DE3920245A1 - Kraftfahrzeugantrieb, enthaltend eine kupplung mit unerwuenschten schwingungen entgegenwirkender einstellung des kupplungsschlupfes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantrieb gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Antrieb ist für den Sonderfall der Begrenzung von während Anfahrvorgängen auftretenden Ruckwerten aus der DE-PS 34 04 156, B60K 41/02, in der Weise bekannt, daß unter Verwendung einer Anzahl von Rechen- und Differenzierstufen, denen als Regelgröße verschiedene Drehzahlen des Antriebsmotors und des Getriebes, die Abtriebssteifigkeit, das Trägheitsmoment des Antriebsmotors und die Fahrzeugmasse zugeführt werden, nach bestimmten mathematischen Beziehungen die momentan auftretenden Ruckwerte ermittelt und mit einem vorausberechneten maximalen Ruckwert verglichen werden. Je nach Abweichung der tatsächlich auftretenden Ruckwerte von diesem maximalen Ruckwert wird ein Kupplungsstellglied im Sinne einer Schließ- oder Öffnungsbewegung der Kupplung so angesteuert, daß Torsionsschwingungen im Antriebs­ strang durch gezielte Änderungen des Kupplungsmoments gedämpft werden. Dieser bekannte Kraftfahrzeugantrieb ist infolge seiner Kompliziertheit und seines Aufwands für den Serieneinsatz nicht geeignet. Darüber hinaus ist er, wie gesagt, auf den Sonderfall der Ruck- bzw. Schwingungsbekämpfung bei Anfahrvorgängen beschränkt, während besonders kritisch hinsichtlich des Auftretens störender Schwingungen, bedingt durch Elastizitäten im gesamten Antriebsstrang, bekanntlich Lastwechselschläge sind, also Übergänge vom Schub- in den Zugbetrieb und umgekehrt.

Ebenfalls einen Sonderfall, nämlich die Verringerung von Drehmoment­ schwankungen aufgrund der Arbeitsweise der Brennkraftmaschine, betrifft die Dämpfungseinrichtung nach der US-PS 46 74 609, F16D 43/284. Bei dieser Anordnung sind diejenigen Drehzahlen gespeichert, bei denen starke Drehvibrationen zu erwarten sind, und bei Erreichen dieser Drehzahlwerte wird über eine elektrische Einrichtung der Kupplungsschlupf vergrößert. Meßgröße ist auch hier also die Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine.

Die aus der DE-OS 28 05 544, B60K 41/06, bekannte Vorrichtung zur Erzeugung einer Stellgröße für die Betätigung von elektrohydrau­ lischen Reibelementen (Kupplungen) in automatischen Stufengetrieben schließlich enthält unter anderem eine Ruckregelstufe, die aus der Differenz der Werte des jeweils am Fahrzeug angreifenden Rucks sowie eines vorgegebenen maximal zulässigen Rucks Stellsignale für die Kupplungen erzeugt.

In Abweichung von diesen bekannten Einrichtungen und Anordnungen, denen - so unterschiedlich sie im übrigen auch aufgebaut und hin­ sichtlich ihrer Zielsetzung ausgelegt sind - gemeinsam die Unter­ scheidung zwischen sensorisch erfaßten Größen einerseits und Steuer- oder Stellgrößen andererseits ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftfahrzeugantrieb der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der die Schlupfbeeinflussung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur Bekämpfung von Lastwechselschlägen und Ruckeln mit einfacheren Mitteln sicherstellt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

In vorteilhafter Weise vermeidet die Erfindung also den Aufwand von Speichern Rechnern und dergl.; sie kommt vielmehr, wie im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels noch gezeigt wird, mit einfachen und bewährten Elementen für Strömungsmittelkreise, insbesondere Hydraulikkreise, aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

