DE2927175C2

DE2927175C2 -

Info

Publication number: DE2927175C2
Application number: DE2927175A
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg De Heidemeyer; Frank Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig De Zimmermann; Romanus Ing.(Grad.) 3180 Wolfsburg De Scholz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-07-05
Publication date: 1990-07-19
Also published as: DE2927175A1; FR2460798B2; FR2460798A2

Description

Die 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 Abhän gigkeit von der Stellung des Fahrpedals und/oder der vor und hin ter der Kupplung gemessenen Drehzahlen steuernden Steuervorrichtung, die während des Anfahrens (anfängliche Getriebeeingangsdrehzahl ≈ 0) die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors in der Weise steuert, daß die Motordrehzahl eine in Abhängigkeit von der Stel lung des Fahrpedals vorgegebene Solldrehzahl erreicht.

Gemäß dem Hauptpatent wird eine Einrichtung zur automatischen Be tätigung einer Kraftfahrzeugkupplung mittels eines hilfskraftbe tätigten Stellmotors vorgeschlagen, bei der während des Anfahrens die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors so gesteuert wird, daß die Motordrehzahl innerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbandes um eine in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals veränder liche Solldrehzahl bleibt. Dabei soll der Sollwert der Motordreh zahl nach einer Kurve maximaler Zugkraft verlaufen, das heißt die Solldrehzahl entspricht in jeder Fahrpedalstellung derjenigen Drehzahl, bei der das dieser Pedalstellung zugeordnete maximale Motordrehmoment erreicht wird. Dies macht jedoch eine relativ große Kupplungsarbeit erforderlich mit erheblicher Wärmeentwick lung und entsprechendem Verschleiß und führt zudem zu verhältnis mäßig 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 Pedalbetätigungen die Drehzahl immer unterhalb der Dreh zahl mit maximaler Zugkraft bleibt. Dieses begrenzte Motordrehzahl niveau ergibt eine geringere Kupplungsarbeit mit verhältnismäßig niedrigen Werten für die Wärmeentwicklung und den Verschleiß. Gleich zeitig werden die Motorgeräusche und der Verbrauch des Motors wegen der niedrigen Drehzahlen begrenzt. Zur Verbesserung des Grenzanfahr verhaltens 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 Er reichung des Vollastzustandes bei einem geringeren Drosselklappen winkel durchgeführt werden.

In beiden Fällen kann der Umschaltpunkt durch eine Kraftschwelle, das heißt beispielsweise durch Anbringung eines zusätzlichen Feder anschlages an dem Fahrpedal, gekennzeichnet werden, so daß das Erreichen dieses Betriebsbereiches erst nach Aufwendung einer er höhten Pedalkraft gegeben ist. Eine Drehzahlanhebung auf der Vol lastlinie wird dabei sinnvollerweise mit einem sogenannten Übergas bereich des Fahrpedals verbunden, das heißt der Umschaltpunkt 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 Er reichen der Motorvollast kann dieser Druckpunkt für ihn gleichzei tig ein Dauerlastpunkt für eine sparsamere Fahrweise unter Vermei dung der im Gemischbildner vorgesehenen Überlast sein.

Auch beim Anfahren in großer geodätischer Höhe kann die Anhebung der Anfahrdrehzahl hilfreich sein, da hiermit das Problem sinkender Motor leistung infolge verringerter Füllung und wachsender Gemischüberfet tung mit vermehrtem Vorzündungsbedarf (beim Otto-Motor) verringert wer den kann. Um den Betrieb eines Kraftfahrzeugs in diesen Regionen zu verbessern, könnte auch vorgeschlagen werden, in größerer Höhe eine Anfahrlinie n ₁ _soll mit erhöhtem Drehzahlniveau entsprechend dem sich durch die Motorauslegung (Gemischbildner, Zündverstellkennlinie) er gebenden Bedarf anzubieten. Hierzu könnte der Verlauf der Solldrehzahl über der Pedalstellung in Abhängigkeit der beispielsweise mittels ei ner Barometerdose gemessenen geodätischen Höhe veränderbar sein.

Ein weiterer wesentlicher Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß die Steuervorrichtung eine die Hilfskraftbeaufschlagung des Stell motors steuernde Stellgröße erzeugt, die abhängig ist von der Dif ferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Motordrehzahl. Da bei kann die Stellgröße mit steigender Drehzahldifferenz linear oder progressiv ansteigen, wobei die Stellgröße die Impulsdauer oder Im pulsfrequenz der in zeitlichen Abständen erfolgenden Ansteuerung von dem Stellmotor vorgeschalteten Steuerventilen sein kann. Wäh rend 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 lästiges Hin- und Herfahren zwischen den Drehzahlgrenzen vermeiden, indem mit größer werdendem Abstand von dem Drehzahlsollwert die die Motordrehzahl auf diesen Sollwert hinführende Stellgröße immer grö ßer wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge stellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Kupplungs steuervorrichtung und

