DE19824772B4

DE19824772B4 - Vorrichtung zur Steuerung eines Einrückzustandes einer Kupplung

Info

Publication number: DE19824772B4
Application number: DE19824772A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Salecker; Martin Zimmermann; Rolf Mack; Gebhard Michenfelder
Original assignee: Robert Bosch GmbH; LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: GB9811827D0; NO982429L; BR9801768A; GB2329442A; KR100539839B1; FR2764249A1; ITMI981237A1; GB2329442B; ES2155743B1; KR19990006601A; ES2155743A1; JPH10331870A; NO982429D0; FR2764249B1; DE19824772A1

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung oder Notbetriebssteuerung einer automatisiert betätigbaren Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe, mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren Betätigungseinheit mit einem Antrieb zum Betätigen der Kupplung, wobei die Steuerung der Kupplung im normalen Betrieb lagegeregelt oder positionsgesteuert erfolgt, wobei der Antrieb der Betätigungseinheit im Notbetrieb zeitgesteuert derart betrieben wird, dass bei einem Ein- oder Ausrückvorgang der Antrieb in einer ersten Zeitphase mit einer maximalen Leistung und in einer weiteren Zeitphase mit einer geringeren Leistung betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung oder Notbetriebssteuerung einer automatisiert betätigbaren Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe, mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren Betätigungseinheit mit einem Antrieb, zum Betätigen der Kupplung.

Solche Vorrichtungen sind durch die DE-OS 40 11 850 bekannt geworden. Kraftfahrzeuge mit solchen Vorrichtungen weisen in der Regel einen Verbrennungsmotor auf und eine automatisiert gesteuerte Kupplung zur Übertragung des Antriebsmomentes. Dabei wird zur Steuerung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes eine Lageregelung oder -steuerung mittels des Sensorsignales eines Sensors durchgeführt, welches den Einrückzustand der Kupplung detektiert. Dieser Sensor kann ein Wegsensor sein.

Ist beispielsweise der Sensor zur Detektion des Einrückzustandes defekt oder gestört, so kann eine Lageregelung nicht mehr zur schnellen Veränderung oder nicht mehr zur Veränderung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes durchgeführt werden. Der so einzustellende Einrückzustand kann somit nicht mehr gezielt durchgeführt werden.

Die DE 42 37 983 A1 beschreibt ein Kupplungsausrücksystem mit einer Notlaufstrategie, bei der bei Ausfall eines Motordrehzahlsensors oder eines Fahrpedalsensors das Öffnen oder Schließen ohne den ausgefallenen Sensor erfolgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche bei einem zeitweisen oder völligen Ausfall der Sensorik zur Detektion des Einrückzustandes eine sichere Steuerung oder Regelung des Kupplungseinrückzustandes gewährleistet und trotz eines Ausfalles eines solchen Sensors der Komfort des automatisierten Kupplungssystemes im wesentlichen aufrecht erhalten werden kann.

Dies wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, daß der Antrieb der Betätigungseinheit zeitgesteuert betrieben wird. Diese Zeitsteuerung sieht vor, daß der Antrieb derart zeitgesteuert gesteuert wird, daß die Antriebsleistung als Funktion der Zeit gesteuert wird, welches durch eine zeitabhängige Bestromung von beispielsweise einem Elektromotor erreicht wird. Statt der Verwendung eines Lagereglers wird somit durch die gezielte zeitgesteuerte Antriebsleistung eine vorbestimmte Sollposition erreicht.

Efindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass bei einer solchen Vorrichtung zur Steuerung oder Notbetriebssteuerung einer automatisiert betätigbaren Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe, mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren Betätigungseinheit mit einem Antrieb, zum Betätigen, wie Ein- und/oder Ausrücken, der Kupplung, der Antrieb der Betätigungseinheit im Notbetrieb zeitgesteuert derart betrieben wird, daß bei einem Ein- oder Ausrückvorgang der Antrieb in einer ersten Zeitphase mit einer maximalen Leistung und in einer weiteren Zeitphase mit einer geringeren Leistung betrieben wird. Durch die Reduzierung der Antriebsleistung kann eine wesentlich genauere Positionierung des Einrückzustandes erreicht werden, wenn eine zeitgesteuerte Betätigung der Kupplung durchgeführt wird. Ebenso kann dadurch ein weicheres Anfahren oder Einkuppeln bei einem Gangwechsel durchgeführt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung einen Sensor zur Detektion des Einrückzustandes der Kupplung aufweist. Mittels dieses Sensors kann die zeitgesteuerte Antriebsleistung zur Erreichung einer gewünschten Einrückposition kontrolliert werden.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen Sensor zur Detektion des Einrückzustandes der Kupplung aufweist und der Einrückzustand bei ordnungsgemäßer Funktion des Sensors mittels eines Lagereglers oder einer Positionssteuerung geregelt oder gesteuert wird. Die zeitgesteuerte Steuerung oder Regelung der Antriebsleistung kann beispielsweise bei Ausfall des Sensors durchgeführt werden.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Antrieb als ein Elektromotor ausgebildet. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann der Antrieb eine Hydraulikeinheit mit elektrisch steuerbaren Ventilen aufweisen. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn der Antrieb einen Elektromagneten aufweist.

