WO2009012861A1 - Fahrzeug mit einem getriebe und einer kupplungsanordnung - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle having a transmission and a clutch arrangement according to the preamble of claim 1.
  • Vehicle clutches can be differentiated according to whether they are closed or opened when not actuated. Clutches which are closed in the non-actuated state are also referred to as “normally-closed clutches", clutches which are opened in the unactuated state are referred to as “normally-open clutches”. In most vehicles normally-closed clutch are used. In manual transmissions, the opening of the clutch is effected by an operating force introduced by the driver via the clutch pedal. In automated transmissions there are electrically controllable actuators, the so-called actuators. In the case of a normally open clutch, the clutch is opened in the unactuated state and must be closed with the force of the actuator and kept closed by the actuator.
  • the object of the invention is to provide a vehicle with a transmission and a clutch assembly in which the clutch requires no or only a comparatively low clamping force in the closed state.
  • the starting point of the invention is a vehicle having a transmission and a clutch arrangement, which has at least one clutch, a clutch actuator and a transmission device.
  • the clutch is a clutch that can be brought out of an unactuated opening state by applying an operating force or with an operating torque in a closed state.
  • the transmission device is intended to initiate a force generated by the clutch actuator or a torque generated by the clutch actuator as an actuating force or actuating torque in the clutch.
  • an "actuator coordinate" is converted into a "clutch actuation coordinate" according to a predetermined transfer function of the transmission device. Both coordinates can be forces, torques, displacement paths, rotation angles, pressures, etc.
  • the actuator coordinate need not necessarily have the same dimension as the clutch actuation coordinate, ie, the actuator coordinate may be, for example, a torque and the clutch actuation coordinate may be a force.
  • the clutch arrangement or the transmission device is designed such that the function of the Kupplungsbetuschistskoordi- on the actuator coordinate in the closed state of the clutch has a lower slope than in the open state and / or in the region between the opening state and the closing state. In this way, it is achieved that no or only a relatively small locking force or actuator force is required to lock the clutch, which has a favorable effect on the energy consumption of the vehicle.
  • the clutch assembly is thus not self-locking in the closed state, which has the advantage that in case of system failure, z. B. in case of power failure or generally in case of failure of the actuator, the clutch opens automatically.
  • the clutch assembly is self-locking in the closed state.
  • the clutch assembly is self-locking in the closed state.
  • partially actuated clutch d. H. if the clutch is not fully closed, it automatically goes into the open state in the event of a system failure. In the fully closed state, however, the clutch remains closed due to the self-locking even in the event of a system failure.
  • the functional course of the clutch actuation coordinate can be continuously and continuously differentiated via the actuator coordinate and has at least one inflection point.
  • an actuating force characteristic can be represented, in which the operating force for holding the clutch is very low, zero or even negative.
  • Negative in this context means that the clutch not only does not automatically open in the event of a system failure, but that one of the closing force or the closing torque is released to open the clutch. gene acting opening force or the closing torque counteracting opening torque must be applied.
  • the functional course of the clutch actuation coordinate can also be continuous but not continuously differentiable, the function curve in this case having at least one point or at least one section in which the derivative of the clutch actuation - Gungskoordinate according to the actuator coordinate is maximum.
  • the transmission is a double-clutch transmission, in which the clutches for the two partial transmissions of the dual-clutch transmission can each have the structure described above.
  • one clutch of the dual clutch transmission is closed and temporally overlapping the other clutch opened.
  • the clutch to be closed must not be actuated for safety reasons.
  • the clutch to be closed may only enter the closed state when the opening clutch has exceeded the so-called "kiss point", ie the actuation state in which the clutch discs are (still) touching, and no more torque is available through the clutch assigned sub-transmission is transmitted.
  • a first safety device can be electronically displayed and has two clutch position sensors, which are the current Monitor operating positions of the clutches and control the associated clutch actuators in response.
  • a mechanical safety device is proposed which prevents a simultaneous closing of the two clutches.
  • Figure 1 shows the coupling characteristic of a conventional clutch assembly
  • FIGS 2-6 illustrate embodiments of various clutch characteristics according to the invention
  • Figure 7 shows a switching operation of the two clutches of a
  • FIGS 8, 9 an embodiment of a clutch actuator according to the invention.