Fig. 2 den in das Motorkennfeld eingetragenen Verlauf der während des Anfahrvorganges einzuhaltenden Motorsoll drehzahl in Abhängigkeit von dem Motordrehmoment, wo bei als Parameter der der Fahrpedalstellung entspre chende Drosselklappenwinkel eingetragen ist.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 ein herkömmlicher Fahrzeugmo tor 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 Fuß pedals betätigbar, sondern soll zumindest alternativ auch mittels eines hilfskraftbetätigten Stellmotors 5, beispielsweise eines pneu matischen Unterdruckstellmotors, ein- bzw. ausgerückt werden. Dazu sind dem Stellmotor zwei Schaltventile 13 und 15 zugeordnet, die in Abhängigkeit von Steuersignalen einer Steuervorrichtung 6 den Ar beitsraum des Stellmotors 5 entweder mit einer Atmosphärendruck füh renden 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 Ver sorgung mit Unterdruck über ein Rückschlagventil 9 angeschlossen sein. Die Steuervorrichtung 6 gibt ihre Steuersignale an die Schalt ventile 13 und 15 zur Druckbeaufschlagung des Stellmotors 5 in Ab hängigkeit 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 den. Die Steuervorrichtung 6 erhält außerdem noch Informationen über die Drehzahl des Wellenstranges vor und hinter der Kupp lung 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 Kupp lung 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 ge steuert, daß die Motordrehzahl durch entsprechendes Lösen oder Zu fassen 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 zeit lichem Abstand nacheinander folgende Steuerimpulse schrittweise durchgeführt, wobei durch Veränderung der Impulslänge oder der Im pulsfrequenz die Steuervorrichtung 6 Einfluß auf den Steuerablauf nehmen kann. Zweckmäßigerweise sollen dabei die durch die Impuls dauer oder die Impulsfrequenz gebildete Stellgröße in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Motor drehzahl verändert werden, indem mit steigender Drehzahldifferenz die Stellgröße linear oder progressiv ansteigt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Motordrehzahl um so mehr in Richtung auf die Solldrehzahl durch entsprechende Kupplungsbetätigung hinge führt wird, je weiter sie von dieser Solldrehzahl entfernt ist. Dabei verläuft die Kurve der Solldrehzahl ausgehend von der Leer laufdrehzahl n _L auf der Seite niedriger Drehzahlen, das heißt die Solldrehzahl liegt unterhalb der der jeweiligen Pedalstellung zu geordneten Drehzahl mit maximalem Drehmoment. Erst im Bereich maxi maler Fahrpedalbetätigung bzw. Drosselklappenwinkel soll sie sprung artig auf die dem maximalen Drehmoment entsprechende Drehzahl ansteigen.

In der Fig. 2 der Zeichnung ist diese Kurve der Solldrehzahl n ₁ _soll in dem Motorkennfeld eingezeichnet, in dem das Motordrehmoment M _d über der Motordrehzahl n ₁ aufgetragen ist. Als Parameter sind noch Kurven konstanten Drosselklappenwinkels α bzw. entsprechender Pe dalbetätigung eingetragen. Die Anfahrlinie n ₁ _soll ist dabei mit dem Kurvenzug 20 angedeutet, der ausgehend von der im Punkt 21 vor liegenden Leerlaufdrehzahl n _L bis zum Punkt 22 verläuft, wobei die Drehzahl ständig ansteigt. Wie aus diesem Kennfeld weiter ersicht lich ist, bleiben dabei die Drehzahlen zumindest im Bereich größerer Drosselklappenwinkel bzw. entsprechender Pedalbetätigungen unterhalb derjenigen Werte, die dem maximalen Drehmoment bei dem jeweiligen Drosselklappenwinkel bzw. der Pedalstellung zugeordnet sind.

Anstelle eines stetigen Verlaufs der Anfahrlinie n₁_soll könnte die se auch durch einige wenige, im Grenzfall einen, vorzugsweise aber 4 diskrete Sprünge ersetzt werden.

Erst in Vollastnähe soll die Anfahrdrehzahl zur Verbesserung des Grenzanfahrverhaltens bis etwa zu der dem maximalen Motordrehmoment M _{d max} zugeordneten Motordrehzahl n _{Md max} angehoben werden. Für die se Anhebung gibt es nun zwei Möglichkeiten, von denen die eine durch den ausgezogenen Linienzug 24, der von dem Punkt 22 über den Punkt 26 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 ersten Fall erfolgt die Drehzahlanhebung vor Erreichen der Vollastlinie α _max, das heißt al so 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 bei den Fällen kann es zweckmäßig sein, eine Druckschwelle an dem Fahr pedal bzw. im Falle der Umschaltung auf der Vollastlinie, das heißt bei durchgetretenem Fahrpedal, in Verbindung mit einem Pedalleerweg ("Übergas"), vorzusehen, die das Erreichen und gegebenenfalls Über schreiten der der Drehzahlanhebung entsprechenden Fahrpedalstellung deutlich anzeigt und nur unter erhöhtem Kraftaufwand möglich macht. Dies könnte zur sparsameren Fahrweise unter Vermeidung eben dieser Grenzanfahrdrehzahl bzw. des Überlastbereichs mit Zusatzanfet tung im Gemischbildner während des Fahrbetriebes führen.

