EP1888935A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer automatisierten reibkupplung zwischen einem motor und einem getriebe - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer automatisierten reibkupplung zwischen einem motor und einem getriebe

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Publication number
EP1888935A1
EP1888935A1 EP06754061A EP06754061A EP1888935A1 EP 1888935 A1 EP1888935 A1 EP 1888935A1 EP 06754061 A EP06754061 A EP 06754061A EP 06754061 A EP06754061 A EP 06754061A EP 1888935 A1 EP1888935 A1 EP 1888935A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clutch
control module
load
transmission
wear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06754061A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Winkel
Ramon Cordt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1888935A1 publication Critical patent/EP1888935A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16D2500/70—Details about the implementation of the control system
    • F16D2500/71—Actions
    • F16D2500/7101—Driver alarm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H35/10—Arrangements or devices for absorbing overload or preventing damage by overload

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an automated friction clutch and a device for carrying out this method according to the preamble of claims 1 and 19, respectively.
  • Automated friction clutches friction-based clutches whose operation is not directly controlled by an operator, have been used for quite some time in various types of motor vehicles.
  • automated friction clutches are regularly active during gear changes and starting operations.
  • these are also increasingly being used in vehicles with manually shiftable transmissions.
  • the desired gear is input directly from the driver mostly in the form of an electrical or electronic signal, which is processed by a control device accordingly and ultimately causes the actuation of actuators, which control the actual clutch and switching process.
  • the controls of automated friction clutches are designed so that the most advantageous driving characteristics of the vehicle result. This includes, for example, that during start-up a relatively generous slippage area of the friction clutch is provided which allows a driver on the one hand accurate dosing the increase in speed of the vehicle and a comfortable maneuvering, and the second offset even on relatively large gradients in the situation that Keep the vehicle at a standstill by pressing the accelerator pedal and without applying a brake.
  • a higher input speed of the clutch is selected here in most cases-corresponding to a motor speed raised relative to the operation when the clutch is completely closed-in order to be able to transmit torque to the drive-related downstream gear in conjunction with a corresponding input torque already during the closing of the clutch.
  • the effective power to the clutch P « U p is therefore dependent on the size of the engine torque M Mot and the difference in rotational speed between the friction linings of the clutch input shaft n E m and the clutch output shaft n Aus -
  • the energy input into the clutch Q ⁇ up results from integration of the power acting on the clutch over time:
  • This energy input Q ⁇ up corresponds to the work performed on the clutch or on the friction elements of the clutch and, on the one hand, causes wear of the friction elements and, on the other hand, increases the temperature of the friction elements and consequently also of other elements of the clutch.
  • the sum Q ⁇ U p ges from the energy Q ⁇ U p supplied to the clutch, and energy Q ⁇ up, discharged from the clutch. This results
  • the values for the energy supplied and discharged to the clutch can be determined with varying complexity and, if required, further influencing factors, such as the outside temperature and / or the temperature of any oil present in the clutch, can be taken into account.
  • further influencing factors such as the outside temperature and / or the temperature of any oil present in the clutch, can be taken into account.
  • a device for protecting a clutch against overheating which determines a torque transmitted by the clutch or introduced by a drive motor into a clutch and the difference between a clutch input speed and a clutch output speed, the product forms thereof and Assign a warning rest to this product using a table.
  • the current slip time is compared with the warning rest time and generates a warning signal when the warning rest time is exceeded.
  • the described device is thus based on the determination of a fictitious rest time, which is required following a slipping phase of the clutch, to avoid overheating of the same by a new slip phase, in case of falling below the warning rest time, a warning signal is output to the driver.
  • DE 33 34725 A1 relates at least primarily to automatically actuated clutches, in which the driver at a stop of the vehicle on a slope by a corresponding operation of the accelerator pedal over a longer Period causes a clutch slip. Only in a specific form of this known device, this works so that a second warning rest time can be provided, after the expiry of a device for slow, steady engagement of the clutch is actuated. For operating conditions other than the described holding a vehicle on a slope by operation of the accelerator pedal no suggestions for an automatic action on the control of the clutch are made.
  • an amount of energy entered into the clutch or the temperature of the clutch is monitored by a control device when the friction clutch is slipping, and the output torque of the drive engine is reduced when limit values are exceeded.
  • This procedure also has certain disadvantages.
  • the amount of energy introduced into the clutch depends not only on the torque of the drive motor but on the product of the same with the differential speed of the clutch.
  • the proposed approach has a negative effect on the driver as a power loss of the engine and can also lead to strong gradients that the reduced engine torque is no longer sufficient for adequate acceleration and subsequently triggered additional switching operations, which aggravate the problem again.
  • the invention has the object to provide a control method and a control device for an automated friction clutch with which on the one hand in a normal driving mode of the conventional clutch control corresponding, in terms of driving behavior optimized control of the friction clutch is possible, but in addition certain conditions, the controls of the friction clutch and possibly the engine and the transmission can be modified by a clutch control module such that damage to the clutch is avoided or wear of the friction surfaces is reduced.
  • a clutch is always understood to mean a friction-based, automated clutch, as is provided in the many cases between the drive motor and the transmission gear of a motor vehicle with automatic circuit.
  • the most significant application is in passenger cars or commercial vehicles with internal combustion engine and a transmission gearbox with several separately switchable gear ratios.
  • the invention may also be used to advantage in other types of propulsion engines, transmissions or vehicles, such as watercraft or motorcycles.
  • the invention is based on the finding that the load condition of the clutch or its friction elements with respect to the thermal load and / or wear can be concluded on the basis of various characteristic values, and that with the aid of these values and a comparison with correspondingly assigned limit values, a clutch control module Take measures by which a reduction of the load of the clutch is achieved.
  • the invention is further based on the finding that information from the driver about the load condition of the clutch by a warning signal is not desirable, while an automatic and immediate autonomous initiation of relief measures is more effective.
  • the inventors had the realization that monitoring several rer characteristic values and limits allow a more accurate estimation of the actual load condition of the clutch, and that by triggering several different measures, a particularly effective reduction of the load on the clutch can be achieved.
  • the invention is initially based on a method for controlling an automated clutch to reduce the burden of the same, wherein on one input side of the clutch, a torque of a drive motor is applied and this clutch is a transmission downstream of a transmission having different transmission ratios.
  • a clutch control module is provided, which can act on the operation of the clutch and / or the drive motor and / or the transmission.
  • the clutch, the drive motor and the transmission usually have control devices which can be networked together or even completely or partially integrated. It is irrelevant whether an influence of the clutch control module acts directly or by a corresponding control device on a clutch, a transmission and / or a drive motor.
  • the term of the control also in relation to control devices or control modules, should always be understood in the sense of an overarching, which also includes regulations in addition to pure controls.
  • the clutch control module reads in data with the aid of which it ascertains at least one load value of the clutch with reference to a thermal load and / or wear of the clutch.
  • These data may be physical quantities sensed by sensors, or values obtained from tables and / or mathematical links based on existing data.
  • the clutch control module compares the determined load values or values with limit values and, if at least one limit value is exceeded, initiates measures which, without the intervention of an operator or driver, act on a control of the clutch and / or the drive motor and / or the transmission in such a way that the thermal load on the clutch and / or its wear is reduced.
  • the quality of the method increases with the number of monitored or used parameters and with the number of possible triggerable measures.
  • the clutch control module initiates action when exceeding at least one threshold, without first informing an operator or driver by a signal in this regard, since as already shown, the benefit of such information in average good drivers is doubtful and beyond Insecurity or to reduce the driver's confidence in the capabilities and reliability of his vehicle.
  • the measures taken can take effect sooner without a time delay resulting from prior issuance of a warning message and therefore be more cautious with the same protective effect.
  • a first training in terms of the formation of a load value provides that the clutch control module monitors the total amount of heat that is registered in the clutch, compared with a first limit and initiates action on exceeding the first limit, through which the thermal load of the clutch and / or their wear is reduced.
  • the determination of a total amount of heat can be carried out, for example, according to the above-described formula (3), but also by other suitable calculations or estimates.
