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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung, die als Anfahr- und Schaltkupplung in einem Kraftfahrzeug zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Schaltgetriebes angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bestimmte Kraftfahrzeuge, insbesondere schwerere Lastkraftwagen und Omnibusse, sind üblicherweise mit einer Druckluft-Bremsanlage und gegebenenfalls zusätzlich auch mit einer Luftfederungsanlage ausgerüstet. Sie verfügen somit über eine Versorgungseinrichtung zur Erzeugung, Trocknung und Speicherung von Druckluft. Wenn ein derartiges Kraftfahrzeug mit einer automatisierten Reibungskupplung ausgerüstet ist, wird diese zweckmäßig auch mittels Druckluft betätigt, also mittels eines pneumatischen Stellzylinders aus- und eingerückt, da diese Energiequelle im Kraftfahrzeug bereits zur Verfügung steht.
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Aus der
DE 30 28 251 C2 ist eine entsprechende pneumatische Betätigungsvorrichtung einer Reibungskupplung bekannt, die ein Belüftungsventil, ein Entlüftungsventil und ein Umschaltventil umfasst. Das Belüftungsventil ist als ein 2/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildet, das im unbetätigten Ruhezustand geschlossen ist und zum Ausrücken der Reibungskupplung geöffnet wird. Das Entlüftungsventil ist ebenfalls als ein 2/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildet, das im unbetätigten Ruhezustand geschlossen ist und zum schnellen Einrücken der Reibungskupplung geöffnet wird, wodurch der Druckraum des Stellzylinders über eine im unbetätigten Ruhezustand des Umschaltventils geschaltete Verbindung, das Entlüftungsventil und eine diesem nachgeordnete Drossel entlüftet wird. Das Umschaltventil ist als ein 3/2-Wege-Magnetschaltventil ausgebildet, welches zur Einstellung eines bestimmten, unter Reibschlupf wirksamen Drehmomentes der Reibungskupplung bei geschlossenem Entlüftungsventil getaktet betätigt wird, wodurch der Druckraum des Stellzylinders über eine dem Umschaltventil nachgeschaltete Drossel mit kleinerem Drosselquerschnitt entlüftet wird, und somit eine relativ genaue Einstellung des übertragenen Drehmomentes der Reibungskupplung möglich ist.
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Da Magnetschaltventile eine vergleichsweise geringe Steuerungsdynamik aufweisen, werden für die Steuerung einer Reibungskupplung, bei der eine bestimmte Ausrückposition und damit ein bestimmtes übertragbares Drehmoment einer Reibungskupplung in einem Regelvorgang durch ein wechselweises Öffnen eines Belüftungsventils und eines Entlüftungsventils eingestellt wird, bevorzugt Taktventile eingesetzt, die eine deutlich höhere Steuerungsdynamik aufweisen.
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Das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil können bei einer derartigen Betätigungsvorrichtung pulsweitenmoduliert betrieben werden. Hierbei wird der effektive Öffnungsgrad des jeweiligen Taktventils und damit der Stelldruck im Druckraum des Stellzylinders durch eine Variation eines Zeitanteils (Pulsweite) innerhalb eines konstanten Taktzyklus eingestellt. Diese Ansteuerungsart hat jedoch den Nachteil, dass bei einem hohen Öffnungsgrad erfahrungsgemäß undefinierte Schwebezustände des betreffenden Magnetankers am Ende des jeweiligen Taktzyklus auftreten können, die eine verschlechterte Steuerungsdynamik und Regelbarkeit bewirken.
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Aus diesem Grund werden das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil bei einer derartigen Betätigungsvorrichtung bevorzugt pulsfrequenzmoduliert betrieben. Hierbei wird der effektive Öffnungsgrad des jeweiligen Taktventils und damit der Stelldruck im Druckraum des Stellzylinders durch eine Variation des Taktzyklus bei konstanter Pulsweite eingestellt. Hierbei erreicht der Magnetanker am Ende jedes Taktzyklus immer die dem geschlossenen Ruhezustand entsprechende Endposition, was eine erhöhte Steuerungsdynamik und eine verbesserte Regelbarkeit zur Folge hat.
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In der
EP 0 459 273 A1 ist beschrieben, wie eine bestimmte Ausrückposition einer pneumatisch gesteuerten Reibungskupplung in einem Regelvorgang in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer vorgegebenen Sollposition und einer sensorisch erfassten Istposition des Stellkolbens des Stellzylinders durch ein wechselweises Öffnen des Belüftungsventils und des Entlüftungsventils eingestellt wird. Das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil werden pulsweitenmoduliert betrieben, wobei die Pulsweite jeweils proportional zu der Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition des Stellkolbens eingestellt wird.
