DE102007012246A1

DE102007012246A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung

Info

Publication number: DE102007012246A1
Application number: DE102007012246A
Authority: DE
Inventors: Rainer Petzold; Peter Herter; Franz Dr. Bitzer; Joachim Staudinger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-18
Also published as: WO2008110471A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei dem die Kupplung über eine schaltventilgesteuerte, fluidgesteuerte, fluidbetätigte Stelleinrichtung betätigt wird. Um eine hohe Lebensdauer sowie Betriebssicherheit der Schaltventile zu gewährleisten und um Kosten zu sparen, wird die Kupplung mit einer entsprechend ausgebildeten Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit vorgegebener Betriebszustände in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Steuerungsmodus angesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Automatische, fluidbetätigte Fahrzeugkupplungen in Antriebssträngen sind seit längerem bekannt. Dabei ist beispielsweise ein federbelasteter pneumatischer Stellzylinder vorgesehen, in dem ein Kolben geführt ist, der in Wirkverbindung mittels eines Stellglieds die Kupplung betätigt. Der Stellzylinder wird je nach Kupplungsbauweise zum Ein- bzw. Ausrücken der Kupplung druckluftbeaufschlagt oder entlüftet, wobei die Steuerung über elektrische Schaltventile, beispielsweise magnetbetätigbare Proportionalventile erfolgt.
Aus der DE 26 28 486 A1 ist eine pneumatische Kupplungsbetätigungsvorrichtung bekannt, bei der die Einrückgeschwindigkeit einer Reibungskupplung über ein System von Magnetventilen mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten variierbar ist.
Weiterhin sind aus der DE 40 13 667 C2 und der DE 102 10 877 A1 Ventileinrichtungen zur Steuerung pneumatischer Stelleinrichtungen für solche Kupplungen bekannt, die taktend betrieben werden können, um den Druck im pneumatischen Stellzylinder, insbesondere einen bestimmten Druckgradienten beim Einrücken der Kupplung, genau einstellen zu können.
Bei einer aus der DE 30 28 251 C2 bekannten Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugreibungskupplung kann die Kupplung beim Einrücken diskontinuierlich angesteuert werden, wobei die Steuerimpulse abhängig von der Drehzahl des Fahrzeug-Antriebsmotors variierbar sind. Die Kupplung ist über ein Stellorgan, das mit einem Pneumatikzylinder gekoppelt ist, ein- und ausrückbar. Sie ist in der herkömmlichen „Nichtbetätigt-Geschlossen"-Bauweise ausgebildet, also mittels einer Federvorspannung bei nicht betätigtem Stellorgan eingerückt. Der Pneumatikzylinder ist über eine getaktete Ventileinrichtung mit einer Druckluftquelle zum Ausrücken der Kupplung oder mit einer Entlüftungseinrichtung zum Einrücken verbindbar. Die Ventileinrichtung wird von einem Impulsgeber gesteuert, wobei während des Schlupfbetriebes der Kupplung beim Einrücken die Dauer und Frequenz der Impulse von einem Funktionsgenerator in Abhängigkeit der Motordrehzahl vorgegeben werden. Zur Anpassung einer Einkuppelkennlinie an eine Drehmomentkennlinie des Antriebsmotors nimmt die Impulsfrequenz mit zunehmender Motordrehzahl, beispielsweise proportional oder exponentiell, zu. In den Funktionsgenerator können verschiedene Programme eingespeist werden, die neben der Motordrehzahl weitere Parameter, beispielsweise Fahrgeschwindigkeit oder Gaspedalstellung berücksichtigen können. Insbesondere wird dadurch ein erleichtertes Anfahren an Steigungen und beim Rangieren ermöglicht. Zusätzlich wird ein Ausrücken der Kupplung über verschiedene Schaltkontakte gesteuert, wobei insbesondere ein Abwürgen des Motors bei eingelegtem Gang verhindert wird und ein Ausrücken der Kupplung in der Gaspedal-Ruhestellung zur Kraftstoffersparnis erfolgt.
Die bekannten Vorrichtungen zur taktenden Ansteuerung automatischer, fluidbetätigter Anfahr-/Rangierkupplungen sind in der Lage, die ihnen zugrunde liegenden Aufgaben in vollem Umfang zu erfüllen. Als nachteilig hat sich jedoch herausgestellt, dass die Schaltventile bei getakteten Kupplungs-Steuerungen in Antriebssträngen moderner Fahrzeuge zunehmend sehr hohen Schaltspielzahlen bzw. einer großen Anzahl von Ventilschaltvorgängen unterliegen, die maßgebend für deren Lebensdauer sind. Im Extremfall könnte eine erhöhte Belastung sogar zum vorzeitigen Ausfall der betreffenden Ventile führen.
Beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit modernen Vielgang-Getrieben in Mehrgruppenbauweise, wie der „AS Tronic"-Baureihe der Anmelderin, die der artige taktende Kupplungs-Steuerungen verwenden, werden die Ventile erheblichen Schaltspielzahlen ausgesetzt. Um die Anforderungen an eine hohe Standzeit und Schaltsicherheit getakteter Ventileinrichtungen in solchen und zukünftigen Kupplungssystemen zu erfüllen, müssen daher die Komponenten der Schaltventile, insbesondere die Ankerführung und die Dichtung, besonders verschleißfest ausgebildet werden, welches relativ hohe Fertigungs- und Materialkosten verursacht.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer fluidbetätigten Kupplung über eine Ventileinrichtung mit elektrischen Schaltventilen anzugeben, die eine hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit insbesondere der Schaltventile gewährleisten und dennoch kostengünstig sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs und des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Schaltventile in fluidbetätigten Kupplungssystemen bei der Betätigung der Kupplung nicht notwendig permanent taktend betrieben werden müssen, sondern mittels einer geeigneten Kupplungssteuerung bedarfsgerecht angesteuert werden können, wodurch eine signifikante Reduzierung der Ventilschaltspielzahlen bzw. der Ventilschaltvorgänge ermöglicht wird.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei dem die Kupplung über eine schaltventilgesteuerte, fluidbetätigte Stelleinrichtung betätigt wird.
Zur Losung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Kupplung in Abhängigkeit vorgegebener Betriebszustände in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Steuerungsmodus angesteuert und betätigt wird.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer fluidbetätigten Stelleinrichtung mit einem Stellzylinder und einem Stellglied zur Betätigung der Kupplung und mit einer Ventileinrichtung mit Schaltventilen zur Steuerung der Stelleinrichtung über eine elektronische Steuerungseinrichtung.
Zudem sind bei dieser Steuerungsvorrichtung Mittel zur zeitaufgelösten Erfassung der Drehzahlen einer motorseitigen Kupplungseingangsseite sowie Schlupfbereich der Reibpartner ein, in dem die Kupplung zunehmend einrückt und drehmomentübertragend zu greifen beginnt. In diesem Bereich wird die Ventileinrichtung zur Ansteuerung der fluidbetätigten Stelleinrichtung vorzugsweise wie beim Stand der Technik taktend betrieben, um einen Anfahrvorgang bzw. einem Gangwechsel möglichst komfortabel, sicher und für Kupplung und Getriebe bauteilschonend durchzuführen. Sobald sich die Reibpartner im Reib schluss befinden, also die Kupplungsteile drehfest aneinander haften, kann die Kupplung erfindungsgemäß ohne Komforteinbußen mit einem einzigen weiteeiner getriebeseitigen Kupplungsausgangsseite vorgesehen, und die Steuerungseinrichtung weist Mittel zur Verarbeitung der Drehzahlen sowie zur Erzeugung von Steuerungssignalen auf, über die wenigstens ein Schaltventil der Ventileinrichtung drehzahldifferenzabhängig wahlweise getaktet oder dauerhaft betätigbar ist.
Bei einem Einkuppelvorgang einer Reibkupplung stellt sich zunächst ein ren Puls bzw. Dauerpuls über das Stellglied der Stelleinrichtung vollständig bis zum Einrückpunkt, bei dem die volle Drehmomentübertragungsfähigkeit gegeben ist, geschlossen werden. Trotz der schnell schließenden Kupplung kommt es dabei zu keinen Komfortnachteilen, da sich die Kupplung bei der Aktivierung des Dauerpulses bereits im Haftzustand befindet. Der Schaltkomfort kann sogar höher sein, da sich die insgesamt erforderliche Einrückzeit vom Beginn bis zum vollständigen Schließen der Kupplung vorteilhaft verkürzt.
Der Reibschluss lässt sich besonders einfach anhand einer Erfassung bzw. Überwachung der Drehzahlen der motorseitigen Kupplungseingangsseite und der getriebeseitigen Kupplungsausgangsseite beim Einkuppelvorgang feststellen. Der Einzelpuls wird vorteilhaft dann aktiviert, wenn die Drehzahldifferenz über einen vorgegebenen Zeitraum wenigstens annähernd Null ist, also wenn an der Kupplung keine oder zumindest keine signifikante Differenzdrehzahl anliegt.
Da Drehzahlsignale der Abtriebswelle des Motors und der mit der Kupplungsausgangsseite verbundenen Getriebewelle in modernen Kraftfahrzeugen häufig ohnehin als sensorerfasste Daten einem elektronischen Getriebesteuergerät zur Verfügung stehen, beispielsweise zur Synchronisierungssteuerung, entsteht zur Steuerung der Ventileinrichtung bzw. der Kupplung über die Differenzdrehzahl kein zusätzlicher oder allenfalls ein sehr geringer Kostenaufwand.
