Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen
Betätigung einer Kraftfahrzeugreibungskupplung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Automatisierung des Kupplungsvorgangs bei Kraftfahr
zeugen werden üblicherweise Drehmomentwandler benutzt,
die aufgrund des hohen konstruktiven Aufwands jedoch
relativ teuer sind. Zur Minderung des konstruktiven
Aufwands wurde bereits versucht, herkömmliche Kraftfahr
zeugreibungskupplungen durch einen Fliehkraftschalter zu
betätigen, der die Kupplung oberhalb der Leerlaufdrehzahl
einrückt. Diese Kupplungen haben sich als nur bedingt
brauchbar erwiesen, da sich die drehzahlabhängige Einkup
pelcharakteristik des Fliehkraftschalters nur schwer mit
der drehzahlabhängigen Drehmomentcharakteristik des
Motors in Einklang bringen läßt. Um auch das Anfahren am
Berg zu ermöglichen, muß der Einkuppelpunkt des Flieh
kraftschalters in den Bereich des maximalen Drehmoments
und damit in den Bereich einer relativ hohen Motordreh
zahl gelegt werden. Dies hat zur Folge, daß auch im
flachen Gelände stets mit relativ hoher Drehzahl angefah
ren werden muß, was sich insbesondere beim Rangieren des
Fahrzeugs als störend erweist.
Aus der DE-A-28 33 961 ist eine automatische Betätigungs
vorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung
bekannt, bei welcher die Reibungskupplung von einer
Steuerung abhängig von der Fahrpedalstellung gesteuert
wird. Die Steuerung spricht mit Hilfe von Drehzahlfühlern
auf die Drehzahldifferenz zwischen der Motordrehzahl und
der Eingangsdrehzahl des Getriebes an. Den einzelnen
Fahrpedalstellungen sind Drehzahlbereiche vorgegeben, in
welchen die momentane Motordrehzahl sich bewegen darf.
Ein pneumatischer Stellantrieb steuert die Reibungskupp
lung so, daß sich die Motordrehzahl innerhalb des erlaub
ten, abhängig von der Stellung des Fahrpedals sich ver
schiebenden Drehzahlbereichs hält. Eine Positionsüber
wachung der momentanen Position des Kupplungsausrückers
ist nicht vorgesehen. Da bei der bekannten Betätigungs
vorrichtung die momentane Position des Kupplungsausrüc
kers nur unzureichend exakt der momentanen Einstellung
des Fahrpedals zugeordnet werden kann, ergeben sich
Probleme bei der Steuerung der Reibungskupplung im Ran
gierbetrieb des Kraftfahrzeugs.
Aus US 2 144 074 ist eine auf pneumatischer Basis arbeitende
Kupplungssteuerung bekannt, bei welcher ein Fliehkraftregler über
ein Steuerventil einen Steuerluftdruck erzeugt, der ein Maß für
die Motordrehzahl ist. Abhängig von dem Steuerluftdruck wird ein
Druckreduzierventil gesteuert, das seinerseits den Luftdruck in
einem Kupplungsbetätigungszylinder steuert. Dem Steuerventil des
Fliehkraftreglers ist ein vom Fahrpedal betätigbares Ventil
vorgeschaltet, das im Ruhezustand des Fahrpedals eine das
Steuerventil des Fliehkraftreglers und damit den Kupplungs
betätigungszylinder speisende Druckluftquelle abschaltet und bei
Auslenkung des Fahrpedals aus der Ruhestellung einschaltet. Die
tatsächlich sich einstellende Betätigungsposition der Kupplung
wird nicht erfaßt. Durch konstruktive Maßnahmen wird sicher
gestellt, daß bei Erreichen einer vorbestimmten Größe des Steuer
luftdrucks der Maximaldruck der Druckluftquelle in dem Kupplungs
betätigungszylinder liegt.
Aus DE 15 05 452 ist es bekannt, die Kupplung eines Kraftfahrzeugs
mittels eines Unterdruckzylinders zu betätigen, dessen Speiseunter
druck mittels einer Steuerventilanordnung von einer Steuerung
auf einen Wert eingestellt werden kann, der von der Motordrehzahl
der Brennkraftmaschine abhängt. Auch hier umfaßt der Positionier
antrieb jedoch keinen Positionsregelkreis, der die Betätigungs
position der Kupplung durch Sollwert/Istwert-Vergleich regelt.
Überdies ist auch hier die Zuordnung der Einkuppelposition zur
Motordrehzahl konstruktiv festgelegt und kann nicht abhängig vom
Fahrpedal variiert werden. Für den Gangwechsel bei Fahrgeschwin
digkeiten oberhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle
ist jedoch vorgesehen, daß die Kupplung nach erfolgtem Gangwechsel
auf eine Betätigungsposition im Schleifbereich eingestellt wird,
die durch die Einstellung des Fahrpedals festgelegt ist. Aus
dieser Betätigungsposition wird die Kupplung nach Ablauf einer
vorbestimmten Zeitspanne selbsttätig in die Einkuppelposition, in
der sie vollständig eingekuppelt ist, gestellt.
Aus DE 25 00 330 ist eine Kupplungsbetätigungsanordnung bekannt,
bei welcher die Kupplung durch Vergleich eines Soll-Positionssignals
mit einem von einem Kupplungsstellungsgeber erzeugten Ist-
Positionssignal positionsgeregelt wird. Die Soll-Position wird im
Schleifbereich der Kupplung abhängig von der Stellung eines
Fahrpedals bestimmt. Die Kupplung wird auf die Einkuppelposition
gestellt, wenn der Vergleich der gemessenen Eingangsdrehzahl und
Ausgangsdrehzahl der Kupplung Drehzahlgleichheit ergibt. Die
Einkuppelposition liegt hierbei konstruktiv fest.
