DE3028250A1

DE3028250A1 - Vorrichtung zur automatischen betaetigung einer kraftfahrzeugreibungskupplung

Info

Publication number: DE3028250A1
Application number: DE19803028250
Authority: DE
Inventors: Rudy 8720 Schweinfurt Tellert
Original assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1982-03-04
Anticipated expiration: 2000-07-26
Also published as: DE3028250C2; DE3028250C3

Description

Vorrichtung zur automatischen Betätigung
einer Kraftfahrzeugreibungskupplung.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugreibungskupplung, deren Betätigungsorgan von einer steuerbaren Antriebsvorrichtung zwischen einer Auskuppelposition, bei der die Kupplungdrehzahl unabhängig ausgekuppelt ist und einer Einkuppelposition, bei der die Kupplung vollständig eingekuppelt ist, bewegbar ist.
Zur Automatisierung des Kupplungsvorgangs bei Kraftfahrzeugen werden üblicherweise Drehmomentwandler benutzt, die aufgrund des hohen konstruktiven Aufwands jedoch relativ teuer sind. Zur Minderung des konstruktiven Aufwands wurde bereits versucht, herkömmliche Kraftfahrzeugreibungskupplungen durch einen Fliehkraftschalter zu betätigen, der die Kupplung oberhalb der Leerlaufdrehzahl einrückt. Diese Kupplungen haben sich als nur bedingt brauchbar erwiesen, da sich die drehzahlabhängige Einkuppelcharakteristik des Fliehkraftschalters nur schwer mit der drehzahlabhängigen Drehmomentcharakteristik des Motors in Einklang bringen läßt. Um auch das Anfahren am Berg zu ermöglichen, muß der Einkuppelpunkt des Fliehkraftschalters in den Bereich des maximalen Drehmoments und damit in den Bereich einer relativ hohen Motordrehzahl gelegt werden. Dies hat zur Folge, daß auch im flachen Gelände stets mit relativ hoher Drehzah1. angefahren werden muß, was sich insbesondere beim Rangieren des Fahrzeugs als störend erweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu zeigen, wie auf konstruktiv einfache Weise das Einrückverhalten einer herkömmlichen Kraftfahrzeugreibungskupplung bei automatischer Betätigung besser den unterschiedlichsten Fahrsituationen des Fahrzeugs angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Position des Betätigungsorgangs im Bereich (Schleifbereich) zwischen einer Position beginnender Drehmomentübertragung (Grenzposition) und der Einkuppelposition von einer auf die Motordrehzahl ansprechenden, den Einkuppelbetrieb der Antriebsvorrichtung steuernden Programmsteuerung nach einer mittels eines Funktionsgebers vorgegebenen Charakteristik als Funktion der Motordrehzahl einstellbar ist. Die Einkuppelcharakteristik kann auf diese Weise beliebigvorgegeben und den Anforderungen herkömmlicher Kraftfahrzeugreibungskupplungen, z.B. den üblichen Scheiben-Trockenkupplungen angepaßt werden. Bei dem Funktionsgeber kann es sich um einen Festwertspeicher handeln, dessen gespeicherte Informationen motordrehzahlabhängig abgerufen werden. In dem Festwertspeicher können mehrere Funktionen gespeichert sein, deren Auswahl beispielsweise abhängig von einem oder mehreren weiteren Betriebsparametern des Motors oder der Fahrsituation des Fahrzeugs erfolgen kann. Die Auswahl kann beispielsweise von einem Mikroprozessor gesteuert werden, der auch weitere Funktionen der Programmsteuerung übernimmt.
Als Funktionsgeber eignen sich aber auch diskret aufgebaute Schaltungen, deren Übertragungsfaktor der vorgegebenen Positionscharakteristik entsprechend bemessen ist Durch Einstellung und Veränderung der Parameter solcher Schaltungen lassen sich auch bei dieser Lösung weitere Motor- oder Fahrsituationsparameter berücksichtigen. Die Betätigungsvorrichtung kann sowohl bei handgeschalteten Getrieben als auch bei Getrieben benutzt werden, bei welchen die Gänge servogesteuert gewechselt werden.
Das vom Motor abgegebene Drehmoment ist einerseits von der Motordrehzahl abhängig und andererseits von der Einstellung eines das Motordrehmoment beeinflussenden Einstellorgangs.
