WO2008019938A1 - Kupplungseinrichtung - Google Patents

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WO2008019938A1
WO2008019938A1 PCT/EP2007/057806 EP2007057806W WO2008019938A1 WO 2008019938 A1 WO2008019938 A1 WO 2008019938A1 EP 2007057806 W EP2007057806 W EP 2007057806W WO 2008019938 A1 WO2008019938 A1 WO 2008019938A1
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piston
clutch
control unit
unit
coupling device
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PCT/EP2007/057806
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Inventor
Rainer Petzold
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16D2500/7109—Pulsed signal; Generating or processing pulsed signals; PWM, width modulation, frequency or amplitude modulation

Definitions

  • the invention relates to a coupling device for motor vehicles with a power-operated clutch between a prime mover and a transmission according to the preamble of patent claim 1.
  • a clutch device for a motor vehicle which has a starting and shifting clutch arranged between a drive machine and a transmission as well as an electronically controlled clutch actuating device.
  • the actuation of a clutch release lever takes place via an auxiliary power and the position of the clutch is detected by a displacement measuring device.
  • This coupling device is distinguished from other coupling devices in that this clutch actuating device consists of a compact actuating unit arranged on the coupling, in which an actuating cylinder for a clutch release lever, a plurality of solenoid valves controlling the auxiliary power and a displacement measuring device are arranged.
  • the auxiliary power is supplied via a detachable pressure supply connection and the power and control lines for the solenoid valves and the displacement measuring device are connected via a plug connection.
  • the electrical lines can be combined in a common multiple plug connection in order to simplify the connection of the clutch actuating device.
  • a connection for the ventilation can be provided.
  • Other developments provide at least one solenoid valve for each one actuating direction of the piston of the actuating cylinder.
  • two solenoid valves per actuation direction of the piston may be present, and further can interchangeable, in the Manifolds insertable panels are installed, which reduce the cross section in the supply or discharge lines targeted to a desired level and so can determine the maximum piston speeds.
  • This coupling device has some advantages: By combining a plurality of components, which are necessary for the power-operated operation of the clutch in a compact clutch operating unit, it is possible to make the structure of the clutch itself so that an actuation of the clutch without a Assistive power assistance can be provided.
  • the clutch actuator By simply mounting the clutch actuator on a dedicated, otherwise except for a passage for a Kupplungsbowdenzug e.g. With a plug or lid closed opening of the clutch housing, the clutch can be easily rebuilt between a power-assisted and a non-power-assisted variant, whereby the number of parts to be stored drops and storage costs are saved. Further, in the case of a defect with little effort and therefore correspondingly fast and inexpensive the complete clutch actuator exchanged and in a suitably equipped specialist workshop. repaired or serviced by the manufacturer.
  • the known coupling device is characterized by the fact that not only the adjustment necessary in Betreibweg is covered by the adjustment of the piston, but beyond the maximum possible adjustment is dimensioned so that positional differences can be compensated by parts and mounting tolerances as well Operational wear of the friction linings of the coupling.
  • This is advantageous in many ways, but requires a relatively large displacement. Since the positioning error of the piston is dependent inter alia on the possible total path, this is in the coupling device according to EP 371 975 B1 partly larger than would be technically necessary with a similar effort in terms of assembly and manufacturing tolerances. In other words, if it were possible to reduce the maximum piston travel, the same positioning accuracy could be achieved with less effort or the positioning accuracy could be increased with the same effort.
  • the invention is based on the object, which disclosed in EP 371 975 B1 clutch device, due to the above and other positive properties and features has proven many times in practice, so to improve that the reliability of the coupling device is further increased and also improves the accuracy of the piston positioning and the structural complexity is reduced again.
  • the invention is based on the finding that the number and the diameter of the lines and the power to be transmitted through the lines can be reduced by a built in the complex operating unit or in the immediate vicinity of this integrated control unit with integrated power amplifier, which significantly improved insensitivity to electromagnetic interference and a significant reduction in the output of the control unit and the lines themselves disruptive potential leads.
  • the possibility is opened to transfer data from and to the electronic control unit in digitized form, and thus even better protected against interference. Further, this shift of control and processing of the control signals of the valves allows a low-cost, redundant and / or diversified monitoring of the actual position of the piston.
  • the invention is based on a clutch device for a motor vehicle with a starting and shifting clutch arranged between a drive machine and a transmission and with a power-operated clutch release device, which can be actuated by an actuating unit arranged on the housing of the starting and shifting clutch, in which an actuating cylinder engages is arranged a externally energizable piston, and in the further several, an auxiliary power controlling valves and a for Detected the position of the piston provided Wegmess promoted are arranged, wherein the actuating unit is connected via a terminal and an electrical supply line to a power source, and further communicates via an electrical connection with an electronic control unit.
  • the generic coupling device corresponds to the coupling device disclosed in EP 371 975 B1.
  • an electronic integrated control unit is arranged in the actuating unit or directly on the actuating unit.
  • the integrated control unit has power output stages for the control for at least some and preferably for all of the valves arranged in the actuating unit and with the electronic control unit. unit is connected via a data connection, so not only the data of a path measuring device can be digitized transferred, but also the control signals for the valves in digitized form and therefore with a much lower cost of cabling and increased error and interference transmitted and on site be converted into corresponding power signals for controlling the valves.
  • a development of the invention provides that the integrated control unit has a calculation unit with the possibility of storing and running a software, which is at least indirectly connected to the path measuring device and an external (data) port, and that a software is provided which a predetermined or determined desired speed of the piston and / or implement a desired displacement of the piston in control signals for controlling the power output stage for the control of the valves and can output.
