DE19926324A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betätigen einer Kupplung sowie Kupplungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung (14) für ein Fahrzeug sowie eine Kupplungseinrichtung (10) beschrieben. Die Vorrichtung (30) zum Betätigen der Kupplung (14) weist einen Kupplungsaktuator (31) zum Stellen der Kupplung (14) und eine Kupplungssteuerung (32) auf, die mit dem Kupplungsaktuator (31) verbunden ist. Die Kupplungssteuerung (32) ist mit einem Kupplungspedal (37) und mit wenigstens einem Sensorelement (16 bis 25) zur Übertragung von für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischen Signalen verbunden. Wenn die Kupplung nicht auf mechanischem oder hydraulischem Weg direkt mit dem Kupplungspedal (37) verbunden ist und eine Umschaltung der Kupplungsposition ohne merkliche Zeitverzögerung für den Fahrer durchgeführt werden kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kupplungssteuerung (32) derart ausgebildet ist, daß in dieser aus den Signalen des wenigstens einen Sensorelements (16 bis 25), beispielsweise der Motordrehzahl oder dergleichen, eine zu erwartende Kupplungsposition ermittelt wird und daß die ermittelte Kupplungsposition bereits vor der Betätigung des Kupplungspedals (37), was der Fahrervorgabe entspricht, an den Kupplungsaktuator (31) übertragen und damit die Kupplung (14) angefahren wird. Dadurch wird die Zeitverzögerung zwischen der Betätigung des Kupplungspedals (37) und dem Verfahren des Kupplungsaktuators (31) und damit der Kupplung (14) in die entsprechende Position erheblich reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung für ein Fahrzeug, mit einem Kupplungsaktuator zum Stellen der Kupplung und einer Kupplungssteuerung, die mit dem Kupplungsaktuator verbunden ist, wobei die Kupplungssteuerung mit einem Bedienelement zur Positionsvorgabe für die Kupplung durch den Fahrzeugführer und wenigstens einem Sensorelement zur Übertragung von für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischen Signalen verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug, die eine zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe angeordnete Kupplung aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung für ein Fahrzeug.

Bisher war es im Hinblick auf die Verwendung von Kupplungen in Fahrzeugen üblich, daß diese über ein entsprechendes Kupplungspedal betätigt werden, wobei das Kupplungspedal in der Regel auf mechanische oder hydraulische Weise direkt mit der Kupplung verbunden ist. Derzeit bestehen jedoch Bestrebungen, diese direkten Verbindungen zu ersetzen und die Kupplungen über elektrische Steuereinrichtungen zu steuern und zu betätigen.

Insbesondere bei automatischen Kupplungen ist eine solche elektrische Steuerung von Vorteil, da bei diesen Kupplungen kein Kupplungspedal mehr vorhanden ist. Aus der EP-A-0 371 975 B1 ist eine Kupplungseinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der eine Hilfskraft betätigte Kupplung eingesetzt wird. Die Hilfskraft wird elektronisch über eine Steuereinrichtung geregelt, so daß die bekannte Kupplungseinrichtung besonders für automatische Kupplungen geeignet ist. Zur Steuerung der Hilfskraft für die Kupplung verarbeitet eine entsprechende Steuereinrichtung Signale bezüglich der Motordrehzahl, der Drehzahl für die Getriebeeingangswelle sowie der Drehzahl für die Getriebeausgangswelle des Fahrzeugs.

Aber auch bei solchen Kupplungen, die über ein Bedienelement für die Kupplung - beispielsweise über ein entsprechendes Kupplungspedal - betätigt werden, besteht das Bedürfnis, die direkte mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen der Kupplung und dem Kupplungspedal zu ersetzen. Eine solche Ersetzung der direkten Verbindung kann beispielsweise über einen am Kupplungspedal vorgesehenen Weggeber erfolgen, der über eine Steuervorrichtung und eine Leitung mit einem Aktuator zum Ein- oder Ausrücken der Kupplung verbunden ist.