  • a measurement of the temperatures of the relevant parts is dispensable in this way.
  • the measurement, in particular the temperature of the friction surfaces of a clutch is often associated with a considerable effort, which can be avoided in this way by relatively simple calculations based on already known data.
  • a second embodiment of the invention characterized in that the clutch control module monitors the temperature of the clutch and friction elements of the clutch, compares with a second relevant limit and initiates action on exceeding the second limit, by which the thermal load of the clutch and / or their wear is reduced.
  • the temperature of the clutch or the friction elements is measured directly here. This can also be done without contact. If corresponding sensors are already present in the transmission used or appropriate equipment with a low overhead is possible, particularly current and reliable values can be obtained in this way.
  • the clutch control module can monitor the slip duration or the slip duration of the clutch, compare with a third relevant limit value and when the third is exceeded Limit value initiate measures by which the thermal load on the clutch and / or its wear is reduced.
  • slip time or slip time can be determined with minimal effort and already allows some conclusions about the load situation of the clutch. Nevertheless, the slip time is preferred to be used as a single value only when it comes to a particularly simple and inexpensive implementation of the method. Otherwise, it will go into the procedure as an additional burden value.
  • a qualitatively different load value can be obtained by monitoring the wear of the clutch or friction linings.
  • the clutch control module monitors the friction lining (s) for reaching a fourth limit of wear, and when exceeding this fourth limit initiates action to reduce the thermal load on the clutch and / or its wear, the remaining service life of the clutch can be significantly increased whereby, for example, an exchange of the friction linings on the end of a vacation trip or the next scheduled inspection can be postponed.
  • This load value is particularly suitable for both independently of the load values described above to trigger action, as well as to modify, for example, the limits for the other load values and thereby make the process more sensitive with increasing wear of the friction linings.
  • the clutch control module initiates at least one of the aforementioned limits one to four measures, which reduces the thermal load on the clutch and / or wear during startup, since in particular during startup often a significant load on the clutch occurs. This is especially true due to the above-described problem of a parked on optimal performance clutch control and in view of the also already described problem of a held with the help of the accelerator pedal on a hillside vehicle.
  • a first advantageous measure here is that the clutch control module causes an independent closing of the clutch when exceeding at least one of the aforementioned limits one to four. This closing is preferably done at a relatively low speed, so that the driver receives sufficient opportunity to prevent the vehicle by rolling the brake on or on a further acceleration.
  • the clutch control or the clutch control module may also interact with other systems, such as a collision warning device, to prevent the driver from riding up to an obstacle if the driver reacts too late or not adequately.
  • the clutch control module exceeds at least one of the aforementioned limits one to four, an acceleration of the closing Causes operation of the clutch, the slip time of the clutch is significantly reduced during a starting process and the load on the clutch thereby reduced.
  • the clutch control module when at least one of the abovementioned limit values one to four to be exceeded, to influence a repeated short-term acceleration and deceleration of the vehicle and / or vibration of the vehicle by influencing the clutch control.
  • This does not mean an already described closing of the clutch with subsequent opening of the clutch in the event of an insufficient response of the driver, but a control of the clutch and / or transmission, which has a vibration or vibration of the vehicle along its longitudinal axis result, as occurs, for example, when plucking a clutch. By these vibrations, the driver is caused to end the unpleasant for him condition by pressing the brake or by starting.
  • a mere warning signal in the form of e.g. a warning light or a warning sound is that even for a mediocre trained driver without physical background knowledge in a vibrating vehicle, the desired reaction is immediately obvious, and also compared to a warning light much stronger motivation for the driver is the desired clutch-friendly behavior to show.
  • the total load of the clutch can be kept lower than in a constant state of the clutch.
  • the clutch control module initiates one to four measures when exceeding at least one of the aforementioned limits, which reduces the thermal load of the clutch and / or its wear during gear changes, can in this way, especially in previous startup with a long slip time or with a strong heating of Friction linings further damage can be avoided.
  • the clutch control module determines when exceeding at least one of the aforementioned limits one to four, whether the speed difference between the current speed of the clutch and the speed of the clutch in the target gear is below a relevant fifth threshold and in this case the transmission control and / or the clutch control and / or influenced the engine control so that the switching operation is carried out without opening the clutch, slippage of the clutch can be completely avoided at least for a part total number of gear changes.
  • the lower the speed difference the easier it is possible to dispense with a separation of the drive train through the clutch. In particular, with very narrow stepped gears, this is possible.
  • the clutch control module is able to influence the engine control system, it can be activated in the neutral position of the transmission by actuating the engine after removing the previous gear. Before a suitable engine speed can be adjusted and also without involvement of the clutch, a gear change can be made.
  • the clutch control module may influence the transmission control and / or the clutch control and / or the engine control when at least one of the first to fourth threshold values is exceeded, such that the differential rotational speed at the clutch is below a sixth related limit when the clutch is closed lies.
  • the clutch for the gear change is indeed opened and then closed again, which has an overall positive effect on the shifting comfort and wear on the gearbox.
  • a similar feature of the method provides that, when at least one of the first to fourth limit values is exceeded, the clutch control module influences the transmission control and / or the clutch control and / or the engine control in such a way that a noticeable torque transmission from the drive engine to the transmission takes place only then, when the clutch is at least almost completely closed. This way will for a given initial speed difference on the clutch reduces the work done on the clutch, resulting in less load on the clutch.
  • Another approach is based on reducing the number of switching operations as a whole, rather than a clutch-friendly design of the individual switching operation. If the clutch control module in exceeding at least one of the first to fourth limits, the transmission control and / or the clutch control and / or the engine control influenced so that the average number of switching operations per time interval compared to normal operation decreases, so that per time interval or distance drops the clutch acting load. In addition, the stress-free phases lengthen, giving the clutch more opportunity to release absorbed energy in the form of heat to the environment.
  • the clutch control module determines two or more of the load values of the clutch with respect to a thermal load and / or wear of the clutch and links them to a superordinate load value, and the clutch control module then determines the superordinate load (s) determined.
  • the clutch control module determines the superordinate load (s) determined.
  • at least one limit value is exceeded, at least one limit value is initiated which, without the intervention of an operator or driver, acts on the control of the clutch and / or the drive motor and / or the transmission in such a way that the thermal load is applied Load of the clutch and / or their wear can be reduced. If several limit values are exceeded, preferably more of the above measures are initiated.
  • the device according to the invention is based on an automated clutch having an input side and an output side. With the clutch connected to a drive motor whose output shaft is rotatably connected to the input side of the automated clutch, and a transmission whose input shaft is rotatably connected to the output side of the automated clutch in combination.
  • a motor control device for controlling the drive motor, a transmission control device for controlling the transmission and a clutch control device for controlling the automated clutch are also provided and can preferably be connected to each other, for example via a data bus, ie an in-vehicle data transmission system ,
  • the device is now characterized in that in addition a clutch control module is provided, which is arranged so that it can read data from at least the clutch control device. It is further adapted to process this data at a load value of the automated clutch with respect to its thermal load and / or wear.
  • a device for storing and / or determining limit values for the load value or values, which may form an integral part of the clutch control module or else a separate electrical or electronic module or which may be integrated into another module.
  • the clutch control module further comprises means for comparing the determined load values with these limits.
  • an output device is provided as part of the clutch control module, which can act on exceeding one or more limits on the automated clutch and / or the gearbox and / or the engine or on the associated control devices in such a way that the thermal load of the clutch and / or their wear is reduced.
  • the single FIGURE shows the drive train of a vehicle, consisting of a drive motor 1, an automated clutch 3 and a transmission 5, wherein the output shaft of the drive motor 1 is connected via a first non-rotatable connection 2 with the input side of the automated clutch 3, while the output side of this Clutch 3 via a second non-rotatable connection 4 with the input shaft of the transmission 5 is in drive connection.
  • the output shaft of the transmission 5 is connected via a third non-rotatable connection 6 with a differential gear, not shown, and finally with the driven wheels of a motor vehicle.