Bei diesem Einstellorgan kann es sich um das Gaspedal, die Starterklappe, die Drosselklappe oder gegebenenfalls das Stellglied einer Einspritzpumpe handeln. Weiterhin ist bei herkömmlichen Reibungskupplungen die Einkuppelposition, das heißt diejenige Position des Betätigungsorgans, bei welcher die Kupplung gerade nicht mehr rutscht ebenfalls von dem Motordrehmoment abhängig. In einer bevorzugten Ausführungsform wird diesem Verhalten dadurch Rechnung getragen, daß die entsprechend der Charakteristik der Programmsteuerung vorgegebene Zuordnung der Einkuppelposition zur Motordrehzahl abhängig von der Einstellung des das Motordrehmoment beeinflussenden Einstellorgans änderbar ist. Die Änderung erfolgt in der Weise, daß die Einkuppelposition mit wachsenden, Drehmoment bei zunehmenden Motordrehzahlwerten erreicht wird. Auf diese Weise wird die Einkuppelposition bei niederer Drehzahl etwa beim Rangieren des Fahrzeugs oder beim üblichen Anfahren bereits bei wenig Gas erreicht. Bei Vollgas hingegen wird die Einkuppelposition erst bei hohen Drehzahlen erreicht, bei welchen üblicherweise auch das maximale Drehmoment des Motors liegt. Optimale Verhältnisse ergeben sich, wenn die Einkuppelposition abhängig von der Einstellung des Einstellorgans im wesentlichen derjenigen Motordrehzahl zugeordnet ist, bei welcher das maximale Motordrehmoment für diese Einstellung des Einstellorgans auftritt.
Ein wesentlicher Nachteil fliehkraftbetätigter Kraftfahrzeugkupplungen ist, daß die Einkuppeldrehzahl festliegt und beim Anfahren nicht überschritten werden kann. Die Einkuppeldrehzahl muß deshalb mit derjenigen Motordrehzahl übereinstimmen, bei welcher das maximale Motordrehmoment erreicht wird. Beim Rangieren muß also mit unnötig hoher Motordrehzahl gefahren werden. Dieser Nachteil wird vermieden, wenn die Programmsteuerung die Antriebsvorrichtung mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung auf die vom Funktionsgeber vorgegebene Position einstellt.
Wird, wie etwa beim Rangieren des Fahrzeugs nur wenig Gas gegeben, so erhöht sich die Motordrehzahl langsam bezogen auf die vorgegebene Zeitverzögerung, so daß die Programmsteuerung die Position des Betätigungsorgans entsprechend der vom Funktionsgeber bestimmten Charakteristik einstellen kann. Aufgrund der vorgegebenen Zeitverzögerung kann jedoch auch mit Vollgas und hoher Motordrehzahl angefahren werden, da die vorgegebene Zeitverzögerung zur Beschleunigung des Motors ausreicht, bis die Programmsteuerung die Kupplung einrückt. In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform kann dieses Einkuppelverhalten dadurch erreicht werden, daß der Einkuppelbetriebsablauf der Programmsteuerung über eine auf die Motordrehzahl ansprechende Schwellwertstufe bei überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Schwellwerts auslösbar ist und daß eine Verzögerungsstufe den Beginn des Einkuppelbetriebsablaufs um eine vorgegebene Zeitspanne gegen den Auslösezeitpunkt der Schwellwertstufe verzögert.
Das Ausgangssignal der Programmsteuerung folgt somit nicht der plötzlichen Drehzahländerung sondern nähert sich dem geänderten Drehzahlwert zeitlich verzögert entsprechend einer Exponentialfunktion.
Bei Mehrganggetrieben spricht die Programmsteuerung bevorzugt auf dessen Gangeinstellung an, wobei vorgesehen ist, daß die motordrehzahlabhängige Charakteristik der Position des Betätigungsorgans abhängig von der Gangeinstellung vorgebbar ist. Auf diese Weise kann den in den einzelnen Gängen normalerweise unterschiedlichen Fahrsituationen besser Rechnung getragen werden. Normalerweise genügen zwei unterschiedliche Funktionsprogramme, von denen das erste dem Anfahrverhalten des Fahrzeugs im 1. Gang oder im Rückwärtsgang angepaßt ist, während das zweite Programm den Gangwechsel der höheren Gänge während des Fahrhetriebs steuert.
Beim Anfahren gemäß dem ersten Funktionsprogramm wird ein brauchbares Einkuppelverhalten erreicht, wenn die Programmsteuerung die Einkuppelposition und/oder die Position des Betätigungsorgans im Schleifbereich der Kupplung im wesentlichen proportional zur Motordrehzahl ändert. Eine solche Charakteristik läßt sich auf relativ einfache Weise in analoger Schaltungstechnik, beispielsweise mit Hilfe von Integratoren aufbauen. Ähnlich einfach realisieren läßt sich das den Einkuppelbetrieb beim Schalten der höheren Gänge bestimmende zweite Funktionsprogramm, wenn es die Position des Betätigungsorgans entsprechend einer Charakteristik steuert, bei der das Betätigungsorgan mit einer der Motordrehzahl proportionalen Bewegungsgeschwindigkeit bewegt wird. Ein solches Funktionsprogramm verkürzt die Einkuppelzeit mit wachsender Drehzahl.
