DE19926697A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erhöhen der Betriebssicherheit eines mit einer automatisierten Kupplung ausgestatteten Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, dessen den Motor (1) mit den Antriebsrädern verbindender Antriebsstrang eine den Antriebsstrang automatisiert trennende Reibungskupplung (3) und ein automatisiertes Mehrgang-Getriebe (5), insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe, enthält, wobei die Steuervorrichtung (7), wenn bei im wesentlichen stehendem Fahrzeug, auf getrennt geschalteter Reibungskupplung (3), eingelegtem Gang und laufendem Motor das Fahrzeug nicht fahrbereit ist, den Antrieb des Fahrzeugs durch den Motor (1) vollständig verhindert, indem sie das Getriebe (5) in einen Neutralzustand schaltet, um ein unbeabsichtigtes Losrollen des Fahrzeugs zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugs, dessen den Motor mit den Antriebsrädern verbindender Antriebsstrang eine den Antriebsstrang automatisiert trennende Reibungskupplung und gegebenenfalls ein automatisiertes Mehrganggetriebe, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe, enthält, wodurch dann, wenn sich das Fahrzeug in einem nicht fahrbereiten Zustand befindet, ein Wegrollen des Fahrzeugs verhindert wird.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE 197 43 674 A1 bekannt. Wenn dort bei ausgeschalteter Zündung, d. h. stehendem Motor, und ausgeschalteter Steuereinheit eines automatisierten Getriebes und einer automatisierten Kupplung eine Fahreraktivität, z. B. eine Bremsbetätigung, erfaßt wird, wird die Steuereinheit aktiviert, etwa um die Kupplung auszurücken und das Getriebe zum Wiederanfahren sofort schalten zu können. Als Wegrollsicherung kann bei ausgeschalteter Zündung und somit stehendem Motor und eingelegtem Gang die zuvor geöffnete Kupplung automatisch geschlossen werden.

Ferner ist ein Fahrzeug bekannt geworden, bei dem, wenn der Motor läuft, ein Gang eingelegt ist und bei geöffneter Kupplung innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne die Fußbremse nicht betätigt wurde, der Motor abgestellt wird.

In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge zwischen dem Motor und dem Getriebe mit einer automatisiert trennenden Reibungskupplung ausgestattet. Es handelt sich hierbei um Ein- oder Mehrscheibentrockenkupplungen, die mittels eines etwa elektrischen oder hydraulischen Aktuators nach Maßgabe von Kupplungssteuersignalen einer zentralen Steuereinheit geöffnet und geschlossen werden. Die Steuereinheit erzeugt die Kupplungssteuersignale wiederum automatisch programmgesteuert oder durch vom Fahrer eingegebene Signale.

Bei dem automatisierten Getriebe kann es sich um ein selbsttätig schaltendes Planetenrad-Automatikgetriebe mit Bremskupplungen handeln oder um ein Gegenwellenschaltgetriebe mit mehreren über Synchroneinrichtungen einzurückenden Gängen, die mittels elektrischer oder hydraulischer Aktuatoren nach Maßgabe von Getriebesteuersignalen der Steuereinheit geschaltet werden. Die Steuereinheit erzeugt die Getriebesteuersignale entweder automatisch programmgesteuert oder durch vom Fahrer eingegebene Signale.

Wenn eine automatisiert trennende Reibungskupplung bei laufendem Motor über längere Zeit vom Aktuator im ausgerückten Zustand gehalten wird, besteht die Gefahr, daß durch Fehler der Steuereinheit, mit ihr verbundener Sensoren, wie etwa Strom- oder/und Positionserfassung, der Signalübertragung, Fehler des Stellglieds oder der Kraftübertragung vom Stellglied zur Kupplung oder dgl., die Kupplung ungewollt langsam einrückt und das Fahrzeug zu rollen beginnt, was besonders gefährlich ist, wenn der Fahrer das Fahrzeug bei laufendem Motor verlassen hat.

Zu einer derart ungewollten Momentenübertragung kann es auch kommen bei Ausfall der Hydraulikeinheit, wie etwa Druckversorgung, Zuleitungen, Ventile; bei Ausfall des Steuergeräts, wie etwa Ventilansteuerung, Ansteuerung der Hydraulikpumpe bei hydraulischem Aktuator, Motoransteuerung bei elektromechanischem Aktuator.

Bei hydraulischer Kraftübertragung zwischen dem Aktuator und der Kupplung mit Geber- und Nehmerzylinder ist in der Regel im Bereich des Geberzylinderkolbens eine Ausgleichsbohrung vorgesehen, die bei nicht betätigter Kupplung von dem Kolben freigegeben wird und einen Ausgleich des zwischen Geber- und Nehmerzylinder eingeschlossenen Hydraulikmediums in einen Ausgleichsbehälter gestattet.

Das Hydraulikmedium zwischen Geber- und Nehmerzylinder unterliegt temperaturabhängigen Volumenänderungen. Bei geschlossener Ausgleichsbohrung kommt es dann zu einer Positionsänderung der Kupplung. Falls ein zur Steuereinheit rückgekoppelter Positionssensor am Geberzylinder angeordnet ist, so kann er diese Änderung nicht erkennen, da sich nur der Nehmerzylinder bewegt.

Bei ausgerückter Kupplung und unter Druck stehendem Hydraulikmedium kann aufgrund fertigungsbedingter Toleranzen Hydraulikmedium an der Dichtung des Geberzylinders vorbei in die Ausgleichsbohrung entweichen, so daß das Volumen des Hydraulikmediums geringer wird und sich die Position der Kupplung ändert. Bei mit dem Aktuator integriertem Geber- oder Nehmer-Zylinder kann das Umgekehrte auftreten, daß nämlich das zwischen Geber- und Nehmerzylinder eingeschlossene Volumen zunimmt.

