DE19639296C1

DE19639296C1 - Zwischen Motor und Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnete Kupplung

Info

Publication number: DE19639296C1
Application number: DE1996139296
Authority: DE
Inventors: Franz Ing Grad Kosik; Thomas Dipl Ing Grass
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-09-26

Description

Die Erfindung betrifft eine zwischen Motor und Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnete mechanische Kupplung, wel che nach Art einer Reibkupplung ausgebildet ist und - insbe sondere bei Anfahrmanövern des Kraftfahrzeuges - zwischen ei nem vollständig bzw. weitestgehend geöffneten Zustand und ei nem schlupffreien geschlossenen Zustand kontinuierlich steu erbar ist, vorzugsweise durch automatisch gesteuerten Aktua tor, mit einer Sensorik, aus deren Signalen durch Schlupf der Kupplung verursachte Leistungs- bzw. Energieverluste ermit telbar sind, und mit einem Zähler bzw. Speicher zur Aufzeich nung und zum Aufsummieren der Energieverluste.

Da in Kraftfahrzeugen übliche Verbrennungsmotoren erst ober halb einer Mindestdrehzahl ein nennenswertes Drehmoment er zeugen können, ist es notwendig, im Antriebsstrang eine Kupp lung anzuordnen, die beim Anfahren des Fahrzeuges in einer mehr oder weniger langen Schlupfphase arbeitet, bis das Fahr zeug eine Geschwindigkeit erreicht hat, bei der der Motor auch beim verschwindendem Schlupf der Kupplung, d. h. bei vollständig geschlossener Kupplung, mit hinreichender Dreh zahl laufen kann.

Im übrigen ist das erreichbare Drehmoment von Verbrennungsmo toren begrenzt, so daß im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Getriebe notwendig sind, um das Übersetzungsverhältnis zwi schen Motor und Antriebsrädern den jeweiligen Fahrbedingungen anpassen zu können. Aus Kostengründen werden häufig willkür lich bzw. manuell zwischen unterschiedlichen Übersetzungen bzw. Gängen oder Fahrstufen schaltbare Getriebe eingesetzt, bei denen es üblicherweise notwendig ist, im Falle eines Wechsels der Gänge oder Fahrstufen den Kraftfluß zu unterbre chen, d. h. die Kupplung zu öffnen. Auch beim Wechsel der Fahrstufen bzw. Gänge kann eine Schlupfphase der Kupplung auftreten, insbesondere beim Schließen der Kupplung nach ei nem Gang- bzw. Fahrstufenwechsel.

Aus der DE 35 40 719 A1 ist eine Einrichtung zum Überlast schutz für Reibkupplungen in Kraftfahrzeugen bekannt. Diese Einrichtung ermittelt einerseits die Drehzahldifferenz zwi schen Kupplungseingang und Kupplungsausgang sowie das über tragene Drehmoment. Aus diesen Größen wird die Reibleistung sowie die beim Kupplungsvorgang verlorene Reibarbeit ermit telt. Falls letztere einen vorgegebenen Grenzwert überschrei tet, werden ein Alarmsignal gegeben und die Schlupfphase der Kupplung beendet. Auf diese Weise können kritische Temperatu ren an den Reibbelägen der Kupplung verhindert werden, ohne diese Temperaturen unmittelbar zu erfassen.

Die Schlupfphasen der Kupplung führen zu unvermeidlichem Ver schleiß der Reibbeläge der Kupplung, mit der Folge, daß nach mehr oder weniger langer Betriebs zeit ein entsprechender Aus tausch notwendig ist.

Die Standzeit einer Kupplung hängt im hohen Maße von der Fahrweise des jeweiligen Fahrers ab. Beispielsweise muß damit gerechnet werden, daß manche Fahrer bei einem Halt an einer Steigung dazu neigen, das Fahrzeug mit Motorkraft und rut schender Kupplung gegen ein Zurückrollen zu halten. Damit kann eine Kupplung in gebirgigen Gegenden vergleichsweise starkem Verschleiß unterworfen sein.

Aus der DE 36 01 708 A1 ist eine Anordnung zur Überwachung einer Reibungskupplung eines Kraftfahrzeuges bekannt, wobei auch eine unzulässig hohe Abnutzung der Reibbeläge der Kupp lung registriert werden kann. Nach dieser Druckschrift wird aus dem von der Kupplung jeweils übertragenen Drehmoment und der Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangs drehzahl der Kupplung die momentane Reibleistung errechnet und daraus die mittlere Reibleistung des Kupplungsvorgangs bestimmt. Die jeweils nach Beginn einer Fahrt ermittelten mittleren Reibleistungswerte aufeinander folgender Kupplungs vorgänge werden summiert und nach Berücksichtigung einer zu erwartenden Abkühlung der Kupplung mit einem für die Kupplung vorbestimmten, maximal zulässigen Reibleistungswert vergli chen. Bei Überschreitung des maximalen Reibleistungswertes wird ein die thermische Überlastung der Kupplung anzeigendes Warnsignal ausgelöst. Außerdem wird durch Überwachung des Schlupfes der Kupplung im Zustand thermischer Überlastung ein Kriterium für unzulässig hohe Abnutzung der Kupplungsbeläge gewonnen. Eine Verschleißermittlung ist also nur bei einem kritischen Betriebszustand der Kupplung, d. h. bei thermischer Überlastung, möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine vorteilhafte Möglich keit zur Erkennung des Verschleißzustandes der Kupplung auf zuzeigen.

Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung der eingangs angegebe nen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch Kupp lungsschlupf verbrauchte Verlustenergie ständig aufsummiert wird und der Summenwert mit einem vorgegebenen Wert, welcher regelmäßig zu einem Totalverschleiß der Kupplung führt, ver gleichbar ist.

Bei der Erfindung wird die Tatsache genutzt, daß moderne Kraftfahrzeuge zu einer optimalen Steuerung des Motors sowie der Bremsen eine umfangreiche Sensorik aufweisen, aus deren Signalen auch die jeweilige Belastung der Kupplung in Schlupfphasen ermittelbar ist.

So besitzen moderne Fahrzeuge eine Motorsteuerung, die unter anderem das jeweils vom Motor erzeugte Drehmoment sowie die Drehzahl des Motors erfassen. Darüber hinaus werden für die Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit und/oder zur Steuerung ei nes Antiblockiersystems der Fahrzeugbremsen regelmäßig die Raddrehzahlen bzw. damit korrelierte Signale erfaßt.

Mit der Motordrehzahl steht bei üblicher Anordnung der Kupp lung zwischen Motor und Getriebe des Fahrzeuges die Drehzahl des Einganges der Kupplung zur Verfügung. Durch die Raddreh zahl der Antriebsräder wird in Verbindung mit der jeweiligen Getriebeübersetzung, die durch einen den jeweiligen Gang bzw. die jeweilige Fahrstufe erfassenden Sensor ermittelt werden kann, die Drehzahl des Ausganges der Kupplung bestimmt. Gege benenfalls kann diese Drehzahl auch durch einen Drehzahlgeber am Getriebeeingang direkt ermittelt werden.

Für das jeweils von der Kupplung übertragene Moment M_K gilt, wenn das Drehmoment des Motors mit M_M, das Trägheitsmoment des Motors mit J_M und die Drehzahländerungen des Motors mit dω/dt bezeichnet werden:

M_K = M_M - J_mdω/dt.

Wenn die Differenz zwischen der Drehzahl des Kupplungseingan ges und der Drehzahl des Kupplungsausganges mit ω_EA bezeichnet wird und t wiederum die Zeit bezeichnet, so gilt für den durch Kupplungsschlupf verursachten Energieverlust E_S:

E_S = M_Kω_EAt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung wird nicht nur der durch Schlupf verursachte Energiever lust, sondern auch die entsprechende Verlustleistung berech net, welche ein Maß für die jeweils während einer Schlupfpha se auftretende Erwärmung der Kupplung ist. Damit kann auch berücksichtigt werden, daß der Verschleiß der Kupplungsbeläge temperaturabhängig ist, denn bei hoher Temperatur werden die Kupplungsbeläge nicht nur "abgerieben", sondern auch "abgebrannt".

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

Dabei zeigt die einzige Figur eine schematisierte Darstellung von Motor und Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges sowie der zur Erfassung des Kupplungsverschleißes vorgesehenen Senso rik.

Ein Verbrennungsmotor 1 ist über eine vorzugsweise automa tisch gesteuerte Kupplung 2 mit dem Eingang eines mittels ei nes Schalthebels 3 zwischen unterschiedlichen Übersetzungen bzw. Gängen umschaltbaren Getriebes 4 verbunden, dessen Aus gang über eine Antriebswelle 5, z. B. eine Kardanwelle, mit Antriebsrädern 6 gekoppelt ist.

Dem Motor 1 ist eine automatische Motorsteuerung 7 zugeord net, welche eingangsseitig mit einer Vielzahl (nicht darge stellter) Meßfühler zur Überwachung von Betriebsparametern des Motors 1 verbunden ist und in Abhängigkeit von einem durch den Fahrer betätigten Fahrpedal 8 die Leistung des Mo tors 1 steuert. Diese Motorsteuerung 7 ist mit der Eingangs seite einer Überwachungsschaltung 9 der Kupplung 2 verbunden, wobei die der Überwachungsschaltung 9 zugeleiteten Signale der Motorsteuerung 7 die Drehzahl ω des Motors sowie das je weilige Drehmoment M_M des Motors wiedergeben.

Die Überwachungsschaltung 9 ist des weiteren mit einem Geber 10 verbunden, welcher dem Getriebe 4 zugeordnet ist und Si gnale erzeugt, die den jeweils eingelegten Gang bzw. die je weils eingeschaltete Fahrstufe wiedergeben. Außerdem kommuni ziert die Überwachungsschaltung 9 mit Drehzahlgebern 11 der Antriebsräder 6 des Fahrzeuges. Diese Drehzahlgeber 11 sind Teil einer nicht dargestellten Betriebsbremse des Fahrzeuges mit Antiblockiersystem, für dessen Funktion ständig Signale über die Raddrehzahlen vorliegen müssen. Gegebenenfalls kön nen die Drehzahlgeber 11 auch noch mit einem Antischlupfsy stem zusammenwirken, welches die Aufgabe hat, durchdrehende Antriebsräder abzubremsen bzw. die Antriebsräder zu einem an genäherten Gleichlauf zu bringen.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Drehzahlsignale der Geber 11 auch der Überwachungsschaltung 9 der Kupplung 2 zu zuleiten.

