DE102013220164A1 - Optional electrically actuated clutch system for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Kupplungssystem (1) beschrieben, wie es insbesondere vorteilhaft in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Motorrädern, Motorrollern, Mopeds oder Motorrikschas eingesetzt werden, die herkömmlich über eine beispielsweise mithilfe eines Seilzugs oder eines Gestänges mechanisch betätigbare Kupplung verfügen. Eine mechanisch ausrückbare Kupplung (3) kann dabei von einem Fahrer über einen Kupplungshebel (5) und eine erste Kraftübertragungseinrichtung (11), beispielsweise einen Seilzug (13), ausgerückt werden. Das Kupplungssystem (1) verfügt ferner über einen elektrischen Aktuator (7), der über eine zweite Kraftübertragungseinrichtung (15), welche beispielsweise ebenfalls als Seilzug (17) implementiert sein kann, eine Kraft auf die Kupplung ausüben kann, um diese auszurücken. Die beiden Kraftübertragungseinrichtungen (11, 15) sind dabei derart ausgebildet, dass durch Betätigen des Kupplungshebels (5) bewirkte Kräfte und durch Betätigen des elektrischen Aktuators (7) bewirkte Kräfte unabhängig voneinander auf die Kupplung (3) übertragen werden können. Ein solches Kupplungssystem (1) ist einfach implementierbar, benötigt nicht notwendigerweise komplexe und teure Komponenten, wie sie bei einem reinen Clutch-by-Wire-System typischerweise eingesetzt werden, und ermöglicht insbesondere stets auch eine konventionelle Betätigung der Kupplung (3) durch den Fahrer. Mithilfe des ebenfalls an der Kupplung (3) angreifenden Aktuators (7) können Kraftstoffeinspar-, Komfort- und/oder Sicherheitsfunktionen implementiert werden.The invention relates to a clutch system (1), which is used particularly advantageously in motor vehicles, such as motorcycles, scooters, mopeds or motor rickshaws, which conventionally have a clutch which can be actuated mechanically, for example by means of a cable or a linkage. A mechanically disengageable clutch (3) can be disengaged by a driver via a clutch lever (5) and a first power transmission device (11), for example a cable pull (13). The clutch system (1) further has an electric actuator (7) which can exert a force on the clutch via a second power transmission device (15), which may also be implemented as a cable pull (17), for example, in order to disengage it. The two power transmission devices (11, 15) are designed such that forces caused by actuation of the clutch lever (5) and forces caused by actuation of the electric actuator (7) can be transmitted independently to the clutch (3). Such a coupling system (1) is easy to implement, does not necessarily require complex and expensive components, as are typically used in a pure clutch-by-wire system, and in particular always allows a conventional operation of the clutch (3) by the driver , By means of the actuator (7) also acting on the clutch (3), fuel saving, comfort and / or safety functions can be implemented.
Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein mit einem solchen Kupplungssystem ausgestattetes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorrad oder ähnliches. The present invention relates to a coupling system for a motor vehicle and a vehicle equipped with such a clutch system motor vehicle, in particular a motorcycle or the like.
Stand der Technik State of the art
Bei Kraftfahrzeugen, bei denen ein von einem Motor erzeugtes Drehmoment über ein von Hand zu schaltendes Getriebe auf Räder übertragen werden soll, ist in einem Antriebsstrang im Allgemeinen eine Kupplung vorgesehen, mithilfe derer sich die Drehmomentübertragung temporär unterbrechen lässt, um zum Beispiel in einen anderen Gang oder einen Leerlauf des Getriebes schalten zu können. Die Kupplung wird dabei im Allgemeinen mithilfe eines von einem Fahrer betätigbaren Kupplungshebels gegen eine beispielsweise von einer Feder erzeugte Vorspannung ausgerückt. Hierzu ist der Kupplungshebel über eine Kraftübertragungseinrichtung wie beispielsweise einen Seilzug oder ein Gestänge mechanisch mit der Kupplung verbunden, um eine durch Betätigen des Kupplungshebels bewirkte Kraft auf die Kupplung übertragen zu können und diese daraufhin ausrücken zu können. In motor vehicles in which a torque generated by an engine is to be transmitted to wheels via a manual transmission, a clutch is generally provided in a drive train, by means of which the torque transmission can be temporarily interrupted, for example to a different gear or to be able to shift an idling of the transmission. The clutch is thereby disengaged generally by means of a driver operable clutch lever against a bias generated for example by a spring. For this purpose, the clutch lever is mechanically connected via a power transmission device such as a cable or a linkage with the clutch in order to transmit a force caused by actuation of the clutch lever force on the clutch can and then disengage it.
