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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Steuern einer
zwischen einer Ausgangswelle eines Fahrzeugmotors und einer Eingangswelle
des Fahrzeugs angeordneten Kupplung.
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In
modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenwagen, werden aus
Gründen
der Bedienungserleichterung und eines besseren Fahrkomforts zunehmend
automatisierte Kupplungen eingesetzt. Ein Problem beim Einsatz solcher
Kupplungen besteht darin, dass im Fahrbetrieb aus Verbrauchs- und
Verschleißgründen die
Kupplung derart betrieben bzw. betätigt werden soll, dass sie
einerseits nicht oder nur sehr wenig rutscht. Wenn das Fahrzeug
auf eine Geschwindigkeit abbremst, bei der der Motor unterhalb seiner
Leerlaufdrehzahl läuft,
muss die Kupplung dagegen geöffnet
werden, so dass sie kaum Drehmoment überträgt und mit Schlupf läuft. Bekannt
ist, die Kupplung bei Unterschreiten einer vorbestimmten Drehzahl,
beispielsweise einer Drehzahl etwas über der Leerlaufdrehzahl des
Motors zu öffnen
und von einem Fahrmode in einen Anfahrmode überzugehen, in dem die Kupplung
beim Gasgeben zunehmend schließt
und das Fahrzeug unter Schlupfverminderung beschleunigt.
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In
der Praxis hat sich gezeigt, dass beim Übergang vom Fahrmode in den
Anfahrmode Triebstrangschwingungen auftreten, wenn das Fahrzeug
beispielsweise steil bergauf fährt
und seine Geschwindigkeit unter Last soweit abnimmt, dass der Motor
untertourig betrieben wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatisierte Kupplungsbetätigung derart
auszubilden, dass beim Übergang
vom Fahrmode in den Anfahrmode keine den Fahrkomfort beeinträchtigenden
Buckelschwingungen auftreten.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Steuern einer zwischen einer
Ausgangswelle eines Fahrzeugmotors und einer Eingangswelle des Fahrzeugs
angeordneten Kupplung gelöst,
bei welchem Verfahren die Kupplung bei Vorliegen vorbestimmter erster
Bedingungen in einem Fahrmodus mit keinem oder geringem Schlupf
betrieben wird, bei Abfallen der Drehzahl der Eingangswelle unter
eine erste kritische Drehzahl und Annäherung an eine zweite kritische
Drehzahl mit zunehmendem Schlupf betrieben wird und bei Abfallen
der Drehzahl unter die zweite kritische Drehzahl in einem Anfahrmodus
mit hohem Schlupf und geringem Dreh momentübertragungsvermögen betrieben
wird, aus dem heraus die Kupplung nach einem Anfahren in dem Fahrmodus
betrieben wird.
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Die
zweite kritische Drehzahl ist beispielsweise etwa die Leerlaufdrehzahl
des Fahrzeugmotors.
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Die
zweite kritische Drehzahl, bei deren Erreichen die Kupplung im Anfahrmodus
betrieben wird, kann Null sein. Der Anfahrmodus wird dann erst bei
stillstehendem Fahrzeug erreicht.
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Die
erste kritische Drehzahl, die größer ist als
die zweite kritische Drehzahl, nimmt vorteilhafterweise mit höherer Last
des Fahrzeugmotors zu.
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Vorteilhaft
ist weiter, wenn die Kupplung bei über einem Schwellwert liegender
zeitlicher Abnahme der Drehzahl der Antriebswelle des Fahrzeugs mit
hohem Schlupf betrieben wird.
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Ein
System zum Steuern einer zwischen einer Ausgangswelle eines Fahrzeugmotors
und einer Eingangswelle des Fahrzeugs angeordneten Kupplung enthält einen
Aktor zum Betätigen
der Kupplung, Sensoren zum Erfassen von den Betriebsparametern des
Fahrzeugs und ein elektronisches Steuergerät zum Steuern des Aktors in
Abhängigkeit
von den Betriebsparametern des Fahrzeugs, wobei das Steuergerät den Aktor
entsprechend einem oder mehreren der vorgenannten Verfahren steuert.
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Die
Erfindung, die bei allen Arten von automatisierten Kupplungen, beispielsweise
Reibscheibenkupplungen, oder auch hydraulischen Drehmomentwandlern,
vorteilhafterweise mit Lock-Up-Funktion, verwendet werden kann,
wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und
mit weiteren Einzelheiten erläutert.