Weiterhin ist es besonders zweckmäßig, wenn zur Steuerung der Leistung des Antriebes der Antrieb mit einer zeitgesteuerten Bestromung betrieben wird, wobei bei einer geringeren Bestromung des Antriebes die Leistung des Antriebes geringer ist. Unter einer geringeren Bestromung kann auch ein geringeres Tastverhältnis bei einer pulsweitenmodulierten Steuerung verstanden werden. Ebenso kann darunter ein amplitudenreduziertes Signal verstanden werden. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Bestromung des Antriebes zeitgesteuert, amplitudenmoduliert oder pulsweitenmoduliert erfolgt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Bestromung oder die Leistung des Antriebes bei einem Einrückvorgang oder bei einem Ausrückvorgang in zumindest einer der Zeitphasen 20 % bis 80 der maximalen Bestromung oder Leistung ist.

Zweckmäßig ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken, wenn die Steuereinheit mittels der Daten der zeitgesteuerten Leistung des Antriebes und des Einrückzustandes vor einer Betätigung der Kupplung und der Zeit der gesteuerten Leistung den aktuellen Kupplungseinrückzustand bestimmt.

Ebenso ist es zweckmäßig, wenn die Steuereinheit die Leistung des Antriebes in Abhängigkeit des aktuellen Einrückzustandes oder des Einrückzustandes vor einer Betätigung der Kupplung wählt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Steuereinheit die Leistung des Antriebes als Funktion des aktuellen bestimmten Einrückzustandes steuert, wie variiert.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken ist es vorteilhaft, wenn bei einem Einrückvorgang der Kupplung der Antrieb mit reduzierter Leistung gesteuert wird, bis der von der Steuereinheit bestimmte Einrückzustand der eingerückten Position entspricht, wobei in dieser Einrückposition der Schlupf der Kupplung detektiert wird und bei Vorliegen eines Schlupfes die Kupplung weiter eingerückt wird, bis der detektierte Schlupf verschwindet.

