DE19639292C1 - Automatisch gesteuerte Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisch gesteuerte Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, welches ein manuell bzw. willkürlich zwischen unterschiedlichen Gängen bzw. Fahr­ stufen mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen schaltba­ res Getriebe zwischen Motor und Antriebsrädern aufweist, mit einem die Kupplung betätigenden motorischen Stellaggregat und einer zu dessen Steuerung dienenden Sensorik, welche einen mit der Geschwindigkeit eines Gang- bzw. Fahrstufenwechsels korrelierten Parameter erfaßt und deren Signale unter anderem ein Öffnen und Schließen der Kupplung bei einem Wechsel der Gänge bzw. Getriebestufen auslösen oder steuern.

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.

In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 195 48 799 A1 be­ kannt, einen mit der Geschwindigkeit eines Gangwechsels ge­ steuerten Parameter zu erfassen, um die Kupplung besonders schnell zu Öffnen, wenn ein zum Gangwechsel betätigter Schalthebel od. dgl. mit hoher Geschwindigkeit betätigt wird.

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.

Der Schließvorgang der Kupplung nach einem Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen kann grundsätzlich in vielfältiger Weise ge­ steuert werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als vor­ teilhaft erwiesen, bei der Schließphase eine Drehzahldiffe­ renz zwischen Kupplungseingang und Kupplungsausgang zu be­ rücksichtigen. Dazu werden bspw. einerseits die die Drehzahl des Kupplungseinganges bestimmende Motordrehzahl und anderer­ seits die Drehzahlen der Antriebsräder erfaßt. In Verbindung mit dem jeweils eingelegten Gang bzw. der jeweils eingelegten Getriebestufe bestimmen diese Raddrehzahlen die Drehzahl des Ausganges der zwischen Motor und Getriebe angeordneten Kupp­ lung. Die Signale für die Motordrehzahl stehen ohne weiteres zur Verfügung, weil heutige Fahrzeugmotoren regelmäßig mit elektronischen Steuerungen ausgerüstet sind, die bei der Steuerung des Motor dessen Drehzahlen erfassen müssen. Die Raddrehzahlen werden regelmäßig für die Steuerung eines Bremssystems mit Anti-Blockier-System abgefragt. Somit muß für die Kupplungssteuerung lediglich gewährleistet werden, daß Signale für die vorgenannten Parameter auch der Kupp­ lungssteuerung zugeführt werden. Im Ergebnis kann damit er­ reicht werden, daß beim Schließvorgang der Kupplung ein hoher Komfort erreicht wird und insbesondere ein weitestgehend ruckfreies Schließen der Kupplung gewährleistet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Kupplungssteuerung noch weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stellaggregat den Schließvorgang der Kupplung bei erfolgtem Gang- bzw. Fahrstufenwechsel in Abhängigkeit von dem mit der Geschwindigkeit des Gang- bzw. Fahrstufenwechsels korrelier­ ten Parameter steuert, derart, daß eine beim Schließen der Kupplung vorgesehene Phase mit Schlupf der Kupplung bei zu­ nehmender Schaltgeschwindigkeit zunehmend verkürzt wird.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei der Kupplungssteuerung zu berücksichtigen, ob der Fahrer einen Gang- bzw. Getriebestufenwechsel schnell oder langsam aus­ führt. Damit wird ein Parameter erfaßt, der wiedergibt, ob der Fahrer mehr sportlich oder mehr komfortbetont fahren möchte. In Abhängigkeit vom Schaltverhalten des Fahrers kann dann der Schließvorgang der Kupplung mehr komfortbetont oder mehr sportlich schnell gesteuert werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß zur Er­ fassung der Schaltgeschwindigkeit lediglich die Signale be­ reits aus anderen Gründen vorhandener Sensoren ausgewertet werden müssen. So ist dem Getriebe regelmäßig eine Senoran­ ordnung zugeordnet, die den eingelegten Gang bzw. die einge­ legte Fahrstufe erfaßt. Die Signale dieser Sensoranordnung lassen dementsprechend erkennen, ob und wann ein zuvor einge­ legter Gang bzw. eine zuvor eingelegte Getriebestufe verlas­ sen werden und wann erneut ein Gang bzw. eine Getriebestufe eingeschaltet sind. Die zwischen diesen Signalen auftretende Zeitdifferenz ist ein Parameter für die Schaltgeschwindig­ keit.

