DE3125923C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Betätigung der Kupplung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Eine Einrichtung dieser Art, mit deren Hilfe auch das Anfahren ei­ nes Kraftfahrzeugs durch automatische Betätigung der Kupplung durch­ geführt werden kann, ist beispielsweise in der Patentanmeldung P 29 27 175.8 vorgeschlagen worden. Dort wird durch entsprechende Ansteuerung von Steuerventilen die Beaufschlagung eines pneumati­ schen Stellmotors entsprechend der Stellung des Fahrpedals und/oder entsprechend den vor und hinter der Kupplung gemessenen Drehzahlen so gesteuert, daß ein möglichst weiches und ruckfreies Anfahren erfolgt. Dabei werden dem Stellmotor vorgeschaltete Steuerventile durch in zeitlichem Abstand aufeinanderfolgende Impulse gesteuert, wobei als Stellgröße die Impulsdauer oder die Impulsfrequenz verwen­ det wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Ein­ richtung dieser Art weiterzubilden, um den Kupplungseinrückvorgang noch weicher, ruckfreier und schneller zu gestalten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1. Erfindungsgemäß wird also zur Steuerung des Stellmotors der Kupplungsweg herangezogen, der duroh einen ent­ sprechenden Meßwertaufnehmer erfaßt wird. Als Meßwertaufnehmer können dabei ein Potentiometer oder auch kontaktlose Meßaufnehmer Verwendung finden.

Eine Abstandsfühlvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkupplung ist zwar bereits aus der DE-OS 29 16 807 bekannt, dort wird jedoch nicht der gesamte Betätigungsweg erfaßt, sondern nur der Zeitpunkt des Zufassens der Kupplung, weshalb bei hohen Verstell­ geschwindigkeiten ein ruckfreies Einkuppeln nicht immer sichergestellt ist.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung, die sich insbesondere auf die schnelle Wegschaltung des Leerweges der Kupplung bei Be­ ginn des Einkuppelvorganges sowie auf die Steuerung beim Anfahren und beim Einkuppeln während der Fahrt des Fahrzeugs beziehen, erge­ ben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematischen Schaltbildes einer Kupplungssteuereinrichtung gezeigt, bei der mit 1 ein herkömmlicher Fahrzeugmotor bezeichnet ist, der über ein Schwungrad 3, eine Kupplung 4 und ein Getriebe 2 zur beispielsweise manuellen Einschaltung der einzelnen Getriebe­ gänge mit einem hier nicht weiter gezeigten Abtrieb zu den Antriebs­ rädern des Fahrzeugs verbunden ist. Die Kupplung ist hier jedoch nicht, jedenfalls nicht ausschließlich, wie dies bei konventionellen Fahrzeugen sonst üblich ist, mittels eines Fußpedals betätigbar, sondern soll zumindest alternativ auch mittels eines hilfskraftbe­ tätigten Stellmotors 5, beispielsweise eines pneumatischen Unter­ druckstellmotors, ein- bzw. ausgerückt werden. Dazu sind dem Stell­ motor in dem hier gezeigten Beispiel zwei Steuerventile 13 und 15 zugeordnet, die in Abhängigkeit von Steuersignalen einer Steuervor­ richtung 6 den Arbeitsraum des Stellmotors 5 entweder mit einer At­ mosphärendruck führenden Leitung 14 (beim Kupplungseinrücken) oder aber mit einer zu einem Unterdruckspeicher 17 führenden Leitung 16 (beim Kupplungsausrücken) 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 ange­ schlossen sein.

Die Steuervorrichtung 6 gibt ihre Steuersignale an die Steuerventi­ le 13 und 15 zur Druckbeaufschlagung des Stellmotors 5 in Abhängig­ keit von der Stellung des die Drosselklappe 9 betätigenden Fahrpe­ dals 7 ab, wozu an dem Fahrpedal 7 ein die Stellung des Pedals erfas­ sender Geber 8 vorgesehen sein kann. Die Steuervorrichtung 7 er­ hält außerdem noch Informationen über die Drehzahl des Wellen­ stranges vor und hinter der Kupplung 4 von dort vorgesehenen Dreh­ zahlgebern 11 und 12 sowie über den Kupplungsweg von einem der Kupplung zugeordneten Weg-Meßwertgeber 20.