  • a software is provided which a predetermined or determined desired speed of the piston and / or implement a desired displacement of the piston in control signals for controlling the power output stage for the control of the valves and can output.
  • the power output stage for controlling the valves for the output of signals by the pulse rate method and / or the pulse width method is designed.
  • the integrated control unit has at least one analog / digital converter, which is connected at least to the path measuring device on its input side and is connected to a connection and / or to the calculation unit on its output side, eg invoice unit process the data of the path measuring device directly.
  • the position data can in this way be led out of the complex actuating unit via a connection and made available to further control devices, for example the electronic control unit (eg gearbox control device). If the data transmission takes place via a data bus, this does not even require a separate physical line.
  • an electronic integrated control unit designed at least according to one of the preceding embodiments makes it possible, in a simple manner and with very little additional effort, to determine the position of the piston via at least one device for redundant detection of the piston position, provided the complex actuating unit has such a device, such as a a measuring principle other than the said path measuring device working distance measuring sensor, has redundant detection.
  • the actuating unit has an additional detection device for detecting a di- versitive, suitable for plausibility of the signal of the path measuring device signal.
  • This detection device can detect, for example, a pressure curve within the pressure chamber of the actuating cylinder or in a supply line. From characteristic pressure fluctuations it can be concluded that certain positions of the piston or the occurrence of certain events. In this way, there are a variety of ways to verify the signal of the path measuring device without a redundant detection device for the control position of the piston, of course, a combination of two redundant and a diverse signal an a-bermals increased accuracy and a further improved detection of fault conditions.
  • a function monitoring device is provided inside or outside the actuating unit, which receives at least the redundant position signals of the displacement measuring device and / or the device for redundant detection of the position of the piston and / or the additional detection device as input variables in the form of digital data and the function monitoring device is additionally set up for executing a software which, if a lack of plausibility or inconsistencies is detected, can output different fault messages or activate a fault functionality.
  • the function monitoring device can preferably be a part of the integrated control unit. However, it is also possible, alternatively or additionally, to pass the optionally digitized data about the position of the piston to another, for example higher-level control device, such as the electronic control unit. In this way, the cost of the integrated control unit can be kept low, since more complex tasks, such as the decision on emergency measures to be taken, a logging of the measured values and coordination with other vehicle systems of a mostly already existing, more complex control unit, in particular a transmission control unit can.
  • the starting and shifting clutch is designed as a self-adjusting clutch or a self-adjusting release mechanism. has, wherein the maximum total stroke GH of the piston is less than the sum of a maximum stroke AH and a wear stroke.
  • 1 is a block diagram of a coupling device
  • Fig. 3 shows an example of a conventional actuator in section
  • FIG. 4 shows an example of an actuating device according to the invention in section.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a clutch device in which a starting and shifting clutch 3 is arranged between a drive machine 1 designed here as an internal combustion engine and a transmission 2.
  • a complex operating unit 5 is flanged, which is connected via a pressure medium line 61 to a pressure medium source 6 of an auxiliary power device, such as a hydraulic or pneumatic pressure medium source.
  • the complex actuator unit 5 is connected via a multi-wire analog electrical bus 41 with an electronic control unit 4, which in turn is connected via an electrical supply line 71 to a power source 7 and is supplied by this with electrical power.
  • the electronic control unit 4 the engine speed of the engine output shaft 12 via lines 11 and 21 and 22, the speeds of the transmission input shaft 23 and the transmission output shaft 24 are supplied via lines.
  • the block diagram corresponds to FIG. 1 of the generic EP 0 371 975 B1.
  • FIG. 2 shows how the complex operating unit 5 with a clutch release device, which is designed here as a clutch release lever 31 with Monausschreiber 33, which are actuated via a led out of the housing 50 of the complex actuator 5 piston rod 522 can.
  • the complex actuating unit 5 is fastened to the clutch bell 32 of a starting and shifting clutch 3 designed here as a dry diaphragm spring - friction clutch.
  • On the clutch bell 32 and the clutch release lever 31 is pivotally mounted
  • a torsional vibration damper 39 is also arranged.
  • the clutch disc 35 is arranged rotationally fixed directly on the input shaft 23 of the transmission 2 in the axial direction between the flywheel 36 and the pressure plate 34.
  • the flywheel 36 is connected via screws 361 to the engine output shaft 12 of the engine 1.
  • the actuating unit 5 ' according to the prior art contains only the actuating cylinder 52 with the piston 521 and the piston rod 522 and the valves 53 to 56 with the associated pressure medium lines 532 (supply line from the pressure medium supply connection 58), 542 (vent line from the valve 54 to the vent port 580), 562 (vent line from the valve 56 to the vent port 580), 533 (first pressure medium line to the pressure chamber 523 of the actuating cylinder 52) and 553 (second pressure medium line to the pressure chamber 523 of the actuating cylinder 52) and in some lines or valve ports of the valves 53 to 56 formed here as solenoid valves used aperture 531, 541, 551 and 561st
  • a displacement measuring device 57 which detects the position of the piston 521 and as an analog signal via the electrical signal tion 571 leads to the multiple plug connection 59, in which also the electric power lines 544, 534, 554 and 564 are guided, which serve for the electrical control of the solenoid valves 54, 53, 55 and 56.
  • this known actuating unit 5 'further comprises a pressure supply port 58 for a pressurized, promoted by the pressure medium line 61 pressure medium, which provides the required external force for adjusting the piston 521.
  • an additional vent port 581 is provided with a connected vent line 581, which serves for the discharge of air flowing from the pressure chamber 523 of the actuating cylinder 52 and in the case of a hydraulic system, the derivative of the hydraulic fluid.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of an inventively designed complex actuator 5 in section.