  • the drive motor 1 is a motor controller 7, the automated clutch 3, a clutch control 8 and the transmission 5, a transmission control 9 associated with these controllers 7, 8, 9 as indicated by double arrows not only with their associated units 1, 3, 5 bidirectionally exchange information can, but also among each other over eg communicate with a data bus. Further, they communicate with a clutch control module 10.
  • the clutch control module 10 reads, for example, from the clutch control 8 data on the duration of the last slip phase of the clutch 3 and its input speed and output speed. If the clutch 3 has its own temperature sensors, these values are first transferred to the clutch control 8 and then forwarded to the clutch control module 10.
  • the speed values of the input and output sides of the clutch 3 can also be read in by the engine control 7 and the transmission control 9.
  • the engine controller provides data about the currently torque applied to the output shaft of the drive motor 1 ready.
  • the clutch control module 10 determines one or more load values of the clutch 3. In a memory integrated into the clutch control module 10 and not separately shown in this case, limit values for the individual load values are stored. If a comparison unit likewise integrated in the clutch control module 10 and not separately shown determines that one or more limit values are exceeded by the assigned load values, the clutch control module 10 initiates measures for reducing the clutch load by sending corresponding signals to the clutch control 8 and / or to the engine controller 7 and / or to the transmission control 9 outputs. The individual measures have already been described in detail above. The type of signals is dependent on the control units used 7, 8, 9 and data protocols.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung (3) zur Reduzierung der Belastung derselben. Anhand verschiedener Kennwerte wird auf den Belastungszustand der Kupplung (3) bzw. deren Reibelemente in Bezug auf thermische Belastung und/oder Verschleiß geschlossen. Ein Kupplungssteuerungsmodul (10) vergleicht die so ermittelten Belastungswerte mit zugeordneten Grenzwerten. Bei Überschreitung dieser Grenzwerte ergreift das Kupplungssteuerungsmodul (10) Maßnahmen zur Verringerung der Belastung der Kupplung. Die Maßnahmen kommen dabei ohne das Zutun eines Bedieners bzw. Fahrers aus und beruhen auf einem Eingriff in die Steuerung der Kupplung (8) und/oder des Antriebsmotors (7) und/oder des Getriebes (9) in der Art, dass die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird. Es werden eine Vielzahl von Belastungswerten und Maßnahmen sowohl für ein Anfahren oder ein Halten des Fahrzeugs am Hang mittels Fahrpedal, als auch für Gangwechselvorgänge während der Fahrt vorgestellt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer automatisierten Reibkupplung zwischen einem Motor und einem Getriebe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Reibkupplung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 19.
Automatisierte Reibkupplungen, also auf Reibung basierende Kupplungen, deren Betätigung nicht unmittelbar durch einen Bediener gesteuert wird, werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen verwendet. Insbesondere bei so genannten Automatikfahrzeugen sind automatisierte Reibkupplungen regelmäßig bei Gangwechseln und Anfahrvorgängen aktiv. Daneben werden diese jedoch auch zunehmend in Fahrzeugen mit manuell schaltbaren Getrieben eingesetzt. Bei diesen wird der Gangwunsch direkt vom Fahrer zumeist in Form eines elektrischen oder elektronischen Signals eingegeben, welches durch eine Steuerungsvorrichtung entsprechend aufbereitet wird und letztlich die Ansteuerung von Aktuatoren bewirkt, welche den eigentlichen Kupplungs- und Schaltvorgang steuern. Selbst in solchen Fällen, in denen ein durch den Fahrer zu betätigendes Kupplungspedal vorgesehen ist, bietet die Steuerung der Kupplungsposition durch Aktuatoren verschiedene Vorteile in Bezug auf die vom Fahrer aufzubringenden Kräfte, auf Pedalwege, auf die Genauigkeit der Einstellung der Kupplung und insbesondere bei besonderen Zuständen des Fahrzeugs, des Getriebes oder der Kupplung selbst.
Ein weiterer Vorteil automatisierter Reibkupplungen besteht bei entsprechender Ansteuerung in einem geringeren Verschleiß pro Kupplungsvorgang, so dass damit eine längere Standzeit der Reibkupplung und/oder eine schwächere Dimensionierung derselben bei gleicher Standzeit realisierbar sind.
Üblicherweise sind die Steuerungen automatisierter Reibkupplungen so ausgelegt, dass sich möglichst vorteilhafte Fahreigenschaften des Fahrzeugs ergeben. Hierzu gehört beispielsweise, dass bei Anfahrvorgängen ein relativ großzügiger Schlupf bereich der Reibkupplung vorgesehen ist, der einem Fahrer zum einen eine genaue Dosierung der Geschwindigkeitszunahme des Fahrzeugs sowie einen komfortablen Rangierbetrieb ermöglicht, und ihn zum zweiten selbst an relativ großen Steigungen in die Lage versetzt, das Fahrzeug durch Betätigung des Gaspedals und ohne Betätigung einer Bremse im Stillstand zu halten.
Weiter ist es üblich, die Zeitdauer der Lastunterbrechung bei einem Schaltvorgang dadurch zu verringern, dass die Reibkupplung bereits vor Erreichen einer minimalen Drehzahldifferenz zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle der Reibkupplung geschlossen wird. Insbesondere wird hier meist eine höhere Eingangsdrehzahl der Kupplung gewählt - entsprechend einer relativ zum Betrieb bei vollständig geschlossener Kupplung angehobenen Motordrehzahl -, um in Verbindung mit einem entsprechenden Eingangsdrehmoment bereits während des Schließens der Kupplung ein Drehmoment an das antriebstechnisch nachgeordnete Getriebe übertragen zu können.
Die vorstehend beschriebenen Auslegungen der Kupplungssteuerung führen jedoch zu einer Verlängerung der Rutschzeit der Kupplung und/oder zu einer Vergrößerung der während des Rutschens der Kupplung an den Reibelementen verrichteten Arbeit, und somit zu einer Erhöhung der Belastung der Kupplung. Diese höhere Belastung schlägt sich einerseits in einem erhöhten Verschleiß der Reibelemente und andererseits in einer Erhöhung der Temperatur derselben nieder. Dabei lässt sich unter Vernachlässigung von Randeffekten die an der Kupplung wirkende Leistung im Rutschbetrieb Pκup durch die
P„ = 2π(nJP. - n . ) *M Λ . Formel (1 )
Kup Ein Aus ' Mot x '
beschreiben.
Die an der Kupplung wirksame Leistung P«Up ist demnach abhängig von der Größe des Motormomentes MMot und von der Differenz der Drehzahl zwischen den Reibbelägen der Kupplungseingangswelle nEm und der Kupplungsausgangswelle nAus-
Der Energieeintrag in die Kupplung Qκup ergibt sich durch Integration der an der Kupplung wirksamen Leistung über die Zeit:
Qκup = Formel (2)
Dieser Energieeintrag Qκup entspricht der an der Kupplung bzw. an den Reibelementen der Kupplung verrichteten Arbeit und bewirkt einerseits einen Verschleiß der Reibelemente sowie andererseits einen Temperaturanstieg der Reibelemente und in der Folge auch an weiteren Elementen der Kupplung. Für eine Abschätzung der Temperaturänderung der Kupplung bzw. deren Reibbeläge Δ ϋ Kup genügt es, die Summe QκUp,ges aus der der Kupplung zugeführten Energie QκUp,zu und von der Kupplung abgeführten Energie Qκup,abzu betrachten. Damit ergibt sich
Δ*κup ~ (ötop,zu - QKup,ab ) = Qκup,Ses Formel (3) Je nach angestrebter Genauigkeit der Temperaturermittlung können die Werte für die der Kupplung zugeführte und abgeführte Energie unterschiedlich aufwändig ermittelt und bei Bedarf weitere Einflussfaktoren, wie beispielsweise die Außentemperatur und/oder die Temperatur eines eventuell in der Kupplung vorhandenen Öls, berücksichtigt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Temperatur der Reibbeläge direkt oder indirekt durch Temperatursensoren zu messen, was jedoch oft mit einem kostenbezogen höheren Aufwand verbunden ist.