Hierdurch kann der Fall auftreten, daß der am Geberzylinder angeordnete Positionssensor ein Signal ausgibt, das nicht der tatsächlichen Kupplungsposition entspricht und dann durch Überdrücken das Ausrücksystem oder/und die Kupplung beschädigt wird. Ferner kann es dazu kommen, daß die Kupplung ungewollt teilweise einrückt und sich dann der Gang nicht mehr richtig einlegen läßt oder sogar das Fahrzeug ungewollt anfährt.

Eine kritische Situation kann sich einstellen, wenn der Fahrer das Fahrzeug mit laufendem Motor und etwa eingelegtem Rückwärtsgang verläßt und er oder ein anderer Fahrer später wieder einsteigt und vorwärts losfahren will. Ebenso könnte er unbeabsichtigt etwa durch Gasgeben oder Bremselösen einen Fahrwunsch signalisieren, so daß sich das Fahrzeug dann ungewollt bzw. in eine ungewollte Richtung bewegt.

Eine weitere kritische Situation kann sich einstellen, wenn bei laufendem Motor und eingelegtem Gang die Motorhaube geöffnet wird, um Wartungsarbeiten am Motor vorzunehmen. Die vor dem Fahrzeug arbeitende Person könnte durch Betätigen des Fahrpedalgestänges einen Fahrwunsch signalisieren, so daß sich das Fahrzeug ungewollt in Bewegung setzt und die Person gefährdet.

Eine weitere kritische Situation kann sich einstellen, wenn das Fahrzeug etwa am Hang mit nicht oder nicht ausreichend fest angezogener Handbremse und laufendem Motor abgestellt wird und sich das Fahrzeug nach Verlassen des Fahrers ungewollt in Bewegung setzt.

Ist die automatisierte Kupplung im teilweise eingerückten Zustand in einem Kriechmodus betriebbar, so spricht gegebenenfalls der Kriechmodus erst mit einer gewissen Zeitverzögerung nach dem Einschalten an, wenn die Kupplung sehr langsam eingerückt wird. Hierbei ist nicht auszuschließen, daß man aus Versehen den Kriechmodus einschaltet, das Fahrzeug verläßt und erst nach Verlassen des Fahrzeugs der Kriechmodus zu wirken beginnt und das Fahrzeug ungewollt losfährt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem mit einer automatisierten Reibungskupplung ausgestatteten Kraftfahrzeug im nicht fahrbereiten Zustand und laufendem Motor auch bei ungewollt einrückender Kupplung ein Wegrollen zu verhindern.

Zur Lösung der Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die, wenn bei im wesentlichen stehendem Fahrzeug, auf getrennt geschalteter Reibungskupplung, eingelegtem Gang und laufendem Motor das Fahrzeug nicht fahrbereit ist, den Antrieb des Fahrzeugs durch den Motor vollständig verhindert, indem sie das Getriebe in einen Neutralzustand schaltet.

Durch das Schalten in den Neutralzustand wird die Antriebsübertragung zu den Rädern sicher auch dann unterbunden, wenn sich die Kupplung etwa aus einem der oben angegebenen Gründe ungewollt zu schließen beginnt, so daß das Fahrzeug nicht unbeabsichtigt wegrollt.

Bevorzugt schaltet die Steuervorrichtung erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit Beginn des nicht fahrbereiten Zustands das Getriebe ein den Neutralzustand, um ein zu häufiges Schalten in den Neutralzustand zu verhindern. Die Zeitspanne kann im Bereich von etwa 10 Sekunden liegen.

Bevorzugt ist zur Feststellung des nicht fahrbereiten Zustands ein Sensor vorgesehen, der auf die Betätigung eines zum Fahren des Fahrzeugs zu bedienenden Bedienelements, insbesondere eines Fahr- oder Bremspedals, anspricht. Bei Nichtbetätigung des Bedienelements schaltet die Steuervorrichtung das Getriebe dann in den Neutralzustand, wiederum bevorzugt erst nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne.

Bevorzugt wird bei erneuter Betätigung des Bedienelements der vor dem Umschalten in den Neutralzustand zuletzt gewählte Gang automatisch von der Steuervorrichtung wieder eingelegt, so daß kein weiterer Bedienungsvorgang durch den Fahrer erforderlich ist.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Sensor um einen im Fahrzeug ohnehin vorhandenen Fahrpedalstellungssensor oder Bremsdruckschalter.

Wenn bei nicht fahrbereitem Fahrzeug und in den Neutralzustand geschalteten Getriebe der Motor aus irgendwelchen Gründen stehenbleibt, kann die Steuervorrichtung selbsttätig wieder einen Gang, insbesondere den hoch übersetzten ersten Gang, einlegen, um hierdurch das Fahrzeug gegen Wegrollen zu sichern.

Um den Fahrer nicht zu irritieren, erfolgt bevorzugt für die Zeit des Gangauslegens keine Änderung des durch die Wählhebelstellung oder eine zusätzliche Anzeige angezeigten Gangs, d. h. es bleibt der zuletzt eingelegte Gang in der Anzeige.

Bei laufendem Motor und automatisch in den Neutralzustand geschalteten Getriebe kann die Kupplung wieder geschlossen werden, um einen Ausgleich des Hydraulikmediums zwischen Geber- und Nehmerzylinder zu erreichen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Kupplung offenzulassen und nur in regelmäßigen Abständen, etwa alle 2 Minuten, die Kupplung für kurze Zeit, etwa 6 Sekunden, zu schließen, insbesondere wenn das Fahrzeug mit einem Zweimassenschwungrad ausgestattet ist. Hierdurch läßt sich ein Leerlaufrasseln von Zweimassenschwungrad und Kupplung wirksam unterdrücken. Ferner verkürzt sich die Zeit zum Wiedereinlegen des Gangs, da dann die Getriebewelle steht und nicht mehr synchronisiert werden muß.