Fig. 1 im wesentlichen ein Schaltbild der Einrichtung zeigt, während in,

Fig. 2 verschiedene, der Erläuterung der Wirkungsweise dienende Zeitverläufe wiedergegeben sind.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist bei 1 eine Brennkraftmaschine üblichen und daher hier nicht zu beschreibenden Aufbaus angedeutet. Sie ist über elastische Lager 2 am Rahmen des Fahrzeugs abgestützt, so daß sie insbesondere bei Lastwechselschlägen, also Übergang vom Schub- in den Zugbetrieb oder umgekehrt, Schwingungen im Sinne der Pfeile 3 im wesentlichen um ihre Kurbelwelle ausführt, deren Achse bei 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle ist über eine Kupplung bekannten Aufbaus, und zwar eine Reibkupplung, sowie über ein nicht dargestelltes Gangschaltgetriebe in üblicher Weise mit den angetriebenen Fahrzeugrädern verbindbar. Da auch die Kupplung einen bekannten Aufbau besitzt, ist sie lediglich schematisch bei 5 angedeutet; über die Kupplungsausrückstange 6 kann sie auf hydraulischem Wege durch Niedertreten des üblichen Kupplungspedals 7 ausgerückt werden. Zu diesem Zweck arbeitet das Kupplungspedal 7 auf den Kolben 8 in dem Geberzylinder 9, der über die Hydrauliklei­ tung 10 mit dem Nehmerzylinder 11 in Verbindung steht. Bei Nieder­ treten des Kupplungspedals 7 drückt die Flüssigkeit den Kolben 12 in Fig. 1 nach links, wodurch über den Ausrückhebel 6 der Kraftschluß zwischen den Reibbelägen der Kupplung zumindest verringert, bei vollem Durchtreten des Kupplungspedals 7 vollständig aufgehoben wird.

Während bisher die übliche, vom Fahrer willkürlich betätigte Kupp­ lungsverstellung beschrieben wurde, bezieht sich die eigentliche Erfindung auf eine selbsttätige Kupplungsbetätigung im Sinne einer Spieleinstellung in Abhängigkeit von Rucken oder Schwingungen, wie sie insbesondere beim Lastwechsel und Ruckeln, allgemein aber bei schnellen Gaspedalbetätigungen auftreten. Zur Erfassung derar­ tiger Schwingungen wird die Brennkraftmaschine 1 herangezogen, d. h. letztlich deren Schwingungen, angedeutet durch die Pfeile 3. Man erkennt die Kolben-Zylinder-Anordnung 13, deren Kolben 14 über die Stange 14 a an den Zylinderkopfbereich der Brennkraftma­ schine 1 angelenkt ist. Demgegenüber ist der Zylinder 15, wie bei 16 angedeutet, fahrzeugfest gelagert.

Über Saugventile (federbelastete Einweg-Kugelventile) 17 und 18 stehen die beiden Druckräume 19 und 20 der Kolben-Zylinder-Anord­ nung 13 mit dem Strömungsmittel-Vorratsbehälter 21 in Verbindung, der hier der übliche Ausgleichsbehälter der Kupplungsbetätigung ist. Über weitere, als Druckventile geschaltete Einwegventile 22 und 23 besteht zumindest zeitweilig eine Verbindung zwischen den Druckräumen 19 und 20 einerseits und dem bereits beschriebenen Zylinder 9 andererseits, und zwar über das Mengenbegrenzungsven­ til 24, dessen Aufbau und Wirkungsweise noch zu beschreiben ist. In dieses Ventil 24 ist das federbelastete Rückstellventil 25 eingelassen, das die Rückstellung des Mengenbegrenzungsventils 24 durch dessen Feder ermöglicht.

In den Zylinder 9 mündet ferner die Rückströmleitung 27 ein. Sie wird jedoch bezüglich der Verbindungsleitung 28 zu den Druckventi­ len 22 und 23 nur dann wirksam, wenn infolge Betätigung des Kupp­ lungspedals 7 der Kolben 8 in Fig. 1 nach links verschoben ist und über seine Ringnut 29 eine Verbindung der Leitungen 27 und 28 herstellt.