Unabhängig von der Art der Temperaturermittlung nimmt mit steigender Temperatur zumindest oberhalb einer Grenztemperatur der Verschleiß der Reibelemente der Kupplung erheblich zu. Bei weiterem Anstieg der Temperatur besteht zudem die Gefahr einer Vorschädigung der Kupplung oder auch einer Zerstörung derselben. Es wurden daher bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zum Schutz einer Kupplung vor Überhitzung vorgeschlagen.
Aus der DE 33 34 725 A1 ist eine Einrichtung zum Schutz einer Kupplung gegen Überhitzung bekannt, die ein von der Kupplung übertragenes bzw. durch einen Antriebsmotor in eine Kupplung eingebrachtes Moment sowie die Differenz zwischen einer Kupplungseingangsdrehzahl und einer Kupplungsausgangsdrehzahl ermittelt, das Produkt daraus bildet und diesem Produkt mit Hilfe einer Tabelle eine Warnruhezeit zuordnet. Die jeweils aktuelle Schlupfzeit wird mit der Warnruhezeit verglichen und bei Überschreitung der Warnruhezeit ein Warnsignal erzeugt.
In Weiterbildungen dieser Einrichtung ist vorgesehen, dass die aktuell ermittelte Schlupfzeit zu den zuvor ermittelten Schlupfzeiten hinzuaddiert wird und die abgespeicherte Schlupfzeit kontinuierlich oder schrittweise erniedrigt wird. Auf diese Weise sollen die additiv wirkenden Erwärmungen durch aufeinander folgende Schlupfzeiten sowie die Abkühlung der Kupplung durch Abgabe von Wärme nach außen berücksichtigt werden. Nach Ablauf der Warnruhezeit wird ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben. Eine Änderung der Kupplungssteuerung ist hier zunächst nicht vorgesehen.
Die beschriebene Einrichtung basiert somit auf der Ermittlung einer fiktiven Ruhezeit, die im Anschluss an eine Rutschphase der Kupplung benötigt wird, um eine Überhitzung derselben durch eine erneute Rutschphase zu vermeiden, wobei im Falle einer Unterschreitung der Warnruhezeit ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben wird.
Ein durchschnittlich ausgebildeter Kraftfahrer wird zumeist nicht in der Lage sein, ein solches Warnsignal sinnvoll in eine Verhaltensänderung umzusetzen. Es kann zwar davon ausgegangen werden, dass ein Warnsignal den Fahrer zu einer vorsichtigeren Fahrweise ermahnt. Diese vorsichtige Fahrweise kann sich jedoch z.B. beim Halten des Fahrzeugs am Hang nur dann in eine Nutzung von Fahrzeugbremsen zur Verkürzung von Kupplungsrutschzeiten niederschlagen, wenn dem Fahrer die physikalischen Hintergründe vertraut sind. Zudem bedeutet die Auslösung eines Warnsignals fast zwangsläufig eine Verringerung des Vertrauens des Fahrers in die Leistungsfähigkeit und/oder Zuverlässigkeit des Fahrzeugs und ist somit unter Marketinggesichtspunkten möglichst zu vermeiden.
Obwohl als Aufgabe formuliert wird, für alle Betriebszustände einen Überhitzungsschutz der Kupplung zu gewährleisten, bezieht sich die DE 33 34725 A1 zumindest vornehmlich auf automatisch betätigte Kupplungen, bei welchen der Fahrer bei einem Anhalten des Fahrzeugs am Hang durch eine entsprechende Betätigung des Fahrpedals über eine längere Zeitspanne einen Kupplungsschlupf verursacht. Lediglich in einer speziellen Ausprägung dieser bekannten Einrichtung arbeitet diese so, dass eine zweite Warnruhezeit vorgesehen sein kann, nach deren Ablauf eine Einrichtung zum langsamen, stetigen Einrücken der Kupplung betätigt wird. Für andere Betriebszustände als dem beschriebenen Halten eines Fahrzeugs am Hang durch Betätigung des Fahrpedals werden keinerlei Vorschläge für eine automatische Einwirkung auf die Steuerung der Kupplung gemacht. Dies ist umso gravierender, als die Einflussmöglichkeiten des Fahrers in diesen Fällen stark eingeschränkt sind, da das Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsprofil des Fahrzeugs zum wesentlichen Teil durch die Verkehrssituation bestimmt wird. Dem Fahrer bliebe bei dem bekannten Verfahren im Wesentlichen nur, das Fahrzeug bei Aktivierung des Warnsignals für eine bestimmte Zeit zu parken, um die Kupplung entsprechend abkühlen zu lassen. Sofern dies in der gegebenen Situation überhaupt möglich ist, bleibt eine solche Vorrichtung in jedem Fall unbefriedigend.
Gemäß der DE 103 12 088 A1 wird von einer Steuerungseinrichtung bei schlupfender Reibungskupplung eine in die Kupplung eingetragene Energiemenge oder die Temperatur der Kupplung überwacht und bei Überschreitung von Grenzwerten das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine reduziert. Auch diese Vorgehensweise bietet gewisse Nachteile. So hängt die in die Kupplung eingebrachte Energiemenge nicht nur vom Drehmoment des Antriebsmotors sondern vom Produkt desselben mit der Differenzdrehzahl der Kupplung ab. Die vorgeschlagene Vorgehensweise macht sich als Leistungsverlust des Motors für den Fahrer negativ bemerkbar und kann zudem an starken Steigungen dazu führen, dass das reduzierte Motormoment nicht mehr für eine angemessene Beschleunigung ausreicht und in der Folge zusätzliche Schaltvorgänge ausgelöst werden, die das Problem abermals verschärfen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren und eine Steuerungsvorrichtung für eine automatisierte Reibkupplung vorzustellen, mit denen einerseits in einem normalen Fahrmodus eine der herkömmlichen Kupplungssteuerung entsprechende, in Hinblick auf das Fahrverhalten optimierte Steuerung der Reibkupplung möglich ist, zusätzlich jedoch bei Vorliegen bestimmter Bedingungen die Steuerungen der Reib- kupplung sowie gegebenenfalls des Motors und des Getriebes derart durch ein Kupplungssteuerungsmodul modifiziert werden können, dass eine Schädigung der Kupplung vermieden bzw. ein Verschleiß der Reibflächen verringert wird.
Dabei wird im Folgenden, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, unter einer Kupplung stets eine auf Reibung basierende, automatisierte Kupplung verstanden, wie sie in den vielen Fällen zwischen dem Antriebsmotor und dem Übersetzungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit Automatikschaltung vorgesehen ist. Der bedeutendste Anwendungsfall liegt dabei bei Personenkraftfahrzeugen oder Nutzfahrzeugen mit Verbrennungsmotor und einem Übersetzungsgetriebe mit mehreren separat schaltbaren Gangstufen. Die Erfindung kann jedoch ebenfalls bei anderen Arten von Antriebsmotoren, Getrieben oder Fahrzeugen, wie beispielsweise Wasserfahrzeugen oder Motorrädern mit Vorteil genutzt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den jeweils zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass anhand verschiedener Kennwerte auf den Belastungszustand der Kupplung bzw. deren Reibelemente in Bezug auf die thermische Belastung und/oder den Verschleiß geschlossen werden kann, und dass mit Hilfe dieser Werte sowie einem Vergleich mit entsprechend zugeordneten Grenzwerten ein Kupplungssteuerungsmodul Maßnahmen ergreifen kann, durch welche eine Verringerung der Belastung der Kupplung erreicht wird. Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Information des Fahrers über den Belastungszustand der Kupplung durch ein Warnsignal nicht wünschenswert ist, während eine automatische und unmittelbare autonome Einleitung von entlastenden Maßnahmen wirksamer ist. Schließlich hatten die Erfinder die Erkenntnis, dass eine Überwachung mehre- rer Kennwerte und Grenzwerte eine besonders genauere Abschätzung des tatsächlichen Belastungszustandes der Kupplung ermöglicht, und dass durch eine Auslösung mehrerer unterschiedlicher Maßnahmen eine besonders wirksame Verringerung der Belastung der Kupplung erreicht werden kann.