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In
den Figuren stellen dar:
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1 schematisch
einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs und
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2 Kurven
zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß 1 enthält ein Fahrzeugantriebsstrang
einen Antriebs- bzw. Fahrzeugmotor 10, der über eine
Kupplung 12 mit einem Schaltgetriebe 14 verbunden
ist, das über
eine Kardanwelle 16, ein Differential 18 und Antriebswellen 20 mit
angetriebenen Hinterrädern 22 eines
Fahrzeugs verbunden ist. Der beispielhaft als Hinterradantriebsstrang
dargestellte Antriebsstrang könnte
auch als Vorderradantriebsstrang oder als Allradantriebsstrang ausgebildet
sein. Die Kupplung 12 verbindet die nicht dargestellte
Ausgangswelle des Fahrzeugmotors 10 mit der nicht dargestellten
Eingangswelle des Schaltgetriebes 14, die in Ansprüchen als
Eingangswelle des Fahrzeugs bezeichnet ist.
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Die
Leistung des Motors 10 wird mittels eines Laststellgliedes 24,
im Falle eines Ottomotors, beispielsweise einer Drosselklappe, gesteuert.
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Für seine
Betätigung
weist das Fahrzeug ein Gaspedal 26, ein Bremspedal 28 sowie
eine Schalthebelbaugruppe 32 mit einem nicht dargestellten Schalthebel
zum Einlegen der Gänge
auf.
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Für die Betätigung der
Kupplung 12 ist ein Kupplungsaktor 34 vorgesehen,
der von einem Kupplungssteuergerät 36 angesteuert
wird.
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Im
dargestellten Beispiel erfolgt die Betätigung des Laststellgliedes 24 durch
ein "Drive-By-Wiresystem", in dem ein Laststellgliedaktor 40 von
einem Motorsteuergerät 42 angesteuert
ist, das einen Eingang aufweist, der mit einem Sensor 44 zur
Erfassung der Stellung des Gaspedals 26 verbunden ist. Sensoren
zum Erfassen von Betriebsparametern des Fahrzeugs sind beispielsweise
ein Drehzahlsensor 48 zum Erfassen der Drehzahl einer Ausgangswelle des
Fahrzeugmotors 10, ein Gangsensor 50 zur Erfassung
der Stellung des Schalthebels der Schalthebelbaugruppe, Raddrehzahlsensoren 52, 54,
ein Sensor 56 zur Erfassung der Betätigung des Bremspedals 28 sowie
gegebenenfalls weitere Sensoren.
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Die
Steuergeräte 36 und 42 können getrennte
Einheiten mit einem jeweiligen Prozessor und Daten- sowie Programmspeichereinrichtungen
sein, die über
ein Bussystem 58 kommunizieren. Die Steuergeräte können auch
in unterschiedlicher Weise zusammengefasst sein oder durch ein einziges
Steuergerät
realisiert sein. Eingänge
der Steuergeräte
sind mit jeweiligen Sensoren verbunden, die die für den Ablauf
der Programme notwendigen Daten liefern.
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Im
Kupplungssteuergerät 36 ist
ein Programm abgelegt, entsprechend dem die Kupplung im normalen
Fahrbetrieb entsprechend einem Fahrmode gesteuert wird, bei dem
die Kupplung normalerweise schlupffrei oder nur mit sehr geringem
Schlupf betrieben wird und gleichzeitig nur so stark angepresst
wird, wie es für
den jeweiligen Schlupf erforderlich ist. Unter Schlupf wird die
Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl der Kupplung (Ausgangswelle des
Fahrzeugmotors 10) und der Ausgangswelle der Kupplung (Eingangswelle
des Getriebes 14) verstanden, wobei diese Differenz oder
der Absolutwert der Differenz durch die Eingangsdrehzahl oder die
Ausgangsdrehzahl der Kupplung geteilt werden kann.
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Insbesondere
wenn das Fahrzeug bis zum Stillstand abgebremst wird, muss die Kupplung 12 geöffnet werden,
damit der Fahrzeugmotor 10 mindestens mit seiner Leerlaufdrehzahl
drehen kann, ohne dass ein wesentliches Drehmoment vom Fahrzeugmotor 10 in
das Getriebe 14 bzw. auf die Kardenwelle 16 übertragen
wird. Somit wird die Kupplungsbetätigung bei abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit
aus dem Drehmoment übertragenden und
im allgemeinen schlupfarmen Fahrmodus in einen Anfahrmodus geschaltet,
in dem sie im Wesentlichen geöffnet
ist und beim Anfahren, d.h. im Allgemeinen beim Gasgeben mit eingelegtem
Gang, allmählich
schließt,
um in den schlupfarmen Fahrzustand überzugehen.
