DE19639291C1

DE19639291C1 - Automatisch gesteuerte Kupplung

Info

Publication number: DE19639291C1
Application number: DE19639291A
Authority: DE
Inventors: Franz Ing Grad Kosik; Thomas Dipl Ing Grass
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: EP0928378A1; WO1998013619A1; US6047800A; BR9711546A

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisch gesteuerte Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Kupp lung betätigenden motorischen Stellaggregat, welches von ei ner Sensorik gesteuert wird, die den Stellweg des Stellaggre gates und weitere vorgegebene Parameter überwacht und ein Verschleißsignal erzeugt, wenn die Kupplung ein übermäßig weit verändertes Betriebsverhalten aufweist.

Bei Kraftfahrzeugen mit üblichen Verbrennungsmotoren ist im Antriebsstrang ein Getriebe angeordnet, um das Übersetzungs verhältnis zwischen der Drehzahl des Fahrzeugmotors und der Drehzahl der Antriebsräder entsprechend der jeweiligen Fahr geschwindigkeit und Belastung des Fahrzeuges ändern zu kön nen. Bei üblichen, vom Fahrer geschalteten Getrieben muß wäh rend des Wechsels einer Fahrstufe der Kraftfluß zwischen Mo tor und Antriebsrädern durch Öffnen einer Kupplung unterbro chen werden.

Es ist grundsätzlich bekannt, hierzu automatisch gesteuerte Kupplungen einzusetzen, d. h. die Kupplung wird beim Wechsel einer Getriebestufe automatisch geöffnet und nachfolgend wie der geschlossen.

Darüber hinaus wird die Kupplung auch beim Anfahren des Fahr zeuges automatisch gesteuert. Sobald eine zum Anfahren geeig nete Fahrstufe eingelegt wird, kann die Kupplung beispiels weise automatisch schwach geschlossen werden, derart, daß ein geringes Drehmoment übertragen wird, welches ausreicht, das Fahrzeug langsam kriechend in Bewegung zu setzen. Sobald die Motorleistung sowie die Motordrehzahl durch Betätigung eines Fahrpedales oder eines sonstigen Leistungssteuerorgans erhöht wird, wird die Kupplung automatisch im Sinne einer Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes gesteuert. Vereinfacht ausge drückt wird also die Kupplung dann zunehmend geschlossen.

Diese bekannten automatischen Kupplungen arbeiten nach Art von Reibkupplungen, deren Reibschluß vom zugeordneten Stel laggregat der Kupplung gesteuert wird.

Die Reibbeläge derartiger Kupplungen unterliegen unvermeidli chem Verschleiß. Dies hat zur Folge, daß das von der Kupplung maximal übertragbare Drehmoment unter das vom Motor erzeugba re Drehmoment absinken und die Kupplung infolgedessen ver gleichsweise häufig "durchrutschen" kann. Die dabei entste hende Reibungswärme kann zur Zerstörung der Kupplung führen.

Bei einer fahrerseits betätigten Kupplung läßt sich der Ver schleißzustand oftmals am Pedalweg oder der Betätigungskraft oder in sonstiger Weise am "Betätigungsgefühl" erkennen.

Bei einer automatisch gesteuerten Kupplung ist es grundsätz lich bekannt, mit dem Kupplungsverschleiß korrelierte Parame ter zu überwachen.

Bei einer aus der DE 30 43 348 A1 bekannten Kupplung der ein gangs angegebenen Art wird der Greifpunkt der Kupplung durch Erfassung des Betriebsverhaltens eines elektrischen Stellmo tors der Kupplung erkannt. Beim Greifpunkt tritt eine charak teristische Änderung des elektrischen Antriebsstromes des Elektromotors auf. Die auf diese Weise ermittelte tatsächli che Greifpunktlage der Kupplung wird einem als Teil der Kupp lungssteuerung vorgesehenen Sollwertgeber mitgeteilt, welcher die Sollagen des Elektromotors bei der Kupplungssteuerung pa rameterabhängig vorgibt. Damit kann der Sollwertgeber die ab gegebenen Sollwertsignale an den Istzustand anpassen. Sobald eine übermäßige Greifpunktwanderung festgestellt wird, wird ein Verschleißsignal erzeugt.