  • an integrated control unit 8 is additionally provided here within the complex actuating unit 5.
  • This in turn has an electronic memory 84 for storing a control program, a calculation unit 82 for executing the control program and a function monitoring device 83 for evaluating and checking the data provided by the path measuring device 57 and preferably by an additional, redundant detection device 572 and an additional detection device 573, which are first digitized in an integrated digital / analog converter 85.
  • connection 591 is now provided, which in the simplest variant can consist of connections for only one shielded, digital data line 51 or a bus connection and an electrical supply line 71.
  • the digital data line 51 can also access any other control units, in particular the electronic control unit 4 according to FIG. 1, to the data of the integrated control unit 8 or influence the control activity of this integrated control unit 8.
  • the integrated control unit 8 has a power output stage 81 which generates power signals for driving the valves 53 to 56 based on the control values for the valves 53 to 56 and outputs these to the valves via the electric power lines 534, 543, 554 and 563.
  • valve 50 housings Digital data line, bus Actuating cylinder Piston Piston rod Pressure chamber Valve Valve Valve Valve Valve Aperture (valve 53) Aperture (valve 54) Aperture (valve 55) Aperture (valve 56) Pressure medium line (supply line from pressure medium supply connection 58) Pressure medium line (vent line from valve 54 to vent connection 580) Pressure medium line (Bleed line from valve 56 to Entiablyungsan gleich 580) pressure medium line (first pressure medium line to the pressure chamber 523 of the actuating cylinder 52) pressure medium line (second pressure medium line to the pressure chamber 523 of the Betuschistszyiinder 52) electric power line (to valve 53) electrical power line (to valve 54) electrical power line (to valve 55) Electrical power line (to valve 56) Path measuring device Signal line Device for redundant detection 573 Additional detection device

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Abstract

Die Zuverlässigkeit einer Kupplungseinrichtung wird gesteigert und zudem die Genauigkeit der Kolbenpositionierung verbessert sowie der bauliche Aufwand verringert, indem eine komplexe Betätigungseinheit (5) für eine Hilfskraftbetätigung einer zwischen einer Antriebsmaschine (1 ) und einem Getriebe (2) befindlichen Anfahr- und Schaltkupplung (3) zusätzlich mit einer integrierten Steuerungseinheit (8) ausgerüstet ist.

Description

Kupplunqseinrichtunq
Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer hilfskraftbetätigten Kupplung zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hilfskraftbetätigte Kupplungen werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen genutzt. Aus der EP 0 371 975 B1 ist eine Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe angeordnete Anfahr- und Schaltkupplung sowie eine elektronisch gesteuerte Kupplungsbetätigungseinrichtung aufweist. Die Betätigung eines Kupplungsausrückhebels erfolgt dabei über eine Hilfskraft und die Stellung der Kupplung wird über eine Wegmesseinrichtung erfasst. Diese Kupplungseinrichtung zeichnet sich von anderen Kupplungseinrichtungen dadurch aus, dass diese Kupplungsbetätigungseinrichtung aus einer an der Kupplung angeordneten, kompakten Betätigungseinheit besteht, in der ein Betätigungszylinder für einen Kupplungsausrückhebel, mehrere die Hilfskraft steuernde Magnetventile und eine Wegmesseinrichtung angeordnet sind.
Die Druckversorgung für die Hilfskraft erfolgt über einen lösbaren Druck- versorgungsanschluss und die Strom- und Steuerleitungen für die Magnetventile und die Wegmesseinrichtung erfolgt über einen Steckanschluss. Dabei können die elektrischen Leitungen in einem gemeinsamen Mehrfachsteckan- schluss zusammengefasst werden, um den Anschluss der Kupplungsbetäti- gungseinrichtung zu vereinfachen. Weiter kann ein Anschluss für die Entlüftung vorgesehen sein. Andere Weiterbildungen sehen zumindest je ein Magnetventil für je eine Betätigungsrichtung des Kolbens des Betätigungszylinders vor. Alternativ dazu können auch jeweils zwei Magnetventile je Betätigungsrichtung des Kolbens vorhanden sein, und weiter können austauschbare, in die Druckmittelleitungen einsetzbare Blenden eingebaut werden, die den Querschnitt in den Zu- oder Ableitungen gezielt auf ein gewünschtes Maß verringern und so die maximalen Kolbengeschwindigkeiten mit bestimmen können.
Diese Kupplungseinrichtung weist einige Vorteile auf: Durch die Zusammenfassung einer Vielzahl von Komponenten, die für den hilfskraftbetätigten Betrieb der Kupplung notwendig sind, in einer kompakten Kupplungsbetätigungseinheit ist es möglich, den Aufbau der Kupplung selbst so zu gestalten, dass eine Betätigung der Kupplung auch ohne eine Hilfskraftunterstützung vorgesehen werden kann. Durch ein einfaches Montieren der Kupplungsbetätigungseinrichtung an einer dafür vorgesehenen, ansonsten bis auf eine Durchführung für einen Kupplungsbowdenzug z.B. mit einem Stopfen oder Deckel verschlossenen Öffnung des Kupplungsgehäuses kann die Kupplung leicht zwischen einer hilfskraftbetätigten und einer nicht hilfskraftbetätigten Variante umgebaut werden, wodurch die zu bevorratende Anzahl der Teile sinkt und Lagerhaltungskosten gespart werden. Weiter kann im Fall eines Defektes mit wenig Aufwand und daher entsprechend schnell und preiswert die komplette Kupplungsbetätigungseinrichtung getauscht sowie in einer entsprechend ausgerüsteten Fachwerkstatt z.B. des Herstellers repariert oder gewartet werden.