Da die Überwachungsschaltung 9 aufgrund der Signale des Ge bers 10 den jeweils eingelegten Gang bzw. die jeweils einge schaltete Fahrstufe des Getriebes 2 und damit die Getriebe übersetzung kennt, kann die Überwachungsschaltung 9 aus den Signalen des Drehzahlgebers 11 ständig die Drehzahl des Aus ganges der Kupplung 2 ermitteln. Diese Drehzahl des Kupp lungsausganges wird mit der Drehzahl des Kupplungseinganges verglichen, welche der von der Motorsteuerung 7 gemeldeten Motordrehzahl entspricht. Falls die Drehzahlen von Kupplungs eingang und Kupplungsausgang übereinstimmen, arbeitet die Kupplung 2 ohne Schlupf. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Reibbeläge der Kupplung 2 in der jeweiligen Betriebsphase praktisch keinerlei Verschleiß unterworfen sind. Falls zwi schen den Drehzahlen von Kupplungseingang und Kupplungsaus gang eine Differenz vorliegt, arbeitet die Kupplung 2 mit Schlupf. In diesem Falle ermittelt die Überwachungsschaltung 9 gemäß den obigen Ausführungen das jeweils übertragene Kupp lungsmoment M_K und/oder die aufgrund des Schlupfes der Kupp lung 2 verursachten Energieverluste E_S und gegebenenfalls auch die damit verbundene Verlustleistung E_S/t. Die Energieverluste E_S werden von der Überwachungsschaltung 9 einem abfragbaren Speicher 12 zugeleitet, welcher die gemeldeten Energieverlu ste E_S ständig aufsummiert und damit die Gesamtenergieverluste "kennt", die durch Schlupf der Kupplung 2 entstanden sind.

Gegebenenfalls können die Zuwächse der Energieverluste mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren multipliziert werden, welche von der jeweiligen Verlustleistung und dem damit ver bundenen (vorübergehenden) Temperaturanstieg der Reibbeläge der Kupplung 2 abhängig sind.

Auf diese Weise läßt sich der Gesamtverschleiß der Kupplungs beläge mit hoher Genauigkeit erfassen. Bei Inspektionen des Fahrzeuges kann der Inhalt des Speichers 12 abgefragt werden, um rechtzeitig feststellen zu können, ob ein Austausch der Reibbeläge der Kupplung angezeigt ist.

Claims

1. Zwischen Motor und Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges an geordnete mechanische Kupplung, welche nach Art einer Reib kupplung ausgebildet ist und - insbesondere bei Anfahrmanö vern des Kraftfahrzeuges - zwischen einem vollständig bzw. weitestgehend geöffneten Zustand und einem schlupffreien ge schlossenen Zustand kontinuierlich steuerbar ist, vorzugswei se durch einen automatisch gesteuerten Aktuator, mit

- einer Sensorik, aus deren Signalen durch Schlupf der Kupp lung verursachte Leistungs- oder Energieverluste ermittel bar sind, und
- einem Zähler oder Speicher zur Aufzeichnung und Aufsum mierung der Energieverluste,

dadurch gekennzeichnet, daß die durch Kupplungsschlupf verbrauchte Verlustenergie ständig aufsummiert wird und der Summenwert mit einem vorge gebenen Wert, welcher regelmäßig zu einem Totalverschleiß der Kupplung führt, vergleichbar ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik (7 bis 11) Drehzahldifferenzen zwischen Ein gang und Ausgang der Kupplung (2) sowie für das bei Schlupf übertragene Moment (M_K) der Kupplung (2) erfaßt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (2) zwischen dem Motor (1) und einem Getrie be (4) des Antriebsstranges angeordnet ist und die Sensorik (7 bis 11) eine Motorsteuerung (7), deren Signale das jeweilige Drehmoment (M_M) sowie die Drehzahl (ω) des Motors (1) wieder geben bzw. zu ermitteln gestatten, sowie eine Geberanordnung (10, 11) für die Drehzahl des Ausganges der Kupplung (2) um faßt.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberanordnung (10, 11) für die Drehzahl des Ausganges der Kupplung (2) durch Drehzahlgeber (11) für die Drehzahlen der Antriebsräder (6) sowie einen Geber (10) gebildet wird, welcher die jeweils eingelegte Fahrstufe bzw. den jeweils eingelegten Gang und damit die Übersetzung des Getriebes (2) meldet.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik (7 bis 11) auch die Verlustleistung bei Schlupfphasen der Kupplung (2) erfaßt und bei Ermittlung der Zuwächse der gesamten Energieverluste als Gewichtungsfaktor zur Erfassung temperaturabhängigen Verschleißes berücksich tigt.