DE19647940C2

DE19647940C2 - Hydraulischer Stellantrieb

Info

Publication number: DE19647940C2
Application number: DE19647940A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Schneider; Robert Seufert; Rainer Reuthal
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: DE19647940A1; ES2155733B1; FR2756017B1; GB9724511D0; GB2319566A; GB2319566B; FR2756017A1; ES2155733A1; US5944159A

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stellantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits ein hydraulischer Stellantrieb (z. B. aus der DE 42 37 853 A1) be kannt. Dieser Stellantrieb umfaßt eine durch einen Elektromotor angetriebene Hy draulikpumpe. Diese Hydraulikpumpe fördert aus einem Vorratsbehälter Hydrau likflüssigkeit über ein Rückschlagventil in einen Druckspeicher. Diesem Druck speicher ist ein Drucksensor zugeordnet und aus Sicherheitsgründen ist derselbe mit einem Überdruckventil, durch das der maximale Druck in dem Druckspeicher begrenzt wird, mit dem Vorratstank verbunden. Über ein Steuerventil, das einer seits mit dem Druckspeicher und andererseits mit einem Stellzylinder verbunden ist und durch eine Steuerung geschaltet wird, ist der Stellzylinder mit Druck be aufschlagbar. Der Stellzylinder ist über eine Hydraulikleitung mit einem der Kupplung zugeordnetem Nehmerzylinder verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den hydraulischen Stellantrieb im Hinblick auf eine Kostenreduzierung derart weiterzubilden, daß auf den dem Druckspeicher zuge ordneten Drucksensor verzichtet werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale gelöst. Durch die Maßnahme, den Antrieb der Hydraulikpumpe in Ab hängigkeit von der Leistungsaufnahme des Antriebs zu steuern, ist ein kosten günstiger hydraulischer Stellantrieb geschaffen. Es hat sich als vorteilhaft her ausgestellt, als Antrieb einen Elektromotor vorzusehen. Die Leistungsaufnahme des Elektromotors kann einfach über den Motorstrom mittels eines Strommessers sensiert werden. Solche Strommesser sind preiswerte Standardbauteile. Ist der Motorstrom hoch, so ist die Leistungsaufnahme groß. Dadurch kann auf einen hohen Druck im Druckspeicher geschlossen werden. Um durch Sensierung des Motorstroms auf den Druck im Druckspeicher schließen zu können, ist es erfor derlich, daß die Kennlinie von Leistungsaufnahme des Antriebs der Hydraulik pumpe zur Fördermenge der Hydraulikpumpe bzw. zu Gegendruck des Druckspei chers bekannt ist. Diese Kenndaten können für eine Hydraulikpumpe bzw. für ein System einmal ermittelt werden und im folgenden kann von diesen Kenndaten ausgegangen werden, wobei Produktionsschwankungen zu berücksichtigen sind.

Eine weitere Möglichkeit, die Leistungsaufnahme des Antriebs indirekt zu sensie ren ist, die Drehzahl der Hydraulikpumpe zu messen. Für diese Anordnung muß die Kennlinie von Drehzahl in Abhängigkeit von dem Druck im Druckspeicher be kannt sein. Bei solch einem Stellantrieb ist nur ein einziger Sensor erforderlich, um kontinuierlich einen ausreichend hohen Druck im Druckspeicher zu gewährlei sten. Das heißt, die Druckbeaufschlagung des Druckspeichers wird indirekt über Daten der Hydraulikpumpe bzw. des Antriebs gesteuert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, der Hydraulikpumpe ein erstes Zeitglied zuzuordnen, so daß dieselbe mit einer vorgegebenen Frequenz über einen vorbe stimmbaren Zeitintervall aktiviert wird. Da jedes System immer eine Leckage hat, wodurch ein Druckabfall in dem Druckspeicher begründet ist, ist es erforderlich, durch Zuführen von Hydraulikflüssigkeit diese Leckage zu kompensieren, damit ein vorbestimmter Mindestdruck im Druckspeicher gewährleistet werden kann. Dabei ist immer vom schlechtesten Fall, das heißt hohe Leckage, auszugehen. Die Leckage ist auch noch von der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit abhängig und kann von der Drehzahl der Hydraulikpumpe abhängig sein. Weiterhin nimmt die Leckage mit steigendem Gegendruck vom Druckspeicher zu. Die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab, so daß man den Wert der Hydraulikflüssigkeitsviskosität der maximal erreichbaren Temperatur ansetzen muß.