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Schließlich ist aus der
EP 0 512 690 B1 eine pneumatische Betätigungsvorrichtung einer Reibungskupplung bekannt, die zwei parallel angeordnete Belüftungsventile sowie zwei parallel angeordnete Entlüftungsventile mit jeweils unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten aufweist. Durch die Betätigung eines oder beider Belüftungs- bzw. Entlüftungsventile sind somit unterschiedliche Ausrück- und Einrückgeschwindigkeiten einstellbar. Zudem steht der Stellkolben des pneumatischen Stellzylinders dieser bekannten Betätigungseinrichtung über eine einen Geberzylinder, eine Druckleitung und einen Nehmerzylinder umfassende hydraulische Übertragungseinrichtung sowie einen Ausrückhebel mit der Anpressfeder der Reibungskupplung in Stellverbindung. Gegenstand der
EP 0 512 690 B1 ist die Zusammenfassung des pneumatischen Stellzylinders, des Geberzylinders der hydraulischen Übertragungseinrichtung sowie der Belüftungs- und Entlüftungsventile in einem gemeinsamen Gehäuse.
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Besonders beim Anfahren sowie beim Halten am Berg mit rutschender Kupplung muss eine bestimmte Ausrückposition und damit ein bestimmtes übertragbares Drehmoment der Reibungskupplung möglichst genau und schnell eingestellt werden. Dies kann zwar durch eine geregelte Ansteuerung von als Taktventilen ausgebildeten Belüftungs- und Entlüftungsventilen erreicht werden, indem in an sich bekannter Weise bei Anwendung einer Pulsweitenmodulation die Pulsweite und bei Anwendung einer Pulsfrequenzmodulation der Taktzyklus proportional zu der Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition des Stellkolbens oder eines zwischen dem Stellkolben und der Anpressfeder der Reibungskupplung angeordneten Übertragungselementes verändert wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass hierzu sehr viele Regelzyklen erforderlich sind, und die Belüftungs- und Entlüftungsventile mit einer entsprechend hohen Taktanzahl betätigt werden müssen. Dies kann betrachtet über die vorgesehene Lebensdauer des Kraftfahrzeugs zu vorzeitigem Verschleiß an den Belüftungs- und Entlüftungsventilen führen, was leckagebedingte Probleme der Betätigungsvorrichtung und insgesamt verschlechterte Steuerungseigenschaften der Reibungskupplung zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung mit einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine schnelle und exakte Steuerung der Reibungskupplung mit geringerem Verschleiß an den Belüftungs- und Entlüftungsventilen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibungskupplung, die als Anfahr- und Schaltkupplung in einem Kraftfahrzeug zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Schaltgetriebes angeordnet ist, die über eine Anpressfeder passiv schließbar ist, und die über einen einfach wirksamen pneumatischen Stellzylinder aus- und einrückbar ist, dessen Stellkolben mit der Anpressfeder in Stellverbindung steht, und dessen Druckraum über mindestens ein steuerbares Belüftungsventil mit einer Druckluftquelle und über mindestens ein steuerbares Entlüftungsventil mit einer Druckluftsenke verbindbar ist, wobei eine bestimmte Ausrückposition der Reibungskupplung in einem Regelvorgang in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer vorgegebenen Sollposition xK_soll und einer sensorisch erfassten Istposition xK_ist des Stellkolbens oder eines zwischen dem Stellkolben und der Anpressfeder angeordneten Übertragungselementes durch ein wechselweises Öffnen des Belüftungsventils und des Entlüftungsventils eingestellt wird. Dieses Verfahren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil jeweils im Dauerpulsbetrieb geöffnet werden, dessen Dauer ∆tV als Quotient aus der Luftmassendifferenz ∆mK zwischen der in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens vorliegenden Soll-Luftmasse mK_soll und der in der Istposition xK_ist des Stellkolbens vorliegenden Ist-Luftmasse mK_ist in dem Druckraum des Stellzylinders (∆mK = mK_soll – mK_ist) sowie dem von den vorliegenden Druckverhältnissen und den Strömungseigenschaften des geöffneten Belüftungs- oder Entlüftungsventils abhängigen Luftmassenstrom ṁV durch das betreffende Steuerungsventil berechnet wird (∆tV = ∆mK/ṁV).