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2 zeigt,
wie die Kupplung beim Verlangsamen des Fahrzeugs aus dem Fahrmodus
in den Anfahrmodus übergeht:
Auf
der Abszisse ist die Zeit dargestellt; die Ordinate stellt Drehzahlen
dar. Die durchgezogene Kurve zeigt die Drehzahl nF der
Fahrzeugeingangswelle bzw. der Getriebeeingangswelle, wenn das Fahrzeug
beispielsweise im dritten Gang abgebremst wird und seine zur Drehzahl
nF proportionale Geschwindigkeit abnimmt.
Zum Zeitpunkt t1 erreicht nF eine
kritische Drehzahl n2, beispielsweise die
Leerlaufdrehzahl des Motors und zum Zeitpunkt t2 erreicht
sie Null, d.h. das Fahrzeug steht still. Sei angenommen, dass die
Abbremsung des Fahrzeugs bei nicht betätigtem Gaspedal 26,
d.h. weitgehend geschlossener Drosselklappe 24 durch Betätigung des
Bremspedals 28 abgebremst wird. Solange die Drehzahl nF der Getriebeeinganswelle bzw. der Kupplungsausgangswelle über der
kritischen Drehzahl n2, wie beispielsweise der
Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugmotors 10 liegt, kann die
Kupplung weitgehend geschlossen bleiben, damit das Fahrzeug zusätzlich vom
Motor abgebremst wird. Sobald sich die Drehzahl nF der
Kupplungsausgangswelle der Drehzahl n2 nähert, wird
die Kupplung 12 vom Aktor 34 zunehmend geöffnet, so dass
die Motordrehzahl nM einer der strichpunktierten Kurven
folgend zunehmend über
der Kupplungsausgangsdrehzahl nF liegt und
von dieser entkuppelt auf die Leerlaufdrehzahl n2 abnimmt.
Bei stillstehendem Fahrzeug (Zeitpunkt t1)
läuft der
Motor somit mit der Leerlaufdrehzahl n2.
Die Drehzahl n1, bei deren Unterschreitung
die Kupplung zunehmend geöffnet wird,
um spätestens
bei n2 den Anfahrmodus zu erreichen, nimmt
mit zunehmender Last des Motors zu:
Die doppelt punktierte
Kurve stellt den Fall dar, in dem das Fahrzeug bei betätigtem Gaspedal
seine Geschwindigkeit verlangsamt. In diesem Fall wird die Kupplung
schon bei einer höheren
Drehzahl n1 geöffnet und lässt eine Differenz zwischen
der in Folge der sich verlangsamenden Fahrzeuggeschwindigkeit abnehmenden
Drehzahl nF und der Drehzahl des Motors
nM zu, wodurch ein Ruckeln vermieden wird
und das Fahrzeug komfortabel bis zum Stillstand abgebremst werden
kann. Die doppelt gepunktete Kurve stellt der Verlauf der Motordrehzahl
nM für
den Fall dar, dass das Gaspedal zumindest kurz vor Erreichen des
Fahrzeugstillstandes nicht mehr betätigt wird, so dass die Motordrehzahl
auf die Drehzahl n2, die Leerlaufdrehzahl,
absinkt. Die dreifach gepunktete Kurve stellt einen Fall dar, in
dem das Gaspedal auch bei stillstehendem Fahrzeug, d.h. bei geöffneter
Kupplung bzw. bei in den Anfahrmodus umgeschalteter Kupplung weiter
betätigt
wird, so dass die Motordrehzahl nicht bis auf die Leerlaufdrehzahl
absinkt.
