DE102009055896A1

DE102009055896A1 - Pedalkraftservoeinrichtung

Info

Publication number: DE102009055896A1
Application number: DE102009055896A
Authority: DE
Inventors: Marco Grethel
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pedalkraftservoeinrichtung insbesondere zur Unterstützung einer pedalbetätigten Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug. Dabei wird ein hydrostatisches Betätigungssystem mit vom Pedal betätigtem Geberzylinder und die Reibungskupplung beaufschlagenden Nehmerzylinder von einer Druckversorgungseinrichtung mit Druckmittel unterstützt. Um eine Druckversorgungseinrichtung nicht für den gesamten Temperaturbereich insbesondere für tiefe Temperatur auslegen zu müssen, wird die Druckversorgungseinrichtung abhängig von der Betriebstemperatur in einem drucklosen Zustand zur Erwärmung des bei tiefen Temperaturen hohe Scherkräfte aufweisenden Druckmittels betrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pedalkraftservoeinrichtung insbesondere für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs.
Eine derartige Pedalkraftservoeinrichtung ist beispielsweise aus der WO 2007/045 201 A1 bekannt. Einer hydrostatischen Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung bestehend aus einem von einem Pedal wie Kupplungspedal betätigten Geberzylinder und einem über eine Druckleitung mit dem Geberzylinder in Wirkverbindung stehenden, die Reibungskupplung betätigenden Nehmerzylinder ist dabei eine Druckversorgungseinrichtung wie Pumpe zugeschaltet, die abhängig von der Stellung eines Differenzdruckventils, das von dem Pedal gesteuert wird, die die Druckmittelleitung zusätzlich druckbeaufschlagt, so dass der Nehmerzylinder neben der vom Pedal aufgewendeten Pedalkraft eine zusätzlich unterstützende Servokraft der Druckversorgungseinrichtung erfährt. Auf diese Weise können insbesondere groß dimensionierte Reibungskupplungen mit geringen Pedalkräften betätigt werden.
Wird das Kraftfahrzeug bei tiefen Umgebungstemperaturen in Betrieb genommen, ist die Betriebstemperatur des Druckmittels ebenfalls niedrig und demzufolge die Viskosität des Druckmittels hoch. Dies führt zu hohen Scherkräften in den bewegten Spalten der Pumpe, Ölführungen und dergleichen, so dass bei der ersten Betätigung der Reibungskupplung unter diesen Umständen ein hohes Moment der Druckversorgungseinrichtung, beispielsweise der Pumpe mit dem Pumpenantrieb erfordert, so dass die Druckversorgungseinrichtung auf diese Bedingungen ausgelegt und daher für die meisten anderen Betriebszustände überdimensioniert werden muss oder bei diesen niedrigen Umgebungstemperaturen nicht zur Verfügung steht, was zu Komforteinbußen mit unerwünscht hohen Betätigungskräften führt.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, eine Pedalkraftservoeinrichtung vorzuschlagen, die trotz einer Auslegung auf übliche Betriebstemperaturen bei niedrigen Umgebungstemperaturen eine Servounterstützung bereitstellt.
Die Aufgabe wird durch eine Pedalkraftservoeinrichtung insbesondere für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs mit einem von einem Pedal beaufschlagten Geberzylinder und einem mittels einer mit Druckmittel befüllten Druckleitung mit diesem gekoppelten Nehmerzylin der sowie einer zu dem Geberzylinder parallel geschalteten Druckversorgungseinrichtung, die abhängig von einer Stellung eines abhängig von der Betätigung des Pedals gesteuerten Differenzdruckventils die Druckleitung mit Druckmittel beaufschlagt gelöst, wobei die Druckversorgungseinrichtung abhängig von einer Betriebstemperatur des Druckmittels drucklos betrieben wird. Hierzu wird das Druckmittel durch die Druckversorgungseinrichtung beispielsweise bei Unterschreiten der Betriebstemperatur unter einen vorgegebenen Temperaturwert mit geringer Last umgewälzt, so dass das Druckmittel durch innere Reibung, beispielsweise Schervorgänge in der Druckversorgungseinrichtung, beispielsweise einer Zahnradpumpe, Passiervorgänge von Steuerkanten von Ventilen und/oder Blenden oder dergleichen soweit erwärmt wird, dass eine ausreichende Betriebstemperatur erzielt wird, um die Viskosität des Druckmittels bis zu der ersten Pedalbetätigung ausreichend anzuheben. Die Ermittlung der Betriebstemperatur kann dabei mittels eines Temperaturfühlers direkt in der Druckleitung erfasst oder aus anderen, repräsentativen Messungen einer Temperatur, beispielsweise der Umgebungstemperatur, abgeleitet werden. Es wurde festgestellt, dass bereits eine geringe Erhöhung der Temperatur des Druckmittels, beispielsweise um wenige Grad Kelvin insbesondere an den Axial- und Radialspalten zu einem ausreichenden Viskositätsgewinn führt, so dass die Druckversorgungseinrichtung auf deutlich geringere Momente ausgelegt werden kann.
