DE102006039316A1

DE102006039316A1 - Hydraulische Betätigungseinrichtung für eine manuell betätigbare, servounterstützte Kraftfahrzeugkupplung

Info

Publication number: DE102006039316A1
Application number: DE102006039316A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Busold; Thomas Dipl.-Ing. Walter; Thomas Dipl.-Ing. Rieß; Andre Dipl.-Ing. Gemeinhardt; Boleslaw Dipl.-Ing. Tulaczko
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-02-28

Abstract

Es wird eine hydraulische Betätigungseinrichtung für eine manuell betätigbare, servounterstützte Kraftfahrzeugkupplung beschrieben, welche umfasst: ein auf einen Geberzylinder wirkendes Kupplungspedal, einen mit einem Ausrückorgan der Kupplung in Wirkverbindung stehenden Nehmerzylinder, eine die Zylinder verbindende Druckleitung und eine im Strömungsweg zwischen dem Geber- und dem Nehmerzylinder angeordnete Servoeinrichtung zur Erzeugung einer am Nehmerzylinder wirkenden Servokraft mit einer Servopumpe, deren Einlass mit dem Geberzylinder und deren Auslass mit dem Nehmerzylinder in Fluidverbindung steht. Zur Vereinfachung und kostengünstigen Darstellung einer solchen Betätigungseinrichtung wird vorgeschlagen, dass der Fluideinlass und der Fluidauslass der Servopumpe zusätzlich über eine Festblende in Strömungsverbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungseinrichtung für eine manuell betätigbare, servounterstützte Kraftfahrzeugkupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Betätigungseinrichtung, die eine Servounterstützung zur Erniedrigung der von einem Fahrer aufzubringenden Pedalkraft bereitstellen kann, wird in der DE 10 2005 041 419 A1 offenbart. Dabei sind innerhalb der hydraulischen Übertragungsstrecke zwischen Geber- und Nehmerzylinder eine Pumpe und ein in Fluidverbindung parallel zu dieser angeordnetes Ventil eingesetzt. Das Ventil arbeitet nach dem Differenzdruckverfahren, wobei in Abhängigkeit von dem mittels des Kupplungspedals eingeprägten Fluiddruck ein innerhalb eines Zylindergehäuses geführter Steu erkolben Ventilöffnungen für den Fluiddurchgang automatisch schließen oder freigeben kann. Bei einem von der Pumpe erzeugten konstanten oder variablen Pumpenvolumenstrom stellt der zwischen Pumpe und dem Ventil zirkulierende Volumenstrom einen einstellbaren Bypass dar, durch den ein pedalkraftunterstützend wirkender Pedalvolumenstrom in dessen Stärke geregelt werden kann.
Den Vorteilen einer solchen Betätigungseinrichtung steht infolge des sehr aufwändigen, automatisch arbeitenden Ventils eine unerwünschte Erhöhung der Systemkosten gegenüber.
Die Erfindung stellt sich von diesem Problem ausgehend die Aufgabe, eine kostengünstige Betätigungseinrichtung mit einer Servounterstützung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen.
Die vorgeschlagene hydraulische Betätigungseinrichtung für eine manuell betätigbare, servounterstützte Kraftfahrzeugkupplung umfasst ein auf einen Geberzylinder wirkendes Kupplungspedal, einen mit einem Ausrückorgan der Kupplung in Wirkverbindung stehenden Nehmerzylinder, eine die Zylinder verbindende Druckleitung und eine im Strömungsweg zwischen dem Geber- und dem Nehmerzylinder angeordnete Servoeinrichtung zur Erzeugung einer am Nehmerzylinder wirkenden Servokraft. Diese Servoeinrichtung beinhaltet eine Servopumpe, wobei deren Einlass mit dem Geberzylinder und deren Auslass mit dem Nehmerzylinder in Fluidverbindung stehen. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluideinlass und der Fluidauslass der Servopumpe weiterhin über eine Festblende in Strömungsverbindung stehen.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine solche, parallel zur Servopumpe angeordnete Festblende auf ein aufwändiges Ventil verzichtet werden und eine hydraulische Betätigungseinrichtung somit vereinfacht und kostengünstig dargestellt werden kann. Bei aktivierter Servopumpe bildet sich zwischen dieser und der Blende ein geschlossener Strömungskreislauf aus, wobei in den mit dem Nehmerzylinder verbundenen Abschnitten der Druckleitung ein höherer Druck herrscht als in den mit dem Geberzylinder verbundenen Abschnitten der Druckleitung. Dabei ist der an der Blende auftretende Betrag des Druckabfalls unabhängig von der Viskosität des Fluids. Das hat den wesentlichen Vorteil, dass die Servoeinrichtung damit auch unabhängig von der die Viskosität bestimmenden Fluidtemperatur ist und für einen Fahrer bei einem Temperaturwechsel keine Veränderungen der Servokraft auftreten bzw. spürbar sind. Die sich innerhalb der hydraulischen Betätigungseinrichtung nehmerzylinderseitig der Servopumpe und der Blende einstellende Druckerhöhung bewirkt bei konstantem Volumenstrom, d.h. bei konstanter Förderleistung der Pumpe eine konstante, den Fahrer entlastende Servokraft am Nehmerzylinder.