Um die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit genauer berücksichtigen zu können, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, einen Temperatursensor zur Bestim mung derselben vorzusehen. Damit ist es mögliche, die minimale Drehzahl als Funktion der Temperatur vorzugeben. Weiterhin kann die angenommene Leckage Temperaturabhängig vorgegeben werden. Dadurch ist auch die Steuerung der Zeitglieder in Abhängigkeit von der Temperatur vorgebbar und auf die Tempera turabhängigkeit abstimmbar.

Als vorteilhafte Ausführungsform hat sich herausgestellt, den Antrieb der Hy draulikpumpe in Abhängigkeit von einer Kupplungsbetätigung zu aktivieren, so daß der durch die Kupplungsbetätigung begründete Druckabfall in dem Druck speicher umgehend kompensiert wird. Dabei muß der durch die Kupplungsbetäti gung begründete Druckabfall im Druckspeicher nicht sofort, daß heißt während der Kupplungsbetätigung, kompensiert werden. Dafür wäre eine leistungsstarke Hydraulikpumpe und Antrieb derselben erforderlich. Es hat sich als vorteilhafte Ausführungsform herausgestellt, den Antrieb der Hydraulikpumpe, die Hydraulik pumpe selbst und den Druckspeicher derart zu demissionieren, daß der durch ei ne Kupplungsbetätigung hervorgerufene Druckabfall im Druckspeicher während einer nach Beendigung der Kupplungsbetätigung vorgesehenen Nachlaufzeit der Hydraulikpumpe kompensiert wird. Dabei darf die Nachlaufzeit nicht so groß ge wählt sein, daß es durch aufeinanderfolgende Kupplungsbetätigungen zu einem so starken Druckabfall im Druckspeicher kommt, daß der momentane Druck für eine Kupplungsbetätigung nicht mehr ausreicht. Auch die Nachlaufzeit kann bei vorhandenem Temperatursensor, abgestimmt auf die Viskosität der Hydraulik flüssigkeit, vorgegeben werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines automatischen Kupplungsbetäti gungssystemes für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem hy draulischen Stellantrieb;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines automatischen Kupplungsbetäti gungssystemes für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem hy draulischen Stellglied;

Fig. 3 Diagramm: Druck im Druckspeicher über die Zeit aufgetragen;

Fig. 4 Diagramm: Motorstrom über die Zeit aufgetragen;

Fig. 5 Diagramm: Drehzahl über die Zeit aufgetragen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeuges angeordnete Reibungskupplung 3, hier eine Reibungskupplung die mittels eines hydraulischen Stellantriebs betätigt wird. Der Ausrücker 41 der Kupplung wird von einem hydraulischen Nehmerzylinder 27 in Öffnungsrichtung der Kupplung 3 betätigt. Der Nehmerzylinder 27 ist über eine Hydraulikleitung 29 mit einem hy draulischen Stellzylinder 25 verbunden, dessen Zylinderkammer 26 von einem Kolben 65 in einen Geberraum 67 und einen Arbeitsraum 69 unterteilt wird. Der Druck im Geberraum 67 und damit im Nehmerzylinder 27 wird durch den Druck im Arbeitsraum 69 bestimmt. Durch Variation des Druckes im Arbeitsraum 69 kann damit die Position des Ausrückers 41 der Kupplung 3 zwischen einer die Kupplung 3 vollständig öffnenden und einer die Kupplung vollständig schließen den Stellung variiert werden.