Aus der DE 36 01 708 A1 ist es bekannt, zur Reibleistungs überwachung einer Reibungskupplung sowie zur Überwachung des Reibbelagverschleißes aus dem momentan von der Kupplung über tragenen Moment und der Differenz zwischen der eingangsseiti gen und der ausgangsseitigen Drehzahl der Kupplung die momen tane Reibleistung zu errechnen und daraus die mittlere Reib leistung des Kupplungsvorganges zu bestimmen. Die mittleren Reibleistungswerte aufeinander folgender Kupplungsvorgänge werden summiert und nach Berücksichtigung von Standardwerten für eine Abkühlung mit einem für die Kupplung vorgestimmten, maximal zulässigen Reibleistungswert verglichen. Bei Über schreitung eines maximal zulässigen Reibleistungswertes wird ein Warnsignal für thermische Überlastung der Kupplung ausge löst. Durch Überwachung des Schlupfes der Kupplung im Zustand thermischer Überlastung kann ein Kriterium für unzulässig ho he Abnutzung der Reibbeläge der Kupplung gewonnen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatisch gesteuerte Kupplung mit exakter Verschleißanzeige zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sensorik zumindest eine Signalgebervorrichtung umfaßt, deren Signale ein jeweils von der Kupplung übertragenes Moment wie dergeben bzw. zu ermitteln gestatten, daß Sensoren vorhanden sind, deren Signale wiedergeben, ob die Kupplung mit Schlupf arbeitet, wobei der bei Schlupf auftretende Wert des übertra genen Momentes der Kupplung dem jeweiligen Wert des Stellwe ges des Stellaggregates als von der Kupplung übertragbares Moment zugeordnet und zusammen mit dem letztgenannten Wert gespeichert wird, und daß ein Warnsignal erzeugt wird, wenn das bei Ausschöpfung des Stellweges maximal erreichbare Kupp lungsmoment unter einen Schwellwert abfällt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das von der Kupplung tatsächlich übertragene Moment sowie den Stell weg des Stellaggregates regelmäßig zu erfassen und daraus zu ermitteln, welchen Wert das von der Kupplung maximal über tragbare Drehmoment bei Ausschöpfung des für das Stellaggre gat zur Verfügung stehenden Stellweges hat bzw. ob bei Aus schöpfung des Stellweges ein vorgegebener Schwellwert des übertragbaren Momentes überschritten wird. Hierbei wird die Tatsache genutzt, daß das von der Kupplung jeweils übertrage ne Moment M_K aus dem jeweiligen Motormoment M_M sowie dem durch die Konstruktion des Motors vorgegebenen Trägheitsmoment des Motors J_M und der zeitlichen Drehzahländerung des Motors dω/dt wie folgt leicht ermittelt werden kann:
M_K = M_M - J_Mdω/dt.

Da moderne Motoren von Kraftfahrzeugen mit einer automati schen Motorsteuerung versehen sind, die das vom Motor erzeug te Drehmoment bzw. dazu analoge Größen sowie die Motordreh zahl ständig erfaßt, stehen die für die Ermittlung des von der Kupplung tatsächlich übertragenen Momentes notwendigen motorseitigen Parameter ständig zur Verfügung. Wenn nun au ßerdem der Stellweg des Stellaggregates erfaßt wird, läßt sich ständig feststellen, welches Drehmoment bei der jeweili gen Stellung übertragen wird, bzw. übertragbar ist. Dies bie tet die Möglichkeit, ein Warnsignal zu erzeugen, sobald die "Stellwegreserve" nicht mehr ausreichend ist.

Gemäß der Erfindung wird ständig überprüft, ob die Kupplung durchrutscht oder nicht. Hierzu kann die eingangsseitige Drehzahl an der Kupplung (diese Drehzahl wird durch die Mo tordrehzahl vorgegeben) mit der ausgangsseitigen Drehzahl an der Kupplung verglichen werden (diese Drehzahl kann aus den Drehzahlen der Antriebsräder ermittelt werden). Sobald ein Durchrutschen der Kupplung festgestellt wird, wird das je weils von der Kupplung übertragene Moment dem jeweiligen Stellweg des Stellaggregates als übertragbares Moment zuge ordnet. Die einander zugeordneten Werte werden gespeichert und ständig adaptiert, so daß eine Kennlinie bzw. eine ent sprechende Kennwerttabelle vorliegen, die das von der Kupp lung übertragbare Moment in Abhängigkeit vom Stellweg des Stellaggregates wiedergeben.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Aus führungsformen beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges sowie der für die Kupplungs steuerung wesentlichen Komponenten und

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung einer hydraulisch betätigten Kupplung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 über eine automa tisch betätigte Kupplung 2 und ein Getriebe 3, dessen Fahr stufen bzw. Gänge durch manuelle Betätigung eines Schalthe bels 4 gewechselt werden, und eine Antriebswelle 5, z. B. eine Kardanwelle, mit Antriebsrädern 6 eines im übrigen nicht nä her dargestellten Kraftfahrzeuges antriebsmäßig verbunden.