Nachfolgend soll nun auf die Funktion und Wirkungsweise der erfin­ dungsgemäßen automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtung eingegan­ gen werden. Dabei müssen im Prinzip zwei unterschiedliche Betriebs­ zustände voneinander unterschieden werden, nämlich das Betätigen der Kupplung bei stehendem Fahrzeug zum Anfahren derselben und die Betätigung bei einem in Fahrt befindlichen Fahrzeug, beispielsweise um das zugkraftfreie Schalten des Handschaltgetriebes 2 durchführen zu können oder um nach einer gewissen Fahrtstrecke im Freilaufbe­ trieb mit ausgerückter Kupplung und gegebenenfalls abgestelltem Motor bei einer Leistungsanforderung den Motor wieder zuzuschal­ ten. Bei beiden Vorgängen ist im allgemeinen nur das Einrücken der Kupplung kritisch, während an das Ausrücken keine größeren Anforderun­ gen gestellt werden, so daß dieser Vorgang beispielsweise unter Zu­ grundelegung einer zeitlich konstant ablaufenden Unterdruckbeaufschla­ gung des Stellmotors 5 erfolgen kann.

Damit nun aber der Kupplungseinrückvorgang, sei es nun zum Anfahren oder zum Einkuppeln bei Fahrt, möglichst schnell und trotzdem kom­ fortvoll durchgeführt werden kann, ist es zweckmäßig, bei Beginn der Kupplungsbetätigung den von der Kupplung auszuführenden Leerweg, der zwischen dem Zustand vollständig ausgerückter Kupplung und dem ersten Zufassen der Reibbeläge liegt, möglichst schnell zu überwinden, um anschlie8end ein um so langsameres, weiches und ruckfreies Zufassen der Kupplung zu bewirken. Dazu ist in der älteren Patentanmeldung P 29 46 497.9 bereits vorgeschlagen worden, bei Beginn des Einkuppel­ vorgangs die Steuerventile 13 und 15 mit einem ersten langen, den Leerweg der Kupplung 4 bis zum ersten Zufassen der Reibelemente im wesentlichen überwindenden Anlegeimpuls anzusteuern. Das Steuerven­ til 13 wird dazu also nicht etwa mit mehreren in zeitlichem Abstand aufeinanderfolgenden Impulsen zur Belüftung des Stellmotors 5 ange­ steuert, sondern es wird ein erster langer Öffnungsimpuls vorgege­ ben, der dazu ausreichen soll, den Leerweg der Kupplung 4 nahezu ganz zu überwinden.

Dieser erste Anlegeimpuls sollte dabei fest vorgegeben werden, bei­ spielsweise wenn von einem konstanten Unterdruckniveau in dem Unter­ druckspeicher 17 ausgegangen wurde. In diesem Fall wurde der Anlege­ impuls so lang bemessen, daß er gerade nicht mehr ausreichte, um den Leerweg der Kupplung zu überwinden.

Es war jedoch auch möglich, den Anlegeimpuls definiert zu regeln, indem der Anlegeimpuls so lange aufrechterhalten wurde, bis eine spezielle Meßeinrichtung das erste Zufassen der Kupplungsreibbeläge meldete, was beispielsweise durch ein die Drehzahl der Kurbelwelle erfassendes Meßgerät erreicht werden konnte, das beim Auftreten eines ersten Drehzahlmeßwertes außerhalb einer vorher ermittelten Drehzahl­ verlaufstendenz auftrat. Während jedoch bei dem ersten Verfahren der Verschleißzustand der Kupplung nicht berücksichtigt wurde, das heißt der Einrückvorgang der Kupplung dauerte um so länger, je mehr der Ver­ schleiß der Kupplung infolge der Betriebszeit des Fahrzeugs erhöht wurde, konnte bei dem zweiten Verfahren wegen der hohen Verstellge­ schwindigkeit eine ruckfreie Einkupplung nicht immer sichergestellt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplungssteuereinrichtung wird dagegen durch Erfassung des Istwertes des Kupplungsweges eine Möglichkeit ge­ schaffen, sowohl die Steuerung beim Anfahren als auch beim Einkuppeln während der Fahrt günstiger und einfacher zu realisieren und darüber­ hinaus auch die Leerweg-Überwindung sicherer und ruckfreier zu er­ reichen.

Dazu ist nun erfindungsgemäß der kontinuierlich arbeitende Kupplungs­ wegaufnehmer 20 vorgesehen, der beispielsweise als Potentiometer oder als kontaktlos arbeitendes Meßgerät ausgebildet sein kann.

