DE102005012764A1 - Digital gesteuerte hydraulische Kupplung für ein Motorrad - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine digital gesteuerte hydraulische Kupplung für ein Motorrad, bestehend aus dem inneren (6) und dem äußeren (5) Kupplungskorb, dem Lamellenpaket (7), Rückstellfedern (3), dem Lager (1), dem Getriebegehäuse (4) und der Getriebewelle (2), wobei ein Druckerzeuger (23) mit Ölvorratsbehälter (24) in Abhängigkeit einer digitalen Steuerung (14) einen Druck in einer Flüssigkeit erzeugt, eine Zuleitung (12) in ein Gehäuse (9) den Druckerzeuger (23) mit dem Gehäuse (9) verbindet und eine im Gehäuse (9) angeordnete Membrane (11) auf eine Druckplatte (8) wirkt und das Öffnen oder Schließen der Kupplung (5, 6, 7) in dem Maße bewirkt, das der Druckerzeuger (23) vorgibt. DOLLAR A Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Kupplungsprozeß den aktuellen Daten des Fahrzeuges angepaßt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine digital gesteuerte hydraulische Kupplung für ein Motorrad entsprechend den Merkmalen des ersten Patentanspruches.
• Die Erfindung ist geeignet zum Einbau in Motorrädern, deren Kupplung nach dem Stand der Technik mittels geführtem Zugseil (Standhebeltechnik) geöffnet und geschlossen wurde, wobei es mit der vorgeschlagenen digital gesteuerten hydraulischen Motorradkupplung möglich ist, alle sicherheitsrelevanten Schalt- und Regelprozesse am Motorrad in einem kompakten Steuerungsmodul zu vereinigen, woraus die Andruckkraft für die Kupplung errechnet und im vorgegebenen Moment auf die Kupplung aufgebracht wird. Das bisherige auf Handkraft beruhende Lösen und Schließen der Kupplungsscheiben wird durch hydraulische Druckbeaufschlagung ersetzt. Serienmotorräder sind problemlos mit der erfindungsgemäßen Lösung nachrüstbar.
• Kupplungen haben die Aufgabe, die Drehkraft von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors auf die Eingangswelle eines Getriebes zu übertragen. Sie weisen mindestens zwei Kupplungskörper auf, wobei über Lamellen die beiden Körper kraftschlüssig verbunden werden.
• Die Druckkraft auf die Kupplungsscheiben wird üblicherweise über Federkraft erzeugt. Die Drehkraft wird von der Kurbelwelle des Motors über einen Getriebezug auf die Antriebsseite der Kupplung übertragen und über einen Kupplungskörper auf die Abtriebsseite der Kupplung in die Getriebewelle geleitet.
• In DE 9417565.9 U1 ist eine Reibkraftkupplung, insbesondere eine Motorradkupplung, mit einem Lager zwischen innerem und äußerem Kupplungskörper beschrieben, welche sich durch eine besondere Bauweise auszeichnet, die der kostengünstigen Herstellung dienen soll.
• Die Betätigung der Kupplung – das Öffnen und Schließen der Kupplungsscheiben – erfolgt durch Druckbeaufschlagung einer in der Kupplung angebrachten Druckplatte, die wahlweise die Kraft auf die Antriebsseite oder die Abtriebsseite der Kupplung überträgt. Die Beaufschlagung der Druckplatte erfolgt über eine durch den Fahrer aufzubringende Handkraft mittels eines am Motorradlenker angebrachten Handhebels. Die zum Lösen der Kupplungsscheiben benötigte Kraft ist der Federcharakteristik entsprechend linear ansteigend.
• Damit muß der Fahrer eine linear zunehmende Kraft aufbringen, um die benötigte Lösekraft auf die Kupplungsscheiben zu übertragen.
• Bedingt durch die Nichtkenntnis des Kupplungszustandes treten hierbei häufig ruckartige Stöße auf, weil entweder das Lösen der Kupplungsscheiben noch nicht vollzogen wurde oder das Schließen der Kupplung durch zu schnelle Freigabe des Hebels zu schnell erfolgte. Ein weiches Lösen der Kupplung ist somit nicht sicher zu erreichen.
• Es besteht ein hohes Unfallrisiko beim Lösen der Kupplung bei Einsatz der Kupplung als Motorbremse. Hierdurch kann es zur Blockade oder zum Ausbrechen des Hinterrades kommen, was mit einem hohen Unfallrisiko behaftet ist.
• Die mechanischen Teile der Kupplung sind hohem Verschleiß und der Materialermüdung ausgesetzt.
• Die benötigte Handkraft kann von bestimmten, eventuell motorisch eingeschränkten Personen nicht in der geforderten Weise aufgebracht werden, dadurch steigen Funktionsstörungen und Unfallgefahr.
• Aus DE 77 22 976.6 ist eine Hochdruck-Schnellschußkupplung bekannt, bei der das Öffnen und Schließen mittels Feder und Pumpe erfolgt. Diese Kupplung ist allerdings aufgrund ihrer Bauweise nicht geeignet, um auf ein Motorrad angewendet zu werden.
• Aus DE 103 20 006 A1 geht eine elektrische Anti „Wheely" Kontrolle für Krafträder aller Art hervor, in der vorgeschlagen wird, Parameter eines Motorrades sensorisch zu erfassen, zu überwachen und bei aufsteigendem Vorderrad die Leistung der Motorradkraft sanft durch Veränderung der Steuerzeiten, Einspritzpunkte, Einspritzdauer und -menge so zu verändern, daß ein Aufsteigen des Vorderrades nicht mehr erfolgt. Das Dokument beschreibt, daß Sensoren am Motorrad vorhanden sein können, nach denen eine Motorkraft gesteuert wird, nicht aber, wie die Signale der Sensoren konkret auf den Motor zu übertragen sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung für ein Motorrad zu entwickeln, deren Kupplungskraft in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Motorrades exakt eingestellt wird.
• Diese Aufgabe wird durch einen digital gesteuerte hydraulische Kupplung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
• Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfinder wieder.