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges,
2 ein Blockschaltbild,
2a ein Blockschaltbild und
3 eine Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung.
Die 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Motor 2, wie Brennkraftmaschine. Weiterhin ist im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eine Kupplung 3 und ein Getriebe 4 enthalten. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 3 im Kraftfluß zwischen Motor und Getriebe angeordnet, wobei ein Antriebsmoment des Motors über die Kupplung an das Getriebe und von dem Getriebe 4 abtriebsseitig an eine Abtriebswelle 5 und an eine nachgeordnete Achse 6 sowie an die Räder 6a übertragen wird.
Die 1 zeigt weiterhin eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Einrückzustandes einer Kupplung, wie insbesondere einer automatisierten Kupplung. Als Einrückzustand wird im weiteren die Einrückposition der Kupplung zwischen zwei Endpositionen verstanden. In der einen Endposition wird im wesentlichen kein Drehmoment von der Kupplung übertragen und in der anderen Endposition wird ein maximales Drehmoment von der Kupplung übertragen. Der Einrückzustand kann auch durch das von der Kupplung übertragbare Drehmoment charakterisiert sein. In der Normalstrategie kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuerung der Kupplung ereignisgesteuert erfolgt und somit beispielsweise eine Lageregelung durchgeführt wird. In einer Notstrategie bei Ausfall eines Positionssensors wird vorteilhaft statt der ereignisgesteuerten Kupplungssteuerung eine zeitgesteuerte Kupplungssteuerung durchgeführt.
Die Vorrichtung kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung auch mittels einer Notbetriebssteuerung bei Ausfall eines Sensors oder eines anderen Bauteiles der automatisierten Kupplung betrieben werden, wobei die Steuereinheit der Vorrichtung den Defekt oder Ausfall detektiert und in eine Notbetriebssteuerung umschaltet.
Die Kupplung kann als Reibungskupplung, wie Trockenreibungskupplung, Lamellenkupplung, Magnetpulverkupplung oder Wandlerüberbrückungskupplung eines Drehmomentwandlers ausgestaltet sein. Die Kupplung kann eine selbsteinstellende, eine Verschleiß ausgleichende Kupplung sein kann. Das Getriebe 4 ist als Handschaltgetriebe, wie Wechselstufengetriebe, dargestellt.
Das Getriebe kann aber auch ein automatisiertes Schaltgetriebe sein, welches mittels zumindest eines Aktors automatisiert geschaltet werden kann. Als automatisiertes Schaltgetriebe ist im weiteren ein automatisiertes Getriebe zu verstehen, welches mit einer Zugkraftunterbrechung geschaltet wird und der Schaltvorgang der Getriebeübersetzung mittels zumindest eines Aktors angesteuert durchgeführt wird. Weiterhin kann auch ein Automatgetriebe Verwendung finden, wobei ein Automatgetriebe ein Getriebe im wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung bei den Schaltvorgängen ist und das in der Regel durch Planetengetriebestufen aufgebaut ist. Weiterhin kann ein stufenlos einstellbares Getriebe, wie beispielsweise Kegelscheibenumschlingungsgetriebe eingesetzt werden. Das Automatgetriebe kann auch mit einem abtriebsseitig angeordneten Drehmomentübertragungssystem 3, wie Kupplung oder Reibungskupplung, ausgestaltet sein.
Die Kupplung kann weiterhin als Anfahrkupplung und/oder Wendesatzkupplung zur Drehrichtungsumkehr und/oder Sicherheitskupplung mit einem gezielt ansteuerbaren übertragbaren Drehmoment ausgestaltet sein. Die Kupplung kann eine Trockenreibungskupplung oder eine naß laufende Reibungskupplung sein, die beispielsweise in einem Fluid läuft.
Die Kupplung 3 weist eine Antriebsseite 7 und eine Abtriebsseite 8 auf, wobei ein Drehmoment von der Antriebsseite 7 auf die Abtriebsseite 8 übertragen wird, indem eine Kupplungsscheibe 3a mittels der Druckplatte 3b, der Tellerfeder 3c und dem Ausrücklager 3e sowie dem Schwungrad 3d kraftbeaufschlagt wird. Zu dieser Beaufschlagung wird der Ausrückhebel 20 mittels einer Betätigungseinheit 90, wie Aktor 13b, betätigt.
Die Steuerung oder Regelung des Einrückzustandes der Kupplung 3 erfolgt mittels einer Steuereinheit 13. Die Steuereinheit kann die Steuerelektronik 13a und die Betätigungseinheit 90 umfassen. In einer anderen vorteilhaften Ausführung kann die Steuereinheit nur die Steuerelektronik 13a umfassen die Betätigungseinheit ist in einem anderen Gehäuse aufgenommen. Die Steuereinheit 13 kann die Steuer- und Leistungselektronik zur Ansteuerung des Elektromotors 12 des Aktors 13b enthalten. Dadurch kann beispielsweise vorteilhaft erreicht werden, daß das System als einzigen Bauraum den Bauraum für den Aktor mit Elektronik benötigt.
Die Betätigungseinheit besteht im wesentlichen aus einem Antrieb 12, wie Elektromotor, wobei der Elektromotor 12 über ein Getriebe, wie Schneckengetriebe oder Stirnradgetriebe oder Kurbelgetriebe oder Gewindespindelgetriebe, auf ein Ausgangselement wirkt. Dieses Ausgangselement kann ein Geberzylinder 11 sein. Das Ausgangselement kann auch ein Gestänge oder eine sonstige Verbindung sein.
Die Bewegung des Ausgangsteiles des Aktors oder der Betätigungseinheit, wie des Geberzylinderkolbens 11a, wird mit einem Kupplungswegsensor 14 detektiert, welcher die Position oder Stellung oder die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung einer Größe detektiert, welche proportional zur Position bzw. Einrückposition oder Einrückzustand respektive der Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Kupplung ist. Die Einrückposition oder der Einrückzustand charakterisiert somit das von der Kupplung übertragbare Drehmoment, da dieses übertragbare Drehmoment über die Kupplungskennlinie an die Einrückposition oder den Einrückzustand gekoppelt ist.