In modernen Kraftfahrzeugen wird angestrebt, zusätzliche Funktionen zu implementieren, mithilfe derer beispielsweise ein Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs reduziert werden kann oder ein Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs unterstützt werden kann. Zum Implementieren solcher Funktionen kann es vorgesehen sein, eine Kupplung des Kraftfahrzeugs automatisiert zu betätigen. Hierzu werden beispielsweise sogenannte elektrisch betätigbare Kupplungssysteme entwickelt, bei denen ein Kupplungshebel nicht mehr direkt mechanisch mit der Kupplung gekoppelt ist, sondern eine Position des Kupplungshebels beispielsweise mithilfe eines Sensors erfasst wird und basierend auf einem Sensorsignal ein elektrischer Aktuator betätigt wird, mithilfe dessen dann eine entsprechende gewünschte Kraft auf die Kupplung zum Ausrücken derselben erzeugt wird. Solche Kupplungssysteme werden auch als e-Clutch oder Clutch-by-Wire-Systeme bezeichnet. Eine automatisierte Kupplung wird zum Beispiel in
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein Kupplungssystem, das einerseits eine Implementierung bestimmter zusätzlicher automatisierter Kraftstoffeinspar-, Komfort- und/oder Sicherheitsfunktionen ermöglicht und andererseits verhältnismäßig einfach aufgebaut ist und von einem Fahrer einfach und intuitiv gehandhabt werden kann. Insbesondere zweirädrige oder dreirädrige Kraftfahrzeuge wie zum Beispiel Motorräder, Motorroller, Mopeds oder Motorrikschas können in vorteilhafter Weise mit dem vorgeschlagenen Kupplungssystem ausgerüstet werden. Embodiments of the present invention provide for a clutch system which on the one hand enables implementation of certain additional automated fuel economy, comfort and / or safety functions and on the other hand is relatively simple and can be handled simply and intuitively by a driver. In particular, two-wheeled or three-wheeled motor vehicles such as motorcycles, scooters, mopeds or motor rickshaws can be advantageously equipped with the proposed clutch system.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kupplungssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine mechanisch ausrückbare Kupplung, einen von einem Fahrer betätigbaren Kupplungshebel sowie eine erste Kraftübertragungseinrichtung zum mechanischen Übertragen einer durch Betätigung des Kupplungshebels bewirkten Kraft auf die Kupplung, um diese auszurücken, aufweist. Das Kupplungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es ergänzend einen elektrischen Aktuator und eine zweite Kraftübertragungseinrichtung zum mechanischen Übertragen einer durch Betätigung des elektrischen Aktuators bewirkten Kraft auf die Kupplung, um diese auszurücken, aufweist. Dabei sind die erste und die zweite Kraftübertragungseinrichtung derart ausgebildet, dass durch Betätigen des Kupplungshebels bewirkte Kräfte und durch Betätigen des elektrischen Aktuators bewirkte Kräfte unabhängig voneinander auf die Kupplung übertragen werden können, um diese auszurücken. According to a first aspect of the present invention, there is provided a clutch system for a motor vehicle having a mechanically disengageable clutch, a driver-operable clutch lever, and first power transmitting means for mechanically transmitting a force caused by operation of the clutch lever to disengage the clutch , The coupling system is characterized in that it additionally comprises an electric actuator and a second power transmission device for mechanically transmitting a force caused by actuation of the electric actuator force on the clutch to disengage it. In this case, the first and the second power transmission device are designed such that forces caused by actuation of the clutch lever and forces caused by actuation of the electric actuator can be transmitted independently of one another to the clutch in order to disengage them.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgenden Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden:
Es wurde erkannt, dass insbesondere bei Kupplungssystemen, wie sie typischerweise in kleineren, beispielsweise zwei- oder dreirädrigen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, eine optionale automatisierte Kupplungsbetätigung verhältnismäßig einfach implementiert werden kann. Bei solchen Kupplungssystemen werden Kräfte, die auf einen Kupplungshebel von einem Fahrer ausgeübt werden, typischerweise mithilfe mechanischer Hilfsmittel, das heißt mithilfe einer mechanisch arbeitenden Kraftübertragungseinrichtung, von dem Kupplungshebel hin zur Kupplung übertragen, um diese auszurücken. Als Kraftübertragungseinrichtung kann hierbei beispielsweise ein zwischen dem Kupplungshebel und der Kupplung verlaufender Seilzug oder Bowdenzug eingesetzt werden. Alternativ kann als Kraftübertragungseinrichtung auch ein Gestänge eingesetzt werden. Anders ausgedrückt kann die Kraftübertragungseinrichtung mit einfachen mechanischen Mitteln wie einem Seilzug mit einer zugehörigen Seilzugführung, einem Gestänge mit zugehörigen Lagern und Gelenken, oder Ähnlichem dazu ausgebildet sein, die Kraft vom Kupplungshebel mechanisch, das heißt nicht hydraulisch oder elektrisch, hin zu der auszurückenden Kupplung zu übertragen. Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the following thoughts and findings:
It has been recognized that, particularly in clutch systems typically used in smaller, for example two- or three-wheel motor vehicles, optional automated clutch actuation can be implemented relatively easily. In such clutch systems, forces exerted on a clutch lever by a driver are typically transmitted from the clutch lever to the clutch by means of mechanical aids, that is, by means of a mechanical power transmission, to disengage them. As a power transmission device in this case, for example, a running between the clutch lever and the clutch cable or Bowden cable can be used. Alternatively, as a power transmission device and a linkage can be used. In other words, the power transmission device may be configured with simple mechanical means such as a cable with an associated cable guide, a linkage with associated bearings and joints, or the like, to mechanically, ie not hydraulically or electrically, force the clutch from the clutch lever toward the clutch to be disengaged transfer.