• Die Erfindung sieht vor, die benötige Handkraft durch eine hydraulisch erzeugte Kraft zu ersetzen, wobei in diese hydraulisch erzeugte Kraft alle für das Kuppeln wichtigen Parameter mittels digitaler Steuerung eingehen. Diese wichtigen Parameter, die beispielsweise die Abstandsänderung zwischen dem Fahrersitz und dem Hinterrad sein können, das Drehmoment des Motors oder aber auch das Drehmoment des Hinterrades werden sensorisch erfaßt und in einer digitalen Steuerung verarbeitet. Mittels dieser digitalen Steuerung wird durch einen Druckerzeuger ein Druck in einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, erzeugt.
• Vorteilhaft ist es, Druckerzeugung und digitale Steuerung anzuordnen. Mit dem Druckerzeuger wird entsprechend dem Signal der digitalen Steuerung ein entsprechender Druck in einer Flüssigkeit erzeugt. Der Druckerzeuger ist mittels hydraulischer Druckleitung mit einem Gehäuse verbunden, dessen Membrane auf eine Druckplatte wirkt, die direkt oder indirekt das Öffnen oder Schließen der Kupplung in dem Maße bewirkt, in dem das der Druckerzeuger vorgibt. Das Membrangehäuse und die Druckplatte können direkt auf die Kupplungsscheiben wirken. Das ist dann möglich, wenn sich Gehäuse und Druckplatte im Motorgehäuse befinden und der betreffenden Druck über die Flüssigkeit durch die Zuleitung in das Kupplungsgehäuse übertragen wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Bewegung der Druckplatte mittels eines Gestänges auf die Kupplungsscheibe im Kupplungsgehäuse zu übertragen. Als ein Parameter zur Steuerung kann die Abstandsänderung des Hinterrades zu einem festen Rahmenmeßpunkt oder die Lage der Fahrzeugmittelachse im Verhältnis zur Fahrbahn in der Weise verwendet werden, daß mittels Messung (Längenabstandsmessung, Winkelmessung, optische Messung) bestimmte Größen ermittelt werden, die in die digitale Steuerung einfließen. Als weitere Parameter für das Steuern der Krafteinleitung kann die Motor-/Getriebedrehzahl und die Hinterraddrehzahl dienen. Ein Permanentenergiespeicher stellt die bedarfsgemäße Energie bereit. Die Betätigung der Kupplung erfolgt durch einen elektrischen Impuls auf das Hydraulikaggregat aufgrund einer vorberechneten, drehzahlabhängigen Echtzeit gebundenen Vorgabe über ein Sensormodul, das vom Fahrer bedient wird.
• Eine digitale Prozessorsteuerungstechnik steuert alle die Kupplung beetreffenden Schaltvorgänge.
• Die Prozessortechnik steuert drehzahlabhängig das Hydraulikaggregat, übernimmt die Aufgaben der Meß- und Regeltechnik, die visuelle Zustandsdarstellung in der Form eines Displays am Lenker, die Aufgaben der Sicherheitsschaltung, die Steuerung der Energiebereitstellung sowie die Steuerung eines Energiespeichers zur Bereitstellung des optimalen Energiebedarfs.
• Die zum Öffnen bzw. Schließen der Kupplung benötigte Kraft wird mittels einer hydraulischen Druckleitung auf das hydraulische Kraftübertragungselement geleitet. Das Kraftübertragungselement leitet diesen Druck auf die Druckplatte, indem es einen definierten Hub ausführt.
• Die Hubbewegung bewirkt, daß der Federkraft der Druckplatte entgegengewirkt wird und die Kupplungsscheiben getrennt werden.
• Die Drehzahlnennung im Bediendisplay gibt dem Fahrer die Vorgabe für die Betätigung der Kupplung.
• Mit dem Betätigen des Sensormoduls durch den Fahrer wird das Lösen der Kupplung eingeleitet.
• Die interne Steuerungs-Software orientiert sich vorteilhafterweise an den Parametern: Motor-/Getriebedrehzahl und Hinterraddrehzahl.
• Die Steuerungssoftware des Mikroprozessors weist die benötigte Kraft zur Betätigung der Kupplung den Hydraulikaktoren des Hydraulikaggregats zu.
• Das System erkennt den optimalen Kupplungspunkt und steuert den erforderlichen Schaltvorgang.
• Das Berechnungsmodell für die Ansteuerung des Hydraulikaggregats weist den optimalen Kraftbedarf und Kraftverlauf aus.
• In der Prozessorsteuerung sind alle Daten in ihren Abhängigkeiten und Zusammenhängen erfaßt. Vorgaben an den Fahrer erfolgen nach dem Prinzip „if/then".
• Bei Reduzierung der Geschwindigkeit unter definierte Getriebedrehzahlen erkennt das System die Notwendigkeit der Kupplungslösung und bestätig diese automatisch.
• Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und einer Figur erläutert. Die Figur zeigt die schematische Darstellung der Funktion der Kupplung.
• Am Getriebegehäuse 4 ist die Kupplung mit einem äußeren 5 und einem inneren Kupplungskorb 6 mit dem Lamellenpaket 7 angeordnet, auf das Druckplatte 8 wirkt. Zwischen der Druckplatte 8 und dem inneren Kupplungskorb 6 sind Rückstellfedern 3 angeordnet. Weiterhin dienen Lager 1 zum verschleißfreien Bewegen der Druckplatte 8. Vorbestimmte Parameter am Motorrad 15–22 werden sensorisch erfaßt und durch das digitale Steuermodul 14 in ein Signal an die Hydraulikpumpe 23 umgewandelt, welche entsprechend dem errechneten Signal einen unterschiedlichen starken Druck erzeugt. Die Hydraulikpumpe ist mit einem Ölbehälter 24 gekoppelt. Von ihr führt eine Hauptöldruckleitung 12 zu einer Membrane 11, die auf die Druckplatte 8 wirkt. Für besondere Fälle ist eine Entlüftung 13 vorgesehen, die ebenfalls in die Kupplungsdeckel 10 führt. Die Membrane 11 ist in einem Membrangehäuse 9 mit Druckpils angeordnet.
• Das Magnetventil 25 ist zwischen der Entlüftung 13 und dem Ölbehälter 24 angeordnet. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Kupplungskraft in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors und des Fahrers exakt eingestellt werden.