Allerdings können bei der gemäß der EP 371 975 B1 ausgebildeten Kupplungseinrichtung trotz ihrer überdurchschnittlichen Montage- und Wartungsfreundlichkeit und ihren allgemein hohen Betriebssicherheit dennoch bestimmte Probleme auftreten.
So sind bei ungünstigen Umgebungsbedingungen Signalverfälschungen bzw. elektromagnetische Einstreuungen zwischen dem elektronischen Steuergerät und dem die Kupplungsposition bzw. die Position des Betätigungszylinders sensierenden Wegmessvorrichtung möglich. Ein verfälschtes Signal kann die Funktion der Kupplung stark beeinträchtigen und unter Umständen weit reichende Folgen haben.
Obwohl der Anschiuss der zum Betrieb der Kupplungsbetätigungsein- richtung notwendigen elektrischen Leitungen über einen Mehrfachsteckan- schluss bereits sehr Platz sparend und montagefreundlich ausgeführt ist, müssen dennoch zur Ansteuerung und Leistungsversorgung der Magnetventile eine relativ hohe Anzahl von Leitungen vorgesehen sein. Dies ist mit Kosten verbunden, erhöht über die Anzahl der beteiligten Leitungen zwangsläufig die Fehleranfälligkeit und kann unter bestimmten, ungünstigen Betriebsbedingungen zu elektromagnetischen Wechselwirkungen mit benachbarten oder anderen Leitungen führen.
Schließlich zeichnet sich die bekannte Kupplungseinrichtung dadurch aus, dass durch den Verstellweg des Kolbens nicht nur der im Betreib notwendige Verstellweg abgedeckt wird, sondern darüber hinaus der maximal möglich Verstellweg so bemessen ist, dass Lageunterschiede durch Teile- und Montagetoleranzen ebenso ausgeglichen werden können, wie ein betriebsbedingter Verschleiß der Reibbeläge der Kupplung. Dies ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft, bedingt aber einen relativ großen Verstellweg. Da der Positionierungsfehler des Kolbens unter anderem vom möglichen Gesamtweg abhängig ist, ist dieser in der Kupplungseinrichtung gemäß der EP 371 975 B1 zum Teil größer, als dies technisch bei ähnlichem Aufwand in Bezug auf Montage- und Fertigungstoleranzen notwendig wäre. Anders ausgedrückt könnte, wenn es gelänge den maximalen Kolbenweg zu verringern, die gleiche Positioniergenauigkeit mit geringerem Aufwand erreicht oder die Positioniergenauigkeit bei unverändertem Aufwand gesteigert werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die in der EP 371 975 B1 offenbarte Kupplungseinrichtung, die sich aufgrund der vorstehend genannten und weiterer positiver Eigenschaften und Merkmale vielfach in der Praxis bewährt hat, so zu verbessern, dass die Zuverlässigkeit der Kupplungseinrichtung weiter gesteigert wird und zudem die Genauigkeit der Kolbenpositionierung verbessert sowie der bauliche Aufwand abermals verringert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine in die komplexe Betätigungseinheit integrierte oder in unmittelbarer Nähe zu dieser angeordnete integrierte Steuerungseinheit mit integrierter Leistungsendstufe die Anzahl sowie der Durchmesser der Leitungen und die durch die Leitungen zu übertragenen Leistungen verringert werden kann, welches zu einer erheblich verbesserten Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störfelder und zu einer deutlichen Reduzierung des von der Steuerungseinheit und den Leitungen selbst ausgehenden Störpotenzials führt. Zudem wird die Möglichkeit eröffnet, Daten von und zu der elektronischen Steuerungseinheit in digitalisierter Form, und damit nochmals besser gegen Störungen abgesichert zu übertragen. Weiter ermöglicht diese Verlagerung der Ansteuerung und der Aufbereitung der Stellsignale der Ventile eine mit geringem Aufwand durchführbare, redundante und/oder diversifizierte Überwachung der Ist-Position des Kolbens.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe angeordneten Anfahr- und Schaltkupplung sowie mit einer hilfskraftbetätigten Kupplungsausrückvorrichtung, die von einer am Gehäuse der Anfahr- und Schaltkupplung angeordneten Betätigungseinheit betätigbar ist, in der ein Betätigungszylinder mit einem fremdkraftbeaufschlagbaren Kolben angeordnet ist, und in der weiter mehrere, eine Hilfskraft steuernde Ventile und eine zur Erfassung der Position des Kolbens vorgesehene Wegmesseinrichtung angeordnet sind, wobei die Betätigungseinheit über einen Anschluss sowie eine elektrische Versorgungsleitung mit einer Stromquelle verbunden ist, und weiter über einen elektrischen Anschluss mit einer elektronischen Steuerungseinheit in Verbindung steht. In soweit entspricht die gattungsgemäße Kupplungseinrichtung der in der EP 371 975 B1 offenbarten Kupplungseinrichtung.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zusätzlich vorgesehen, dass eine elektronische integrierte Steuerungseinheit in der Betätigungseinheit oder unmittelbar an der Betätigungseinheit angeordnet ist.