Eine solche Kupplungseinrichtung beziehungsweise Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung, wie sie bereits eingangs der Beschreibungseinleitung erwähnt worden ist, ist in der DE-A-34 38 594 C2 offenbart. In der genannten Druckschrift ist eine Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug beschrieben, bei der zur Minderung von unerwünschten Geräuschen und zur Dämpfung von Schwingungen eine besondere Schlupfschaltung vorgesehen ist. Zur Steuerung der Kupplung ist eine Kupplungssteuerung vorgesehen, die auf Positionssignale eines mit dem Kupplungspedal mechanisch gekoppelten Positionsgebers anspricht. Ein Stellglied zur Stellung der Kupplung wird über die Positionssignale auf eine durch das Kupplungspedal festgelegte Position eingestellt. Zur Einstellung des Schlupfs umfaßt die Kupplungssteuerung eine Schlupfregelschaltung, die auf die Motordrehzahl und die Getriebeeingangsdrehzahl des Fahrzeugs anspricht. Darüber hinaus spricht die Kupplungssteuerung auch auf die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs sowie die Auslenkung des Gaspedals an. Auf der Basis dieser spezifischen Signale zur Fahrsituation des Fahrzeugs wird in der Kupplung ein bestimmter Schlupf eingestellt. Diese Schlupfregelung soll jedoch nur in bestimmten Fällen zur Anwendung kommen. Weiterhin soll die Betätigung des Kupplungspedals immer Vorrang haben.

Bei den bisher bekannten Kupplungseinrichtungen, die über ein Kupplungspedal betätigt werden, besteht das Problem, daß Bewegungen des Kupplungspedals nicht spontan in eine Aktuatorbewegung umgesetzt werden können, sondern daß die Aktuatorbewegung verzögert erfolgt. Das liegt in der Regel daran, daß Aktuatoren als Verzögerungsglieder erster oder zweiter Ordnung ausgebildet sind. Wenn solche Aktuatoren mit einem Strom beziehungsweise einer Spannung beaufschlagt werden, beschreibt die Sprungantwort des Aktuators während einer Einstellzeit, die üblicherweise über eine Zeitkonstante definiert wird, eine asymptotische Kurve. Die dadurch auftretenden Verzögerungen sind für den Fahrer des Fahrzeugs als unerwünschte Trägheit der Kupplungseinrichtung wahrnehmbar.

Dieser Vorgang soll an einem Beispiel verdeutlicht werden. Das Betätigen eines Kupplungspedals dauert beispielsweise etwa nur 50 msec. Durch das Betätigen des Kupplungspedals wird in der Kupplungssteuerung ein Signal generiert, das in Form eines Strom- beziehungsweise Spannungswerts an den Kupplungsaktuator weitergeleitet wird. Durch die asymptotische Sprungantwort benötigt ein herkömmlicher Aktuator etwa 200 msec, bis er die geforderte Kupplungsschaltung ausgeführt hat.

Zur Behebung dieses Nachteils müßten immer stärkere und schnellere Ausführungen von Kupplungsaktuatoren eingesetzt werden, um die Verzögerungszeiten möglichst zu minimieren. Diese Maßnahmen führen jedoch in der Regel zu einer Verteuerung des Kupplungsaktuators.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung für ein Fahrzeug sowie eine Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Möglichkeit geschaffen werden, daß eine Kupplung auch bei Verwendung kostengünstiger Kupplungsaktuatoren möglichst ohne unerwünschte Zeitverzögerung geschaltet werden kann. Darüber hinaus soll ein entsprechend verbessertes Verfahren zum Betätigen einer Kupplung bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Weiterbildung der eingangs beschriebenen Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung für ein Fahrzeug gelöst, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kupplungssteuerung derart ausgebildet ist, daß in dieser unabhängig von der Betätigung des Bedienelements aus den Signalen des wenigstens einen Sensorelements eine zu erwartende Kupplungsposition ermittelt wird und daß die ermittelte Kupplungsposition vor der Betätigung des Bedienelements an den Kupplungsaktuator übertragen wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung wird erreicht, daß auf eine, rein mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Bedienelement für die Kupplung - beispielsweise einem Kupplungspedal - und der Kupplung nunmehr verzichtet werden kann. Vielmehr kann das Ein- und Ausrücken der Kupplung über die Kupplungssteuerung erfolgen, wobei die bisher auftretenden Verzögerungen zwischen der Betätigung des Bedienelements und der Bewegung des Kupplungsaktuators vermieden werden.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Betätigung des Kupplungsaktuators bereits über Fahrzeugsignale, die auf ein baldiges Kuppeln schließen lassen, veranlaßt wird. Aus diesen Signalen wird in der Kupplungssteuerung eine zu erwartende Kupplungsposition ermittelt. Die so ermittelte und zu erwartende Kupplungsposition wird bereits vor der Betätigung der Einrichtung der Positionsvorgabe an den Kupplungsaktuator übertragen. Damit kann die zu erwartende Kupplungsposition schon vor der Fahreranforderung, die über die Betätigung des Bedienelements erfolgt, angefahren werden.