Dabei ist eine kurze Betätigungszeit des drucklosen Betriebs der Druckversorgungseinrichtung ausreichend. So kann beispielsweise der drucklose Betrieb der Druckversorgungseinrichtung bei einer Erfassung eines Aktivitätssignals eines Fahrers gestartet werden, wenn dieser Vorkehrungen trifft, in das Kraftfahrzeug einzusteigen und loszufahren. Dabei kann auf derartige Vorkehrungen geschlossen werden und auf die Anwesenheit eines Aktivitätssignals geschlossen werden, wenn beispielsweise die Zündung des Kraftfahrzeugs aktiviert wird, ein Innenraumsensor des Kraftfahrzeugs und/oder ein Türbetätigungssensor anspricht, ein Türschloss, eine Fernbedienung für eine Tür und/oder eine Standheizung betätigt wird und/oder vom Kraftfahrzeug eine Fahrererkennung aktiviert wird. Dabei können einzelne Signale ausgewertet werden oder aus Redundanzgründen mehrere Signale zusammenfassend als ein Aktivitätssignal gewertet werden. Zur Erfassung der Signale kann ein Steuergerät zur Steuerung der Pedalkraftservoeinrichtung entsprechende Signaleingänge aufweisen oder mit einem Vernetzungsbus wie CAN-Bus in Verbindung stehen, so dass bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Sensor- und Signaleinheiten zur Beurteilung eines Aktivitätssignals genutzt werden können.
Als besonders vorteilhaft hat sich als Druckversorgungseinrichtung der Pedalkraftservoeinrichtung die Verwendung einer hydraulischen Pumpe, beispielsweise einer Zahnradpumpe, er wiesen, die von einem Elektromotor angetrieben wird, da der Elektromotor unabhängig von anderen Antrieben durch die Fahrzeugbatterie gespeist werden kann, so dass beispielsweise unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs bereits der drucklose Betrieb gestartet werden kann. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn insbesondere bei kalten Bedingungen der drucklose Betrieb abhängig vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie aktiviert wird, um zu gewährleisten, dass bei schlechtem Ladezustand die Startfähigkeit der Brennkraftmaschine in weitestgehender Weise erhalten bleibt. Weiterhin kann bei noch ausreichendem Ladezustand zum Start des drucklosen Betriebs der Druckversorgungseinrichtung die Dauer dieses Betriebs vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie abhängig gemacht werden.
Nach dem erfinderischen Gedanken ist vorgesehen, den drucklosen Betrieb frühestmöglich abzuschalten. Eine derartige Deaktivierung kann abhängig von der wie oben erwähnt direkt gemessenen oder aus anderen Temperaturen abgeleiteten Betriebstemperatur des Druckmittels erfolgen. Beispielsweise kann abhängig von der Umgebungstemperatur die zeitliche Dauer des drucklosen Betriebs eingestellt werden. In vereinfachender Weise kann die Dauer des Betriebs im drucklosen Betrieb fest vorgegeben werden. Alternativ oder als zusätzliches Kriterium zur Deaktivierung der Druckversorgungseinrichtung kann die erste nach der Aktivierung folgende Betätigung des Pedals ausgewertet werden.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Pedalkraftservoeinrichtung im Schnitt und
2 ein Detail aus 1 mit einer Steuerkante.
1 zeigt die Pedalkraftservoeinrichtung 1 schematisch mit dem Pedal 2, dem Geberzylinder 3, dem geschnittenen Ventilblock 4 und dem Nehmerzylinder 5. Das Pedal 2, beispielsweise ein vom Fahrer betätigtes Kupplungspedal, beaufschlagt direkt die Kolbenstange des Geberzylinders 3, so dass in der Druckleitung 6, die mit Druckmittel befüllt ist ein Druck aufgebaut wird. Der Druck pflanzt sich im Ventilblock 4 fort und gelangt in die Druckleitung 7, wobei ein direkter Rückfluss des Druckmittels von Druckleitung 7 in Druckleitung 6 durch das Rückschlagventil 10 verhindert wird.
