DE102006041811B4

DE102006041811B4 - Berührungslose Drehmomentmessung für einen Zentralausrücker

Info

Publication number: DE102006041811B4
Application number: DE102006041811.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Huber
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: DE102006041811A1

Abstract

Kupplungseinrichtung, insbesondere für ein mit einem Automatikgetriebe (18) oder einem zumindest teilweise automatisierten Schaltgetriebe ausgestattetes Kraftfahrzeug, mit einem beweglichen Element (24), dessen Stellung ein von einer Antriebswelle (12) auf eine Abtriebswelle (20) übertragenes Drehmoment beeinflusst, und mit einer Stelleinrichtung (22), die dazu ausgelegt ist, das bewegliche Element (24) in Abhängigkeit von einem Signal zu bewegen, das ein Drehmomentsensor (28) liefert, dadurch gekennzeichnet, – dass die Stelleinrichtung (22) einen Zentralausrücker zumindest teilweise bildet, – dass der Drehmomentsensor (28) zumindest eine Wicklung aufweist, und – dass die Wicklung zumindest teilweise in einer Auskerbung des Zentralausrückers untergebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Betätigung einer Kupplungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
In Kraftfahrzeugen werden Kupplungseinrichtungen wie beispielsweise Reibungskupplungen eingesetzt. Derartige Kupplungseinrichtungen können beispielsweise Einscheibenkupplungen, Mehrscheibenkupplungen etc. sein. Die Kupplungseinrichtungen stellen üblicherweise ein Bindeglied zwischen einem Motor und einem Getriebe des Kraftfahrzeugs dar und dienen dazu, ein Drehmoment zwischen einer Motorabtriebswelle und einer Getriebeeingangswelle zu variieren oder zu übertragen. In diesem Fall bildet die Motorabtriebswelle die Antriebswelle der Kupplungseinrichtung und die Getriebeeingangswelle entspricht der Abtriebswelle der Kupplungseinrichtung.
Die Variation beziehungsweise Beeinflussung des übertragenen Drehmoments erfolgt meist mechanisch über Stellungsänderungen von beweglichen Elementen, die Bestandteil der Kupplungseinrichtung sind. Solche beweglichen Elemente sind beispielsweise Bestandteil eines so genannten Kupplungsausrückers. Üblicherweise wird ein Kupplungsausrücker pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektro-motorisch über eine Stelleinrichtung betätigt. Eine spezielle Ausführung eines Kupplungsausrückers ist beispielsweise der Zentralausrücker. Dieser kann um die Getriebeeingangswelle herum angeordnet sein und dazu dienen, zwei Kupplungsscheiben aufeinander zu- oder voneinander wegzubewegen. Hierdurch wird das durch die Kupplungseinrichtung übertragene Drehmoment variiert.
Um Rückschlüsse auf den aktuellen Kupplungszustand zu ermöglichen, ist es bekannt, die Stellung des beweglichen Elements durch einen Wegsensor zu überwachen. Gegebenenfalls kann die Stelleinrichtung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Wegsensors arbeiten. Derartige Wegsensoren können beispielsweise induktive Wegsensoren sein, die nach dem Tauchanker-Prinzip oder dem Differential-Tauchgeber- beziehungsweise Differential-Trafo-Prinzip arbeiten. Im Allgemeinen weisen nach solchen Prinzipien arbeitende Sensoren in einem Spulensystem bewegliche Weicheisenkerne oder Permanentmagnete auf. Aufgrund der äußerst präzisen Ausrichtung des beweglichen Kerns bezüglich des Spulensystems werden bei derartigen Sensoren hohe Kosten verursacht. Darüber hinaus reicht in manchen Fällen die Kenntnis der Stellung des beweglichen Elements für einen optimalen Betrieb der Kupplungseinrichtung nicht aus. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Kupplungsbeläge abgenutzt und/oder verglast sind.
Die DE 195 13 695 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Anpassung des Sollschlupfes einer Überbrückungskupplung eines Automatikgetriebes mit einem Drehmomentsensor.
Die DE 102 57 139 A1 zeigt ein Automatikgetriebe mit einem magnetostriktiven Drehmomentsensor, der mit axialem Abstand von einer Kupplung an einer Getriebeeingangswelle angeordnet ist und drei voneinander getrennte Detektorspulen umfasst.
Die DE 100 20 643 C2 beschreibt ein Schaltgetriebe mit einem an der Getriebeeingangswelle neben der Kupplung angeordneten Drehmomentsensor, dessen Ausgangssignal als Steuergröße zur Getriebesteuerung herangezogen wird. Der Drehmomentsensor umfasst zwei Detektorspulen und eine Induktionsspule, die mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird.
Die DE 41 90 714 T5 beschreibt ein Automatikgetriebe mit einem Drehmomentsensor zur Erfassung eines Ausgangsdrehmomentes des Getriebes, wobei der Drehmomentsensor mit axialem Abstand zu dem Getriebe an der Abtriebswelle angeordnet ist.
Die DE 696 10 351 T2 beschreibt ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem auf einer Drehmomentwandlerausgangswelle angeordneten Drehmomentsensor und einem auf einer Getriebeausgangswelle (Propellorwelle) angeordneten Drehmomentsensor.
Die WO 03/106212 A1 zeigt ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe basierend auf dem von einem an einer Kupplungseingangswelle angeordneten Drehmomentsensor gemessenen Drehmoment durch eine Getriebesteuerung steuerbar ist.
Die DE 101 38 998 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern eines Schaltablaufs bei einem lastschaltbaren Getriebe, wobei ein Drehmomentsensor an einer Getriebeausgangswelle angeordnet ist.