Beim automatischen Betrieb der Kupplung muß die Kupplung nicht nur beim Wechseln der Gänge ausgerückt werden, sondern auch in sämtlichen Fahrsituationen, die zu einem Abwürgen des Motors führen können. Zur Steuerung des Auskuppelbetriebes müssen mehrere Parameter durch Erzeugung von Steuersignalen berücksichtigt werden. Eine erste geeignete Auskuppelbedingung kann aus der Einleitung des Gangwechsels abgeleitet werden, die beispielsweise mit Hilfe eines geteilten, einen Schaltkontakt betätigenden Ganghebels erfaßt werden kann. Eine zweite Auskuppelbedingung liegt bevorzugt vor, wenn ein vorgegebener Wert der Motordrehzahl unterschritten wird. Die Kupplung kann aber auch ausgerückt werden, wenn bei einem eingelegten Vorwärtsgang höher als der 1. Gang die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Auf diese Weise kann nicht nur das Anfahren in einem höheren Gang verhindert werden, sondern auch das Abwürgen des Motors, wenn das Fahrzeug bei eingelegtem Gang abgebremst wird. Die vorstehend erläuterten Auskuppelbedingungen reichen für normalerweise auftretende Fahrsituationen aus. Weitere Auskuppelbedingungen können jedoch vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß die Kupplung abhängig von der Betätigung eines zusätzlichen Schalters, vorzugsweise eines Handschalters ausgerückt wird. Die auf diese Weise erzielte Freilauffunktion kann zur Kraftstoffeinsparung ausgenutzt werden, wobei das Ausrücken der Kupplung zweckmäßigerweise nur dann erfolgen sollte, wenn sich gleichzeitig das Gaspedal in Ruhestellung befindet.
Zweckmäßigerweise ist die Programmsteuerung bei Vorliegen einer der Auskuppelbedingungen für die Einkuppelbetrieb gesperrt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Auskuppelbetrieb Vorrang gegenüber dem Einkuppelbetrieb hat.
Der Einkuppelbetrieb wird vorzugsweise davon abhängig gemacht, das keine der überwachten Auskuppelbedingungen vorliegt.
Der Kupplungswegbereich zwischen der Auskuppelposition und der vorstehend erläuterten Grenzposition des Betätigungsorgans umfaßt normalerweise etwa zwei Drittel des gesamten Betätigungswegs, während der Schleifbereich in der Größenordnung von etwa 20 bis 40 Prozent des gesamten Bereichs liegt. Der Bereich zwischen der Auskuppelposition und der Grenzposition sollte beim Einkuppeln deshalb so rasch wie möglich durchlaufen werden. Zur Geschwindigkeitsumschaltung kann ein in der Grenzposition vom Betätigungsorgan betätigter Schalter vorgesehen sein. Ein solcher Schalter erübrigt sich, wenn die Antriebsvorrichtung einen Positionsregelkreis aufweist, der die Ist-Position des Betätigungsorgans abhängig von einer durch die Programmsteuerung motordrehzahlabhängig vorgegebenen Soll-Position regelt. Die Programmsteuerung dient hierbei als Sollwertgeber. Befindet sich das Betätigungsorgan im Bereich zwischen der Auskuppelposition und der Grenzposition, so stimmt seine Position nicht mit der motordrehzahlbedingten Soll-Position überein, so daß die Antriebsvorrichtung aufgrund des dann maximalen Fehlersignals mit maximaler Geschwindigkeit bewegt, bis die der Motordrehzahl entsprechende Soll-Position erreicht ist.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Motor-Kupplung-Getriebe-Einheit eines Kraftfahrzeugs mit zugehöriger automatischer Kupplungsbetätigungsvorrichtung; Fig. 2 ein Diagramm des Ausgangssignals U einer Programmsteuerung der Vorrichtung dargestellt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n; Fig. 3 ein Diagramm des Motordrehmoments M dargestellt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n; Fig. 4 ein schematisches Schaltbild eines Funktionsgebers für ein Anfahrprogramm und Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Funktionsgebers für ein Schaltprogramm zum Schalten höherer Gänge.
In Fig. 1 treibt ein Motor 1 eines Kraftfahrzeugs über eine Reibscheiben-Trockenkupplung 3 ein Mehrganggetriebe 5, dessen Gänge über einen nicht dargestellten Handschalthebel oder über eine Servosteuerung geschaltet werden. Die Kupplung 3 ist herkömmlich ausgebildet und mittels nicht näher dargestellter Federn so vorgespannt, daß sie bei nicht betätigtem Betätigungsorgan 7 eingerückt ist. Mit dem Betätigungsorgan 7 ist ein Servoantrieb 9 verbunden, der die Ist-Position des Betätigungsorgans 7 entsprechend einem über eine Leitung 11 aus einer Programmsteuerung 13 zugeführten Sollwertsignals auf eine Soll-Position einstellt. Der Scrvoantrieb 9 umfaßt hierzu einen Elektromotor, dessen Ist-Position erfaßt und abhängig von einem Sollwert-Istwert-Vergleich gesteuert wird.
