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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben,
sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Anhand
von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
In den dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betätigen einer Reibungskupplung
eines Fahrzeuges,
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2:
eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung und
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3:
eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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