An einem Beispiel soll noch dargestellt werden, wie die erfindungs gemäße Steuereinrichtung wirkt. Es sei angenommen, daß beim Anfah ren des Fahrzeugs das Fahrpedal um einen solchen Betrag niederge drückt wird, daß die Drosselklappe eine in der Fig. 2 mit α _x angegebene Stellung einnimmt. Zu dieser Stellung gehört die im Punkt 28 vorliegende Solldrehzahl n ₁ _{soll x}. Ausgehend von einem Zustand mit vollständig ausgerückter Kupplung wird dann der Stell motor 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 Betätigungs mittel in Einrückrichtung verstellt wird. Dabei erfolgt die Ansteu erung 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 Fre quenz der eine Öffnung des Schaltventils 13 bewirkenden Impulse ver ändert wird. Dabei soll diese Stellgröße desto größer sein, je grö ßer die Drehzahldifferenz ist. Das gleiche gilt übrigens auch für die Ansteuerung des Schaltventils 15 in dem Fall, daß die Motordreh zahl bei Beginn des Anfahrvorganges kleiner als die Solldrehzahl ist. Die Steuervorrichtung 6 bildet also eine Drehzahldifferenz Δ n, die je nachdem, ob die Istdrehzahl größer oder kleiner als die Solldreh zahl ist, zur getakteten Ansteuerung der Schaltventile 13 oder 15 ver wendet wird.

In der Fig. 2 der Zeichnung ist für den Fall, daß die Motordreh zahl während des Anfahrvorganges größer als die Solldrehzahl ist, die Drehzahldifferenz mit Δ n ₁ _g (Punkt 24) angedeutet, während für den Fall, daß die Motordrehzahl kleiner als die Solldrehzahl ist, die entsprechende Drehzahldifferenz mit Δ n ₁ _k (im Punkt 30) angegeben ist.

Die erfindungsgemäße Ansteuerung der Steuerventile mit einer in Ab hängigkeit von der Größe der Drehzahldifferenz veränderlichen Regel 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 Drehzahl band beiderseits der Solldrehzahl gegebenen Drehzahlgrenzen ver mieden 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 zu nehmender Annäherung an die Anfahrlinie kleiner wird, die Kupplungs betätigung damit also immer feinfühliger. Der Anfahrvorgang ist schließlich abgeschlossen, wenn die Drehzahlen vor und hinter der Kupplung im wesentlichen gleich sind.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Steuerimpulse zur Steuerung der Steuerventile nicht etwa ständig, das heißt also auch bei einge rückter 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 Aus kuppelvorganges 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 Steuerquerschnitten auskommen. Diese Vorsteuerventile könnten dann jeweils ein oder gegebenenfalls auch ein gemeinsames Hauptsteuer ventil ansteuern, das mit dem energieführenden Servomedium, beispiels weise also dem Unterdruck arbeitet und relativ große Strömungsquer schnitte aufweist. Die Verwendung von Vorsteuerventilen würde dabei besser zu der elektronischen Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 6 passen, weil kleinere und preiswertere Impulsverstärker (Transducer) mit geringerer Stromaufnahme benutzt werden können, und weil zu sätzlich die zugeordneten kleineren Servoventile kürzere Totzeiten ihres Schaltvorgangs aufweisen, was für die Funktion des Regelkreises von Bedeutung sein kann.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde im übrigen davon aus gegangen, daß der Stellmotor 5 durch Belüften, das heißt durch Ver binden 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.

Claims

1. Einrichtung zur automatischen Betätigung einer zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordneten Kraftfahrzeugkupplung mit einem hilfskraftbetätigten Stellmotor und einer die Hilfs kraftbeaufschlagung des Stellmotors in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals und/oder der vor und hinter der Kupp lung gemessenen Drehzahlen steuernden Steuervorrichtung, die während des Anfahrens (anfängliche Getriebeeingangsdrehzahl ≈ 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 28 33 961, dadurch gekenn zeichnet, daß die Solldrehzahl ausgehend von der Leerlaufdreh zahl stetig oder in diskreten Sprüngen ansteigt, wobei ihr Wert zumindest im Bereich stärkerer Pedalbetätigungen unterhalb der der jeweiligen Pedalstellung zugeordneten Drehzahl mit maxima ler Zugkraft bleibt, und daß die Solldrehzahl im Bereich maxi maler Fahrpedalbetätigung sprungartig auf die der maximalen Zug kraft entsprechende Drehzahl ansteigt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldrehzahl in Abhängigkeit vom Außenluftdruck veränderlich ist.

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 unter halb 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 Pedalstellung wirksam werdende Kraftschwelle aufweist, die nur mit erhöhter Pedalkraft über windbar 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, da durch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (6) eine die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors (5) steuernde Stell größe 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 progres siv ansteigt.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße die Impulsdauer oder Impulsfrequenz der in zeit lichen Abständen erfolgenden Ansteuerung von dem Stellmotor (5) vorgeschalteten Steuerventilen (13, 15) ist.