Bei der Servopumpe kann es sich vorteilhafterweise um eine bedarfsweise zuschaltbare elektromotorisch betriebene Pumpe handeln. Zur bedarfweisen Aktivierung der Servoeinrichtung weist diese Sensormittel zur Sensierung einer Stellung oder eines Zustandes von zumindest einem der Funktionselemente innerhalb der hydraulischen Betätigungseinrichtung oder der Kupplung auf, wobei die Servoeinrichtung in Abhängigkeit von der sensierten Stellung oder dem sensierten Zustand aktiviert werden kann. Die Sensormittel können im einfachsten Fall mechanisch betätigbare Schalter oder Taster darstellen, die bei einer bestimmten Stellung des Kupplungspedals, des Geber- oder des Nehmerzylinders, des Ausrückers, des Ausrückorgans oder der Kupplung selbst von diesen Funktionselementen aktiviert werden und die Servoeinrichtung zuschalten. Selbstverständlich können die Sensormittel auch berührungslos z.B. als induktive Näherungsschalter oder Wegsensoren arbeiten. Die Sensormittel können auch durch mit dem Fluiddruck beaufschlagbare Drucksensoren sein.
Für eine funktionsfähige, den Fahrer beim Betätigen der Kupplung unterstützende, Servoeinrichtung genügt es bereits, wenn die Servopumpe nach deren Aktivierung im Verlauf des Ausrückvorganges mit einem konstanten Fördervolumen arbeitet und somit am Geberzylinder eine konstante Servokraft bereit steht. Dadurch kann die vom Fahrer aufzubringende Pedalkraft in deren Betrag erheblich reduziert werden, wobei der allgemeine Pedalkraftverlauf, d.h. der Gradient der Pedalkraft über den Pedalweg im Vergleich zu einem konventionellen Betätigungssystem unverändert ist.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass der Betrag des von der Servoeinrichtung erzeugten Servokraft in Abhängigkeit von der sensierten Stellung oder dem Zustand von zumindest einem der Funktionselemente zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert in mehreren Schritten kontinuierlich oder diskret einstellbar ist. Dazu kann einer der vorstehenden Sensoren als Wegsensor ausgebildet sein und das Fördervolumen der Servopumpe kann in Abhängigkeit von einem Signal des Wegsensors mittels eines zu einer Ansteueranordnung der Servoeinrichtung gehörenden Drehzahlreglers eingestellt werden. Die Eingangsgröße des Drehzahlreglers bilden Drehzahl-Sollwerte, welche anhand einer in einer Speichereinheit abgelegten Kennlinie oder eines dort abgelegten funktionalen Zusammenhangs bereitgestellt bzw. mittels einer Prozessoreinheit online ermittelt werden. Auf diese Weise kann der Servodruck in Abhängigkeit von einer Betätigungsposition erzeugt werden. Es ergibt sich damit die Möglichkeit, den Verlauf der erzeugten Servokraft vom Pedalkraftverlauf einer konventionellen hydraulischen Betätigungseinrichtung abzuleiten und zwar so, dass die für den Fahrer aufzubringende Pedalkraft über den Pedalweg bspw. konstant gehalten oder in einer gewünschten Weise beliebig moduliert werden kann.
Bei einem Ausfall der Servoeinrichtung ist die hydraulische Betätigungseinrichtung in bekannter Weise uneingeschränkt vom Fahrer betätigbar. Die im Strömungsweg zwischen dem Geber- und dem Nehmerzylinder angeordnete Blende ist so dimensioniert, dass sich diese bei einer ausschließlich manuellen Betätigung, d.h. beim Ausrücken und beim Einrücken der Kupplung wegen der relativ geringen Stellgeschwindigkeit des Geberzylinders und des damit verbundenen relativ niedrigen Volumenstromes innerhalb der Druckleitung nicht oder nur äußerst geringfügig auswirkt. Die Blendenöffnung ist andererseits so dimensioniert, dass im Falle eines unkontrolliert schnellen Einkuppelns und des damit verbundenen relativ hohen Volumenstromes durch ein sog. Pedalschnalzen die Blende als Peak torque limiter (PTL) arbeiten und den Volumenstrom selbsttätig erniedrigen kann, um eine unerwünscht hohe Einrückgeschwindigkeit der Kupplung und einen daraus resultierenden Drehmomentstoß im Antriebsstrang des Fahrzeuges zu unterbinden.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand der beigefügten Figur beispielhaft beschrieben.