Demnach geht die Erfindung zunächst aus von einem Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung zur Reduzierung der Belastung derselben, wobei an einer Eingangsseite der Kupplung ein Drehmoment eines Antriebsmotors anliegt und dieser Kupplung ein Getriebe antriebstechnisch nachgeordnet ist, welches unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweist. Zudem ist ein Kupplungssteuerungsmodul vorgesehen, welches auf die Betriebsweise der Kupplung und/oder des Antriebsmotors und/oder des Getriebes einwirken kann.
Die Kupplung, der Antriebsmotor und das Getriebe weisen zumeist Steuereinrichtungen auf, welche unter einander vernetzt oder auch ganz oder teilweise integriert sein können. Es ist dabei unerheblich, ob eine Einflussnahme des Kupplungssteuerungsmoduls direkt oder durch ein entsprechendes Steuergerät auf eine Kupplung, ein Getriebe und/oder einen Antriebsmotor wirkt. Der Begriff der Steuerung, auch in Bezug auf Steuereinrichtungen oder Steuerungsmodule, soll dabei stets im Sinne eines Oberbergriffes verstanden werden, der neben reinen Steuerungen auch Regelungen mit umfasst.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist hinsichtlich des Verfahrens nun vorgesehen, dass das Kupplungssteuerungsmodul Daten einliest, mit deren Hilfe es zumindest einen Belastungswert der Kupplung mit Bezug zu einer thermischen Belastung und/oder einem Verschleiß der Kupplung ermittelt. Diese Daten können durch Sensoren erfasste physikalische Größen sein, oder mit Hilfe von Tabellen und/oder mathematischen Verknüpfungen auf der Basis von vorliegenden Daten gewonnene Werte sein. Das Kupplungssteuerungsmodul vergleicht den oder die ermittelten Belastungswerte mit Grenzwerten und leitet bei Überschreitung zumindest eines Grenzwertes Maßnahmen ein, die ohne das Zutun eines Bedieners bzw. Fahrers auf eine Steuerung der Kupplung und/oder des Antriebsmotors und/oder des Getriebes in der Art einwirken, dass die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird. Dabei steigt die Qualität des Verfahrens mit der Anzahl der überwachten bzw. herangezogenen Parameter sowie mit der Anzahl der möglichen auslösbaren Maßnahmen an.
Es ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines Grenzwertes Maßnahmen einleitet, ohne zuvor einen Bediener bzw. Fahrer durch ein diesbezügliches Signal zu informieren, da wie bereits dargestellt der Nutzen einer solchen Information bei durchschnittlich guten Fahrern zweifelhaft ist und darüber hinaus zur Verunsicherung oder zur Verringerung des Vertrauens des Fahrers in die Fähigkeiten und die Zuverlässigkeit seines Fahrzeugs führen kann. Zudem können die eingeleiteten Maßnahmen ohne einen durch vorherige Ausgabe einer Warnmeldung entstehenden Zeitverzug früher wirksam werden und daher bei gleicher Schutzwirkung behutsamer ausfallen.
Im Folgenden werden zunächst einige besonders vorteilhafte Parameter zur Bildung eines Belastungswertes der Kupplung beschrieben. Anschließend werden besonders vorteilhafte Maßnahmen genannt, wobei zunächst auf Maßnahmen eingegangen wird, die bei Anfahrvorgängen besondere Vorteile bieten und anschließend Maßnahmen erläutert werden, die bei Schaltvorgängen besonders nutzbringend sind. Es ist im Einzelfall jedoch jeweils auch möglich, bestimmte Maßnahmen, die in Verbindung mit Anfahrvorgängen vorgestellt werden, nutzbringend bei Schaltvorgängen beziehungsweise andersherum einzusetzen, weshalb die nachfolgende Zuordnung nicht im Sinne einer Einschränkung zu verstehen ist. Eine erste Ausbildung in Bezug auf die Bildung eines Belastungswertes sieht vor, dass das Kupplungssteuerungsmodul die Gesamt-Wärmemenge überwacht, die in die Kupplung eingetragen wird, mit einem ersten Grenzwert vergleicht und bei Überschreitung des ersten Grenzwertes Maßnahmen einleitet, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird.
Die Ermittlung einer Gesamt-Wärmemenge kann beispielsweise gemäß der vorstehend erläuterten Formel (3), aber auch durch andere geeignete Berechnungen oder Abschätzungen erfolgen. Eine Messung der Temperaturen der relevanten Teile ist auf diese Weise entbehrlich. Die Messung insbesondere der Temperatur der Reibflächen einer Kupplung ist oft mit einem erheblichen Aufwand verbunden, der auf diese Weise durch relativ einfache Berechnungen auf Grundlage ohnehin bekannter Daten vermieden werden kann.
Eine zweite Ausbildung der Erfindung ist dagegen dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul die Temperatur der Kupplung und oder von Reibelementen der Kupplung überwacht, mit einem zweiten diesbezüglichen Grenzwert vergleicht und bei Überschreitung des zweiten Grenzwertes Maßnahmen einleitet, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird. Vorzugsweise wird hier die Temperatur der Kupplung bzw. der Reibelemente direkt gemessen. Dies kann auch berührungslos erfolgen. Sofern entsprechende Sensoren bei dem verwendeten Getriebe ohnehin vorhanden sind oder eine entsprechende Ausrüstung mit einem geringen Mehraufwand möglich ist, können auf diese Weise besonders aktuelle und zuverlässige Werte gewonnen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Kupplungssteuerungsmodul die Rutschdauer bzw. die Schlupfdauer der Kupplung überwachen, mit einem dritten diesbezüglichen Grenzwert vergleichen und bei Überschreitung des dritten Grenzwertes Maßnahmen einleiten, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird.
Die Rutschdauer bzw. Schlupfdauer kann mit minimalem Aufwand ermittelt werden und lässt bereits gewisse Rückschlüsse auf die Belastungssituation der Kupplung zu. Dennoch wird die Rutschdauer bevorzugt als einziger Wert nur dann verwendet werden, wenn es auf eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung des Verfahrens ankommt. Ansonsten wird sie als zusätzlicher Belastungswert mit in das Verfahren eingehen.
Ein qualitativ anderer Belastungswert kann durch Überwachung des Verschleißes der Kupplung bzw. der Reibbeläge gewonnen werden. Wenn das Kupplungssteuerungsmodul den oder die Reibbeläge auf Erreichen eines vierten Grenzwertes für den Verschleiß überwacht, und bei Überschreitung dieses vierten Grenzwertes Maßnahmen einleitet, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird, kann die restliche Standzeit der Kupplung deutlich verlängert werden, wodurch beispielsweise ein Austausch der Reibbeläge auf das Ende einer Urlaubsfahrt oder die nächst planmäßige Inspektion verschoben werden kann.
Dieser Belastungswert eignet sich besonders dafür, sowohl unabhängig von den vorstehend beschriebenen Belastungswerten zur Auslösung von Maßnahmen zu dienen, als auch beispielsweise die Grenzwerte für die übrigen Belastungswerte zu modifizieren und das Verfahren dadurch mit zunehmendem Verschleiß der Reibbeläge empfindlicher reagieren zu lassen.
Grundsätzlich bleibt es dem Entwickler im Einzelfall überlassen, ob nur einer, mehrere oder alle der beschriebenen Belastungswerte ermittelt werden, und in welcher Weise gegebenenfalls Verknüpfungen im Sinne von mathematischen Operationen oder boolschen Verknüpfungen zwischen diesen Belastungswerten und/oder den zugeordneten Grenzwerten vorgesehen werden. Es ist jedoch sinnvoll, wenn das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier Maßnahmen einleitet, welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß bei Anfahrvorgängen verringert, da insbesondere bei Anfahrvorgängen oft eine erhebliche Belastung der Kupplung auftritt. Dies gilt insbesondere aufgrund der eingangs beschriebenen Problematik einer auf optimale Fahrleistungen abgestellten Kupplungssteuerung sowie in Hinblick auf die ebenfalls bereits beschriebene Problematik eines mit Hilfe des Fahrpedals an einem Hang gehaltenen Fahrzeugs.