Dabei ist es unerheblich, ob die elektronische integrierte Steuerungseinheit innerhalb der Betätigungseinheit untergebracht werden kann, oder in direkter Nachbarschaft dazu, bevorzugt durch unmittelbare Befestigung des Moduls der integrierten Steuerungseinheit, auf oder an der Betätigungseinheit angeordnet wird. Entscheidend ist hierbei lediglich, dass aufwendige, teure und potenziell störanfällige Kabelverbindungen zwischen den Komponenten entfallen können sowie die Betätigungseinheit in die Lage versetzt wird, selbst mit Hilfe der elektronischen integrierten Steuerungseinheit eine Datenverarbeitung durchzuführen. Durch die so ermöglichte Datenverarbeitung und Aufbereitung vor Ort wird die Voraussetzung für eine deutliche Verringerung des Verkabelungsaufwandes, eine digitalisierte Datenübertragung, eine damit verbundene Verringerung der Anfälligkeit gegenüber elektromagnetischer Einstrahlung und für einen nochmals verringerten Aufwand bei Montage und Wartung geschaffen. Weitere Vorteile werden nachfolgend anhand spezieller Ausführungsformen näher erläutert.
Wenn die integrierte Steuerungseinheit Leistungsendstufen für die Ansteuerung zumindest für einige und bevorzugt für alle der in der Betätigungseinheit angeordneten Ventile aufweist und mit der elektronischen Steuerungs- einheit über eine Datenverbindung verbunden ist, so können nicht nur die Daten einer Wegmesseinrichtung digitalisiert übertragen werden, sondern auch die Ansteuerungssignale für die Ventile in digitalisierter Form und daher mit einem deutlich geringeren Aufwand für die Verkabelung und einer erhöhten Fehler- und Störsicherheit übertragen sowie vor Ort in entsprechende Leistungssignale für die Ansteuerung der Ventile umgesetzt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die integrierte Steuerungseinheit eine Berechnungseinheit mit der Möglichkeit zur Speicherung und zum Ablauf einer Software aufweist, die zumindest mittelbar mit der Wegmesseinrichtung und einem externen (Daten-)Anschluss verbunden ist, und dass eine Software vorgesehen ist, die eine vorgegebene oder ermittelte gewünschte Geschwindigkeit des Kolbens und/oder einen gewünschten Verstellweg des Kolbens in Ansteuersignale zur Ansteuerung der Leistungsendstufe für die Ansteuerung der Ventile umsetzen und ausgeben kann. Dies ermöglicht durch die Software-Fähigkeit nicht nur eine einfache Anpassung baugleicher Einheiten für unterschiedliche Kupplungen, sondern auch einen Regelkreis innerhalb der komplexen Steuerungseinheit.
Zur Verbesserung der Genauigkeit der Umsetzung der gewünschten Geschwindigkeit des Kolbens und/oder des gewünschten Verstellwegs des Kolbens in tatsächliche Kolbengeschwindigkeiten und/oder Kolbenpositionen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Leistungsendstufe für die Ansteuerung der Ventile für die Ausgabe von Signalen nach dem Pulsfrequenz-Verfahren und/oder dem Pulsweiten-Verfahren ausgelegt ist.
Wenn die integrierte Steuerungseinheit zumindest einen Analog/Digital- Umsetzer aufweist, der auf seiner Eingangsseite zumindest mit der Wegmesseinrichtung verbunden ist und auf seiner Ausgangsseite mit einem Anschluss und/oder mit der Berechnungseinheit in Verbindung steht, kann z.B. die Be- rechnungseinheit die Daten der Wegmesseinrichtung direkt verarbeiten. Zudem können die Positionsdaten auf diese Weise über einen Anschluss aus der komplexen Betätigungseinheit herausgeleitet und weiteren Steuergeräten, beispielsweise der elektronischen Steuerungseinheit (z. B. Getriebesteuerungsgerät) zur Verfügung gestellt werden. Sofern die Datenübermittlung über einen Daten-Bus erfolgt, ist hierfür nicht einmal eine eigene physikalische Leitung notwendig.
Weiter ermöglicht eine zumindest gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen ausgelegte elektronische integrierte Steuerungseinheit auf einfache Weise und mit sehr geringem zusätzlichem Aufwand, die Position des Kolbens über zumindest eine Einrichtung zur redundanten Erfassung der Kolbenposition festzustellen, sofern die komplexe Betätigungseinheit über eine derartige Einrichtung, etwa ein nach einem anderen Messprinzip als die genannte Wegmesseinrichtung arbeitender Wegmesssensor, zur redundanten Erfassung verfügt.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Betätigungseinheit eine zusätzliche Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines di- versitären, zur Plausibilisierung des Signals der Wegmesseinrichtung geeigneten Signals aufweist. Diese Erfassungsvorrichtung kann beispielsweise einen Druckverlauf innerhalb des Druckraumes des Betätigungszylinders oder in einer Zuleitung erfassen. Aus charakteristischen Druckschwankungen kann auf bestimmte Positionen des Kolbens oder das Eintreten bestimmter Ereignisse geschlossen werden. Auf diese Weise ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, das Signal der Wegmesseinrichtung auch ohne eine redundante Erfassungseinrichtung für die Stellposition des Kolbens zu verifizieren, wobei natürlich eine Kombination zweier redundanter und eines diversitären Signals eine a- bermals erhöhte Genauigkeit sowie eine nochmals verbesserte Ermittlung von Fehlerzuständen ermöglicht. Hierfür ist es besonders vorteilhaft, wenn innerhalb oder außerhalb der Betätigungseinheit eine Funktionsüberwachungseinrichtung vorgesehen ist, welche zumindest die redundanten Positionssignale der Wegmesseinrichtung und/oder der Einrichtung zur redundanten Erfassung der Position des Kolbens und/oder der zusätzlichen Erfassungsvorrichtung als Eingangsgrößen in Form digitaler Daten zugesandt bekommt und die Funktionsüberwachungseinrichtung zusätzlich zum Abarbeiten einer Software eingerichtet ist, welche bei Feststellung von fehlender Plausibilität oder von Inkonsistenzen unterschiedliche Störfallmeldungen ausgeben oder eine Störfallfunktionalität aktivieren kann.
