DE3809118A1 - Einrichtung zur steuerung einer automatischen kraftfahrzeugkupplung - Google Patents

Einrichtung zur steuerung einer automatischen kraftfahrzeugkupplung

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DE3809118A1
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Norbert Wiencek
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Description

Diese Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer automatischen Kraftfahrzeugkupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der nicht vorveröffentlichten PCT/EP 86/00 544 ist eine Einrichtung zur Steuerung einer automatischen Kraftfahrzeugkupplung bekannt. Mit dieser Einrichtung wird eine dem unterschiedlichen Anfahrwiderständen gut angepaßte Grundeinrückgeschwindigkeit schnell wirksam und über Korrekturfaktoren und Beeinflussungsmechanismen ist es möglich, den Anfahrvorgang nicht nur schnell, sondern auch qualitativ gut zu gestalten.
Zur Erzielung von z. B. möglichst günstigen Kraftstoffverbrauchswerten haben moderne Automatgetriebe auch Fahrprogramme mit relativ tiefen Schaltpunkten, so daß bei tiefen Motordrehzahlen Motorschwingungen auftreten können. Während bei einem Automatgetriebe mit vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler diese Schwingungen sich nicht fortsetzen können, werden diese in einer automatischen Kupplungs- Getriebekombination über die Kupplung auf das Getriebe leicht übertragen, obwohl in solchen Kupplungen bereits mechanisch wirkende Dämpfer gegen Drehschwingungen angeordnet sind.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Steuerung einer automatischen Kraftfahrzeugkupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so weiterzuentwickeln, daß unzulässige Schwingungen im Antriebsstrang, -Motor, Kupplung, Getriebe beseitigt werden oder die Entstehung ganz verhindert wird.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von den Ansprüchen 1 bzw. 8 erfüllt.
Infolge der definierten Öffnung der Kupplung sofort nach dem Erkennen der Schwingungen aus der Motordrehzahl werden die Momentspitzen in Reibung umgesetzt und demzufolge nicht weiter in das Getriebe übertragen.
In relativ einfacher Weise ist es möglich, den Umlenkpunkt der Motordrehzahl zu erfassen, indem das Motormoment und das durch die Kupplung übertragbare Moment gleich sind. Wird die Kupplung also definiert auf die Wegmarke dieses Punktes geöffnet und damit nur das Motormoment in der Kupplung weiter in das Getriebe übertragen, sind die Schwingungen beseitigt, ohne daß Übertragungsverluste auftreten, weil nur die Momentspitzen in Reibung umgesetzt werden. Für besonders schwingungsgefährdete Antriebsstränge, wenn z. B. der Motor vorwiegend in sehr tiefen Drehzahlen arbeitet, ist es auch denkbar, die Kupplung nur bis zu dieser Wegmarke zu schließen, bei der das Motormoment und das durch die Kupplung übertragbare Moment gleich sind. Jede sich anbahnende Schwingung wird dann in der Kupplung sofort in Reibung umgesetzt, so daß sie gar nicht erst in den unzulässigen Bereich kommen kann. Dabei kann es praktikabel sein, die abzuspeichernde Wegmarke für den Umlenkpunkt unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors zu erfassen, um mit Sicherheit aus der Rutschphase der Kupplung herauszukommen. Es können damit denkbare Übertragungsverluste vermieden werden. Der Korrekturfaktor kann dabei konstant aber z. B. auch momentabhängig sein.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen und einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Antriebsstranges in Verbindung mit einer automatischen Kupplung,
Fig. 2 eine Motor- und Getriebeeingangsdrehzahlkurve in einem Anfahrvorgang aufgetragen über der Zeit,
Fig. 3 eine Kennlinie des übertragbaren Momentes in Abhängigkeit vom Weg der Kupplung,
Fig. 4 eine Drehzahlkurve mit einer Schwingung.
