie hierin beschrieben ist, für einen Stop-in-Gear oder Segel-Modus sowie für weitere Anwendungen verwendet werden.
  • Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass es unterschiedliche Segel-Strategien gibt. Beispielsweise kann man auch mit gedrücktem Kupplungspedal segeln. Das Kupplungsventil hat auch bei dieser Strategie die Aufgabe, beim Beenden des Segelbetriebs, bspw. ausgelöst durch Loslassen des Kupplungspedals, ein Starten in den geschlossenen Antriebsstrang zu verhindern und daher gezielt und komfortabel die Kupplung zu schließen.
  • Wie vorstehend in Zusammenhang mit den alternativen Bedienstrategien für Stop-in-Gear beim Handschalter beschrieben wird, verhindert das Kupplungsventil, dass nach einer Stoppphase in den geschlossenen Antriebsstrang gestartet wird. Dazu wird der vom Fahrer eingestellte große Druckgradient, der sich bspw. durch zu schnelles Öffnen der Kupplung ergibt, begrenzt. Die Kupplung öffnet somit langsamer, so dass der Startvorgang bereits abgeschlossen ist, bevor Kraftschluss an der Kupplung anliegt.
  • Das Kupplungsventil regelt dabei das Schließen der Kupplung auf einen maximal möglichen Druckgradient.
  • Die halb elektrische Kupplung (SEC, semi electrical clutch), die in der vorgestellten Kupplungsanordnung verwirklicht ist, ermöglicht somit, dass der Fahrer neben gesteigertem Komfort und intuitivem Bediensystem das große Einsparpotential hinsichtlich des Verbrauchs von Segeln und Stop-in-Gear mit relativ wenig Mehrkosten erzielen kann. Einige der Funktionen können elektrisch erfüllt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19856297 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Kupplungsanordnung (30), bei der eine von einem Fahrer an einem Kupplungsbetätigungselement (32) eingeleitete Kraft mittels eines Fluids auf eine Kupplung (42) übertragen wird, wobei bei Betätigung des Kupplungsbetätigungselements (32) ein Antriebsstrang geöffnet wird und der Antriebsstrang durch Betätigen eines Ventils (38) offen gehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Antriebsstrang durch Betätigen des Ventils (38) offen gehalten wird, wenn in einem vorgebbaren Zeitraum kein Gangwechsel erfolgt, kein Gas gegeben wird oder eine Bremse nicht betätigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nach Offenhalten des Antriebsstrangs der Verbrennungsmotor durch eine Motorsteuerung mit Leerlaufdrehzahl betrieben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nach Offenhalten des Antriebsstrangs der Verbrennungsmotor durch eine Motorsteuerung ausgeschaltet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Offenhalten des Antriebsstrangs durch Erfassen einer Aktion des Fahrers beendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem bei dem das Offenhalten des Antriebsstrangs durch eine Motorsteuerung beendet wird.
  7. Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Kupplungsbetätigungselement (32) und einer Kupplung (42), wobei die Kupplungsanordnung (30) dazu ausgelegt ist, eine von einem Fahrer an dem Kupplungsbetätigungselement (32) eingeleitete Kraft mittels eines Fluids auf die Kupplung (42) zu übertragen, wobei ein Ventil (38) vorgesehen ist, das dazu ausgelegt ist, einen Antriebsstrang offen zu halten.
  8. Kupplungsanordnung nach Anspruch 7, bei der das Ventil (38) zwischen einem Geberzylinder (34) und einem Nehmerzylinder (40) angeordnet ist.
  9. Kupplungsanordnung nach Anspruch 8, bei dem der Nehmerzylinder (40) über eine Entlüftungsbohrung verfügt.
  10. Kupplungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei dem dem Geberzylinder (34) ein Ausgleichsbehälter (36) zugeordnet ist.
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