Somit erscheint aus Fahrersicht die Systemreaktionszeit, die bisher für die nachteilige, wahrnehmbare und unerwünschte Trägheit des Systems verantwortlich war, als sehr kurz. Das liegt daran, daß der üblicherweise als Verzögerungsglied erster oder zweiter Ordnung ausgebildete Aktuator bereits aus den ermittelten und aufbereiteten Fahrzeugsignalen einen Strom- beziehungsweise Spannungswert erhält. Aufgrund der Sprungantwort wird der Aktuator zwar verzögert reagieren, was beispielsweise wieder etwa 200 msec betragen kann. Wenn das Bedienelement durch den Fahrzeugführer aber erst später betätigt wird, kann die verbleibende Zeitspanne zwischen der kurzen Betätigungszeit des Bedienelements von beispielsweise 50 msec und der Betätigung des Aktuators und damit der Kupplung minimiert werden.

Die Fahrervorgabe über das Bedienelement wird nur als sogenannter "elektrischer Override" genutzt und bestimmt nur die generelle Kupplungsvorgabe bezüglich des Einkuppelns, Auskuppelns und des Haltens der Kupplung.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf die Verwendung schnellerer und damit kostenintensiverer Kupplungsaktuatoren verzichtet werden. Vielmehr schlägt die vorliegende Erfindung einen anderen Weg ein, in dem die Kupplungssteuerung Signale erzeugt, die der Absicht des Fahrzeugführers zum Betätigen der Kupplung zeitlich vorauseilen. Dazu werden die von den Sensorelementen auf die Kupplungssteuerung übertragenen Signale in dieser weiterverarbeitet, so daß in Abhängigkeit von den durch die Sensorelemente bereitgestellten Parametern von der Kupplungssteuerung Signale an den Kupplungsaktuator weitergegeben werden, die den zu erwartenden Fahrerwunsch angeben, bevor dieser überhaupt eingetreten ist.

Der Kupplungsaktuator kann aus einem mechanischen und einem elektronischen Teil bestehen. Der mechanische Teil, der beispielsweise als Motor ausgebildet sein kann, bewegt - etwa über ein geeignetes Getriebe - die zur Stellung der Kupplung in dieser ausgebildeten jeweiligen Elemente. Die Ansteuerung des mechanischen Teils erfolgt über den elektronischen Teil, der beispielsweise als Leistungselektronik ausgebildet ist. Über den elektronischen Teil werden die von der Kupplungssteuerung kommenden Positionierbefehle ausgeführt.

Die Kupplungssteuerung besteht aus einer Anzahl von Modulen, die unter anderem folgende Aufgaben erfüllen: Erfassen des Fahrzustandes über die jeweiligen Sensorelemente, Berechnen einer Kupplungsposition, Erfassen einer Sollwertvorgabe über die Betätigung des Bedienelements, Ansteuern des Kupplungsaktuators und dergleichen. Die Kupplungssteuerung weist vorteilhaft einen zentralen Mikroprozessor auf, der mit einem geeigneten Speicher verbunden sein kann. Die Kupplungssteuerung verfügt über eine Spannungsversorgung sowie über verschiedene Signaleingänge. Über die Signaleingänge werden die Daten der Sensorelemente zum Mikroprozessor transportiert und in diesem ausgewertet. Die im Mikroprozessor ausgewerteten und entsprechend aufbereiteten Signale werden über geeignete Signalausgänge der Kupplungssteuerung an den Kupplungsaktuator weitergeleitet, der dann die entsprechenden Positionierbefehle ausführt.

Die den Fahrtzustand des Fahrzeugs beschreibenden Signale können beispielsweise in einem Summationspunkt innerhalb der Kupplungssteuerung zusammengeführt werden. Wenn das Bedienelement betätigt wird, wird auch dieses Signal einer Sollwertvorgabe zum Summationspunkt geführt. Wenn die Summe der Signale im Summationspunkt dann gleich Null ist, kann dies als Bestätigung für die Stellung der Kupplung gewertet werden.

In der Regel ist davon auszugehen, daß ein einmal eingeleiteter Vorgang, etwa ein begonnener Einrückvorgang, auch bis zum völligen Einrücken der Kupplung fortgesetzt wird. Sollte sich hierbei, beispielsweise auf Grund einer eintretenden Notreaktion, der Fahrerwunsch in unerwarteter Weise ändern, wirkt sich die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung durchgeführte "Vorsteuerung" dennoch vorteilhaft aus. Beim Eintreten einer Notsituation wird der Fahrzeugführer in der Regel die Bremse betätigen. Hierdurch wird die Motordrehzahl gedrückt, woraufhin, um ein Abwürgen der Antriebsmaschine zu vermeiden, ein Öffnen der Kupplung einsetzt. In einer derartigen Situation wird der Fahrzeugführer außer dem Bremspedal immer auch das Kupplungspedal betätigen, so daß die entsprechende Betätigung des Kupplungsaktuators im gewünschten Sinne erfolgt.