Die Betätigung der Kupplung 2 erfolgt automatisch mittels ei nes motorischen Stellaggregates 7, zu dessen Steuerung eine Sensorik zur Überwachung verschiedener Parameter des Fahrbe triebes vorgesehen ist.

Diese Sensorik umfaßt eine Sensoranordnung 8, welche dem Ge triebe 3 bzw. dem Schalthebel 4 zugeordnet ist und dessen Stellungen und/oder Bewegungen erfaßt und damit die jeweils eingelegte Fahrstufe bzw. den jeweils eingelegten Gang kennt.

Durch einen Sensor 9 wird die Stellung eines zur Leistungs steuerung des Motors 1 dienenden Organs registriert, bei spielsweise einer Drosselklappe 10 des Luftansaugsystems des Motors 1.

Des weiteren umfaßt die Sensorik einen Weggeber 11, welcher dem Stellaggregat 7 zugeordnet ist und dessen Stellung und damit einen Parameter erfaßt, welcher zur Größe des von der automatischen Kupplung 2 übertragbaren Momentes analog ist.

Die Steuerschaltung 12 kommuniziert außerdem mit einer Motor steuerung 13, welche unter anderem die Aufgabe hat, die Mo tordrehzahl weitestgehend unabhängig von der Belastung des Motors auf einer Mindestdrehzahl, etwa der Leerlaufdrehzahl, zu halten. Diese Motorsteuerung 13 erzeugt auch Signale, die die jeweilige Drehzahl des Motors 1 und/oder das jeweils vom Motor 1 erzeugte Drehmoment wiedergeben.

Im übrigen kommuniziert die Steuerschaltung 12 mit Drehzahl gebern 14, welche den Fahrzeugrädern zugeordnet sind.

Aufgrund des Informationsaustausches mit der Motorsteuerung 13 kann die Steuerschaltung 12 das jeweils von der Kupplung 2 tatsächlich übertragene Drehmoment ermitteln. Gleichzeitig kennt die Steuerschaltung 12 die Stellung des Stellaggregates 7. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung 12 aufgrund der Signale der Motorsteuerung 13, welche auch die Drehzahl des Motors 1 wiedergibt, und der Signale der Drehzahlgeber 14 feststellen, ob die Kupplung 2 "schleift", d. h. ob die Dreh zahlen der Eingangsseite und der der Ausgangsseite der Kupp lung 2 voneinander abweichen. Sollte dies der Fall sein, wird die jeweilige Stellung des Stellaggregates 7 dem jeweils von der Kupplung 2 übertragenen Drehmoment zugeordnet, denn bei schleifender Kupplung 2 entspricht das jeweils tatsächlich von der Kupplung 2 übertragene Moment dem bei der zugeordne ten Stellung des Stellaggregates 7 übertragbaren Moment.

Falls dagegen die Kupplung 2 nicht schleift, d. h. wenn die eingangsseitige Drehzahl an der Kupplung 2 mit der ausgangs seitigen Drehzahl an der Kupplung 2 übereinstimmt, stellt das von der Kupplung 2 jeweils übertragene Moment lediglich den Mindestwert des bei der jeweiligen Stellung des Stellaggrega tes 7 übertragbaren Momentes dar.

Im Ergebnis kann also die Steuerschaltung 12 ständig einander zugeordnete Werte zwischen dem Stellhub des Stellaggregates 7 und dem von der Kupplung 2 übertragbaren Moment ermitteln und speichern und daraus extrapolieren, ob der verfügbare Stell weg des Stellaggregates 7 zur Erreichung eines Schwellwertes des übertragbaren Momentes der Kupplung 2 ausreicht.

Sollte dies nicht der Fall sein, wird ein Warnsignal erzeugt oder abfragbar gespeichert.

Darüber hinaus kann gegebenenfalls auch der Wert des jeweils noch von der Kupplung 2 maximal übertragbaren Momentes ermit telt und abfragbar gespeichert werden, so daß - beispielswei se bei Inspektionen des Fahrzeuges - immer eine Information über den Zustand der Kupplung 2 vorliegt.