Die Kupplung 3 wird mittels einer Steuerung 13 entsprechend der Betriebssitua tion des Kraftfahrzeugs sowohl beim Anfahren als auch beim Wechseln der Gän ge des nicht mehr dargestellten Schaltgetriebes des Kraftfahrzeuges selbständig geöffnet und geschlossen. Die Steuerung 13 spricht hierbei auf das die momen tane Stellung einer Kolbenstange 66 des Kolbens 65 und damit die momentane Stellung des Ausrückers 41 der Kupplung 3 repräsentierendes Signal eines Weg gebers 39 an und steuert über ein Steuerventil 23 volumenproportional zur ge wünschten Stellung des Ausrückers 41 den Druck im Arbeitsraum 69 des Stellzylinders 25. Das Stellventil 23, bei dem es sich im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel um ein 3-Dreiwegeproportionalventil handelt, wird mittels einer Rückstellfeder 45 in eine den Arbeitsraum 69 über eine Rückführleitung 49 mit einem Vorratstank 19 für Hydraulikflüssigkeit verbindenden Stellung vorge spannt, wie in Fig. 1 dargestellt. Bei Erregung eines elektromagnetischen Stell gliedes 47 wird das Stellventil 23 entsprechend dem Erregerstrom ganz oder teilweise geöffnet, wobei es den Arbeitsraum 69 mit einem Druckspeicher 15 verbindet. Der Öffnungsgrad des Stellventils 23 wird von der Steuerung 13 so gesteuert, daß eine, entsprechend der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs ge wünschte Sollstellung des Kupplungsausrückers 41 eingehalten wird. Der Druck speicher 15 ist über ein in Druckrichtung einer Hyraulikpumpe 11 öffnendes Rückschlagventil 21 mit der, die Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratstank 19 fördernden, von einem Elektromotor 9 angetriebenen Hydraulikpumpe 11 verbun den. Bei der ersten Inbetriebnahme wird der Druckspeicher in einer Anlaufzeit 55 mit Druck beaufschlagt. Der Elektromotor 9 wird aus dem Bordnetz des Kraft fahrzeugs gespeist und durch die Steuerung 13 derart angesteuert, daß der Hy draulikdruck in dem Druckspeicher 15 zwischen vorgegebene Grenzen gehalten wird, wobei der Hydraulikdruck mittels der Steuerung 13 indirekt bestimmt wird. Die Steuerung 13 ermittelt den im Druckspeicher 15 herrschenden Druck mittels des Motorstroms oder der Drehzahl der Hydraulikpumpe 11. Ein mit der Aus gangsseite der Hydraulikpumpe 11 verbundenes, zum Vorratstank 19 zurückfüh rendes Überdruckventil 43 schützt die Hydraulikanlage vor Drucküberlastung.

Im Normalfall wird die Kupplung 3 von der Steuerung 13 selbsttätig gesteuert. Um das Kraftfahrzeug auch bei einem Defekt der Steuerung 13 oder eines ihrer Sensoren unter Inkaufnahme von Komforteinbußen dennoch benutzen zu können, ist das Steuerventil 23 über einen Notbetätigungsschalter 5 erregbar. Bei geöff netem Schalter 5 befindet sich das Steuerventil 23 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung und die Kupplung 3 ist vollständig geschlossen. Bei geschlossenem Schalter 5 wird das Steuerventil 23 in einer vollständig geöffnete Stellung umge schaltet, wobei der Druck im Arbeitsraum 69 steigt und die Kupplung 3 voll ständig geöffnet wird.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt. Dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Fig. 3 und 4 zugeordnet und dem zwei ten Ausführungsbeispiel sind die Fig. 3 und 5 zugeordnet.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Druckbeaufschlagung mittels eines Strommessers 35, der dem als Antrieb 7 vorgesehenen Elektromo tor 9 zugeordnet ist, gesteuert. Mittels dieses Strommessers 35 wird der Motor strom des Elektromotors 9 sensiert. Die erhaltenen Werte werden an die Steue rung 13a weitergeleitet, wobei der Elektromotor 9 in Abhängigkeit von diesen Werten von der Steuerung 13a angesteuert wird, das heißt ein- oder ausgeschal tet wird.