Aus FR 1 069 199 ist es bekannt, bei einer hydraulischen Kupp
lungsbetätigungsvorrichtung, bei welcher ein Ausrückzylinder über
ein Steuerventil für den Ausrückvorgang beschickt wird, das
Steuerventil abhängig vom Druck einer zweiten, direkt von der
Brennkraftmaschine angetriebenen Pumpe zu steuern. Die Pumpe
erlaubt es, die Gleichgewichtslage des Steuerventils mit wachsender
Motordrehzahl in Richtung Einrücken der Kupplung zu verlagern.
Aus dem Zusatzpatent FR-67 441 zu FR 1 069 199 ist es über den
vorstehenden Sachverhalt hinaus bekannt, in die zum Ausrückzylinder
der Kupplung führende Hydraulikleitung ein für den
Auskuppelvorgang öffnendes Einwegventil und parallel dazu eine
einstellbare Strömungsdrossel anzuordnen, die für den Fall eines
Gangwechsels eine Justierung der Einkuppelgeschwindigkeit erlaubt.
Beide vorstehend erläuterten Kupplungsbetätigungsvorrichtungen
erlauben es jedoch nicht, eine festgelegte Zuordnung der Ein
kuppelposition zur Motordrehzahl abhängig von der Einstellung
eines Fahrpedals zu ändern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur auto
matischen Betätigung einer Reibungskupplung eines Kraft
fahrzeugs zu schaffen, bei der das Einrückverhalten der
Reibungskupplung besser den unterschiedlichsten Fahrsitu
ationen, insbesondere beim Anfahren des Kraftfahrzeugs,
angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei
chen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsbetätigungsvorrichtung
erlaubt der Positionier-Servoantrieb das Einstellen der
Reibungskupplung auf eine durch ein Positions-Sollsignal
einer Positionssteuerung bestimmte Betätigungsposition.
Die Positionssteuerung, die nach Art einer Programmsteue
rung arbeitet, weist einen Steuersignalgenerator auf,
welcher einen vorbestimmten charakteristischen Zusammen
hang zwischen einem von einem Drehzahlgeber erzeugten,
der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Dreh
zahlsignal und dem Positions-Sollsignal festlegt. Im
Schleifbereich zwischen einer Grenzposition beginnender
Drehmomentübertragung und einer Einkuppelposition, in welcher
die Kupplung vollständig eingekuppelt ist, wird
das Positions-Sollsignal abhängig von dem Drehzahlsignal
erzeugt. Auf diese Weise kann der Fahrer über das Fahrpe
dal die Motordrehzahl steuern und damit unmittelbar das
Einrücken der Kupplung beeinflussen. Dies erlaubt nicht
nur praxisgerechtes Anfahren, sondern erleichtert auch
den Rangierbetrieb.
Durch geeignete Bemessung der von dem Steuersignalgenera
tor, nachfolgend auch Funktionsgeber genannt, vorgegebe
nen Charakteristik kann auf diese Weise die Einkuppelcha
rakteristik vorgegeben und den Anforderungen herkömmli
cher Kraftfahrzeugreibungskupplungen, zum Beispiel den
üblichen Scheiben-Trockenkupplungen, angepaßt werden.
Bei dem Steuersignalgenerator kann es sich um einen
Festwertspeicher handeln, dessen gespeicherte Informatio
nen motordrehzahlabhängig abgerufen werden. In dem Fest
wertspeicher können mehrere Funktionen gespeichert sein,
deren Auswahl beispielsweise abhängig von einem oder
mehreren weiteren Betriebsparametern des Motors oder der
Fahrsituation des Fahrzeugs erfolgen kann. Die Auswahl
kann beispielsweise von einem Mikroprozessor gesteuert
werden, der auch weitere Funktionen der Positionssteue
rung übernimmt. Als Steuersignalgenerator eignen sich
aber auch diskret aufgebaute Schaltungen, deren Übertra
gungsfaktor der vorgegebenen Positionscharakteristik
entsprechend bemessen ist. Durch Ein
stellung und Veränderung der Parameter solcher Schaltungen
lassen sich auch bei dieser Lösung weitere Motor- oder Fahr
situationsparameter berücksichtigen. Die Betätigungsvorrichtung
kann sowohl bei handgeschalteten Getrieben als auch bei
Getrieben benutzt werden, bei welchen die Gänge servogesteuert
gewechselt werden.
Das vom Motor abgegebene Drehmoment ist einerseits von der
Motordrehzahl abhängig und andererseits von der Einstellung
eines das Motordrehmoment beeinflussenden Einstellorgans.