Bevorzugt schaltet die Steuervorrichtung bei stehendem Fahrzeug das Getriebe in den Neutralzustand und schließt dann die Kupplung, wenn seit dem Stillstand des Fahrzeugs über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg die Betriebs- oder Feststellbremse des Fahrzeugs ununterbrochen betätigt wurde, um etwa bei hydraulischen Systemen mit Wegsensierung am Geberzylinder den Ausgleich des Hydraulikmediums durchführen zu können.

Zur Feststellung des nicht fahrbereiten Zustands kann auch ein Sensor vorgesehen sein, der auf den Öffnungszustand einer Haube oder/und Tür des Fahrzeugs anspricht, wobei die Steuervorrichtung bei geöffneter Haube oder Tür das Getriebe in den Neutralzustand schaltet. Bei der Tür kann es sich um die Fahrer- oder Beifahrertür handeln, oder um eine Ladetür eines Lieferwagens. Das Auslegen des Gangs in den Neutralzustand kann auch dann erfolgen, wenn die Tür bei laufendem Motor wieder geschlossen wird, da dann nicht klar ist, ob der Fahrer das Fahrzeug tatsächlich verlassen hat.

Zur Erfassung der Türbetätigung lassen sich in der Regel ohnehin vorhandene Türkontaktschalter für die Innenbeleuchtung verwenden.

Handelt es sich bei der Haube um die Motorhaube des Fahrzeugs, ist ein besonderer Motorhaubenkontakt erforderlich, um das Öffnen der Motorhaube sensieren zu können. Dieser sollte redundant ausgeführt sein, um einen Ausfall eines Kontakts zu erkennen und/oder eine offene Motorhaube von einer nicht völlig eingerasteten oder verschlossenen Motorhaube zu unterscheiden. Unterschiedliche Signale von beiden Kontakten könnten herangezogen werden, das Gangauslegen nicht oder zumindest mit geänderten Zeiten zu aktivieren oder/und das Anfahren bis zum Auslegen des Gangs zu erlauben. Hier kann aus Sicherheitsgründen bei geöffneter Motorhaube das Getriebe verzögerungsfrei in den Neutralzustand geschaltet werden.

Wird der Motorhaubenkontakt, etwa aus Kostengründen, nicht redundant ausgeführt, sollte das Anfahren erst nach einer vorbestimmten Zeit, z. B. 5 Sekunden, verhindert werden, damit das Fahrzeug beispielsweise bei Ausfall des Motorhaubensignals, bei der dauerhaft eine offene Motorhaube angezeigt wird, fahrbar bleibt. Durch optische oder/und akustische Warnung kann bei fehlender Fahreraktivität die bevorstehende Anfahrverhinderung angekündigt werden.

Bei Vorliegen der Bedingungen zum Gangauslegen in den Neutralzustand kann nach einer vorbestimmten Zeit, z. B. einer Sekunde, der Fahrer durch ein optisches oder akustisches Signal auf das bevorstehende Auslegen hingewiesen werden. Die Warnung kann auch nach erfolgtem Gangauslegen in den Neutralzustand aktiv bleiben oder auch ganz oder teilweise abgeschaltet werden.

Unabhängig von der Sicherheitsfunktion kann bei laufendem Motor und geöffneter Tür immer eine optische und/oder akustische Warnung erfolgen.

Ein neuer Gang sollte erst wieder eingelegt werden können, nachdem der Fahrer den Wählhebel in die Neutralposition gestellt hat, damit sichergestellt ist, daß er den vorliegenden Neutralzustand des Getriebes auch tatsächlich erkannt hat.

In bestimmten Ländern kann eine Forderung bestehen, daß der Fahrer in einer Notsituation auch bei geöffneter Fahrertür sofort wegfahren kann, wenn er etwa unter Androhung körperlicher Gewalt zum Verlassen des Fahrzeugs aufgefordert wird, um das Fahrzeug zu stehlen (criminal attack). Hierzu kann die Steuervorrichtung bei geöffneter Fahrertür ohne jede Verzögerung einen Gang einlegen, wenn ein Fahr-Bedienelement des Fahrzeugs, insbesondere das Fahrpedal, betätigt wird. Durch Druck auf das Fahrpedal kann der Fahrer sofort mit seinem Fahrzeug die Flucht ergreifen, ohne erst mühsam einen Gang einlegen zu müssen.

Eine weitere Möglichkeit zum Feststellen des nicht fahrbereiten Zustands liegt darin, einen Sensor vorzusehen, der auf die Belegung des Fahrersitzes anspricht, so daß die Steuervorrichtung bei nicht belegtem Fahrersitz das Getriebe in den Neutralzustand schaltet. Hierbei besteht die Möglichkeit, daß bei wieder aktiviertem Sitzkontakt und wieder geschlossener Tür der zuletzt benutzte Gang automatisch wieder eingelegt wird.

Wenn die Kupplung hydraulisch betätigt ist, besteht die Möglichkeit, daß die Steuervorrichtung bei nicht fahrbereitem Fahrzeug das Getriebe in den Neutralzustand schaltet, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids eine vorbestimmte Höchsttemperatur bzw. eine Temperaturänderung der Hydraulikfluids eine vorbestimmte Höchsttemperaturänderung überschreitet. Hierdurch wird verhindert, daß durch temperaturbedingte Volumenzunahme des Hydraulikfluids die geöffnete Kupplung allmählich wieder schließt und das Fahrzeug zu rollen beginnt.