Eine erste vorteilhafte Maßnahme besteht hier darin, dass das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier ein selbstständiges Schließen der Kupplung bewirkt. Dieses Schließen geschieht dabei bevorzugt mit einer relativ geringen Geschwindigkeit, so dass der Fahrer ausreichend Gelegenheit erhält, das Fahrzeug durch eine Betätigung der Bremse am Anrollen oder an einer weiteren Beschleunigung zu hindern.
Weiter ist es sinnvoll, wenn die Kupplung dabei nicht dauerhaft geschlossen, sondern nach einer vorbestimmten Zeitspanne wieder geöffnet wird. Hierdurch ist es für den Fahrer erheblich schwieriger, das Fahrzeug durch eine Veränderung der Stellung des Fahrpedals dennoch im Stillstand zu halten. Bei Bedarf kann die Kupplungssteuerung oder das Kupplungssteuerungsmodul selbstverständlich auch mit weiteren Systemen, wie etwa einem Kollisionswarngerät zusammenwirken, um bei verspäteter oder nicht ausreichender Reaktion des Fahrers ein Auffahren auf ein Hindernis zu verhindern.
Wenn das Kupplungssteuerungsmodul gemäß einer anderen Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier eine Beschleunigung des Schließ- Vorgangs der Kupplung bewirkt, wird bei einem Anfahrvorgang die Rutschzeit der Kupplung deutlich reduziert und die Belastung der Kupplung dadurch verringert.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier durch Einflussnahme auf die Kupplungssteuerung eine wiederholte kurzzeitige und an- und abschwellende Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder eine Vibration des Fahrzeugs bewirkt. Hierbei ist nicht ein bereits oben beschriebenes Schließen der Kupplung mit nachfolgendem Öffnen der Kupplung für den Fall einer nicht ausreichenden Reaktion des Fahrers gemeint, sondern eine Ansteuerung von Kupplung und/oder Getriebe, die ein Schwingen oder Vibrieren des Fahrzeugs entlang dessen Längsachse zur Folge hat, wie es beispielsweise beim Rupfen einer Kupplung entsteht. Durch diese Schwingungen wird der Fahrer dazu veranlasst, den für Ihn unangenehmen Zustand durch Betätigung der Bremse oder durch Anfahren zu beenden.
Der vorteilhafte Unterschied zu einem eingangs erwähnten bloßen Warnsignal in Form von z.B. einer Warnleuchte oder einem Warnton besteht darin, dass auch für einen nur mittelmäßig ausgebildeten Fahrer ohne physikalisches Hintergrundwissen bei einem schwingenden Fahrzeug die gewünschte Reaktion unmittelbar nahe liegend ist, und zudem eine im Vergleich zu einer Warnleuchte sehr viel stärkere Motivation für den Fahrer besteht, das gewünschte kupplungsschonende Verhalten zu zeigen. Zudem kann je nach Steuerung der Kupplung und des Motors die Gesamtbelastung der Kupplung geringer gehalten werden, als bei einem gleich bleibenden Zustand der Kupplung.
Während vorstehend mögliche Maßnahmen für ein stehendes Fahrzeug beziehungsweise für einen Anfahrvorgang erläutert wurden, werden nachfolgend Maßnahmen beschreiben, die insbesondere bei Gangwechselvorgängen sinnvoll sind. Unter einem Gangwechselvorgang wird dabei der Wechsel von einem Getriebegang in einen anderen Getriebegang während der Fahrt verstanden.
Wenn das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier Maßnahmen einleitet, welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß bei Gangwechselvorgängen verringert, kann auf diese Weise insbesondere bei vorangegangenen Anfahrvorgängen mit einer langen Rutschzeit bzw. mit einer starken Aufheizung der Reibbeläge eine weitere Schädigung vermieden werden.
Daneben existieren jedoch auch weitere Situationen, in denen die Kupplung während der Fahrt durch Gangwechsel hoch belastet wird. Dazu gehören unter anderem Bergfahrten mit durch Kurven und unterschiedliche Steigungen bedingte häufige Gangwechsel, sowie Fahrten mit häufigen starken Beschleunigungen.
Wenn das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier ermittelt, ob die Drehzahldifferenz zwischen der aktuellen Drehzahl der Kupplung und der Drehzahl der Kupplung im Zielgang unterhalb eines diesbezüglichen fünften Grenzwertes liegt und in diesem Fall die Getriebesteuerung und/oder die Kupplungssteuerung und/oder die Motorsteuerung so beeinflusst, dass der Schaltvorgang ohne ein Öffnen der Kupplung durchgeführt wird, kann zumindest bei einem Teil Gesamtanzahl der Gangwechsel ein Rutschen der Kupplung vollständig vermieden werden. Je geringer die Drehzahldifferenz ist, desto leichter kann auf eine Trennung des Antriebsstranges durch die Kupplung verzichtet werden. Insbesondere, bei sehr eng gestuften Getriebegängen ist dies möglich.
Wenn das Kupplungssteuerungsmodul auf die Motorsteuerung Einfluss nehmen kann, kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Motors nach dem Herausnehmen des bisherigen Ganges in der Neutralstellung des Getrie- bes eine geeignete Motordrehzahl eingestellt werden und ebenfalls ohne Beteiligung der Kupplung ein Gangwechsel vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren Ausprägung des Verfahrens kann das Kupp- lungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung und/oder die Kupplungssteuerung und/oder die Motorsteuerung so beeinflussen, dass die Differenzdrehzahl an der Kupplung beim Schließen der Kupplung unterhalb eines sechsten diesbezüglichen Grenzwertes liegt. In diesem Fall wird die Kupplung für den Gangwechsel zwar geöffnet und nachfolgend wieder geschlossen, was sich insgesamt positiv auf den Schaltkomfort und den Verschleiß am Getriebe auswirkt. Durch ein weitgehendes Anpassen der Motordrehzahl und damit der Drehzahl der Eingangsseite der Kupplung an die Drehgeschwindigkeit der Ausgangsseite der Kupplung tritt dennoch nur ein geringes oder sogar kein nennenswertes Rutschen der Reibbeläge aneinander auf. Das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs wird dadurch geringfügig verschlechtert, da sich die Zeitspanne der Lastunterbrechung bei einer genaueren Einstellung der Motordrehzahl etwas verlängert.
Je geringer die Differenzdrehzahl an der Kupplung bei deren Schließen ist, desto geringer ist die Belastung der Kupplung und desto größer sind die Einbußen in Bezug auf das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs. Es ist zur maximalen Schonung der Kupplung daher vorteilhaft, wenn der sechste Grenzwert minimal gehalten wird.
Eine ähnliche Ausprägung des Verfahrens sieht vor, dass das Kupp- lungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung und/oder die Kupplungssteuerung und/oder die Motorsteuerung so beeinflusst, dass eine spürbarer Momentenübertragung vom Antriebsmotor an das Getriebe erst dann stattfindet, wenn die Kupplung zumindest nahezu vollständig geschlossen ist. Auf diese Weise wird bei einer gegebenen anfänglichen Drehzahldifferenz an der Kupplung die an der Kupplung verrichtete Arbeit verringert, welches eine geringere Belastung der Kupplung zur Folge hat.
Ein anderer Ansatz beruht darauf, an Stelle einer möglichst kupplungs- schonenden Gestaltung des einzelnen Schaltvorgangs die Anzahl der Schaltvorgänge insgesamt zu verringern. Wenn das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung und/oder die Kupplungssteuerung und/oder die Motorsteuerung so beeinflusst, dass die durchschnittliche Anzahl von Schaltvorgängen pro Zeitintervall im Vergleich zum Normalbetrieb abnimmt, sinkt damit auch die pro Zeitinterwall oder Fahrstrecke auf die Kupplung wirkende Belastung. Zudem verlängern sich die belastungsfreien Phasen, wodurch die Kupplung in stärkerem Maße Gelegenheit erhält, aufgenommene Energie in Form von Wärme an die Umgebung abzugeben.