Die Funktionsüberwachungsvorrichtung kann dabei bevorzugt ein Teil der integrierten Steuerungseinheit sein. Es ist jedoch auch möglich, die gegebenenfalls digitalisierten Daten über die Position des Kolbens alternativ oder zusätzlich einem anderen, beispielsweise übergeordneten Steuergerät, etwa der elektronischen Steuerungseinheit zuzuleiten. Auf diese Weise kann der Aufwand für die integrierte Steuerungseinheit gering gehalten werden, da komplexere Aufgaben, wie etwa die Entscheidung über zu treffende Notfallmaßnahmen, eine Protokollierung der Messwerte und eine Abstimmung mit anderen Fahrzeugsystemen einer zumeist ohnehin vorhandenen, komplexeren Steuerungseinheit, insbesondere einer Getriebesteuerungseinheit übertragen werden können.
Schließlich kann die tatsächliche Positioniergenauigkeit des Kolbens weiter verbessert werden, wenn der maximale Verstellweg des Kolbens verringert wird. Hierfür ist gemäß einer letzen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Anfahr- und Schaltkupplung als selbstnachstellende Kupplung ausgebildet ist oder einem selbstnachstellenden Ausrückmechanismus auf- weist, wobei der maximale Gesamthub GH des Kolbens geringer ist, als die Summe aus einem maximalen Arbeitshub AH und einem Verschleißhub.
Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung weiter erläutern.
Diese zeigt in:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Kupplungseinrichtung,
Fig. 2 eine teilweise dargestellte und geschnitten gezeigte Kupplung mit einer Betätigungseinheit,
Fig. 3 ein Beispiel einer herkömmlichen Betätigungseinrichtung im Schnitt und
Fig. 4 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung im Schnitt.
Demnach zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Kupplungseinrichtung, bei dem zwischen einer hier als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmaschine 1 und einem Getriebe 2 eine Anfahr- und Schaltkupplung 3 angeordnet ist. Am Gehäuse des Getriebes 25 ist eine komplexe Betätigungseinheit 5 angeflanscht, die über eine Druckmittelleitung 61 mit einer Druckmittelquelle 6 einer Hilfskrafteinrichtung, beispielsweise einer hydraulischen oder pneumatischen Druckmittelquelle verbunden ist. Weiter ist die komplexe Betätigungseinheit 5 über eine mehradrige analoge elektrische Sammelleitung 41 mit einer elektronischen Steuerungseinheit 4 verbunden, die ihrerseits über eine elektrische Versorgungsleitung 71 mit einer Stromquelle 7 verbunden ist und von dieser mit elektrischer Leistung versorgt wird. Der elektronischen Steuerungseinheit 4 werden über eine Leitung 11 die Motordrehzahl der Motorabtriebswelle 12 und über Leitungen 21 und 22 die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle 23 sowie der Getriebeausgangswelle 24 zugeführt. Das Blockschaltbild entspricht der Fig. 1 der gattungsbildenden EP 0 371 975 B1.
Die Fig. 2 zeigt, wie die komplexe Betätigungseinheit 5 mit einer Kupplungsausrückvorrichtung, die hier als Kupplungsausrückhebel 31 mit Zentralausrücker 33 ausgebildet ist, der über eine aus dem Gehäuse 50 der komplexen Betätigungseinheit 5 herausgeführte Kolbenstange 522 betätigt werden kann. Die komplexe Betätigungseinheit 5 ist dabei an der Kupplungsglocke 32 einer hier als trockene Membranfeder - Reibkupplung ausgebildeten Anfahr- und Schaltkupplung 3 befestigt. An der Kupplungsglocke 32 ist auch der Kupplungsausrückhebel 31 schwenkbar gelagert
Zwischen der Nabe 350 und der Kupplungsscheibe 35 ist zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer 39 angeordnet.
Die Kupplungsscheibe 35 ist unmittelbar auf der Eingangswelle 23 des Getriebes 2 in axialer Richtung zwischen der Schwungscheibe 36 und der Druckplatte 34 drehfest angeordnet. Die Schwungscheibe 36 ist dabei über Schrauben 361 mit der Motorabtriebswelle 12 der Antriebsmaschine 1 verbunden. Damit rotiert bei geschlossener Kupplung die Schwungscheibe 36, das mit ihr fest verbundene Kupplungsgehäuse 37 samt der Druckplatte 34 und die Membranfeder 38 mit der jeweiligen Motordrehzahl.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, enthält die Betätigungseinheit 5' gemäß dem Stand der Technik lediglich den Betätigungszylinder 52 mit dem Kolben 521 und der Kolbenstange 522 sowie die Ventile 53 bis 56 mit den zugehörigen Druckmittelleitungen 532 (Versorgungsleitung vom Druckmittelversor- gungsanschluss 58), 542 (Entlüftungsleitung vom Ventil 54 zum Entlüftungsan- schluss 580), 562 (Entlüftungsleitung vom Ventil 56 zum Entlüftungsan- schluss 580), 533 (erste Druckmittelleitung zum Druckraum 523 des Betätigungszylinders 52) und 553 (zweite Druckmittelleitung zum Druckraum 523 des Betätigungszylinders 52) sowie in einige Leitungen oder Ventilanschlüsse der hier als Magnetventile ausgebildeten Ventile 53 bis 56 eingesetzte Blenden 531 , 541 , 551 und 561.