In Fig. 1 ist mit 1 die automatische Kupplung, die z. B. als Trockenkupplung ausgeführt sein kann, die über Federn geschlossen und über eine Stelleinrichtung 4 geöffnet wird, dargestellt. Die Kupplung 1 ist zwischen Antriebsmotor 2 und einem Getriebe 3, z. B. einem automatischen und synchronisierten Wechselgetriebe, im Antriebsstrang 2, 1, 3 angeordnet. Drehzahlfühler 21, 31, 32 ermitteln die Motordrehzahl nM, die Getriebe-Eingangsdrehzahl nGE und die Getriebe-Abtriebsdrehzahl nab und sind z. B. an der Motorabtriebswelle 23 der Getriebe-Eingangswelle 36 und der Getriebe-Abtriebswelle 37 angeordnet. Das elektronische Steuergerät 6, das in bekannter nicht dargestellter Weise aus einer Eingabeeinheit, einer Ausgabeeinheit, einem oder mehreren Speichern und Mikroprozessoren besteht, erhält Informationen über die Leitung 81 von einem Fahrschalter 8, der z. B. eine Neutralstellung N, eine Rückwärtsfahrstellung R, eine Vorwärtsfahrstellung D sowie einen Schalter für eine manuelle Fahrweise M hat. Mit den Tasten Minus und Plus lassen sich bei jeder Betätigung in Verbindung mit der Taste M Hoch- und Rückschaltung jeweils über einen gang durchführen. Weitere Informationen erhält das elektronische Steuergerät 6 über die Stellung der Fußbremse, Leitung 61, der Handbremse, Leitung 62, des Kick-down-Schalters, Leitung 63, sowie der Motorbremsbetätigung, Leitung 64. Der Weg der Kupplung 1 wird über eine Wegmeßeinrichtung 11erfaßt und über die Leitung 12 gleichfalls dem elektronischen Steuergerät 6 als Information zugeführt. Das Getriebe 3 hat noch einen Schaltventilblock 35, der seine Schaltbefehle über die Leitung 34 vom elektronischen Steuergerät 6 erhält, wobei die jeweilige Gangstellung über die Leitung 33 dem elektronischen Steuergerät zurückgemeldet wird. Eine Hilfskraft, z. B. Luft oder Hydraulikflüssigkeit, wird über die Leitung 30 dem Schaltventil 35 zum Schalten der Gänge zugeleitet.
Die Fig. 2 zeigt die Drehzahlkurven vom Motor nM und die Kurve der Getriebe-Eingangsdrehzahl nGE in einem Anfahrvorgang und über der Zeit t aufgetragen. nL ist die Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors 2 und GP der Punkt, an dem die Kupplung 1voll geschlossen ist.
Die Fig. 3 zeigt eine Kennlinie K, die aus einer Vielzahl von gemessenen Wegmarken WM 1 bis 3 der Kupplung 1 mit den zugeordneten Momenten TM 1 bis 3 gebildet und im elektronischen Steuergerät 6 abgespeichert wurde. Die Wegmarken WM 1 bis 3 der Kupplung 1, die zwischen dem Anlagepunkt AP und dem Punkt der völlig geschlossenen Kupplung GP liegen, sind immer zum Zeitpunkt gemessen worden, an dem das Motormoment TM und das durch die Kupplung übertragene Moment TGE, was in das Getriebe 3 eingeleitet wird, gleich sind. Dies ist der Umlenkpunkt UP der Motordrehzahl nM bei jedem Anfahrvorgang.
Die in Fig. 4 gezeigte Drehzahlkurve nGE von der Getriebeeingangswelle 36 ist über der Zeit s aufgetragen. In einem relativ niederen Drehzahlbereich ist eine Schwingung S dargestellt, die aus der Frequenz f derselben und der Amplitude R als nicht zulässig erkannt wird. Geringfügige Schwingungen mit einer geringen Frequenz und einer kleinen Amplitude treten fast immer auf und sind unschädlich.
Die definierte Öffnung der Kupplung 1 wird bei jedem Anfahrvorgang ermittelt. Mit der Betätigung des Gaspedals 7 steigt die Motordrehzahl nM von der Leerlaufdrehzahl nL aus je nach Gaspedalstellung steiler oder flacher an, und die Kupplung 1 beginnt sich zu schließen.