Zum Ausrücken der Kupplung 3 wird dem Servoantrieb 9 über einen elektronischen, steuerbaren Schalter 15 aus einer Signalquelle 17 ein Sollwertsignal zugeführt, welches das Betätigungsorgan 7 in Fig. 1 nach links in die Auskuppelposition der Kupplung 3 bewegt. Der Schalter 15 wird von einer Auskuppelsteuerung 19 gesteuert, die auf mehrere Auskuppelbedingungen anspricht. Mittels eines Signalgebers 21, beispielsweise eines Schaltkontakts an einem geteilten Schalthebel des Getriebes 5 wird bei Einleitung des Gangwechsels ein erstes Steuersignal erzeugt, welches über einen ersten Eingang eines ODER-Gatters 23 dem mit seinem Steuereingang an den Ausgang des ODER-Gatters 23 angeschlossenen Schalters 15 zugeführt wird. Zur Ableitung einer zweiten Auskuppelbedingung ist an einem Drehzahlgeber 25, welcher ein der Motordrehzahl proportionales Signal erzeugt, eine Schwellwertstufe 27 angeschlossen, die ihrerseits mit einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 23 verbunden ist.
Die Auskuppelbedingung wird erfüllt, wenn die Motordrehzahl n unter einen vorgegebenen Drehzahlwert n0 sinkt. Der Drehzahlwert n0 kann gleich oder etwas kleiner als die Leerlaufdrehzahl des Motors 1 sein. Durch diese Auskuppelbedingung wird sichergestellt, daß beim Abbremsen des Fahrzeugs zum Stillstand ausgekuppelt wird. Um zu verhindern, daß in höheren Gängen, beispielsweise dem zweiten, dritten oder vierten Gang angefahren wird und um zu verhindern, daß der Motor bei eingelegtem höheren Gang durch Abbremsen abyewürgt wird, ist eine weitere Auskuppelbcdinc3unt3 vorgesehen.
Diese wird bei eingelegtem höheren Gang erfüllt, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird mittels eines Tachometers 29 erfaßt, der ein der Geschwindigkeit proportionales Signal an eine Schwellwertstufe 31 abgibt. Die Schwellwertstufe 31 ist an einen ersten Eingang eines UND-Gatters 33 angeschlossen, welches ausgangsseitig mit einem dritten Eingang des ODER-Gatters 23 verbunden ist.
Zur Erfassung eingelegter höherer Gänge ist ein auf den eingelegten 1. Gang oder eingelegten Rückwärtsgang ansprechender Signalgeber 35 vorgesehen, dessen Ausgang über einen Negator 37 mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 33 verbunden ist. Zur Kennzeichnung der höheren Gänge wird das negierte, binäre Ausgangssignal des Signalgebers 35 ausgenutzt. An einem vierten Eingang des ODER-Gatters 23 ist der Ausgang eines UND-Gatters 39 angeschlossen, dessen Eingänge mit je einem Signalgeber 41 bzw. 43 verbunden sind. Der Signalgeber 41 spricht auf die Ruhestellung des Gaspedals des Fahrzeugs an, während der Signalgeber 43 einen Handschalter umfaßt. Mit Hilfe des Handschalters des Signalgebers 43 kann die Kupplung 3 bei in Ruhestellung befindlichem Gaspedal im Sinne eines Freilaufs zur Kraftstoffersparnis ausgekuppelt werden.
Der Einkuppelvorgang wird abhängig von der Gangstellung des Getriebes 5 gesteuert. Zur Steuerung beim Anfahren des Fahrzeugs ist eine erste Funktionsgeberstufe 45 vorgesehen, deren Ausgang über einen steuerbaren, elektronischen Schalter 47 mit der Sollwertsignalleitung 11 des Servoantriebs 9 verbunden ist. Die Sollwertsignalleitung 11 ist ferner über einen weiteren elektronischen, steuerbaren Schalter 49 mit einer zweiten Funktionsgeberstufe 51 verbunden, die das Einkuppeln beim Gangwechsels während des Fahrbetriebs steuert.
Die Funktionsgeberstufen 45 und 51 sind mit dem Drehzahlgeber 25 verbunden und steuern in nachfolgend noch näher erläuterter Weise die Position des Betätigungsorgans 7 abhängig von der Motordrehzahl.
Die Einkuppelprogramme der Funktionsgeberstufen 45, 51 können nur ausgeführt werden, wenn keine der Auskuppelbe--dingungen erfüllt ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 23 ist über einen Negator 52 mit je einem UND-Gatter 55 bzw.
57 verbunden. Das UND-Gatter 55 steuert über ein Zeitverzögerungsglied 59 mit vorgegebener Zeitkonstante den Schalter 47. An seinem zweiten Eingang ist der bei eingelegtem 1. Gang oder Rückwärtsgang ansprechende Signalgeber 35 angeschlossen. Die Eingangsbedingung des UND-Gatters 55 ist erfüllt, wenn der 1. Gang bzw. der Rückwärtsgang eingelegt ist und keine der Auskuppelbedingungen vorliegt. Beim Anfahren ist dies dann der Fall, wenn durch Gasgeben die Motordrehzahl den durch die Schwellwertstufe 27 vorgegebenen Drehzahlwert n0 überschreitet. Nach Ablauf der Zeitkonstante des Zeitverzögerungsglieds 59 wird der Schalter 47 geschlossen und die Kupplung 3 entsprechend dem drehzahlabhängigen Programm der ersten Funktionsgeberstufe 45 eingerückt. Wird zum Anfahren wenig Gas gegeben, so erhöht sich die Motordrehzahl nur allmählich, so daß die Kupplung 3 trotz der Einrückverzögerung durch das Zeitverzögerungsglied 59 im wesentlichen bei der durch die Schwellwertstufe 27 vorgegebenen Drehzahl n0 einzurücken beginnt. Wird mit Vollgas angefahren, so kann der Motor 1 während der Zeitverzögerung durch das Zeitverzögerungsglied 59 auf eine hohe Drehzahl im Bereich seines maximalen Drehmoments beschleunigen, bevor der Schalter 47 zur Einleitung des Anfahrprogramms geschlossen wird.
