DE4229024A1 - Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung - Google Patents

Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung einer von einem Stellantrieb betätigbaren Reibungskupplung eines von einer Brennkraftmaschine über die Reibungskupp­ lung und ein Schaltgetriebe angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend:
einen die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfassenden Motordrehzahlsensor,
einen die Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes erfassen­ den Getriebedrehzahlsensor und
eine auf die Drehzahlsensoren ansprechende, den Stellan­ trieb steuernde Steuerschaltung, die den Stellantrieb in Auskuppelrichtung einschaltet, wenn die von dem Motor­ drehzahlsensor oder dem Getriebedrehzahlsensor erfaßte Drehzahl kleiner als eine unter der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegende, erste Drehzahlschwelle ist.
Es ist bekannt, herkömmliche Reibungskupplungen mittels eines hydraulischen, pneumatischen oder elektromotori­ schen Stellantriebs und einer den Stellantrieb steuernden Steuerschaltung so zu automatisieren, daß auf das anson­ sten erforderliche, vom Fahrer zu betätigende Kupplungs­ pedal verzichtet werden kann. Der Steuerschaltung sind hierzu Drehzahlsensoren zugeordnet, die beispielsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine oder die Eingangs­ drehzahl eines der Reibungskupplung im Antriebsstrang nachgeordneten Schaltgetriebes erfassen. Abhängig von der Motordrehzahl und der Getriebeeingangsdrehzahl oder auch abhängig von sonstigen mit Hilfe geeigneter Sensoren erfaßter Betriebsparameter steuert die Steuerschaltung den Stellantrieb so, daß die Reibungskupplung möglichst ruckfrei einkuppelt. Um beim Anhalten das Abwürgen der Brennkraftmaschine zu verhindern, wird die Reibungskupp­ lung in ihre vollständig ausgekuppelte Stellung gesteu­ ert, sobald die Motordrehzahl unter eine vorbestimmte Drehzahlschwelle kleiner als die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine absinkt.
Bei herkömmlichen Steueranordnungen der vorstehend erläu­ terten Art muß für eine ordnungsgemäße Arbeitsweise sichergestellt sein, daß sich das Kraftfahrzeug in der durch den jeweils an dem Schaltgetriebe eingelegten Gang bestimmten Fahrtrichtung bewegt, wenn Fehlreaktionen der das Einkuppeln steuernden Steuerschaltung vermieden werden sollen. Das Kraftfahrzeug darf sich mit anderen Worten nur vorwärts bewegen, wenn einer der Vorwärtsfahr­ gänge eingelegt ist, und nur rückwärts bewegen, wenn der Rückwärtsgang eingelegt ist. Bewegt sich das Kraftfahr­ zeug beispielsweise durch Anrollen an einer Steigung mit eingelegtem Rückwärtsgang in Vorwärtsfahrtrichtung, so kann dies je nach Typ der Steueranordnung entweder dazu führen, daß in diesem Betriebszustand trotz eines Anfahr­ wunsches des Fahrers nicht eingekuppelt werden kann oder aber daß ohne Anfahrwunsch vollständig eingekuppelt und der Motor damit abgewürgt wird.
Um Betriebssituationen, bei welchen das Fahrzeug mit einem für die sich ergebende Fahrtrichtung falschen Gang anrollt, zu verhindern, ist es aus der DE-A-40 11 850 bekannt, der Steuerung einen die Drehrichtung des Getrie­ bes und damit die Fahrtrichtung erfassenden Sensor zuzu­ ordnen, der es der Steuerschaltung auch bei "falscher" Fahrtrichtung ermöglicht, korrekt zu reagieren. Ein solcher Sensor erhöht den Konstruktionsteileaufwand der Steueranordnung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie auf einfache Weise Fehlreaktionen bei der automatischen Betätigung der Reibungskupplung aufgrund einer dem einge­ legten Gang des Schaltgetriebes nicht entsprechenden Rollrichtung des Kraftfahrzeugs verhindert werden können.