Bei einem derart einfach aufgebauten mechanischen Kupplungssystem kann eine ergänzende automatisierte Kupplungsbetätigung in einfacher Weise realisiert werden, indem ein elektrischer Aktuator oder Aktor vorgesehen wird, der über eine zweite ebenfalls mechanisch wirkende Kraftübertragungseinrichtung die Kupplung zum Ausrücken betätigen kann. Die zweite Kraftübertragungseinrichtung kann hierbei ebenfalls beispielsweise mit einem Seilzug oder einem Gestänge ausgebildet sein, die dazu ausgelegt sind, eine von dem elektrischen Aktuator bewirkte Kraft mechanisch auf die Kupplung zu übertragen, um diese auszurücken. In such a simple mechanical coupling system, a complementary automated clutch operation can be realized in a simple manner by an electric actuator or actuator is provided, which can actuate the clutch to disengage via a second also mechanically acting power transmission device. The second power transmission device can in this case also be formed, for example, with a cable or a linkage which are designed to mechanically transmit a force caused by the electric actuator to the clutch in order to disengage it.
Da der vom Fahrer betätigbare Kupplungshebel einerseits und der von einer Steuerung oder einem Steuergerät anzusteuernde elektrische Aktuator andererseits als voneinander unabhängige Kraftquellen wirken können, sollen auch die erste und die zweite Kraftübertragungseinrichtung derart ausgebildet sein und mit der Kupplung gekoppelt sein, dass Kräfte von diesen beiden separaten Kraftquellen unabhängig voneinander auf die Kupplung übertragen werden können, um diese auszurücken. Mit anderen Worten soll eine Kraftübertragung von dem Kupplungshebel parallel zu einer Kraftübertragung von dem elektrischen Aktuator möglich sein. In einem solchen Kupplungssystem kann dann die Kupplung sowohl durch alleinige Betätigung des Kupplungshebels als auch durch alleinige Betätigung des elektrischen Aktuators ausgerückt werden. Since the operable by the driver clutch lever on the one hand and to be controlled by a controller or a control unit electric actuator on the other hand act as independent power sources, and the first and the second power transmission device should be designed and coupled to the clutch that forces of these two separate Power sources can be independently transferred to the clutch to disengage them. In other words, a power transmission from the clutch lever should be possible in parallel with a power transmission from the electric actuator. In such a clutch system, the clutch can then be disengaged both by the sole actuation of the clutch lever and by the sole actuation of the electric actuator.
In einem solchen parallel betätigbaren Kupplungssystem kann der Fahrer die Kupplung in gewohnter Weise durch Betätigen des Kupplungshebels ausrücken. Ergänzend hierzu kann jedoch auch mithilfe des elektrischen Aktuators ein automatisiertes Ausrücken der Kupplung bewirkt werden und auf diese Weise verschiedene Funktionen, bei denen die Kupplung automatisiert getrennt werden soll, implementiert werden. Wie weiter unten genauer beschrieben, können solche Funktionen beispielsweise ein sogenanntes Segeln, verschiedene Arten einer Start-Stopp-Automatik, eine Anfahrassistenz, oder Ähnliches beinhalten. In such a parallel operable coupling system, the driver can disengage the clutch in the usual way by operating the clutch lever. In addition to this, however, an automatic disengagement of the clutch can also be effected by means of the electric actuator, and in this way various functions in which the clutch is to be automatically separated can be implemented. As described in more detail below, such functions may include, for example, so-called sailing, various types of start-stop automatic, start-up assistance, or the like.