Der Elektromotor 9 wird eingeschaltet. Beim Anlaufen der Hydraulikpumpe 11 wird zunächst ein hoher Strom I_ein benötigt. Diese hohen Stromwerte fallen je doch rasch bis maximal auf I_min ab. Mit steigendem Druck im Druckspeicher 15 steigt der von dem Elektromotor 9 benötigte Strom wieder an. In der Steue rung 13a ist die Kennlinie von Stromverbrauch des Elektromotors zu Druck im Druckspeicher 15 zumindestens teilweise abgelegt. Bei Erreichen des Grenzwer tes I_aus nach Durchlaufen eines Minimums des Stromverbrauchs liegt in der Steuerung 13a die Information vor, daß der gewünschte Mindestdruck im Druck speicher 15 erreicht ist und der Elektromotor 9 der hydraulischen Pumpe 11 wird durch die Steuerung 13a ausgestellt.

Ein erneutes Einschalten des Elektromotors 9 kann zum einen durch einen durch den Fahrer durchgeführte Kupplungsbetätigung und zum anderen nach Durchlau fen eines vorgegebenen Intervalls 57, ausgelöst werden.

Zum einen wird der Elektromotor 9 mit der Kupplungsbetätigung aktiviert, damit der durch die Kupplungsbetätigung bedingte Druckabfall im Druckspeicher 15 kompensiert wird. Bei Erreichen von I_aus wird der Elektromotor 9 wieder ausge schaltet. Es ist auch möglich, den Elektromotor 9 durch Vorgabe einer Nachlauf zeit 63 mit der Kupplungsbetätigung einzuschalten und nach Beendigung der Kupplungsbetätigung den Elektromotor 9 über diese fest vorgegebene Nachlauf zeit 63 weiterlaufen zu lassen. Die Nachlaufzeit 63 ist so zu wählen, daß der durch die Kupplungsbetätigung bedingte Druckabfall 61 im Druckspeicher 15 ausgeglichen wird.

Zum anderen wird durch die Steuerung 13a ein Zeitintervall, das mit Ausschalten des Elektromotors 9 gestartet wird, und nach dessen Ablauf der Elektromotor 9 eingeschaltet wird, gestartet. Bei jedem Ausschalten des Elektromotors 9 wird ein Reset des Intervalls durchgeführt, so daß das Intervall neu gestartet wird. Wird nach durchlaufenen Anfahrvorgang des Elektromotors 9 ein Stromverbrauch von I_max sensiert, so wird der Elektromotor von der Steuerung 13a wieder ausge schaltet. Das Ausschalten kann auch durch eine Vorgabe eines Zeitintervalls mit tels der Steuerung 13a gesteuert werden. Nach Anlaufen des Elektromotors 9 wird dieser nach dem fest vorgegebenen Zeitintervall 57 wieder ausgeschaltet. Dabei ist der vorgegebene Zeitintervall 57 so gewählt, daß der durch Leckage bedingte Druckabfall kompensiert wird und auf jeden Fall mindestens der ge wünschte Druck im Druckspeicher 15 vorliegt. Bei Kupplungsbetätigung, wäh rend der Elektromotor 9 zum Ausgleich der Leckage in Betrieb ist und die Be triebsdauer jeweils, über einen vorgegebenen Zeitintervall und eine vorgegebene Nachlaufzeit 63 geregelt ist, wird der restliche Zeitbetrag des Zeitintervalls 57 zu der Nachlaufzeit 63 dazu addiert. Ein maximaler Druck im Druckspeicher 15 ist durch das Überdruckventil 43 vorgegeben.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist keinen Strommesser 35 sondern einen Drehzahlsensor 37 zur Bestimmung der Drehzahl der Hydraulik pumpe 11 auf. Die Steuerung 13b des Antriebs der Hydraulikpumpe 11 ist der zuvor beschriebenen Steuerung 13a sehr ähnlich. Der Antrieb 7 der Hydraulik pumpe 11 wird durch die Steuerung 13b eingeschaltet. Die Drehzahl der Hydrau likpumpe 15 steigt bis zu einer maximalen Drehzahl f_max an, sofern der Aus gangsdruck im Druckspeicher 15 nicht zu hoch ist. Mit steigendem Druck im Druckspeicher 15 nimmt die Drehzahl der Hydraulikpumpe 11 ab. Wird der Steuerung 13b nach Durchlaufen einer maximalen Frequenz der Wert der Dreh zahl f_aus zugeleitet, so wird durch diese der Antrieb 7 der Hydraulikpumpe 11 aus geschaltet. Die Kennlinie von der Drehzahl der Hydraulikpumpe 11 zu dem herr schenden Druck im Druckspeicher 15 ist zumindestens zum Teil in der Steuerung 13b abgelegt. Den Wert der Frequenz f_aus ist dementsprechend auf einen Wert festgelegt, bei dem der gewünschte Druck im Druckspeicher 15 auf jeden Fall erreicht ist. Das Ein- und Ausschalten wird von der Steuerung 13b genauso wie zuvor von der Steuerung 13a anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrie ben, durchgeführt.