Bevorzugt wird in diesem Fall bei nicht fahrbereitem Fahrzeug und Schalten in den Neutralzustand aufgrund erhöhter Hydrauliktemperatur oder -änderung die Kupplung kurzzeitig geschlossen und dann wieder getrennt, um einen Ausgleich des Hydraulikfluidvolumens durch die Ausgleichsbohrung zu ermöglichen. Die Schwellenwerte der Temperaturänderung sind dann so gewählt, daß einerseits kein Überdrücken der Kupplung stattfindet und andererseits die Kupplung noch sicher trennt.

Im Rahmen des verbleibenden Restwegs des Geberzylinders kann eine Korrektur der Übertragungscharakteristik der Kupplung über die Temperaturänderung erfolgen, z. B. in Form einer Verschiebung des Kupplungseingriffspunkts oder der Positionen für die Endlagen, solange die erwähnten Schwellenwerte der Temperaturänderung nicht erreicht wurden, sofern der Kupplungs-Positionssensor am Geberzylinder vorgesehen ist.

Bei einer hydraulischen Betätigung der Kupplung kann es notwendig sein, zum Verringern der Pumpeneinschaltdauer des Hydraulikaggregats den Geberzylinderkolben in der ausgekuppelten Stellung an einen Anschlag zu bewegen, damit das Kupplungsventil den Sperrbereich verlassen kann und ein Leckstrom verhindert werden kann. Hat die Leckageminimierung Vorrang vor der Temperaturkompensation - diese Entscheidung kann von der Umgebungstemperatur des Hydraulikaggregats oder des die Pumpe ansteuernden Motors getroffen werden - so kann eine Korrektur der einzustellenden Kupplungsposition erst erfolgen, wenn der Anschlag wieder verlassen wurde. Hierdurch kann ein anderer Schwellenwert für die zulässige Temperaturerhöhung notwendig werden.

Zum Erkennen der Temperaturänderung der Hydraulikflüssigkeit ist ein Temperatursensor erforderlich. Hierbei sollte die Temperatur möglichst nahe am Hauptvolumen des eingeschlossenen Hydraulikmediums gemessen werden, etwa durch einen gesonderten Temperatursensor. Der Einfachheit halber kann auch ein in der Regel ohnehin vorhandener Umgebungslufttemperatursensor oder Ansauglufttemperatursensor verwendet werden, dessen Werte über eine Datenschnittstelle zwischen Motor- und Getriebesteuereinheit ausgetauscht werden.

Die Temperatur kann auch aus einer Widerstandsänderung eines der angeschlossenen Magnetventile ermittelt werden. Da zur Regelung des Hydraulikdrucks oder des Durchflusses eines Ventils der Strom durch das Ventil sehr genau eingestellt werden muß, erfolgt diese Einstellung über eine Stromregelung. Hierbei wird der tatsächliche Strom gemessen und mit einem Sollstromwert verglichen. In Anpassung von der Regelabweichung erfolgt eine Anpassung des Ansteuersignals so, daß die Regelabweichung null wird. Aus dem Ansteuersignal für einen konstanten Strom kann nun der Widerstand der Magnetspule berechnet werden, und daraus kann über den bekannten Nennwiderstand und den ebenfalls bekannten Temperaturkoeffizienten des Spulenmaterials auf die Temperatur des Ventils geschlossen werden. Unterliegt der Nennwiderstand großen Toleranzen und ist eine genauere absolute Temperaturerfassung notwendig, so kann Einlernen des Nennwiderstands am Ende der Fertigungsstraße notwendig sein.

Eine weitere Möglichkeit zum Verhindern, daß das Fahrzeug ungewollt wegrollt, besteht darin, daß die Steuervorrichtung, wenn bei im wesentlichen stehendem Fahrzeug, auf getrennt geschalteter Reibungskupplung, eingelegtem Gang und laufendem Motor das Fahrzeug nicht fahrbereit ist, den Antrieb des Fahrzeugs durch den Motor vollständig dadurch verhindert, daß sie den Motor abstellt und die Reibungskupplung schließt. Durch den stehenden Motor, die geschlossene Kupplung und den eingelegten Gang ist das Fahrzeug gegen Wegrollen gesichert.

Diese Ausführung ist insbesondere dann anwendbar, wenn das Fahrzeug kein automatisiert schaltendes Getriebe aufweist, sondern ein von Hand zu schaltendes Getriebe. Zum Abstellen des Motors ist dann lediglich eine entsprechende Schnittstelle zur Motorsteuereinheit erforderlich. Im einfachsten Fall kann dies ein Relaiskontakt in der Zuleitung des Zündschlüsselpositionssignals für die Fahrt-Stellung sein, der normalerweise geschlossen ist und durch die Kupplungssteuereinheit für eine vorbestimmte Zeit aktiviert ist, d. h. geöffnet wird, um den Motor abzustellen. Hierbei muß jedoch sichergestellt sein, daß die Kupplungssteuereinheit kein falsches Zündschloßsignal erhält. Es kann jedoch auch eine Kommunikation der beiden Steuereinheiten untereinander über eine Datenschnittstelle erfolgen, um den Abschaltbefehl zu übermitteln.

Bevorzugt stellt die Steuervorrichtung erst nach Ablauf einer vorbestimmten ersten Zeitspanne, etwa 10 Sekunden, seit Beginn des nicht fahrbereiten Zustands den Motor ab.

Zuvor kann der Fahrer durch ein Warnsignal auf das bevorstehende Motorabstellen hingewiesen werden.

Bevorzugt stellt die Steuervorrichtung bei angezogener Fahrzeugfeststellbremse erst nach Ablauf einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne seit Beginn des nicht fahrbereiten Zustands den Motor ab, die länger ist als die erste Zeitspanne. Hierdurch kann der Fahrer das Fahrzeug mit laufendem Motor abstellen, um etwa im Winter den Motor warmlaufen zu lassen, während er gleichzeitig das Eis von den Scheiben kratzt. Diese zweite Zeit kann etwa 3 Minuten betragen, wobei zusätzlich ein Außenlufttemperatursignal zur Entscheidung beigezogen werden kann.

