EP1902227A1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung einer fahrzeugkupplung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung einer fahrzeugkupplung

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EP1902227A1
EP1902227A1 EP06742399A EP06742399A EP1902227A1 EP 1902227 A1 EP1902227 A1 EP 1902227A1 EP 06742399 A EP06742399 A EP 06742399A EP 06742399 A EP06742399 A EP 06742399A EP 1902227 A1 EP1902227 A1 EP 1902227A1
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EP
European Patent Office
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clutch
pump
pressure
working fluid
valve
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06742399A
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English (en)
French (fr)
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Reinhard Stehr
Manfred Homm
Marco Grethel
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG, LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH filed Critical LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
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    • F16D2500/70402—Actuator parameters
    • F16D2500/7041—Position

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device in the form of a hydraulic unit for controlling a vehicle clutch according to the preamble of claims 1 and 11.
  • a pump 1 is driven by an (electric) motor 2 and fills the high-pressure accumulator 3, which is designed as a diaphragm accumulator.
  • a sensor 4 measures the pressure. If two clutches 5 and 6 are provided, they are controlled via a respective solenoid valve 7 and 8 and, if necessary, supplied with the working fluid from the high-pressure accumulator 3.
  • the pump 1 is supplied from a tank 9 with the working fluid.
  • the solenoid valves 7 and 8 are formed for example as pressure reducing valves. For the pre-filling of the clutches 5 or 6, it would be sufficient to supply the working fluid under a low pressure, for example 5 to 10 bar, in order to fill the clearance of the clutches. To close the clutch 5 or 6, a pressure of about 45 bar would have to be present without a volume flow of working fluid would be necessary.
  • the known hydraulic unit uses a large and expensive high-pressure accumulator to fill the clutches 5 or 6 and close.
  • the clutches 5 and 6 are opened, the working fluid flows back into the tank 9 via the magnetic valves 7 and 8.
  • the elements shown the known hydraulic unit are about hydraulic lines or control lines connected to each other, as shown in the figure 1.
  • the clutches 5 and 6 are supplied with working fluid from the high-pressure accumulator 3, so that they are closed or it is the working fluid from the clutches 5 and 6 conveyed back into the tank 9, wherein the clutches 5 or 6 by its own weight or a spring open.
  • two multi-plate clutches provided in a rear axle of a vehicle are to be closed hydraulically for redistributing the wheel torques.
  • the advantage here is that the expensive high-pressure accumulator, as used in the prior art, saved and saved by a simple, robust and cost-effective dertik arrived can be replaced.
  • the pump can be very small in this embodiment of the invention.
  • the pump which is preferably driven by an electric motor, charges the low-pressure accumulator to the pressure required to fill the clutch, for example 10 bar.
  • the pump can equally well be driven by an axle shaft of an electric motor, or an internal combustion engine of the vehicle, for this purpose, a pressure limiting valve is preferably installed in the hydraulic circuit, which limits the pressure accordingly. After charging the low-pressure accumulator, the pump can be switched off.
  • a pressure reducing valve is installed in front of each clutch to be actuated, so that the pressure from the low pressure accumulator, as soon as this pressure reducing valve is energized, passed into the clutch and this can be filled.
  • the pump is put into operation at the same time, so that immediately after the filling of the clutch (s), the pump pressure operates the pressure reducing valves and closes the clutch accordingly.
  • a follower valve must be provided between the pump and the low pressure accumulator, which always closes so far that the pump pressure operates the pressure reducing valves, wherein the effluent from the follower valve working fluid, preferably an oil, is used to recharge the low pressure accumulator.
  • the low-pressure accumulator is designed as a spring store, wherein a mechanical spring is installed instead of the usual gas bubble and thus a particularly cost-effective and robust pressure accumulator can be realized.
  • a pressure-reducing valve is provided in the inlet for each clutch or for two clutches, a pressure reducing valve and a switching valve are provided.
  • the solenoid valve is a pressure relief valve, which dammed up the pumped by the pump working fluid to the required for closing the clutch pressure level.
  • a separate pump is provided for each of the two clutches so that the two clutches, for example designed as multi-plate clutches and arranged in a rear differential of a vehicle, can be controlled or closed independently of each other.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the power steering pump of the vehicle is used as a pump.
  • the existing power steering pump serves as a source of pressurized working fluid.
  • the outlet pressure of the power steering system is used to fill and close the clutch (s). In this embodiment, it must be ensured by suitable measures that the steering function is prioritized before the clutch function.
  • the pump or the pumps are operated permanently, so that no more pressure accumulator is provided in the hydraulic unit.
  • the hydraulic unit according to the invention which is designed in particular for controlling at least one clutch in a transaxle of a vehicle, may have at least one pump which conveys a working fluid and at least one solenoid valve which is associated with the at least one clutch, the pump both for filling the clutch as well as to close the clutch promotes the working fluid under pressure to the clutch.
  • the working fluid can be permanently conveyed by the pump and therefore not only for the clutch closing function, but possibly also for a cooling function, such as a rear axle differential used.