Bei diesem Einstellorgan kann es sich um das Gaspedal, die
Starterklappe, die Drosselklappe oder gegebenenfalls das
Stellglied einer Einspritzpumpe handeln. Weiterhin ist bei
herkömmlichen Reibungskupplungen die Einkuppelposition, das
heißt diejenige Position ihres Betätigungsorgans, bei welcher
die Kupplung gerade nicht mehr rutscht, ebenfalls von dem
Motordrehmoment abhängig. Diesem Verhalten wird dadurch Rechnung
getragen, daß die entsprechend der Charakteristik der Positions
steuerung vorgegebene Zuordnung der Einkuppelposition zur Motor
drehzahl abhängig von der Einstellung des das Motordrehmoment
beeinflussenden Einstellorgans änderbar ist. Die Änderung
erfolgt in der Weise, daß die Einkuppelposition mit wachsenden
Drehmoment bei zunehmenden Motordrehzahlwerten erreicht
wird. Auf diese Weise wird die Einkuppelposition
bei niederer Drehzahl etwa beim Rangieren des
Fahrzeugs oder beim üblichen Anfahren bereits bei wenig Gas
erreicht. Bei Vollgas hingegen wird die Einkuppelposition
erst bei hohen Drehzahlen erreicht, bei welchen üblicherweise
auch das maximale Drehmoment des Motors liegt. Optimale
Verhältnisse ergeben sich, wenn die Einkuppelposition
abhängig von der Einstellung des Einstellorgans im wesentlichen
derjenigen Motordrehzahl zugeordnet ist, bei welcher
das maximale Motordrehmoment für diese Einstellung des Einstellorgans
auftritt.
Ein wesentlicher Nachteil fliehkraftbetätigter Kraft
fahrzeugkupplungen ist, daß die Einkuppeldrehzahl festliegt
und beim Anfahren nicht überschritten werden
kann. Die Einkuppeldrehzahl muß deshalb mit derjenigen Motor
drehzahl übereinstimmen, bei welcher das maximale Motordreh
moment erreicht wird. Beim Rangieren muß also mit un
nötig hoher Motordrehzahl gefahren werden. Dieser Nach
teil wird vermieden, wenn die Positionssteuerung die An
triebsvorrichtung mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung
auf die vom Steuersignalgenerator vorgegebene Position einstellt.
Wird, wie etwa beim Rangieren des Fahrzeugs nur wenig Gas
gegeben, so erhöht sich die Motordrehzahl langsam bezogen
auf die vorgegebene Zeitverzögerung, so daß die Positions
steuerung die Position des Betätigungsorgans der Kupplung entsprechend
der vom Steuersignalgenerator bestimmten Charakteristik einstellen
kann. Aufgrund der vorgegebenen Zeitverzögerung kann jedoch
auch mit Vollgas und hoher Motordrehzahl angefahren werden,
da die vorgegebene Zeitverzögerung zur Beschleunigung des
Motors ausreicht, bis die Positionssteuerung die Kupplung
einrückt. In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform
kann dieses Einkuppelverhalten dadurch erreicht werden, daß
der Einkuppelbetriebsablauf der Positionssteuerung über eine
auf die Motordrehzahl ansprechende Schwellwertstufe bei
Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Schwellwerts aus
lösbar ist und daß eine Verzögerungsstufe den Beginn des
Einkuppelbetriebsablaufs um eine vorgegebene Zeitspanne
gegen den Auslösezeitpunkt der Schwellwertstufe verzögert.
Das Ausgangssignal der Positionssteuerung folgt somit nicht
der plötzlichen Drehzahländerung sondern nähert sich dem
geänderten Drehzahlwert zeitlich verzögert entsprechend
einer Exponentialfunktion.
Bei Mehrganggetrieben spricht die Positionssteuerung bevor
zugt auf dessen Gangeinstellung an, wobei vorgesehen ist,
daß die motordrehzahlabhängige Charakteristik der Position
des Betätigungsorgans der Kupplung abhängig von der Gangeinstellung
vorgebbar ist. Auf diese Weise kann den in den einzelnen Gän
gen normalerweise unterschiedlichen Fahrsituationen besser
Rechnung getragen werden. Normalerweise genügen zwei unter
schiedliche Funktionsprogramme, von denen das erste dem An
fahrverhalten des Fahrzeugs im 1. Gang oder im Rückwärts
gang angepaßt ist, während das zweite Programm den Gang
wechsel der höheren Gänge während des Fahrbetriebs steuert.
Beim Anfahren gemäß dem ersten Funktionsprogramm wird ein
brauchbares Einkuppelverhalten erreicht, wenn die Positions
steuerung die Einkuppelposition und/oder die Position des
Betätigungsorgans im Schleifbereich der Kupplung im wesent
lichen proportional zur Motordrehzahl ändert. Eine solche
Charakteristik läßt sich auf relativ einfache Weise in
analoger Schaltungstechnik, beispielsweise mit Hilfe von
Integratoren aufbauen. Ähnlich einfach realisieren läßt
sich das den Einkuppelbetrieb beim Schalten der höheren
Gänge bestimmende zweite Funktionsprogramm, wenn es die
Position des Betätigungsorgans entsprechend einer Charak
teristik steuert, bei der das Betätigungsorgan mit einer
der Motordrehzahl proportionalen Bewegungsgeschwindigkeit
bewegt wird. Ein solches Funktionsprogramm verkürzt die
Einkuppelzeit mit wachsender Drehzahl.