Die DE 103 50 936 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Kupplungseinrichtung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäßen Kupplungseinrichtung und das gattungsgemäße Verfahren derart weiter zu entwickeln, dass das übertragene Drehmoment genauer variiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei der gattungsgemäßen Kupplungseinrichtung ist vorgesehen, dass der Sensor ein Drehmomentsensor ist. Drehmomentsensoren sind im Allgemeinen kostengünstiger und verschleißärmer als die bisher verwendeten Wegsensoren. Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, eine Steuerung der Stellung des beweglichen Elements auf der Grundlage des erfassten Drehmoments durchzuführen. Dabei kann beispielsweise der Verschleiß der Kupplungsbeläge berücksichtigt werden. Ebenso ist auch eine echte Drehmomentregelung möglich. In diesem Fall wird vorzugsweise das Drehmoment als Regelgröße verwendet.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung kann in vorteilhafterweise derart weitergebildet sein, dass der Drehmomentsensor ein mit der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle korreliertes Signal liefert. Dabei kann die Abtriebswelle beispielsweise eine Getriebeeingangswelle sein. Beispielsweise bei Automatikgetrieben oder zumidest teilweise automatisierten Schaltgetrieben ist es vorteilhaft, dem Getriebe ein genau definiertes Drehmoment zur Verfügung stellen zu können. Im Falle einer Drehmomentregelung kann der Sollwert unter anderem vom Getriebezustand und vom Fahrerwunsch abhängen.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung derart ausgeführt sein, dass der Drehmomentsensor auf der Grundlage des magnetoelastischen Effekts arbeitet. Unter dem magnetoelastischen Effekt versteht man die Änderung der Permeabilität von ferromagnetischen Materialien in Abhängigkeit von deren mechanischer Spannung. Dabei kann eine Veränderung der Spannung berührungslos und daher praktisch verschleißfrei detektiert werden.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung in einer bevorzugten Ausführung so weitergebildet sein, dass der Drehmomentsensor dazu ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss in einem Wellenabschnitt zu erzeugen und den in dem Wellenabschnitt erzeugten magnetischen Fluss zu erfassen. Insbesondere wird eine Änderung des magnetischen Flusses, der in dem Wellenabschnitt erzeugt wird, von dem Drehmomentsensor erfasst. Die Erzeugung und Erfassung des magnetischen Flusses kann beispielsweise durch jeweils eine Erregerspule und eine Messspule erfolgen. Ebenso ist es auch denkbar, lediglich eine Spule zu verwenden, die abwechselnd als Erreger- und Messspule fungiert. Die in dem Wellenabschnitt wirkenden Spannungen ändern sich in Abhängigkeit von dessen Drehmomentbelastung. Vorzugsweise ist der Wellenabschnitt Bestandteil einer Abtriebswelle, insbesondere wenn die Abtriebswelle eine Getriebeeingangswelle ist.
In diesem Zusammenhang kann die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung dadurch weitergebildet sein, dass der Wellenabschnitt aus einem ferritischen Material besteht. Insbesondere werden magnetoelastische Werkstoffe für diesen Wellenabschnitt bevorzugt verwendet. Solche sind beispielsweise Eisen-Nickel-Legierungen mit hohem Nickelanteil oder Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen. Dabei kann der Wellenabschnitt einstückig mit der entsprechenden Welle ausgebildet sein. Dies lässt sich bei der Herstellung der Welle bewerkstelligen, indem beispielsweise eine Lage oder Beschichtung aus ferromagnetischem Material auf der Welle vorgesehen wird, um den Wellenabschnitt zu bilden. Ebenso kann aber auch ein auf die Welle aufgesetzter und starr daran befestigter Ring den Wellenabschnitt bilden. Die Befestigung des vorzugsweise ferritischen Rings beziehungsweise das Vorsehen der Beschichtung erfolgt vorzugsweise so, dass auf die Wellen wirkende Torsionskräfte Spannungen in dem Wellenabschnitt hervorrufen. Insbesondere das Aufsetzen eines Rings ist auch im Rahmen einer Nachrüstung möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Stellung des beweglichen Elements in Abhängigkeit von einem erfassten Drehmoment verändert wird. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung verwiesen wird.
Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung verwiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vorzugsweise vor, dass das erfasste Drehmoment von der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle abhängt.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass das Drehmoment auf der Grundlage des magnetoelastischen Effekts erfasst wird.
Auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt, dass das Drehmoment durch einen Drehmomentsensor erfasst wird, der dazu ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss in einem Wellenabschnitt zu erzeugen und den in dem Wellenabschnitt erzeugten magnetischen Fluss zu erfassen.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Wellenabschnitt aus einem ferritischen Material besteht.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung, mit der auch das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist; und
2 einen vergrößerten Ausschnitt von 1.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung. Ein Verbrennungsmotor 10 eines Kraftfahrzeugs weist eine Motorabtriebswelle auf, die eine Antriebswelle 12 der Kupplungseinrichtung bildet. An die Antriebswelle 12 ist eine antriebsseitige Kupplungsscheibe 14 gekoppelt. Die antriebsseitige Kupplungsscheibe 14 ist drehfest mit der Antriebswelle 12 verbunden und bezüglich deren Axialrichtung unbeweglich befestigt. Benachbart beziehungsweise stirnseitig gegenüberliegend zu der antriebsseitigen Kupplungsscheibe 14 ist eine abtriebsseitige Kupplungsscheibe 26 vorgesehen, die an eine Getriebeeingangswelle eines in diesem Fall verwendeten Automatikgetriebes 18 gekoppelt ist. Der Fachmann wird erkennen, dass ebenso ein teilweise automatisiertes Schaltgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe anstelle des Automatikgetriebes 18 verwendet werden kann. Die Getriebeeingangswelle bildet