Darüber hinaus kann dem Schaltorgan des Getriebes ein Poten­ tiometer o. dgl. zugeordnet sein, welches Bewegungen des Schaltorgans erfaßt und u. a. zur Erkennung einer Schaltab­ sicht des Fahrers dient. Aus den Signalen des Potentiometers läßt sich auch die Schaltgeschwindigkeit ableiten.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird bei der Steuerung des Schließvorganges der Kupplung auch die Stellung eines vom Fahrer betätigten Fahrpedales oder eines sonstigen Organs zur fahrerseitigen Steuerung der Motorleistung berücksichtigt. Damit besteht bspw. die Mög­ lichkeit, die Kupplung nach einem Gang- bzw. Fahrstufenwech­ sel bei hoher Schaltgeschwindigkeit nur dann schnell zu schließen, wenn der Fahrer das Leistungspotential des Motors in stärkerem Maße auszunutzen wünscht, also nicht nur "sportlich schalten" sondern auch "sportlich fahren bzw. be­ schleunigen" will.

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

Dabei zeigt die einzige Figur eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges sowie der für die Kupplungssteuerung wesentlichen Komponenten.

Gemäß der Zeichnung ist ein Verbrennungsmotor 1 über eine au­ tomatisch betätigte Kupplung 2 und ein Getriebe 3, dessen Fahrstufen bzw. Gänge durch manuelle Betätigung eines Schalt­ hebels 4 gewechselt werden, und eine Antriebswelle 5, z. B. eine Kardanwelle, mit Antriebsrädern 6 eines im übrigen nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges antriebsmäßig verbunden.

Die Betätigung der Kupplung erfolgt automatisch mittels eines motorischen Stellaggregates 7, zu dessen Steuerung eine Sen­ sorik zur Überwachung verschiedener Parameter des Fahrbetrie­ bes vorgesehen ist.

Diese Sensorik umfaßt eine Sensoranordnung 8, welche dem Ge­ triebe 3 bzw. dem Schalthebel 4 zugeordnet ist und dessen Stellung und/oder Bewegungen erfaßt. Die Signale der Sen­ soranordnung 8 lassen also einerseits erkennen, welche Fahr­ stufe bzw. welcher Gang eingelegt worden sind bzw. ob und welcher Gang bzw. welche Fahrstufe verlassen werden. Anderer­ seits zeigen die Signale der Sensoranordnung 8 auch an, mit welcher Geschwindigkeit der jeweilige Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen erfolgt.

Durch einen Sensor 9 wird die Stellung eines zur Lei­ stungsteuerung des Motors 1 dienenden, fahrerseitig betätig­ ten Organs registriert, z. B. einer Drosselklappe 10 des Luft­ ansaugsystems des Motors 1.

Desweiteren 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 u. a. die Aufgabe hat, die Motordrehzahl weitestgehend unabhängig von der Belastung des Motors auf ei­ ner Mindestdrehzahl, etwa der Leerlaufdrehzahl, zu halten. Diese Motorsteuerung 13 kann auch Signale erzeugen, die die jeweilige Drehzahl des Motors 1 sowie 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. Wenn das von der Kupplung übertragene Moment mit M_K, das Drehmoment des Mo­ tors mit M_M, das konstruktiv vorgegebene Trägheitsmoment des Motors mit J_M und zeitliche Drehzahländerungen des Motors mit dω/dt bezeichnet werden, so gilt

M_K = M_M - J_M dω/dt.

Da die motorseitigen Parameter von der Motorsteuerung 13 si­ gnalisiert werden können, lassen also deren Signale immer die Belastung der Kupplung 2 erkennen.

Wenn sich die Kupplung 2 in einem Schlupfzustand befindet, d. h. wenn die eingangseitigen und ausgangseitigen Drehzahlen der Kupplung 2 voneinander abweichen, entspricht das jeweils von der Kupplung übertragene Moment dem bei der jeweiligen Schlupfphase möglichen übertragbaren Moment, wobei dieses übertragbare Moment der jeweiligen, vom Sensor 11 erfaßten Stellung des Stellaggregates 7 zugeordnet werden kann.

Die Steuerung 12 kann also ständig einander zugeordnete Werte des Stellhubes des Stellaggregates 7 und des von der Kupplung 2 übertragbaren Momentes erfassen bzw. aktualisieren und speichern. Damit "kennt" die Steuerung 12 das Betriebsverhal­ ten der Kupplung 2 und kann dieselbe prinzipiell entsprechend beliebigen Vorgaben betätigen.