Zur Erfassung des Kupplungsleerweges wird dazu jeweils nach einer vor­ gegebenen Zahl von Kupplungsbetätigungen oder auch nach einer bestimm­ ten Zahl von Startvorgängen des Kraftfahrzeugmotors automatisch eine Messung des Kupplungsweges zwischen dem voll ausgerückten Zustand der Kupplung und dem ersten Greifen der der Kupplung zu­ geordneten Reibbeläge vorgenommen, wobei als Kriterium der Verlauf der Motordrehzahl oder der Getriebedrehzahl herangezogen werden kann. Bedingung für die Ermittlung des Kupplungsleerweges ist dabei jedoch, daß die Kupplung zuvor ausgerückt sein muß, daß weiter die Drosselklappe geschlossen bzw. das Gaspedal freigegeben ist und daß die Warmlaufphase des Motors nach Möglichkeit abge­ schlossen ist. Selbstverständlich muß das Fahrzeug stillstehen, was durch Überwachung der Getriebedrehzahl festgestellt werden kann und es sollten auch nur relativ geringe Motordrehzahlschwankungen vorhanden sein. Schließlich muß auch ein Getriebegang eingelegt sein, was durch Kontrolle mittels eines beispielsweise bei Frei­ laufschaltungen ohnehin vorgesehenen Gangschalthebelkontaktes über­ wacht werden kann.

Bei Vorhandensein dieser Bedingungen kann dann die Kupplungsleerweg­ messung dadurch eingeleitet werden, daß automatisch das Steuergerät 6 das Schaltventil 13 zur allmählichen Belüftung des Stellmotors 5 und damit zum Einrücken der Kupplung 5 ansteuert. Gleichzeitig wird da­ bei mit dem Kupplungsweggeber 20 der Kupplungsweg erfaßt, während der Drehzahlgeber 11 die Motordrehzahl meldet. Dieser langsame Einkuppel­ vorgang wird dann automatisch abgestoppt, wenn die Motordrehzahl ab­ fällt, was auf Greifen der Kupplungsbeläge schließen läßt. Der auf diese Weise festgestellte Kupplungsleerweg wird abgespeichert, durch­ läuft jedoch zuvor eine Plausibilitätsbetrachtung, in der ermittelt wird, ob der gemessene Wert beispielsweise im Vergleich zu den zuvor gemessenen Werten richtig sein kann. Durch mehrmaliges geringfügiges Aus- bzw. Einrücken der Kupplung nach dem ersten Drehzahlabfall der Motordrehzahl sowie durch nachfolgende Mittelwertbildung läßt sich der bei dieser Messung auftretende Störgrößeneinfluß verringern.

Auch durch Erfassung der Getriebedrehzahl mit Hilfe des Drehzahlge­ bers 12 kann der Kupplungsleerweg ermittelt werden. Auch bei dieser Messung ist Voraussetzung, daß das Fahrzeug steht, die Getriebedreh­ zahl also bei Beginn der Messung 0 ist. Außerdem muß ein Gang einge­ legt sein, wobei zweckmäßigerweise, um mögliche Störgrößen auszu­ schalten, nur ein bestimmter Getriebegang, beispielsweise der erste Gang, eingeschaltet sein sollte. Weitere Bedingung für die Messung des Kupplungsleerweges auf diese Weise ist, daß das Brems­ pedal nicht betätigt ist.

Auch hier erfolgt die eigentliche Messung des Kupplungsleerweges in der Weise, daß automatisch bei Erfüllung der vorgegebenen Meß­ bedingungen die Kupplung 5 langsam durch entsprechende Impulse des Steuergerätes 6 an das Schaltventil 13 zum Einrücken gebracht wird, wobei gleichzeitig der Kupplungsweg mit dem Wegaufnehmer 20 erfagt wird. Der Kupplungsleerweg ist dabei dann erreicht, wenn die Getrie­ bedrehzahl den Anfangswert 0 verläßt und positive Werte annimmt.

Der Unterschied zwischen der Kupplungsleerwegerfassung nach der Pa­ tentanmeldung P 29 46 497.9 und der vorliegenden Erfindung besteht zum einen darin, daß der Kupplungsleerweg hier nicht für jeden Ein­ kuppelvorgang neu bestimmt werden muß, sondern nur gelegentlich nach einer vorgegebenen Zahl von Kupplungsbetätigungen oder Neustarts des Fahrzeugs neu ermittelt wird, in der Zwischenzeit jedoch mit dem in der vorausgegangenen Messung ermittelten und abgespeicherten Wert gearbeitet wird. Die Abstände zwischen jeweils zwei aufeinanderfol­ genden Kupplungsleerwegmessungen können dabei so groß gewählt werden, daß mit einer spürbaren Leerwegvergrößerung infolge des in der Zwi­ schenzeit aufgetretenen Kupplungsverschleißes gerechnet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, nach jedem erneuten Einschalten der Ver­ sorgungsspannung den Leerweg erneut zu ermitteln. Zum anderen zeich­ net sich die Leerwegmessung gemäß der Erfindung dadurch aus, daß für den Einrückvorgang der Kupplung bei der Leerwegermittlung eine sehr geringe Stellgeschwindigkeit verwendet werden kann, was zum einen eine sehr genaue Messung zur Folge hat und andererseits das Auftreten von Rucken praktisch ausschließt. Außerdem ergibt sich eine größere Aussagesicherheit über Reproduzierbarkeitstests und Plausibilitätsbetrachtungen, während bei der bekannten Leerwegmes­ sung schon wegen der Verbindung der Leerwegermittlung mit dem ei­ gentlichen Kupplungseinrückvorgang eine hohe Stellgeschindigkeit angestrebt wird, was notwendigerweise zur Gefahr des Auftretens von Rucken, das heißt unkomfortablen Kupplungsvorgängen, führt.