somit die Abtriebswelle 20 der Kupplungseinrichtung. Die Kopplung zwischen der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 26 und der Abtriebswelle 20 ist derart vorgesehen, dass die abtriebsseitige Kupplungsscheibe 26 drehfest mit der Abtriebswelle 20 verbunden, aber in deren Axialrichtung verschiebbar beziehungsweise beweglich gelagert ist. Die abtriebsseitige Kupplungsscheibe 26 steht über ein bewegliches Element 24 mit einer Stelleinrichtung 22 in Verbindung und kann durch diese in axialer Richtung bewegt werden. Die Stelleinrichtung 22 ist im dargestellten Fall ortsfest um die Abtriebswelle 20 herum angeordnet. Die Stelleinrichtung 36 kann beispielsweise pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektro-motorisch arbeiten und Bestandteil eines Zentralausrückers sein. Weiterhin ist ein Drehmomentsensor 28 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel der Stelleinrichtung 22 zugeordnet ist. Die Stelleinrichtung 22 bildet einen Zentralausrücker zumindest teilweise und der Drehmomentsensor 28 weist zumindest eine Wicklung auf. Zumindest diese eine Wicklung ist in vorteilhafter Weise zumindest teilweise in einer Auskerbung des Zentralausrückers untergebracht. Der Drehmomentsensor 28 dient dazu, eine Veränderung der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle 20 zu erfassen. Zu diesem Zweck ist der Drehmomentsensor 20 benachbart zu einem Wellenabschnitt 16 der Abtriebswelle 20 angeordnet, der aus einem ferritischen, magnetoelastischen Werkstoff gebildet ist. Ein Controller 36 wertet unter anderem das von dem Drehmomentsensor 20 gelieferte Signal aus und steuert die Stelleinrichtung 22 an. Beispielsweise kann ein geschlossener Regelkreis gebildet werden, indem ein zumindest vom Fahrerwunsch und vom Getriebezustand abhängiger Drehmomentsollwert mit dem über den Drehmomentsensor 22 bestimmten Drehmomentistwert verglichen und die Stelleinrichtung 22 bei Bedarf so angesteuert wird, dass der Drehmomentistwert dem Drehmomentsollwert nachgeführt wird, indem die Stellung des beweglichen Elementes 24 und damit die Stellung der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 26 von der Stelleinrichtung 22 geeignet verändert wird. Der Controller 36 kann durch dem Fachmann bekannte Hard- und/oder Software verwirklicht werden und gegebenenfalls zumindest einen Mikroprozessor umfassen. Insbesondere kann der Controller 36 auf einem Getriebesteuergerät angeordnet sein.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von 1. Insbesondere ist der Drehmomentsensor 28 in detaillierter Ausführung dargestellt. Der Drehmomentsensor 28 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Erregerspule 30, eine Messspule 32 und einen Weicheisenkern 34 auf. Der Weicheisenkern 34 stellt ein offenes Joch dar und ist beispielsweise in der Form eines Hufeisens ausgebildet. Um den Weicheisenkern 34 sind sowohl die Erregerspule 30 als auch die Messspule 32 gewickelt. Die Enden des hufeisenförmigen Weicheisenkerns 34 sind jeweils benachbart zu dem Wellenabschnitt 16 angeordnet, wie in 2 gezeigt ist. Die Erregerspule 30 und die Messspule 32 können einer nicht dargestellten Schaltung angehören. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Messspule 32 einem elektrischen Schwingkreis zugeordnet, der als Parallel- oder Reihenschwingkreis ausgebildet sein kann. Die Erregerspule 30 wird im dargestellten Fall mit einem Gleichstrom beaufschlagt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Antriebswelle 12 von dem Verbrennungsmotor 10 angetrieben. Sofern sich die antriebsseitige Kupplungsscheibe 14 mit der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 26 in Berührung befindet, wird ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 20 übertragen, welche wiederum das Automatikgetriebe 18 antreibt. Die Größe des übertragenen Drehmoments hängt dabei von der Stellung des beweglichen Elements 24 beziehungsweise davon ab, wie stark die beiden Kupplungsscheiben 14, 26 aneinander gedrückt werden. Die Stelleinrichtung 22 verändert die Stellung des beweglichen Elements 24 und damit die Stellung der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 26 in Abhängigkeit von Signalen des Drehmomentsensors 28. Der Drehmomentsensor 28 liefert zumindest mit der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle 20 korrelierte Signale, und zwar auf der Grundlage des magnetoelastischen Effekts, wie nachstehend erläutert wird.
Die Erregerspule 34 des Drehmomentsensors 28 wird mit einem vorbestimmten Gleichstrom versorgt. Dadurch wird ein magnetischer Fluss in dem Weicheisenkern 34 erzeugt, und auch in dem ferritischen beziehungsweise aus magnetoelastischen Materialien bestehenden Wellenabschnitt 16 der Abtriebswelle 20. Bei Drehmomentbelastung der Abtriebswelle 20 wirken auch auf den Wellenabschnitt 16 Torsionskräfte. Dies ändert die Permeabilität des Wellenabschnitts 16, wodurch eine Änderung des magnetischen Flusses in dem Weicheisenkern 34 hervorgerufen wird. Dadurch wird ein Strom in der Messspule 32 induziert, der entsprechend der Veränderung der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle 20 variiert. Die Änderung des induzierten Stroms in der Messspule 32 wird in ein mit dem Drehmoment der Abtriebswelle 20 korreliertes Signal übergeführt. Dieses Signal wird dem Controller 36 zugeführt, der die Stelleinrichtung 22 zur Betätigung des beweglichen Elements 24 ansteuert.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Antriebswelle
14: antriebsseitige Kupplungsscheibe
16: Wellenabschnitt
18: Automatikgetriebe
20: Abtriebswelle
22: Stelleinrichtung
24: bewegliches Element
26: abtriebsseitige Kupplungsscheibe
28: Drehmomentsensor
30: Erregerspule
32: Messspule
34: Weicheisenkern
36: Controller