Weiter ist eine Wegmesseinrichtung 57 vorgesehen, welche die Position des Kolbens 521 erfasst und als analoges Signal über die elektrische Signallei- tung 571 an den Mehrfachsteckanschluss 59 führt, in dem außerdem die elektrischen Leistungsleitungen 544, 534, 554 und 564 geführt sind, die zur elektrischen Ansteuerung der Magnetventile 54, 53, 55 und 56 dienen.
Außerdem weist diese bekannte Betätigungseinheit 5' weiter einen Druckversorgungsanschluss 58 für ein unter Druck stehendes, durch die Druckmittelleitung 61 gefördertes Druckmittel auf, das die benötigte Fremdkraft zur Verstellung des Kolbens 521 bereitstellt. Daneben ist hier noch ein zusätzlicher Entlüftungsanschluss 581 mit einer angeschlossenen Entlüftungsleitung 581 vorgesehen, welcher der Ableitung von aus dem Druckraum 523 des Betätigungszylinders 52 abfließender Luft dient und im Falle eines hydraulischen Systems der Ableitung der Hydraulikflüssigkeit dient.
Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäß ausgebildeten komplexen Betätigungseinrichtung 5 im Schnitt. Wesentlichster Unterschied zu der in Fig. 3 gezeigten komplexen Betätigungseinrichtung 5' gemäß dem Stand der Technik ist, dass hier innerhalb der komplexen Betätigungseinheit 5 zusätzlich eine integrierte Steuerungseinheit 8 vorgesehen ist. Diese verfügt ihrerseits über einen elektronischen Speicher 84 zur Speicherung eines Steuerungsprogramms, eine Berechungseinheit 82 zur Ausführung des Steuerungsprogramms sowie eine Funktionsüberwachungsvorrichtung 83 zur Auswertung und Plausibilisierung der von der Wegmesseinrichtung 57 und bevorzugt von einer zusätzlichen, redundanten Erfassungseinrichtung 572 und einer zusätzlichen Erfassungsvorrichtung 573 bereitgestellten Daten, die zunächst in einem integrierten Digital/Analog-Umsetzer 85 digitalisiert werden.
Weiter ist an Stelle des Mehrfachsteckanschlusses 59 nunmehr lediglich ein Anschluss 591 vorgesehen, der in der einfachsten Variante aus Verbindungen für lediglich eine geschirmte, digitale Datenleitung 51 bzw. einen Bus- Anschluss und eine elektrische Versorgungsleitung 71 bestehen kann. Über die digitale Datenleitung 51 können auch beliebige andere Steuerungseinheiten, insbesondere die elektronische Steuerungseinheit 4 gemäß Fig. 1 , auf die Daten der integrierten Steuerungseinheit 8 zugreifen bzw. auf die Steuerungstätigkeit dieser integrierten Steuerungseinheit 8 Einfluss nehmen.
Außerdem verfügt die integrierte Steuerungseinheit 8 über eine Leistungsendstufe 81 , die auf der Grundlage der von der Berechnungseinheit 82 ermittelten Stellwerte für die Ventile 53 bis 56 Leistungssignale zur Ansteuerung derselben generiert und über die elektrischen Leistungsleitungen 534, 543, 554 und 563 an diese Ventile ausgibt.
Insgesamt wird die Fehler- und Ausfallsicherheit der komplexen Betätigungseinrichtung 5 verbessert, indem die Datenverarbeitung weitgehend vor Ort an der Kupplung 3 stattfindet, und daher Probleme bezüglich elektromagnetischer Einstrahlungen nahezu ausgeschlossen sind. Weiter stehen mehrere redundante bzw. diversitäre Positionssignale über die Position des Kolbens 521 zur Verfügung und können auf ihre Plausibilität geprüft werden. Der Aufwand für die elektrischen Leistungsleitungen 544, 534, 554 und 564 verringert sich durch die Integration der Leistungsendstufe 81 in die Steuerungseinheit 8 beträchtlich, und die Anbindbarkeit an verschiedene andere System und Komponenten des Kraftfahrzeuges wird durch die Digitalisierung und die internen Verarbeitungskapazitäten der integrierten Steuerungseinheit 8 gegenüber bekannten Vorrichtungen entscheidend verbessert. Bezuqszeichen
1 Antriebsmaschine, Verbrennungsmotor
11 Leitung Motordrehzahl
12 Motorabtriebswelle
2 Getriebe
21 Leitung Getriebeeingangsdrehzahl
22 Leitung Getriebeausgangsdrehzahl
23 Getriebeeingangswelle
24 Getriebeausgangswelle
25 Getriebegehäuse
3 Anfahr- und Schaltkupplung
31 Kupplungsausrückvorrichtung, Kupplungsausrückhebel
32 Kupplungsglocke
33 Ausrücker / Ausrücklager
34 Druckplatte
35 Kupplungsscheibe
350 Nabe
36 Schwungscheibe
361 Schrauben
37 Kupplungsgehäuse
370 Führung
38 Membranfeder
39 Torsionsschwingungsdämpfer
Elektronische Steuerungseinheit
41 Analoge elektrische Sammelleitung
5 Komplexe Betätigungseinheit (gemäß der Erfindung)
5 ' Komplexe Betätigungseinheit (Stand der Technik)
50 Gehäuse Digitale Datenleitung, Bus Betätigungszylinder Kolben Kolbenstange Druckraum Ventil Ventil Ventil Ventil Blende (Ventil 53) Blende (Ventil 54) Blende (Ventil 55) Blende (Ventil 56) Druckmittelleitung (Versorgungsleitung vom Druckmittelversorgungsanschluss 58) Druckmittelleitung (Entlüftungsleitung von Ventil 54 zum Entiüftungsanschluss 580) Druckmittelleitung (Entlüftungsleitung von Ventil 56 zum Entiüftungsanschluss 580) Druckmittelleitung (erste Druckmittelleitung zum Druckraum 523 des Betätigungszylinders 52) Druckmittelleitung (zweite Druckmittelleitung zum Druckraum 523 des Betätigungszyiinders 52) Elektrische Leistungsleitung (zu Ventil 53) Elektrische Leistungsleitung (zu Ventil 54) Elektrische Leistungsleitung (zu Ventil 55) Elektrische Leistungsleitung (zu Ventil 56) Wegmesseinrichtung Signalleitung Einrichtung zur redundanten Erfassung 573 Zusätzliche Erfassungseinrichtung