Aber nicht nur beim Erfassen des Kupplungsleerweges, sondern auch bei dem eigentlichen Vorgang des Einkuppelns, sei es nun zum An­ fahren des Fahrzeugs oder zum Einkuppeln während der Fahrt, kann der erfindungsgemäße Kupplungswegaufnehmer 20 sinnvoll und vor­ teilhaft eingesetzt werden. So kann beim Anfahren nunmehr durch Erfassung des Istwertes des Kupplungsweges ein proportional mit der Motordrehzahl ansteigender Wert eingeregelt werden. Dabei soll bei Nullgas, das heißt bei geechlossener Drosselklappe oder freige­ gebenem Fahrpedal, die Kupplung voll ausgerückt sein, so daß kein Schleifen der Kupplung auftritt, während zur Erreichung des maxima­ len Anfahrmomentes am Berg bei einer vorgegebenen Drehzahl des Motors von beispielsweise 3000 U/min die Kupplung voll eingerückt sein soll. Jeder Motordrehzahl ist dann ein bestimmter Kupplungsweg zu­ geordnet, der während des Kupplungseinrückens beim Anfahren ein­ geregelt und so lange gehalten wird, bis Drehzahlgleichheit an der Kupplung, das heißt Gleichheit zwischen Motordrehzahl und Getriebe­ drehzahl, vorliegt. Ist dieser Zeitpunkt erreicht, wird die Kupp­ lung vollständig geschlossen. Jedoch kann auch vorgesehen sein. daß zur Begrenzung der Verlustleistung das vorzugsweise allmähliche, vollständige Einrücken der Kupplung auch nach einer vorgegebenen Zeitdauer durchgeführt wird, was dann allerdings unter der Inkauf­ nahme der Möglichkeit geschieht, daß der Motor abgewürgt wird.

Dieser statischen Kennlinie des Kupplungsweges in Abhängigkeit von der Motordrehzahl kann noch ein sogenanntes "D-Verhalten" überlagert werden, bei dem die Kupplungswegänderung über der Zeit eine Funktion der Änderung der Motordrehzahl über der Zeit ist ( = f ( _Mot)).

Bei Kupplungseinrückvorgängen mit höheren Getriebedrehzahlen, das heißt also beim Einkuppeln während der Fahrt des Fahrzeugs, beispiels­ weise bei Gangschaltmanövern oder nach Freilaufschaltungen, empfiehlt es sich, abweichend von der zuvor angegebenen proportionalen Abhän­ gigkeit des Kupplungsweges von der Motordrehzahl, den Kupplungsweg möglichst schnell auf einen Wert einzustellen, bei dem ein definier­ tes Drehmoment übertragen wird und nach Erreichen der Drehzahlgleich­ heit an der Kupplung wieder voll einzukuppeln. Der dabei einzuregelnde feste Kupplungsweg kann unterschiedlich groß sein je nach Lastzu­ stand des Motors. Als Maß für den Lastzustand kann dabei der Motor­ drehzahlgradient unter Berücksichtigung der Getriebedrehzahl heran­ gezogen werden. So ist es zweckmäßig, beim Aufwärtsschalten des Ge­ triebes ebenso wie auch bei Freilaufschaltungen mit viel Gas, was jeweils großen Drehzahlgradienten entspricht, einen größeren Kupplungs­ weg vorzusehen, als bei Abwärtsschaltungen und bei Freilaufschaltun­ gen mit wenig Gas.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß infolge des Vorhanden­ seins eines den Kupplungsweg erfassenden Meßwertgebers zum Ausgleich eventuell störender Toleranzen der von dem Steuergerät 6 anzusteu­ ernden Schaltventile eine sozusagen "selbstlernende" Korrektur der Reglerkonstanten vorgenommen werden kann. Dazu kann, zweckmäßigerwei­ se in festen, oder genügend kurzen Zeitabständen, der zu einer be­ stimmten Pulsbreite gehörende Kupplungsweg, der sich infolge von Exemplarstreuungen sowie Temperatur- und Lebensdauereinflüssen än­ dern kann, erfaßt und gespeichert werden. Diese Pulsbreiten/Kupp­ lungswegzuordnung wird dann bei den nachfolgenden Kupplungssteuer­ vorgängen berücksichtigt, so daß die Kupplungsbetätigung noch wei­ cher, schneller und komfortvoller erfolgen kann. Dabei wäre es ge­ gebenenfalls auch möglich, diese Kupplungswegmessung gleichzeitig mit der Leerwegmessung durchzuführen.