  • a high dynamic is necessary, with a clearance in the clutch has to be done by filling with the working fluid before the actual closing of the clutch. Closing at least one of Both clutches must be done within a short time (less than 100 ms). For filling, a relatively low pressure of 5 to 10 bar is required, while for the final closing of the clutch, a pressure of about 45 bar must be applied, in which case, however, virtually no volume flow of working fluid is required.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a hydraulic unit with a high-pressure accumulator according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first preferred embodiment of a hydraulic unit according to the invention with two permanently operated pumps for two clutches;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second preferred embodiment of a hydraulic unit according to the invention with a permanently operated pump for two clutches;
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a third preferred embodiment of a hydraulic unit according to the invention with a low-pressure accumulator and a follow-up valve;
  • Figure 5 is a schematic representation of a fourth preferred embodiment of a hydraulic unit according to the invention, which is connected to a power steering system of a vehicle.
  • Fig. 6 shows an embodiment according to Figure 4, in which only one pressure reducing valve. is used.
  • two pumps 1 are provided which ensure the supply of the clutches 5 and 6 with working fluid or oil.
  • Each of the clutch 5 and 6 is supplied by a respective pump 1 with oil, which are preferably driven by the axle shafts of the rear axle.
  • the two pumps 1 (not shown) via electric motors are driven.
  • the two clutches 5 and 6 of Figure 2 can be controlled independently, d. H. be closed, with no high-pressure accumulator is required.
  • two separate pumps 1 can also realize an embodiment with only one vane pump, in which case expediently the two floods of this vane pump takes over the oil supply for each of the clutches 5 and 6.
  • each of the clutch 5 or 6 associated hydraulic circuit jammed an electrically operated pressure relief valve 10 or 11 when energized the pump flow of working fluid or hydraulic oil to the required pressure level that the respective clutch can be closed, while at an electroless pressure relief valve 10 and 11 open these valves and divert the working fluid or hydraulic oil into the tank 9.
  • a simple switching valve 12 in an emergency for example, in case of failure of the pressure relief valves 10 or 11, both clutches 5 and 6 depressurized.
  • This variant is shown in the dashed circle in FIG. Then, the working fluid is discharged from the clutches 5 and 6 via the check valves 13 and the switching valve 12 into the tank 9.
  • the pump can be turned off when no more filling of the low pressure accumulator required or when the clutch is not close.
  • the pump is operated only when actually a closing operation of the clutch is initiated.
  • the (pre-) filling of the clutch will take place from the low-pressure accumulator, while preferably at the same time the pump starts, in order to achieve the final closing of the clutch by means of the pump pressure.
  • the second embodiment according to the present invention which is shown in Figure 3 only one pump 1 is provided which supplies both clutches 5 and 6 via the pressure reducing valves 18 and 19 and a biasing valve 15 with working fluid.
  • the pump 1 which in turn is driven preferably by an axle shaft or an electric motor (not shown), promotes the working fluid via the preload valve 15 into the tank 9 almost without pressure in a rest position, so that a permanently driven pump 1 can be used.
  • the working fluid which flows from the biasing valve 15, for cooling, for example, for cooling the rear axle, used.
  • the adjusting clutch pressure of the clutches 5 or 6 via the feedback with the OR element 17 raises the pressure of the working fluid at the pretensioning valve 15 in accordance with the clutch pressure requirement.
  • the two pressure reducing valves 18 and 19 the higher of the two coupling pressures is decisive and determining the system pressure.
  • an emergency lowering device 16 similar to that shown in FIG. 2, may be provided. Then the or-member 17 assumes the function of the two check valves 13 provided in FIG. 2.
  • the emergency lowering device 16 is designed as a 2/2-way switching valve in the present embodiment and can be designed as an opener or closer.
  • FIG. 1 A particularly preferred third embodiment according to the present invention is shown in FIG. 1
  • This pressure is in practice, for example, 10 bar. This pressure is limited by the provided on the low-pressure accumulator 20, fixed set pressure relief valve 10. If the low-pressure accumulator 20 is filled or charged, the pump 1, controlled by a pressure sensor 4, can be switched off.
  • the accumulator pressure, ie the pressure of the low-pressure accumulator 20 is applied to the pressure reducing valves 18 and 19 via the check valve 13 and can immediately fill the respective clutch 5 or 6 during an energizing of the pressure reducing valves 18 or 19 by the electronic control, while the control unit Start pump 1 again.
  • the follower valve 21 always closes so far that the pump pressure can operate the pressure reducing valves 18 and 19 and the working fluid flowing from the follower valve 21 can be utilized by means of the pressure limiting valve 10 to recharge the low pressure accumulator 20.
  • the pump 1 can also be very small.
  • the accumulator is designed as a low pressure accumulator 20, this can be simple, robust and inexpensive.
  • a mechanical spring can be used as a storage element instead of the gas bubbles commonly used in membrane reservoirs. The memory is thus independent of temperature and suffers no Vorspannparpar due to gas diffusion through a membrane.
  • a power steering system 23 is designed as a circulation system in which a constant (oil) flow of working fluid is throttled by a steering valve 27 and applied to one of the two sides of a steering cylinder 26. Since it is a differential cylinder, the discharge pressure does not matter for the steering function, but only the accumulated differential pressure.
  • the typical working pressures of the steering hydraulics are significantly greater than the pressures for operating one of the clutches 5 or 6, so that the tank accumulation of the working fluid according to the solution of Figure 5, the design of the power steering system 23 only slightly influenced.
  • a driver of the vehicle inputs the steering pulses via a steering wheel 24 and the steering valve 27 accordingly controls the steering cylinder 26 with working fluid so that the connected wheels 25 are steered accordingly.
  • the clutch 5 and / or 6 can additionally be cooled and lubricated with the drain oil.