Der Geberzylinder 11 ist über eine Druckmittelleitung 9, wie Hydraulikleitung, mit dem Nehmerzylinder 10 verbunden. Das Ausgangselement 10a des Nehmerzylinders ist mit dem Ausrückhebel oder Ausrückmittel 20 wirkverbunden, so daß eine Bewegung des Ausgangsteiles 10a des Nehmerzylinders 10 bewirkt, daß das Ausrückmittel 20 ebenfalls bewegt oder verkippt wird, um das von der Kupplung 3 übertragbare Drehmoment anzusteuern.
Über die Stellung des Ausrückmittels 20, wie Ausrückgabel oder Zentralausrücker, kann die Kraftbeaufschlagung der Druckplatte respektive der Reibbeläge gezielt angesteuert werden, wobei die Druckplatte dabei zwischen zwei Endpositionen bewegt und beliebig eingestellt und fixiert werden kann. Die eine Endposition entspricht einer völlig eingerückten Kupplungsposition und die andere Endposition einer völlig ausgerückten Kupplungsposition. Zur Ansteuerung eines übertragbaren Drehmomentes, welches beispielsweise geringer oder größer ist als das momentan anliegende Motormoment, kann beispielsweise eine Position der Druckplatte 3b angesteuert werden, die in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Endpositionen liegt. Die Kupplung kann mittels der gezielten Ansteuerung des Ausrückmittels 20 in dieser Position fixiert werden. Es können aber auch übertragbare Kupplungsmomente angesteuert werden, die definiert über den momentan anstehenden Motormomenten liegen. In einem solchen Fall können die aktuell anstehenden Motormomente übertragen werden, wobei die Drehmomentungleichförmigkeiten im Antriebsstrang in Form von beispielsweise Drehmomentspitzen gedämpft und/oder isoliert werden.
Zur Ansteuerung, wie Steuerung oder Regelung, des Einrückzustandes der Kupplung werden weiterhin Sensoren verwendet, die zumindest zeitweise die relevanten Größen des gesamten Systems überwachen und die zur Steuerung notwendigen Zustandsgrößen, Signale und Meßwerte liefern, die von der Steuereinheit verarbeitet werden, wobei eine Signalverbindung zu anderen Elektronikeinheiten, wie beispielsweise zu einer Motorelektronik oder einer Elektronik eines Antiblockiersystemes (ABS) oder einer Antischlupfregelung (ASR) vorgesehen sein kann und bestehen kann. Die Sensoren detektieren beispielsweise Drehzahlen, wie Raddrehzahlen, Motordrehzahlen, die Position des Lasthebels, die Drosselklappenstellung, die Gangposition des Getriebes, eine Schaltabsicht und weitere fahrzeugspezifische Kenngrößen.
Die 1 zeigt, daß ein Drosselklappensensor 15, ein Motordrehzahlsensor 16, sowie ein Tachosensor 17 Verwendung finden und Meßwerte bzw. Informationen an die Steuereinheit weiterleiten. Die Elektronikeinheit, wie Computereinheit, der Steuereinheit 13a verarbeitet die Systemeingangsgrößen und gibt Steuersignale an den Aktor 13b weiter.
Das Getriebe ist als Stufenwechselgetriebe ausgestaltet, wobei die Übersetzungsstufen mittels eines Schalthebels gewechselt werden oder das Getriebe mittels dieses Schalthebels betätigt oder bedient wird. Weiterhin ist an dem Bedienhebel, wie Schalthebel 18, des Handschaltgetriebes zumindest ein Sensor 19b angeordnet, welcher die Schaltabsicht und/oder die Gangposition detektiert und an die Steuereinheit weiterleitet. Der Sensor 19a ist am Getriebe angelenkt und detektiert die aktuelle Gangposition und/oder eine Schaltabsicht. Die Schaltabsichtserkennung unter Verwendung von zumindest einem der beiden Sensoren 19a, 19b kann dadurch erfolgen, daß der Sensor ein Kraftsensor ist, welcher die auf den Schalthebel wirkende Kraft detektiert. Weiterhin kann der Sensor aber auch als Weg- oder Positionssensor ausgestaltet sein, wobei die Steuereinheit aus der zeitlichen Veränderung des Positionssignales eine Schaltabsicht erkennt.
Die Steuereinheit steht mit allen Sensoren zumindest zeitweise in Signalverbindung und bewertet die Sensorsignale und Systemeingangsgrößen in der Art und Weise, daß in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes die Steuereinheit Steuer- oder Regelungsbefehle an den zumindest einen Aktor ausgibt. Das Antriebselement 12 des Aktors, wie Elektromotor, erhält von der Steuereinheit, welche die Kupplungsbetätigung ansteuert, eine Stellgröße in Abhängigkeit von Meßwerten und/oder Systemeingangsgrößen und/oder Signalen der ange schlossenen Sensorik. Hierzu ist in dem Steuergerät ein Steuerprogramm als Hard- und/oder als Software implementiert, das die eingehenden Signale bewertet und anhand von Vergleichen und/oder Funktionen und/oder Kennfeldern die Ausgangsgrößen berechnet oder bestimmt.
Die Steuereinheit 13 hat in vorteilhafter Weise eine Drehmomentbestimmungseinheit, eine Gangpositionsbestimmungseinheit, eine Schlupfbestimmungseinheit und/oder eine Betriebszustandsbestimmungseinheit implementiert oder sie steht mit zumindest einer dieser Einheiten in Signalverbindung. Diese Einheiten können durch Steuerprogramme als Hardware und/oder als Software implementiert sein, so daß mittels der eingehenden Sensorsignale das Drehmoment der Antriebseinheit 2 des Fahrzeuges 1, die Gangposition des Getriebes 4 sowie der Schlupf, welcher im Bereich der Kupplung herrscht und der aktuelle Betriebszustand des Fahrzeuges bestimmt werden kann. Die Gangpositionsbestimmungseinheit ermittelt anhand der Signale der Sensoren 19a und 19b den aktuell eingelegten Gang. Dabei sind die Sensoren am Schalthebel und/oder an getriebeinternen Stellmitteln, wie beispielsweise einer zentralen Schaltwelle oder Schaltstange, angelenkt und diese detektieren, beispielsweise die Lage und/oder die Geschwindigkeit dieser Bauteile. Weiterhin kann ein Lasthebelsensor 31 am Lasthebel 30, wie Gaspedal, angeordnet sein, welcher die Lasthebelposition detektiert. Ein weiterer Sensor 32 kann als Leerlaufschalter fungieren, d.h. bei betätigtem Gaspedal, wie Lasthebel, ist dieser Leerlaufschalter 32 eingeschaltet und bei einem nicht betätigten Signal ist er ausgeschaltet, so daß durch diese digitale Information erkannt werden kann, ob der Lasthebel, wie Gaspedal, betätigt wird. Der Lasthebelsensor 31 detektiert den Grad der Betätigung des Lasthebels.