Während hierbei ein automatisiertes Ein- und Auskoppeln mithilfe des elektrischen Aktuators zur Implementierung von Kraftstoffsparfunktionen, Komfortfunktionen, Sicherheitsfunktionen oder Ähnlichem dienen kann, behält der Fahrer jedoch jederzeit die Möglichkeit, unabhängig von dem elektrischen Aktuator und dessen elektrischer Ansteuerung und insbesondere unabhängig von einer Funktionsfähigkeit dieser elektrischen Komponenten, die Kupplung auch in herkömmlicher Weise durch Betätigen des Kupplungshebels über die konventionell mechanisch wirkende erste Kraftübertragungseinrichtung zu betätigen. While in this case an automated coupling and decoupling using the electric actuator for implementing fuel saving functions, comfort functions, safety functions or the like can serve, but the driver always has the option, regardless of the electric actuator and its electrical control and in particular independent of a functioning of this electric Components to operate the clutch in a conventional manner by operating the clutch lever on the conventionally mechanically acting first power transmission device.
Es kann vorteilhaft sein, die erste und/oder die zweite Kraftübertragung mithilfe eines Seilzugs auszubilden. Ein Seilzug bietet eine sehr einfache und fehlerunanfällige Möglichkeit zur mechanischen Kraftübertragung. Insbesondere kann eine Kraftquelle wie beispielsweise der Kupplungshebel oder der elektrische Aktuator weitgehend frei in Relation zu der zu betätigenden Kupplung positioniert werden. It may be advantageous to form the first and / or the second power transmission by means of a cable. A cable provides a very simple and error-prone possibility for mechanical power transmission. In particular, a power source such as the clutch lever or the electric actuator can be positioned largely freely in relation to the clutch to be actuated.
Gemäß einer Ausführungsform ist der elektrische Aktuator und/oder die zweite Kraftübertragungsanordnung hin zu einer Ruheposition, in der die Kupplung nicht ausgerückt wird, vorgespannt. Hierzu kann beispielsweise ein entsprechend ausgebildetes elastisches Element wie beispielsweise eine Feder eingesetzt werden. Durch eine solche mechanische Vorspannung des Aktuators bzw. der Kraftübertragungsanordnung kann beispielsweise erreicht werden, dass im Falle eines Defekts einer dieser beiden Komponenten von diesen keine Kraft auf die Kupplung, welche die Kupplung zum Ausrücken bewegen würde, ausgeübt wird. Hierdurch kann beispielsweise ein Notlaufbetrieb gewährleistet werden. According to one embodiment, the electric actuator and / or the second power transmission arrangement is biased toward a rest position in which the clutch is not disengaged. For this purpose, for example, a suitably designed elastic element such as a spring can be used. By such a mechanical bias of the actuator or the power transmission arrangement can be achieved, for example, that in case of failure of one of these two components of these no force on the clutch, which would move the clutch to disengage, is exercised. As a result, for example, an emergency operation can be ensured.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinrichtung dazu ausgebildet, in Teile der ersten Kraftübertragungseinrichtung einzugreifen und/oder mit diesen zusammenzuwirken, um die vom elektrischen Aktuator bewirkte Kraft hin zur Kupplung zu übertragen. Mit anderen Worten kann anstatt einer Ausgestaltung, bei der die beiden Kraftübertragungsanordnungen völlig separat an der Kupplung angreifen, auch eine Ausgestaltung implementiert werden, bei der sich die beiden Kraftübertragungseinrichtungen zumindest Teile oder Komponenten gemeinsam teilen. Beispielsweise kann die erste Kraftübertragungseinrichtung als Seilzug zwischen Kupplungshebel und Kupplung ausgebildet sein und die zweite Kraftübertragungseinrichtung nicht separat an der Kupplung, sondern an diesem Seilzug eine Kraft hin zur Kupplung einleiten. In ähnlicher Weise kann die erste Kraftübertragungseinrichtung mithilfe eines Gestänges ausgebildet sein und die zweite Kraftübertragungseinrichtung an diesem Gestänge angreifen und eine Kraft von dem elektrischen Aktuator in das Gestänge einleiten. Es sind auch Mischformen vorstellbar, bei denen beispielsweise ein Seilzug einer ersten Kraftübertragungseinrichtung mit Komponenten eines Gestänges einer zweiten Kraftübertragungseinrichtung, oder umgekehrt, zusammenwirken. According to one embodiment, the second power transmission device is configured to engage and / or cooperate with parts of the first power transmission device in order to transmit the force caused by the electric actuator to the clutch. In other words, instead of a configuration in which the two power transmission arrangements engage completely separately on the clutch, a configuration in which the two power transmission devices share at least parts or components jointly can also be implemented. For example, the first power transmission device can be configured as a cable between the clutch lever and the clutch and the second power transmission device does not initiate a force toward the clutch separately at the clutch, but instead at this cable. Similarly, the first power transmission device may be formed by means of a linkage and engage the second power transmission device on this linkage and introduce a force from the electric actuator into the linkage. Mixed forms are also conceivable in which, for example, a cable pull of a first power transmission device interacts with components of a linkage of a second power transmission device, or vice versa.