Das Einkuppelprogramm beim Schalten höherer Gänge wird eingeleitet, wenn die Bedingungen für das Anfahrprogramm nicht vorliegen und auch keine der Auskuppelbedingungen erfüllt ist. Das ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Schalters 49 verbundene UND-Gatter 57 ist zu diesem Zweck mit seinem einen Eingang an den Negator 53 und mit seinem anderen Eingang über einen Negator 61 an den Ausgang des UND-Gatters 55 angeschlossen.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Sollwertsignals U des Anfahrprogramms in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n. Das Sollwertsignal U bestimmt die Position des Betätigungsorgans 7 der Kupplung 3 und wird dem Servoantrieb 9 über die Leitung 11 zugeführt. Es umfaßt im wesentlichen zwei Signalbereiche, von denen der erste das Verhalten unterhalb der durch die Schwellwertstufe 27 (Fig. 1) bestimmten Grenzdrehzahl n0 bestimmt und der zweite das Verhalten oberhalb dieser Grenzdrehzahl. Unterhalb der Grenzdrehzahl hat das Sollwertsignal den Wert UO der Signalquelle 17 (Fig. 1), also einen Wert, bei dem der Servoantrieb 9 die Kupplung 3 vollständig ausrückt. Das Sollwertsignal ist in diesem Bereich konstant, so daß die Kupplung 3 bei Drehzahlen kleiner n0 drehzahlunabhängig ausgerückt bleibt. Bei eingeschaltetem 1. Gang bzw. Rückwärtsgang wird die Kupplung 3 entsprechend dem von der Funktionsgeberstufe 45 vorgegebenen Anfahrprogramm eingerückt. Die Funktionsgeberstufe 45 erzeugt ein linear mit der Drehzahl n wachsendes Sollwertsignal, wie es in Fig. 2 bei 63 dargestellt ist. Überschreitet die Motordrehzahl die Grenzdrehzahl nO, so wird die Signalquelle 17 durch Öffnen des Schalters 15 abgeschaltet und die Funktionsgeberstufe 45 durch Schließen des Schalters 47 eingeschaltet. Das Sollwertsignal U ändert sich von dem die Auskuppelposition festlegenden Wert UO auf einen Wert Ug. Der Wert Ug ist so gewählt, daß im statischen Zustand bei diesem Wert die Kupplung 3 gerade noch kein Drehmoment bzw. nur ein Drehmoment überträgt, welches das Fahrzeug noch nicht in Bewegung zu setzen vermag. Der Signalsprung des Sollwertsignals U vom Wert UO auf den Wert Ug erzeugt im Servoantrieb 9 ein Fehlersignal, aufgrund dessen der Servoantrieb 9 das Betätigungsorgan 7 mit maximaler Geschwindigkeit in die Grenzposition bewegt. Oberhalb der Grenzposition schließt sich der Schleifbereich der Kupplung 3 an, in welchem das von der Kupplung 3 übertragene Drehmoment linear abhängig von der Motordrehzahl n, also durch die Gaspedalstellung bestimmt werden kann. Der Schleifbereich erstreckt sich zwischen der durch die Grenzdrehzahl n0 bestimmten Grenzposition und einer Einkuppelposition E, die bei einer Einkuppeldrehzahl n erreicht wird. Unter der Einkuppelposie tion E soll diejenige Position verstanden werden, bei der die Kupplung 3 gerade nicht mehr rutscht. Oberhalb der Einkuppeldrehzahl ne schließt sich der Einkuppelbereich an, in welchem die Kupplung unabhängig von der Motordrehzahl n und auch unabhängig von der Größe des Sollwertsignals U vollständig eingerückt bleibt.
Um den drehzahlabhängigen Verlauf des Sollwertsignals 63 der Funktionsgeberstufe 45 sowohl hinsichtlich der Grenzposition als auch der Einkuppelposition der Kupplung anpassen zu können, kann über die Funktionsgeberstufe 45 sowohl die Steigung als auch die drehzahlproportionale Amplitude der Sollwertsignalkurve verändert werden, wie dies bei 65 bzw. 67 in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien angedeutet ist. Auf diese Weise kann einerseits der bei der Grenzdrehzahl n0 zu erreichende Wert Ue als auch der Einkuppelpunkt E sowohl hinsichtlich der Einkuppeldrehzahl ne als auch hinsichtlich des Werts e des Sollwertsignals verändert werden.