Der vorgenannte Schlupfzustand der Kupplung 2 wird erfaßt, indem einerseits über die Motorsteuerung 13 die Motordrehzahl und damit die Drehzahl des Einganges der Kupplung 2 ermittelt wird. Andererseits wird über die Sensoranordnung 8 der einge­ legte Gang bzw. die eingelegte Getriebestufe und über die Drehzahlgeber 14 die Drehzahl der Antriebsräder 6 ermittelt; hieraus kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Getriebe­ übersetzung für den eingelegten Gang bzw. die eingelegte Fahrstufe die Drehzahl des Ausganges der Kupplung 2 ermittelt werden. Im Ergebnis kann also festgestellt werden, ob Eingang und Ausgang der Kupplung 2 gleiche oder unterschiedliche Drehzahlen haben, d. h. ob die Kupplung ohne oder mit Schlupf arbeitet.

Erfindungsgemäß wird nun bei der Steuerung der Kupplung 2 be­ rücksichtigt, ob ein Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen des Getriebes 3 mit höherer oder geringerer Geschwindigkeit er­ folgt. Bei geringer Schaltgeschwindigkeit wird eine ver­ gleichsweise lange Schlupfphase der Kupplung 2 nach einem Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen zugelassen. Bei hoher Schaltgeschwindigkeit wird die Schlupfphase deutlich ver­ kürzt. Auf diese Weise erfolgt die automatische Steuerung der Kupplung 2 in ähnlich unterschiedlicher Weise wie eine will­ kürlich gesteuerte Kupplung von einem komfortbewußten bzw. einem sportlichen Fahrer unterschiedlich betätigt würde.

Zusätzlich kann bei der Kupplungssteuerung noch die vom Sen­ sor 9 erfaßte Stellung der Drosselklappe 10 oder eines ande­ ren zur Leistungsteuerung des Motors 1 dienenden Organs und/oder die von der Motorsteuerung 13 gemeldete Leistung des Motors 1 berücksichtigt werden. Sobald dabei erkannt wird, daß die Motorleistung stark erhöht werden soll, wird die Schlupfphase der Kupplung 2 nach einem Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen ebenfalls verkürzt. Andererseits besteht auf diese Weise die Möglichkeit, bei hoher Schaltgeschwindigkeit von einer stark verkürzten Schlupfphase der Kupplung 2 dann abzu­ sehen, wenn der Fahrer mit vergleichsweise geringer Motorlei­ stung fahren will bzw. keinerlei Anzeichen für eine fahrer­ seitige Erhöhung der Motorleistung erkennbar sind.

Claims (4)

1. Automatisch gesteuerte Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, welches ein manuell bzw. willkürlich zwi­ schen unterschiedlichen Gängen bzw. Fahrstufen mit unter­ schiedlichen Getriebeübersetzungen schaltbares Getriebe zwi­ schen Motor und Antriebsrädern aufweist, mit einem die Kupp­ lung betätigenden motorischen Stellaggregat und einer zu des­ sen Steuerung dienenden Sensorik, welche einen mit der Ge­ schwindigkeit eines Gang- bzw. Fahrstufenwechsels korrelier­ ten Parameter erfaßt und deren Signale unter anderem ein Öff­ nen und Schließen der Kupplung bei einem Wechsel der Gänge bzw. Getriebestufen auslösen bzw. steuern, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellaggregat (7) den Schließvorgang der Kupplung (2) bei erfolgtem Gang- bzw. Fahrstufenwechsel in Abhängigkeit von dem mit der Geschwindigkeit des Gang- bzw. Fahrstufen­ wechsels korrelierten Parameter steuert, derart, daß eine beim Schließen der Kupplung (2) vorgesehene Schlupfphase mit erhöhter Schaltgeschwindigkeit zunehmend verkürzt wird.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltgeschwindigkeit durch Auswertung einer beim Gang- bzw. Fahrstufenwechsel auftretenden Zeitspanne zwischen Verlassen eines Ganges bzw. einer Fahrstufe und Erreichen ei­ nes Ganges bzw. einer Fahrstufe ermittelt wird.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer zum Gang- bzw. Fahrstufenwechsel dienenden Handhabe (4) oder einem entsprechenden Betätigungsorgan ein Geber (8) zur Erfassung der Stellgeschwindigkeit der Handhabe bzw. des Betätigungsorgans zugeordnet ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (9) für ein fahrseitig betätigbares Steueror­ gan (Drosselklappe 10) für die Motorleistung vorgesehen ist und die Steuerung der Schließgeschwindigkeit zusätzlich noch in Abhängigkeit von der Leistungssteuerung des Motors (1) er­ folgt.