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht demnach von einer an sich bekannten automatisierten Reibungskupplung aus, die als Anfahr- und Schaltkupplung in einem Kraftfahrzeug zwischen der Triebwelle eines Antriebsmotors und der Eingangswelle eines Schaltgetriebes angeordnet ist. Diese Reibungskupplung ist mittels einer vorzugsweise als Membranfeder ausgebildete Anpressfeder passiv schließbar, und mittels eines einfach wirksamen pneumatischen Stellzylinders aus- und einrückbar. Der Stellkolben des pneumatischen Stellzylinders steht mit der Anpressfeder in Stellverbindung, und der Druckraum ist mittels mindestens eines steuerbaren Belüftungsventils mit einer Druckluftquelle sowie mittels mindestens eines steuerbaren Entlüftungsventils mit einer Druckluftsenke verbindbar ist.
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Zur Einstellung einer bestimmten Ausrückposition und damit eines bestimmten übertragbaren Drehmomentes der Reibungskupplung wird in einem Regelvorgang in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer vorgegebenen Sollposition xK_soll und einer sensorisch erfassten Istposition xK_ist des Stellkolbens oder eines zwischen dem Stellkolben und der Anpressfeder angeordneten Übertragungselementes wechselweise das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil geöffnet. Im Unterschied zu den bislang bekannten Verfahren, bei denen dies unter Anwendung einer Pulsweitenmodulation oder einer Pulsfrequenzmodulation mit einer relativ hohen Anzahl von Regelzyklen und entsprechend vielen Taktzyklen der Steuerungsventile erfolgt, sieht das Verfahren gemäß der Erfindung vor, dass dies mit einem Dauerpulsbetrieb der Steuerungsventile erfolgt. Dies bedeutet, dass das Belüftungsventil und das Entlüftungsventil jeweils mit maximalem Öffnungsgrad geöffnet werden, wodurch die Sollposition des Stellkolbens schneller und mit weniger Taktzyklen erreicht wird. Daher werden die Steuerungsventile nun weniger häufig betätigt und erreichen somit eine längere Lebensdauer.
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Die Ermittlung der Dauer ∆tV des jeweiligen Dauerpulsbetriebs des Belüftungs- oder Entlüftungsventils wird als Quotient aus der Luftmassendifferenz ∆mK zwischen der in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens vorliegenden Soll-Luftmasse mK_soll und der in der Istposition xK_ist des Stellkolbens vorliegenden Ist-Luftmasse mK_ist in dem Druckraum des Stellzylinders entsprechend der Gleichung ∆mK = mK_soll – mK_ist sowie dem von den vorliegenden Druckverhältnissen und den Strömungseigenschaften des geöffneten Belüftungs- oder Entlüftungsventils abhängigen Luftmassenstrom ṁV durch das betreffende Steuerungsventil berechnet. Für die Dauer ∆tV des jeweiligen Dauerpulsbetriebs des Belüftungs- oder Entlüftungsventils wird daher die Gleichung ∆tV = ∆mK/ṁV genutzt.
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Das beschriebene Verfahren erfordert keine Veränderungen an der Betätigungs- und Steuerungsvorrichtung der Reibungskupplung, sondern wird als Steuerungsprogramm in einem Kupplungs- oder Getriebesteuergerät des Kraftfahrzeugs abgespeichert. Somit ist auch eine Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung bei schon im Einsatz befindlichen Kraftfahrzeugtypen per Software-Update möglich, sofern diese mit einer entsprechenden Betätigungs- und Steuerungsvorrichtung ausgerüstet sind.
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Die für die Ermittlung der Dauer ∆t
V des jeweiligen Dauerpulsbetriebs des Belüftungs- oder Entlüftungsventils erforderliche Luftmassendifferenz ∆m
K wird aus dem in der Sollposition x
K_soll des Stellkolbens vorliegenden Sollvolumen V
K_soll und dem in der Istposition x
K_ist des Stellkolbens vorliegenden Istvolumen V
K_ist des Druckraums des Stellzylinders unter Verwendung der Beziehung m
K = ρ·V
K und der Zustandsgleichung für ideale Gase (p/ρ = R·T) mit der Gleichung
berechnet, wobei die verwendeten Bezeichnungen bedeuten:
- p
- Druck (allgemein) in [Pa]
- ρ
- Dichte (allgemein) in [kg / m3]
- R
- spezifische Gaskonstante für Luft in [J / (kg·K)]
- T
- Temperatur (allgemein) in [K]
- TK
- mittlere Temperatur der Druckluft im Druckraum des Stellzylinders
- pK_soll
- in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegender Stelldruck in [Pa], und
- pK_ist
- in der Istposition xK_ist des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegender Stelldruck in [Pa].