Gemäß der einzigen Figur wird schematisch eine hydraulische Betätigungseinrichtung 10 zum Betätigen einer Kraftfahrzeugkupplung 12 gezeigt, welche an einem Chassis 14 eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und wobei ein Geberzylinder 16 mit einem Kolben 18 und ein Nehmerzylinder 20 mit einem Kolben 22 angeordnet sind, die mit einer mit einem Fluid 25 befüllten Druckleitung 26 verbunden sind und einen gemeinsamen Druckraum 28 ausbilden. Der Kolben 18 des Geberzylinders 16 kann durch ein Pedal 30 betätigt werden, woraufhin sich der Kolben 22 des Nehmerzylinders 20 verschiebt und eine Kupplungsgabel 32 zum Ausrücken der Kupplung 12 über einen Ausrücker 11 und weiter über ein z.B. als Membranfeder vorliegendes Ausrückorgan 13 an einem als Verbrennungsmotor 34 ausgebildeten Antriebsaggregat steuert. Die Kupplung 12 ist eingangsseitig mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 34 und ausgangsseitig mit einem Schaltgetriebe 36 verbunden. Innerhalb der Hydraulikleitung 26 ist zur Servounterstützung der dargestellten manuellen Betätigungseinrichtung 10 eine Servoeinrichtung 40 zur Erzeugung einer am Nehmerzylinder 20 wirkenden Servokraft angeordnet. Die Servoeinrichtung 40 umfasst eine elektromotorisch angetriebene Servopumpe 42, deren Einlass 42a über einen Leitungsabschnitt 26a mit dem Geberzylinder 16 und deren Auslass 42b über einen Leitungsabschnitt 26b mit dem Nehmerzylinder 20 in Fluidverbindung steht. Des Weiteren umfasst die Servoeinrichtung 40 eine parallel zu der Servopumpe 42 angeordnete Festblende 44, die über Leitungsabschnitte 26c; 26a mit dem Fluideinlass 42a und über Leitungsabschnitte 26d; 26b dem Fluidauslass 26b der Servopumpe 42 in Strömungsverbindung steht.
Die Servopumpe 42 ist über eine Ansteueranordnung 50 mit dem elektrischen Bordnetz 52 des Fahrzeuges verbunden und kann von dort elektrische Energie beziehen. Zur selbsttätigen Aktivierung der Servoeinrichtung 40 sind an einer oder verschiedenen Positionen innerhalb der Betätigungseinrichtung 10, so z.B. im Bereich des Kupplungspedals 30, des Geber- oder Nehmerzylinders 16, 20, am Ausrücker 11, am Ausrückorgan 13 oder auch unmittelbar an der Kupplung 12 Sensormittel 46a-f zur Sensierung einer Stellung oder eines Zustandes von zumindest einem der Funktionselemente 11, 12, 13, 16, 20, 28, 30 angeordnet. Auch kann innerhalb des Druckraumes 28 ein Drucksensor 48 integriert sein. Die Signale der Sensoren 46a-f; 48 werden von der der Servopumpe 42 zugeordneten Ansteueranordnung 50 ausgewertet und zur Ansteuerung der Servopumpe 42 herangezogen. Mit Hilfe der Sensoren 46a-f; 48 kann die Servopumpe 42 in Abhängigkeit von einer sensierten Stellung oder einem Zustand, z.B. dem Fluiddruck, aktiviert und ggf. zusätzlich auch zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert kontinuierlich oder diskret vom Betätigungsweg oder vom Betätigungsdruck abhängig gesteuert oder geregelt werden.
In der Ansteueranordnung 50 sind dazu ein oder mehrere Kennlinien oder funktionale Zusammenhänge für einen definiert einzustellenden Servodruck oder Servodruckverlauf abgelegt, so dass auf diese Weise der Pedalkraftverlauf während eines Betätigungshubes der Kupplung 12 z.B. konstant oder ansteigend oder in einer anderen beliebigen Weise eingestellt werden kann.
Wenn der Fahrzeugführer das Kupplungspedal 30 betätigt, so wird bei der Sensierung einer vorbestimmten Stellung bzw. eines vorbestimmten Zustandes eines dem Sensor 46a-f; 48 zugeordneten Funktionselementes 11, 12, 13, 16, 20, 28, 30 die Servopumpe 40 aktiviert, worauf sich in den Druckleitungsabschnitten 26b, 26d ein gegenüber den Druckleitungsabschnitten 26a, 26c höherer Druck einstellt und wobei der Differenzdruck am Nehmerzylinder 20 eine die Pedalkraft unterstützende Servokraft zum Ausrücken der Kupplung 12 erzeugt. Der Servodruck kann dabei wie vorstehend erläutert in einer vorbestimmten Weise eingestellt werden.
Die Blende 44 wirkt bei Ausfall oder bei nichtaktivierter Servopumpe 42 als Drosselglied, welches insbesondere bei einer unerwünscht hohen Einrückgeschwindigkeit der Kupplung 12 den Volumenstrom in Richtung Geberzylinder 16 drosseln und die Einrückgeschwindigkeit der Kupplung 12 auf ein tolerables Maß reduzieren kann.