Das Mengenbegrenzungsventil 24 hat die Aufgabe, bei großen Schwin­ gungsamplituden der Brennkraftmaschine 1 und demgemäß großen Flüs­ sigkeitsverdrängungen in der Kolben-Zylinder-Anordnung 13 einen zu großen Kupplungsschlupf und damit Kupplungsverschleiß sowie ungewollt starke Drehzahländerungen der Brennkraftmaschine 1 während der Schlupfphase der Kupplung 5 zu vermeiden. Zu diesem Zweck mündet unter dem Kolben 30 dieses Ventils 24 die mit der Drossel 31 bestückte, zum Vorratsbehälter 21 führende Entlastungsleitung 32 ein, wobei die Einmündungsstelle 33 dieser Leitung so gelegt ist, daß bei einer vorgegebenen, die Maximalmenge der in den Zylinder 9 bei störenden Schwingungen gelieferten Flüssigkeit bestimmenden Verschiebung des Kolbens 30 in Fig. 1 nach rechts die schräge Steuerfläche 34 des Kolbens 30 in den Bereich der Einmündungs­ stelle 33 gelangt und dadurch den Zulauf zur Entlastungsleitung 33 mehr und mehr freigibt. Diese Verschiebung des Kolbens 30 erfolgt entgegen der Wirkung der Feder 35.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß auf das Mengenbegrenzungsven­ til 24 und auch auf das in diesem Ausführungsbeispiel in den Kol­ ben 30 desselben integrierte Rückstellventil 25 verzichtet werden kann, falls die abgegriffenen Schwingungen 3 keine so große Amplitude besitzen, daß eine Mengenbegrenzung vorgenommen werden muß. In diesem Falle verbindet die Leitung 28 direkt die Auslässe der Druckventile 22 und 23 mit dem Zylinder 9.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:

Betrachtet man den Fall eines Lastwechsels, d. h. den Übergang von Schub auf Zug (oder umgekehrt) anhand des Diagramms a in Fig. 2, das den Verlauf des Motordrehmoments M _d über der Zeit t wiedergibt, so ergibt sich jeweils ein - relativ steiler - Nulldurchgang des Drehmomentenverlaufs. Wie sich gezeigt hat, ist gerade dieser Bereich des Nulldurchgangs ursächlich verantwortlich für die stören­ den Lastwechselerscheinungen, denen entgegenzuwirken Aufgabe der Erfindung ist. Sie äußern sich zunächst gemäß Diagramm b in Auswan­ derungen der Brennkraftmaschine 1 entsprechend Pfeil 3 in Fig. 1 aus der Neutrallage; Diagramm b in Fig. 2 zeigt diese Auswanderun­ gen L aus der Neutrallage N. Auch hier findet sich ein "Nulldurch­ gang", d. h. bei den Motorverschwenkungen gemäß Pfeil 3, denen übrigens auch Schwingungen überlagert sind, ergibt sich ein Dia­ gramm a in Fig. 2 sehr ähnlicher Zeitverlauf.

Betrachtet man nun Fig. 1, so erfolgt infolge der doppeltwirkenden Ausbildung der Kolben-Zylinder-Anordnung 13 mit den beiden Druckven­ tilen 22 und 23 diese Bewegung der Brennkraftmaschine 1 unabhängig von ihrer Richtung ein Strömungsmitteltransport in den Zylinder 9 der Kupplungsbetätigung und damit auch in den Zylinder 11. Dies gilt unter der Voraussetzung, daß das Kupplungspedal 7 nicht getreten ist. Ist dieses bereits getreten, d. h. ist ein Ausrücken der Kupplung vom Fahrer des Fahrzeugs bereits bewirkt, so schließt die Ringnut 29 im Kolben 8, wie bereits angegeben, die beiden Leitungen 27 und 28 unmittelbar kurz, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung wirkungslos ist.