Ausführungsformen des Kupplungssystems können ferner über ein Steuergerät zum Steuern des elektrischen Aktuators verfügen. Dieses Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, den Aktuator geeignet anzusteuern, um die oben genannten automatisierten Funktionen zu implementieren. Hierzu kann das Steuergerät über eine geeignete Hardware und/oder Software verfügen. Das Steuergerät kann insbesondere als Teil eines Motorsteuergeräts eines Kraftfahrzeugs implementiert sein. Das Steuergerät kann dabei gegebenenfalls mit Sensoren in dem Kraftfahrzeug verbunden sein, mithilfe derer das Steuergerät beispielsweise einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs oder eine Fahrsituation erkennen und auswerten kann. Embodiments of the clutch system may further include a controller for controlling the electric actuator. This controller may be configured to suitably drive the actuator to implement the above automated functions. For this purpose, the control unit may have suitable hardware and / or software. The control unit can in particular be implemented as part of an engine control unit of a motor vehicle. The control unit can possibly be connected to sensors in the motor vehicle, by means of which the control unit can recognize and evaluate, for example, an operating state of the motor vehicle or a driving situation.
Eine Möglichkeit eines solchen Sensors ist beispielsweise ein Sensor zum Überwachen einer aktuellen Position des Kupplungshebels. Mithilfe eines solchen Sensors kann das Steuergerät erkennen, wie stark und/oder wie schnell der Kupplungshebel vom Fahrer betätigt wird und basierend auf dieser Information den elektrischen Aktuator zum Bewirken von automatisierten Zusatzfunktionen ansteuern. Beispielsweise kann das Steuergerät anhand von Sensordaten erkennen, wenn der Kupplungshebel übermäßig schnell losgelassen wird, was zu einem abrupten Anfahren des Kraftfahrzeugs oder zu einem „Abwürgen“ des Motors dieses Kraftfahrzeugs führen kann, und daraufhin den elektrischen Aktuator geeignet ansteuern, um ein zu schnelles Einkuppeln im Rahmen einer Anfahrassistenz zu vermeiden. One possibility of such a sensor is, for example, a sensor for monitoring a current position of the clutch lever. With such a sensor, the controller can detect how much and / or how fast the clutch lever is being operated by the driver and, based on this information, drive the electric actuator to effect automated additional functions. For example, the control unit may detect based on sensor data when the clutch lever is released excessively quickly, which may lead to abrupt start of the motor vehicle or "stalling" of the engine of this motor vehicle, and then suitably control the electric actuator to a too fast engagement to avoid in the context of a start-up assistance.
Ausführungsformen des vorgeschlagenen Kupplungssystems sind insbesondere in Kraftfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar, bei denen der Kupplungshebel als per Hand zu betätigender Hebel ausgebildet ist. Bei solchen von Hand zu betätigenden Kupplungshebeln wird die Kraft meist mechanisch, zum Beispiel über einen Seilzug oder ein Gestänge, vom Kupplungshebel an die Kupplung übertragen. Es wird angenommen, dass etwaige Beeinflussungen des Kupplungshebels, insbesondere des an diesem haptisch zu spürenden Kraftverlaufs, wie sie möglicherweise durch den parallel auf die Kupplung wirkenden elektrischen Aktuator bei Ausführung von automatisierten Kupplungsfunktionen auftreten könnten, bei von Hand zu betätigenden Kupplungshebeln von einem Fahrer kaum störend wahrgenommen werden, zumindest jedoch weniger störend als bei per Fuß zu betätigenden Kupplungshebeln. Embodiments of the proposed clutch system are advantageously used in particular in motor vehicles, in which the clutch lever is designed as a lever to be operated by hand. In such manually operable coupling levers, the force is usually transmitted mechanically, for example via a cable or a linkage, from the clutch lever to the clutch. It is believed that any interference with the clutch lever, in particular the force curve to be felt on it, as might possibly occur due to the automatic actuator acting in parallel on the clutch when automated clutch functions are performed, hardly disturbs a driver when the clutch levers are manually operated be perceived, but at least less disturbing than with foot-operated clutch levers.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein Kupplungssystem und teilweise mit Bezug auf ein mit einem solchen Kupplungssystem ausgestattetes Kraftfahrzeug beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass Merkmale verschiedener Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert bzw. ersetzt werden können, um zu weiteren Ausführungsformen zu gelangen. It should be understood that possible features and advantages of embodiments of the invention herein are described in part with reference to a clutch system and in part with respect to a motor vehicle equipped with such a clutch system. One of ordinary skill in the art will recognize that features of various embodiments may be suitably combined or replaced to provide further embodiments.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein neither the description nor the drawings are to be construed as limiting the invention.
Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche bzw. gleichwirkende Merkmale. The figures are not to scale. Like reference numerals designate the same or similar features in the various figures.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Beim sogenannten Segeln eines Kraftfahrzeugs, teilweise auch als Free Wheeling, High Speed Free Rolling oder Coasting bezeichnet, wird ein Antriebsstrang geöffnet, also ein Motor und ein Getriebe des Fahrzeugs voneinander entkoppelt. Durch das fehlende Motor-Schleppmoment rollt das Fahrzeug antriebslos deutlich weiter aus, als mit beispielsweise Schubabschaltung im höchsten Gang. Um Kraftstoff zu sparen, kann der Motor im Leerlauf weiter betrieben werden, was als sogenanntes Leerlauf-Segeln bezeichnet wird, oder in letzter Konsequenz ausgeschaltet werden, was als Motorstopp-Segeln bezeichnet wird. Mit einem entsprechenden Bedienkonzept springt der Motor automatisch wieder an. When so-called sailing a motor vehicle, sometimes referred to as Free Wheeling, High Speed Free Rolling or Coasting, a drive train is opened, so a motor and a transmission of the vehicle decoupled from each other. Due to the missing engine drag torque, the vehicle unrestrainedly rolls off much further than, for example, with fuel cut in high gear. To save fuel, the engine may continue to idle, referred to as so-called idle sailing, or in the end be turned off, referred to as engine stoppage sailing. With a corresponding operating concept, the engine automatically restarts.
Bei herkömmlichen manuellen Getrieben ist ein Segeln zwar möglich, bedarf aber eines umständlich empfundenen Bedienkonzepts. Beispielsweise muss ein Fahrer, um ein Segeln zu initiieren, die Kupplung manuell drücken, das Getriebe in Neutral stellen, und die Kupplung wieder freigeben. Um den Motor wieder zu starten, muss die Kupplung wieder gedrückt werden. Anschließend muss, um wieder Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe herzustellen, ein der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angemessener Gang eingelegt und die Kupplung wieder freigegeben werden. Unterstützend kann der Verbrennungsmotor eine der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasste und gegebenenfalls gangabhängige Drehzahlanhebung durchführen. Sailing is possible with conventional manual transmissions, but requires a cumbersome operating concept. For example, to initiate sailing, a driver must manually depress the clutch, place the transmission in neutral, and release the clutch. To restart the engine, the clutch must be pressed again. Then, in order to re-establish adhesion between the engine and the transmission, an appropriate speed gear of the vehicle must be engaged and the clutch released again. In support of the internal combustion engine can perform a vehicle speed adapted and possibly gear-dependent speed increase.
Mithilfe einer über einen elektrischen Aktuator betätigbaren Kupplung kann ein Segeln bei einem manuellen Getriebe vollautomatisch realisiert werden. Um die Funktion des Segelns zu implementieren, kann beispielsweise ein Steuergerät anhand verschiedener empfangener Informationen und/oder Signale eine Fahrsituation erkennen, in der ein Segeln beispielsweise zum Kraftstoff-Sparen vorteilhaft wirken kann, und daraufhin über den elektrischen Aktuator die Kupplung betätigen. Ergänzend kann gegebenenfalls der Motor abgeschaltet werden. With the help of a clutch that can be actuated via an electric actuator, sailing in a manual transmission can be realized fully automatically. In order to implement the function of sailing, for example, a control unit can recognize a driving situation on the basis of various received information and / or signals, in which sailing, for example, can have an advantageous effect for saving fuel, and then actuate the clutch via the electric actuator. In addition, if necessary, the engine can be switched off.