Ausgehend von der eingangs erläuterten Anordnung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung den Stellantrieb in Einkuppelrichtung einschaltet, wenn die mittels des Getriebedrehzahlsensors erfaßte Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes größer als eine zweite über der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftma­ schine liegende Drehzahlschwelle ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß beim Anrollen des Fahrzeugs in der dem eingelegten Gang des Schaltgetriebes konstruktionsgemäß zugeordneten Fahrt­ richtung die Brennkraftmaschine durch das sich beschleu­ nigende Fahrzeug zumindest ab einer vorbestimmten Rollge­ schwindigkeit ebenfalls beschleunigt wird. Rollt das Fahrzeug jedoch hingegen entgegengesetzt der konstruk­ tionsbedingten Fahrtrichtung des Gangs an, beispielsweise in Vorwärtsrichtung bei eingelegtem Rückwärtsgang, so wird die Brennkraftmaschine bei zunehmend einrückender Kupplung stets mehr und mehr gedrückt, d. h. gebremst.
Sobald die Motordrehzahl jedoch unter die vorbestimmte, das Abwürgen verhindernde erste Drehzahlschwelle absinkt, wird die Kupplung wieder in Öffnungsrichtung gesteuert, worauf das Fahrzeug aufgrund der Hangabtriebskraft wieder beschleunigt und die Getriebeeingangsdrehzahl wieder ansteigt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Fahrer durch Betätigen entweder der Betriebsbremse das Fahrzeug anhält oder durch Betätigen des Fahrpedals das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine so weit erhöht, daß in der dem Gang zugeordneten Fahrtrichtung angefahren werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dem Fahrpedal des Kraftfahrzeugs ein Pedalsensor zugeordnet, der die Ruhestellung des zugeordneten Pedals erfaßt und auf den die Steuerschaltung anspricht. Die Steuerschal­ tung schaltet den Stellantrieb bei über der zweiten Dreh­ zahlschwelle liegender Eingangsdrehzahl des Schaltgetrie­ bes lediglich dann ein, wenn sich das Fahrpedal in seiner Ruhestellung befindet. Durch diese Maßnahme wird er­ reicht, daß der Fahrer das Fahrzeug bewußt auch entgegen der normalen Fahrtrichtung des eingelegten Gangs rollen lassen kann, was insbesondere im Rangierbetrieb zweck­ mäßig sein kann. Darüber hinaus kann auf diese Weise verhindert werden, daß unter extremen Fahrsituationen die Kupplung allein aufgrund der momentanen Drehzahlverhält­ nisse eingekuppelt wird.
Die Überwachung der Ruhestellung des Fahrpedals erlaubt es ferner der Steuerschaltung, die erste und/oder die zweite Drehzahlschwelle abhängig von der mittels des Motordrehzahlsensors in der Ruhestellung des Fahrpedals erfaßten Motordrehzahl sowie eines vorbestimmten Diffe­ renzwerts aktuell zu ermitteln. Die Steueranordnung ist damit selbst dann funktionsfähig, wenn eine Motorsteue­ rung zum Beispiel für den Kaltstart die Leerlaufdrehzahl momentan erhöhen sollte.
Zweckmäßigerweise liegt die erste Drehzahlschwelle zwi­ schen 100 und 300 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise etwa 200 Umdrehungen pro Minute unter der Leerlaufdreh­ zahl der Brennkraftmaschine, während die zweite Drehzahl­ schwelle zwischen 50 und 500 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise etwa 250 Umdrehungen pro Minute über der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Block­ schaltbild einer Anordnung zum Steuern der Reibungskupp­ lung eines Kraftfahrzeugs, die auch Anrollen des Kraft­ fahrzeugs entgegen der Fahrtrichtung des an seinem Schaltgetriebe eingestellten Gangs erlaubt, ohne daß die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs abgewürgt wird.
Das Kraftfahrzeug umfaßt in herkömmlicher Weise eine Brennkraftmaschine 1, die über eine Reibungskupplung 3 und ein Schaltgetriebe 5 Antriebsräder 7 antreibt. An dem Schaltgetriebe 5 können mittels eines Schalthebels 9 manuell mehrere Vorwärtsgänge sowie ein Rückwärtsgang eingestellt werden. Mittels eines Fahrpedals 11 kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Drosselklappe 13 der Brennkraftmaschine 1 bzw. eine nicht näher dargestellte Einspritzpumpe steuern.
