DE2927175A1 - Einrichtung zur automatischen betaetigung einer kraftfahrzeugkupplung - Google Patents

Einrichtung zur automatischen betaetigung einer kraftfahrzeugkupplung

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Description

V O L K S. W A G E N W E R K AKTIENGESELLSCHAFT
5180 Wolfsburg
Unsere Zeichen: K 2745
1702pt-we-öä
Einrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung (Zusatz zu Patentanmeldung P 28 35 961.9)
Sie Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Betätigung einer zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordneten Kraftfahrzeugkupplung mit einem hilfskraftbetätigten Stellmotor und einer die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals und/oder der vor und hinter der Kupplung gemessenen Drehzahlen steuernden Steuervorrichtung, die während des Anfahrenε (anfängliche Getriebeeingangsdrehzahl Ss- O) die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors in der Weise steuert, daß die Motordrehzahl eine in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals vorgegebene Solldrehzahl erreicht.
Gemäß dem Hauptpatent wird eine Einrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung mittels eines hilfskraftbetätigten Stellmotors vorgeschlagen, bei der während des Anfahrens die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors so gesteuert wird, daß die Motordrehzahl innerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbandeβ um eine in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals veränderliche Solldrehzahl bleibt. Dabei soll der Sollwert der Motordrehzahl nach einer Kurve maximaler Zugkraft verlaufen, das heißt die Solldrehzahl entspricht in jeder Fahrpedalstellung derjenigen .
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vorsitjerider Vorstand: low" Scirnuc-· t.\ »o'i-'render ■ Prol. Dr ·.-.r-. etr.st F ale ■ Lt. ;j:. Peter Freri · Gunter HarUv.C
des Aufsichtsrals: Horst Mümner · Dr. rer. pol. Werner P. Scnmid! ·_ Sottlieb M. Siroül ·· Pro!. Dt. rer. pol. Friedrich Thomee·
Drehzahl, bei der das dieser Pedalstellung zugeordnete maximale Motordrehmoment erreicht wird. Dies macht jedoch eine relativ große Kupplungsarbeit erforderlich mit erheblicher Wärmeentwicklung und entsprechendem Verschleiß und führt zudem zu verhältnismäßig hohen Geräusch- und Verbrauchswerten.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die Einrichtung nach dem Hauptpatent weiterzubilden und dabei insbesondere die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Solldrehzahl ausgehend von der Leerlaufdrehzahl stetig ansteigt, wobei ihr Wert zumindest im Bereich stärkerer Pedalbetätigungen unterhalb der der jeweiligen Pedalstellung zugeordneten Drehzahl mit maximaler Zugkraft bleibt, und daß die Solldrehzahl im Bereich maximaler Fahrpedalbetätigung sprungartig auf die der maximalen Zugkraft entsprechende Drehzahl ansteigt. Durch die Erfindung wird also zunächst einmal ein als Anfahrlinie zu bezeichnender Verlauf der Sollmotordrehzahl eingestellt, bei der zumindest im Bereich stärkerer Fedalbetätigungen die Drehzahl immer unterhalb der Drehzahl mit maximaler Zugkraft bleibt. Dieses begrenzte Motordrehzahlniveau ergibt eine geringere Kupplungsarbeit mit verhältnismäßig niedrigen Werten für die Wärmeentwicklung und den Verschleiß. Gleichzeitig werden die Motorgeräusche und der Verbrauch des Motors wegen der niedrigen Drehzahlen begrenzt. Zur Verbesserung des Grenzanfahrverhaltens soll jedoch die Anfahrdrehzahl in Vollastnähe bis zu der dem maximalen Motordrehmoment zugeordneten Motordrehzahl schlagartig angehoben werden. Dabei kann die Motordrehzahlanhebung entweder auf der Vollastlinie, das heißt auf der Linie maximaler Pedalbetätigung bzw. maximalen Drosselklappenwinkels oder aber auch bereits vor Erreichung des Vollastzustandes bei einem geringeren Drosselklappenwinkel durchgeführt werden.
In beiden Fällen kann der Umschaltpunkt durch eine Kraftschwelle, das heißt beispielsweise durch Anbringung eines zusätzlichen Federanschlages an dem Fahrpedal, gekennzeichnet werden, so daß das
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Erreichen dieses Betriebsbereiches erst nach Aufwendung einer erhöhten Pedalkraft gegeben ist. Eine Drehzahlanhebung auf der Tolllastlinie wird dabei sinnvollerweise mit einem sogenannten üb ergasbereich des Fahrpedals verbunden, das heißt der Umachaltpunkt wird erst bei Überwindung eines Pedalleerweges erreicht.