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Das zu öffnende Steuerungsventil wird durch das Vorzeichen der ermittelten Luftmassendifferenz ∆mK bestimmt. Wenn die ermittelte Luftmassendifferenz ∆mK positiv ist (∆mK > 0), wird das Belüftungsventil für die Dauer ∆tV geöffnet. Sofern die ermittelte Luftmassendifferenz ∆mK negativ ist (∆mK < 0) wird das Entlüftungsventil für die Dauer ∆tV geöffnet.
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Der in der Istposition xK_ist des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Ist-Stelldruck pK_ist könnte zwar mittels eines Drucksensors erfasst werden. Auch könnte der in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Soll-Stelldruck pK_soll mittels einer vorab mittels eines Drucksensors erfassten Kennlinie bestimmt werden. Zur Vermeidung eines teuren und gegebenenfalls störungsanfälligen Drucksensors wird der in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Soll-Stelldruck pK_soll sowie der in der Istposition xK_ist des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Ist-Stelldruck pK_ist nach bevorzugt jeweils als Quotient aus dem jeweiligen Wert der an sich bekannten und in dem Kupplungs- oder Getriebesteuergerät abgespeicherten Federkennlinie FK(xK) der Anpressfeder und der ebenfalls bekannten Wirkfläche AK
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des Stellkolbens berechnet, und zwar mittels den Gleichungen
und
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Das in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Sollvolumen VK_soll und das in der Istposition xK_ist des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Istvolumen VK_ist könnte zwar jeweils einer abgespeicherten Kennlinie entnommen werden. Da sich die bei geschlossener Reibungskupplung vorliegende Stellposition xK_0 des Stellkolbens jedoch verschleißbedingt verändert und entsprechend nachgeführt werden sollte, sieht das Verfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise vor, dass das in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Sollvolumen VK_soll sowie das in der Istposition xK_ist des Stellkolbens in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegende Istvolumen VK_ist aus der jeweiligen Position des Stellkolbens (xK_soll; xK_ist), der Wirkfläche AK des Stellkolbens, und dem bei geschlossener Reibungskupplung (xK = xK_0) in dem Druckraum des Stellzylinders vorliegenden Ruhevolumen VK_0 mit den Gleichungen VK_soll = VK_0 + AK ·|xK_0 – xK_soll| und VK_ist = VK_0 + AK·|xK_0 – xK_ist| jeweils aktuell berechnet werden.
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Der durch ein geöffnetes Belüftungsventil strömende Luftmassenstrom ṁ
V wird analog zu
ISO 6358 mit den Gleichungen
berechnet, wobei die verwendeten Bezeichnungen bedeuten:
- C
- pneumatischer Leitwert des Belüftungsventils in [m4kg/s]
- b
- kritisches Druckverhältnis des Belüftungsventils
- pV
- Versorgungsdruck vor dem Belüftungsventil in [Pa]
- pK
- Stelldruck im Druckraum des Stellzylinders in [Pa]
- ρ0
- Luftdichte im Normzustand nach ISO 6358 in [kg/m3]
- T0
- Lufttemperatur im Normzustand nach ISO 6358 in [K],
wobei der pneumatische Leitwert C und das kritische Druckverhältnis b versuchstechnisch entsprechend ISO 6358 ermittelbar sind.
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In ähnlicher Weise wird auch der durch ein geöffnetes Entlüftungsventil strömende Luftmassenstrom ṁ
V mit den Gleichungen
und
berechnet, wobei die verwendeten Bezeichnungen bedeuten:
- C
- pneumatischer Leitwert des Entlüftungsventils in [m4kg/s]
- b
- kritisches Druckverhältnis des Entlüftungsventils
- p0
- Umgebungsdruck nach dem Entlüftungsventil in [Pa].
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Um die Einstellung unterschiedlicher Aus- und Einrückgeschwindigkeiten der Reibungskupplung zu ermöglichen, können mehrere Belüftungs- und/oder Entlüftungsventile parallel zwischen der Druckluftquelle und dem Druckraum des Stellzylinders bzw. zwischen dem Druckraum des Stellzylinders und der Druckluftsenke angeordnet sein, und jeweils einzeln oder in Kombination miteinander geöffnet werden.
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Wenn diese Belüftungs- und/oder Entlüftungsventile gleich große Öffnungsquerschnitte aufweisen und mehrere davon geöffnet sind, wird der insgesamt in den Druckraum des Stellzylinders einströmende oder aus diesem ausströmende Luftmassenstrom ṁV' bevorzugt als ein mit der Anzahl nV der geöffneten Steuerungsventile multiplizierter Wert des für ein einziges geöffnetes Steuerungsventil ermittelten Luftmassenstroms ṁV berechnet (ṁV' = nV·ṁV).