Wenn das Fahrzeug mit einem automatisiert geschaltetem Getriebe ausgestattet ist, besteht die Möglichkeit, daß die Steuervorrichtung nach dem Abstellen des Motors selbsttätig einen hoch übersetzten Gang, insbesondere den ersten Gang, einlegt, um auch in diesem Fall über die geschlossene Kupplung das Fährzeug gegen Wegrollen zu sichern.

Schließlich besteht die Möglichkeit, daß die Steuervorrichtung, wenn nach dem Abstellen des Motors und Schließen der Reibungskupplung das Fahrzeug wieder fahrbereit ist, die Steuervorrichtung die Kupplung wieder öffnet, den Gang auslegt und den Motor wieder anläßt, damit der Fahrer wieder weiterfahren kann, ohne den Motor gesondert anlassen zu müssen. Dieses könnte den Fahrer jedoch sehr überraschen, wenn er nach längerer Abwesenheit wieder in das Fahrzeug einsteigt und plötzlich der Motor von selbst wieder anspringt. Daher sollte das Wiederanlassen nur bis zu einer vorbestimmten Zeit, etwa 3 Minuten, nach dem automatischen Abstellen wieder zugelassen werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung mit automatisierter hydraulischer Betätigung von Kupplung und Getriebe;

Fig. 1A zeigt einen Kupplungsgeberzylinder mit Positionssensor der in Fig. 1 gezeigten Hydraulikeinheit 11;

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführung ähnlich Fig. 1, jedoch mit am Kupplungsnehmerzylinder angeordnetem Positionssensor;

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführung mit automatisierter elektromechanischer Betätigung von Kupplung und Getriebe; und

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführung mit automatisierter elektromechanischer Betätigung der Kupplung und handgeschaltetem Getriebe.

Zunächst wird eine erste Ausführung anhand der Fig. 1 erläutert. Ein Motor 1 zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs ist über eine Ein- oder Mehrscheibenreibungskupplung 3, gegebenenfalls in Kombination mit einem Zweimassenschwungrad, und ein Mehrgang-Schaltgetriebe 5 mit nicht gezeigten Rädern des Fahrzeugs verbunden. Die Kupplung 3 und das Getriebe 5 sind nach Maßgabe von Steuersignalen einer gemeinsamen zentralen elektronischen Steuereinheit 7 automatisiert, d. h. programmgesteuert oder in Abhängigkeit von Bedienungssignalen des Fahrers, betätigt.

Zur Ansteuerung der Kupplung 3 ist die Steuereinheit 7 über eine Signalleitung 9 mit einer Hydraulikeinheit 11 verbunden. Die Hydraulikeinheit 11 umfaßt eine motorisch betriebene Hydraulikölpumpe, elektromagnetische Steuer- und Umschaltventile, ein Ölreservoir (jeweils nicht gezeigt) sowie einen integrierten Kupplungs-Geberzylinder 13 mit Ausgleichsbehälter 15, wie im Detail in Fig. 1A dargestellt. Der Geberzylinder 13 begrenzt mit einem Kolben 17 eine Arbeitskammer 19, die über eine Leitung 21 mit einem Nehmerzylinder 23 verbunden ist, der mechanisch über einen Ausrücker (nicht gezeigt) der Kupplung 3 verbunden ist. Durch Druckzuführung von der Hydraulikpumpe der Hydraulikeinheit 1 l über die Leitung 25 bewegt sich der Kolben 17 gemäß Fig. 1A nach rechts unter Reduktion des Volumens der Arbeitskammer 19, und zwar gegen die Kraft einer in der Arbeitskammer 19 angebrachten Druckfeder 27, um über die Leitung 21 und den Nehmerzylinder 23 die Kupplung 3 zu öffnen und hierdurch eine Drehmomentübertragung vom Motor 1 zum Getriebe 5 vollständig zu unterbinden. Qhne Druckzufuhr von der Ölpumpe der Hydraulikeinheit 11 bewegt sich der Kolben 17 durch Druck einer Kupplungsausrückfeder und der Druckfeder 27 gemäß Fig. 1 A nach links und gibt eine radiale Bohrung 29 in der Zylinderwand frei, die den Arbeitsraum 19 mit dem Ausgleichsbehälter 15 verbindet. Hierbei ist die Kupplung 3 eingerückt. Im Verlauf der Ausrückbewegung zum Öffnen der Kupplung 3 gemäß Fig. 1A nach rechts sperrt der Kolben 17 die Bohrung 29 und erlaubt einen Druckaufbau zwischen Geber- und Nehmerzylinder 13, 23. Der Kolben 17 ist mit einem Positionssensor 31 verbunden, der die Längsstellung des Geberkolbens 17 ermittelt, die als Maß für die jeweilige Kupplungsstellung verwendet wird. Der Positionssensor 31 ist über eine Signalleitung 33 zur Steuereinheit 7 rückgekoppelt.

Die Hydraulikeinheit 11 ist ferner über Getriebesteuerleitungen 35 hydraulisch mit einem Wählzylinder 37 und einem Schaltzylinder 39 verbunden, um in Antwort auf entsprechende Signale der Steuereinheit 7 das Getriebe 5 - hier in Form eines synchronisierten Mehrwellenschaltgetriebes - zwischen mehreren Vorwärtsfahrstufen, einer Rückwärtsfahrstufe sowie einer Neutralstufe schalten zu können. Die Steuereinheit 7 erhält - außer vom Positionssensor 31 - Signale von einem Motor-Zündschalter 41, einem Gangwählhebel 43, einem Bremspedalstellungssensor 45, einem Fahrpedalstellungssensor 47, einem im Getriebe 5 vorgesehenen Gangerkennungssensor 49, einem Getriebedrehzahlsensor 51, Raddrehzahlsensoren 53 und von dem Schalt- und dem Wählzylinder 37, 39 zugeordneten Positionssensoren 37a, 39a. Ferner ist die Steuereinheit 7 über eine Datenbusleitung mit einer Motorsteuereinheit 55 des Motors 1 verbunden, und gibt Signale aus an einen Diagnoseschalter 57 und einen akustischen oder optischen Warnsignalgeber 59.