Durch diese Kraftschwelle erhält der Fahrer eine Zusatzinformation über den erreichten Lastzustand und kann seinen Fahrwunsch besser beurteilen. Im Falle der schlagartigen Drehzahlanhebung vor Erreichen der Motorvollast kann dieser Druckpunkt für ihn gleichzeitig ein Dauerlastpunkt für eine sparsamere Fahrweise unter Vermeidung der im Gemischbildner vorgesehenen Überlast sein.
Auch beim Anfahren in großer geodetisoherHöhe kann die Anhebung der Anfahrdrehzahl hilfreich sein» da hiermit das Problem sinkender Motorleistung infolge verringerter Füllung und wachsender Gemischüberfettung mit vermehrtenVorzündungsbedarf (beim Otto-Motor) verringert werden kann. TTm den Betrieb eines Kraftfahrzeugs in diesen Hegionen zu verbessern, könnte auch vorgeschlagen werden, in größerer Höhe eine Anfahrlinie n* 1- mit erhöhtem Drehzahlniveau entsprechend dem sich durch die Motorauslegung (Gemischbildner, Zündverstellkennlinie) ergebenden Bedarf anzubieten. Hierzu könnte der Verlauf der Solldrehzahl über der Pedalstellung in Abhängigkeit der beispielsweise mittels einer Barometerdose gemessenen geodetischen Höhe veränderbar sein*
Ein weiterer wesentlicher Vorschlag.der Erfindung geht dahin, daß die Steuervorrichtung eine die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors steuernde Stellgröße erzeugt, die abhängig ist von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Motordrehzahl» Dabei kann die Stellgröße mit steigender Drehzahldifferenz linear oder progressiv ansteigen, wobei die Stellgröße die Impulsdauer oder Impulsfrequenz -der in zeitlichen Abständen erfolgenden Ansteuerung von dem Stellmotor vorgeschalteten Steuerventilen sein kann. Während bei der Ausführung nach dem Hauptpatent feste Drehzahlgrenzen beiderseits der Solldrehzahl vorgegeben waren, bei deren Erreichen ein Regelvorgang in umgekehrtem Sinne ausgelöst wurde, kann die durch die Erfindung vorgegebene Regelung insgesamt spontaner sein und ein
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lästiges Hin- und Herfahren zwischen den Drehzahlgrenzen vermeiden, indem mit größer werdendem Abstand von dem Drehzahlsollwert die die Motordrehzahl auf dieBen Sollwert hinführende Stellgröße immer größer wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Kupplungssteuervorrichtung und
Figur 2 den in das Motorkennfeld eingetragenen Verlauf der
während des Anfahrvorganges einzuhaltenden Motorsolldrehzahl in Abhängigkeit von dem Motordrehmoment, wobei als Parameter der der Fahrpedalstellung entsprechende Drosselklappenwinkel eingetragen ist.
In der Figur 1 der Zeichnung ist mit 1 ein herkömmlicher Fahrzeugmotor bezeichnet, der über ein Schwungrad 3 und eine Kupplung 4 mit einem Handschaltgetriebe 2 zur manuellen Einschaltung der einzelnen Getriebegänge verbunden ist. Die Kupplung ist hier jedoch nicht, wie dies bei konventionellen Fahrzeugen üblich ist, mittels eines Fußpedals betätigbar, sondern soll zumindest alternativ auch mittels eines hilfskraftbetätigten Stellmotors 5» beispielsweise eines pneumatischen Unterdruokstellmotors, ein- bzw. ausgerückt werden. Dazu eind dem Stellmotor zwei Schaltventile 13 und 15 zugeordnet, die in Abhängigkeit von Steuersignalen einer Steuervorrichtung 6 den Arbeitsraum des Stellmotors 5 entweder mit einer Atmosphärendruck führenden Leitung 14 oder aber mit einer zu einem Unterdruckspeicher 17 führenden Leitung 16 verbinden. Der Unterdruckspeicher 17 kann dabei über eine Unterdruckleitung 18 an das Saugrohr 10 des als Otto-Motor ausgebildeten Antriebsmotors 1 hinter der Drosselklappe 9 zur Versorgung mit Unterdruck über ein Rückschlagventil 19 angeschlossen sein. Die Steuervorrichtung 6 gibt ihre Steuersignale an die Schaltventile 13 und 15 zur Druckbeaufschlagung des Stellmotors 5 in Abhängigkeit von der Stellung des die Drosselklappe 9 betätigenden Fahrpedals 7 ab, wozu an dem Fahrpedal 7 ein die Stellung des Pedals erfassender Geber 8 vorgesehen sein kann. Anstelle dessen könnte auch ein den Drosselklappenwinkel erfassender Geber verwendet wer-
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den. Die Steuervorrichtung 6 erhält außerdem noch Informationen, über die Drehzahl des Wellenstranges vor und hinter der Kupplung 4 von dort vorgesehenen Drehzahlgebern 11 und 12.