Die Einkuppelposition E hängt bei Reibungskupplungen von dem zu übertragenden Motordrehmoment ab. Bei kleinem zu übertragenden Motordrehmoment genügt ein geringer Reibschluß, während zur Übertragung des maximalen Drehmoments ein hoher Reibschluß erreicht werden muß, bevor die Kupplung nicht mehr rutscht. Fig. 3 zeigt mit ausgezogenen Linien Kurven des Motordrehmoments M in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n für verschiedene Stellungen eines die Motorleistung bestimmenden Organs, beispielsweise des Gaspedals, der Drosselklappenstellung oder des Stellglieds einer Einspritzpumpe. Die Vollgasstellung ist mit 100 % bezeichnet. Zwischenstellungen sind für die Werte 25 %, 50 % und 75 % angegebenen. Jede der Drehmomentkurven durchläuft bei einer anderen Drehzahl n ein Maximum.
Als Beispiel ist für die Drehmomentkurve 50 % die Drehzahl, bei der das Drehmomentmaxiumum Mmax 50 % auftritt mit nmax 50 % eingezeichnet. Der drehzahlabhängige Verlauf des Sollwertsignals der Funktionsgeberstufe 45 wird in Abhängigkeit von dem die Leistung bestimmenden Organ des Motors so gesteuert, daß die Einkuppelposition stets bei der dem maximalen Drehmoment zugeordneten Drehzahl erreicht wird. In Fig. 3 wird die Einkuppelposition E50% bei der Drehzahl nmax 50% erreicht. Die als Beispiel ferner angegebene Einkuppelposition E wird bei einer höheren Drehzahl erreicht. Fig. 2 zeigt die Verschiebung der Einkuppelposition bei einer Erhöhung der Motorleistung beim Gasgeben.
Bei Erhöhung der Motorleistung durch Gasgeben verschiebt sich die Einkuppelposition E sowohl zu höheren Drehzahlen als auch zu Werten des Sollwertsignals U hin, bei welchen der Reibschluß der Kupplung 3 erhöht wird. Eine solche Einkuppelposition ist in Fig. 2 bei E' eingezeichnet. Sie tritt bei der Einkuppeldrehzahl n'e und einem Wert U'e des Sollwertsignals auf. Die Anpassung der Einkuppelposition an die Leistungseinstellung des Motors 1 erfolgt über einen, z.B.
auf die Gaspedalstellung ansprechenden Geber 69 (Fig. 1) der mit der Funktionsgeberstufe 45 verbunden ist. Der Geber 69 beeinfluß, wie anhand der Fig. 2 erläutert wurde, die Charakteristik des von der Funktionsgeberstufe 45 erzeugten Sollwertsignals U.
Die Charakteristik des von der Funktionsgeberstufe 45 erzeugten Sollwertsignals zeigt nach Fig. 2 eine lineare Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Abhängig vom gewünschten Einkuppelverhalten können auch andere Kurvenformen gewählt werden. Fig. 4 zeigt ein einfaches Beispiel für die Realisierung der Funktionsgeberstufe 45 bei linearer Charakteristik. Die Schaltung umfaßt einen Integrator 69, der an seinem Eingang 71 Impulse aufnimmt, die der Drehzahlgeber 25 mit der Drehzahl proportionalen Frequenz erzeugt. An dem Eingang 71 ist ein integrierendes RC-Glied bestehend aus einem vorzugsweise einstellbaren Serienwiderstand 73 und einem nachfolgenden parallel geschalteten Kondensator 75 angeschlossen. Der Ausgang des RC-Glieds, das heißt der Verbindungspunkt des Serienwiderstands 73 und des Kondensators 75 ist mit dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 77 verbunden, dessen invertierender Eingang vom Ausgang her rückgekoppelt ist. Parallel zum Kondensator 75 ist die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors 79 angeschlossen, dessen Basis mit der Auskuppelsteuerung 19 verbunden ist. Bei Vorliegen einer Auskuppelbedingung ist der Transistor 79 durchgeschaltet und schließt den Kondensator 75 kurz. Liegt keine Auskuppelbedingung vor, so ist der Transistor 79 offen, so daß die Impulse des Drehzahlgebers 25 den Kondensator 75 laden können. Die Impedanz des Transistors 79 zwischen Kollektor und Emitter bestimmt sowohl bei offenem als auch durchgeschaltetem Transistor 79 die Entladezeitkonstante des RC-Glieds und damit die Spannung, auf die sich der Kondensator 75 drehzahlabhängig aufladen kann. An den Ausgang des Operationsverstärkers 77 des Integrators 69 ist über einen der Entkopplung dienenden, invertierenden Verstärker 81 ein weiterer Operationsverstärker 83 angeschlossen, an dessen Ausgang 85 das Sollwertsignal abgenommen werden kann.
Der Ausgang des Verstärkers 81 ist in üblicher Weise über einen Eingangswiderstand 87 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 83 angeschlossen. Der invertierende Eingang ist über einen vorzugsweise einstellbaren Widerstand 89 zum Ausgang des Operationsverstärkers 83 rückgekoppelt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 83 ist mit einer Vorspannungsquelle, hier in Form eines Einstellwiderstands 91 verbunden. Die Steigung der drehzahlabhängig erzeugten Kurve des Sollwertsignals kann an dem Widerstand 73 eingestellt werden, welcher die Zeitkonstante des RC-Glieds mit bestimmt. Der Widerstand 89 erlaubt die Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 83, während der Widerstand 91 die Einstellung der Nullpunktslage der Sollwertkurve erlaubt.
