DE69117536T2 - Kupplungssteuerung - Google Patents

Kupplungssteuerung

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Steuerung der Kupplung in einem Fahrzeug, welches ein halbautomtisches oder vollautomatisches Getriebe aufweist.
  • Die Patente GB 2. 088 007 und GB 2 079 888 beschreiben Mittel zum Steuern einer Fahrzeugkupplung beim Hochfahren aus der Ruheposition, welche das Prinzip einer Steuerung mit geschlossener Schleife (Regelung) verwendet, wodurch die Motordrehzahl derart gesteuert wird, daß sie durch veränderung des Eingriffsausmaßes der Kupplung mit einer vorberechneten Referenzdrehzahl gleich wird. Durch diese Mittel ist es möglich sicherzustellen, daß sich das Fahrzeug gemäß den Wünschen des Fahrers entweder sanft oder kraftvoll aus der Ruhelage heraus weich bewegt, je nach dem, ob sich das Fahrzeug auf der Ebene befindet oder einen Hügel hinauffährt.
  • Die Patentanmeldung WO 89/10282 beschreibt ein Steuerungssystem, das eine Steuerung der Kupplung während eines Gangwechsels umfaßt, und die Patentanmeldung WO 89/03318 beschreibt die Steuerung der Kupplung während des normalen Fahrens in einer Weise, welchen einen Transmissionsstoß aufgrund plötzlicher Veränderungen der Drossel ausschaltet. Diese beiden Patentanmeldungen beschreiben Systeme, welche ein Eingriffsausmaß der Kupplung berechnen, das ein optimales Schlupfmoment ergeben soll, der Endeffekt kann jedoch aufgrund einer inherenten variabilität hinsichtlich der Leistung des Reibungsmaterials der Kupplungsflächen zu hart oder zu weich sein. Es ist das Ziel der Erfindung, das Prinzip der Steuerung mit geschlossener Schleife (Regelung) der zuerst erwähnten Patente auf die Steuerung der Kupplung im allgemeinen auszudehnen, welche in nicht aufgenommenen Zahnrädern treibt, um die Weichheit des Laufs während Gangänderungen, plötzliche Drosselveränderungen und andere Störungen zu verbessern.
  • Es sind andere Systeme bekannt, bei denen die Motordrehzahl mit der Drehzahl der angetriebenen Platte direkt verglichen wird und die dann versuchen, diese Differenz bei einem endlichen Wert, wie beispielsweise 150 U/min, einzustellen. Ein weiterer vorteil des hier beschriebenen Systems liegt darin, daß durch Vergleich der Motordrehzahl mit einer korrekt gewählten Referenz die Differenz nahe Null sein sollte, was bedeutet, daß die Skalierung des Parameters, welcher die Differenz repräsentiert, in vorteilhafterer Weise gewählt werden kann, was ermöglicht, daß das Steuerungssystem mit größerer Genauigkeit arbeitet. Wird das System in einem Mikroprozessor implementiert, müssen die Berechnungen innerhalb der Geschwindigkeitsschleife bei einer höheren Frequenz als andere Berechnungen wiederholt werden. Die Gestaltung der Schleife in einer Weise, daß der Fehler ohne weitere Berechnungen nahe Null liegt, unterstützt die Minimierung der Berechnung, die innerhalb der Schleife auszuführen ist.
  • Die US-A-4, 800,497 offenbart ein Fahrzeugkupplungssteuersystem, in dem die Steuerung zwischen zwei Kupplungsdrucksteuersignalen geschaltet wird, die von entsprechenden Funktionsgeneratoren in Abhängigkeit davon geliefert werden, ob die Drehzahl des zugeordneten Fahrzeugmotors höher als eine vorbestimmte Drehzahlgrenze ist. Das System betrifft die verhinderung eines Kupplungseingriffstoßes, falls ein zugeordnetes Getriebe in einen Antriebszustand geschaltet wird, wenn das zugeordnete Gaspedal niedergedrückt wird.