Nachfolgend soll nun kurz auf die Funktion und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtung eingegangen werden. In dem hier vorliegenden Fall interessiert dabei nur der Anfahrvorgang, das heißt das Einrücken der Kupplung bei laufendem Motor und stehendem Fahrzeug zum Anfahren des letzteren. '
Bei diesem Anfahrvorgang, der durch die von dem Drehzahlgeber 12 gemessene Drehzahl 0 der Getriebeeingangswelle festgestellt wird» wird der Kupplungseinrückvorgang gemäß der Erfindung nun so gesteuert, daß die Motordrehzahl durch entsprechendes Lösen oder Zufassen der Kupplung auf die vorgegebene Solldrehzahl gebracht wird, die abhängig von der Pedalstellung bzw. dem Drosselklappenwinkel veränderlich ist. Die Steuerung wird dabei durch mehrere in zeitlichem Abstand nacheinander folgende Steuerimpulse schrittweise durchgeführt, wobei durch Veränderung der Impulslänge oder der Impulsfrequenz die Steuervorrichtung 6 Einfluß auf den Steuerablauf nehmen, kann. Zweckmäßigerweise sollen dabei die durch die Impulsdauer oder die Impulsfrequenz gebildete Stellgröße in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Motordrehzahl verändert werden, indem mit steigender Drehzahldifferenz die Stellgröße linear oder progressiv ansteigt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Motordrehzahl um so mehr in Sichtung auf die Solldrehzahl durch entsprechende Kupplungsbetätigung hingeführt wird, je weiter sie von dieser Solldrehzahl entfernt ist. Dabei verläuft die Kurve der Solldrehzahl ausgehend von der Leerlaufdrehzahl n~ auf der Seite niedriger Drehzahlen, das heißt die ; Solldrehzahl liegt unterhalb der der jeweiligen Pedalstellung zugeordneten Drehzahl mit maximalem Drehmoment. Erst im Bereich maximaler Fahrpedalbetätigung bzw. Drosselklappenwinkel soll sie sprungartig auf die dem maximalen Drehmoment entsprechende Drehzahl ansteigen.
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In der Figur 2 der Zeichnung ist diese Kurve der Solldrehzahl η- ,, in dem Motorkennfeld eingezeichnet, in dem das Motordrehmoment M, über der Motordrehzahl n1 aufgetragen ist. Als Parameter sind noch Kurven konstanten Drosselklappenwinkels cC bzw. entsprechender PedaTbetätigung eingetragen. Die Anfahrlinie n, ., ist dabei mit dem Kurvenzug 20 angedeutet, der ausgehend von der im Punkt 21 vorliegenden Leerlaufdrehzahl n, bis zum Punkt 22 verläuft, wobei die Drehzahl etändig ansteigt. Vie aus diesem Kennfeld weiter ersichtlich ist, bleiben dabei die Drehzahlen zumindest im Bereich größerer Drosselklappenwinkel bzw. entsprechender Pedalbetätigungen unterhalb derjenigen Verte, die dem maximalen Drehmoment bei dem jeweiligen Drosselklappenwinkel bzw. der Pedalstellung zugeordnet sind.
Anstelle eines stetigen Verlaufs der Anfahrlinie n^ ., könnte diese auch durch einige wenige, im Grenzfall einen, vorzugsweise aber diskrete Sprünge ersetzt werden.