Die Funktionsweise der Ausführung ist wie folgt:
Wenn bei laufendem Motor 1 die Raddrehzahlsensoren 53 anzeigen, daß das Fahrzeug steht, der Bremspedalsensor 45 eine Nichtbetätigung der Fußbremse anzeigt, der Gangwahlhebel 43 in eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrstufe eingelegt ist, der Kupplungspositionssensor 31 anzeigt, daß die Kupplung 3 geschlossen ist und seit Beginn des Vorliegens aller obigen Bedingungen eine erste vorbestimmte Wartezeit - hier ca. 3 Sekunden - abgelaufen ist, gibt die Steuereinheit 7 über den Warnsignalgeber 59 ein akustisches Warnsignal aus.

Durch Bremsbetätigung und ein entsprechendes Signal des Bremspedalsensors 45 wird das Warnsignal beendet.

Nach Ablauf einer zweiten Wartezeit seit Beginn des Vorliegens der obigen Bedingungen, die länger ist als die erste Wartezeit, hier ca. 10 Sekunden, gibt die Steuereinheit 7 an die Hydraulikeinheit 11 ein Getriebesteuersignal aus, damit diese über die Hydraulikleitungen 35 und die Steuer- und Wählzylinder 37, 39 das Getriebe 5 auf neutral stellt, wobei der Wählhebel in der zuvor eingestellten Position verbleibt, eine nicht dargestellte Gangstellungsanzeige aber auf "neutral" geschaltet wird.

Sodann gibt die Steuereinheit 7 an die Hydraulikeinheit 11 ein Kupplungssteuersignal aus, damit diese über den Geberzylinder 13, die Leitung 21 und den Nehmerzylinder 23 die Kupplung 5 einrückt, wodurch der Geberkolben 17 die Bohrung 29 freigibt und die Arbeitskammer 19 mit dem Ausgleichsbehälter 15 verbunden wird.

Durch das Schalten des Getriebes 5 auf neutral, wodurch die Getriebeeingangswelle von der Getriebeausgangswelle entkoppelt ist, wird die Antriebskraftübertragung vom Motor 1 auf die Räder zwangsläufig unterbrochen, so daß ein unbeabsichtigtes Losfahren des Fahrzeugs sicher verhindert wird. Dies eröffnet wiederum die Möglichkeit, die Kupplung 3 zu schließen und das Hydrauliksystem zwischen Geber- und Nehmerzylinder zu entlasten. Eine leichte Druckundichtigkeit zwischen Geberkolben 17 und Geberzylinder 13 zum Ausgleichsbehälter 15 hin bleibt folgenlos, d. h. die Kupplung 3 kann nicht unbeabsichtigt einrücken und das Fahrzeug kann nicht losrollen.

Die Warnung durch die Warneinrichtung 59 bleibt bestehen, bis die Fußbremse betätigt oder der Wählhebel auf neutral gestellt wurde.

Tritt der Fahrer auf die Bremse, öffnet sich die Kupplung 5, und der zuvor eingelegte Gang wird wieder eingelegt, und die Warnung wird abgeschaltet. Allein durch Druck auf das Gaspedal kann man ohne weitere Bedienungsschritte sofort wieder losfahren.

Zusätzlich kann das System so ausgelegt sein, daß nach dem Schalten auf Neutral und Schließen der Kupplung 5, nach einer weiteren Wartezeit, der Motor 1 abgestellt und der erste Gang eingelegt wird, um das Fahrzeug gegen Wegrollen zu sichern. Durch Bremsbetätigung wird die Kupplung 5 geöffnet und der Motor 1 wieder angelassen.