Beim automatischen Betrieb der Kupplung muß die Kupplung
nicht nur beim Wechseln der Gänge ausgerückt werden, son
dern auch in sämtlichen Fahrsituationen, die zu einem Ab
würgen des Motors führen können. Zur Steuerung des Aus
kuppelbetriebes müssen mehrere Parameter durch Erzeugung
von Steuersignalen berücksichtigt werden. Eine erste geeig
nete Auskuppelbedingung kann aus der Einleitung des Gang
wechsels abgeleitet werden, die beispielsweise mit Hilfe
eines geteilten, einen Schaltkontakt betätigenden Ganghebels
erfaßt werden kann. Eine zweite Auskuppelbedingung liegt be
vorzugt vor, wenn ein vorgegebener Wert der Motordrehzahl
unterschritten wird. Die Kupplung kann aber auch ausgerückt
werden, wenn bei einem eingelegten Vorwärtsgang höher als
der 1. Gang die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs einen
vorgegebenen Wert unterschreitet. Auf diese Weise kann
nicht nur das Anfahren in einem höheren Gang verhindert
werden, sondern auch das Abwürgen des Motors, wenn das
Fahrzeug bei eingelegtem Gang abgebremst wird. Die vor
stehend erläuterten Auskuppelbedingungen reichen für nor
malerweise auftretende Fahrsituationen aus. Weitere Aus
kuppelbedingungen können jedoch vorgesehen sein. Beispiels
weise kann vorgesehen sein, daß die Kupplung abhängig von
der Betätigung eines zusätzlichen Schalters, vorzugsweise
eines Handschalters ausgerückt wird. Die auf diese Weise
erzielte Freilauffunktion kann zur Kraftstoffeinsparung
ausgenutzt werden, wobei das Ausrücken der Kupplung zweck
mäßigerweise nur dann erfolgen sollte, wenn sich gleich
zeitig das Gaspedal in Ruhestellung befindet.
Zweckmäßigerweise ist die Positionssteuerung bei Vorliegen
einer der Auskuppelbedingungen für den Einkuppelbetrieb
gesperrt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Aus
kuppelbetrieb Vorrang gegenüber dem Einkuppelbetrieb hat.
Der Einkuppelbetrieb wird vorzugsweise davon abhängig ge
macht, das keine der überwachten Auskuppelbedingungen vor
liegt.
Der Kupplungswegbereich zwischen der Auskuppelposition und
der vorstehend erläuterten Grenzposition des Betätigungs
organs der Kupplung umfaßt normalerweise etwa zwei Drittel des gesamten
Betätigungswegs, während der Schleifbereich in der Größen
ordnung von etwa 20 bis 40 Prozent des gesamten Bereichs
liegt. Der Bereich zwischen der Auskuppelposition und der
Grenzposition sollte beim Einkuppeln deshalb so rasch wie
möglich durchlaufen werden. Zur Geschwindigkeitsumschaltung
kann ein in der Grenzposition vom Betätigungsorgan betätig
ter Schalter vorgesehen sein. Ein solcher Schalter erübrigt
sich, wenn die Antriebsvorrichtung einen Positionsregel
kreis aufweist, der die Ist-Position des Betätigungsorgans
abhängig von einer durch die Positionssteuerung motordreh
zahlabhängig vorgegebenen Soll-Position regelt. Die Positions
steuerung dient hierbei als Sollwertgeber. Befindet
sich das Betätigungsorgan im Bereich zwischen der Aus
kuppelposition und der Grenzposition, so stimmt seine
Position nicht mit der motordrehzahlbedingten Soll-Posi
tion überein, so daß die Antriebsvorrichtung aufgrund des
dann maximalen Fehlersignals mit maximaler Geschwindigkeit
bewegt, bis die der Motordrehzahl entsprechende Soll-Posi
tion erreicht ist.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Motor-Kupplung-
Getriebe-Einheit eines Kraftfahrzeugs mit zugehöriger
automatischer Kupplungsbetätigungsvorrichtung;
Fig. 2 ein Diagramm des Ausgangssignals U einer Positions
steuerung der Vorrichtung dargestellt in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl n;
Fig. 3 ein Diagramm des Motordrehmoments M dargestellt in
Abhängigkeit von der Motordrehzahl n;
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild eines Steuersignalgenerators
für ein Anfahrprogramm und
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Steuersignalgenerators
für ein Schaltprogramm zum Schalten höherer Gänge.
In Fig. 1 treibt ein Motor 1 eines Kraftfahrzeuges über eine
Reibscheiben-Trockenkupplung 3 ein Mehrganggetriebe 5, des
sen Gänge über einen nicht dargestellten Handschalthebel
oder über eine Servosteuerung geschaltet werden. Die Kupplung
3 ist herkömmlich ausgebildet und mittels nicht näher
dargestellter Federn so vorgespannt, daß sie bei nicht be
tätigtem Betätigungsorgan 7 eingerückt ist. Mit dem Betäti
gungsorgan 7 ist ein Servoantrieb 9 verbunden, der die Ist-
Position des Betätigungsorgans 7 entsprechend einem über
eine Leitung 11 aus einer nachfolgend auch als Programmsteuerung bezeichneten Positionssteuerung 13 zugeführten
Sollwertsignals auf eine Soll-Position einstellt. Der Servo
antrieb 9 umfaßt hierzu einen Elektromotor, dessen Ist-Posi
tion erfaßt und abhängig von einem Sollwert-Istwert-Vergleich
gesteuert wird.
Zum Ausrücken der Kupplung 3 wird dem Servoantrieb 9 über
einen elektronischen, steuerbaren Schalter 15 aus einer
Signalquelle 17 ein Sollwertsignal zugeführt, welches das
Betätigungsorgan 7 in Fig. 1 nach links in die Auskuppel
position der Kupplung 3 bewegt. Der Schalter 15 wird von
einer Auskuppelsteuerung 19 gesteuert, die auf mehrere Aus
kuppelbedingungen anspricht. Mittels eines Signalgebers 21,
beispielsweise eines Schaltkontakts an einem geteilten
Schalthebel des Getriebes 5 wird bei Einleitung des Gang
wechsels ein erstes Steuersignal erzeugt, welches über
einen ersten Eingang eines ODER-Gatters 23 dem mit seinem
Steuereingang an den Ausgang des ODER-Gatters 23 angeschlos
senen Schalters 15 zugeführt wird. Zur Ableitung einer zwei
ten Auskuppelbedingung ist an einem Drehzahlgeber 25, wel
cher ein der Motordrehzahl proportionales Signal erzeugt,
eine Schwellwertstufe 27 angeschlossen, die ihrerseits mit
einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 23 verbunden ist.