  • FIG. 1 shows the functional profile of a clutch actuation coordinate plotted over an actuator coordinate.
  • the two coordinates can be forces, torques, adjustment paths, angles of rotation, or the like.
  • the clutch actuation has a linear course. Starting from an opening state, the two clutch disks contact each other for the first time in the so-called "kiss point.” Closing the clutch further finally achieves the closed state In such a conventional normally-open clutch, the clutch automatically opens from the closed state in the event of a system failure As can be seen from the curve, it is necessary to lock the coupling in order to provide a permanent locking force.
  • FIG. 2 shows the functional profile of the clutch actuation coordinate plotted against the actuator coordinate according to the invention.
  • the curve here consists of two sections of linear curve sections, wherein the slope in the closed state is lower than in the open state.
  • FIGS. 3 to 6 show different functional curves, which are each composed of sectionally linear curve sections, wherein the gradient in the closed state is lower for each of the functional curves shown than in the open state and / or in regions between the open state and the closed state.
  • the slope of the curve in the closed state can be selected so that the clutch remains closed, taking into account the friction of the clutch assembly in the closed state, even if the actuator exerts no locking force.
  • the curves shown in FIGS. 2-6 are continuous but not continuously differentiable since they are composed of straight sections. But they each have a section in which their slope is maximum.
  • FIG. 8 shows a transmission device with which such a continuous and continuously differentiable transfer function or clutch actuation function can be represented.
  • FIG. 9 shows by way of example a gear mechanism for actuating such a transmission device.
  • FIG. 7 shows the clutch actuation in a dual-clutch transmission.
  • the dashed curve shows the opening or closing state of the first clutch.
  • the solid curve the opening or closing state of the second clutch.
  • the first clutch is closed.
  • the first clutch is opened a little way.
  • the second clutch is partially closed, until it reaches its "kiss point.”
  • the first clutch is opened overlapping in time and the second clutch is closed.

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Abstract

Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung, die mindestens folgende Komponenten aufweist: - Eine Kupplung, welche aus einem unbetätigten Öffnungs zustand heraus durch Beaufschlagen mit einer Betätigungskraft bzw. mit einem Betätigungsmoment in einen Schließzustand gebracht werden kann, - einen Kupplungsaktuator, und - eine Übertragungseinrichtung, die dazu vorgesehen ist; eine von dem Kupplungsaktuator erzeugte Kraft bzw. ein von dem Kupplungsaktuator erzeugtes Drehmoment als Betätigungskraft bzw. Betätigungsmoment in die Kupplung einzuleiten, wobei eine Aktorkoordinate gemäß einer vorgegebenen Übertragungsfunktion in eine Kupplungsbetätigungskoordinate umgesetzt wird, wobei die Kupplungsanordnung derart gestaltet ist, dass der über der Aktorkoordinate aufgetragene Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungskoordinate im Schließzustand der Kupplung eine geringere Steigung, aufweist als im Öffnungszustand und/oder im Bereich zwischen dem Öffnungszustand und dem Schließzustand.

Description

Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Fahrzeugkupplungen können danach unterschieden werden, ob sie im un- betätigten Zustand geschlossen oder geöffnet sind. Kupplungen, die im un- betätigten Zustand geschlossen sind, werden auch als „normally-closed- Kupplungen" bezeichnet, Kupplungen, die im unbetätigten Zustand geöffnet sind, als „normally-open-Kupplungen". In den meisten Fahrzeugen kommen normally-closed-Kupplung zum Einsatz. Bei Handschaltgetrieben erfolgt das Öffnen der Kupplung durch eine vom Fahrer über das Kupplungspedal eingeleitete Betätigungskraft. Bei automatisierten Getrieben gibt es elektrisch ansteuerbare Betätigungseinrichtungen, die so genannten Aktuatoren. Bei einer normally-open-Kupplung ist die Kupplung im unbetätigten Zustand geöffnet und muss mit der Kraft des Aktuators geschlossen und durch den Ak- tuator geschlossen gehalten werden.
Bei Doppelkupplungsgetrieben kommen aus Funktionssicherheitsgründen normally-open-Kupplungen zum Einsatz, da es nicht erlaubt ist, dass die den beiden Teilgetrieben zugeordneten Kupplungen gleichzeitig geschlossen sind. Wenn das Bordnetz bzw. die Aktuatorik für die Kupplungsbetätigung ausfällt, dürfen nicht beide Kupplungen selbsttätig schließen.
