DE102006057183A1

DE102006057183A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe

Info

Publication number: DE102006057183A1
Application number: DE200610057183
Authority: DE
Inventors: Roland Nasdal
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe zu schaffen, mit dem der Schaltkomfort bei Verringerung der Pedalkraft, einer Kupplungswegzeitverkürzung und unter weitgehender Vermeidung eines Fahrzeugruckens während der Schaltvorgänge verbessert wird sowie der Kupplungsverschleiß reduziert und damit die Lebensdauer der Kupplung erhöht wird. Entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Verbesserung des Schaltkomforts eines Handschaltgetriebes die Kupplungsbetätigungskraft zum Betätigen der Kupplung regelbar eingestellt, in dem der einem Nehmerzylinder zugeführte Druck verstellbar verändert werden kann. Der an dem Nehmerzylinder anliegende Druck, aus dem die aufzubringende Kupplungsbetätigungskraft resultiert, wird in Abhängigkeit von der in einer Steuervorrichtung erfassten aktuellen Eingangsdaten, wie Motordrehzahl, der Gaspedalstellung, dem zu übertragenden Drehmoment, der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung und dem Getriebeübersetzungsverhältnis, durch ein Ausgangssignal regelbar eingestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur regelbaren Einstellung des dem Nehmerzylinders zugeführten Drucks sieht einen über eine Steuervorrichtung ansteuerbaren ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen sowie eine dazugehörige Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 6 genannten Merkmalen.
Der Wunsch der Fahrzeugführer besteht darin, den Schaltkomfort eines Getriebes derart zu verbessern, dass bei einem Schaltvorgang ein eventuell auftretendes Fahrzeugrucken vermieden wird. Durch automatisch geschaltete Getriebe wird der Schaltkomfort verbessert. So ist aus der DE 21 04 934 A1 eine Steuereinrichtung zum Betätigen einer Fahrzeug-Reibungskupplung bekannt, die über einen mit einem Kupplungspedal verbundenen Geberzylinder und einen mit diesem über eine Leitung in Verbindung stehenden Nehmerzylinder betätigbar ist. Dabei ist zwischen dem Geberzylinder und dem Nehmerzylinder ein Steuerventil für die Betätigung des Nehmerzylinders geschaltet. Das Steuerventil ist einerseits vom Geberzylinder und andererseits von zwei in Reihe geschalteten Ventilen betätigbar, wobei ein Ventil mit einer Druckmittelquelle verbindbar ist. Durch die gesteuerte Zuführung des Druckmittels zu dem Nehmerzylinder wird beim Hochschalten des Getriebes die Kupplung schnell geöffnet und dosiert mit einer definierten Einrückgeschwindigkeit wieder geschlossen. Beim Zurückschalten wird die Kupplung nach dem Öffnen und dem Herausnehmen des Ganges sofort wieder geschlossen.
Aus der DE 601 02 322 T2 ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung bekannt, bei der die Kupplung durch einen Kupplungshebel betätigt wird, der von einem Nehmerzylinder verstellt wird. Der Öldruck, der die Kupplungsbetätigungskraft aufbringt, wird dem Nehmerzylinder von einem Zwischenzylinder zugeführt. Bei einem manuellen Kupplungsvorgang wird dem Zwischenzylinder ein Öldruck zugeführt, der in einem Geberzylinder erzeugt wird. Der Geberzylinder erzeugt einen Öldruck, der der aktuierenden Betätigungsgröße eines Kupplungspedals entspricht. Bei einem automatischen Kupplungsvorgang wird dem Zwischenzylinder der Öldruck von einer Öldruckquelle zugeführt. Die Öldruckquelle umfasst eine von einem Motor angetriebene Hydraulikpumpe. Über eine Steuereinrichtung in Verbindung mit elektromagne tischen Ventilen wird somit dem Zwischenzylinder ein entsprechend einstellbarer Öldruck zur Betätigung der Kupplung zu- bzw. abgeführt.
Der Nachteil der Automatikgetriebe besteht in dem zusätzlichen Bauaufwand, der auch eine Verteuerung des Getriebes nach sich zieht. Außerdem wird durch ein Automatikgetriebe der Wirkungsgrad des Getriebes gegenüber einem Handschaltgetriebe schlechter.