Die Anzahl an Ventilschaltspielen wird erheblich reduziert, da über den Dauerpuls das Ventil nicht mehr getaktet, sondern dauerhaft angesteuert wird. Folglich ist der Verschleiß an den beanspruchten Ventilteilen bei jedem Einrücken der Kupplung im Mittel verringert, welches sich auf die Lebensdauer und die Betriebssicherheit günstig auswirkt. Insbesondere kann auf vergleichsweise kostengünstige Ventilaufbauten zurückgegriffen werden, auch in Getrieben mit erhöhter Betätigungshäufigkeit der Kupplung, da sich die Gesamtzahl von Schaltspielen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren über die vorgesehene Lebensdauer nicht oder allenfalls unwesentlich erhöht. Andererseits kann bei einer Verwendung aufwendigerer, besonders verschleißfester Ventile, die Lebensdauer und Betriebssicherheit einer derart ausgebildeten Ventileinrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich erhöht werden.
Das Verfahren kann bei Einkuppelvorgängen vorteilhaft sowohl bei Kupplungen des „Unbetätigt-Geschlossen"-Typs, die also in nicht betätigtem Zustand eingerückt sind und Antriebsmotor sowie Getriebe kraftschlüssig verbinden, als auch bei Kupplungen des „Unbetätigt-Offen"-Typs, d. h. die in nicht betätigtem Zustand ausgerückt sind und Antriebsmotor sowie Getriebe trennen, angewendet werden. Entsprechend wird ein über ein Stellglied auf die Kupplung wirksamer, fluidbetätigter Stellzylinder über die Ventileinrichtung nach einem vorangegangenen Ausrückvorgang beim Einkuppeln beim „Unbetätigt-Geschlossen"-Typ zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls entlüftet, d. h. druckentlastet, und beim „Unbetätigt-Offen"-Typ zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls druckbeaufschlagt.
Grundsätzlich ist es auch möglich, das Verfahren beim Auskuppeln anzuwenden, wobei vorteilhaft je nach Anwendung und Betriebszustand das Ausrücken der Kupplung wahlweise mit einem der beiden Steuerungsmodi oder analog mit einem Wechsel zwischen den Steuerungsmodi erfolgen kann.
Die Fluidbetätigung kann pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2628486 A1 [0003]
- DE 4013667 C2 [0004]
- DE 10210877 A1 [0004]
- DE 3028251 C2 [0005]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Kupplung über eine schaltventilgesteuerte, fluidbetätigte Stelleinrichtung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung in Abhängigkeit vorgegebener Betriebszustände in einem diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Steuerungsmodus angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Einkuppelvorgangs die Kupplung zunächst mit einer getakteten Pulsfolge diskontinuierlich teileingerückt und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls vollständig eingerückt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einkuppelvorgangs fortlaufend die Drehzahldifferenz zwischen einer motorseitigen Kupplungseingangsseite und einer getriebeseitigen Kupplungsausgangsseite erfasst wird, und dass der Einzelpuls aktiviert wird, wenn die Drehzahldifferenz über einen vorgegebenen Zeitraum wenigstens annähernd Null ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen den Steuerungsmodi während des Einkuppelns bei einem Anfahrvorgang erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen den Steuerungsmodi während des Einkuppelns bei einem Gangwechsel erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein über ein Stellglied auf die Kupplung wirksamer, fluidbetätigter Stellzylinder über die Schaltventileinrichtung bei einem Einkuppelvorgang bei einer Kupplung des „Unbetätigt-Offen"-Typs zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls druckbeaufschlagt wird, und bei einer Kupplung des „Unbetätigt-Geschlossen"-Typs zunächst diskontinuierlich mit einer Pulsfolge und im weiteren Verlauf mit einem Einzelpuls druckentlastet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auskuppelvorgang der Kupplung wahlweise mit einem der beiden Steuerungsmodi oder mit einem Wechsel zwischen den beiden Steuerungsmodi erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung pneumatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung hydraulisch erfolgt.
Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Übersetzungsgetriebe angeordneten, als Reibkupplung ausgebildeten automatischen Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer fluidbetätigten Stelleinrichtung mit einem Stellzylinder und einem Stellglied zur Betätigung der Kupplung, sowie mit einer Ventileinrichtung mit Schaltventilen zur Steuerung der Stelleinrichtung über eine elektronische Steuerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur zeitaufgelösten Erfassung der Drehzahlen einer motorseitigen Kupplungseingangsseite und einer getriebeseitigen Kupplungsausgangsseite vorgesehen sind, und dass die Steuerungseinrichtung Mittel zur Verarbeitung der Drehzahlen und zur Erzeugung von Steuerungssignalen aufweist, über die wenigstens ein Schaltventil der Ventileinrichtung drehzahldifferenzabhängig wahlweise getaktet oder dauerhaft betätigbar ist.