Dieser Strömungsmittelzufluß zum Zylinder 9 wird über die Leitung 10 in den Zylinder 11 übertragen und bewirkt eine Verschiebung des Kolbens 12 in Fig. 1 nach links; damit verbunden ist über die Ausrückstange 6 ein mehr oder weniger vollständiges Ausrücken der Kupplung 5.

Wie bereits ausgeführt, ist entscheidende Ursache für das Auftreten störender Lastwechselreaktionen jeweils der Nulldurchgang des zeitlichen Verlaufs des Motordrehmoments M _d (Diagramm a in Fig. 2). Daher wird das beschriebene mehr oder weniger vollständige Ausrücken der Kupplung 5 auf einen relativ kurzen Zeitraum begrenzt, der beispielsweise maximal drei Sekunden betragen kann. Betrachtet man Diagramm d in Fig. 2, das den zeitlichen Verlauf des mit der Einrichtung erzeugten Schlupfes s der Kupplung wiedergibt, so erkennt man, daß der Schlupf innerhalb einer sehr kurzen Zeit t 1, beispielsweise weniger als 0,5 Sekunden, nach Beginn des Lastwechsels eingeleitet wird und nach einer Zeitspanne t 2 von beispielsweise weniger als drei Sekunden bereits wieder beendet ist; dann ist also die Kupplung 5 wieder eingerückt. Bewirkt wird dieser Schlupf­ abbau durch die Drossel 26, die entweder einen konstanten Strömungs­ durchlaß bildet oder in Abhängigkeit von einem Parameter der Brenn­ kraftmaschine 1, insbesondere der Drehzahl derselben, gesteuert sein kann. Sie kann auch so angesteuert sein, daß sie bei Lastwech­ selschlägen nur kurzzeitig im Bereich des Nulldurchgangs des Moments einen Kupplungsschlupf bewirkt.

Bei begrenzten Amplituden der Schwingungen 3 ergibt sich also eine Verschiebung des Kolbens 30 des Mengenbegrenzungsventils 24. Vom Vorratsbehälter 21 wird das Strömungsmittel über jeweils eines der Saugventile 17 und 18 in denjenigen Druckraum 19 bzw. 20 nachge­ liefert, dessen Volumen infolge der Bewegung des Kolbens 14 sich jeweils vergrößert. Sobald aber die Bewegungsamplituden der Brenn­ kraftmaschine 1 einen vorgegebenen Maximalwert überschreiten, wird der Kolben 30 in Fig. 1 so weit nach rechts verlagert, daß seine schräge Steuerfläche 34 die Einmündung 33 der Entlastungslei­ tung 32 mehr oder weniger freigibt, so daß dann die Leitung 32 einen Bypass zum Zylinder 9 bildet.

Das Ergebnis der Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist im Diagramm c der Fig. 2 dargestellt: Im Bereich der Nulldurchgänge des Verlaufs des Motordrehmoments M _d (Diagramm a) und der dabei auftretenden großen Bewegungsamplituden der Brennkraftmaschine 1 ergeben sich kurzzeitige Abfälle des von der Kupplung 5 zu den Rädern des Fahr­ zeugs übertragenen Drehmoments M. Die entsprechende Energiedifferenz wird in der Kupplung durch den Schlupf derselben in Reibung umge­ setzt.

Dem Rückstellventil 25 ist die Drossel 36 zugeordnet, die bei Bewegungen des Kolbens 30 in Fig. 1 nach rechts den Strömungsmittel­ fluß infolge unbeabsichtigten Öffnens des Rückstellventils 25 begrenzt.

Parallel zur Drossel 31 erkennt man das Überströmventil 37. Will man bereits relativ kleine Ausschläge 3 durch Kupplungsschlupf dämpfen, muß man die Einrichtung so auslegen, daß schon dann der Kolben 30 praktisch seine maximale Verschiebung nach rechts erfährt; sie kann durch einen Anschlag für den Kolben markiert sein. Zur Druckbegrenzung bei größeren Ausschlägen des Motors 1 öffnet das Überströmventil 37.