Handschaltgetriebe mit Kupplungen gelten vor allem in Europa noch als Standardgetriebe bei kleinen und mittleren Fahrzeugen sowie im gewerblichen Kraftverkehr. Die Ursache liegt im günstigen Preis des Kupplungssystems sowie in der noch möglichen Kraftstoffeinsparung gegenüber Automatikgetrieben. Der Schaltwunsch des Fahrers wird bei diesen Getrieben durch die Betätigung einer Kupplung eingeleitet. Der Fahrer übt mit dem Fuß Druck auf das Kupplungspedal aus. Dieser Druck wird durch das Kupplungsbetätigungssystem, bestehend aus einem mit dem Kupplungspedal in Verbindung stehenden Geberzylinder und einem über eine Druckleitung verbundenen Nehmerzylinder, hydraulisch oder mechanisch über ein Hebelwerk oder einen Seilzug an die Kupplung weitergegeben, wodurch sie geöffnet wird. Danach kann der gewünschte Gang vom Fahrer eingelegt werden. Sowohl die Pedalposition als auch die verwendete Kraft beim Betätigen des Pedals beeinflussen das Verhalten der Kupplung. Speziell diese Eigenschaften werden von den Fahrern eines Handschaltgetriebes geschätzt. Der Fahrer behält nicht nur die Kontrolle, wann ein Gangwechsel stattfinden soll, er kann auch bestimmen, wie lange die Kupplung geöffnet gehalten werden soll. Allerdings steigen auch bei Fahrern von Handschaltgetrieben die technischen Anforderungen, gerade im Vergleich mit den stetig steigenden Funktionalitäten bei den Automatikgetrieben. So wird von einem modernen Kupplungssystem nicht mehr nur eine einfache Bedienung, sondern gleichzeitig auch eine ergonomische Bedienbarkeit gefordert. Es wird nicht nur eine lange Lebensdauer, sondern zusätzlich eine hohe Lebensdauer ohne Komforteinbußen gewünscht. Das Trennen und Schließen des Kraftflusses soll zuverlässig und vor allem schnell erfolgen. Dabei auftretende Schwingungen sollen gedämpft werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges mit einem Hand schaltgetriebe zu schaffen, mit dem der Schaltkomfort bei Verringerung der Pedalkraft, einer Kupplungswegverkürzung und unter weitgehender Vermeidung eines Fahrzeugruckens während der Schaltvorgänge verbessert wird sowie der Kupplungsverschleiß reduziert und damit die Lebensdauer der Kupplung erhöht wird.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und entsprechend der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.
Entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Verbesserung des Schaltkomforts eines Handschaltgetriebes die Kupplungsbetätigungskraft zum Betätigen der Kupplung regelbar eingestellt, in dem der einem Nehmerzylinder zugeführte Druck verstellbar verändert werden kann. Der an dem Nehmerzylinder anliegende Druck, aus dem die aufzubringende Kupplungsbetätigungskraft resultiert, wird in Abhängigkeit von den in einer Steuervorrichtung erfassten aktuellen Eingangsdaten, wie Motordrehzahl, der Gaspedalstellung, dem zu übertragenden Drehmoment, der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung und dem Getriebeübersetzungsverhältnis, durch ein Ausgangssignal regelbar eingestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur regelbaren Einstellung des dem Nehmerzylinder zugeführten Drucks sieht einen über eine Steuervorrichtung ansteuerbaren Kupplungsassistenten vor, der in einer Leitung zwischen dem Geberzylinder und dem Nehmerzylinder angeordnet ist. Zur Regulierung des dem Nehmerzylinder zugeführten Drucks ist der Kupplungsassistent entweder als zusätzlicher Geberzylinder mit einem ansteuerbaren Antrieb oder als Druckspeicher mit einem ansteuerbaren Proportionalventil, oder als regelbares Sperrventil ausgebildet.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die Steuervorrichtung in Verbindung mit dem Kupplungsassistenten dem Nehmerzylinder zur Betätigung der Kupplung ein einstellbarer Druck zugeführt wird. Dadurch kann unabhängig vom Fahrer die Position des Kupplungsausrückers in die jeweilige optimale Stellung gefahren werden. Der Kupplungsvorgang erfolgt dadurch bei einer idealen Drehzahl und in einer idealen Geschwindigkeit, wodurch die Schaltqualität verbessert und ein Fahrzeugrucken vermieden wird. Außerdem wird bei einer Notfallbremsung oder bei einem Kupplungslupfen ein Motorabwürgen ohne eine durch den Fahrer veranlasste Auskupplung vermieden. Durch die automatische Einstellung der jeweils benötigten optimalen Kupplungsbetätigungskraft werden Bedienungsfehler beim Kupplungsvorgang vermieden, wodurch der Verschleiß der Kupplung verringert wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass bei einem eventuellen möglichen Ausfall des Kupplungsassistenten der Kupplungsvorgang auch ohne die Unterstützung durch den Kupplungsassistenten erfolgen kann und somit der Fahrzeugbetrieb voll erhalten bleibt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges,
2: eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung und
3: eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung.