Die Reibungskupplung 3 wird von einem Stellantrieb 15, bei dem es sich um einen pneumatischen, hydraulischen oder elektromotorischen Stellantrieb handeln kann, zwi­ schen ihrer vollständig ausgekuppelten Stellung und ihrer vollständig eingekuppelten Stellung verstellt, wobei die Stellposition der Kupplung 3 durch eine den Stellantrieb 15 steuernde Steuerschaltung 17 entsprechend der Fahrsi­ tuation bestimmt wird. Die Steuerschaltung 17 erfaßt mittels eines Motordrehzahlsensors 19 die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und mittels eines Drehzahlsensors 21 die Eingangsdrehzahl des Getriebes 5 und steuert die Kupplung 3 in an sich bekannter Weise beim Anfahren und beim Wechseln der Gänge des Getriebes 5. Ein die Ruhe­ stellung des Fahrpedals 11 erfassender Sensor 23 signali­ siert der Steuerschaltung 17 einen Anfahrwunsch des Fahrers, sobald dieser das Fahrpedal 11 aus der Ruhelage aus lenkt. Die bei stillstehendem Fahrzeug ausgekuppelte Kupplung 3 wird daraufhin beispielsweise abhängig von der mittels des Sensors 19 erfaßten Motordrehzahl mit wach­ sender Motordrehzahl eingerückt. Zum Wechseln der Gänge signalisiert ein auf das Berühren des Schalthebels 9 ansprechender Sensor 25 der Steuerschaltung 17 den Wunsch des Fahrers, den Gang zu wechseln, worauf die Steuer­ schaltung 17 die Kupplung 3 öffnet und nach dem Gangwech­ sel wieder schließt. Das Schließen der Kupplung kann hierbei abhängig von der Differenz der mittels der Senso­ ren 19, 21 erfaßten Drehzahlen gesteuert werden. Um zu verhindern, daß beim Anhalten des Fahrzeugs die Brenn­ kraftmaschine 1 abgewürgt wird, überwacht die Steuer­ schaltung 17 die Motordrehzahl daraufhin, ob sie unter eine vorbestimmte Drehzahlschwelle kleiner als die Leer­ laufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 absinkt. Wird die Brennkraftmaschine unter diese beispielsweise etwa 200 Umdrehungen pro Minute unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegende Drehzahlschwelle gedrückt, so wird die Kupplung 3 selbsttätig geöffnet. Die Steuerschaltung 17 vergleicht hierzu das Signal des Motordrehzahlsensors 19 mit der Drehzahlschwelle.
Das Kraftfahrzeug kann in manchen Betriebssituationen bei automatisch geöffneter Kupplung 3 und am Schaltgetriebe 5 eingelegtem Fahrgang zum Beispiel an einer Steigung anrollen. Um Betriebsstörungen zu verhindern, die zum Abwürgen der Brennkraftmaschine 1 führen können, wenn das Kraftfahrzeug entgegen der dem eingelegten Gang des Schaltgetriebes 5 zugeordneten Fahrtrichtung anrollt, also beispielsweise bei eingelegtem Rückwärtsgang in Vorwartsrichtung anrollt, schaltet die Steuerschaltung 17 den Stellantrieb 15 in Einkuppelrichtung ein, sobald die von dem Drehzahlsensor 21 erfaßte Getriebeeingangsdreh­ zahl mit wachsender Rollgeschwindigkeit des Fahrzeugs über eine Drehzahlschwelle größer als die Leerlaufdreh­ zahl der Brennkraftmaschine 1 hinaus anwächst. Da sich in diesem Fahrzustand die Eingangswelle des Getriebes 5 entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle der Brennkraft­ maschine 1 dreht, wird die Motordrehzahl mit zunehmend schließender Kupplung 3 mehr und mehr vermindert, bis sie unter die vorstehend erwähnte Abwürgedrehzahlschwelle fällt, worauf die Steuerschaltung 17 den Stellantrieb 15 wieder in Auskuppelrichtung einschaltet. Das während des Einrückens der Kupplung 3 abbremsende Fahrzeug kann wieder beschleunigen, bis erneut die obere Drehzahl­ schwelle erreicht ist und die Steuerschaltung 17 den Stellantrieb 15 wieder in Einkuppelrichtung einschaltet. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Fahrer entweder die Betriebsbremse des Fahrzeugs betätigt oder durch Betätigen des Fahrpedals 11 das Motordrehmoment so weit erhöht, daß das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine 1 in der dem eingelegten Gang zugeordneten Fahrtrichtung beschleunigt wird.