Die 1 zeigt neben dem Gaspedal 30, wie Lasthebel, und den damit in Verbindung stehenden Sensoren ein Bremsenbetätigungselement 40 zur Betätigung der Betriebsbremse oder der Festestellbremse, wie Bremspedal, Handbremshebel oder hand- oder fußbetätigtes Betätigungselement der Feststellbremse. Zumindest ein Sensor 41 ist an dem Betätigungselement 40 angeordnet und überwacht dessen Betätigung. Der Sensor 41 ist beispielsweise als digitaler Sensor, wie Schalter, ausgestaltet, wobei dieser detektiert, daß das Betätigungselement betätigt ist oder nicht betätigt ist. Mit diesem Sensor kann eine Signaleinrichtung, wie Bremsleuchte, in Signalverbindung stehen, welche signalisiert, daß die Bremse betätigt ist. Dies kann sowohl für die Betriebsbremse als auch für die Feststellbremse erfolgen. Der Sensor kann jedoch auch als analoger Sensor ausgestaltet sein, wobei ein solcher Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, den Grad der Betätigung des Betätigungselementes ermittelt. Auch dieser Sensor kann mit einer Signaleinrichtung in Signalverbindung stehen.
Die Steuereinheit steuert oder regelt die Kupplungseinrückposition oder den Einrückzustand der Kupplung, also im wesentlichen das von der Kupplung übertragbare Drehmoment, durch eine zeitgesteuerte Steuerung des Antriebes der Betätigungseinheit. Durch diese zeitgesteuerte Steuerung und eine dabei im wesentlichen parallele Positionsbestimmung, wie Berechnung, wird die Sollposition gesteuert. Aus den Daten des Einrückzustandes zum Zeitpunkt vor der Verstellung des Einrückzustandes und anhand der zeitgesteuerten Antriebsleistung kann der jeweilige Verfahrweg und somit die jeweilige aktuelle Position oder der aktuelle Einrückzustand bestimmt werden.
Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn ein Positionssensor ausgefallen oder gestört ist oder ein Signal eines solchen Sensors ausgefallen ist. In einem solchen Fall, wie einer Notbetriebssteuerung, des Betriebes einer automatisierten Kupplung kann von einem Lageregelungsverfahren zu einem zeitgesteuerten Verfahren übergewechselt werden. Dabei wird die Antriebsleistung des Antriebes zeitlich gesteuert, so daß bei Vorgabe einer festgelegten Zeit des Wirkens des Antriebes, ausgehend von einem aktuellen Positionswert ein vorgebbarer Positionswert erreicht wird. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß die Pulsrate oder Taktrate beispielsweise der Bestromung des Antriebes zeitgesteuert verwendet wird.
Bei einem zeitgesteuerten Betrieb der Betätigungseinheit ist es vorteilhaft, wenn der Einrückvorgang und/oder der Ausrückvorgang mit einer geringeren Antriebsleistung oder Kraft erfolgt als in einem lagegeregelten Betrieb oder in einem normalen Betrieb. Bei einem Einrückvorgang und/oder Ausrückvorgang ist es zweckmäßig, die Antriebsleistung und/oder Bestromung des Antriebes zu reduzieren, vorteilhaft ist es auch, dies während zumindest eines Zeitbereiche durchzuführen, damit die Betätigungseinheit bei einer zeitgesteuerten Steuerung nicht mit einer vollen Leistung oder Kraft gegen einen Anschlag oder Endanschlag verfährt. Ist dies der Fall, sinkt die Lebensdauer des Betätigungssystems erheblich, da die Auslegung der Bauteile des Betätigungssystems in der Regel nicht für solch hohe Belastungen durchgeführt wird und zumindest einzelne Bauteile der Betätigungseinheit auf Dauer mechanisch zerstört würden.
Es wird zur Bestimmung der aktuellen Einrückposition oder des Einrückzustandes die aktuelle Position berechnet aufgrund der Daten der jeweiligen Antriebsleistung in der jeweiligen Einrückposition. Die Veränderung der aktuellen Position ist dabei eine Funktion der Einrückposition selbst, da die in jeder Einrückposition wirkende Kraft der Kupplung im wesentlichen unterschiedlich ist.
Die Antriebsleistung wird dabei bei einem Ein- und/oder Ausrückvorgang als Funktion der jeweiligen Einrückposition gewählt.
Ist beispielsweise ein Sensor zur Detektion des Einrückzustandes vorhanden, so kann der Ausfall oder ein Fehler des Sensors beispielsweise dadurch erkannt werden, daß das Sensorsignal einen plausiblen Wertebereich verlassen hat. Ebenso kann ein Fehler des Sensors erkannt werden, wenn für eine vorgebbare Zeit, wie beispielsweise die Dauer von zumindest zwei oder mehr, wie zehn, Taktraten der Steuerung (Zeitzyklen oder Softwareinterrupts) oder des Prozessors, die Daten des Sensors nicht erneuert werden oder der Sensor keine neuen Daten erbringt. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Prozessor getaktet Sensorsignale einliest und/oder empfängt. Ist beispielsweise die Taktrate 2 ms, so ist es zweckmäßig, wenn der Sensor als fehlerhaft angesehen wird, wenn zumindest 20 ms keine Signale oder keine neuen Signale empfangen werden. Dies ist zweckmäßig, wenn das Sensorsignal alle 2 ms erfaßt wird.
Wird ein Fehler des Sensors erkannt, wird in einem Speicher ein Flag oder Statusbit gesetzt, daß ein Fehler vorliegt. In diesem Falle wird die aktuelle Einrückposition oder der aktuelle Einrückzustand auf den letzten Wert der letzten Taktrate gesetzt, wobei zu diesem Zeitpunkt der Sensor noch ordnungsgemäß gearbeitet haben sollte. Der berechnete Einrückzustand nimmt beispielsweise einen Wert im Wertebereich von 0 bis 2000 an, wobei diese Werte beliebig gewählt werde können. Tritt der Fehler direkt nach einem Einschalten der Fahrzeugzündung ein, so kann der Wert des Einrückzustandes auf 0 gesetzt werden, weil davon ausgegangen werden kann, daß die Kupplung in der Parksperreposition geschlossen ist. Der Wertebereich 0 bis 2000 kann einem Weg des Kupplungsbetätigungselementes von 0 bis 20 mm entsprechen.
Beim Ein- oder Ausrücken können verschiedene Anforderungen gleichzeitig auftreten, wobei das Ausrücken der Kupplung höher priorisiert wird als das Einrücken der Kupplung.
Ist eine der Bedingungen:

– Schaltabsicht des Fahrers durch Schalthebelbewegung,
– Neutral-Bereich im Getriebe gewählt,
– Anhalten, wie Getriebedrehzahl < Leerlaufdrehzahl + WERT und Betriebsbremse betätigt;
– Abwürgegefahr, wie Motordrehzahl < 500 1/min

Die Kupplung wird eingerückt, wenn beispielsweise ein der folgenden Bedingungen vorliegt:

– Zündung des Motors aus und Drehzahl < 2001/min (Realisierung einer Parksperre beispielsweise bei abgeschaltetem Fahrzeug,
– Getriebedrehzahl > Leerlaufdrehzahl

Im Wertebereich 0 bis 100 wird die Antriebsleistung beispielsweise auf 60% der maximalen Antriebsleistung oder die Bestromung des Motors auf 60% der maximalen Bestromung gesteuert. Dies führt vorteilhaft zu einem sicheren Losreißen des Antriebes aus der Ruheposition und überwindet die Haftreibung in der Ruheposition.
Im wesentlichen bei dem Wert 100 wird die Bestromung oder die Antriebsleistung auf 10% abgesenkt. Dies kann vorteilhaft ein langsames Durchfahren des Greifpunktes realisieren. Dies bewirkt in vorteilhafter Art ein weiches Anfahren des Fahrzeuges oder ein weiches Wiedereinkuppeln nach einem Gangwechsel.
Im Wertebereich von 100 bis 1600 wird die Antriebsleistung oder die Bestromung linear oder nichtlinear von 10% auf 20% erhöht. Dies ist vorteilhaft, wenn unterschiedliche Ausrückkräfte der Kupplung vorliegen oder wegen Verschleiß der Kupplung sich die Kupplungskennlinie verändert.
Im Wertebereich von 1600 auf 2000 wird die Bestromung oder Antriebsleistung von 20% auf ca. 40% linear oder in anderweitiger funktionaler Form erhöht. Damit wird es vorteilhaft erreicht, daß die Kupplung auch vollständig schließbar ist.
Während des Einrückvorganges oder des Ausrückvorganges wird die aktuelle Einrückposition im wesentlichen ständig neu aktualisiert und neu bestimmt oder berechnet.
Ist bei einem Einrückvorgang die Kupplung nach dem berechneten Wert der Einrückposition geschlossen und es tritt dennoch Schlupf im Bereich der Kupplung auf, wird die Kupplung weiter geschlossen, bis der Schlupf verschwindet. Der Schlupf wird aus der Kupplungseingangsdrehzahl und der Kupplungsausgangsdrehzahl berechnet.
Die 2 zeigt ein Blockdiagramm 100 zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Block 101 wird abgefragt, ob die Kupplung geschlossen wird. Dabei ist das Verfahren, wie die Routine, bereits in einem Notlauf oder in einer Notbetriebssteuerung. Die Festlegung, ob die Kupplung geschlossen wird, kann aufgrund von Fahrzeugbetriebsdaten erfolgen, wobei in Block 102 die Abfrage mit ja beantwortet wird und in Block 103 mit nein beantwortet wird. Wird die Frage des Blockes 101 mit ja beantwortet, folgt in Block 104 und den folgenden Blöcken ein Einrücken der Kupplung. Wird die Frage des Blockes 101 mit nein beantwortet, folgt in Block 112 und den folgenden Blöcken ein Ausrücken der Kupplung.
Im weiteren werden Zähler Zähler_1 und Zähler_2 verwendet und beschrieben, die als Zeitzähler verwendet werden, die bei Betrieb des Antriebes der Betätigungseinheit die Dauer des Antriebes berechnen lassen oder daraus die Position oder den Einrückzustand bestimmen lassen. Der eine Zähler Zähler_1 wird als Zeitzähler der Vollbestromung und der Zähler Zähler_2 als Zähler der Teilbestromung verwendet. Dadurch kann die notwendige Zeit der Vollbestromung und/oder Teilbestromung respektive eines Teil- oder Volleistungsantriebes bestimmt werden.
In Block 104 wird überprüft, oder abgefragt, ob der Zähler Zähler_1 einen Wert größer als null (> 0) annimmt. Ist dies der Fall, da der Block 106 diese Abfrage positiv beantwortet, wird in Block 107 der Zähler Zähler_1 um ein Inkrement (um den Wert 1) auf den Wert Zähler_1 = Zähler_1 – 1 reduziert. Anschließend erfolgt bei Block 111 ein Einrücken der Kupplung bei einer Teilbestromung der Betätigungseinheit oder des Aktormotors. Ist der Zähler Zähler_1 bei Block 104 nicht größer null, wird in Block 108 der Schlupf, also die Drehzahldifferenz zwischen der Getriebeeingangsdrehzahl und der Motordrehzahl detektiert. Ist der Schlupf größer als 50 1/min, siehe Block 109, wird bei einer Teilbestromung in Block 111 die Kupplung eingerückt. Ist der Schlupf nicht größer als der vorgebbare Wert von 50 1/min, siehe Block 110, wird in Block 122 entsprechend die Kupplung in ihrer aktuellen Position beibehalten oder die Kupplung ausgerückt.