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Sofern diese Belüftungs- und/oder Entlüftungsventile unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte aufweisen und mehrere davon geöffnet sind, wird der insgesamt in den Druckraum des Stellzylinders einströmende oder aus diesem ausströmende Luftmassenstrom ṁV* dagegen als Summe der Werte der für jedes der geöffneten Steuerungsventile ermittelten Luftmassenströme ṁV_i berechnet (ṁV* = ΣṁV_i; i = 1, nV).
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Es versteht sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass die Berechnung der Dauer ∆tV des Dauerpulsbetriebs der betreffenden Belüftungs- oder Entlüftungsventile in diesem Fall mit dem jeweils resultierenden Luftmassenstrom (ṁV'; ṁV*) erfolgt, so dass die Gleichungen ∆tV = ∆mK/ṁV' und ∆tV = ∆mK/ṁV* gelten.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit mehreren Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine erste Ausführungsform einer Steuerungsvorrichtung einer Reibungskupplung zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
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2 eine zweite Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung einer Reibungskupplung zur Anwendung des Verfahrens,
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3 eine dritte Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung einer Reibungskupplung zur Anwendung des Verfahrens, und
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4 eine vierte Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung einer Reibungskupplung zur Anwendung des Verfahrens.
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In 1 ist in schematischer Form ein Teil eines Antriebsstrangs 1 eines Kraftfahrzeugs sowie eine elektropneumatische Steuerungsvorrichtung 2 einer automatisiert betätigbaren Reibungskupplung 3 abgebildet.
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Der Antriebsstrang 1 weist einen Antriebsmotor 4 mit einer Triebwelle 5, ein Schaltgetriebe 6 mit einer Eingangswelle 7, sowie die als Anfahr- und Schaltkupplung zwischen der Triebwelle 5 des Antriebsmotors 4 und der Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes 6 angeordnete Reibungskupplung 3 auf. Die Reibungskupplung 3 ist als eine passiv schließbare, an einer Schwungscheibe 8 des Antriebsmotors 4 befestigte Einscheiben-Trockenkupplung mit einer Druckplatte 9, einer Anpressfeder 10 und einer Mitnehmerscheibe 11 ausgebildet. Die Druckplatte 9 ist drehfest und begrenzt axial verschiebbar an der Schwungscheibe 8 befestigt und wird durch die vorliegend als Membranfeder ausgebildete Anpressfeder 10 in Richtung zu der Schwungscheibe 8 gedrückt. Hierdurch wird die drehfest und axial verschiebbar auf der Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes 6 gelagerte Mitnehmerscheibe 11 zwischen der Schwungscheibe 8 und der Druckplatte 9 eingeklemmt, wodurch die Reibungskupplung 3 geschlossen bzw. eingerückt ist.
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Zum Aus- und Einrücken der Reibungskupplung 3 ist ein einfach wirksamer pneumatischer Stellzylinder 12 mit einem Stellkolben 13 vorgesehen, dessen Position im Stellzylinder 12 durch die Steuerungsvorrichtung 2 steuerbar ist. Der Stellzylinder 12 ist vorliegend als ein sogenannter Zentralausrücker ausgebildet und koaxial über der Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes 6 angeordnet. Der als Ringkolben ausgebildete Stellkolben 13 des Stellzylinders 12 steht unmittelbar, also ohne ein weiteres Übertragungselement, über ein nur angedeutetes Ausrücklager mit der Anpressfeder 10, genauer gesagt mit den inneren Federzungen der Membranfeder in Stellverbindung. Die Innenwände des Stellzylinders 12 und die innere, kreisringförmige Stirnfläche AK des Stellkolbens 13 begrenzen einen Druckraum 14, der zum Ausrücken der Reibungskupplung 3 belüftbar, also mit Druckluft befüllbar, und zum Einrücken der Reibungskupplung 3 entlüftbar, also von Druckluft entleerbar ist.