58 Druckmittelversorgungsanschluss
580 Entlüftungsanschluss
581 Entlüftungsleitung
59 Mehrfachsteckanschluss
591 Anschluss
42 Druckmittelquelle
61 Druckmittelleitung
43 Stromquelle
71 Elektrische Versorgungsleitung
8 Integrierte Steuerungseinheit
81 Leistungsendstufe
82 Berechnungseinheit
83 Funktionsüberwachungsvorrichtung
84 Speicher
85 Analog/Digital-Umsetzer
AH Arbeitshub
GH Gesamthub

Claims

Patentansprüche
1. Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer zwischen einer Antriebsmaschine (1) und einem Getriebe (2) angeordneten Anfahr- und Schaltkupplung (3) sowie mit einer hilfskraftbetätigten Kupplungsausrückvorrichtung (31), die von einer am Gehäuse (37) der Anfahr- und Schaltkupplung (3) angeordneten Betätigungseinheit (5) betätigbar ist, in der ein Betätigungszylinder (52) mit einem fremdkraftbeaufschlagbaren Kolben (521) angeordnet ist, und in der weiter mehrere, eine Hilfskraft steuernde Ventile (53 bis 56) und eine zur Erfassung der Position des Kolbens (521) vorgesehene Wegmesseinrichtung (57) angeordnet sind, wobei die Betätigungseinheit (5) über einen Anschluss (591) sowie eine elektrische Versorgungsleitung (71) mit einer Stromquelle (7) verbunden ist, und weiter über einen elektrischen Anschluss (591) mit einer elektronischen Steuerungseinheit (4) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische integrierte Steuerungseinheit (8) in der Betätigungseinheit (5) oder unmittelbar an der Betätigungseinheit (5) angeordnet ist.
2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Steuerungseinheit (8) Leistungsendstufen (81 ) für die Ansteuerung zumindest für einige der in der Betätigungseinheit (5) angeordneten Ventile (53 bis 56) aufweist und mit der elektronischen Steuerungseinheit (4) über eine Datenverbindung verbunden ist.
3. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Steuerungseinheit (8) eine Berechnungseinheit (82) mit der Möglichkeit zur Speicherung und zum Ablauf einer Software aufweist, dass die Steuerungseinheit (8) zumindest mittelbar mit der Wegmesseinrichtung und einem Anschluss (591) verbunden ist, und dass eine solche Software vorgesehen ist, die eine vorgegebene oder ermittelte gewünschte Geschwindigkeit des Kolbens (521) und/oder einen gewünschten Verstellweg des Kolbens (521) in Ansteuersignale zur Ansteuerung der Leistungsendstufe (81 ) für die Ansteuerung der Ventile (53 bis 56) umsetzen und ausgeben kann.
4. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsendstufe (81 ) für die Ansteuerung der Ventile (53 bis 56) für die Ausgabe von Signalen nach dem Pulsfrequenz-Verfahren und/oder dem Pulsweiten-Verfahren ausgelegt ist.
5. Kuppiungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Steuerungseinheit (8) zumindest einen Analog/Digital-Umsetzer (82) aufweist, der auf seiner Eingangsseite mit der Wegmesseinrichtung (57) verbunden ist und auf seiner Ausgangsseite mit dem Anschluss (591) und/oder mit der Berechnungseinheit (82) verbunden ist.
6. Kupplungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (5) über zumindest eine Einrichtung (572) zur redundanten Erfassung der Position des Kolbens (521) verfügt.
7. Kuppiungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (5) eine zusätzliche Erfassungsvorrichtung (573) zur Erfassung eines diversitären, zur Plausibilisierung des Signals der Wegmesseinrichtung (57) geeigneten Signals aufweist.
8. Kupplungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb oder außerhalb der Betätigungseinheit (5) eine Funktionsüberwachungseinrichtung (83) vorgesehen ist, welche zumindest die redundanten Positionssignale der Wegmesseinrichtung (57) und/oder der Einrichtung zur redundanten Erfassung (572) der Position des Kolbens (521) und/oder der zusätzlichen Erfassungsvorrichtung (573) als Eingangsgrößen in Form digitaler Daten zugesandt bekommt, und zum Abarbeiten einer Software eingerichtet ist, welche bei einer Feststellung von fehlender Plausibilität oder von Inkonsistenzen unterschiedliche Störfallmeldungen ausgeben oder eine Störfallfunktionalität übernehmen kann.
9. Kupplungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahr- und Schaltkupplung (3) als selbstnachstellende Kupplung ausgebildet ist oder einem selbstnachstellenden Ausrückmechanismus aufweist, und der maximale Gesamthub (GH) des Kolbens (521) geringer ist als die Summe aus einem maximalen Arbeitshub (AH) und einem Verschleißhub.
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