Auch ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, daß die Kupplung bei auftretender Notwendigkeit auch dann geöffnet wird, wenn der Fahrzeugführer das Betätigen des Bedienelements für die Kupplung einmal vergessen sollte.

Sollte die Phase der Kupplungsöffnung über den Kupplungsaktuator aufgrund von fahrspezifischen Signalen bereits eingeleitet werden, der Fahrzeugführer sich dann aber doch nicht zum Kuppeln entschließen, sondern statt dessen beispielsweise wieder beschleunigen, stellt auch dies kein Problem dar, da die Kupplung aufgrund der sich ändernden Fahrsignale automatisch wieder geschlossen wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung und das hierdurch vermiedene Trägheitsempfinden des Fahrzeugführers können selbst relativ kostengünstige, nicht allzu schnelle Kupplungsaktuatoren zufriedenstellende Ergebnisse liefern.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft kann ein Positionssensor vorgesehen sein, der mit dem Bedienelement und der Kupplungsteuerung verbunden ist. Der Positionssensor ist vorzugsweise im Bedienelement integriert. Über den Positionssensor können die Sollwerte beziehungsweise Stellbefehle für die Kupplung aufgrund einer Betätigung des Bedienelements an die Kupplungssteuerung übertragen werden. Dabei registriert der Positionssensor eine Stellungsänderung des Bedienelements, wandelt diese in ein geeignetes - etwa ein elektrisches - Signal um und überträgt das Signal - etwa über eine elektrische Verbindung - auf die Kupplungssteuerung. Natürlich sind auch andere Übertragungsverfahren denkbar, so daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt ist. Der Positionssensor kann beispielsweise - jedoch nicht ausschließlich - als Weggeber, als ein den Winkel messender Sensor oder dergleichen ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung können zwei oder mehr Sensorelemente vorgesehen sein, die mit der Kupplungssteuerung verbunden sind. Die Anzahl der benötigten oder gewünschten Sensorelemente ergibt sich je nach Bedarf und Anwendungsfall und hängt in der Regel von der Menge der unterschiedlichen, für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischen Signale ab, die auf die Kupplungssteuerung übertragen werden sollen.

Nachfolgend werden eine Reihe unterschiedlicher Sensorelemente beschrieben, die für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet sind.

Vorteilhaft kann das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement zur Erzeugung und Übertragung eines Motordrehzahlsignals und/oder eines Signals der Getriebeeingangswelle des Fahrzeugs ausgebildet sein. Diese Signale, insbesondere das Motordrehzahlsignal sind für die verschiedensten Regelvorgänge im Fahrzeug besonders wichtig und stellen deshalb Hauptführungsgrößen dar.

In weiterer Ausgestaltung kann das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement zur Erzeugung und Übertragung eines Signals bezüglich der Fahrpedalposition des Fahrzeugs ausgebildet sein. Bei einem Fahrpedal für ein Fahrzeug handelt es sich in der Regel um das Gaspedal. Dieses Sensorelement besitzt zwei Grundfunktionen. Zum einen signalisiert es der Kupplungssteuerung den Wunsch des Fahrzeugführers zum Anfahren. Zum anderen dient es zur Messung des vom Fahrzeugführer vorgegebenen Lastmoments des Motors, welches bei verschiedenen Regelvorgängen als Führungsgröße herangezogen wird.

Vorteilhaft kann das wenigstens eine Sensorelement auch als Sensorelement zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich der Ist-Position des Kupplungsaktuators ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung kann das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich des im Getriebe eingelegten Gangs und/oder der Stellung des Bedienelements für das Getriebe ausgebildet sein. Ein Sensorelement im oder am Bedienelement für das Getriebe - etwa dem Schalthebel - signalisiert der Kupplungssteuerung den Schaltwunsch des Fahrzeugführers. Das Sensorelement für die Erkennung des eingelegten Gangs hat die Aufgabe, den aktuell im Getriebe geschalteten Gang zu erkennen. Dadurch kann beispielsweise ein gültiger Anfahrgang erkannt werden, wodurch eine Schonung der Kupplung durch Vermeidung eines Anfahrens in höheren, nicht erlaubten Gängen erreicht wird. Weiterhin kann die aktuelle Getriebestellung zur Berechnung der Getriebeeingangswellen-Drehzahl aus der aktuellen Fahrgeschwindigkeit herangezogen werden.