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Der
geschilderte Drehzahlverlauf kann sich auch bei nicht betätigtem Bremspedal
einstellen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit beim Bergauffahren
wegen mangelnder Motorleistung absinkt.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
erfolgt erfindungsgemäß ein gleitender Übergang
zwischen dem Fahrmodus der Kupplung (nF und
nM) stimmen weitgehend überein; (schlupfarmer Betrieb)
und dem Anfahrmodus der Kupplung (Kupplung ist zumindest weitgehend
geöffnet,
lässt einen
hohen Schlupf zu und schließt
bei vorliegen von Anfahrbedingungen), wobei der Übergang zwischen dem Fahrmodus
und dem Anfahrmodus, d.h. das Öffnen
der Kupplung mit zunehmender Motorlast bei zunehmend höherer Drehzahl
der Kupplungsausgangswelle erfolgt. Bei nicht betätigtem Gaspedal
erfolgt der Übergang
vom Fahrmodus in den Anfahrmodus erst kurz vor dem Erreichen der
Leerlaufdrehzahl, um das Bremsvermögen des Motors weitgehend zu
nutzen.
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Die
Erfindung kann bei Handschaltgetrieben, automatisierten Handschaltgetrieben
und automatischen Getrieben eingesetzt werden.
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Wie
aus 2 ersichtlich, liegt zwischen dem Fahrmodus, in
dem die Kupplung auf weitgehend schlupffreiem Betrieb gesteuert
wird, und dem Anfahrmodus, in dem die Kupplung geöffnet ist
und bei einem nachfolgenden Anfahrvorgang geschlossen wird, ein Übergangsbereich,
in dem die Kupplung beim Übergang
vom Fahrmodus in den Anfahrmodus allmählich geöffnet wird. Der Anfahrmodus
wird bei Verlangsamung des Fahrzeugs zumindest immer dann erreicht,
wenn die Drehzahl der Ausgangswelle der Kupplung (Fahrzeugeingangswelle)
unter eine kritische Drehzahl n2, meistens
die Leerlaufdrehzahl des Motors, abfällt. Der Übergangsbereich beginnt, wenn
die Drehzahl der Ausgangswelle der Kupplung unter eine erste kritische
Drehzahl n1 abfällt, die von der Last abhängt, unter
der der Motor läuft.
Der Übergangsbereich
zwischen dem Fahrmodus und dem Anfahrmodus wird somit mit abnehmender
Last schmaler. Ohne Last kann ohne wesentlichen Übergangsbereich umgeschaltet
werden.
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Beispielsweise
kann unter Verlangsamung bei Last bei einer Drehung der Eingangswelle
von 1500 min–1 der
Schlupf derart gesteuert werden, dass er maximal bei 50 min–1 liegt.
Bei einer Drehzahl der Eingangswelle von 500 min–1 kann
ein Schlupf von 200 min–1 vorhanden sein und
bei stehender Eingangswelle entspricht der Schlupf der Leerlaufdrehzahl
des Motors.
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Bei
Panikbremsungen, bei denen die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die
Drehzahl der Antriebswelle über
einen Schwellwert hinaus zeitlich abnimmt, kann die Kupplung sofort
geöffnet
werden, so dass die Fahrzeugräder
vom Antriebsmotor entkoppelt sind.
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Der
Anfahrmodus, bei dem die Kupplung vollständig oder zumindest weitgehend
vollständig geöffnet ist,
wird spätestens
erreicht, wenn die Drehzahl der Eingangswelle des Fahrzeugs (Ausgangswelle
der Kupplung) Null beträgt,
d.h., das Fahrzeug bei eingelegtem Gang steht. Je nach Fahrbedingungen
kann der Anfahrmodus insbesondere unter Last bereits bei noch drehender
Eingangswelle aktiviert werden und beispielsweise bereits erreicht
werden, wenn nF = Leerlaufdrehzahl des Motors
oder sogar leicht darüber.
In diesem Fall wird der Motor keinesfalls unter seine Leerlaufdrehzahl
gezwungen, was insbesondere bei Last zu Komforteinbußen führen kann.
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- 10
- Fahrzeugmotor
- 12
- Kupplung
- 14
- Schaltgetriebe
- 16
- Kardanwelle
- 18
- Differential
- 20
- Antriebswelle
- 22
- Hinterrad
- 24
- Laststellglied
- 26
- Gaspedal
- 28
- Bremspedal
- 32
- Schalthebelgruppe
- 34
- Kupplungsaktor
- 36
- Kupplungssteuergerät
- 40
- Laststellgliedaktor
- 42
- Motorsteuergerät
- 44
- Sensor
- 48
- Drehzahlsensor
- 50
- Gangsensor
- 52
- Raddrehzahlsensor
- 54
- Raddrehzahlsensor
- 56
- Sensor
- 58
- BUS-System