  • FIG. 6 shows a fifth preferred embodiment of the solution according to the invention, which is based on the embodiment according to FIG.
  • this hydraulic unit for the actuation of the two clutches 5 or 6 also only one pressure reducing valve 18 is used in conjunction with a simple switching valve 12 instead of two pressure reducing valves 18 and 19, whereby the same function is fulfilled.
  • the switching valve is switched between the two clutches 5 and 6 or in an emergency situation, can be switched by means of a correspondingly formed switching valve 12 and the tank 9 to open the clutches 5 and 6.
  • FIG. 6 in contrast to FIG. 4, two pressure reducing valves 18 are not constantly pressurized to reduce the leakage. Thus, the leakage can be halved in standby mode.
  • the pressure reducing valve 18 used in this solution is, for example, in the cartridge design, so that the standby leakage can also be reduced by this design.
  • the pressure reducing valve 18 will immediately reduce the clutch pressure. In a jammed pressure reducing valve 18, the pressure build-up is thereby prevented by the electric motor 2 for the Pump 1 does not start. Due to the leakage at the pressure reducing valve 18, the clutch pressure, if still present, degraded to the level of the low-pressure accumulator 20.
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung in Form einer Hydraulikeinheit zur Ansteuerung mindestens einer Kupplung (5,6) in einem Hydraulikkreis für ein Achsgetriebe eines Fahrzeuges, womit auf einfache Weise fahrsituationsabhängig zum Schliessen mindestens einer Kupplung in kürzester Zeit dieser die entsprechende Menge an Arbeitsfluid mit dem erforderlichen Druck zur Verfügungstellbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerunq einer Fahrzeugkupplunq
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung in Form einer Hydraulikeinheit zur Ansteuerung einer Fahrzeugkupplung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 11.
Bisher bekannte Lösungen zum Betätigen einer Kupplung in einem Achsgetriebe eines Fahrzeuges, um in bestimmten Fahrsituationen ein Lenkfehlverhalten auszugleichen, sehen eine Hydraulikeinheit vor, die einen Hochdruckspeicher umfasst, der auf den maximalen Kupplungsdruck aufgefüllt sein muss, um in diesen bestimmten Fahrsituationen reaktionsschnell die Kupplung bzw. Kupplungen schließen zu können. Zur Vorbefüllung einer Kupplung würde allerdings ein niedriger Druck im Druckspeicher ausreichend sein.
In der Figur 1 ist eine derartige Hydraulikeinheit, wie sie im Stand der Technik verwendet wird, schematisch dargestellt.
Eine Pumpe 1 wird von einem (Elektro-) Motor 2 angetrieben und befüllt den Hochdruckspeicher 3, der als Membranspeicher ausgebildet ist. Ein Sensor 4 misst den Druck. Sind zwei Kupplungen 5 und 6 vorgesehen, so werden diese über jeweils ein Magnetventil 7 und 8 angesteuert und im Bedarfsfall mit dem Arbeitsfluid aus dem Hochdruckspeicher 3 versorgt. Die Pumpe 1 wird aus einem Tank 9 mit dem Arbeitsfluid versorgt.
Die Magnetventile 7 und 8 sind beispielsweise als Druckminderventile ausgebildet. Zur Vorbefüllung der Kupplungen 5 oder 6 wäre es ausreichend, das Arbeitsfluid unter einem geringen Druck, von beispielsweise 5 bis 10 bar zu fördern, um das Lüftspiel der Kupplungen zu befül- len. Zum Schließen der Kupplung 5 oder 6 müsste ein Druck von etwa 45 bar anliegen, ohne dass ein Volumenstrom an Arbeitsfluid notwendig wäre.
Die bekannte Hydraulikeinheit verwendet jedoch einen großen und teuren Hochdruckspeicher um die Kupplungen 5 oder 6 zu befüllen und zu schließen.
Werden die Kupplungen 5 und 6 geöffnet, so strömt das Arbeitsfluid über die Magnetventile 7 und 8 in den Tank 9 zurück. Die gezeigten Elemente der bekannten Hydraulikeinheit sind über hydraulische Leitungen bzw. Steuerleitungen miteinander verbunden, wie es in der Figur 1 dargestellt ist.
Durch entsprechendes Schalten der Magnetventile 7 und 8 werden die Kupplungen 5 und 6 mit Arbeitsfluid aus dem Hochdruckspeicher 3 versorgt, so dass diese geschlossen werden oder es wird das Arbeitsfluid aus den Kupplungen 5 und 6 in den Tank 9 zurück gefördert, wobei die Kupplungen 5 oder 6 durch Eigengewicht oder eine Feder öffnen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Vorrichtung in Form einer Hydraulikeinheit und einem Verfahren zur Betätigung dieser Vorrichtung zu schaffen, die mit einem einfachen Aufbau und unter Erhalt einer hohen Dynamik (reaktionsschnell) das Befüllen und Schließen der zumindest einen Kupplung ermöglicht, wobei auf den Einsatz eines Hochdruckspeichers verzichtet werden soll.
Vorzugsweise sollen dabei zwei in einer Hinterachse eines Fahrzeuges vorgesehene Lamellenkupplungen, also in einem Hinterachsdifferential, zur Umverteilung der Radmomente hydraulisch geschlossen werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 11.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schließen einer Kupplung mittels einer als Hydraulikeinheit ausgebildeten Vorrichtung ist in den Ansprüchen 1 bis 10 ausgeführt.