  • Die Erfindung schafft ein Steuersystem für die Steuerung einer Kupplung in einem Fahrzeug mit einem Motor, der über die Kupplung ein Getriebe antreibt, wobei das System aufweist: ein Kupplungsbetätigungsmittel, ein Meßmittel zum Messen einer Vielzahl von variablen Fahrzeugbetriebsparametern, zu denen wenigstens eine Motordrehzahl und eine Kupplungseinrückposition gehören, Referenzsignal-Erzeugermittel zum Erzeugen eines Referenzsignals und ein Steuerungsmittel das in einem ersten Modus arbeiten kann, wobei das Steuerungsmittel das Referenzsignal mit dem Motordrehzahlsignal vergleicht, um ein Fehlersignal zu erzeugen, und das Kupplungsbetätigungsmittel betätigt, so daß das Fehlersignal gegen Null tendiert, wobei das System gekennzeichnet ist durch die Schaffung eines zweiten Modus, in dem das Kupplungsbetätigungsmittel nicht durch das Referenzsignal gesteuert wird, wobei das Steuerungsmittel so eingerichtet ist, daß es in Reaktion auf Signale von den Meßmitteln, die Schwankungen in wenigstens einem der variablen Fahrzeugparameter anzeigen, zwischen den beiden Modi schaltet.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend lediglich beispielshaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:
  • Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Kupplungssteuerungssystems gemäß der Erfindung,
  • Figur 2 : eine graphische Darstellung, welche die zeitliche Veränderung verschiedener Parameter innerhalb des Systems von Figur 1 während eines Gangwechsels zeigt,
  • Figur 3 : eine graphische Darstellung, welche die zeitliche Veränderung verschiedener Parameter innerhalb des Systems von Figur 1 nach einer plötzlichen Drehmomentnachfrage von einem Fahrer zeigt,
  • Figuren 4a und 4b : graphische Darstellungen, welche die zeitliche veränderung von verschiedenen Parametern innerhalb des Systems von Figur 1 zeigen, wenn die Drehzahl der angetriebenen Platte eine maximale Sicherheitsmotordrehzahl übersteigt, und
  • Figur 5 : eine graphische Darstellung, welche die zeitliche Veränderung verschiedener Parameter innerhalb des Systems von Figur 1 zeigt, wenn die Motordrehzahl unterhalb eines festgesetzten Wertes fällt.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist ein Fahrzeugkupplungssystem einen Motor 10 und ein Getriebe 12 auf, die durch eine Reibungskupplung 14 über eine Getriebeeingangswelle 15 gekoppelt sind. Dem Motor wird Kraftstoff über eine Drossel 16 zugeführt, welche ein Drosselventil 18 aufweist, das von einem Gaspedal 19 betätigt wird. Die Kupplung 14 wird über eine Lösegabel 20 betätigt, die durch einen Hilfszylinder 22 betätigt wird. Das Getriebe wird über einen Ganghebel 24 betätigt. Ein Meßmittel weist einen Motordrehzahlsignalgenerator auf, der einen Motordrehzahlsensor 26, der einen Übertrager enthält, aufweist und ein Signal Ve erzeugt, das proportional zur Motordrehzahl ist; einen Drosselventilpositionssensor 30, der ein Signal Vt erzeugt, das proportional zum Ausmaß ist, in welchem die Drossel geöffnet ist; einen Pedalpositionssensor 39 oder einen Drehmomentnachfragesensor zum Erzeugen eines Signals, das mit der Position des Gaspedals 19, d.h. mit der Drehmomentnachfrage eines Fahrers, veränderbar ist; einen Gangpositionssensor 32, der ein Signal Vg erzeugt, das dem eingelegten Gang entspricht; einen Knopfschalter 33 auf dem Ganghebel 24, der auf dem Ganghebel 24 vom Fahrer aufgebrachte Kräfte erfaßt und ein Signal Vs erzeugt, welches eine Gangwechselabsicht anzeigt, einen Betätigungssensor 34, der ein Signal Vc erzeugt, das sich mit der Position des Hilfszylinders verändert; und einen Drehzahlsensor 42 für die angetriebene Platte, der ein Signal Vdp erzeugt, das proportional zur Geschwindigkeit der Getriebeeingangswelle 15 ist, die gleich zu derjenigen der angetriebenen Platte 40 der Kupplung 14 ist. Da die Geschwindigkeit des Fahrzeugs von der Umdrehungsgeschwindigkeit der angetriebenen Platte und dem eingelegten Gang abhängt, wirkt der Drehzahlsensor 42 der angetriebenen Platte tatsächlich als Fahrzeuggeschwindigkeitssensor. Die Sensorsignale werden zu einer Steuereinheit 36 übertragen, welche die Betätigung der Kupplung 14 über eine hydraulische Steuerung 38 steuert. Die Steuerungseinheit 36 weist einen Referenzsignalgenerator zum Erzeugen eines Referenzsignals Vr auf. Das Drosselsignal Ve, dessen idealisiertes Profil in Figur 2 gezeigt ist, ist typisch für eine vom Fahrer betätigte Drossel. Dieses Signal kann, falls erwünscht, für den Betrieb einer automatischen Drosselsteuerung 37 verwendet werden, die durch die Steuerungseinheit 36 betrieben wird. Die Drosselsteuerung 37 wird von der Steuerungseinheit 36 derart betrieben, daß sie die Drossel unabhängig vom Gaspedal 19 öffnen oder schließen kann.
  • Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist das Steuerungssystem in einem normalen oder Antriebsmodus, in dem keine Kupplungsbewegung erforderlich ist, während das Fahrzeug beispielsweise im zweiten Gang fährt und beschleunigt. Zur Zeit t=0 bewegt der Fahrer den Knopfschalter 33, wodurch angezeigt wird, daß er beabsichtigt, in den dritten Gang zu schalten. Das Steuerungssystem schaltet dann in einen automatischen Modus. Die Steuerung der Drossel wird vom Fahrer abgenommen, und die Drossel wird von der Drosselsteuerung 37 in zwei Stufen geschlossen. Die Kupplung wird durch die Hydrauliksteuerung 38 zwischen den zwei Stufen der Drosselschließung außer Eingriff gebracht. Da die Drossel geschlossen ist, fällt die Motordrehzahl ebenfalls graduell ab. Zur Zeit tl ist der zweite Gang außer Eingriff. Danach wird die Geschwindigkeit der angetriebenen Platte durch Synchronisierung rapide verringert, und die Motordrehzahl verringert sich graduell. Zur Zeit t2 ist der dritte Gang in Eingriff und der Kupplungseingriff beginnt. Die Kupplung wird bei einer festgelegten Geschwindigkeit in Eingriff gebracht, bis sie die minimale Eingriffsgrenze oder den Kußpunkt bei t3 erreicht. Das Steuerungssystem schaltet anschließend in einen Referenzmodus, wobei das Referenzsignal Vr auf einen Anfangswert gesetzt wird, der gleich dem Motordrehzahlsignal Ve ist. Das Referenzsignal Vr folgt anschließend einer eine vorbestimmte allgemeine Form aufweisenden Kurve, die während dem anfänglichen Kupplungseingriff abfällt und anschließend ansteigt, wenn der Kupplungseingriff vollendet ist. Die Motordrehzahl folgt der Referenzdrehzahl, wie nachstehend beschrieben wird. Die exakte Form der Vr-Kurve hängt davon ab, wie das Gaspedal 19 gedrückt wird, so daß die Kupplung schnell eingreift, falls der Fahrer schnell zu beschleunigen wünscht. Nach einer verzögerung seit dem Einrücken des dritten Gangs wird das Drosselventil 18 mit einer konstanten Geschwindigkeit geöffnet, bis seine Position bei t4 der Position des Gaspedals 19 entspricht. Anschließend wird die Steuerung der Drossel an den Fahrer zurückgegeben. Zur Zeit t5, wenn die Motordrehzahl und die Drehzahl der angetriebenen Platte gleich sind, wird die Steuerungsschleife verlassen und die Kupplung bei einer feststehenden graduellen Geschwindigkeit in vollen Eingriff bis t6 gebracht. Das Steuerungssystem schaltet anschließend in den normalen oder Antriebsmodus, wobei es auf ein weiteres Signal wartet, welches anzeigt, daß die Kupplungssteuerung erneut erforderlich ist.
  • Im Referenzmodus wird der Kupplungseingriff durch die Steuerungseinheit 36 derart gelenkt, daß das Motordrehzahlsignal Ve mit dem Referenzsignal Vr gleich gehalten wird. Dies wird durch einen Betrieb mit geschlossener Schleife (Regelungsbetrieb) durchgeführt, in dem das Motordrehzahlsignal Ve mit dem Referenzsignal Vr verglichen und ein Fehlersignal erzeugt wird, das entweder positiv oder negativ sein kann. Die Kupplung wird anschließend in oder außer Eingriff gebracht, um zu bewerkstelligen, daß das Fehlersignal zu Null tendiert. Diese Betätigung wird kontinuierlich wiederholt. Da der Motor die angetriebene Platte antreibt, wird in diesem Fall, falls Ve größer als Vr ist, d.h. das Fehlersignal negativ ist, die Kupplung in Eingriff gebracht, um den Motor geringfügig zu verlangsamen. Ist Vr größer als Ve, wird die Kupplung außer Eingriff gebracht, um eine Beschleunigung des Motors zu ermöglichen.
  • Der oben erwähnte Betrieb für ein Aufwärtsschalten des Getriebeverhältnisses kann im Prinzip für ein Zurückschalten des Getriebeverhältnisses verwendet werden.