In 1 ist schematisch ein hydraulisches Kupplungssystem für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die erfindungsgemäße Lösung kann natürlich auch für ein pneumatisch betriebenes Kupplungssystem eingesetzt werden. Das Kupplungssystem für ein an sich bekanntes Handschaltgetriebe besteht aus einem Kupplungspedal 1, das direkt mit einem Geberzylinder 3 verbunden ist. Beim Betätigen des Kupplungspedals 1 wird entsprechend dessen Betätigungsgröße durch den Geberzylinder 3 ein Druck, im Fall des Ausführungsbeispiels ein Öldruck, erzeugt, der über eine Leitung 15 einem Nehmerzylinder 6 zugeführt wird. Dem Geberzylinder 3 ist ebenfalls in bekannter Weise ein Vorratsbehälter 2 für das im Kupplungssystem befindliche Öl zugeordnet. Durch den vom Geberzylinder 3 erzeugten Öldruck wird der Kolben des Nehmerzylinders 6 verschoben. Die Kolbenstange des Nehmerzylinders 6 ist mit einem Hebelarm eines Kupplungshebels 7 verbunden, während der andere Hebelarm des Kupplungshebels 7 mit einer Kupplung 8 verbunden ist. Somit wird beim Betätigen des Kupplungspedals 1, wie beschrieben, durch Verschieben des Kolbens des Nehmerzylinders 6 auf den Kupplungshebel 7 eine Kraft zum Betätigen der Kupplung 8 aufgebracht.
Um den Schaltkomfort zu verbessern, ist erfindungsgemäß ein auf den Öldruck in der Leitung 15 wirkender Kupplungsassistent angeordnet, mit dem unabhängig vom Fahrer der Öldruck auf den Nehmerzylinder 6 variabel entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen und somit die aufzubringende Kupplungsbetätigungskraft eingestellt wird. Der Kupplungsassistent besteht gemäß einem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel aus einem zusätzlichen Geberzylinder 4, der von einem ansteuerbaren Antrieb 5 betätigt wird. Dabei ist die Druckausgangsseite des Geberzylinders 4 über eine Leitung mit der Leitung 15 verbunden. Die Einmündung der vom Geberzylinder 4 kommenden Leitung in die Leitung 15 erfolgt vorzugsweise über ein nicht dargestelltes Steuerventil, mit dem ein Rückschlagen des vom Geberzylinder 4 aufgebauten Drucks auf das Kupplungspedal 1 vermieden wird. Ein solches Steuerventil kann beispielsweise dem in der DE 21 04 934 A1 beschriebenen Ventil entsprechen.
Zur Ansteuerung und Betätigung des Antriebes 5 ist dieser mit einer Steuervorrichtung 12 verbunden. Diese Steuervorrichtung 12 kann das Motorsteuergerät, ein Getriebesteuergerät oder ein separates Steuergerät sein. Der Steuervorrichtung 12 werden die aktuell erfassten Eingangsdaten 13, wie Motordrehzahl, Gaspedalstellung, Stellung der Kolben in dem Geberzylinder 3 und dem Nehmerzylinder 6, das zu übertragende Drehmoment, die Fahrgeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung und das jeweilige Getriebeübersetzungsverhältnis, zugeführt. Anhand der Eingangsdaten 13 wird in der Steuervorrichtung 12 ein Ausgangssignal 14 zur Ansteuerung des Antriebes 5 erzeugt.
Entsprechend den jeweiligen Betriebsdaten wird über die Steuervorrichtung 12 in dem Geberzylinder 4 ein einstellbarer Ausgangsöldruck erzeugt, der über die Leitung 15 zusätzlich dem Nehmerzylinder 6 zugeführt wird. Durch die einstellbare Kupplungsbetätigungskraft an dem Kupplungshebel 7 erfolgt ein Einkuppeln der Kupplung 8 bei einer idealen Drehzahl. Außerdem erfolgt unter Berücksichtigung aller Ein gangsdaten 13 in der Steuervorrichtung 12 eine optimale Ansteuerung des Kupplungsschleifpunktes durch die eingestellte Kupplungsbetätigungskraft.