Die Auskuppelbedingung wird erfüllt, wenn die Motordreh
zahl n unter einen vorgegebenen Drehzahlwert n0 sinkt. Der
Drehzahlwert n0 kann gleich oder etwas kleiner als die
Leerlaufdrehzahl des Motors 1 sein. Durch diese Auskuppel
bedingung wird sichergestellt, daß beim Abbremsen des Fahr
zeugs zum Stillstand ausgekuppelt wird. Um zu verhindern,
daß in höheren Gängen, beispielsweise dem zweiten, dritten
oder vierten Gang angefahren wird und um zu verhindern, daß
der Motor bei eingelegtem höheren Gang durch Abbremsen ab
gewürgt wird, ist eine weitere Auskuppelbedingung vorgesehen.
Diese wird bei eingelegtem höheren Gang erfüllt, wenn die
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unter einen vorgegebenen
Wert absinkt. Die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird
mittels eines Tachometers 29 erfaßt, der ein der Geschwin
digkeit proportionales Signal an eine Schwellwertstufe 31
abgibt. Die Schwellwertstufe 31 ist an einen ersten Eingang
eines UND-Gatters 33 angeschlossen, welches ausgangsseitig
mit einem dritten Eingang des ODER-Gatters 23 verbunden ist.
Zur Erfassung eingelegter höherer Gänge ist ein auf den
eingelegten 1. Gang oder eingelegten Rückwärtsgang anspre
chender Signalgeber 35 vorgesehen, dessen Ausgang über einen
Negator 37 mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 33
verbunden ist. Zur Kennzeichnung der höheren Gänge wird das
negierte, binäre Ausgangssignal des Signalgebers 35
ausgenutzt. An einem vierten Eingang des ODER-Gatters 23
ist der Ausgang eines UND-Gatters
39 angeschlossen, dessen Eingänge mit je einem
Signalgeber 41 bzw. 43 verbunden sind. Der
Signalgeber 41 spricht auf die Ruhestellung des Gaspedals
des Fahrzeugs an, während der Signalgeber 43 einen Hand
schalter umfaßt. Mit Hilfe des Handschalters des Signal
gebers 43 kann die Kupplung 3 bei in Ruhestellung befind
lichem Gaspedal im Sinne eines Freilaufs zur Kraftstoffer
sparnis ausgekuppelt werden.
Der Einkuppelvorgang wird abhängig von der Gangstellung des
Getriebes 5 gesteuert. Zur Steuerung beim Anfahren des Fahr
zeugs ist ein erster, nachfolgend auch als erste Funktionsgeberstufe bezeichneter Steuersignalgenerator 45 vorgesehen,
dessen Ausgang über einen steuerbaren, elektronischen Schalter
47 mit der Sollwertsignalleitung 11 des Servoantriebs 9
verbunden ist. Die Sollwertsignalleitung 11 ist ferner über
einen weiteren elektronischen, steuerbaren Schalter 49 mit
einem zweiten, nachfolgend auch als zweite Funktionsgeberstufe bezeichneten Steuersignalgenerator 51 verbunden, der das Einkuppeln
beim Gangwechsel während des Fahrbetriebs steuert.
Die Steuersignalgeneratoren bzw. Funktionsgeberstufen 45
und 51 sind mit dem Drehzahlgeber 25 verbunden und
steuern in nachfolgend noch näher erläuterter Weise die Position
des Betätigungsorgans 7 abhängig von der Motordrehzahl.
Die Einkuppelprogramme der Funktionsgeberstufen 45, 51
können nur ausgeführt werden, wenn keine der Auskuppelbe
dingungen erfüllt ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 23
ist über einen Negator 53 mit je einem UND-Gatter 55 bzw.
57 verbunden. Das UND-Gatter 55 steuert über ein Zeitver
zögerungsglied 59 mit vorgegebener Zeitkonstante den Schal
ter 47. An seinem zweiten Eingang ist der bei eingelegtem
1. Gang oder Rückwärtsgang ansprechende Signalgeber 35 an
geschlossen. Die Eingangsbedingung des UND-Gatters 55 ist
erfüllt, wenn der 1. Gang bzw. der Rückwärtsgang eingelegt
ist und keine der Auskuppelbedingungen vorliegt. Beim An
fahren ist dies dann der Fall, wenn durch Gasgeben die
Motordrehzahl den durch die Schwellwertstufe 27 vorgege
benen Drehzahlwert n0 überschreitet. Nach Ablauf der Zeit
konstante des Zeitverzögerungsglieds 59 wird der Schalter
47 geschlossen und die Kupplung 3 entsprechend dem dreh
zahlabhängigen Programm der ersten Funktionsgeberstufe 45
eingerückt. Wird zum Anfahren wenig Gas gegeben, so erhöht
sich die Motordrehzahl nur allmählich, so daß die Kupplung
3 trotz der Einrückverzögerung durch das Zeitverzögerungs
glied 59 im wesentlichen bei der durch die Schwellwertstufe
27 vorgegebenen Drehzahl n0 einzurücken beginnt. Wird mit
Vollgas angefahren, so kann der Motor 1 während der Zeit
verzögerung durch das Zeitverzögerungsglied 59 auf eine
hohe Drehzahl im Bereich seines maximalen Drehmoments be
schleunigen, bevor der Schalter 47 zur Einleitung des An
fahrprogramms geschlossen wird.