Um eine normally-open-Kupplung während des Betriebs geschlossen zu halten, muss permanent Energie aufgewendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung zu schaffen, bei der die Kupplung keine oder nur eine vergleichsweise geringe Zuhaltekraft im Schließzustand erfordert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung, die mindestens eine Kupplung, einen Kupplungsaktor und eine Übertragungseinrichtung aufweist. Bei der Kupplung handelt sich um eine Kupplung, die aus einem unbetätigten Öffnungszustand heraus durch Beaufschlagung mit einer Betätigungskraft bzw. mit einem Betätigungsmoment in einen Schließzustand gebracht werden kann. Die Übertragungseinrichtung ist dazu vorgesehen, eine vom Kupplungasaktor erzeugte Kraft bzw. ein vom Kupplungsaktor erzeugtes Drehmoment als Betätigungskraft bzw. Betätigungsmoment in die Kupplung einzuleiten. Allgemein gesprochen wird hierbei eine „Aktorkoordinate" gemäß einer vorgegebenen Übertragungsfunktion der Übertragungseinrichtung in eine „Kupplungsbetätigungskoordinate" umgesetzt. Bei beiden Koordinaten kann es sich um Kräfte, Drehmomente, Verschiebewege, Drehwinkel, Drücke etc. handeln. Die Aktorkoordinate muss nicht notwendigerweise dieselbe Dimension wie die Kupplungsbetätigungskoordinate haben, d.h. bei der Aktorkoordinate kann es sich z.B. um ein Drehmoment und bei der Kupplungsbetätigungskoordinate um eine Kraft handeln. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Kupplungsanordnung bzw. die Übertragungseinrichtung derart gestaltet ist, dass der über der Aktorkoordinate aufgetragene Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungskoordi- nate im Schließzustand der Kupplung eine geringere Steigung aufweist als im Öffnungszustand und/oder im Bereich zwischen dem Öffnungszustand und dem Schließzustand. Hierdurch wird erreicht, dass zum Zuhalten der Kupplung keine oder nur eine relativ geringe Zuhalte- bzw. Aktorkraft benötigt wird, was sich günstig auf den Energieverbrauch des Fahrzeugs auswirkt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Zuhalten der Kupplung weiterhin eine wenn auch geringe Aktorkraft benötigt wird. Die Kupplungsanordnung ist somit im Schließzustand nicht selbsthemmend, was den Vorteil hat, dass bei einem Systemausfall, z. B. bei einem Stromausfall oder allgemein bei einem Ausfall des Aktors die Kupplung selbsttätig öffnet.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsanordnung im Schließzustand selbsthemmend ist. Bei teilbetätigter Kupplung, d. h. wenn die Kupplung nicht ganz geschlossen ist, geht sie bei einem Systemausfall selbständig in den Öffnungszustand über. Im vollständig geschlossenen Zustand hingegen bleibt die Kupplung aufgrund der Selbsthemmung auch bei einem Systemausfall geschlossen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Funktionsverlauf der Kupp- lungsbetätigungskoordinate über die Aktorkoordinate stetig und stetig differenzierbar und weist mindestens einen Wendepunkt auf. Bei einem derartigen Verlauf mit mindestens einem Wendepunkt kann eine Betätigungskraftcharakteristik dargestellt werden, bei der die Betätigungskraft zum Zuhalten der Kupplung sehr gering, Null oder sogar negativ ist. „Negativ" bedeutet in diesem Zusammenhand, dass die Kupplung aus dem Schließzustand heraus bei einem Systemausfall nicht nur nicht selbsttätig öffnet, sondern dass zum Öffnen der Kupplung eine der Schließkraft bzw. dem Schließmoment entge- gen wirkende Öffnungskraft bzw. ein dem Schließmoment entgegen wirkendes Öffnungsmoment appliziert werden muss.