Demnach umfasst die Hydraulikeinheit, die insbesondere zur Ansteuerung von zumindest einer Kupplung in einem Hydraulikkreis für ein Achsgetriebe eines Fahrzeuges vorgesehen ist, eine Pumpe, die ein Arbeitsfluid fördert, einen Druckspeicher, der das unter Druck stehende Arbeitsfluid speichert und zumindest ein Magnetventil, welches im Zulauf der zumindest einen Kupplung angeordnet ist, wobei der Druckspeicher als Niederdruckspeicher ausgebildet ist und mit der Pumpe so in Wirkverbindung steht, dass fahrsituationsabhängig der mindestens einen Kupplung der entsprechende Bedarf an Arbeitsfluid mit dem geforderten Druck zur Verfügung steht.
Vorteilhaft hierbei ist, dass der teure Hochdruckspeicher, wie er im Stand der Technik Verwendung findet, eingespart und durch einen einfachen, robusten und kostengünstigen Nie- derdruckspeicher ersetzt werden kann. Zudem kann die Pumpe bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform sehr klein ausfallen.
Die Pumpe, die vorzugsweise elektromotorisch angetrieben wird, lädt den Niederdruckspeicher auf den Druck auf, der zur Befüllung der Kupplung erforderlich ist, also beispielsweise 10 bar. Die Pumpe kann allerdings ebenso gut von einer Achswelle eines Elektromotors, oder eines Verbrennungsmotors des Fahrzeuges angetrieben werden, Hierzu wird vorzugsweise ein Druckbegrenzungsventil in den Hydraulikkreis eingebaut, welches den Druck entsprechend begrenzt. Nach dem Aufladen des Niederdruckspeichers kann die Pumpe abgeschaltet werden.
Vorzugsweise ist vor jeder zu betätigenden Kupplung ein Druckminderventil eingebaut, so dass der Druck aus dem Niederdruckspeicher, sobald dieses Druckminderventil bestromt wird, in die Kupplung geleitet und diese befüllt werden kann. Bevorzugt wird gleichzeitig die Pumpe in Betrieb gesetzt, so dass unmittelbar nach dem Befüllen der Kupplung(en) der Pumpendruck die Druckminderventile bedient und die Kupplung entsprechend schließt.
Weiterhin muss zwischen der Pumpe und dem Niederdruckspeicher ein Folgeventil vorgesehen werden, das immer so weit schließt, dass der Pumpendruck die Druckminderventile bedient, wobei das von dem Folgeventil abströmende Arbeitsfluid, vorzugsweise ein Öl, genutzt wird, um den Niederdruckspeicher wieder aufzuladen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Niederdruckspeicher als Federspeicher ausgeführt, wobei eine mechanische Feder anstelle der sonst üblichen Gasblase eingebaut ist und damit ein besonders kostengünstiger und robuster Druckspeicher realisierbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist für jede Kupplung entweder jeweils ein Druckminderventil im Zulauf vorgesehen oder für zwei Kupplungen sind ein Druckminderventil und ein Schaltventil vorgesehen.
Von Vorteil ist weiterhin, dass das Magnetventil ein Druckbegrenzungsventil ist, welches das von der Pumpe geförderte Arbeitsfluid auf das für das Schließen der Kupplung erforderliche Druckniveau aufstaut. Vorzugsweise wird für jede der beiden Kupplungen eine eigene Pumpe vorgesehen, so dass die beiden beispielsweise als Lamellenkupplungen ausgeführten und in einem Hinterachsdifferential eines Fahrzeuges angeordneten Kupplungen unabhängig voneinander angesteuert bzw. geschlossen werden können.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass als Pumpe die Servolenkpumpe des Fahrzeuges verwendet wird. Somit dient die vorhandene Servolenkungspumpe als Quelle für das unter Druck stehende Arbeitsfluid. Hierzu wird der Ablaufdruck des Servolenkungssystems zum Befüllen und Schließen der Kupplung(en) genutzt. Bei dieser Ausführungsform muss durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass die Lenkfunktion vor der Kupplungsfunktion priorisiert wird.
Alternativ kann die Pumpe bzw. können die Pumpen, sofern für jede Kupplung eine eigene Pumpe vorgesehen wird, permanent betrieben werden, so dass kein Druckspeicher mehr in der Hydraulikeinheit vorzusehen ist.
Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Lösung, dass der teure im Stand der Technik verwendete Hochdruckspeicher eingespart werden kann.
Die erfindungsgemäße Hydraulikeinheit, die insbesondere zur Ansteuerung von zumindest einer Kupplung in einem Achsgetriebe eines Fahrzeuges ausgebildet ist, kann zumindest eine Pumpe aufweisen, die ein Arbeitsfluid fördert und zumindest ein Magnetventil aufweisen, welches der zumindest einen Kupplung zugeordnet ist, wobei die Pumpe sowohl zum Befüllen der Kupplung als auch zum Schließen der Kupplung das Arbeitsfluid unter Druck zur Kupplung fördert.