Eine weitere mögliche automatisierte Funktion kann in Form einer Start-Stopp-Automatik implementiert werden. In einer speziellen Ausgestaltung kann hierbei bei handgeschalteten Kraftfahrzeugen der Motor abgestellt werden, wenn das Fahrzeug unterhalb einer Geschwindigkeitsschwelle fährt und der Fahrer gleichzeitig die Kupplung gedrückt hält und die Bremse betätigt. Dies kann als Ausrollen beispielsweise vor einer roten Ampel interpretiert werden. Eine solche Bedienstrategie wird auch als Stop-in-Gear (SiG) bezeichnet, da hierbei ein Gang eingelegt bleiben kann. Sobald der Fahrer wieder von der Bremse geht, wird der Motor wieder gestartet, gegebenenfalls unabhängig von Startanforderungen des Systems. Another possible automated function can be implemented in the form of a start-stop system. In a special embodiment, in this case can be turned off in manual motor vehicles, the engine when the vehicle is driving below a speed threshold and the driver simultaneously holds the clutch and presses the brake. This can be interpreted as rolling out, for example, in front of a red traffic light. Such an operating strategy is also referred to as stop-in-gear (SiG), since a gear can remain engaged. As soon as the driver releases the brake, the engine is restarted, possibly independent of system start-up requirements.
Um solche oder ähnliche automatisierte Kupplungsfunktionen implementieren zu können, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Kupplungssystem vorgeschlagen, wie es beispielhaft in
Der elektrische Aktuator
Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, bei Handschaltern mit einem mechanisch arbeitenden Kupplungssystem mit Seilzug oder Gestänge einen zusätzlichen Kupplungsaktuator zu integrieren. In other words, it is proposed to integrate an additional clutch actuator in manual switches with a mechanical clutch system with cable or linkage.
Hierdurch kann beispielsweise ein vollautomatisches Öffnen, Offenhalten oder Schließen des Antriebsstrangs über den Kupplungsaktuator ermöglicht werden. Im Gegensatz zu rein elektrisch betätigbaren Kupplungssystemen kann jedoch eine Betätigung der Kupplung parallel auch vom Fahrer durchgeführt werden. Mit anderen Worten ist das vorgeschlagene Kupplungssystem kein reines Clutch-by-Wire-System. Der Fahrer kann konventionell die Kupplung mechanisch betätigen und hat stets einen Durchgriff. As a result, for example, a fully automatic opening, keeping open or closing the drive train via the clutch actuator can be made possible. In contrast to purely electrically actuated clutch systems, however, an actuation of the clutch can be performed in parallel by the driver. In other words, the proposed clutch system is not a pure clutch-by-wire system. The driver can conventionally operate the clutch mechanically and always has a penetration.
Mit anderen Worten kann es unter anderem bei dem vorgeschlagenen Kupplungssystem angestrebt werden, eine gewohnte Bedienung des Fahrzeugs beibehalten zu können. Der Kupplungsaktuator soll nicht den Kupplungshebel ersetzen, sondern parallel zur manuellen Bedienung durch den Fahrer eine Eingriffsmöglichkeit durch ein Steuergerät, beispielsweise ein Motorsteuergerät, bereitstellen, um zum Beispiel automatisiert, komfortabel ein „Segeln“ einleiten und beenden zu können. Dies macht ein großes Verbrauchseinsparpotenzial von Segeln auch in Fahrzeugen mit Handschaltern komfortabel nutzbar, bei geringen Mehrkosten. In other words, it may be desirable among other things in the proposed clutch system to be able to maintain a familiar operation of the vehicle. The clutch actuator is not intended to replace the clutch lever, but parallel to the manual operation by the driver intervention by a control device, such as an engine control unit, provide, for example, automated, comfortable to initiate a "sailing" and be able to finish. This makes it possible to conveniently use a large potential for saving energy from sails, even in vehicles with manual switches, at low additional costs.
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen unter anderem eine starke Reduzierung des CO2-Ausstoßes beispielsweise bei Motorrädern. Beispielsweise wurde beobachtet bzw. berechnet, dass durch automatisierte Implementierung von Kupplungsfunktionen bis zu 20% CO2 eingespart werden kann im typischen Betrieb eines Motorrads. Among other things, embodiments of the invention make it possible to greatly reduce CO 2 emissions, for example in motorcycles. For example, it has been observed that through automated implementation of clutch functions, up to 20% CO 2 can be saved in typical motorcycle operation.