Das Einkuppelprogramm beim Schalten höherer Gänge wird ein
geleitet, wenn die Bedingungen für das Anfahrprogramm nicht
vorliegen und auch keine der Auskuppelbedingungen erfüllt
ist. Das ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Schalters
49 verbundene UND-Gatter 57 ist zu diesem Zweck mit seinem
einen Eingang an den Negator 53 und mit seinem anderen Ein
gang über einen Negator 61 an den Ausgang des UND-Gatters
55 angeschlossen.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Sollwertsignals U des
Anfahrprogramms in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n.
Das Sollwertsignal U bestimmt die Position des
Betätigungsorgans 7 der Kupplung 3 und wird
dem Servoantrieb 9 über die Leitung
11 zugeführt. Es umfaßt im wesentlichen zwei Signalbereiche,
von denen der erste das Verhalten unterhalb der durch die
Schwellwertstufe 27 (Fig. 1) bestimmten Grenzdrehzahl n0
bestimmt und der zweite das Verhalten oberhalb dieser Grenz
drehzahl. Unterhalb der Grenzdrehzahl hat das Sollwertsignal
den Wert U0 der Signalquelle 17 (Fig. 1), also einen Wert,
bei dem der Servoantrieb 9 die Kupplung 3 vollständig aus
rückt. Das Sollwertsignal ist in diesem Bereich konstant,
so daß die Kupplung 3 bei Drehzahlen kleiner n0 drehzahl
unabhängig ausgerückt bleibt. Bei eingeschaltetem 1. Gang
bzw. Rückwärtsgang wird die Kupplung 3 entsprechend dem von
der Funktionsgeberstufe 45 vorgegebenen Anfahrprogramm ein
gerückt. Die Funktionsgeberstufe 45 erzeugt ein linear mit
der Drehzahl n wachsendes Sollwertsignal, wie es in Fig. 2
bei 63 dargestellt ist. Überschreitet die Motordrehzahl die
Grenzdrehzahl n0, so wird die Signalquelle 17 durch Öffnen
des Schalters 15 abgeschaltet und die Funktionsgeberstufe
45 durch Schließen des Schalters 47 eingeschaltet. Das Soll
wertsignal U ändert sich von dem die Auskuppelposition fest
legenden Wert U0 auf einen Wert Ug. Der Wert Ug ist so ge
wählt, daß im statischen Zustand bei diesem Wert die Kupp
lung 3 gerade noch kein Drehmoment bzw. nur ein Drehmoment
überträgt, welches das Fahrzeug noch nicht in Bewegung zu
setzen vermag. Der Signalsprung des Sollwertsignals U vom
Wert U0 auf den Wert Ug erzeugt im Servoantrieb 9 ein
Fehlersignal, aufgrund dessen der Servoantrieb 9 das Be
tätigungsorgan 7 mit maximaler Geschwindigkeit in die
Grenzposition bewegt. Oberhalb der Grenzposition schließt
sich der Schleifbereich der Kupplung 3 an, in welchem das
von der Kupplung 3 übertragene Drehmoment linear abhängig
von der Motordrehzahl n, also durch die Gaspedalstellung
bestimmt werden kann. Der Schleifbereich erstreckt sich
zwischen der durch die Grenzdrehzahl n0 bestimmten Grenz
position und einer Einkuppelposition E, die bei einer Ein
kuppeldrehzahl ne erreicht wird. Unter der Einkuppelposi
tion E soll diejenige Position verstanden werden, bei der
die Kupplung 3 gerade nicht mehr rutscht. Oberhalb der
Einkuppeldrehzahl ne schließt sich der Einkuppelbereich
an, in welchem die Kupplung unabhängig von der Motordreh
zahl n und auch unabhängig von der Größe des Sollwertsig
nals U vollständig eingerückt bleibt.
Um den drehzahlabhängigen Verlauf des Sollwertsignals 63
der Funktionsgeberstufe 45 sowohl hinsichtlich der Grenz
position als auch der Einkuppelposition der Kupplung an
passen zu können, kann über die Funktionsgeberstufe 45
sowohl die Steigung als auch die drehzahlproportionale
Amplitude der Sollwertsignalkurve verändert werden, wie
dies bei 65 bzw. 67 in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien
angedeutet ist. Auf diese Weise kann einerseits der bei der
Grenzdrehzahl n0 zu erreichende Wert Ue als auch der Ein
kuppelpunkt E sowohl hinsichtlich der Einkuppeldrehzahl ne
als auch hinsichtlich des Werts Ue des Sollwertsignals ver
ändert werden.
Die Einkuppelposition E hängt bei Reibungskupplungen von
dem zu übertragenden Motordrehmoment ab. Bei kleinem zu
übertragenden Motordrehmoment genügt ein geringer Reib
schluß, während zur Übertragung des maximalen Drehmoments
ein hoher Reibschluß erreicht werden muß, bevor die Kupplung
nicht mehr rutscht. Fig. 3 zeigt mit ausgezogenen Linien
Kurven des Motordrehmoments M in Abhängigkeit von der
Motordrehzahl n für verschiedene Stellungen eines die
Motorleistung bestimmenden Organs, beispielsweise des
Gaspedals, der Drosselklappenstellung oder des Stell
glieds einer Einspritzpumpe. Die Vollgasstellung ist mit
100% bezeichnet. Zwischenstellungen sind für die Werte
25%, 50% und 75% angegeben. Jede der Drehmomentkur
ven durchläuft bei einer anderen Drehzahl n ein Maximum.