Vorteilhaft kann das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement zur Erzeugung und Übertragung eines Signals bezüglich des Drosselklappenöffnungswinkels des Fahrzeugantriebs ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung kann das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement zur Erzeugung und Übertragung eines Signals bezüglich des Motorsollmoments und/oder des Motoristmoments ausgebildet sein. Bei solchen Motormomenten handelt es sich in der Regel um Fahrervorgaben bei Momenten basierten Systemen.

In weiterer Ausgestaltung kann das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement zur Erzeugung und Übertragung eines Signals bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgebildet sein. Die Übertragung solcher Signale kann beispielsweise in Verbindung mit dem Tachometer, dem Anti-Blockier-System (ABS) oder dergleichen erfolgen.

Vorzugsweise kann das wenigsten eine Sensorelement als Sensorelement zur Erzeugung und Übertragung eines Signals bezüglich der Raddrehzahlen des Fahrzeugs ausgebildet sein. Vorteilhaft werden die Raddrehzahlen aller vier Räder des Fahrzeugs auf die Kupplungssteuerung übertragen.

Natürlich ist auch die Übertragung noch weiterer, für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischer Signale an die Kupplungssteuerung denkbar. Zu nennen sind hier beispielsweise solche Signale, die Auskunft darüber geben, ob das Anti- Blockier-System oder die Antriebsschlupfregelung (ASR) aktiviert sind.

Grundsätzlich ist für die Betriebsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung nicht die Übertragung bestimmter Signale erforderlich. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn auf die Kupplungssteuerung zumindest Signale bezüglich der Motordrehzahl übertragen werden. Bei Übertragung zusätzlicher Signale, wie beispielsweise der Raddrehzahl oder dergleichen, können sicherheitssteigernde Funktionen, wie etwa die Erkennung und Vermeidung der Fahrzeugdestabilisierung durch das Einkuppeln, implementiert werden.

Vorteilhaft kann der Kupplungsaktuator als elektromechanischer oder hydraulischer Aktuator ausgebildet sein. Grundsätzlich ist die Ausgestaltung des Kupplungsaktuators nicht auf bestimmte Ausführungsformen beschränkt, da auf Grund der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglichen "vorausschauenden" Methode zur Betätigung der Kupplung die Systemreaktionszeit nicht mehr kritisch ist. Als Systemreaktionszeit wird im vorliegenden Fall die Zeit zwischen der Positionsanforderung für die Kupplung und dem tatsächlichen Erreichen dieser Position durch die Kupplung verstanden. Deshalb können nunmehr auch besonders vorteilhaft elektromechanische Kupplungsaktuatoren verwendet werden, die zwar wesentlich kostengünstiger als hydraulische Kupplungsaktuatoren sind, die aber speziell im Großsignalverhalten eine geringere Dynamik als diese aufweisen und aus den oben beschriebenen Gründen wegen der Verzögerungszeiten langsamer sind. Als Großsignalverhalten wird ein kompletter Ein- und Auskuppelvorgang verstanden.

In weiterer Ausgestaltung kann das Bedienelement für die Kupplung als Kupplungspedal ausgebildet sein.

Vorteilhaft kann das Bedienelement mit einem Stellelement verbunden sein. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung tritt nun die Situation auf, daß die bisher auftretende Kupplungsgegenkraft, die sich beim Treten des Kupplungspedals ergab, nicht mehr vorhanden ist. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn eine solche Gegenkraft durch ein Stellelement nachgebildet wird, wobei die nachgebildete Gegenkraft in etwa der bisher üblichen Kupplungsgegenkraft entsprechen sollte. Der Grund für die Schaffung einer solchen Gegenkraft besteht darin, daß diese für die Akzeptanz bei den Fahrzeugführern und für ein feinfühliges Kuppeln notwendig ist.

Vorteilhaft kann das Stellelement durch Federn oder dergleichen gebildet werden. An Stelle von Federn kann beispielsweise auch ein Elektromotor eingesetzt werden, der dann eine einstellbare Gegenkraft ausübt. Dieser Elektromotor kann beispielsweise ebenfalls von der Kupplungssteuerung angesteuert werden. Natürlich sind auch andere Ausführungsformen für das Stellelement denkbar, so daß die Erfindung nicht auf die genannten Beispiele beschränkt ist.

Wenn das Stellelement als Elektromotor ausgebildet ist, ergibt sich die Erzeugung der einstellbaren Gegenkraft beispielsweise wie folgt. Über den Positionssensor am Bedienelement wird die aufgrund der Schwenkbewegung des Bedienelements (Treten des Kupplungspedals) auftretende Winkelveränderung erfaßt.