In einer konkreten Ausführungsform wurde als elektrischer Aktuator oder elektrischer Steller zur Betätigung der Kupplung ein Wastegatesteller modifiziert. Eine Kraftübertragung erfolgt mittels Bowdenzug mit dem großen Vorteil großer Freiheit bei der Platzierung des Aktuators. Der Aktuator hat hierbei eine Feder zum mechanischen Vorspannen und damit zur Rückstellung in eine stromlose Ruheposition. In dieser Position kann der Fahrer das Fahrzeug wie bekannt bedienen, ohne Einwirkung einer Automatik. Damit kann ein sicherer Zustand im Falle eines Defektes wie beispielsweise eines Kabelabfalls oder eines Batterieausfalls erreicht werden und das System bietet somit einen Notlaufbetrieb. Außerdem kann der Steller eine Positionsrückmeldung durch einen eingebauten Lagesensor ermöglichen. In a specific embodiment, a wastegate actuator has been modified as an electric actuator or electric actuator for actuating the clutch. A power transmission takes place by means of Bowden cable with the great advantage of great freedom in the placement of the actuator. The actuator in this case has a spring for mechanical preloading and thus to return to a de-energized rest position. In this position, the driver can operate the vehicle as known, without the action of an automatic. Thus, a safe state in the event of a defect such as a cable drop or a battery failure can be achieved and the system thus provides a limp home mode. In addition, the actuator can provide position feedback through a built-in position sensor.
Ebenso wäre ein Eingriff direkt an einem Bowdenzug zwischen dem Kupplungshebel und einem Ausrückhebel der Kupplung oder ein Eingriff über ein Hebelwerk direkt am Ausrückhebel jeweils mit Freilauf denkbar. Ferner kann eine zusätzliche unabhängige Einstellmöglichkeit für den elektrischen Kupplungseingriff vorgesehen werden. Likewise, an engagement directly on a Bowden cable between the clutch lever and a release lever of the clutch or engagement via a lever mechanism directly on the release lever each with freewheel would be conceivable. Furthermore, an additional independent adjustment for the electrical clutch engagement can be provided.
Eine Aktuierung der Kupplung soll vorzugsweise parallel zu einem bestehenden Kupplungspedal erfolgen, um eine gewohnte Bedienung des Fahrzeugs im Normalbetrieb nicht zu verändern. Diese Funktionalität kann beispielsweise durch zwei parallele Bowdenzüge realisiert werden, die an einem Ausrückhebel der Kupplung angreifen. Zu einem bestehenden Ausrückhebel zur Aufnahme des Zuges zum Handgriff kann ein zweiter Hebel aufgesetzt werden, an dem der elektrische Steller eingreifen kann. An actuation of the clutch should preferably take place parallel to an existing clutch pedal, in order not to change the usual operation of the vehicle in normal operation. This functionality can be achieved, for example, by two parallel Bowden cables are realized, which engage a release lever of the clutch. To an existing release lever for receiving the train to the handle, a second lever can be placed on which the electric actuator can engage.
Mit einem durch eine solche Anordnung ermöglichten Freilauf kann eine logische „oder-Verknüpfung“ ermöglicht werden. Ein „Trennen“ der Kupplung ist eine vorrangige Funktion und wird ausgeführt, unabhängig davon, von welcher Kraftquelle der Eingriff erfolgt. Somit hat der Fahrer immer den direkten Durchgriff und kann auch bei defektem Steller konventionell die Kupplung betätigen. With a freewheel enabled by such an arrangement, a logical "or link" can be enabled. A "disconnect" of the clutch is a priority function and is carried out, regardless of which power source from the intervention takes place. Thus, the driver always has the direct penetration and can operate the clutch conventionally even with defective actuator.
In einer Ausführungsform kann ein Fahrerwunsch über eine Lagerückmeldung des Kupplungsgriffes in eine Regelung der elektrischen Kupplung einbezogen werden. Hierzu kann an dem Kupplungshebel beispielsweise ein Sensor angeordnet sein, der eine aktuelle Position des Kupplungshebels ermittelt und diese Information an ein den Kupplungsaktuator steuerndes Steuergerät übermittelt. Eine ergänzende Positionsrückmeldung des elektrischen Aktuators kann die Regelung der Sollposition im Falle einer elektrischen Betätigung ermöglichen. Die redundante Kupplungsbetätigung stellt einen weiteren Sicherheitsvorteil dar. Zusätzlich müssen dynamische Kupplungsbetätigungen, wie zum Beispiel bei einem schnellen Schaltvorgang, nicht notwendigerweise vom Aktuator übernommen werden, sondern können konventionell vom Fahrer durchgeführt werden. In one embodiment, a driver's request can be included in a control of the electric clutch via a bearing feedback of the clutch handle. For this purpose, for example, a sensor may be arranged on the clutch lever, which determines a current position of the clutch lever and transmits this information to a clutch actuator controlling the control unit. A supplementary position feedback of the electric actuator may allow the regulation of the desired position in the case of an electrical actuation. The redundant clutch actuation provides a further safety advantage. In addition, dynamic clutch actuations, such as in a fast shift, are not necessarily required by the actuator, but may be performed conventionally by the driver.
Eine Ansteuerung des Kupplungsaktuators kann, wie in
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