Als Beispiel ist für die Drehmomentkurve 50% die Dreh
zahl, bei der das Drehmomentmaximum Mmax 50% auftritt
mit nmax 50% eingezeichnet. Der drehzahlabhängige Verlauf
des Sollwertsignals der Funktionsgeberstufe 45 wird in Ab
hängigkeit von dem die Leistung bestimmenden Organ des
Motors so gesteuert, daß die Einkuppelposition stets bei
der dem maximalen Drehmoment zugeordneten Drehzahl erreicht
wird. In Fig. 3 wird die Einkuppelposition E50% bei der
Drehzahl nmax 50% erreicht. Die als Beispiel ferner ange
gebene Einkuppelposition E75% wird bei einer höheren Dreh
zahl erreicht. Fig. 2 zeigt die Verschiebung der Einkuppel
position bei einer Erhöhung der Motorleistung beim Gasgeben.
Bei Erhöhung der Motorleistung durch Gasgeben verschiebt
sich die Einkuppelposition E sowohl zu höheren Drehzahlen
als auch zu Werten des Sollwertsignals U hin, bei welchen
der Reibschluß der Kupplung 3 erhöht wird. Eine solche Ein
kuppelposition ist in Fig. 2 bei E′ eingezeichnet. Sie tritt
bei der Einkuppeldrehzahl n′e und einem Wert U′e des Soll
wertsignals auf. Die Anpassung der Einkuppelposition an die
Leistungseinstellung des Motors 1 erfolgt über einen, z. B.
auf die Gaspedalstellung ansprechenden Geber 69 (Fig. 1)
der mit der Funktionsgeberstufe 45 verbunden ist. Der Geber
69 beeinflußt, wie anhand der Fig. 2 erläutert wurde, die
Charakteristik des von der Funktionsgeberstufe 45 erzeugten
Sollwertsignals U.
Die Charakteristik des von der Funktionsgeberstufe 45
erzeugten Sollwertsignals zeigt nach Fig. 2 eine lineare
Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Abhängig vom gewünsch
ten Einkuppelverhalten können auch andere Kurvenformen
gewählt werden. Fig. 4 zeigt ein einfaches Beispiel für
die Realisierung der Funktionsgeberstufe 45 bei linearer
Charakteristik. Die Schaltung umfaßt einen Integrator 69,
der an seinem Eingang 71 Impulse aufnimmt, die der Dreh
zahlgeber 25 mit der Drehzahl proportionalen Frequenz er
zeugt. An dem Eingang 71 ist ein integrierendes RC-Glied
bestehend aus einem vorzugsweise einstellbaren Serien
widerstand 73 und einem nachfolgenden parallel geschal
teten Kondensator 75 angeschlossen. Der Ausgang des RC-
Glieds, das heißt der Verbindungspunkt des Serienwider
stands 73 und des Kondensators 75 ist mit dem nicht inver
tierenden Eingang eines Operationsverstärkers 77 verbunden,
dessen invertierender Eingang vom Ausgang her rückgekoppelt
ist. Parallel zum Kondensator 75 ist die Kollektor-Emitter
strecke eines Transistors 79 angeschlossen, dessen Basis
mit der Auskuppelsteuerung 19 verbunden ist. Bei Vorliegen
einer Auskuppelbedingung ist der Transistor 79 durchge
schaltet und schließt den Kondensator 75 kurz. Liegt keine
Auskuppelbedingung vor, so ist der Transistor 79 offen, so
daß die Impulse des Drehzahlgebers 25 den Kondensator 75
laden können. Die Impedanz des Transistors 79 zwischen
Kollektor und Emitter bestimmt sowohl bei offenem als auch
durchgeschaltetem Transistor 79 die Entladezeitkonstante
des RC-Glieds und damit die Spannung, auf die sich der Kon
densator 75 drehzahlabhängig aufladen kann. An den Ausgang
des Operationsverstärkers 77 des Integrators 69 ist über
einen der Entkopplung dienenden, invertierenden Verstärker 81 ein
weiterer Operationsverstärker 83 angeschlossen, an dessen Ausgang
85 das Sollwertsignal abgenommen werden kann. Der
Ausgang des Verstärkers 81 ist in üblicher Weise über
einen Eingangswiderstand 87 an den invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 83 angeschlossen. Der invertierende
Eingang ist über einen vorzugsweise einstellbaren Wider
stand 89 zum Ausgang des Operationsverstärkers 83 rückge
koppelt. Der nicht invertierende Eingang des Operations
verstärkers 83 ist mit einer Vorspannungsquelle, hier in
Form eines Einstellwiderstands 91 verbunden. Die Steigung
der drehzahlabhängig erzeugten Kurve des Sollwertsignals
kann an dem Widerstand 73 eingestellt werden, welcher die
Zeitkonstante des RC-Glieds mitbestimmt. Der Widerstand
89 erlaubt die Einstellung der Verstärkung des Verstärkers
83, während der Widerstand 91 die Einstellung der Null
punktslage der Sollwertkurve erlaubt.