  • Wie aus Figur 3 ersichtlich, wird zur Zeit t=0, wenn das Drosselsignal Vt unterhalb eines festgesetzten Wertes Vn fällt, die Kupplung außer Eingriff gebracht, und Vc fällt ab, so daß ihre Drehmomentübertragungskapazität verringert wird. Während das Drosselsignal niedrig bleibt oder graduell ansteigt, tritt kein Kupplungsschlupf auf. Wird jedoch zur Zeit t1 das Gaspedal plötzlich um mehr als einen festgesetzten Betrag niedergedrückt, welcher das Drosselsignal erhöht, schaltet das Steuerungssystem auf den Referenzmodus, und ein Referenzsignal Vr wird auf einen Anfangswert eingestellt, der größer als das Signal Vdp der angetriebenen Platte ist. Dies verursacht ein Lösen der Kupplung und ein Abfallen von Vc und ermöglicht einen Kupplungsschlupf, so daß der Motor in Richtung des Referenzwertes beschleunigen kann. Dieser Schlupf verhindert, daß das plötzliche Öffnen der Drossel einen plötzlichen Drehmomentanstieg in der Transmission erzeugt. Das Referenzsignal Vr wird anschließend derart festgesetzt, daß es einem vorberechneten Profil folgt, das nach einer kurzen Zeitdauer von typischerweise 400 ms zur Drehzahl der angetriebenen Platte zurückführt. Dies bewirkt, daß die Kupplung innerhalb dieser Zeitdauer zum nahezu vollen Eingriff zurückkehrt. Sind die Motordrehzahl und die Drehzahl der angetriebenen Platte bei t3 nahezu gleich, wird die Kupplung bei einer konstanten Geschwindigkeit bis zum vollen Eingriff bei t4 eingerückt. Die Bedingungen, unter denen die Kupplung anfänglich teilweise außer Eingriff gebracht wird, können die Anforderung umfassen, daß ein niedriger Gang, wie beispielsweise der erste oder zweite Gang, in Eingriff ist.
  • Bei einer weiteren Anwendung der Erfindung wird, wie in Figur 4 gezeigt, das Steuerungssystem verwendet, um zu verhindern, daß der Motor über eine maximale Sicherheitsdrehzahl dreht, während eine maximal mögliche Motorbremsung beibehalten wird. Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 sind die Motordrehzahl und die Drehzahl der angetriebenen Platte identisch, da das Fahrzeug mit voll eingerückter Kupplung beschleunigt. Ve und Vdp sind tatsächlich gleich, obwohl sie in Figur 4 aus Gründen der Klarheit getrennt sind. Zum Zeitpunkt t1 erreichen Vdp und Ve einen festgesetzten Wert Vem, welcher der maximalen Sicherheitsmotordrehzahl entspricht. Diese kann beispielsweise aufgetreten sein, wenn die Fahrzeugbremsen bei einem Gefälle ausfallen und ein niedriger Gang zum Bremsen eingelegt worden ist. Die Steuerungseinheit schaltet daher auf den Referenzmodus, wobei das Referenzsignal gleich vem gesetzt wird. In diesem Fall wird im Referenzmodus die Kupplung, da die angetriebene Platte den Motor antreibt, falls Ve größer als Vem ist, geringfügig außer Eingriff gebracht, um ein Abfallen der Motordrehzahl zu ermöglichen, und falls Ve niedriger als Vem ist, greift die Kupplung geringfügig ein, um eine weitere Bremswirkung zu erzeugen.
  • Fällt zum Zeitpunkt t2 die Drehzahl der angetriebenen Platte unterhalb Vem, wird die Kupplung vollständig in Eingriff gebracht und das Steuerungssignal schaltet den Referenzmodus aus. Während einer Zeitdauer, bei der Vdp größer als die Referenz Vem ist, kann eine Warnvorrichtung in Betrieb sein, um den Fahrer auf die Tatsache hinzuweisen, daß die Kupplung nicht mit dem Motor in Eingriff gelangen sollte, da die Drehzahl der angetriebenen Platte weit oberhalb der Motordrehzahl liegt. Dies könnte auftreten, wenn der Fahrer versehentlich den ersten Gang bei hohen Straßengeschwindigkeiten einlegt.
  • Die Steuerungseinheit kann auch verwendet werden, um die Transmissionsvibration zu verringern, wie in Figur 5 gezeigt. Läuft der Motor langsam, werden Unregelmäßigkeiten in der Motordrehzahl bemerkbar, die beispielsweise durch die Zündung der Zylinder verursacht werden. Um zu verhindern, daß die Unregelmäßigkeiten auf das Getriebe übertragen werden, wird das Motordrehzahlsignal Ve überwacht, und fällt dieses bei t1 unterhalb einen festgesetzten Wert, schaltet die Steuerungseinheit in den Referenzmodus, wobei das Referenzsignal derart festgesetzt wird, daß es einen vorbestimmten Betrag oberhalb Vdp bleibt. Dies hält die Kupplung in einem kontinuierlichen leichten Schlupfzustand und die Unregelmäßigkeiten der Motordrehzahl werden nicht oder nur teilweise auf die angetriebene Platte und das Getriebe übertragen.