Die Funktionsgeberstufe 51 (Fig. 1) erzeugt ein zeitlich ansteigendes Sollwertsignal, dessen Anstiegsgeschwindigkeit proportional zur Motordrehzahl ist. Die Einrückzeit der Kupplung 3 ist damit umgekehrt proportional zur Motordrehzahl. Je höher die Motordrehzahl ist, desto größer ist die zeitliche Anstiegsgeschwindigkeit des Sollwertsignals und desto kleiner ist die zum Durchlaufen des Schleifbereichs zwischen der Grenzposition und der Einkuppelposition benötigte Zeitspanne.
Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Schaltung der Funktionsgeberstufe 51. Einem Eingang 93 eines ersten Integrators 95 werden wiederum die vom Drehzahlgeber 25 mit der Motordrehzahl proportionalen Frequenz erzeugten Impulse zugeführt.
Der Integrator 95 ist herkömmlich ausgebildet und umfaßt einen Operationsverstärker 97 dessen invertierender Eingang über einen Eingangswiderstand 99 mit dem Eingang 93 und über die Parallelschaltung eines Kondensators 101 und eines Widerstands 103 zum Ausgang rückgekoppelt ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 97 ist an eine als Spannungsteilerschaltung dargestellte Vorspannungsquelle 105 angeschlossen. Der Integrator 95 erzeugt an seinem Ausgang ein der Motordrehzahl proportionales Signal, welches über einen vorzugsweise einstellbaren Widerstand 107 und eine Entkopplungsdiode 109 einem zweiten Integrator 111 zugeführt wird, der an seinem Ausgang 113 das den Servoantrieb 9 steuernde Sollwertsignal abgibt. Der Integrator 111 integriert das Ausgangssignal des Integrators 95 zeitabhängig, erzeugt also ein zeitlich ansteigendes Ausgangssignal, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit proportional der Ausgangsspannung des Integrators 95, das heißt proportional zur Motordrehzahl ist. Der Integrator 111 umfaßt einen Operationsverstärker 115, dessen, das Ausgangssignal des Integrators 95 aufnehmender, invertierender Eingang über einen Kondensator 117 zum Ausgang hin rückgekoppelt ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 115 ist an eine als Spannungsteilerschaltung 119 dargestellte Vorspannungsquelle angeschlossen. Parallel zum Kondensator 117 ist ein einstellbarer Entladekreis 121 angeschlossen. Der Entladekreis 121 umfaßt einen Operationsverstärker 123, dessen nicht invertierender Eingang mit dem Ausgang des Integrators 111 verbunden ist und dessen Ausgang über einen Widerstand 125 und eine Entkopplungsdiode 127 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 115 angeschlossen ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 123 ist an eine als Potentiometer dargestellte, einstellbare Vorspannungsquelle 129 angeschlossen. An einen Steuereingang 131, der über eine Entkopplungsdiode 133 mit der Diode 127 verbunden ist, ist die Auskuppelsteuerung 19 angeschlossen.
Bei erfüllter Auskuppelbedingung liegt am Steuereingang 131 ein Signal an, welches den Kondensator 117 entlädt und den Integrator 111 zugleich sperrt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 115 ist ferner über eine Entkopplungsdiode 135 und einen Serienwiderstand 137 an den Ausgang eines Operationsverstärkers 139 angeschlossen, dessen invertierender Eingang mit dem Steueranschluß 131 verbunden ist und dessen nicht invertierender Eingang an eine als Spannungsteilerschaltung dargestellte Vorspannungsquelle 141 angeschlossen ist. An den Einstellwiderständen 107 und 129 kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals am Ausgang 113 eingestellt werden. Insbesondere kann mittels des Einstellwiderstands 129 die Einkuppelposition variiert werden. Der Operationsverstärker 139 steuert die Entladung des Integrators 111 bei fehlendem Auskuppelsignal am Steuereingang 131 durch Begrenzung der Ausgangsspannung des Integrators 111. Bei Ausgangsspannungen des Integrators 95, die einer Motordrehzahl kleiner als ein vorgegebener Drehzahlwert zugeordnet sind, bleibt das Ausgangssignal des Integrators 111 konstant. Sinkt die Motordrehzahl während des Einkuppelvorgangs unter den vorgegebenen Drehzahlwert ab, so wird der Einkuppelvorgang unterbrochen, bevor die Kupplung vollständig eingerückt ist. Die Kupplung verbleibt im Schleifbereich, bis durch Gasgeben die Motordreh zahl wieder erhöht wird.