Claims

Kupplungseinrichtung, insbesondere für ein mit einem Automatikgetriebe (18) oder einem zumindest teilweise automatisierten Schaltgetriebe ausgestattetes Kraftfahrzeug, mit einem beweglichen Element (24), dessen Stellung ein von einer Antriebswelle (12) auf eine Abtriebswelle (20) übertragenes Drehmoment beeinflusst, und mit einer Stelleinrichtung (22), die dazu ausgelegt ist, das bewegliche Element (24) in Abhängigkeit von einem Signal zu bewegen, das ein Drehmomentsensor (28) liefert, dadurch gekennzeichnet, – dass die Stelleinrichtung (22) einen Zentralausrücker zumindest teilweise bildet, – dass der Drehmomentsensor (28) zumindest eine Wicklung aufweist, und – dass die Wicklung zumindest teilweise in einer Auskerbung des Zentralausrückers untergebracht ist.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (28) ein mit der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle (20) korreliertes Signal liefert.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (28) auf der Grundlage des magnetoelastischen Effekts arbeitet.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (28) dazu ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss in einem Wellenabschnitt (16) zu erzeugen und den in dem Wellenabschnitt (16) erzeugten magnetischen Fluss zu erfassen.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (16) aus einem ferritischen Material besteht.
Verfahren zur automatischen Betätigung einer Kupplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des beweglichen Elements (24) in Abhängigkeit von einem erfassten Drehmoment verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Drehmoment von der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle (20) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment auf der Grundlage des magnetoelastischen Effekts erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment durch einen Drehmomentsensor (28) erfasst wird, der dazu ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss in einem Wellenabschnitt (16) zu erzeugen und den in dem Wellenabschnitt (16) erzeugten magnetischen Fluss zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (16) aus einem ferritischen Material besteht.