Ferner besteht die Möglichkeit, die Steuereinheit 7 mit einem Türöffnungssensor 61, einem Sitzbelegungssensor 62 oder/und einem Motorhauben-Öffnungssensor 63 zu verbinden. Wenn bei laufendem Motor 1, stehendem Fahrzeug, eingelegtem Gang und Nichtbetätigung von Gas und Bremse die Fahrer- oder Ladetür oder/und die Motorhaube des Fahrzeugs geöffnet wird bzw. der Fahrer den Sitz verläßt, wird nach einer ersten Wartezeit - z. B. 3 Sekunden - zunächst ein Warnsignal ausgegeben, und nach einer weiteren Wartezeit wird das Getriebe 5 auf neutral gestellt und die Kupplung 3 eingerückt. Hierdurch wird verhindert, daß das Fahrzeug losfährt, wenn der Fahrer etwa durch die Fahrertür oder eine Ladetür das Fahrzeug verlassen hat oder zu Wartungszwecken die Motorhaube geöffnet ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Steuereinheit 7 mit einem Temperatursensor 65 zu verbinden, der als separater Sensor im Bereich des Hydrauliksystems zwischen Kupplungsgeber- und Nehmerzylinder 13, 23 angeordnet ist oder aber die Temperatur der Umgebungs- oder Ansaugluft zu dem Motor mißt, um eine starke Temperaturänderung im Hydrauliksystem zwischen Kupplungsgeber- und Nehmerzylinder 13, 23 messen zu können. Wenn bei laufendem Motor 1, stehendem Fahrzeug, eingelegtem Gang und nicht betätigtem Fahrpedal und nicht betätigter Bremse der Sensor 65 ein Signal ausgibt, das eine zu schnelle Temperaturzunahme des Hydrauliksystems zwischen Geber- und Nehmerzylinder 13, 23 anzeigt, wird das Getriebe 5 auf neutral gestellt und die Kupplung 3 geschlossen. Durch die zunehmende Temperatur dehnt sich das Hydraulikmedium zwischen Geber- und Nehmerzylinder 13, 23 aus, so daß die Kupplung 3 ungewollt allmählich ausrücken könnte, ohne daß dies der am Geberzylinder 13 angebrachte Posistionssensor 31 erfassen kann. Durch das Einrücken der Kupplung 3 kommt es zu einem Volumenausgleich mit dem Ausgleichsbehälter 15, so daß das Signal des Positionssensors 31 der Position der Kupplung 3 wieder richtig zugeordnet ist und ferner ein Überdrücken der Kupplung 3 vermieden wird.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig. 1, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der wesentliche Unterschied zur ersten Ausführung besteht darin, daß hier der Kupplungspositionssensor 131 am Kupplungs-Nehmerzylinder 123 angebracht ist, so daß der Sensor 131 unabhängig von Temperaturänderungen im Hydrauliksystem zwischen Geber- und Nehmerzylinder über die Leitung 133 stets die richtige Stellung der Kupplung 3 erfaßt. Die Steuereinheit 7 kann mit weiteren Eingabe- und Ausgabeelementen verbunden sein, wie sie in Fig. 1 eingezeichnet sind. Mit 67 ist ein Getriebeöl-Temperatursensor bezeichnet. Ansonsten gleicht die Ausführung in Funktion und Aufbau der ersten Ausführung.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig. 1, bei der aber die Kupplung 3 und das Getriebe 5 durch elektromechanische Aktuatoren betätigt werden, die ohne hydraulische Bauelemente über Steuerleitungen 321 und 335 von der Steuereinheit 7 direkt angesteuert werden. Hier wird die Kupplung 3 von einem elektromotorischen Stellglied 323 ein- und ausgerückt, und das Getriebe 5 wird von einem Wählmotor 337 und einem Schaltmotor 339 geschaltet. Ansonsten gleicht die Ausführung in Funktion und Aufbau der ersten Ausführung, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Mit 3a ist der Ausrücker der Kupplung 3 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung mit hydraulisch automatisiert betätigter Kupplung 3, wie in der ersten Ausführung, jedoch mit von Hand zu schaltendem Mehrganggetriebe 405. Wenn bei dieser Ausführung das Fahrzeug steht, die Kupplung 403 getrennt ist, ein Gang eingelegt ist und die Bremse oder das Fahrpedal nicht betätigt wird, gibt die Steuereinheit 407 nach Ablauf einer Wartezeit ein Signal an die Motorsteuereinheit 59 aus, so daß diese den Motor 1 abstellt. Wenn der Motor 1 steht, gibt die Steuereinheit 407 ein weiteres Signal an das elektromechanische Kupplungsstellglied 411 aus, damit dieses über den Geberzylinder 413 und den Nehmerzylinder 423 die Kupplung 3 einrückt und das Fahrzeug durch den stehenden Motor 1 gegen Wegrollen gesichert ist. Zur Fig. 1 gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht näher erläutert.

Hier kann die Steuereinheit 407 zusätzlich mit einem Handbremssensor 476 verbunden sein, um den Motor 1 nur dann abzustellen und die Kupplung 3 zu schließen, wenn bei Vorliegen der obigen Bedingungen über eine vorbestimmte Zeit hinweg die Handbremse des Fahrzeugs nicht angezogen oder möglicherweise nicht richtig angezogen ist, um ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeugs auch im Gefälle zu verhindern.

Claims (24)

1. Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, dessen den Motor (1) mit den Antriebsrädern verbindender Antriebsstrang eine den Antriebsstrang automatisiert trennende Reibungskupplung (3) und ein automatisiertes Mehrgang-Getriebe (5), insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe, enthält, wobei die Steuervorrichtung (7) dann, wenn sich das Fahrzeug in einem nicht fahrbereiten Zustand befindet, ein Wegrollen des Fahrzeugs verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (7), wenn bei im wesentlichen stehendem Fahrzeug, auf getrennt geschalteter Reibungskupplung (3), eingelegtem Gang und laufendem Motor (1) das Fahrzeug nicht fahrbereit ist, den Antrieb des Fahrzeugs durch den Motor (1) vollständig verhindert, indem sie das Getriebe (5) in einen Neutralzustand schaltet.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit Beginn des nicht fahrbereiten Zustands das Getriebe (5) in den Neutralzustand schaltet.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des nicht fahrbereiten Zustands ein Sensor (45, 47) vorgesehen ist, der auf die Betätigung eines zum Fahren des Fahrzeugs zu bedienenden Bedienelements, insbesondere eines Fahr- oder Bremspedals, anspricht und bei Nichtbetätigung des Bedienelements die Steuervorrichtung (7) das Getriebe (5) in den Neutralzustand schaltet.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei erneuter Betätigung des Bedienelements (45, 47) den vor dem Umschalten in den Neutralzustand zuletzt gewählten Gang einlegt.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Fahrpedal-Stellungssensor (47) oder ein Bremsdruckschalter (45) ist.

6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie, wenn bei nicht fahrbereitem Fahrzeug und in den Neutralzustand geschaltetem Getriebe (5) der Motor (1) stehenbleibt, durch ein Signal der Steuervorrichtung (7) wieder einen Gang, insbesondere einen hoch übersetzten Gang, einlegt.

7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei nicht fahrbereitem Fahrzeug und in den Neutralzustand geschaltetem Getriebe (5) die Kupplung (3) schließt.

8. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei stehendem Fahrzeug das Getriebe (5) in den Neutralzustand schaltet und die Kupplung (3) schließt, wenn seit dem Stillstand des Fahrzeugs über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg die Betriebs- oder Feststellbremse des Fahrzeugs ununterbrochen betätigt wurde.

9. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des nicht fahrbereiten Zustands ein Sensor (61, 63) vorgesehen ist, der auf den Öffnungszustand einer Haube oder/und Tür des Fahrzeugs, insbesondere Motorhaube oder/und Fahrertür und/oder der Ladetür, anspricht und die Steuervorrichtung (7) bei geöffneter Haube oder Tür das Getriebe (5) in den Neutralzustand schaltet.

10. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (7) eine vorbestimmte Zeit vor dem Schalten des Getriebes (5) in den Neutralzustand bei nicht fahrbereitem Fahrzeug ein vom Fahrer wahrnehmbares Warnsignal ausgibt.

11. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Wiedereinlegen eines Gangs erst freigibt, wenn zuvor der Fahrer einen Gangwählhebel des Getriebes (5) in die Neutralstellung gestellt hat.

12. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 l, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei geöffneter Fahrertür einen Gang, insbesondere ohne Verzögerung, einlegt, wenn ein zum Fahren des Fahrzeugs zu bedienendes Bedienelement, insbesondere das Fahrpedal (47), betätigt wird.

13. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des nicht fahrbereiten Zustands ein Sensor (62) vorgesehen ist, der auf die Belegung des Fahrersitzes anspricht und die Steuervorrichtung bei nicht belegtem Fahrersitz das Getriebe in den Neutralzustand schaltet.

14. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (3) hydraulisch betätigt ist und die Steuervorrichtung (7) bei nicht fahrbereitem Fahrzeug das Getriebe (5) in den Neutralzustand schaltet, wenn eine Temperatur des Hydraulikfluids eine vorbestimmte Höchsttemperatur oder eine Temperaturänderung des Hydraulikfluids eine vorbestimmten Höchsttemperaturänderung überschreitet.

15. Steuervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht fahrbereitem Fahrzeug die Steuervorrichtung (7) nach Schalten in den Neutralzustand aufgrund erhöhter Hydrauliktemperatur oder -änderung die Kupplung (3) kurzzeitig schließt und dann wieder trennt.

16. Steuervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung der Temperatur des Hydraulikfluids ein Signal von einem Temperatursensor (65) herangezogen wird, der die Temperatur der Umgebungsluft, der Motor-Ansaugluft oder die Temperatur einer Hydrauliksteuereinheit (11) der Kupplung mißt.

17. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Schalten in den Neutralzustand den Motor (1) abstellt und im Getriebe (5) einen Gang, insbesondere einen hoch übersetzten Gang, einlegt.

18. Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, dessen den Motor (1) mit den Antriebsrädern verbindender Antriebsstrang eine den Antriebsstrang automatisiert trennende Reibungskupplung (3) und ein Mehrgang-Schaltgetriebe (405) enthält, wobei die Steuervorrichtung (407) dann, wenn sich das Fahrzeug in einem nicht fahrbereiten Zustand befindet, ein Wegrollen des Fahrzeugs verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung, wenn bei im wesentlichen stehendem Fahrzeug, auf getrennt geschalteter Reibungskupplung (3), eingelegtem Gang und laufendem Motor (1) das Fahrzeug nicht fahrbereit ist, den Antrieb des Fahrzeugs durch den Motor (1)vollständig verhindert, indem sie den Motor (1) abstellt und die Reibungskupplung (3) schließt.

19. Steuervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie erst nach Ablauf einer vorbestimmten ersten Zeitspanne seit Beginn des nicht fahrbereiten Zustands den Motor (1) abstellt.

20. Steuervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei angezogener Fahrzeug-Feststellbremse erst nach Ablauf einer vorbestimmten zweiten Zeitspanne seit Beginn des nicht fahrbereiten Zustands den Motor (1) abstellt, wobei die zweite Zeitspanne länger ist als die erste Zeitspanne.

21. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang ferner ein automatisiertes Mehrgang-Getriebe, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe enthält, und die Steuervorrichtung bei nicht fahrbereitem Fahrzeug und nach Abstellen des Motors im Getriebe einen Gang, insbesondere einen hoch übersetzen Gang, einlegt.

22. Steuervorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei nicht fahrbereitem Fahrzeug den Motor abstellt und den Gang einlegt, wenn ein zum Fahren des Fahrzeugs zu bedienendes Bedienungselement, insbesondere ein Fahr- oder Bremspedal, während einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Abstellen des Motors nicht betätigt wurde.

23. Steuervorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie, wenn nach dem Abstellen des Motors (1) und Schließen der Reibungskupplung (3) das Fahrzeug wieder fahrbereit ist, die Kupplung (3) wieder öffnet, den Gang auslegt und den Motor (1) wieder anläßt.

24. Verfahren zum Verhindern, daß ein Kraftfahrzeug, dessen den Motor (1) mit den Antriebsrädern verbindender Antriebsstrang eine den Antriebsstrang automatisiert trennende Reibungskupplung (3) enthält, im nicht fahrbereiten Zustand durch Motorantrieb losfährt, wobei, wenn bei im wesentlichen stehendem Fahrzeug, auf Trennung geschalteter Reibungskupplung (3) und laufendem Motor (1) das Fahrzeug nicht fahrbereit ist, ein Antrieb des Fahrzeugs durch den Motor (1) verhindert wird, indem der Motor abgestellt wird oder/und ein im Antriebsstrang enthaltenes Getriebe (5) in einen Neutralzustand geschaltet wird.