Erst in Vollastnähe soll die Anfahrdrehzahl zur Verbesserung des Grenzanfahrverhaltens bis etwa zu der dem maximalen Motordrehmoment M, zugeordneten Motordrehzahl n„, , angehoben werden. Für diese Anhebung gibt es nun zwei Möglichkeiten, von denen die eine durch den ausgezogenen Linienzug 24, der von dem Punkt 22 über den Punkt zu dem Punkt 23 führt, angegeben ist, während der andere durch den unterbrochenen Linienzug 25 angedeutet ist, der von dem Punkt 22 über den Punkt 27 zu dem Punkt 23 führt. Im ersteren Fall erfolgt die Drehzahl anhebung vor Erreichen der Vollastlinie üb , das heißt also bei einer Pedalstellung, die nicht der maximalen Pedalbetätigung entspricht, während in dem zweiten Fall die Drehzahlanhebung erst unmittelbar bei Erreichen der Vollastlinie durchgeführt wird. In beiden Fällen kann es zweckmäßig sein, eine Druckschwelle an dem Fahrpedal bzw. im Falle der Umschaltung auf der Vollastlinie, das heißt bei durchgetretenem Fahrpedal, in Verbindung mit einem Pedalleerweg ("tbergas"), vorzusehen, die das Erreichen und gegebenenfalls Überschreiten der der Drehzahlanhebung entsprechenden Fahrpedalstellung deutlich anzeigt und nur unter erhöhtem Kraftaufwand möglich macht. Dies könnte zur sparsameren Fahrweise unter Vermeidung eben dieser
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Grenzanfahrdrehzahl bzw. des tJberlastbereichs mit Zusatzanfettung im Gemischbildner während des Fahrbetriebes führen.
An einem Beispiel soll noch dargestellt werden, wie die erfindungsgemäße Steuereinrichtung wirkt. Es sei angenommen, daß beim Anfahren des Fahrzeugs das Fahrpedal um einen solohen Betrag niedergedrückt wird» daß die Drosselklappe eine in der Figur 2 mit OC χ angegebene Stellung einnimmt. Zu dieser Stellung gehört die im Punkt 28 vorliegende Soll drehzahl n.. soll χ· Ausgehend von einem Zustand mit vollständig ausgerückter Kupplung wird dann der Stellmotor 5 durch getaktete Aufsteuerung des Schaltventils 13 zeitlich begrenzt mit Atmosphärendruck beaufschlagt, so daß die Kupplung 4 durch hier nicht weiter gezeigte, aber an sich bekannte Betätigungsmittel in Einrückrichtung verstellt wird. Dabei erfolgt die Ansteuerung des Schaltventils 13 von der Steuereinrichtung 6 aus so, daß in Abhängigkeit von der Größe der Drehzahldifferenz zwischen dem Istwert der Motordrehzahl und dem Sollwert die Dauer oder die Frequenz der eine öffnung des Schaltventils 13 bewirkenden Impulse verändert wird. Dabei soll diese Stellgröße desto größer sein, je größer die Drehzahldifferenz ist. Das gleiche gilt übrigens auch für die Ansteuerung des Schaltventils 15 in dem Fall, daß die Motordrehzahl bei Beginn des Anfahrvorganges kleiner als die Solldrehzahl ist. Die Steuervorrichtung 6 bildet also eine Drehzahldifferenz Δ η, die je nachdem, ob die Istdrehzahl größer oder kleiner als die Solldrehzahl ist, zur getakteten Ansteuerung der Schaltventile 13 oder 15 verwendet wird.
In der Figur 2 der Zeichnung ist für den Fall, daß die Motordrehzahl während des Anfahrvorganges größer als die Solldrehzahl ist, die Drehzahldifferenz mit £ n* (Punkt 26) angedeutet, während für den Fall, daß die Motordrehzahl kleiner als die Solldrehzahl ist, die entsprechende Drehzahldifferenz mit ^ nii- (^ Punkt 27) angegeben ist. :
Die erfindungsgemäße Ansteuerung der Steuerventile mit einer in Abhängigkeit von der Größe der Drehzahldifferenz· veränderlichen Begel-
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größe (impulsdauer oder Impulsfrequenz) führt nun dazu, daß das bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent noch vorgesehene ständige Ein- und Ausrücken der Kupplung zwischen den durch das Drehzahlband beiderseits der Solldrehzahl gegebenen Drehzahlgrenzen vermieden wird. Bei der Erfindung wird die Motordrehzahl vielmehr von einer Seite her an die Solldrehzahl herangeführt, wobei die durch die Impulsdauer oder Impulsfrequenz gebildete Stellgröße mit zunehmender Annäherung an die Anfahrlinie kleiner wird, die Kupplungsbetätigung damit also immer feinfühliger. Der Anfahrvorgang ist schließlich abgeschlossen, wenn die Drehzahlen vor und hinter der Kupplung im wesentlichen gleich sind.