Das Arbeitsfluid kann permanent von der Pumpe gefördert und daher nicht nur für die Kupplungsschließfunktion, sondern unter Umständen auch für eine Kühlfunktion, beispielsweise eines Hinterachsendifferentials, benutzt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung soll der technische Aufwand für die Ansteuerung von vorzugsweise zwei Lamellenkupplungen in bestimmten Fahrsituatonen in einem Hinterachsdifferential, die hydraulisch zu schließen sind, minimal gehalten werden. Eine hohe Dynamik ist dabei notwendig, wobei ein Lüftspiel in der Kupplung durch Befüllung mit dem Arbeitsfluid vor dem eigentlichen Schließen der Kupplung zu erfolgen hat. Das Schließen mindestens einer der beiden Kupplungen muss dabei in kürzester Zeit (unter 100 ms) erfolgen. Für das Befüllen ist ein relativ geringer Druck von 5 bis 10 bar erforderlich, während für das endgültige Schließen der Kupplung ein Druck von etwa 45 bar anliegen muss, wobei dann allerdings praktisch kein Volumenstrom an Arbeitsfluid mehr erforderlich ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der nachfolgenden Figurenbeschreibungen.
Es zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Hydraulikeinheit mit einem Hochdruckspeicher nach dem Stand der Technik
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikeinheit mit zwei permanent betriebenen Pumpen für zwei Kupplungen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikeinheit mit einer permanent betriebenen Pumpe für zwei Kupplungen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikeinheit mit einem Niederdruckspeicher und einem Folgeventil;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikeinheit, die an einem Servolenkungssystem eines Fahrzeuges angeschlossen ist; und
Fig. 6 eine Ausführungsform gemäß Figur 4, bei der nur ein Druckminderventil. eingesetzt ist.
Für alle Ausführungsformen gilt, dass für gleiche oder gleich wirkende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Eine erste bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figur 2 im Folgenden beschrieben.
Für zwei Kupplungen 5 und 6, die beispielsweise in einem Achsgetriebe, einem Hinterachsdifferential eines Fahrzeuges zur Verteilung der Radmomente, eingebaut sind, sind zwei Pumpen 1 vorgesehen, die die Versorgung der Kupplungen 5 und 6 mit Arbeitsfluid bzw. Öl sicherstellen. Jede der Kupplung 5 und 6 wird von jeweils einer Pumpe 1 mit Öl versorgt, die vorzugsweise von den Achswellen der Hinterachse angetrieben werden. Wahlweise können die beiden Pumpen 1 auch über Elektromotoren (nicht dargestellt) angetrieben werden.
Die beiden Kupplungen 5 und 6 nach der Figur 2 können unabhängig voneinander angesteuert, d. h. geschlossen werden, wobei kein Hochdruckspeicher erforderlich ist. Anstatt zweier getrennter Pumpen 1 lässt sich auch eine Ausführungsform mit nur einer Flügelzellenpumpe realisieren, wobei dann zweckmäßigerweise die beiden Fluten dieser Flügelzellenpumpe die Ölversorgung für jeweils eine der Kupplungen 5 und 6 übernimmt.
In jedem der Kupplung 5 oder 6 zugeordneten Hydraulikkreis staut ein elektrisch betätigtes Druckbegrenzungsventil 10 bzw. 11 bei Bestromung den Pumpenvolumenstrom an Arbeitsfluid bzw. Hydrauliköl derart auf das erforderliche Druckniveau auf, dass die jeweilige Kupplung geschlossen werden kann, während bei einem stromlosen Druckbegrenzungsventil 10 und 11 diese Ventile öffnen und das Arbeitsfluid bzw. Hydrauliköl in den Tank 9 ableiten.
Optional kann auch ein einfaches Schaltventil 12 im Notfall, zum Beispiel bei einem Versagen eines der Druckbegrenzungsventile 10 oder 11, beide Kupplungen 5 und 6 drucklos schalten. Diese Variante ist in dem gestrichelten Kreis in der Figur 2 dargestellt. Dann wird das Arbeitsfluid aus den Kupplungen 5 und 6 über die Rückschlagventile 13 und das Schaltventil 12 in den Tank 9 abgeleitet.
Im Falle dieser beschriebenen Ausführungsform mit einem Niederdruckspeicher kann die Pumpe ausgeschaltet werden, wenn keine Befüllung des Niederdruckspeichers mehr erforderlich bzw. wenn die Kupplung nicht zu schließen ist. Die Pumpe wird nur noch dann betrieben, wenn tatsächlich ein Schließvorgang der Kupplung eingeleitet wird. Die (Vor-) Befüllung der Kupplung wird aus dem Niederdruckspeicher heraus erfolgen, während vorzugsweise gleichzeitig die Pumpe anläuft, um das endgültige Schließen der Kupplung mittels des Pumpendrucks zu erreichen. Bei der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die in der Figur 3 dargestellt ist, ist nur eine Pumpe 1 vorgesehen, die über die Druckminderventile 18 und 19 sowie ein Vorspannventil 15 beide Kupplungen 5 und 6 mit Arbeitsfluid versorgt.
Hierbei fördert die Pumpe 1 , die wiederum vorzugsweise durch eine Achswelle oder einen Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben wird, nahezu drucklos in einer Ruhestellung das Arbeitsfluid über das Vorspannventil 15 in den Tank 9, so dass eine permanent angetriebene Pumpe 1 eingesetzt werden kann.
Nach einer weiteren, nicht dargestellten, bevorzugten Ausführungsform kann das Arbeitsfluid, welches aus dem Vorspannventil 15 strömt, für eine Kühlung, beispielsweise zur Kühlung des Hinterachsdifferentials, verwendet werden.