Nach kurzer Zeit wird auch die dem Getriebe 3 zugeordnete Kupplungshälfte 15 mitgenommen. Während die Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle nGE relativ schnell ansteigt, verringert sich der Drehzahlanstieg der Motordrehzahl nM und damit der dem Antriebsmotor zugeordneten Kupplungshälfte 14. Am Umlenkpunkt UP, also an dem Punkt, an dem die Motordrehzahl nM nicht weiter ansteigt, ist das Motormoment TM gleich dem Moment TGE, das von der Kupplung 3 übertragen wird. Dieser Punkt ist leicht erkennbar. Die diesem Umlenkpunkt UP zugeordnete Wegmarke, z. B. WM 2, die durch die Wegmeßeinrichtung 11 erkannt wird, wird nunmehr im elektronischen Steuergerät gespeichert. Gleichzeitig wird das in diesem Zeitpunkt anliegende Motormoment TM 2, das z. B. aus der elektronischen Gasbetätigung 75 abgeleitet ist, abgespeichert. Aus einer Vielzahl von Anfahrvorgängen und damit aus dem jeweiligen Umlenkpunkt UP wie beschrieben ermittelte Wegmarken WM 1 bis 3 und Motorenmomente TM 1 bis 3 wird im elektronischen Steuergerät eine Kennlinie K errechnet und abgespeichert, so daß auch beim Anfahren mit dem Umlenkpunkt UP nicht ermittelte Motormomente z. B. TM 4 eine Wegmarke WM 4 zugeordnet werden kann. Die Kennlinie wird infolge der fortlaufenden Messungen und Abspeicherung der dem Umlenkpunkt UP bei jedem Anfahrvorgang zugeordneten Momente TM und Wegmarken WM immer aktueller und ein auftretender Kupplungsverschleiß hat keinen nachteiligen Einfluß.
Werden beim Messen z. B. der Motordrehzahl nM, die ja nach Beendigung des Anfahrvorganges auch die Getriebe- Eingangsdrehzahl nGE ist, nicht zulässige Schwingungen S erkannt, wird die Kupplung 1 sofort auf die dem anliegenden Motormoment, z. B. TM 2, entsprechende Wegmarke WM 2, die aus der Kennlinie K ermittelt wird, um den Weg S 2 geöffnet. Damit wird nur noch das Motormoment TM 2 von der Kupplung 3 übertragen, und die Momentspitzen aus den Schwingungen S werden in Reibung umgesetzt. Damit weicht auch die Getriebe-Eingangsdrehzahl nGE geringfügig von der Motordrehzahl nM ab.
Das erneute Schließen der Kupplung 1 über den Weg S 2 bis zum Punkt GP erfolgt in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals 7, wobei die Schließgeschwindigkeit gleichfalls über diese Abhängigkeit ermittelt wird. Anstelle der Gaspedalstellung kann auch die Veränderung des Motormomentes und/oder die Veränderung der Motordrehzahl den Schließvorgang einleiten und die Schließgeschwindigkeit bestimmen.
Bei besonders schwingungsgefährdeten Antriebsmotoren 2 kann es auch zweckmäßig sein, die Kupplung 1 generell nur bis zur Schlupfgrenze, also bis zum Umlenkpunkt UP der Motordrehzahl nM und damit der zugeordneten Wegmarke WM zu schließen. Damit werden alle vom Antriebsmotor kommenden nicht zulässigen Schwingungen in der Kupplung 1 infolge von Reibung gedämpft oder beseitigt. Über eine fest oder vom Motormoment TM abhängigen Korrekturfaktor X, der zur Wegmarke WM zugeschlagen wird, kann die Schließstellung WMX der Kupplung in einem sicheren Bereich für die Momentübertragung verlagert werden. Wenn ein geringer Dauerschlupf vorgesehen ist, kann der Korrekturfaktor X auch von der Wegmarke WM abgezogen werden. Die Einstellung der von dem elektronischen Steuergerät 6 ermittelten jeweiligen Wegmarke WM 1 bis 4, WMX erfolgt über die Steuereinrichtung 5, Stelleinrichtung 4 bzw. dem Stellmotor 9 sowie dem Kupplungshebel 13.
Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel dargestellte Lösung begrenzt, so kann z. B. die Kupplung 1 auch über einen nicht dargestellten Druckkolben betätigt werden. In einer solchen Kupplung wird am Umlenkpunkt UP der Motordrehzahl nM nicht eine zugeordnete Wegmarke WM, sondern eine Druckmarke gespeichert. Der errechneten und gespeicherten Kennlinie sind dann Motormomente TM und entsprechende Drücke zugeordnet.