Wenn auch bei dieser Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung der Fall eines Lastwechselschlags zugrundegelegt wurde, gelten diese Betrachtungen doch ganz allgemein bezüglich der Bekämp­ fung von Ruck- oder Schwingungserscheinungen, die durch schnelle Drehmomentänderungen der Brennkraftmaschine hervorgerufen sind. Auch kann die Einrichtung mit rein mechanischen Mitteln arbeiten.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein Kraftfahrzeugantrieb der gattungs­ gemäßen Art geschafffen, der die in unerwünschten Schwingungen eines Teils im Antriebsstrang eines Fahrzeugs enthaltene Energie unmittelbar dazu ausnutzt, über die Einstellung eines geeigneten Kupplungsschlupfes die Schwingungen zu dämpfen.

Claims (14)

1. Kraftfahrzeugantrieb mit einer einem Antriebsaggregat nachge­ schalteten Kupplung, der eine Einrichtung zur Einstellung eines auftretenden unerwünschten Schwingungen, insbesondere beim Lastwechsel, entgegenwirkenden Kupplungsschlupfes zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Schwingungs­ ausschläge (3) eines Bestandteils (1) des Antriebs unmittelbar in ein Stellsignal für die Kupplung (5) umsetzend ausgebildet ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung an dem elastisch gelagerten (2) Antriebsaggregat (1) zur Umsetzung von Schwingungsausschlägen (3) desselben in das Stellsignal angreift.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Mittel (26) zur zeitlichen Begrenzung des Stellsignals aufweist.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Umsetzung zumindest eine Kolben-Zylinder-Anordnung (13) für ein Strömungsmittel vorgesehen ist.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung eine Anordnung nach Art einer Kolben-Zylinder-Anord­ nung (13) für ein Strömungsmittel enthält, von der ein Bauteil (14), mit dem Bestandteil (1) des Antriebs verbunden, sich entsprechend den Schwingungsausschlägen (3) relativ zu dem anderen Bauteil (15) unter gegensinnigen Volumenveränderungen von zwei Druckmittelkammern (19, 20) bewegt, die über Druck­ ventile (22, 23) zumindest zeitweise mit einer nach Art einer Kolben-Zylinder-Anordnung aufgebauten Kupplungsbetätigung (8, 9) sowie über Saugventile (17, 18) mit einem Strömungsmittel-Vor­ ratsbehälter (21) verbindbar sind.

6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ ventile (22, 23) strömungsabwärts zumindest zeitweise über eine Drossel (26) mit dem Vorratsbehälter (21) verbunden sind.

7. Antrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Kupplungspedal (7) eine Kolben-Zylinder-Anordnung (8, 9) verbunden ist, deren Kolben (8) nur bei betätigtem Kupplungspedal (7) einen Kurzschluß zwischen den strömungsabwär­ tigen Seiten der Druckventile (22, 23) und dem Vorratsbehälter (21) herstellt.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß den Druckventilen (22, 23) strömungsabwärts ein Mengen­ begrenzungsventil (24) nachgeschaltet ist.

9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengen­ begrenzungsventil (24) in einem Zylinder einen Kolben (30) enthält, der nach durch das Strömungsmittel entgegen Feder­ kraft (35) erfolgter Verschiebung um eine vorgegebene Strecke die zylinderseitige Einmündung (33) einer zum Vorratsbehälter (21) führenden Entlastungsleitung (32) freigibt.

10. Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ent­ lastungsleitung (32) eine Drossel (31) enthält.

11. Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Drossel (31) ein Überströmventil (37) liegt.

12. Antrieb nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kolben (30) eine schräge Steuerfläche (34) besitzt.

13. Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Mengenbegrenzungsventil (24) ein federbelastetes Rückstellventil (25) zugeordnet ist.

14. Antrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellventil (25) in den Kolben (30) des Mengenbegrenzungs­ ventils (24) integriert ist.