Bezugszeichenliste

1

Hydraulischer Stellantrieb

3

Kupplung

5

Notbetätigungsschalter

7

Antrieb

9

Elektromotor

11

Hydraulikpumpe

13

Steuerung

13

aSteuerung (Strommesser)

13

bSteuerung (Drehzahlsensor)

15

Druckspeicher

17

Sensor

19

Vorratstank

21

Rückschlagventil

23

Steuerventil

24

Feder

25

Stellzylinder

26

Zylinderkammer

27

Nehmerzylinder

29

Hydraulikleitung

31

erstes Zeitglied

33

zweites Zeitglied

35

Strommesser

37

Drehzahlsensor

39

Weggeber (Kupplung)

41

Ausrücker

43

Überdruckventil

45

Rückstellfeder

47

Stellglied

49

Rückführleitung

51

Zeitintervall

53

Temperatursensor

55

Anlaufzeit

57

Intervall (Leckage)

61

Druckabfall (Kupplungsbetät.)

63

Nachlaufzeit

65

Kolben

66

Kolbenstange

67

Geberraum

69

Arbeitsraum

Claims

1. Hydraulischer Stellantrieb, insbesondere für eine Kupplung, der eine Steuerung, eine mittels eines Antriebes antreibbare Hydraulikpumpe, durch die ein Druck speicher gespeist wird und einen über ein Steuerventil mit dem Druckspeicher verbundenen Stellzylinder umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (7) der Hydraulikpumpe (11) mit einem Sensor (17) zur Detek tion der Leistungsaufnahme desselben versehen ist und diese Signale der Steuerung (13) zugeleitet werden, so daß die Hydraulikpumpe (11) in Abhän gigkeit von der Leistungsaufnahme des Antriebs (7) steuerbar ist.

2. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (11) mittels eines Elektromotors (9) als Antrieb (7) angetrieben wird.

3. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufnahme mittels eines Motorstrommessers (35) sensiert wird.

4. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufnahme des Antriebs (7) der Hydraulikpumpe (11) mittels eines Drehzahlsensors (37) zur Messung der Drehzahl der Hydraulikpumpe (11) sensiert wird.

5. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikpumpe (11) ein erstes Zeitglied (31) zugeordnet ist, so daß die Hydraulikpumpe (11) mit einer vorgegebenen Frequenz über einen be stimmbaren Zeitintervall (51) aktiviert ist.

6. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerung (13) ein Temperatursensor (53) zur Bestimmung einer Hy draulikflüssigkeitstemperatur zugeordnet ist, so daß die vorgegebene Frequenz und der Zeitintervall (51) abhängig von der Temperatur der Hydraulikflüssig keit vorgebbar ist.

7. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (7) der Hydraulikpumpe (11) in Abhängigkeit von einer Kupp lungsbetätigung aktiviert wird.

8. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Kupplungsbetätigung der Antrieb (7) der Hydraulik pumpe (11) in einer Nachlaufzeit (63), die durch ein zweites Zeitglied (33) vor gegeben wird, betrieben wird.

9. Hydraulischer Stellantrieb nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Kupplungsbetätigung der Antrieb (7) der Hydraulik pumpe (11) in einer Nachlaufzeit (63), die von der Hydraulikflüssigkeitstempe ratur abhängt, betrieben wird.