Dies kann besonders einfach dadurch geschehen, dass das Kupplungssteuerungsmodul bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung und/oder die Kupplungssteuerung und/oder die Motorsteuerung so beeinflusst, dass die gangbezogenen unteren Drehzahlgrenzen herabgesetzt und/oder die gangbezogenen oberen Drehzahlgrenzen heraufgesetzt und/oder der Bereich der zulässigen Motordrehzahlen vergrößert wird.
Bisher wurden die einzelnen Belastungswerte und Maßnahmen zwecks einer übersichtlichen und verständlichen Darstellung weitgehend getrennt von einander betrachtet. In der Praxis ist es jedoch sinnvoll, wenn das Kupplungssteuerungsmodul zwei oder mehr der Belastungswerte der Kupplung mit Bezug zu einer thermischen Belastung und/oder einem Verschleiß der Kupplung ermittelt und zu einem übergeordneten Belastungswert verknüpft, und das Kupplungssteuerungsmodul dann den oder die ermittelten übergeordneten Belas- tungswerte mit einem oder mehreren diesbezüglichen Grenzwerten vergleicht, und bei Überschreitung zumindest eines Grenzwertes Maßnahmen einleitet, die ohne das Zutun eines Bedieners bzw. Fahrers auf die Steuerung der Kupplung und/oder des Antriebsmotors und/oder des Getriebes in der Art einwirken, dass die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert werden. Bei einer Überschreitung mehrerer Grenzwerte werden bevorzugt zunehmend mehrere der vorstehenden Maßnahmen einleitet.
Hierdurch ist es auch möglich, bereits bei Überschreitung eines Grenzwertes, insbesondere jedoch bei Überschreitung mehrerer Grenzwerte oder bei Überschreitung eines Grenzwertes für einen übergeordneten Belastungswert mehrere Maßnahmen alternativ oder additiv wirksam werden zu lassen. Beispielsweise ist es sinnvoll, bei Überschreitung eines Grenzwertes bei einem Anfahrvorgang die Schließgeschwindigkeit der Kupplung zu erhöhen und bei den folgenden Schaltvorgängen einerseits die Schaltfrequenz durch eine Vergrößerung des Drehzahlbereiches der einzelner Gänge und eventuell durch das Überspringen einzelner Gänge zu verringern, und gleichzeitig bei den Schaltvorgängen die Kupplung erst dann zu schließen, wenn die Differenzdrehzahl unter einen niedrigen Grenzwert gefallen ist.
Während vorstehend das erfindungsgemäße Verfahren ausführlich beschrieben wurde, soll im Folgenden eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung genauer beschrieben werden. Es sei dabei einleitend erwähnt, dass es selbstverständlich in der Praxis üblich und oft auch vorteilhaft ist, bestimmte Steuerungsmodule oder Steuerungseinheiten mit anderen diesbezüglichen Modulen oder Einheiten zusammenzulegen, diese weiter zu unterteilen oder die Kommunikationswege zwischen den Einheiten und Modulen unterschiedlich auszugestalten.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung geht aus von einer automatisierten Kupplung mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite. Mit der Kupplung verbunden sind ein Antriebsmotor, dessen Ausgangswelle mit der Eingangsseite der automatisierten Kupplung drehfest verbunden ist, und ein Getriebe, dessen Einganswelle mit der Ausgangsseite der automatisierten Kupplung drehfest in Verbindung ist. Eine Motor-Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Antriebsmotors, eine Getriebe-Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Getriebes und eine Kupplungs-Steuerungseinrichtung zur Steuerung der automatisierten Kupplung sind ebenfalls vorgesehen und können bevorzugt z.B. über einen Daten-Bus, also ein fahrzeuginternes Datenübermittlungssystem, mit einander in Verbindung stehen.
Die Vorrichtung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Kupplungssteuerungsmodul vorgesehen ist, welches so beschaffen ist, dass es Daten zumindest von der Kupplungssteuerungsvorrichtung einlesen kann. Es ist weiter so beschaffen, dass es diese Daten zu einem Belastungswert der automatisierten Kupplung in Bezug auf deren thermische Belastung und/oder deren Verschleiß zu verarbeiten in der Lage ist.
Es ist eine Einrichtung zur Speicherung und/oder Ermittlung von Grenzwerten für den oder die Belastungswerte vorgesehen, die einen integralen Bestandteil des Kupplungssteuerungsmoduls oder auch ein eigenes elektrisches bzw. elektronisches Modul bilden oder in ein anderes Modul integriert sein kann.
Das Kupplungssteuerungsmodul umfasst weiter eine Einrichtung zum Vergleich der ermittelten Belastungswerte mit diesen Grenzwerten. Schließlich ist eine Ausgabevorrichtung als Teil des Kupplungssteuerungsmoduls vorgesehen, die bei Überschreitung eines oder mehrerer Grenzwerte auf die automatisierte Kupplung und/oder das Getriebe und/oder den Motor bzw. auf die zugeordneten Steuergeräte in der Art einwirken kann, dass die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird. Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt.
Die einzige Figur zeigt den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, bestehend aus einem Antriebsmotor 1 , einer automatisierten Kupplung 3 und einem Getriebe 5, wobei die Abtriebswelle des Antriebsmotors 1 über eine erste drehfeste Verbindung 2 mit der Eingangsseite der automatisierten Kupplung 3 verbunden ist, während die Ausgangsseite dieser Kupplung 3 über eine zweite drehfeste Verbindung 4 mit der Eingangswelle des Getriebes 5 in Antriebsverbindung ist. Die Ausgangswelle des Getriebes 5 ist über eine dritte drehfeste Verbindung 6 mit einem nicht gezeigten Differentialgetriebe und schließlich mit den angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeugs verbunden.
Dem Antriebsmotor 1 ist eine Motorsteuerung 7, der automatisierten Kupplung 3 eine Kupplungssteuerung 8 und dem Getriebe 5 eine Getriebesteuerung 9 zugeordnet, wobei diese Steuerungen 7, 8, 9 wie durch Doppelpfeile angedeutet nicht nur mit ihren zugeordneten Einheiten 1 , 3, 5 bidirektional Informationen austauschen können, sondern auch unter einander über z.B. einen Daten-Bus in Verbindung stehen. Weiter stehen sie mit einem Kupp- lungssteuerungsmodul 10 in Verbindung.
Das Kupplungssteuerungsmodul 10 liest beispielsweise von der Kupplungssteuerung 8 Daten über die Dauer der letzen Rutschphase der Kupplung 3 und deren Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl ein. Sofern die Kupplung 3 über eigene Temperatursensoren verfügt, werden diese Werte hier zunächst an die Kupplungssteuerung 8 übergeben und anschließend an das Kupplungssteuerungsmodul 10 weitergeleitet.
Die Drehzahlwerte der Eingangs- und der Ausgangsseite der Kupplung 3 können auch von der Motorsteuerung 7 und der Getriebesteuerung 9 eingelesen werden. Zusätzlich stellt die Motorsteuerung beispielsweise Daten über das momentan an der Abtriebswelle des Antriebsmotors 1 anliegende Drehmoment bereit.
Aus diesen und gegebenenfalls weiteren Werten ermittelt das Kupp- lungssteuerungsmodul 10 einen oder mehrere Belastungswerte der Kupplung 3. In einem in diesem Fall in das Kupplungssteuerungsmodul 10 integrierten und nicht gesondert dargestellten Speicher sind Grenzwerte für die einzelnen Belastungswerte hinterlegt. Sofern eine ebenfalls in das Kupplungssteuerungsmodul 10 integrierte und nicht gesondert dargestellte Vergleichseinheit feststellt, dass einer oder gar mehrere Grenzwerte durch die zugeordneten Belastungswerte überschritten werden, leitet die Kupplungssteuerungsmodul 10 Maßnahmen zur Verringerung der Kupplungsbelastung ein, indem sie entsprechende Signale an die Kupplungssteuerung 8 und/oder an die Motorsteuerung 7 und/oder an die Getriebesteuerung 9 ausgibt. Die einzelnen Maßnahmen sind dabei vorstehend bereits ausführlich dargelegt worden. Die Art der Signale ist von den verwendeten Steuergeräten 7, 8, 9 und Daten- Protokollen abhängig.