Alternativ zu einem „glatten" Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungs- koordinate über der Aktorkoordinate kann der Funktionsverlauf der Kupp- lungsbetätigungskoordinate auch stetig aber nicht stetig differenzierbar sein, wobei der Funktionsverlauf in diesem Fall mindestens einen Punkt oder mindestens einen Abschnitt aufweist, in dem die Ableitung der Kupplungsbetäti- gungskoordinate nach der Aktorkoordinate maximal ist.
Verschiedene derartige Funktionsverläufe werden im Zusammenhand mit der Zeichnung später noch näher erläutert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem Getriebe um ein Doppelkupplungsgetriebe, bei dem die Kupplungen für die beiden Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes jeweils den oben beschriebenen Aufbau aufweisen können.
Bei einem Gangwechsel wird dann die eine Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes geschlossen und zeitlich überschneidend die andere Kupplung geöffnet. Solange sich die geschlossene Kupplung sich im Schließzustand befindet, darf die zu schließende Kupplung aus Sicherheitsgründen nicht betätigt werden. Des Weiteren darf die zu schließende Kupplung erst dann in den Schließzustand übergehen, wenn die sich öffnende Kupplung den so genannten „kiss point", d. h. den Betätigungszustand, in dem sich die Kupplungsscheiben gerade (noch) berühren, überschritten hat und kein Drehmoment mehr über das zugeordnete Teilgetriebe übertragen wird.
Um eine Fehlfunktion, wie z. B. das gleichzeitige Schließen der beiden Kupplungen zu verhindern, werden zwei Sicherheitsvorrichtungen vorgeschlagen. Eine erste Sicherheitsvorrichtung lässt sich elektronisch darstellen und weist zwei Kupplungspositionssensoren auf, welche die momentanen Betätigungspositionen der Kupplungen überwachen und die zugeordneten Kupplungsaktuatoren in Abhängigkeit davon ansteuern. Zusätzlich zu einer elektronischen Sicherheitseinrichtung wird eine mechanische Sicherheitseinrichtung vorgeschlagen, die ein gleichzeitiges Schließen der beiden Kupplungen verhindert.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die Kupplungscharakteristik einer herkömmlichen Kupplungsanordnung; und
Figuren 2 - 6 Ausführungsbeispiele verschiedener Kupplungscharakteristika gemäß der Erfindung;
Figur 7 einen Schaltvorgang der beiden Kupplungen eines
Doppelkupplungsgetriebes;
Figuren 8, 9 ein Ausführungsbeispiel einer Kupplungsbetätigungseinrichtung gemäß der Erfindung.
Figur 1 zeigt den Funktionsverlauf einer Kupplungsbetätigungskoordinate aufgetragen über einer Aktorkoordinate. Bei den beiden Koordinaten kann es sich um Kräfte, Drehmomente, Verstellwege, Drehwinkel, o. ä. handeln. Die Kupplungsbetätigung hat einen linearen Verlauf. Ausgehend von einem Öffnungszustand berühren die beiden Kupplungsscheiben einander erstmalig im so genannten „kiss point". Durch weiteres Schließen der Kupplung wird schließlich der Schließzustand erreicht. Bei einer derartigen herkömmlichen normally-open-Kupplung öffnet sich die Kupplung bei einem Systemausfall selbsttätig aus dem geschlossenen Zustand heraus. Wie aus dem Kurvenverlauf ersichtlich ist, ist zum Zuhalten der Kupplung eine permanent aufzubringende Zuhaltekraft erforderlich. Figur 2 zeigt den Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungskoordinate aufgetragen über der Aktorkoordinate gemäß der Erfindung. Die Kurve besteht hier aus zwei abschnittsweise linearen Kurvenabschnitten, wobei die Steigung im Schließzustand geringer ist als im Öffnungszustand.
Die Figuren 3 - 6 zeigen verschiedene Funktionsverläufe, die jeweils aus abschnittsweise linearen Kurvenabschnitten zusammen gesetzt sind, wobei für jeden der gezeigten Funktionsverläufe gilt, dass die Steigung im Schließzustand geringer ist, als im Öffnungszustand und/oder in Bereichen zwischen dem Öffnungszustand und dem Schließzustand.
Die Steigung der Kurve im Schließzustand kann so gewählt sein, dass die Kupplung unter Berücksichtigung der Reibung der Kupplungsanordnung im Schließzustand gerade geschlossen bleibt, selbst wenn der Aktor keine Zuhaltekraft ausübt.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zum Zuhalten der Kupplung eine positive, wenn auch kleine Zuhaltekraft erforderlich ist.