10: hydraulische Betätigungseinrichtung
11: Ausrücker
12: Kupplung
13: Ausrückorgan
14: Fahrzeugchassis
16: Geberzylinder
18: Geberzylinderkolben
20: Nehmerzylinder
22: Nehmerzylinderkolben
25: Fluid
26; 26a-d: Druckleitung
28: Druckraum
30: Kupplungspedal
32: Kupplungsgabel
34: Verbrennungsmotor
36: Getriebe
40: Servoeinrichtung
42: Servopumpe
42a: Pumpeneinlass
42b: Pumpenauslass
44: Blende
46a-f: Sensoren
48: Drucksensor
50: Ansteueranordnung
52: Bordnetz

Claims

Hydraulische Betätigungseinrichtung (10) für eine manuell betätigbare, servounterstützte Kraftfahrzeugkupplung (12), umfassend – ein mit einem Geberzylinder (16) zusammenwirkendes Kupplungspedal (30), – einen mit einem Ausrückorgan (13) der Kupplung (12) in Wirkverbindung stehenden Nehmerzylinder (20), – eine die Zylinder (16, 20) verbindende Druckleitung (26) und – eine im Strömungsweg zwischen dem Geber- und dem Nehmerzylinder (16, 20) angeordnete Servoeinrichtung (40) zur Erzeugung einer am Nehmerzylinder (20) wirkenden Servokraft mit einer Servopumpe (42), deren Einlass (42a) mit dem Geberzylinder (16) und deren Auslass (42b) mit dem Nehmerzylinder (20) in Fluidverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluideinlass (42a) und der Fluidauslass (42b) der Servopumpe (42) über eine Festblende (44) in Strömungsverbindung stehen.
Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Servoeinrichtung (40) Sensormittel (46a-f; 48) zur Sensierung einer Stellung oder eines Zustandes von zumindest einem Funktionselement (11; 13; 16; 20; 30) innerhalb der hydraulischen Betätigungseinrichtung (10) oder der Kupplung (12) aufweist, wobei die Servoeinrichtung (40) in Abhängigkeit von der sensierten Stellung oder dem Zustand aktiviert wird.
Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Servoeinrichtung (40) eine Ansteueranordnung (50) umfasst mit der der Betrag des von der Servoeinrichtung (40) erzeugten Servokraft in Abhängigkeit von der sensierten Stellung oder dem Zustand von zumindest einem Funktionselement (11; 12; 13; 16; 20; 30) zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert kontinuierlich oder diskret einstellbar ist.