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Hierzu weist die Steuerungsvorrichtung 2 ein Belüftungsventil 15 und ein Entlüftungsventil 16 auf. Beide Steuerungsventile 15, 16 sind jeweils als ein 2/2-WegeMagnettaktventil ausgebildet, die im unbetätigten Ruhezustand geschlossen und im betätigten, d.h. bestromten Schaltzustand geöffnet sind. Im bestromten Schaltzustand des Belüftungsventils 15 steht der Druckraum 14 des Stellzylinders 12 über eine Anschlussleitung 17 und eine Druckleitung 18 mit einer Druckluftquelle 19 in Verbindung und wird dann belüftet, wodurch die Reibungskupplung 3 ausgerückt wird. Im bestromten Schaltzustand des Entlüftungsventils 16 steht der Druckraum 14 des Stellzylinders 12 über die Anschlussleitung 17 und eine Drucklosleitung 20 mit einer Druckluftsenke 21, z.B. der Umgebungsluft, in Verbindung und wird dann entlüftet, wodurch die Reibungskupplung 3 unter der Wirkung der Anpressfeder 10 eingerückt wird. Die Steuerungsventile 15, 16 stehen über elektrische Steuerleitungen 22, 23 mit einem elektronischen Steuergerät 24 in Verbindung, das über eine elektrische Signalleitung 25 auch mit einem Positionssensor 26 in Verbindung steht, der im Bereich des Stellzylinders 12 angeordnet ist und zur Erfassung der Istposition xK_ist des Stellkolbens 13 und somit der Ermittlung der Ausrückposition der Reibungskupplung 3 dient.
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Soll nun ausgehend von einer beliebigen Istposition xK_ist des Stellkolbens 13 zur Einstellung eines bestimmten übertragbaren Drehmomentes der Reibungskupplung 3 eine bestimmte Sollposition xK_soll des Stellkolbens 13 eingestellt werden, sieht das Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung vor, dass das Belüftungsventil 15 und das Entlüftungsventil 16 in einem Regelvorgang wechselweise jeweils im Dauerpulsbetrieb geöffnet werden, dessen Dauer ∆tV als Quotient aus der Luftmassendifferenz ∆mK zwischen der in der Sollposition xK_soll des Stellkolbens vorliegenden Soll-Luftmasse mK_soll und der in der Istposition xK_ist des Stellkolbens vorliegenden Ist-Luftmasse mK_ist in dem Druckraum 14 des Stellzylinders 12 (∆mK = mK_soll – mK_ist) sowie dem von den vorliegenden Druckverhältnissen und den Strömungseigenschaften des geöffneten Belüftungs- oder Entlüftungsventils (15 oder 16) abhängigen Luftmassenstrom ṁV durch das betreffende Steuerungsventil (15 oder 16) berechnet wird (∆tV = ∆mK/ṁV).
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Dabei wird das zu öffnende Steuerungsventil 15 oder 16 durch das Vorzeichen der ermittelten Luftmassendifferenz ∆mK bestimmt. Wenn die ermittelte Luftmassendifferenz ∆mK positiv ist (∆mK > 0), wird das Belüftungsventil 15 im Dauerpulsbetrieb für die Dauer ∆tV geöffnet. Wenn die ermittelte Luftmassendifferenz ∆mK negativ ist (∆mK < 0), wird das Entlüftungsventil 16 im Dauerpulsbetrieb für die Dauer ∆tV geöffnet. Durch den Dauerpulsbetrieb der Steuerungsventile 15, 16 wird die Sollposition xK_soll des Stellkolbens 13 schneller und mit weniger Taktzyklen als bei bislang bekannten Steuerungsverfahren erreicht. Daher werden die Steuerungsventile 15, 16 auch weniger häufig betätigt und erreichen somit eine längere Lebensdauer.
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Bei gleichem Aufbau des Antriebsstrangs 1 unterscheidet sich die in 2 abgebildete Steuerungsvorrichtung 2’ von der zuvor in 1 abgebildeten Steuerungsvorrichtung 2 dadurch, dass nun ein zweites Belüftungsventil 27 und ein zweites Entlüftungsventil 28 vorhanden sind, die über jeweils eine zugeordnete elektrische Steuerleitung 29, 30 mit dem Steuergerät 24 in Verbindung stehen. Das zweite Belüftungsventil 27 ist parallel zu dem ersten Belüftungsventil 15 zwischen der Druckleitung 18 sowie der Anschlussleitung 17 angeordnet und weist denselben Öffnungsquerschnitt wie das erste Belüftungsventil 15 auf. Das zweite Entlüftungsventil 28 ist parallel zu dem ersten Entlüftungsventil 16 zwischen der Anschlussleitung 17 sowie der Drucklosleitung 20 angeordnet und weist denselben Öffnungsquerschnitt wie das erste Entlüftungsventil 16 auf.