Die obere Drehzahlschwelle, die zum Einkuppeln führt, liegt zweckmäßigerweise etwa 250 Umdrehungen pro Minute über der Leerlaufdrehzahl. Die Steuerschaltung 17 ver­ gleicht mit dieser Drehzahlschwelle die Getriebeeingangs­ drehzahl. Da beim Anrollen entgegen der vorbestimmten Fahrtrichtung die Brennkraftmaschine bei geschlossener Kupplung 3 nicht unter die Getriebeeingangsdrehzahl absinken kann, kann auch das Öffnen der Kupplung 3 abhän­ gig von der Getriebeeingangsdrehzahl erfolgen. Es ver­ steht sich, daß hierzu jedoch auch das Signal des Motor­ drehzahlsensors 19 ausgenutzt werden kann.
Die obere Drehzahlschwelle berücksichtigt das Überset­ zungsverhältnis des Schaltgetriebes 5 in den einzelnen Gängen, um in jedem der Gänge die Kupplung 3 bei ungeeig­ neter Rollrichtung schließen zu können. Da sich die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 betriebsabhän­ gig, beispielsweise bei einem Kaltstart, ändern kann, ermittelt die Steuerschaltung 17 in der mittels des Sensors 23 erfaßten Ruhestellung des Fahrpedals 11 bei geöffneter Kupplung 3 bzw. bei der Neutralstellung des Getriebes 5 über den Motordrehzahlsensor 19 die aktuelle Leerlaufdrehzahl und errechnet nachfolgend geeignete Drehzahlschwellen, beispielsweise durch Addition eines vorgegebenen Dreh­ zahldifferenzwerts von beispielsweise 250 Umdrehungen pro Minute zur aktuellen Leerlaufdrehzahl.
In einer weiteren Variante spricht die Steuerschaltung 17 ferner nur dann auf die Überschreitung der oberen Dreh­ zahlschwelle mit Schließen der Kupplung 3 an, wenn sich das Fahrpedal 11 in der durch den Sensor 23 erfaßten Ruhestellung befindet.
Das Getriebe 5 ist im vorstehend erläuterten Ausführungs­ beispiel als manuell zu schaltendes Getriebe dargestellt; es kann sich allerdings auch um ein halbautomatisches Getriebe handeln.

Claims (6)

1. Anordnung zur Steuerung einer von einem Stellantrieb (15) betätigbaren Reibungskupplung (3) eines von einer Brennkraftmaschine (1) über die Reibungskupplung (3) und ein Schaltgetriebe (5) angetriebenen Kraftfahr­ zeugs, umfassend
  • - einen die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) erfas­ senden Motordrehzahlsensor (19),
  • - eine auf die Drehzahlsensoren (19, 21) ansprechende, den Stellantrieb (15) steuernde Steuerschaltung (17), die den Stellantrieb (15) in Auskuppelrichtung einschaltet, wenn die von dem Motordrehzahlsensor (19) oder dem Getriebedrehzahlsensor (21) erfaßte Drehzahl kleiner als eine unter der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (1) liegende, erste Drehzahl­ schwelle ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (17) den Stellantrieb (15) in Einkuppelrichtung einschaltet, wenn die mittels des Getriebedrehzahlsensors (21) erfaßte Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes (5) größer als eine zweite, über der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (1) lie­ gende Drehzahlschwelle ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Fahrpedal (11) des Kraftfahrzeugs ein Pedalsen­ sor (23) zugeordnet ist, der die Ruhestellung des zugeordneten Pedals (11) erfaßt und auf den die Steu­ erschaltung (17) anspricht, und daß die Steuerschal­ tung (17) den Stellantrieb (15) bei über der zweiten Drehzahlschwelle liegender Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes (5) lediglich dann einschaltet, wenn sich das Fahrpedal (11) in seiner Ruhestellung befin­ det.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (17) die erste und/oder die zweite Drehzahlschwelle abhängig von der mittels des Motor­ drehzahlsensors (19) in der Ruhestellung des Fahrpe­ dals (11) erfaßten Motordrehzahl sowie einen vorbe­ stimmten Differenzwert ermittelt.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuerschaltung (17) den Stellantrieb (15) in Auskuppeleinrichtung abhängig von der mittels des Getriebedrehzahlsensors (21) erfaßten Eingangs­ drehzahl des Schaltgetriebes (5) einschaltet, wenn die Eingangsdrehzahl die erste Drehzahlschwelle unter­ schreitet.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehzahlschwelle zwi­ schen 100 und 300 Umdrehungen pro Minute unter der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (1) liegt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehzahlschwelle zwi­ schen 50 und 500 Umdrehungen pro Minute über der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (1) liegt.
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