Die erfaßte Winkelveränderung kann an eine Regeleinrichtung weitergeleitet werden, mit der der Positionssensor und das Stellelement verbunden sind. Das durch die Schwenkbewegung des Bedienelements auftretende Schwenkverhalten des Bedienelements kann auch in einer speziellen Kennlinie dargestellt werden, die in der Regeleinrichtung abgelegt ist.

In der Regeleinrichtung wird nun die vom Positionssensor erfaßte Schwenkbewegung abgelegt und mit den Werten der Kennlinie verglichen. Auf diese Weise wird zu der ermittelten Schwenkposition ein entsprechender Wert der Kennlinie ermittelt. Über diesen Wert kann dann ein Strom gesteuert werden, der an das Stellelement weitergegeben wird. Der an das Stellelement abgegebene Strom erzeugt eine Gegenkraft im Stellelement, die dann beispielsweise als Widerstand spürbar ist.

In weiterer Ausgestaltung kann die Kupplungssteuerung über einen Bus, insbesondere einen CAN-Bus, mit dem wenigstens einen Sensorelement verbunden sein. Dadurch wird es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, die für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischen Signale auf die Kupplungssteuerung zu übertragen, da die einzelnen Fahrzeugkomponenten in der Regel ohnehin über solche Busse miteinander verbunden sind.

Die Kupplungssteuerung kann beispielsweise als separates Bauelement ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Kupplungssteuerung in einer anderen Steuereinrichtung zu integrieren. In diesem Fall kann die Kupplungssteuerung vorteilhaft im Motorsteuergerät oder dergleichen integriert sein.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, die eine zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe angeordnete Kupplung aufweist. Diese Kupplungseinrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Betätigung der Kupplung eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung aufweist.

Durch eine solche Kupplungseinrichtung wird es auf einfache Weise möglich, die Kupplung auch bei nicht vorhandener direkter mechanischer oder hydraulischer Verbindung zwischen dem Bedienelement und der Kupplung einzurücken beziehungsweise auszurücken, ohne daß es zu nachteiligen Zeitverzögerungen (Trägheitsempfinden des Fahrzeugführers) kommt. Zu den Vorteilen, Effekten, Wirkungen und der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Vorteilhaft kann die Kupplung als Anfahr- und Schaltkupplung ausgebildet sein. Als geeignete Kupplung ist beispielsweise die aus dem Stand der Technik bereits bekannte Trockenkupplung zu nennen.

Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung unter Verwendung einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere in einer wie vorstehen beschriebenen erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug, bereitgestellt, das erfindungsgemäß durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

• a) Übertragen von für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischen Signalen über wenigstens ein Sensorelement an die Kupplungssteuerung;
• b) Ermitteln einer zu erwartenden Kupplungsposition in der Kupplungssteuerung an Hand der übertragenen Signale und Anfahren der Kupplung in die ermittelte Kupplungsposition über den mit der Kupplung und der Kupplungssteuerung verbundenen Kupplungsaktuator;
• c) Übertragen eines Stellbefehls für die Kupplung an die Kupplungssteuerung über die Betätigung eines Bedienelements für die Kupplung durch den Fahrzeugführer, derart, daß die unter Schritt (b) ermittelte zu erwartende Kupplungsposition über den mit der Kupplungssteuerung verbundenen Kupplungsaktuator bereits angefahren wird, bevor der Stellbefehl für die Kupplung über die Betätigung des Bedienelements übertragen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Einrücken beziehungsweise Ausrücken der Kupplung ohne nennenswerte zeitliche Verzögerung zwischen der Betätigung des Bedienelements und der tatsächlichen Positionsänderung der Kupplung über den Kupplungsaktuator erreicht werden. Zu den Vorteilen, Effekten, Wirkungen und der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wiederum auf die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung sowie zur Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug.

In Fig. 1 ist eine Kupplungseinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die Kupplungseinrichtung 10 weist eine Kupplung 14 auf, die zwischen einer als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmaschine 11 und einem Getriebe 12 vorgesehen ist.

Die Kupplung 14 ist über eine Verbindung 35 mit einem Kupplungsaktuator 31 verbunden, der wiederum über Verbindungen 33, 34 mit einer Kupplungssteuerung 32 verbunden ist.