Soll die Kupplung nach Block 103 geöffnet werden, so wird in Block 112 abgefragt, ob der Zähler Zähler_1 einen Wert kleiner als 200 annimmt. Ist dies der Fall, wird in Block 115 der Zähler Zähler_1 um den Wert 20 auf Zähler_1 + 20 inkrementiert. Der zweite Zähler Zähler_2 wird auf den Wert null gesetzt oder dort belassen. In Block 121 wird die Kupplung bei einer Vollbestromung ausgerückt.
Ist der Zähler in Block 112 nicht kleiner als 200, siehe Block 114, wobei dies ein Grenzwert sein kann, der von einem Endwert um einen vorgebbaren Betrag abweicht, wird in Block 116 abgefragt, ob der Zähler Zähler_2 kleiner als der Wert 50 ist. Ist dies der Fall, wird in Block 119 der Zähler_2 um einen Wert 1 dekrementiert, das heißt es gilt Zähler_2 = Zähler_2 – 1. Anschließend wird in Block 120 die Kupplung bei Teilbestromung ausgerückt.
Die 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die 2a zeigt ein Blockschaltbild 200. In Block 201 wird ein Sensorfehler eines Sensors, welcher einen Einrückzustand der Kupplung detektiert, festgestellt. Es wird abgefragt, ob dieser Fehler zum ersten Mal aufgetreten ist oder ob dieser Fehler bereits vorher aufgetreten ist. Wenn dieser Fehler zum ersten Mal aufgetreten ist, wird in Block 202 ein Zähler Öffnen_counter auf den Wert der Kupplungsposition „kist" zum Zeitpunkt des vorhergehenden Taktes des Prozessors gesetzt. Somit ist Öffnen_counter = kist(t – Δt) Δt ist im Ausführungsbeispiel der 2a 10·2 ms. Anschließend wird in Block 203 weiter fortgefahren. In Block 203 wird abgefragt, ob die Zündung des Fahrzeuges beispielsweise mittels eines Zündschlüssels eingeschaltet ist und somit die Steuereinheit und andere Fahrzeugaggregate aktiviert sind. Ist dies nicht der Fall, wird die Kupplung geschlossen. In Block 204 wird ein Zähler Schließ_counter abgefragt. Ist der Schließ_counter nicht kleiner 200, wird der Strom zur Bestromung des Aktors auf null gesetzt, siehe 205, und die Prozedur bei 206 beendet. Ist der Schließ_counter kleiner 200, in Block 204, wird in Block 207 abgefragt, ob eine Anfahrfreigabe vorliegt, das heißt beispielsweise der Leerlaufschalter = 0 gesetzt ist und somit das Gaspedal betätigt ist und die Motordrehzahl größer als ein vorgebbarer Wert von beispielsweise 1500 1/min ist und der Gradient der Motordrehzahl größer als null ist oder ob die Getriebeeingangsdrehzahl größer ist als die Motorleerlaufdrehzahl oder ob die Zündung des Fahrzeuges ausgeschaltet ist und die Motordrehzahl kleiner als ein vorgebbarer Wert von beispielsweise 200 1/min ist. Ist dies nicht der Fall, wird in Block 205 fortgefahren.
Ist dies der Fall, wird in Block 208 ein Speicher oder ein Flag, nämlich ein Flag_Schließen auf eins gesetzt, so daß die Kupplung geschlossen werden soll. Der Zähler Schließen_counter wird um den Wert 1 erhöht und die Stellerbetätigungsrichtung wird auf die Richtung „Schließen" eingestellt.
In Block 209 wird der Strom i zur Bestromung des Antriebsmotors auf eine Funktion des Zählers Schließ_counter eingestellt. Das heißt, daß der jeweilige Strom i variabel als Funktion des Zählers gewählt wird, damit beispielsweise anfänglich ein schneller Schließvorgang erfolgen kann und danach bei Ende des Schließvorganges ein langsameres Schließen erfolgen kann.
In Block 210 wird ein Zähler Öffnen_counter als Funktion des Zählers Öffnen_counter selbst und als Funktion des Stromes i gesetzt, so daß der Zähler einen der aktuellen Position repräsentierenden Wert annimmt.
Ist in Block 203 die Zündung des Fahrzeuges eingeschaltet, wird in Block 211 abgefragt, ob die Bremse, wie die Betriebsbremse oder die Feststellbremse betätigt ist und die Getriebedrehzahl kleiner als die Motorleerlaufdrehzahl + 200 1/min ist oder ob die Motordrehzahl kleiner als eine Abwürgeschwelle, beispielsweise 500 1/min ist, oder ob der Neutralgang im Getriebe eingelegt ist oder ob eine Schalthebelbewegung des Getriebeschalthebels von einem Sensor als Schaltabsicht detektiert wird. Ist dies nicht der Fall, wird bei 204 fortgefahren. Ist dies der Fall, wird die Kupplung geöffnet oder ausgerückt.
In Block 212 wird abgefragt, ob ein Speicher oder Flag den Wert Flag Schließen = 1 annimmt und ob ein Zähler Öffnen_counter größer als ein vorgebbarer Wert 959 ist. Ist dies nicht der Fall, wird bei Block 214 fortgefahren. Ist dies der Fall, wird bei Block 213 der Zähler Öffnen_counter auf den Wert 959 gesetzt. Dies ist vorteilhaft, damit bei einem Richtungswechsel der Betätigungsaktorbewegung kein Haften erfolgt.
In Block 214 wird der Speicher oder das Flag Flag_Schließen auf null gesetzt, der Zähler Öffnen_counter auf null gesetzt und die Verstellrichtung der Betätigungseinheit auf „Öffnen" gesetzt.