1

Lager

2

Getriebewelle

3

Rückstellfeder

4

Getriebegehäuse

5

Kupplungskorb, außen

6

Kupplungskorb, innen

7

Lamellenpaket

8

Druckplatte

9

Membrangehäuse mit Druckpils

10

Kupplungsdeckel

11

Membran

12

Hauptöldruckleitung

13

Entlüftung

14

digitales Steuermodel „DAS"

15–22

div. Sensorerfassung

23

Hydraulikpumpe

24

Ölbehälter

25

Magnetventil

Claims (8)

1. Digital gesteuerte hydraulische Kupplung für ein Motorrad, bestehend aus dem inneren (6) und dem äußeren (5) Kupplungskorb, dem Lamellenpaket (7), Rückstellfedern (3), dem Lager (1 ), dem Getriebegehäuse (4) und der Getriebewelle (2), wobei – ein Druckerzeuger (23) mit Ölvorratsbehälter (24) in Abhängigkeit einer digitalen Steuerung (14) einen Druck in einer Flüssigkeit erzeugt – eine Zuleitung (12) in ein Gehäuse (9) den Druckerzeuger (23) mit dem Gehäuse (9) verbindet – eine im Gehäuse (9) angeordneten Membrane (11) auf eine Druckplatte (8) wirkt und das Öffnen oder Schließen der Kupplung (5, 6, 7) in dem Maße bewirkt, in dem das der Druckerzeuger (23) vorgibt.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) mit Membran (11) und Druckplatte (8) direkt auf dem Lamellenpaket (7) angeordnet sind.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (9) eine Entlüftungsleitung (13) mündet.
4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gehäuse (9) und Ölvorratsbehälter (24) ein Magnetventil (25) angeordnet ist.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der digital gesteuerte Druckerzeuger (1) über dem Hinterrad des Fahrzeuges angeordnet ist.
6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsänderung des Hinterrades zu einem Rahmenmeßpunkt als Signal für die digitale Steuerung dient.
7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestimmen des Abstandes ein Längenpotentiometer an der Hinterradachse angeordnet ist.
8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Motor-/Getriebedrehzahl und Hinterraddrehzahl zur digitalen Steuerung dient.