In 2 ist eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Für gleiche Bauteile sind dabei die in 1 verwendeten Bezugszahlen übernommen worden. Gemäß der Variante zwei besteht der Kupplungsassistent aus einem über die Steuervorrichtung 12 ansteuerbaren Proportionalventil 9, das über eine Leitung einerseits mit einem Druckspeicher 10 und andererseits mit der Leitung 15 verbunden ist. Analog zu der oben beschriebenen Variante eins wird ebenfalls dem Nehmerzylinder 6 zur regelbaren Einstellung der Kupplungsbetätigungskraft ein zusätzlicher regelbarer Öldruck zugeführt.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung ist in 3 dargestellt. Dabei befindet sich in der Leitung 15 zwischen dem Geberzylinder 3 und dem Nehmerzylinder 6 ein über die Steuervorrichtung 12 regelbares Sperrventil 11. Dies stellt die einfachste Variante eines Kupplungsassistenten dar. Jedoch gehen dadurch auch einige der vorher genannten Vorteile des Kupplungsassistenten verloren. Der Kupplungsassistent kann in diesem Fall nicht selbsttätig auskuppeln. Dadurch können z. B. keine Notfallauskupplungsvorgänge zum Verhindern eines "Motorabwürgens" realisiert werden. Der Einkupplungsvorgang könnte über die Position und Geschwindigkeit des Nehmerzylinders und über Motoreingriffe geregelt werden.
Um den Schaltkomfort gegenüber der reinen Kupplungsbeeinflussung weiter zu verbessern ist es möglich, zusätzlich zu der Betätigung des Kupplungsassistenten über eine entsprechende Steuereinheit einen Eingriff auf die aktuell vorliegenden Motorkennwerte vorzunehmen und somit die Motorenkennwerte, wie zum Beispiel Motordrehzahl, Drosselklappenstellung, Einstellung des Luft/Kraftstoff-Gemisches und dergleichen, entsprechend an den Schaltvorgang anzupassen.

1: Kupplungspedal
2: Vorratsbehälter
3: Geberzylinder
4: Geberzylinder
5: Antrieb
6: Nehmerzylinder
7: Kupplungshebel
8: Kupplung
9: Proportionalventil
10: Druckspeicher
11: Sperrventil
12: Steuervorrichtung
13: Eingangsdaten
14: Ausgangssignal
15: Leitung

Claims

Verfahren zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe, bei dem die Kupplungsbetätigungskraft an einem Kupplungshebel durch Betätigen eines Kupplungspedals erzeugt wird, das mit einem Geberzylinder verbunden ist und über eine Druckleitung mit einem dem Kupplungshebel betätigbaren Nehmerzylinder in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung des Schaltkomforts der beim Betätigen des Kupplungspedals (1) vom Geberzylinder (3) erzeugte Druck dem Nehmerzylinder (6) einstellbar, zur regelbaren Einstellung der über den Nehmerzylinder (6) auf den Kupplungshebel (7) aufgebrachten Kupplungsbetätigungskraft, zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzubringende Kupplungsbetätigungskraft und somit der an dem Nehmerzylinder (6) anliegende Druck in Abhängigkeit von den in der Steuervorrichtung (12) erfassten aktuellen Eingangsdaten (13), wie Motordrehzahl, der Gaspedalstellung, Stellung der Kolben in dem Geberzylinder 3 und dem Nehmerzylinder 6, dem zu übertragenden Drehmoment, der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung und dem Getriebeübersetzungsverhältnis, durch ein Ausgangssignal (14) regelbar eingestellt wird
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Nehmerzylinder (6) zusätzlich ein einstellbarer Druck durch einen regelbar angetriebenen Geberzylinder (4) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Nehmerzylinder (6) zusätzlich ein einstellbarer Druck von einem mit einem Proportionalventil (9) versehenen Druckspeicher (10) regelbar zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Nehmerzylinder (6) zugeführte Druck durch ein in der Leitung (15) zwischen dem Geberzylinder (3) und dem Nehmerzylinder (6) befindliches Sperrventil regelbar einstellbar ist.
Vorrichtung zum Betätigen einer Reibungskupplung eines Fahrzeuges mit einem Handschaltgetriebe, die über einen mit einem Kupplungspedal verbundenen Geberzylinder und einem mit diesem über eine Leitung in Verbindung stehenden Nehmerzylinder betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung des Schaltkomforts ein auf den Betriebsdruck in der Leitung (15) zwischen dem Geberzylinder (3) und dem Nehmerzylinder (6) wirkender, über eine Steuervorrichtung (12) ansteuerbarer Kupplungsassistent zur regelbaren Einstellung des dem Nehmerzylinder (6) zugeführten Drucks zur Betätigung der Kupplung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsassistent aus einem zusätzlichen Geberzylinder (4) mit einem ansteuerbaren Antrieb (5) besteht, wobei die Druckausgangsseite des Geberzylinders (4) über eine Druckleitung mit der Leitung (15) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsassistent aus einem ansteuerbaren Proportionalventil (9), das über eine Leitung einerseits mit einem Druckspeicher (10) und andererseits mit der Leitung (15) verbunden ist, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsassistent aus einem regelbaren Sperrventil (11) besteht, das in der Leitung (15) zwischen dem Geberzylinder (3) und dem Nehmerzylinder (6) angeordnet ist.