  • Bezugszeichen  1Kupplung11Wegmeßeinrichtung12Leitung13Kupplungshebel14Kupplungshälfte Motorseite15Kupplungshälfte Getriebeseite 2Antriebsmotor21Drehzahlfühler nM 22Drosselklappe/Einspritzpumpe23Motor-Abtriebswelle 3Getriebe30Hydraulik-/Luftleitung31Drehzahlfühler nGE 32Drehzahlfühler nab 33Leitung Gangrückmeldung34elektrische Leitung35Schaltventilblock36Getriebe-Eingangswelle37Getriebe-Abtriebswelle 4Stelleinrichtung 5Steuereinrichtung 6elektronisches Steuergerät61Leitung62Leitung63Leitung64Leitung65Leitung 7Gaspedal71Leitung72Leitung75elektronische Gasbetätigung (E-Gas) 8Fahrschalter81Leitung 9StellmotortZeitsKupplungswegs 2WegnMMotordrehzahlnLLeerlaufdrehzahl MotornGEGetriebe-EingangsdrehzahlnabGetriebe-AbtriebsdrehzahlAVBeginn AnfahrvorgangAPAnlegepunkt der KupplungGPKupplung geschlossenT max Drehmoment maximalTM 1MotordrehmomentTM 2MotordrehmomentTM 3MotordrehmomentTM 4MotordrehmomentTGEMoment an der Getriebe-EingangswelleKKennlinieWM 1WegmarkeWM 2WegmarkeWM 3WegmarkeWM 4WegmarkeWMXWegmarke plus KorrekturfaktorSSchwingungenfFrequenzRAmplitude

Claims (10)

1. Einrichtung zur Steuerung einer automatischen Kraftfahrzeugkupplung (1), die zwischen einem Antriebsmotor (2) und einem Getriebe (3) angeordnet ist und vorrangig als Anfahrkupplung wirkt, in der auch das Motormoment (TM) und die Drehzahlen (nM, nGE) vor und hinter der Kupplung (1) erfaßt oder ermittelt werden und mit einer Steuereinrichtung (5), die eine von einem elektronischen Steuergerät (6) kommendes elektrisches Signal in eine Steuergröße für eine Stelleinrichtung (4) zum Öffnen oder Schließen der Kupplung umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Frequenz (f) und der Amplitude (R) der Motor (nM) und/oder der Getriebe- Eingangsdrehzahl (nGE) nicht zulässige Schwingungen im Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor (2), Kupplung (1) und Getriebe (3) erkannt und durch eine definierte Öffnung der Kupplung (1) beseitigt werden.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Anfahrvorgang der Umlenkpunkt (UP) der Motordrehzahl (nM) erfaßt und das diesem Umlenkpunkt zugeordnete Motormoment (TM 2) und die Wegmarke (WM 2) vom Kupplungsweg im elektronischen Steuergerät (6) gespeichert wird.
3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Vielzahl von gespeicherten Wegmarken (WM 1 bis WM 4) und Motormomenten (TM 1 bis TM 4) im elektronischen Steuergerät (6) eine Kennlinie (K) abgespeichert wird, die durchlaufende Messungen immer erneuert und infolge der Häufigkeit der Messungen verbessert wird.
4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (1) beim Erkennen einer nicht zulässigen Schwingung (S) bis zur dem gerade anliegenden Motormoment (TM 2) zugeordneten Wegmarke (WM 2) kurzzeitig geöffnet wird.
5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erneutes Schließen der Kupplung (1) definiert erfolgt.
6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen der Kupplung (1) in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals (7) erfolgt.
7. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen der Kupplung (1) in Abängigkeit von der Veränderung des Motormomentes (TM) aus erfolgt.
8. Steuerung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (1) nach dem Anfahrvorgang nur bis zur Schlupfgrenze geschlossen wird.
9. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Anfahrvorgang im Umlenkpunkt (UP) der Motordrehzahl (nM) die zugeordneten Motormomente (TM) und Wegmarken (WM) vom Kupplungsweg gespeichert und zu einer Kennlinie (K) zusammengefaßt werden, die durch laufende Messungen immer erneuert und infolge der Häufigkeit der Messungen verbessert wird, und daß in Abhängigkeit vom Motormoment (TM) die Kupplung (1) im Prinzip immer nur bis zu der diesem Moment zugeordneten Wegmarke (WM) geschlossen wird.
10. Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Schließstellung (WMX) der Kupplung (1) der dem anliegenden Motormoment (TM) zugeordneten Wegmarke (WM) plus oder minus eines feststehenden oder im Verhältnis zum Motormoment (TM) sich verändernden Korrekturfaktors (X) entspricht.
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