Claims (12)

1. Einrichtung zur automatischen Einrückbetätigung einer zwischen einem Antriebs­ motor und einem nachgeschalteten Geschwindigkeitswechselgetriebe angeord­ neten Kupplung eines Kraftfahrzeugs mit einem die Kupplung betätigenden, hilfskraftbeaufschlagten Stellmotor und mit einer die Hilfskraftbeaufschlagung des Stellmotors steuernden Steuervorrichtung, wobei bei Beginn des Einkuppel­ vorganges der Stellmotor mit einem ersten langen, den Leerweg der Kupplung bis etwa zum ersten Zufassen der der Kupplung zugeordneten Reibelemente im wesentlichen überwindenden Kupplungsschließimpuls ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (6) mit einem den Istwert des Betäti­ gungsweges der Kupplung (4) erfassenden Meßwertaufnehmens (20) verbunden ist, und daß die Länge des ersten langen Kupplungsschließimpulses nach Maßgabe des in vorgebbaren Betriebszeitabständen von dem Meßwertaufnehmer (20) ermittelten tatsächlichen Leerweges der Kupplung (4) festlegbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerweg der Kupplung (4) in der Weise ermittelbar ist, daß die Kupplung von dem Stellmotor (5) in Stillstandsphasen des Fahrzeugs und bei freigegebenem Fahrpedal (7) selbsttätig mit kleiner Geschwindigkeit bis zum ersten Zufassen der Kupplung in Schließrichtung betätigt wird und daß der zwischen dem voll ausgerückten Zustand und dem ersten Zufassen der Reibelemente liegende Betätigungsweg der Kupplung (4) von dem Meßwertaufnehmer (20) erfaßt und in der Steuervor­ richtung (6) gespeichert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zufassen der Reibelemente der Kupplung (4) durch einen Abfall der Drehzahl des An­ triebsmotors (1) erfaßbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zufassen der Reibelemente der Kupplung (4) durch einen Anstieg der Drehzahl einer Getriebewelle erfaßbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zur Ermittlung des Leerweges jeweils nach einer vor­ gegebenen Zahl von Kupplungsbetätigungen oder Startvorgängen des Kraftfahrzeugmotors automatisch bis zum Greifen der Reib­ elemente betätigbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Kupplungsbetätigung zur Ermittlung des Kupp­ lungsleerweges bei während des Meßvorgangs erfolgender Drossel­ klappen- bzw. Fahrpedalbetätigung ebenso wie bei Inbewegung­ setzen des Fahrzeugs abgebrochen wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Erfassung der Getriebedrehzahl die Leerweg­ ermittlung nur bei Einschaltung vorgegebener Getriebegänge durch­ führbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Erfassung der Getriebedrehzahl die Leerweg­ ermittlung nur bei freigegebenem Bremspedal durchführbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren des Fahrzeugs (anfängliche Getriebedrehzahl ≈ 0) der Kupplungsstellmotor zur Erreichung eines mit der Motordrehzahl proportional ansteigenden Kupplungsweges und bei Drehzahlgleich­ heit vor und hinter der Kupplung oder nach Ablauf einer vorge­ gebenen Zeit zum vollständigen Schließen ansteuerbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Über­ schreiten eines vorgegebenen Wertes der Motordrehzahländerung über der Zeit der Kupplungsstellmotor zur Erreichung eines vorgegebenen Wertes der Kupplungswegänderung über der Zeit ansteuerbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einkuppeln während der Fahrt des Fahrzeugs (anfängliche Getriebe­ drehzahl größer 0) der Kupplungsstellmotor zum Erreichen eines in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs stehenden festen Kupplungsweges ansteuerbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße für den Betriebszustand des Fahrzeugs der Motordreh­ zahlgradient unter Berücksichtigung der Getriebedrehzahl heran­ ziehbar ist.