In Block 215 wird abgefragt, ob der Zähler Öffnen_counter < 2000 ist. Diese Position (Öffnen_counter < 2000) kann beispielsweise eine Endposition einnehmen oder darstellen. Ist dies nicht der Fall, wird bei 220 der Strom zur Bestromung des Aktors oder der Betätigungseinheit auf null gesetzt, da die Kupplung bereits ausgerückt ist. In Block 216 wird der Zähler um einen vorgebbaren Wert 80 erhöht. In Block 217 wird abgefragt, ob der Zähler Öffnen_counter kleiner als 1200 ist. Ist dies nicht der Fall, wird bei 219 mit einer Bestromung von ca. 50% der maximalen Bestromung der Antrieb betrieben. Ist dies in Block 217 der Fall, wird in Block 218 der Antrieb mit der maximalen Bestromung betrieben.
Die 3 zeigt eine Betätigungseinheit, wie einen Aktor 300, welcher einen Antrieb, wie Elektromotor 302, und ein Gehäuse 301 aufweist. Der Elektromotor treibt über sein Motorabtriebswelle eine Schnecke an. Diese Schnecke kämmt ein Schneckenzahnrad 303. An dem Schneckenzahnrad 304 ist eine Schubstange 304 drehbar angelenkt, die mit einem Kolben 305 eines Hydraulikgeberzylinders 306 in Wirkverbindung steht. Der Hydraulikgeberzylinder steht mit einem Nehmerzylinder 307 über eine Hydraulikstrecke 308 in Verbindung zur Betätigung der Kupplung.
Weiterhin ist ein Kraftspeicher, wie eine Feder 311 vorgesehen zur Unterstützung des Elektromotors.
Der Sensor 310 detektiert die Lage oder Winkelposition des Schneckenzahnrades 303 und somit die Ausrückposition der Kupplung, da diese über die Verbindung 304, 305, 308, 307 miteinander gekoppelt sind.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung oder Notbetriebssteuerung einer automatisiert betätigbaren Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe, mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren Betätigungseinheit mit einem Antrieb zum Betätigen der Kupplung, wobei die Steuerung der Kupplung im normalen Betrieb lagegeregelt oder positionsgesteuert erfolgt, wobei der Antrieb der Betätigungseinheit im Notbetrieb zeitgesteuert derart betrieben wird, dass bei einem Ein- oder Ausrückvorgang der Antrieb in einer ersten Zeitphase mit einer maximalen Leistung und in einer weiteren Zeitphase mit einer geringeren Leistung betrieben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Sensor zur Detektion des Einrückzustandes der Kupplung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall oder Defekt oder bei einem unplausiblen Sensorsignal des Sensors zur Detektion des Einrückzustandes der Kupplung in eine Notbetriebssteuerung umgeschaltet wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Elektromotor aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine Hydraulikeinheit mit elektrisch steuerbaren Ventilen aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Elektromagneten aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Leistung des Antriebes der Antrieb mit einer zeitgesteuerten Bestromung betrieben wird, wobei bei einer geringeren Bestromung des Antriebes die Leistung des Antriebes geringer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromung des Antriebes zeitgesteuert amplitudenmoduliert oder pulsweitenmoduliert erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromung oder die Leistung des Antriebes bei einem Einrückvorgang oder bei einem Ausrückvorgang in der weiteren Zeitphase zwischen 20 % bis 80% der maximalen Bestromung oder Leistung liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit mittels der Daten der zeitgesteuerten Leistung des Antriebes und des Einrückzustandes vor einer Betätigung der Kupplung und der Zeit der gesteuerten Leistung den aktuellen Kupplungseinrückzustand bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit die Leistung des Antriebes in Abhängigkeit des aktuellen Einrückzustandes oder des Einrückzustandes vor einer Betätigung der Kupplung wählt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit die Leistung des Antriebes als Funktion des aktuellen bestimmten Einrückzustandes steuert oder variiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Einrückvorgang der Kupplung der Antrieb mit reduzierter Leistung gesteuert wird, bis der von der Steuereinheit bestimmte Einrückzustand der eingerückten Position entspricht, wobei in dieser Einrückposition der Schlupf der Kupplung detektiert wird und bei Vorliegen eines Schlupfes die Kupplung weiter eingerückt wird, bis der detektierte Schlupf verschwindet.