Bei einer Betätigung mindestens eines der beiden Druckminderventile 18 oder 19 durch das Steuersignal einer elektronischen Steuereinheit hebt der sich einstellende Kupplungsdruck der Kupplungen 5 oder 6 über die Rückführung mit dem Oder-Glied 17 den Druck des Arbeits- fluids am Vorspannventil 15 entsprechend dem Kupplungsdruckbedarf an. Bei einer gleichzeitigen Betätigung, sofern diese erwünscht ist, der beiden Druckminderventile 18 und 19 ist der höhere der beiden Kupplungsdrücke maßgeblich und bestimmend für den Systemdruck.
Bei Bedarf kann eine Notablassvorrichtung 16, ähnlich wie in der Figur 2, vorgesehen werden. Dann übernimmt das Oder-Glied 17 die Funktion der in der Figur 2 vorgesehenen beiden Rückschlagventile 13. Die Notablassvorrichtung 16 ist bei der vorliegenden Ausführungsform als 2/2-Wege-Schaltventil ausgebildet und kann als Öffner oder Schließer ausgeführt werden.
Eine besonders bevorzugte dritte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist in Figur 4 dargestellt.
Eine Pumpe 1, die durch einen Elektromotor 2 angetrieben wird, lädt den als Niederdruckspeicher 20 ausgebildeten Druckspeicher auf einen Druck auf, der zum Vorbefüllen der Kupplungen 5 und 6 nötig ist. Dieser Druck beträgt in der Praxis beispielsweise 10 bar. Dieser Druck wird durch das am Niederdruckspeicher 20 vorgesehene, fest eingestellte Druckbegrenzungsventil 10 begrenzt. Ist der Niederdruckspeicher 20 gefüllt bzw. geladen, kann die Pumpe 1 , gesteuert durch einen Drucksensor 4, abgeschaltet werden. Der Speicherdruck, d.h. der Druck des Niederdruckspeichers 20 liegt über das Rückschlagventil 13 an den Druckminderventilen 18 und 19 an und kann sofort bei einem Bestromen eines der Druckminderventile 18 oder 19 durch die elektronische Steuerung die jeweilige Kupplung 5 oder 6 befüllen, noch während das Steuergerät die Pumpe 1 wieder anlaufen lässt.
Ist der Kupplungsdruck nach der Befüllphase über den Speicherdruck angestiegen, schließt bei dieser Ausführungsform das Folgeventil 21 immer so weit, dass der Pumpendruck die Druckminderventile 18 und 19 bedienen kann und das vom Folgeventil 21 abströmende Ar- beitsfluid kann mittels des Druckbegrenzungsventils 10 genutzt werden, um den Niederdruckspeicher 20 wieder aufzuladen.
Da das Befüllen der Kupplungen 5 oder 6 vom Niederdruckspeicher 20 erfolgt, kann auch die Pumpe 1 sehr klein ausfallen. Ebenso kann, da der Druckspeicher als Niederdruckspeicher 20 ausgebildet ist, dieser einfach, robust und kostengünstig aufgebaut sein. Beispielsweise kann eine mechanische Feder als Speicherelement anstelle der üblicherweise in Membranspeichern verwendeten Gasblasen eingesetzt werden. Der Speicher ist damit temperaturunabhängig und erleidet keinen Vorspannverlust infolge Gasdiffusion durch eine Membran.
Veranlasst das elektronische Steuergerät fahrsituationsbedingt - beispielsweise zum Ausgleich eines Lenkfehlverhaltens - das Öffnen einer der Kupplungen 5 oder 6, werden die Druckminderventile 18 oder 19 entsprechend geschaltet und das Arbeitsfluid kann in den Tank 9 zurück strömen.
Bei einer zeichnerisch bisher nicht dargestellten Ausführungsform, die jedoch auf alle bisher beschriebenen Ausführungsformen zutrifft und auch dort anwendbar ist, wird das Betätigen zweier Kupplungen 5 und 6 nur mittels einem Druckminderventil 18 und einem einfachen Schaltventil 12 erreicht. Dadurch können die Kosten durch das Weglassen eines weiteren teuren Druckminderventils gesenkt werden. Mit Hilfe des Schaltventils 12 wird zwischen den beiden Kupplungen 5 und 6 umgeschaltet oder in einer Notfallsituation kann mittels eines entsprechend ausgebildeten Schaltventils 12 auch auf den Tank 9 umgeschaltet werden, um entweder Kupplung 5 oder 6 zu öffnen. Allerdings werden mit dieser nicht dargestellten Ausführungsform die Kupplungen 5 und 6 nacheinander bedient, während bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Kupplungen 5 und 6 mit Überschneidung arbeiten können bzw. gleichzeitig betätigbar sind. In der Figur 5 ist schließlich eine weitere bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei bei dieser vierten dargestellten Ausführungsform als Volumenstromquelle für das Arbeitsfluid eine im Fahrzeug bereits vorhandene, ständig angetriebene Pumpe, beispielsweise die Lenkhelfpumpe bzw. Servolenkpumpe 22, verwendet wird.
Ein Servolenksystem 23 ist als Umlaufsystem ausgelegt, bei dem ein ständiger (ÖI-) Strom an Arbeitsfluid durch ein Lenkventil 27 angedrosselt und auf eine der beiden Seiten eines Lenkzylinders 26 angelegt wird. Da es sich um einen Differentialzylinder handelt, spielt der Ablaufdruck keine Rolle für die Lenkfunktion, sondern nur der angestaute Differenzdruck.
Die typischen Arbeitsdrücke der Lenkhydraulik sind deutlich größer als die Drücke zur Betätigung einer der Kupplungen 5 oder 6, so dass die Tankaufstauung des Arbeitsfluids gemäß Lösung nach Figur 5 die Auslegung des Servolenksystem 23 nur gering beeinflusst.
Die Servolenkpumpe 22 fördert aus dem Tank 9. Ein Fahrer des Fahrzeuges gibt die Lenkimpulse über ein Lenkrad 24 ein und das Lenkventil 27 steuert dementsprechend den Lenkzylinder 26 mit Arbeitsfluid an, so dass die angeschlossenen Räder 25 entsprechend gelenkt werden.
Darüber hinaus stehen in der Regel Servolenkungspumpen 22 mit verschiedenen Nenndrücken - je nach Fahrzeugmotorisierung - zur Verfügung, so dass bei einer Kopplung mit einem Kupplungsaktor der Hinterachse, wie hier vorgeschlagen, auf die nächst größere Servolenkpumpe 22 übergegangen werden kann.
Staut man den Ablaufstrom des Servolenkungssystems 23 mit einem Druckbegrenzungsventil 10, wie in der Figur 3 dargestellt, auf, so kann unter Priorisierung der Lenkfunktion mit der Servolenkungspumpe 22 gleichzeitig die Aktorik der Kupplung 5 und/oder 6 angesteuert werden.
Sofern im Servolenkungssystem 23 zur Schmierung und Kühlung der Kupplung 5 und 6 das gleiche Arbeitsfluid bzw. -öl eingesetzt wird wie die Betätigung, kann mit dem Ablauföl zusätzlich die Kupplung 5 und/oder 6 gekühlt und geschmiert werden.
Außerdem wäre über die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges sogar eine gewisse Leistungsabhängigkeit der Kühlung gegeben. Zur Einsparung von Kosten wird in Figur 6 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt, die auf der Ausführungsform gemäß Figur 4 basiert. Bei dieser Hydraulikeinheit wird für das Betätigen der beiden Kupplungen 5 oder 6 ebenfalls nur ein Druckminderventil 18 in Verbindung mit einem einfachen Schaltventil 12 anstelle zweier Druckminderventile 18 und 19 eingesetzt, wodurch die gleiche Funktion erfüllt wird. Durch das Schaltventil wird zwischen den beiden Kupplungen 5 und 6 umgeschaltet oder in einer Notfallsituation, kann mittels eines entsprechend ausgebildeten Schaltventils 12 auch auf den Tank 9 umgeschaltet werden, um die Kupplungen 5 und 6 zu öffnen.
Die Befüllung des Lüftspiels der Kupplungen 5 oder 6 erfolgt mit Arbeitsfluid aus dem Niederdruckspeicher 20, währenddessen die Pumpe 1 anläuft und über das Druckminderventil 18 den entsprechenden Druck für das endgültige Schließen der Kupplung 5 oder 6 aufbaut.
Erfolgt, wie bereits bei Figur 4 erwähnt, über die elektronische Steuerung ein Signal, dass die Kupplung 5 oder 6 geöffnet werden soll, wird das Schaltventil 12 betätigt und über das Druckminderventil 18 strömt das Arbeitsfluid in den Tank 9 zurück.
Ebenso wie gemäß Figur 4 wird auch bei dieser Ausführungsform die Dynamik zur Kupp- lungsbefüllung beibehalten und die Kupplung 5 oder 6 schließen in einer Zeit von unter 100 ms, um in kürzester Zeit ein Lenkfehlverhalten ausgleichen zu können. Allerdings ist bei dieser Ausführung eine Überschneidung der Schließvorgänge beider Kupplungen 5 und 6 nicht möglich.
Bei Figur 6 werden zur Reduzierung der Leckage im Gegensatz zu Figur 4 nicht ständig zwei Druckminderventile 18 mit Druck beaufschlagt. Somit kann im Standby-Betrieb die Leckage halbiert werden.
Das bei dieser Lösung eingesetzte als Druckminderventil 18 liegt beispielsweise in Cartridge- Bauform vor, so dass durch diese Bauform die Standby-Leckage ebenfalls verringert werden kann.
Sollte in einer Notfallsituation, wie bereits oben beschrieben, der Strom ausfallen, so wird das Druckminderventil 18 sofort den Kupplungsdruck abbauen. Bei einem verklemmten Druckminderventil 18 wird der Druckaufbau dadurch unterbunden, indem der Elektromotor 2 für die Pumpe 1 nicht anläuft. Durch die Leckage am Druckminderventil 18 wird der Kupplungsdruck, falls noch vorhanden, auf das Niveau des Niederdruckspeichers 20 abgebaut.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen die Ansteuerung mehrerer Kupplungen in einem Hinterachsdifferential eines Fahrzeuges zur Umverteilung der Radmomente ohne den Einsatz eines teuren und großen Membranspeichers als Hochdruckspeicher, um die hohen Drücke von etwa 45 bar zur Betätigung der Kupplung(en) zur Verfügung zu stellen.
Bezugszeichenliste
Pumpe
Elektromotor
Hochdruckspeicher
Manometer (Drucksensor)
Kupplung
Kupplung
Magnetventil
Magnetventil
Tank
Druckbegrenzungsventil
Druckbegrenzungsventil
Schaltventil
Rückschlagventil
Filter
Vorspannventil
Notablassvorrichtung
Oder-Glied
Druckminderventil
Druckminderventil
Druckspeicher / Niederdruckspeicher
Folgeventil
Servolenkungspumpe
Servolenkungssystem
Lenkrad
Rad
Lenkzylinder Ōenkventil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung von mindestens einer Kupplung (5, 6) eines Fahrzeuges in einem Hydraulikkreis mit einer Pumpe (1), einem Druckspeicher (20) und mindestens einem im Zulauf der mindestens einen Kupplung (5, 6) angeordneten Magnetventil, dadurch gekennzeichnet, dass fahrsituationsabhängig zum Schließen mindestens einer Kupplung (5, 6) in kürzester Zeit dieser der entsprechende Bedarf an Arbeitsfluid mit dem erforderlichen Druck zur Verfügung stellbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit den folgenden Schritten: a) Befüllen eines Druckspeichers (20) mittels einer Pumpe (1); b) Abschalten der Pumpe (1); c) Befüllen einer Kupplung (5, 6) mit Arbeitsfluid aus dem Druckspeicher (20), sofern diese mindestens eine Kupplung (5, 6) geschlossen werden soll und Inbetriebnahme der Pumpe (1); d) Schließen einer Kupplung (5, 6) nach dem Befüllen mit Arbeitsfluid durch, den von der Pumpe (1) gelieferten Arbeitsdruck; e) Wiederbefüllen des Druckspeichers (20), nachdem die Kupplung (5, 6) geschlossen ist; f) Abschalten der Pumpe (1); und g) Wiederholen der Schritte c) bis f) für ein erneutes Schließen einer Kupplung (5, 6)
3. Verfahren zur Ansteuerung von mindestens einer Kupplung (5, 6) eines Fahrzeuges in einem Hydraulikkreis mit einer Pumpe (1) und mindestens einem im Zulauf der mindestens einen Kupplung (5, 6) angeordneten Magnetventil, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Befüllen der Kupplung (5, 6) mit einem Arbeitsfluid, welches von einer Pumpe (1) gefördert wird; b) Schließen der Kupplung (5, 6) durch den Arbeitsdruck, den die Pumpe (1) liefert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) permanent in Betrieb ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) zum Befüllen des Druckspeichers (20) und zum Schließen der Kupplung (5, 6) in Betrieb ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckspeicher (20) das Arbeitsfluid mit einem Druck von 5 bis 10 bar gespeichert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) gleichzeitig mit dem Befüllen der Kupplung (5, 6) in Betrieb gesetzt wird, um das Arbeitsfluid unter Hochdruck zum Schließen der Kupplung (5, 6) zuzuführen.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) unabhängig vom der Fahrsituation des Fahrzeuges das Arbeitsfluid permanent fördert.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufdruck des Ar- beitsfluids eines Servolenkungssystems (23) zum Befüllen und Schließen der zumindest einen Kupplung (5, 6) genutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufstrom des Ar- beitsfluids des Servolenkungssystems (23) mittels eines Druckbegrenzungsventils (10) aufgestaut wird, bevor es über jeweils ein Druckminderventil (18, 19) der Kupplung (5, 6) zugeführt wird.
11. Vorrichtung, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 insbesondere zur Ansteuerung von mindestens einer Kupplung (5, 6) eines Fahrzeuges in einem Hydraulikkreis mit einer Pumpe (1), einem Druckspeicher (20), und mindestens einem im Zulauf der mindestens einen Kupplung (5, 6) angeordneten Magnetventil zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (20) als Niederdruckspeicher ausgebildet ist und mit der Pumpe (1) so in Wirkverbindung steht, dass fahrsituationsabhängig der mindestens einen Kupplung (5, 6) der entsprechende Bedarf an Arbeitsfluid mit dem geforderten Druck zur Verfügung steht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1 ) zum Aufladen des Niederdruckspeichers (20) vorgesehen ist und von einer Achswelle eines Elektromotors (2), oder eines Verbrennungsmotors des Fahrzeuges angetrieben wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kupplungen (5, 6) angesteuert werden und im Zulauf jeder Kupplung (5, 6) ein Druckminderventil (18, 19) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpe (1) und dem Druckspeicher (20) ein Folgeventil (21) zum Aufladen des Niederduckspeichers (20) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckspeicher (20) ein Federspeicher ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kupplung (5, 6) entweder jeweils ein Druckminderventil (18, 19) im Zulauf vorgesehen ist oder für zwei Kupplungen (5, 6) ein Druckminderventil (18) und ein Schaltventil (12) vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil ein Druckbegrenzungsventil (10, 11) ist, welches das von der Pumpe (1) geförderte Ar- beitsfluid auf das für das Schließen der Kupplung (5, 6) erforderliche Druckniveau aufstaut.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kupplung (5, 6) eine Pumpe (1) vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (5, 6) als Lamellenkupplungen ausgeführt und in einem Hinterachsdifferential eines Fahrzeuges angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) die Servolenkpumpe (22) des Fahrzeuges ist
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkfunktion des Servolenkungssystems (23) gegenüber der Kupplungsbetätigung den Vorrang hat.
22. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpe (1) und der Kupplung (5, 6) ein Druckbegrenzungsventil (10) vorgesehen ist, welches das Arbeitsfluid auf das erforderliche Druckniveau zum Schließen der Kupplung (5, 6) aufstaut.
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