Bezuαszeichen
1 Antriebsmotor
2 erste drehfeste Verbindung
3 automatisierte Kupplung
4 zweite drehfeste Verbindung
5 Getriebe
6 dritte drehfeste Verbindung
7 Motorsteuerung
8 Kupplungssteuerung
9 Getriebesteuerung
10 Kupplungssteuerungsmodul

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Kupplung (3) zur Reduzierung der Belastung derselben, wobei an der Eingangsseite der Kupplung (3) ein Drehmoment eines Antriebsmotors (1) anliegt und der Kupplung (3) ein Getriebe (5) antriebstechnisch nachgeordnet ist, welches unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweist, und wobei ein Kupplungssteuerungsmo- dul (10) vorgesehen ist, welches auf die Betriebsweise der Kupplung (3) und/oder des Antriebsmotors (1) und/oder des Getriebes (5) einwirken kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) Daten einliest, mit deren Hilfe es zumindest einen Belastungswert der Kupplung (3) mit Bezug zu einer thermischen Belastung und/oder einem Verschleiß der Kupplung (3) ermittelt, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) den oder die ermittelten Belastungswerte mit Grenzwerten vergleicht und bei Überschreitung zumindest eines Grenzwertes Maßnahmen einleitet, die ohne das Zutun eines Bedieners bzw. Fahrers auf eine Steuerung der Kupplung (8) und/oder des Antriebsmotors (7) und/oder des Getriebes (9) in der Art einwirken, dass die thermische Belastung der Kupplung (3) und/oder deren Verschleiß verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines Grenzwertes Maßnahmen einleitet und der Bediener bzw. Fahrer durch ein Signal informiert werden kann.
3. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) die Ge- samt-Wärmemenge überwacht, die in die Kupplung (3) eingetragen wird, mit einem ersten Grenzwert vergleicht und bei Überschreitung des ersten Grenz- wertes Maßnahmen einleitet, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) die Temperatur der Kupplung (3) und/oder von Reibelementen der Kupplung (3) überwacht, mit einem zweiten Grenzwert vergleicht und bei Überschreitung des zweiten Grenzwertes Maßnahmen einleitet, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) die Rutschzeitdauer der Kupplung (3) überwacht, mit einem dritten Grenzwert vergleicht und bei Überschreitung des dritten Grenzwertes Maßnahmen einleitet, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) den oder die Reibbeläge der Kupplung (3) auf Erreichen eines vierten Grenzwertes für den Verschleiß überwacht, und bei Überschreitung dieses vierten Grenzwertes Maßnahmen einleitet, durch welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß verringert wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier Maßnahmen einleitet, welche die thermische Belastung der Kupplung (3) und/oder deren Verschleiß bei Anfahrvorgängen verringert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier ein selbstständiges Schließen der Kupplung (3) bewirkt.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier eine Beschleunigung des Schließvorgangs der Kupplung (3) bewirkt.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier durch Einflussnahme auf die Kupplungssteuerung (8) eine wiederholte kurzzeitige und an- und abschwellende Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder ein Vibration des Fahrzeugs bewirkt.
11. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier Maßnahmen einleitet, welche die thermische Belastung der Kupplung und/oder deren Verschleiß bei Gangwechselvorgängen verringert.
12. Verfahren nach wenigstens Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der vorgenannten Grenzwerte eins bis vier ermittelt, ob die Drehzahldifferenz zwischen der aktuellen Ausgangs-Drehzahl der Kupplung (3) und der gewünschten Drehzahl der Kupplung (3) im Zielgang unterhalb eines fünften Grenzwertes liegt, und in diesem Fall die Getriebesteuerung (9) und/oder die Kupplungssteuerung (9) und/oder die Motorsteuerung (7) so be- einflusst, dass der Schaltvorgang ohne ein Öffnen der Kupplung (3) durchgeführt wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung (9) und/oder die Kupplungssteuerung (8) und/oder die Mo- torsteuerung (7) so beeinflusst, dass die Differenzdrehzahl an der Kupplung (3) beim Schließen der Kupplung (3) unterhalb eines sechsten Grenzwertes liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der sechste Grenzwert kleiner ist als 150 UpM (Umdrehungen pro Minute), bevorzugt kleiner als 70 UpM und besonders bevorzugt kleiner als 25 UpM ist.
15. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung (9) und/oder die Kupplungssteuerung (8) und/oder die Motorsteuerung (7) so beeinflusst, dass eine spürbare Momentenübertragung vom Antriebsmotor (1 ) an das Getriebe (3) erst dann stattfindet, wenn die Kupplung (3) zumindest nahezu vollständig geschlossen ist.
16. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung (9) und/oder die Kupplungssteuerung (8) und/oder die Motorsteuerung (7) so beeinflusst, dass die durchschnittliche Anzahl von Schaltvorgängen pro Zeitintervall im Vergleich zum Normalbetrieb abnimmt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) bei Überschreitung zumindest eines der ersten bis vierten Grenzwerte die Getriebesteuerung (9) und/oder die Kupplungssteuerung (8) und/oder die Motorsteuerung (7) so beeinflusst, dass gangbezogenen untere Drehzahlgrenzen herabgesetzt und/oder gangbezogenen obere Drehzahlgrenzen heraufgesetzt und/oder der Bereich der zulässigen Motordrehzahlen vergrößert wird.
18. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) zwei oder mehr der Belastungswerte der Kupplung (3) mit Bezug zu einer thermischen Belastung und/oder einem Verschleiß der Kupplung (3) ermittelt, zu einem übergeordneten Belastungswert verknüpft, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) die ermittelten übergeordneten Belastungswerte mit einem oder mehreren Grenzwerten vergleicht, und bei Überschreitung zumindest eines Grenzwertes Maßnahmen einleitet, die ohne das Zutun eines Bedieners bzw. Fahrers auf die Steuerung der Kupplung (8) und/oder des Antriebsmotors (7) und/oder des Getriebes (9) in der Art einwirken, dass die thermische Belastung der Kupplung (3) und/oder deren Verschleiß verringert werden, und bei Überschreitung mehrerer Grenzwerte zunehmend mehrere der vorstehenden Maßnahmen einleitet.
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis18, die Folgendes umfasst: Eine automatisierte Kupplung (3) mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite, einen Antriebsmotor (1 ), dessen Ausgangswelle mit der Eingangsseite der automatisierten Kupplung (3) durch eine erste drehfeste Verbindung (2) verbunden ist, ein Getriebe (5), dessen Einganswelle mit der Ausgangsseite der automatisierten Kupplung (3) durch eine zweite drehfeste Verbindung (4) verbunden ist, eine Motor-Steuerungseinrichtung (7) zur Steuerung des Antriebsmotors (1), eine Getriebe-Steuerungseinrichtung (9) zur Steuerung des Getriebes (5) und eine Kupplungs-Steuerungseinrichtung (8) zur Steuerung der automatisierten Kupplung (3), dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich ein Kupplungs- steuerungsmodul (10) vorgesehen ist, welches so beschaffen ist, dass es Daten zumindest von der Kupplungssteuerungsvorrichtung (8) einlesen kann, und in der Lage ist, diese zu einem Belastungswert der automatisierten Kupplung (3) in Bezug auf deren thermische Belastung und/oder deren Verschleiß zu verarbeiten, dass weiter eine Einrichtung zur Speicherung und/oder Ermittlung von Grenzwerten für den oder die Belastungswerte vorgesehen ist, dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) eine Einrichtung zum Vergleich der ermittelten Belastungswerte mit diesen Grenzwerten umfasst, und dass das Kupplungssteuerungsmodul (10) eine Ausgabevorrichtung umfasst, die bei Überschreitung eines oder mehrerer Grenzwerte auf die automatisierte Kupplung (3) und/oder das Getriebe (5) und/oder den Motor (1 ) bzw. auf die zugeordneten Steuergeräte (8, 9, 7) in der Art einwirken kann, dass die thermische Belastung der Kupplung (3) und/oder deren Verschleiß verringert wird.
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