Die Funktionsgeberstufe 51 (Fig. 1) erzeugt ein zeitlich
ansteigendes Sollwertsignal, dessen Anstiegsgeschwindig
keit proportional zur Motordrehzahl ist. Die Einrückzeit
der Kupplung 3 ist damit umgekehrt proportional zur Motor
drehzahl. Je höher die Motordrehzahl ist, desto größer ist
die zeitliche Anstiegsgeschwindigkeit des Sollwertsignals
und desto kleiner ist die zum Durchlaufen des Schleifbe
reichs zwischen der Grenzposition und der Einkuppelposi
tion benötigte Zeitspanne.
Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Schaltung der Funktionsgeber
stufe 51. Einem Eingang 93 eines ersten Integrators 95
werden wiederum die vom Drehzahlgeber 25 mit der Motordreh
zahl proportionalen Frequenz erzeugten Impulse zugeführt.
Der Integrator 95 ist herkömmlich ausgebildet und umfaßt
einen Operationsverstärker 97 dessen invertierter Eingang
über einen Eingangswiderstand 99 mit dem Eingang 93 und
über die Parallelschaltung eines Kondensators 101 und eines
Widerstands 103 zum Ausgang rückgekoppelt ist. Der nicht
invertierende Eingang des Operationsverstärkers 97 ist an
eine als Spannungsteilerschaltung dargestellte Vorspannungsquelle
105 angeschlossen. Der Integrator 95 erzeugt an seinem
Ausgang ein der Motordrehzahl proportionales Signal,
welches über einen vorzugsweise einstellbaren Widerstand 107
und eine Entkopplungsdiode 109 einem zweiten Integrator
111 zugeführt wird, der an seinem Ausgang 113 das den
Servoantrieb 9 steuernde Sollwertsignal abgibt. Der Inte
grator 111 integriert das Ausgangssignal des Integrators
95 zeitabhängig, erzeugt also ein zeitlich ansteigendes
Ausgangssignal, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit pro
portional der Ausgangsspannung des Integrators 95, das
heißt proportional zur Motordrehzahl ist. Der Integrator
111 umfaßt einen Operationsverstärker 115, dessen, das
Ausgangssignal des Integrators 95 aufnehmender, inver
tierender Eingang über einen Kondensator 117 zum Ausgang
hin rückgekoppelt ist. Der nicht invertierende Eingang
des Operationsverstärkers 115 ist an eine als Spannungs
teilerschaltung 119 dargestellte Vorspannungsquelle ange
schlossen. Parallel zum Kondensator 117 ist ein einstell
barer Entladekreis 121 angeschlossen. Der Entladekreis 121
umfaßt einen Operationsverstärker 123, dessen nicht inver
tierender Eingang mit dem Ausgang des Integrators 111 ver
bunden ist und dessen Ausgang über einen Widerstand 125
und eine Entkopplungsdiode 127 an den invertierenden Ein
gang des Operationsverstärkers 115 angeschlossen ist. Der
invertierende Eingang des Operationsverstärkers 123 ist
an eine als Potentiometer dargestellte, einstellbare Vor
spannungsquelle 129 angeschlossen. An einen Steuereingang
131, der über eine Entkopplungsdiode 133 mit der Diode 127
verbunden ist, ist die Auskuppelsteuerung 19 angeschlossen.
Bei erfüllter Auskuppelbedingung liegt am Steuereingang 131
ein Signal an, welches den Kondensator 117 entlädt und den
Integrator 111 zugleich sperrt. Der invertierende Eingang
des Operationsverstärkers 115 ist ferner über eine Entkopplungsdiode
135 und einen Serienwiderstand 137 an den
Ausgang eines Operationsverstärkers 139 angeschlossen,
dessen invertierender Eingang mit dem Steueranschluß 131
verbunden ist und dessen nicht invertierter Eingang an
eine als Spannungsteilerschaltung dargestellte Vorspannungs
quelle 141 angeschlossen ist. An den Einstellwiderständen
107 und 129 kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangs
signals am Ausgang 113 eingestellt werden. Insbesondere
kann mittels des Einstellwiderstands 129 die Einkuppel
position variiert werden. Der Operationsverstärker 139
steuert die Entladung des Integrators 111 bei fehlendem
Auskuppelsignal am Steuereingang 131 durch Begrenzung der
Ausgangsspannung des Integrators 111. Bei Ausgangsspannun
gen des Integrators 95, die einer Motordrehzahl kleiner als
ein vorgegebener Drehzahlwert zugeordnet sind, bleibt das
Ausgangssignal des Integrators 111 konstant. Sinkt die Motor
drehzahl während des Einkuppelvorgangs unter den vorgegebenen
Drehzahlwert ab, so wird der Einkuppelvorgang unterbrochen,
bevor die Kupplung vollständig eingerückt ist. Die Kupplung
verbleibt im Schleifbereich, bis durch Gasgeben die Motor
drehzahl wieder erhöht wird.
Die vorstehend erläuterte Betätigungsvorrichtung eignet
sich nicht nur für Personenkraftwagen sondern auch für Zwei
radfahrzeuge. Üblicherweise haben die Motoren von Zweirad
fahrzeugen aufgrund hoher Literleistung ihr maximales Dreh
moment nur wenig unter der Höchstleistung. Mit Hilfe der
vorstehend erläuterten Vorrichtung kann trotz der geringen
Schwungmasse niedertourig angefahren werden, ohne den Motor
abzuwürgen. Hochtouriges Anfahren ist ebenfalls möglich.