Die Kupplungssteuerung 32 ist über eine elektrische Verbindung 26 mit einem Bus 13, im vorliegenden Fall einem CAN-Bus, verbunden. Mit dem Bus 13 sind über jeweilige elektrische Verbindungen 15 eine Anzahl von Sensorelementen 16 bis 25 verbunden. Die Sensorelemente 16 bis 25 erzeugen Signale, die die Fahrsituation des Fahrzeugs beschreiben und übertragen diese auf die Kupplungssteuerung 32.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insgesamt 10 Sensorelemente dargestellt. Diese Sensorelemente sind als ein Sensorelement 16 für die Motordrehzahl, ein Sensorelement 17 für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle, ein Sensorelement 18 für die Ist-Position des Kupplungsaktuators, ein Sensorelement 19 für den eingelegten Gang im Getriebe, ein Sensorelement 20 für die Fahrpedalposition, ein Sensorelement 21 für das Drosselklappenöffnungsventil, ein Sensorelement 22 für das Motorsollmoment, ein Sensorelement 23 für das Motoristmoment, ein Sensorelement 24 für die Fahrgeschwindigkeit und ein Sensorelement 25 für die Raddrehzahl des Fahrzeugs ausgebildet. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann die Anzahl der benötigten Sensorelemente variieren. Grundsätzlich sollte jedoch immer auch ein Sensorelement 16 für die Motordrehzahl verwendet sein.

Die Kupplungssteuerung 32 ist über eine Verbindung 36 weiterhin mit einem Positionssensor 38 verbunden, der in einem als Kupplungspedal ausgebildeten Bedienelement 37 integriert ist.

Das Bedienelement 37 ist über eine Verbindung 43 mit einem als Elektromotor ausgebildeten Stellelement 39 verbunden. Das Stellelement 39 ist darüber hinaus über eine Verbindung 42 und einer in dieser angeordneten Leistungselektronik 41 und einer Regeleinrichtung 40 mit dem Positionssensor 38 verbunden.

Nachfolgend wird nun die Funktionsweise der Kupplungseinrichtung 10 beschrieben.

Die Kupplungssteuerung 32 ist so ausgeführt, daß auf sie die von den Sensorelementen 16 bis 25 erzeugten Signale, die die Fahrsituation des Fahrzeugs beschreiben, übertragen werden. Aus den in die Kupplungssteuerung 32 übertragenen Signalen wird in dieser eine zu erwartende Kupplungsposition ermittelt. Diese Kupplungsposition wird an den Kupplungsaktuator 31 übertragen, worauf dieser beginnt, die Kupplung 14 entsprechend zu stellen.

Weiterhin werden auf die Kupplungssteuerung 32 Signale von dem Positionssensor 38 übertragen. Der Positionssensor 38 registriert eine Betätigung des Kupplungspedals 37 durch den Fahrzeugführer, etwa eine entsprechende Schwenkbewegung des Kupplungspedals 37. Bei diesen Signalen handelt es sich um Stellbefehle für die Kupplung 14 durch den Fahrzeugführer.

Die Kupplungssteuerung 32 ist derart ausgebildet, daß die aufgrund der übertragenen Signale zur Fahrsituation des Fahrzeugs zu erwartende Kupplungsposition bereits angefahren werden kann, noch bevor die Fahreranforderung über die Betätigung des Kupplungspedals 37 auf die Kupplungssteuerung 32 übertragen wird. Somit erscheint aus Fahrersicht die Systemreaktionszeit sehr kurz zu sein. Wenn die zu erwartende neue Kupplungsposition bereits vor Betätigung des Kupplungspedals 37 angefahren wird, wird die über das Kupplungspedal 37 erzeugte Fahrervorgabe nur als sogenannter "elektrischer Override" genutzt, durch den der gewünschte Kupplungsvorgang bestätigt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung 10 entfällt nunmehr die Kupplungsgegenkraft, die der Fahrzeugführer bei herkömmlichen Kupplungssystemen während des Tretens des Kupplungspedals 37 spürte. Da die Gegenkraft aber für ein sauberes und feinfühliges Kuppeln notwendig ist, muß diese künstlich erzeugt werden. Dies geschieht über den Elektromotor 39.

Die Schwenkbewegung des Kupplungspedals 37 wird vom Positionssensor 38 erfaßt und an die Regeleinrichtung 40 weitergeleitet. Hier wird der vom Positionssensor 38 gemessene Wert mit einer in der Regeleinrichtung 40 abgelegten Kennlinie verglichen. Aus der Kennlinie wird für den vom Positionssensor 38 gemessenen Wert ein entsprechender Wert bestimmt, der wiederum einen Strom steuert, der dem Elektromotor 39 zur Verfügung gestellt wird. Dieser Strom erzeugt in dem Elektromotor 39 ein Gegen-Drehmoment, daß der Bewegung des Kupplungspedals 37 entgegenwirkt, wodurch der Benutzer des Fahrzeugs einen Widerstand spürt. Je nach Wunsch kann dieser Widerstand über die Auswahl einer geeigneten Kennlinie beliebig eingestellt werden.