Die in den Figuren 2 - 6 dargestellten Kurvenverläufe sind stetig aber nicht stetig differenzierbar, da sie aus geraden Abschnitten zusammengesetzt sind. Sie weisen aber jeweils einen Abschnitt auf, in dem ihre Steigung maximal ist.
Alternativ zu aus geraden Abschnitten zusammengesetzten Kurvenverläufen kann auch ein stetiger und stetig differenzierbarer Kurvenverlauf mit mindestens einem Wendepunkt gewählt werden.
Figur 8 zeigt eine Übertragungseinrichtung, mit der eine derartige stetige und stetig differenzierbar Übertragungsfunktion bzw. Kupplungsbetätigungsfunk- tion dargestellt werden kann. In Figur 9 ist exemplarisch ein Zahnradmechanismus zur Betätigung einer derartigen Übertragungseinrichtung dargestellt.
Figur 7 zeigt die Kupplungsbetätigung bei einem Doppelkupplungsgetriebe. Der gestrichelte Kurvenverlauf zeigt den Öffnungs- bzw. Schließzustand der ersten Kupplung. Der durchgezogene Kurvenverlauf den Öffnungs- bzw. Schließzustand der zweiten Kupplung. In einem Zeitpunkt 0 wird die erste Kupplung geschlossen. Nach einer bestimmten Zeit wird die erste Kupplung ein Stück weit geöffnet. Anschließend wird die erste Kupplung in diesem Zustand gehalten. Während des Haltens der ersten Kupplung wird die zweite Kupplung teilweise geschlossen, und zwar so weit, bis sie ihren „kiss point" erreicht. Anschließend werden zeitlich überschneidend die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung, die mindestens folgende Komponenten aufweist:
- Eine Kupplung, welche aus einem unbetätigten Öffnungszustand heraus durch Beaufschlagen mit einer Betätigungskraft bzw. mit einem Betätigungsmoment in einen Schließzustand gebracht werden kann,
- einen Kupplungsaktuator, und
- eine Übertragungseinrichtig, die dazu vorgesehen ist, eine von dem Kupplungsaktuator erzeugte Kraft bzw. ein von dem Kupplungsaktuator erzeugtes Drehmoment als Betätigungskraft bzw. Betätigungsmoment in die Kupplung einzuleiten, wobei eine Aktorkoordinate gemäß einer vorgegebenen Übertragungsfunktion in eine Kupplungsbetätigungskoordinate umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung derart gestaltet ist, dass der über der Aktorkoordinate aufgetragene Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungskoordinate im Schließzustand der Kupplung eine geringere Steigung aufweist als im Öffnungszustand und/oder im Bereich zwischen dem Öffnungszustand und dem Schließzustand.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsverlauf stetig und stetig differenzierbar ist und mindestens einen Wendepunkt aufweist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsverlauf stetig aber nicht stetig differenzierbar ist und mindestens einen Punkt oder einen Abschnitt aufweist, in dem die Steigung maximal ist.
4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schließzustand der Kupplung die Kupplungsanordnung selbsthemmend ist und die Kupplung sich ohne eine vom Aktuator ausgeübte Öffnungskraft nicht selbsttätig öffnet.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung im Schließzustand nicht selbsthemmend ist und sich ohne eine vom Aktuator ausgeübte Schließkraft selbsttätig öffnet.
6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Doppelkupplungsgetriebe ist.
7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung eine Kupplungsanordnung eines Teilgetriebes des Doppelkupplungsgetriebes ist.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der beiden Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes eine derartige Kupplungsanordnung zugeordnet ist.
9. Fahrzeug nach einem Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes durch eine elektronische Kupplungssteuerung gesteuert werden.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass, so lange die eine der beiden Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes geschlossen ist, die zu schließende Kupplung nicht betätigt wird, dass die zu schließende Kupplung erst dann vollständig geschlossen wird, wenn die öffnende Kupplung einen kiss point überschritten hat und kein Moment mehr überträgt und dass eine elektronische Sicherheitseinrichtung und zusätzlich eine mechanische Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, die ein gleichzeitiges Schließen beider Kupplungen verhindert.
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