Ss sei noch darauf hingewiesen, daß die Steuerimpulse zur Steuerung der Steuerventile nicht etwa ständig, das heißt also auch bei eingerückter oder vollständig ausgerückter Kupplung mit entsprechender Frequenz erzeugt werden müssen, sondern daß es durchaus ausreicht, wenn diese nur bei Bedarf, das heißt nur während des Ein- oder Auskuppe Ivor ganges selbst, erzeugt werden. Dies würde einen kleineren Energiebedarf, eine größere Lebensdauer der Steuerventile sowie eventuell geringere Totzeitanforderungen ergeben.
Abweichend von der in der Zeichnung gezeigten Ausführung könnte die Ansteuerung des Servomotors 5 auch in der Weise erfolgen, daß die Steuereinrichtung 6 zunächst elektrisch arbeitende Vorsteuerventile ansteuert, die auf niedrigem Energieniveau liegen und mit kleinen Steuerquer schnitten auskommen. Diese Vorsteuerventile könnten dann jeweils ein oder gegebenenfalls auch ein gemeinsames Hauptsteuerventü ansteuern,das mit dem energieführenden Servomedium, beispielsweise also dem Unterdruck arbeitet und relativ große Strömungsquerschnitte aufweist. Die Verwendung von Vorsteuerventilen würde dabei besser zu der elektronischen Ansteuerung durch die Steuereinrichtung passen, weil kleinere und preiswertere Impulsverstärker (Transducer) mit geringerer Stromaufnahme benutzt werden können, und weil zusätzlich die zugeordneten kleineren Servoventile kürzere Totzeiten ihres Schaltvorgangs aufweisen, was für die Punktion des Regelkreises von .Bedeutung sein kann.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde im übrigen davon ausgegangen, daß der Stellmotor 5 durch Belüften, das heißt durch Verbinden mit der Atmosphäre, die Kupplung 4 zum Einrücken und durch Entlüften, das heißt also durch Verbinden mit dem Unterdruckspeicher 17» zum Ausrücken bringt. Selbstverständlich kann der Stellmotor auch so ausgebildet werden, daß er die Kupplung durch Belüften ausrückt und durch Entlüften einrückt.
~ΛΙ-
Leerseite

Claims (9)

VOLK S WA GENWERK AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg Unsere Zeichen: K 2743 JL JjjP 1Q7Q -We-ja AlTSP EUCH E
1.^Einrichtung zur automatischen Betätigung einer zwischen dem —Motor und dem Getriebe angeordneten Kraftfahrzeugkupplung mit einem hilfskraffbetätigten Stellmotor und einer die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals und/oder der vor und hinter der Kupplung gemessenen Drehzahlen steuernden Steuervorrichtung, die während des Anfahrens (anfängliche Getriebeeingangsdrehzahl 3#0) die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors in der Weise , steuert, daß die Motordrehzahl eine in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals vorgegebene Solldrehzahl erreicht»nach Patent Kr. ... (Patentanmeldung P 28 33 961.9), durch gekennzeichnet, daß die Solldrehzahl ausgehend von der Leerlaufdrehzahl stetig oder in diskreten Sprüngen ansteigt, wobei ihr Wert zumindest im Bereich stärkerer Pedalbetätigungen unterhalb der der jeweiligen Pedalstellung zugeordneten Drehzahl mit maximaler Zugkraft bleibt, und daß die Solldrehzahl im Bereich maximaler Pahrpedalbetätigung sprungartig auf die der maximalen Zugkraft entsprechende Drehzahl ansteigt. .--■■'
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldrehzahl in Abhängigkeit vom Außenluftdruck veränderlich ist.
ι -
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3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sprungartige Erhöhung der Solldrehzahl erst bei Erreichen der maximalen Fahrpedalbetätigung erfolgt.
4* Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sprungartige Erhöhung der Solldrehzahl bereits bei einer unterhalb des Maximalwertes liegenden Fahrpedalbetätigung erfolgt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrpedal (7) eine bei Erreichen der die sprungartige Drehzahlerhöhung bewirkenden Fedalstellung wirksam werdende Kraftschwelle aufweist, die nur mit erhöhter Pedalkraft überwindbar ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftschwelle durch einen zusätzlichen Federanschlag gebildet ist.
7* Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (6) eine die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors (5) steuernde Stellgröße erzeugt, die abhängig ist von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Motordrehzahl.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße mit steigender Drehzahldifferenz linear oder progressiv ansteigt.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße die Impulsdauer oder Impulsfrequenz der in zeitlichen Abständen erfolgenden Ansteuerung von dem Stellmotor (5) vorgeschalteten Steuerventilen (13, 15) ist.
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