Die Druckversorgungseinrichtung 8, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als von einem nicht dargestellten Elektromotor angetriebene Zahnradpumpe 9 ausgebildet ist und in weite ren Ausführungsbeispielen auch andere Pumpenformen wie Radialkolbenpumpen oder dergleichen gebildet sein kann, weist einen Druckanschluss 11 und einen Rücklauf 12 auf, die mit den Druckleitungen 6, 7 mittels des Differenzdruckventils 13 verbindbar sind. Die Steuerung des Differenzdruckventils 13 erfolgt mittels des Geberzylinders 3. Hierzu ist die Druckleitung 6 mittels einer Steuerleitung 14 mit einem Druckraum 15 des Differenzdruckventils 13 verbunden, so dass die Stirnseite mit der Druckfläche 20 des Steuerkolbens 16 entgegen der Wirkung der Druckfeder 17 druckbeaufschlagt wird und der Steuerkolben 16 axial druckabhängig verlagerbar ist. Die Steuerkante 18 des Steuerkolbens 16 steuert dabei den Druckmittelfluss der Druckleitung 6 und des Rücklaufs 12. Im Weiteren kann die Zahnradpumpe 9 bei sich in der Druckleitung 6 aufbauendem Druck, also bei Betätigung des Pedals 2, in Betrieb genommen werden, indem der Elektromotor bestromt wird. Hierzu kann an dem Pedal 2 oder an der Kolbenstange des Geberzylinders 3 ein Wegsensor, vereinfacht sogar ein wegabhängiger Schalter – oder im Druckraum des Geberzylinders oder in der Druckleitung 6 ein Drucksensor vorgesehen sein.
Im nicht betätigten Zustand des Pedals 2 ist zwischen dem Druckanschluss 11 und dem Rücklauf 12 bei sich am linken Anschlag befindlichen Steuerkolben 16 ein Bypass 19 geschaltet, so dass die Zahnradpumpe 9 das im Druckanschluss 11 und im Rücklauf befindliche Druckmittel im drucklosen Betrieb des Nehmerzylinders 5 umwälzen kann. Dies bedeutet, dass bei einer entsprechenden Beschaltung des Elektromotors die Zahnradpumpe 9 keine druckunterstützende Funktion des Nehmerzylinders 5 ausführt sondern lediglich das Druckmittel umgewälzt wird. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen – Betriebstemperaturen des Druckmittels beziehungsweise diese beeinflussende Umgebungstemperaturen – wird das Druckmittel mit durch die niedrige Temperatur bedingte hohe Viskosität durch infolge der Scherkräfte in der Zahnradpumpe 9 und an der Steuerkante 18 auftretende innere Reibung erwärmt, so dass bei einer nachfolgenden Betätigung des Pedals 2 erwärmtes Druckmittel zur Verfügung steht und negative Einflüsse der hohen Viskosität des Druckmittels bei niedrigerer Temperatur kompensiert werden können. Infolgedessen kann die Druckversorgungseinrichtung 8 in Form der Zahnradpumpe 9 und des Elektromotors auf kleinere Momente ausgelegt werden. Die Dauer der Umwälzung in Form des drucklosen Betriebs sowie die Bedingungen zu dessen Aktivierung und Deaktivierung können von dem nicht dargestellten Steuergerät der Pedalkraftservoeinrichtung 1 vorgegeben werden.
Wird das Pedal 2 betätigt, baut sich im Geberzylinder 3 und damit in der Druckleitung 6 ein Druck auf. Der Elektromotor wird bestromt und über den Bypass 19 wird Druckmittel umgewälzt. Wird der Druck des Druckmittels erhöht, wird der Steuerkolben 16 axial verlagert, so dass die Steuerkante den Rücklauf 12 einschränkt und die Zahnradpumpe 9 mittels des Druckanschlusses 11 vermehrt Druckmittel in die Druckleitung 7 fördert, wodurch der Nehmerzylinder 5 betätigt wird. Dabei wirkt der in der Druckleitung 7 anstehende Druck auf die der Druckfläche 20 gegenüberliegende Druckfläche 21 des Steuerkolbens 16, so dass sich eine Druckwaage am Differenzkolben 16 ausbildet, die von dem durch das Pedal 2 und des Geberzylinders 3 aufgebauten Druck in der Druckleitung 6 und damit dem in der Druckkammer 15 an der Druckfläche 20 anstehenden Druck und dem in der Druckleitung 7 an der Druckfläche 21 anstehenden Druck eingestellt wird, so dass die am Pedal 2 aufzubringende Pedalkraft nur ein Bruchteil der Betätigungskraft des Nehmerzylinders 5 bei gleichem Pedalweg ist und der Druck auf den Nehmerzylinder 5 proportional zur auf das Pedal 2 aufgebrachten Kraft ist.
2 zeigt das vergrößerte Detail D der 1 mit dem Steuerkolben 16. Der Steuerkolben 16 mit seiner Steuerkante 18 regelt abhängig von dessen axialer Verlagerung den Fluss des Druckmittels zwischen Bypass 19 und Rücklauf 12. Über diese Verbindung wird in zurückgezogenem Zustand des Steuerkolbens 16 das Druckmittel von der Druckversorgungseinheit 8 der 1 zwischen dem Druckanschluss der 1, dem Bypass 19 und dem Rücklauf 12 umgewälzt, ohne den Nehmerzylinder 5 (1) zu betätigen, um das Druckmittel bei niedrigen Temperaturen anzuwärmen. Es versteht sich, dass die Fördermenge des Druckmittels dabei so begrenzt wird, dass der Druck am Nehmerzylinder 5 (1) vernachlässigbar bleibt.