Claims (13)

1. System für die Steuerung einer Kupplung (14) in einem Fahrzeug, das einen Motor (10) hat, der über die Kupplung ein Getriebe (12) antreibt, wobei das System folgende Komponenten aufweist: ein Kupplungsbetätigungsmittel (22); Meßmittel (26, 34) zum Messen einer Vielzahl von variablen Betriebsparametern des Fahrzeugs, zu denen wenigstens eine Motordrehzahl (ve) und eine Kupplungseinrückposition (Vc) gehören; Referenzsignal-Erzeugermittel zum Erzeugen eines Referenzsignals (Vr); und ein Steuerungsmittel (36), das in einem ersten Modus arbeiten kann, in dem das Steuerungsmittel das Referenzsignal (Vr) mit dem Signal der Motordrehzahl (ve) vergleicht, um ein Fehlersignal zu erzeugen, und das Kupplungsbetätigungsmittel betätigt, so daß das Fehlersignal gegen Null tendiert, wobei das System gekennzeichnet ist durch die Schaffung eines zweiten Modus, in dem das Kupplungsbetätigungsmittel nicht durch das Referenzsignal (Vr) gesteuert wird, wobei das Steuerungsmittel so eingerichtet ist, daß es in Reaktion auf Signale von den Meßmitteln (26, 34), die Schwankungen in wenigstens einem der variablen Fahrzeugparameter anzeigen, zwischen den beiden Modi schaltet.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (36) so eingerichtet ist, daß es in Reaktion auf Schwankungen in wenigstens einem der variablen Fahrzeugparameter (Ve, Vc) vom zweiten Modus in den ersten Modus schaltet.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (Vr) auf einen Anfangswert, der vom Momentanwert des variablen Fahrzeugparameters abhängig ist, gesetzt wird, wenn das Steuerungsmittel (36) in den ersten Modus schaltet.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangswert des Referenzsignals (Vr) vom Momentanwert einer Vielzahl von variablen Fahrzeugparametern abhängig ist.
5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (Vr) mit dern Wert von wenigstens einem der variablen Fahrzeugparameter in der Zeit variiert.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (Vr) nach einem festgelegten Schema in der Zeit variiert.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßmittel ein Gangschalt-Meßmittel (33) zum Erzeugen eines Signals (Vs) einschließt, das eine beabsichtigte Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes (12) anzeigt, wobei das Steuerungsmittel (36) so eingerichtet ist, daß es das Ausrücken der Kupplung (14) bewirkt, wenn ein Signal (Vs) empfangen wird, das eine beabsichtigte Änderung der Übersetzung anzeigt und anschließend das erneute Einrücken der Kupplung, nachdem ein anderes Verhältnis gewählt worden ist, wobei die Kupplung anfangs wieder im zweiten Modus eingerückt und anschließend während jedes erneuten Einrückens auf den ersten Modus geschaltet wird.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (36) das Ausrücken der Kupplung (14) mit einer festgelegten Geschwindigkeit bewirkt.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel (36) in den ersten Modus schaltet, wenn die Kupplung (14) wieder auf die minimale Überdeckungsgrenze eingerückt wird.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, außerdem gekennzeichnet durch die Einbeziehung eines Drehmoment-Sollwert- Signalgenerators zur Erzeugung eines Drehmoment-Sollwertsignals, das variabel mit dern benötigten Drehmoment ist, wobei das Steuerungsmittel (36) so eingerichtet ist, daß es in den ersten Modus schaltet, wenn das Drehmoment- Sollwertsignal plötzlich ansteigt.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangswert des Referenzsignals (Vr) um einen festgelegten Betrag größer als das Signal der Motordrehzahl (Ve) ist.
12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmittel auch in den ersten Modus schaltet, wenn das Steuerungsmittel feststellt, daß die Drehzahl (Ve) des Motors einen festgelegten Höchstwert (Vem) übersteigt, wobei das Referenzsignal (Vr) eine maximal zulässige Motordrehzahl darstellt.
13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (36) in den ersten Modus schaltet, wenn das Signal der Motordrehzahl (Ve) unter einen festgelegten Bereich abfällt.
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