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Durch das gleichzeitige Öffnen beider Belüftungsventile 15, 27 oder beider Entlüftungsventile 16, 28 kann die Reibungskupplung 3 wahlweise schneller ausgerückt oder eingerückt werden. Zur Ermittlung der jeweiligen Dauer ∆tV des Dauerpulsbetriebs der beiden Belüftungsventile 15, 27 oder der beiden Entlüftungsventile 16, 28 muss in diesem Fall der insgesamt in den Druckraum des Stellzylinders einströmende oder aus diesem ausströmende Luftmassenstrom ṁV' verwendet werden, der als ein mit der Anzahl nV (hier nV = 2) der geöffneten Steuerungsventile (15, 27 oder 16, 28) multiplizierter Wert des für ein einziges geöffnetes Steuerungsventil (z.B. 15 oder 16) ermittelten Luftmassenstroms ṁV berechnet werden kann (ṁV' = nV·ṁV = 2·ṁV).
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Bei gleichem Aufbau des Antriebsstrangs 1 unterscheidet sich die in 3 abgebildete Steuerungsvorrichtung 2’’ von der zuvor in 2 abgebildeten Steuerungsvorrichtung 2’ dadurch, dass nun das zweite Belüftungsventil 31 einen kleineren Öffnungsquerschnitt wie das erste Belüftungsventil 15 und das zweite Entlüftungsventil 32 einen kleineren Öffnungsquerschnitt wie das erste Entlüftungsventil 16 aufweist. Das zweite Belüftungsventil 31 und das zweite Entlüftungsventil 32 stehen über jeweils eine zugeordnete elektrische Steuerleitung 33, 34 mit dem Steuergerät 24 in Verbindung.
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Die Reibungskupplung 13 kann somit durch das Öffnen nur des zweiten Belüftungsventils 31 langsam, durch das Öffnen nur des ersten Belüftungsventils 15 mit mittlerer Stellgeschwindigkeit, und durch das gleichzeitige Öffnen beider Belüftungsventile 15, 31 schnell ausgerückt werden. Ebenso kann die Reibungskupplung 13 nun durch das Öffnen nur des zweiten Entlüftungsventils 32 langsam, durch das Öffnen nur des ersten Entlüftungsventils 16 mit mittlerer Stellgeschwindigkeit, und durch das gleichzeitige Öffnen beider Entlüftungsventile 16, 32 schnell eingerückt werden.
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Wenn nur eines dieser Steuerungsventile (15 oder 31 bzw. 16 oder 32) geöffnet wird, so wird zur Ermittlung der jeweiligen Dauer ∆tV des Dauerpulsbetriebs der Luftmassenstrom ṁV für das betreffende Steuerungsventil (15 oder 31 bzw. 16 oder 32) bestimmt. Wenn jedoch beide Steuerungsventile (15, 31 oder 16, 32) geöffnet werden, muss zur Ermittlung der jeweiligen Dauer ∆tV des Dauerpulsbetriebs der beiden Belüftungsventile 15, 31 oder der beiden Entlüftungsventile 16, 32 der insgesamt in den Druckraum des Stellzylinders einströmende oder aus diesem ausströmende Luftmassenstrom ṁV* verwendet werden, der als Summe der Werte der für jedes der geöffneten Steuerungsventile (15, 31 oder 16, 32) ermittelten Luftmassenströme ṁV_i berechnet werden kann (ṁV* = ΣṁV_i; i = 1, nV).
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Bei gleichem Aufbau des Antriebsstrangs 1 unterscheidet sich die in 4 abgebildete Steuerungsvorrichtung 2* von der zuvor in 3 abgebildeten Steuerungsvorrichtung 2’’ dadurch, dass anstelle der zwei als Taktventile ausgebildeten Belüftungsventile 15, 31 ein als 2/3-Wege-Magnetschaltventil ausgebildetes Belüftungsventil 35 und anstelle der zwei als Taktventile ausgebildeten Entlüftungsventile 16, 32 ein als 2/3-Wege-Magnetschaltventil ausgebildetes Entlüftungsventil 36 vorgesehen ist. Das Belüftungsventil 35 und das Entlüftungsventil 36 stehen über jeweils eine zugeordnete elektrische Steuerleitung 37, 38 mit dem Steuergerät 24 in Verbindung. Das Belüftungsventil 35 ist in seiner Ruhestellung geschlossen, in einer mittleren ersten Schaltstellung mit einem kleinen Öffnungsquerschnitt geöffnet, und in einer äußeren zweiten Schaltstellung mit einem großen Öffnungsquerschnitt geöffnet. Ebenso ist das Entlüftungsventil 36 in seiner Ruhestellung geschlossen, in einer mittleren ersten Schaltstellung mit einem kleinen Öffnungsquerschnitt geöffnet, und in einer äußeren zweiten Schaltstellung mit einem großen Öffnungsquerschnitt geöffnet. Somit kann die Reibungskupplung durch die Schaltung eines der beiden Steuerungsventile (35 oder 36) in eine der beiden Schaltstellungen wahlweise langsam oder schnell ausgerückt bzw. eingerückt werden.