Der in Fig. 2 nicht dargestellte Motor 1 (vgl. Fig. 1) trägt auf einem Ausgangsteil seiner Kurbelwelle ein mit der Kurbel welle drehfest verbundenes Schwungrad 16, welches fest mit einem im wesentlichen glockenförmigen, ringartigen Kupplungs gehäuse 17 verbunden ist. Gleichachsig zum Schwungrad 16 ist eine Eingangswelle 18 des Getriebes 3 angeordnet. Mit dieser Eingangswelle ist eine Mitnehmerscheibe 19 der Kupplung 2 drehfest verbunden. Diese Mitnehmerscheibe 19 ist axial nach giebig ausgebildet, derart, daß sich Reibbeläge 20, die am Außenumfang der Mitnehmerscheibe 19 auf deren beiden Stirn seiten angeordnet sind, axial gegen das Schwungrad 16 drücken lassen. Am Kupplungsgehäuse 17 ist mittels Lagerringe 21 eine Tellerfeder 22 gehaltert, deren Konkavseite dem Schwungrad 16 zugewandt ist. Am Außenumfang trägt die Tellerfeder 22 eine ringförmige Druckplatte 23, welche in - Achsansicht gesehen - die Reibbeläge 20 der Mitnehmerscheibe 19 radial vollständig überdeckt. Am Innenumfang ist die Tellerfeder 22 drehbar an einem Ausrücklager 24 abgestützt, welches auf der Eingangs welle 18 axial verschiebbar drehgelagert ist.

Das Ausrücklager 24 wird von einer Ausrückgabel 25 erfaßt, welche einen Hebel bildet, der um eine zur Achse der Ein gangswelle 18 senkrechte Schwenkachse beweglich ist. Die Aus rückgabel 25 wird mittels eines hydraulischen Nehmerzylinders 26 betätigt, der über eine Hydraulikleitung 27 mit einem hy draulischen Geberzylinder 28 kommuniziert, dessen Kolben im dargestellten Beispiel durch einen Elektromotor 29 verschieb bar ist. Dieser Elektromotor 29 bildet zusammen mit dem Neh merzylinder 26, der Hydraulikleitung 27 und dem Geberzylinder 28 das Stellaggregat 7 der Fig. 1 und wird von der Steuer schaltung 12 der Fig. 1 betätigt.

Die dargestellte Kupplung 2 arbeitet wie folgt:
Die Tellerfeder 22 sucht das Ausrücklager 24 in eine Endlage nach rechts und die Druckplatte 23 in Fig. 2 nach links zu schieben, derart, daß die Mitnehmerscheibe 19 mit ihren Reib belägen 20 axial zwischen den einander zugewandten Stirnsei ten des Schwungrades 16 und der Druckplatte 23 eingeklemmt und ein sehr hoher Kraftschluß zwischen Schwungrad 16 und Druckplatte 23 einerseits und der Mitnehmerscheibe 19 bzw. den Reibbelägen 20 andererseits erreicht wird. Wird das Aus rücklager 24 in Richtung des Schwungrades 16 verschoben, in dem der Kolben des Geberzylinders 28 mittels des Elektromo tors 29 in den Geberzylinder 28 eingeschoben wird, so wird der vorgenannte Kraftschluß zunächst zunehmend vermindert. Bei weiterer Verschiebung des Ausrücklagers 24 nach links wird dann die Mitnehmerscheibe 19 mit ihren Reibbelägen 20 axial zwischen dem Schwungrad 16 und der Druckplatte 23 frei gegeben, d. h. die Kupplung 2 wird vollständig geöffnet.

Der Weggeber 11 der Fig. 1 kann der Ausrückgabel 25 zugeord net sein, so daß die Signale des Weggebers 11 die Stellung der Ausrückgabel bzw. des Ausrücklagers 24 darstellen.

Claims

1. Automatisch gesteuerte Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Kupplung betätigenden motori schen Stellaggregat, welches von einer Sensorik gesteuert wird, die den Stellweg des Stellaggregates und weitere vorge gebene Parameter überwacht und ein Verschleißsignal erzeugt, wenn die Kupplung ein übermäßig weit verändertes Betriebsver halten aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensorik (9, 12, 13, 14) zumindest eine Signalgebervorrichtung (9, 13, 14) umfaßt, deren Signale ein jeweils von der Kupplung (2) übertragenes Moment wiedergeben bzw. zu ermitteln gestat ten,
daß Sensoren (9, 14) vorhanden sind, deren Signale wiederge ben, ob die Kupplung (2) mit Schlupf arbeitet, wobei der bei Schlupf auftretende Wert des übertragenen Momentes der Kupp lung dem jeweiligen Wert des Stellweges des Stellaggregates (7) als von der Kupplung übertragbares Moment zugeordnet und zusammen mit dem letztgenannten Wert speicherbar ist, und
daß ein Warnsignal erzeugbar ist, wenn das bei Ausschöpfung des Stellweges maximal erreichbare übertragbare Kupplungsmo ment unter einen Schwellwert abfällt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Abhängigkeit zwischen Kupplungsmoment und Stell weg des Stellaggregates (7) widerspiegelnde Kennlinie bzw. Wertetabelle ständig adaptierbar ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung eines restlichen Stellweges das Stellag gregat (7) bei normalen Fahrzuständen zumindest kurzzeitig in seine Endlage für geschlossene Kupplung (2) bringbar ist.