1: Pedalkraftservoeinrichtung
2: Pedal
3: Geberzylinder
4: Ventilblock
5: Nehmerzylinder
6: Druckleitung
7: Druckleitung
8: Druckversorgungseinrichtung
9: Zahnradpumpe
10: Rückschlagventil
11: Druckanschluss
12: Rücklauf
13: Differenzdruckventil
14: Steuerleitung
15: Druckraum
16: Steuerkolben
17: Druckfeder
18: Steuerkante
19: Bypass
20: Druckfläche
21: Druckfläche
D: Detail

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

- WO 2007/045201 A1 [0002]

Claims

Pedalkraftservoeinrichtung (1) insbesondere für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs mit einem von einem Pedal (2) beaufschlagten Geberzylinder (3) und einem mittels einer mit Druckmittel befüllten Druckleitung (6, 7) mit diesem gekoppelten Nehmerzylinder (5) sowie einer zu dem Geberzylinder (3) parallel geschalteten Druckversorgungseinrichtung (8), die abhängig von einer Stellung eines abhängig von der Betätigung des Pedals (2) gesteuerten Differenzdruckventils (13) die Druckleitung (7) mit Druckmittel beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckversorgungseinrichtung (8) abhängig von einer Betriebstemperatur des Druckmittels drucklos betrieben wird.
Pedalkraftservoeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der drucklose Betrieb der Druckversorgungseinrichtung (8) durch ein Aktivitätssignal eines Fahrers gestartet wird.
Pedalkraftservoeinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anwesenheit eines Aktivitätssignals erkannt wird, wenn eine Zündung des Kraftfahrzeugs aktiviert wird, ein Innenraumsensor des Kraftfahrzeugs und/oder ein Türbetätigungssensor anspricht, ein Türschloss, eine Fernbedienung für eine Tür und/oder eine Standheizung betätigt wird und/oder vom Kraftfahrzeug eine Fahrererkennung aktiviert wird.
Pedalkraftservoeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckversorgungseinrichtung (8) aus einer mittels eines Elektromotors angetriebenen Zahnradpumpe (9) gebildet ist.
Pedalkraftservoeinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der drucklose Betrieb abhängig von einem Ladezustand einer Fahrzeugbatterie aktiviert wird.
Pedalkraftservoeinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der drucklose Betrieb abhängig von einem Ladezustand einer Fahrzeugbatterie deaktiviert wird.
Pedalkraftservoeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der drucklose Betrieb durch eine erste nach der Aktivierung folgende Betätigung des Pedals (2) deaktiviert wird.
Pedalkraftservoeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der drucklose Betrieb nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit deaktiviert wird.