Die vorstehend erläuterte Betätigungsvorrichtung eignet sich nicht nur für Personenkraftwägen sondern auch für Zweiradfahrzeuge. Ublicherweise haben die Motoren von Zweiradfahrzeugen aufgrund hoher Literleistung ihr maximales Drehmoment nur wenig unter der Höchstleistung. Mit Hilfe der vorstehend erläuterten Vorrichtung kann trotz der geringen Schwungmasse niedertourig angefahren werden, ohne den Motor abzuwürgen. Hochtouriges Anfahren ist ebenfalls möglich.
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Claims

Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugreibungskupplung.

Patentansprüche WVorrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugreibungskupplung, deren Betätigungsorgan von einer steuerbaren Antriebsvorrichtung zwischen einer Auskuppelposition, bei der die Kupplung drehzahlunabhängig ausgekuppelt ist und einer Einkuppelposition, bei der die Kupplung vollständig eingekuppelt ist, bewegbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Position des Betätigungsorgans im Bereich (Schleifbereich) zwischen einer Position beginnender Drehmomentübertragung (Grenzposition) und der Einkuppelposition von einer auf die Motordrehzahl ansprechenden, den Einkuppelbetrieb der Antriebsvorrichtung (9) steuernden Programmsteuerung (13) nach einer mittels eines Funktionsgebers (45, 51) vorgegebenen Charakteristik als Funktion der Motordrehzahl einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die entsprechend der Charakteristik der Programmsteuerung (13) vorgegebene Zuordnung der Einkuppelposition zur Motordrehzahl abhängig von der Einstellung eines das Motordrehmoment beeinflussenden Einstellorgans des Motors (1) änderbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Einkuppelposition abhängig von der Einstellung des Einstellorgans im wesentlichen derjenigen Motordrehzahl zugeordnet ist, bei welcher das maximale Motordrehmoment für diese Einstellung des Einstellorgans auftritt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) die Antriebsvorrichtung (9) mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung auf die vom Funktionsgeber (45, 51) vorgegebene Position einstellt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Einkuppelbetriebsablauf der Programmsteuerung (13) über eine auf die Motordrehzahl ansprechende Schwellwertstufe (27) bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Schwellwerts auslösbar ist und daß eine Verzögerungsstufe (59) den Beginn des Einkuppelbetriebsablaufs um eine vorgegebene Zeitspanne gegen den Auslösezeitpunkt der Schwellwertstufe (27) verzögert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) bei Verwendung eines Mehrganggetriebes (5) auf dessen Gangeinstellung anspricht und daß die motordrehzahlabhängige Charakteristik der Position des Betätigungsorgans (7) abhängig von der Gangeinstellung vorgebbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) bei Einstellen des 1. Gangs oder des Rückwärtsgangs die Position des Betätigungsorgans (7) der Kupplung (3) entsprechend einem ersten vorgegebenen Funktionsprogramm und bei Einstellung der übrigen Gänge entsprechend einem zweiten Funktionsprogramm steuert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) im Schleifbereich die Position des Betätigungsorgans (7) bei Einstellung des zweiten Funktionsprogramms entsprechend einer Charakteristik steuert, bei welcher die zeitliche Positionsänderung des Betätigungsorgans (7) etwa proportional zur Motordrehzahl ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) die Einkuppelposition und/oder die Position des Betätigungsorgans (7) während des Anfahrens im Schleifbereich im wesentlichen proportional zur Motordrehzahl ändert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß einer Auskuppelsteuerung (19) bei Einleitung des Gangwechsels eines Mehrganggetriebes (5) ein erstes Steuersignal, oder bei eingelegten Vorwärtsgängen höher als der 1. Gang ein zweites Steuersignal oder bei Betätigung eines Schalters (43) ein drittes Steuersignal oder bei eingestellter Ruhestellung eines die Motorleistung steuernden Organs (Gaspedal) ein viertes Steuersignal oder bei Unterschreitung eines vorgegebenen Werts der Motordrehzahl ein fünftes Steuersignal oder bei Untc'rsc:hreitung einer vorc3ec3e}cnon Fahr(eschwindigkeit ein sechstes Steuersignal zuführbar ist und daß die Auskuppelsteuerung (19) die Antriebsvorrichtung (9) in Auskuppelrichtung einschaltet, wenn das erste Steuersignal oder das fünfte Steuersignal oder das dritte und vierte Steuersignal gemeinsam oder das zweite und das sechste Steuersignal gemeinsam auftritt (Auskuppelbedingungen).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) bei Vorliegen einer der Auskuppelbedingungen der Auskuppelsteuerung (13) für den Einkuppelbetrieb gesperrt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) den Einkuppelbetrieb einleitet, wenn bei nicht erfüllten Auskuppelbedingungen das zweite Steuersignal oder ein bei eingelegtem 1. Gang oder Rückwärtsgang erzeugtes siebtes Steuersignal vorliegt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das zweite Steuersignal durch das negierte siebte Steuersignal gebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Programmsteuerung (13) den Einkuppelbetriebsablauf auslöst, wenn ein bei eingelegtem 1. Gang oder Rückwärtsgang erzeugtes siebtes Steuersignal und ein bei überschreiten einer vorgegebenen Motordrehzahl erzeugtes achtes Steuersignal gemeinsam vorliegen.