Bezugszeichenliste

10

Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug

11

Antriebsmaschine

12

Getriebe

13

Bus

14

Kupplung

15

elektrische Verbindung

16

Sensorelement (Motordrehzahl)

17

Sensorelement (Drehzahl Getriebeeingangswelle)

18

Sensorelement (Ist-Position des Kupplungsaktuators)

19

Sensorelement (eingelegter Gang im Getriebe)

20

Sensorelement (Fahrpedalposition)

21

Sensorelement (Drosselklappenöffnungsventil)

22

Sensorelement (Motorsollmoment)

23

Sensorelement (Motoristmoment)

24

Sensorelement (Fahrzeuggeschwindigkeit)

25

Sensorelement (Raddrehzahl des Fahrzeugs)

26

elektrische Verbindung

30

Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung

31

Kupplungsaktuator

32

Kupplungssteuerung

33

Verbindung

34

Verbindung

35

Verbindung

36

Verbindung

37

Bedienelement

38

Positionssensor

39

Stellelement

40

Regeleinrichtung

41

Leistungselektronik

42

elektrische Verbindung

43

elektrische Verbindung

Claims (19)

1. Vorrichtung zum Betätigen einer Kupplung für ein Fahrzeug, mit einem Kupplungsaktuator(31) zum Stellen der Kupplung (14) und einer Kupplungssteuerung (32), die mit dem Kupplungsaktuator (31) verbunden ist, wobei die Kupplungssteuerung (32) mit einem Bedienelement (37) zur Positionsvorgabe für die Kupplung (14) durch den Fahrzeugführer und wenigstens einem Sensorelement (16 bis 25) zur Übertragung von für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischen Signalen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungssteuerung (32) derart ausgebildet ist, daß in dieser, unabhängig von der Betätigung des Bedienelements (37) aus den Signalen des wenigstens einen Sensorelements (16 bis 25) eine zu erwartende Kupplungsposition ermittelt wird, und daß die ermittelte Kupplungsposition vor der Betätigung des Bedienelements (37) an den Kupplungsaktuator (31) übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionssensor (38) vorgesehen ist, der mit dem Bedienelement (37) und der Kupplungssteuerung (32) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Sensorelemente (16 bis 25) vorgesehen sind, die mit der Kupplungssteuerung (32) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (16; 17) zur Erfassung und Übertragung eines Motordrehzahlsignals und/oder eines Signals der Getriebeeingangswelle des Fahrzeugs ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (20) zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich der Fahrpedalposition des Fahrzeugs ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (18) zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich der Ist-Position des Kupplungsaktuators (31) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (19)zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich des im Getriebe eingelegten Gangs und/oder der Stellung eines Bedienelements für das Getriebe ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (21) zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich des Drosselklappenöffnungswinkels des Fahrzeugantriebs ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (22; 23) zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich des Motorsollmoments und/oder des Motoristmoments ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (24) zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Sensorelement als Sensorelement (25) zur Erfassung und Übertragung eines Signals bezüglich der Raddrehzahlen des Fahrzeugs ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsaktuator (31) als elektromechanischer oder hydraulischer Aktuator ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (37) als Kupplungspedal ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement (37) mit einem Stellelement (39) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor (38) und das Stellelement (39) mit einer Regeleinrichtung (40) verbunden sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungssteuerung (32) über einen Bus (13), insbesondere einen CAN-Bus, mit dem wenigstens einen Sensorelement (16 bis 25) verbunden ist.

17. Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug, mit einer zwischen einer Antriebsmaschine (11) und einem Getriebe (12) angeordneten Kupplung (14), dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Kupplung (14) eine Vorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 vorgesehen ist.

18. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (14) als Anfahr- und Schaltkupplung ausgebildet ist.

19. Verfahren zum Betätigen einer Kupplung unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, insbesondere in einer Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 17 oder 18, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Übertragen von für die Fahrsituation des Fahrzeugs spezifischen Signalen über wenigstens ein Sensorelement an die Kupplungssteuerung;
• b) Ermitteln einer zu erwartenden Kupplungsposition in der Kupplungssteuerung an Hand der übertragenen Signale und Anfahren der Kupplung in die ermittelte Kupplungsposition über den mit der Kupplung und der Kupplungssteuerung verbundenen Kupplungsaktuator;
• c) Übertragen eines Stellbefehls für die Kupplung an die Kupplungssteuerung über die Betätigung eines Bedienelements für die Kupplung durch den Fahrzeugführer, derart, daß die unter Schritt (b) ermittelte zu erwartende Kupplungsposition über den mit der Kupplungssteuerung verbundenen Kupplungsaktuator bereits angefahren wird, bevor der Stellbefehl für die Kupplung über die Betätigung des Bedienelements übertragen wird.