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Die Einstellung einer bestimmten Sollposition xK_soll des Stellkolbens 13 kann, wenn auch mit geringerer Steuerungsdynamik, analog zur zuvor beschriebenen Ansteuerung der Taktventile (15, 16; 27, 28; 31, 32) erfolgen, indem das Belüftungsventil 35 und das Entlüftungsventil 36 in einem Regelvorgang wechselweise jeweils mit einer der beiden Schaltstellungen geöffnet werden. Zur Ermittlung der Öffnungsdauer ∆tV des jeweiligen Steuerungsventils (35 oder 36) wird dann der Luftmassenstrom ṁV für den betreffenden Öffnungsquerschnitt des betreffenden Steuerungsventils (35 oder 36) in der gewählten Schaltstellung bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2, 2’, 2’’
- Steuerungsvorrichtung
- 2*
- Steuerungsvorrichtung
- 3
- Reibungskupplung
- 4
- Antriebsmotor
- 5
- Triebwelle
- 6
- Schaltgetriebe
- 7
- Eingangswelle
- 8
- Schwungscheibe
- 9
- Druckplatte
- 10
- Anpressfeder, Membranfeder
- 11
- Mitnehmerscheibe
- 12
- Stellzylinder
- 13
- Stellkolben
- 14
- Druckraum
- 15
- Erstes Belüftungsventil
- 16
- Erstes Entlüftungsventil
- 17
- Anschlussleitung
- 18
- Druckleitung
- 19
- Druckluftquelle
- 20
- Drucklosleitung
- 21
- Druckluftsenke
- 22
- Steuerleitung
- 23
- Steuerleitung
- 24
- Steuergerät
- 25
- Signalleitung
- 26
- Positionssensor
- 27
- Zweites Belüftungsventil
- 28
- Zweites Entlüftungsventil
- 29
- Steuerleitung
- 30
- Steuerleitung
- 31
- Zweites Belüftungsventil
- 32
- Zweites Entlüftungsventil
- 33
- Steuerleitung
- 34
- Steuerleitung
- 35
- Belüftungsventil
- 36
- Entlüftungsventil
- 37
- Steuerleitung
- 38
- Steuerleitung
- AK
- Wirkfläche des Stellkolbens
- b
- Kritisches Druckverhältnis
- C
- Pneumatischer Leitwert
- FK
- Federkraft der Anpressfeder
- i
- Index, Ordnungszahl
- mK
- Luftmasse im Druckraum
- mK_ist
- Ist-Luftmasse im Druckraum
- mK_soll
- Soll-Luftmasse im Druckraum
- ṁV
- Luftmassenstrom
- ṁV_i
- Luftmassenstrom durch i-tes Steuerungsventil
- ṁV'
- Resultierender Luftmassenstrom
- ṁV*
- Resultierender Luftmassenstrom
- nV
- Anzahl geöffneter Steuerungsventile
- p
- Luftdruck
- p0
- Umgebungsdruck
- pK
- Stelldruck im Druckraum
- pK_ist
- Ist-Stelldruck im Druckraum
- pK_soll
- Soll-Stelldruck im Druckraum
- pV
- Versorgungsdruck
- R
- Spezifische Gaskonstante
- T
- Lufttemperatur
- T0
- Lufttemperatur im Normzustand
- TK
- mittlere Lufttemperatur im Druckraum
- VK
- Volumen des Druckraums
- VK_0
- Ruhevolumen des Druckraums
- VK_ist
- Istvolumen des Druckraums
- VK_soll
- Sollvolumen des Druckraums
- xK
- Ausrückweg, Stellwegvariable
- xK_0
- Ruheposition des Stellkolbens
- xK_ist
- Istposition des Stellkolbens
- xK_soll
- Sollposition des Stellkolbens
- ∆mK
- Luftmassendifferenz
- ∆tV
- Dauer des Dauerpulsbetriebs, Öffnungsdauer
- ρ
- Luftdichte im Druckraum
- ρ0
- Luftdichte im Normzustand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3028251 C2 [0003]
- EP 0459273 A1 [0007]
- EP 0512690 B1 [0008, 0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 6358 [0022]
- ISO 6358 [0022]
- ISO 6358 [0022]
- ISO 6358 [0022]
berechnet, wobei die verwendeten Bezeichnungen bedeuten:
