WO1998013618A1 - Automatisch gesteuerte kupplung - Google Patents

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Franz Kosik
Thomas Grass
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to an automatically controlled clutch in the drive train of a motor vehicle, which has a gearbox between the engine and drive wheels that can be switched manually or arbitrarily between different gears or gears with different gear ratios, with a motor-driven actuating unit that actuates the clutch and one that serves to control it Sensor system which detects a parameter correlated with the speed of a gear or gear stage change and whose signals trigger or control, among other things, opening and closing of the clutch when the gears or gear stages are changed.
  • a transmission is arranged in the drive train in order to be able to change the transmission ratio between the speed of the vehicle engine and the speed of the drive wheels in accordance with the respective driving speed and load on the vehicle.
  • gearboxes switched by the driver the flow of power between the engine and drive wheels must be interrupted by opening a clutch while changing a gear.
  • the clutch is automatically controlled when the vehicle starts off.
  • the clutch can, for example, automatically be weakly closed, in such a way that a low torque is transmitted, which is sufficient to slowly creep the vehicle into motion.
  • the clutch is automatically controlled in the sense of an increase in the transmissible torque. In simple terms, the clutch is then increasingly closed.
  • the clutch closing process after changing gears or gears can basically be controlled in a variety of ways.
  • the engine speed determining the speed of the clutch input and the speed of the drive wheels are recorded.
  • these wheel speeds determine the speed of the Output of the clutch arranged between the engine and transmission.
  • the signals for the engine speed are readily available because today's vehicle engines are regularly equipped with electronic controls that have to record the engine speed when controlling the engine.
  • the wheel speeds are regularly queried for the control of a braking system with an anti-lock braking system.
  • the object of the invention is now to further improve the clutch control.
  • the actuating unit controls the closing process of the clutch when the gear or gear stage has been changed as a function of the parameter correlated with the speed of the gear or gear stage change, such that a phase provided when the clutch is engaged is increasingly shortened with slip of the clutch with increasing shift speed.
  • the invention is based on the general idea to take into account in clutch control whether the driver is changing gear or gear stage quickly or slowly. In this way, a parameter is recorded which reflects whether the driver wants to drive more sportily or more comfort-oriented. Depending on the switching behavior of the driver then the clutch closing process can be controlled more comfortably or more sportily quickly.
  • a particular advantage of the invention is that, in order to detect the switching speed, only the signals of sensors already present for other reasons have to be evaluated.
  • the transmission is regularly assigned a sensor arrangement that detects the gear or gear selected.
  • the signals of this sensor arrangement accordingly indicate whether and when a previously engaged gear or a previously engaged gear stage are exited and when a gear or a gear stage is engaged again.
  • the time difference between these signals is a parameter for the switching speed.
  • the switching element of the transmission a potentiometer or the like. be assigned, which detects movements of the switching element and is used, among other things, to detect an intention to switch by the driver.
  • the switching speed can also be derived from the signals of the potentiometer.
  • the position of an accelerator pedal actuated by the driver or another organ for driver-side control of driving performance is also taken into account when controlling the clutch closing process. This means, for example, that it is only possible to quickly close the clutch after a gear or speed step change at high gearshift speed only if the driver wishes to exploit the engine's potential to a greater extent, not only "Switch sporty” but also "drive sportily or accelerate”.
  • the single figure shows a schematic representation of a drive train of a motor vehicle and the components essential for clutch control.
  • an internal combustion engine 1 is via an automatically actuated clutch 2 and a transmission 3, the gear stages or gears of which are changed by manual actuation of a shift lever 4, and a drive shaft 5, e.g. a propeller shaft, drivingly connected to drive wheels 6 of a motor vehicle, which is not shown in any more detail.
  • the clutch is actuated automatically by means of a motorized actuator 7, for the control of which a sensor system is provided for monitoring various parameters of the driving operation.
  • This sensor system comprises a sensor arrangement 8, which is assigned to the transmission 3 or the shift lever 4 and detects its position and / or movements.
  • the signals of the sensor arrangement 8 thus indicate on the one hand which gear stage or which gear has been engaged or whether and which gear or which gear stage are left. On the other hand, the signals from the sensor arrangement 8 also indicate with what speed the respective change of gears or gears takes place.
  • a driver-operated organ serving to control the power of the engine 1 is registered by a sensor 9, e.g. a throttle valve 10 of the air intake system of the engine 1.
  • the sensor system includes a displacement sensor 11, which is assigned to the actuating unit 7 and detects its position and thus a parameter which is analogous to the magnitude of the torque that can be transmitted by the automatic clutch 2.
  • the control circuit 12 also communicates with a motor controller 13, which i.a.
  • the task is to keep the engine speed largely independent of the load on the engine at a minimum speed, such as the idling speed.
  • This engine controller 13 can also generate signals that reflect the respective speed of the engine 1 and the torque generated by the engine 1.
  • control circuit 12 communicates with speed sensors 14, which are assigned to the vehicle wheels.
  • the torque transmitted by the clutch corresponds to the transferable torque that is possible in the respective slip phase, wherein this transferable torque can be assigned to the respective position of the actuating unit 7 detected by the sensor 11.
  • the controller 12 can therefore continuously record or update and save values of the actuating stroke of the actuating unit 7 and of the torque that can be transmitted by the clutch 2.
  • the controller 12 thus “knows” the operating behavior of the clutch 2 and can, in principle, actuate it according to any desired specifications.
  • the aforementioned slip state of the clutch 2 is detected by determining the engine speed and thus the speed of the input of the clutch 2 via the engine control 13.
  • the engaged gear or the engaged gear stage and the speed sensor 14 determine the speed of the drive wheels 6 via the sensor arrangement 8; the speed of the output of clutch 2 can be determined from this, taking into account the respective gear ratio for the gear or gear selected become. As a result, it can be determined whether the input and output of clutch 2 have the same or different speeds, ie whether the clutch is operating with or without slip.
  • the clutch 2 when the clutch 2 is being controlled, it is now taken into account whether the gears or gear stages of the transmission 3 are changed at a higher or lower speed. If the shift speed is low, a comparatively long slip phase of clutch 2 is permitted after a change of gears or gears. At high switching speeds, the slip phase is significantly reduced. In this way, the automatic control of the clutch 2 takes place in a similarly different way as an arbitrarily controlled clutch would be actuated differently by a comfort-conscious or a sporty driver.
  • the position of the throttle valve 10 or another organ serving for power control of the engine 1 and / or the power of the engine 1 reported by the engine control 13 can also be taken into account in the clutch control.
  • the slip phase of the clutch 2 is also shortened after a change of gears or speed steps.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine automatisch gesteuerte Kupplung im Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges mit manuell bzw. willkürlich zwischen unterschiedlichen Gängen geschaltetem Getriebe. Der Schließvorgang der Kupplung nach einem Gangwechsel wird in Abhängigkeit von der Schaltgeschwindigkeit beim Gangwechsel gesteuert, derart, daß bei hoher Schaltgeschwindigkeit nur eine verkürzte Schlupfphase der Kupplung auftreten kann.

Description

Automatisch gesteuerte Kupplung
Die Erfindung betrifft eine automatisch gesteuerte Kupplung im Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges, welches ein manuell bzw. willkürlich zwischen unterschiedlichen Gängen bzw. Fahrstufen mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen schaltba- res Getriebe zwischen Motor und Antriebsrädern aufweist, mit einem die Kupplung betätigenden motorischen Stellaggregat und einer zu dessen Steuerung dienenden Sensorik, welche einen mit der Geschwindigkeit eines Gang- bzw. Fahrstufenwechsels korrelierten Parameter erfaßt und deren Signale unter anderem ein Öffnen und Schließen der Kupplung bei einem Wechsel der Gänge bzw. Getriebestufen auslösen oder steuern.
Bei Kraftfahrzeugen mit üblichen Verbrennungsmotoren ist im Antriebstrang ein Getriebe angeordnet, um das Übersetzungs- Verhältnis zwischen der Drehzahl des Fahrzeugmotors und der Drehzahl der Antriebsräder entsprechend der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit und Belastung des Fahrzeuges ändern zu können. Bei üblichen, vom Fahrer geschalteten Getrieben muß während des Wechsels einer Fahrstufe der Kraftfluß zwischen Mo- tor und Antriebsrädern durch Öffnen einer Kupplung unterbrochen werden.
Es ist grundsätzlich bekannt, hierzu automatisch gesteuerte Kupplungen einzusetzen, d.h. die Kupplung wird beim Wechsel einer Getriebestufe automatisch geöffnet und nachfolgend wieder geschlossen.
In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 195 48 799 A1 be- kannt , einen mit der Geschwindigkeit eines Gangwechsels gesteuerten Parameter zu erfassen, um die Kupplung besonders schnell zu öffnen, wenn ein zum Gangwechsel betätigter Schalthebel od.dgl. mit hoher Geschwindigkeit betätigt wird.
Darüber hinaus wird die Kupplung auch beim Anfahren des Fahrzeuges automatisch gesteuert. Sobald eine zum Anfahren geeignete Fahrstufe eingelegt wird, kann die Kupplung beispielsweise automatisch schwach geschlossen werden, derart, daß ein geringes Drehmoment übertragen wird, welches ausreicht, das Fahrzeug langsam kriechend m Bewegung zu setzen. Sobald die Motorleistung sowie die Motordrehzahl durch Betätigung eines Fahrpedales oder eines sonstigen Leistungssteuerorgans erhöht wird, wird die Kupplung automatisch im Sinne einer Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes gesteuert. Vereinfacht ausge- drückt wird also die Kupplung dann zunehmend geschlossen.
Der Schließvorgang der Kupplung nach einem Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen kann grundsätlich in vielf ltiger Weise gesteuert werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als vor- teilhaft erwiesen, bei der Schließphase eine Drehzahldifferenz zwischen Kupplungseingang und Kupplungsausgang zu berücksichtigen. Dazu werden bspw. einerseits die die Drehzahl des Kupplungseinganges bestimmende Motordrehzahl und andererseits die Drehzahlen der Antriebsräder erfaßt. In Verbindung mit dem jeweils eingelegten Gang bzw. der jeweils eingelegten Getriebestufe bestimmen diese Raddrehzahlen die Drehzahl des Ausganges der zwischen Motor und Getriebe angeordneten Kupplung. Die Signale für die Motordrehzahl stehen ohne weiteres zur Verfügung, weil heutige Fahrzeugmotoren regelmäßig mit elektronischen Steuerungen ausgerüstet sind, die bei der Steuerung des Motor dessen Drehzahlen erfassen müssen. Die Raddrehzahlen werden regelmäßig für die Steuerung eines Bremssystems mit Anti-Blockier-System abgefragt. Somit muß für die Kupplungssteuerung lediglich gewährleistet werden, daß Signale für die vorgenannten Parameter auch der Kupp- lungssteuerung zugeführt werden. Im Ergebnis kann damit erreicht werden, daß beim Schließvorgang der Kupplung ein hoher Komfort erreicht wird und insbesondere ein weitestgehend ruckfreies Schließen der Kupplung gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Kupplungssteuerung noch weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stellaggregat den Schließvorgang der Kupplung bei erfolgtem Gang- bzw. Fahrstufenwechsel in Abhängigkeit von dem mit der Geschwindigkeit des Gang- bzw. Fahrstufenwechsels korrelier- ten Parameter steuert, derart, daß eine beim Schließen der Kupplung vorgesehene Phase mit Schlupf der Kupplung bei zunehmender Schaltgeschwindigkeit zunehmend verkürzt wird.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei der Kupplungssteuerung zu berücksichtigen, ob der Fahrer einen Gang- bzw. Getriebestufenwechsel schnell oder langsam ausführt. Damit wird ein Parameter erfaßt, der wiedergibt, ob der Fahrer mehr sportlich oder mehr komfortbetont fahren möchte. In Abhängigkeit vom Schaltverhalten des Fahrers kann dann der Schließvorgang der Kupplung mehr komfortbetont oder mehr sportlich schnell gesteuert werden.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß zur Er- fassung der Schaltgeschwindigkeit lediglich die Signale bereits aus anderen Gründen vorhandener Sensoren ausgewertet werden müssen. So ist dem Getriebe regelmäßig eine Sensoranordnung zugeordnet, die den eingelegten Gang bzw. die eingelegte Fahrstufe erfaßt . Die Signale dieser Sensoranordnung lassen dementsprechend erkennen, ob und wann ein zuvor eingelegter Gang bzw. eine zuvor eingelegte Getriebestufe verlassen werden und wann erneut ein Gang bzw. eine Getriebestufe eingeschaltet sind. Die zwischen diesen Signalen auftretende Zeitdifferenz ist ein Parameter für die Schaltgeschwindig- keit.
Darüber hinaus kann dem Schaltorgan des Getriebes ein Potentiometer od.dgl. zugeordnet sein, welches Bewegungen des Schaltorgans erfaßt und unter anderem zur Erkennung einer Schaltabsicht des Fahrers dient. Aus den Signalen des Potentiometers läßt sich auch die Schaltgeschwindigkeit ableiten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Steuerung des Schließvorganges der Kupplung auch die Stellung eines vom Fahrer betätigten Fahrpedales oder eines sonstigen Organs zur fahrerseitigen Steuerung der Fahrleistung berücksichtigt . Damit besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Kupplung nach einem Gang- bzw. Fahrstufenwechsel bei hoher Schaltgeschwindigkeit nur dann schnell zu schließen, wenn der Fahrer das Leistungspotential des Motors in stärkerem Maße auszunutzen wünscht, also nicht nur „sportlich schalten" sondern auch „sportlich fahren bzw. beschleunigen" will.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin- düng auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders vorteilhafte Ausführungsform beschrieben wird.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftf hrzeuges sowie der für die Kupplungssteuerung wesentlichen Komponenten.
Gemäß der Zeichnung ist ein Verbrennungsmotor 1 über eine automatisch betätigte Kupplung 2 und ein Getriebe 3, dessen Fahrstufen bzw. Gänge durch manuelle Betätigung eines Schalthebels 4 gewechselt werden, und eine Antriebswelle 5, z.B. eine Kardanwelle, mit Antriebsrädern 6 eines im übrigen nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges antriebsmäßig verbunden.
Die Betätigung der Kupplung erfolgt automatisch mittels eines motorischen Stellaggregates 7, zu dessen Steuerung eine Sen- sorik zur Überwachung verschiedener Parameter des Fahrbetriebes vorgesehen ist.
Diese Sensorik umfaßt eine Sensoranordnung 8, welche dem Getriebe 3 bzw. dem Schalthebel 4 zugeordnet ist und dessen Stellung und/oder Bewegungen erfaßt. Die Signale der Sen- soranordnung 8 lassen also einerseits erkennen, welche Fahr- stufe bzw. welcher Gang eingelegt worden sind bzw. ob und welcher Gang bzw. welche Fahrstufe verlassen werden. Andererseits zeigen die Signale der Sensoranordnung 8 auch an, mit welcher Geschwindigkeit der jeweilige Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen erfolgt.
Durch einen Sensor 9 wird die Stellung eines zur Lei- stungsteuerung des Motors 1 dienenden, fahrerseitig betätigten Organs registriert, z.B. einer Drosselklappe 10 des Luftansaugsystems des Motors 1.
Desweiteren umfaßt die Sensorik einen Weggeber 11 , welcher dem Stellaggregat 7 zugeordnet ist und dessen Stellung und damit einen Parameter erfaßt, welcher zur Größe des von der automatischen Kupplung 2 übertragbaren Momentes analog ist.
Die Steuerschaltung 12 kommuniziert außerdem mit einer Motor- Steuerung 13, welche u.a. die Aufgabe hat, die Motordrehzahl weitestgehend unabhängig von der Belastung des Motors auf einer Mindestdrehzahl, etwa der Leerlaufdrehzahl , zu halten. Diese Motorsteuerung 13 kann auch Signale erzeugen, die die jeweilige Drehzahl des Motors 1 sowie das jeweils vom Motor 1 erzeugte Drehmoment wiedergeben.
Im Übrigen kommuniziert die Steuerschaltung 12 mit Drehzahlgebern 14, welche den Fahrzeugrädern zugeordnet sind.
Aufgrund des Informationsaustausches mit der Motorsteuerung 13 kann die Steuerschaltung 12 das jeweils von der Kupplung 2 tatsächlich übertragene Drehmoment ermitteln. Wenn das von der Kupplung übertragene Moment mit Mκ, das Drehmoment des Motors mit MM, das konstruktiv vorgegebene Trägheitsmoment des Motors mit JM und zeitliche Drehzahländerungen des Motors mit dω/dt bezeichnet werden, so gilt Mκ = MM - JM dω/dt.
Da die motorseitigen Parameter von der Motorsteuerung 13 si- gnalisiert werden können, lassen also deren Signale immer die Belastung der Kupplung 2 erkennen.
Wenn sich die Kupplung 2 in einem Schlupfzustand befindet, d.h. wenn die eingangseitigen und ausgangseitigen Drehzahlen der Kupplung 2 voneinander abweichen, entspricht das jeweils von der Kupplung übertragene Moment dem bei der jeweiligen Schlupfphase möglichen übertragbaren Moment, wobei dieses übertragbare Moment der jeweiligen, vom Sensor 11 erfaßten Stellung des Stellaggregates 7 zugeordnet werden kann.
Die Steuerung 12 kann also ständig einander zugeordnete Werte des Stellhubes des Stellaggregates 7 und des von der Kupplung 2 übertragbaren Momentes erfassen bzw. aktualisieren und speichern. Damit „kennt" die Steuerung 12 das Betriebsverhal- ten der Kupplung 2 und kann dieselbe prinzipiell entsprechend beliebigen Vorgaben betätigen.
Der vorgenannte Schlupfzustand der Kupplung 2 wird erfaßt, indem einerseits über die Motorsteuerung 13 die Motordrehzahl und damit die Drehzahl des Einganges der Kupplung 2 ermittelt wird. Andererseits wird über die Sensoranordnung 8 der eingelegte Gang bzw. die eingelegte Getriebestufe und über die Drehzahlgeber 14 die Drehzahl der Antriebsräder 6 ermittelt; hieraus kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Getriebe- Übersetzung für den eingelegten Gang bzw. die eingelegte Fahrstufe die Drehzahl des Ausganges der Kupplung 2 ermittelt werden. Im Ergebnis kann also festgestellt werden, ob Eingang und Ausgang der Kupplung 2 gleiche oder unterschiedliche Drehzahlen haben, d.h. ob die Kupplung ohne oder mit Schlupf arbeitet .
Erfindungsgemäß wird nun bei der Steuerung der Kupplung 2 berücksichtigt, ob ein Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen des Getriebes 3 mit höherer oder geringerer Geschwindigkeit erfolgt. Bei geringer Schaltgeschwindigkeit wird eine ver- gleichsweise lange Schlupfphase der Kupplung 2 nach einem Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen zugelassen. Bei hoher Schaltgeschwindigkeit wird die Schlupfphase deutlich verkürzt. Auf diese Weise erfolgt die automatische Steuerung der Kupplung 2 in ähnlich unterschiedlicher Weise wie eine will- kürlich gesteuerte Kupplung von einem komfortbewußten bzw. einem sportlichen Fahrer unterschiedlich betätigt würde.
Zusätzlich kann bei der Kupplungssteuerung noch die vom Sensor 9 erfaßte Stellung der Drosselklappe 10 oder eines ande- ren zur Leistungsteuerung des Motors 1 dienenden Organs und/oder die von der Motorsteuerung 13 gemeldete Leistung des Motors 1 berücksichtigt werden. Sobald dabei erkannt wird, daß die Motorleistung stark erhöht werden soll, wird die Schlupfphase der Kupplung 2 nach einem Wechsel der Gänge bzw. Fahrstufen ebenfalls verkürzt. Andererseits besteht auf diese Weise die Möglichkeit, be hoher Schaltgeschwindigkeit von einer stark verkürzten Schlupfphase der Kupplung 2 dann abzusehen, wenn der Fahrer mit vergleichsweise geringer Motorleistung fahren will bzw. keinerlei Anzeichen für eine fahrer- seitige Erhöhung der Motorleistung erkennbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Automatisch gesteuerte Kupplung im Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges, welches ein manuell bzw. willkürlich zwi- sehen unterschiedlichen Gängen bzw. Fahrstufen mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen schaltbares Getriebe zwischen Motor und Antriebsrädern aufweist, mit einem die Kupplung betätigenden motorischen Stellaggregat und einer zu dessen Steuerung dienenden Sensorik, welche einen mit der Ge- schwindigkeit eines Gang- bzw. Fahrstufenwechsels korrelier- ten Parameter erfaßt und deren Signale unter anderem ein Öffnen und Schließen der Kupplung bei einem Wechsel der Gänge bzw. Getriebestufen auslösen bzw. steuern, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellaggregat (7) den Schließvorgang der Kupplung (2) bei erfolgtem Gang- bzw. Fahrstufenwechsel in Abhängigkeit von dem mit der Geschwindigkeit des Gang- bzw. Fahrstufenwechsels korrelierten Parameter steuert, derart, daß eine beim Schließen der Kupplung (2) vorgesehene Schlupfphase mit erhöhter Schaltgeschwindigkeit zunehmend verkürzt wird.
2. Kupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltgeschwindigkeit durch Auswertung einer beim Gang- bzw. Fahrstufenwechsel auftretenden Zeitspanne zwischen Verlassen eines Ganges bzw. einer Fahrstufe und Erreichen eines Ganges bzw. einer Fahrstufe ermittelt wird.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß einer zum Gang- bzw. Fahrstufenwechsel dienenden Handhabe (4) oder einem entsprechenden Betätigungsorgan ein Geber (8) zur Erfassung der Stellgeschwindigkeit der Handhabe bzw. des Betätigungsorgans zugeordnet ist.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (9) für ein fahrseitig betätigbares Steuerorgan (Drosselklappe 10) für die Motorleistung vorgesehen ist und die Steuerung der Schließgeschwindigkeit zusätzlich noch in Abhängigkeit von der Leistungssteuerung des Motors (1) erfolgt.
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