WO2013156269A1 - Aktorsystem zur hydraulischen kupplungsbetätigung - Google Patents

Aktorsystem zur hydraulischen kupplungsbetätigung Download PDF

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WO2013156269A1
WO2013156269A1 PCT/EP2013/056281 EP2013056281W WO2013156269A1 WO 2013156269 A1 WO2013156269 A1 WO 2013156269A1 EP 2013056281 W EP2013056281 W EP 2013056281W WO 2013156269 A1 WO2013156269 A1 WO 2013156269A1
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master piston
connection opening
actuator
clutch
hydraulic fluid
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Marco Treder
Reinhard Stehr
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D25/12—Details not specific to one of the before-mentioned types
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    • F16D2500/30—Signal inputs
    • F16D2500/302—Signal inputs from the actuator
    • F16D2500/3026—Stroke

Definitions

  • the invention relates to an actuator system for the hydraulic actuation of a clutch in a drive train of a motor vehicle.
  • the invention relates to a control of a hydrostatic actuator of the actuator system.
  • An actuator system for a hydraulic actuation of a clutch comprises a
  • hydrostatic actuator as it is known for example from DE 10 2010 047 800 A1 or DE 10 2010 047 801 A1.
  • Such an actuator operates a master piston in a master cylinder to exchange a hydraulic fluid with a slave cylinder by means of a pressure line.
  • the slave cylinder includes a slave piston that operates the clutch.
  • two clutches are provided in the drive train, which act on different transmission shafts, in each case only one of the clutches is closed.
  • the clutch then transmits power in the drive train when the pressure in the slave cylinder is sufficiently high.
  • a position of the master piston is coupled to the position of the clutch, but this coupling is subject to a number of factors.
  • the clutch system in particular the hydraulic fluid, can be heated during operation, as a result of which it expands or a pressure of the hydraulic fluid increases.
  • a cooling of the coupling system can lead to a reduced volume or pressure of the fluid.
  • a connection opening between the supply reservoir and the master cylinder is provided, which is released in a so-called sniffer position of the master piston.
  • the invention has for its object to provide a method and a system that allow to adjust working conditions of a hydraulic actuator system with improved precision as quickly as possible.
  • the invention solves this problem by means of a method and an actuator system with the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
  • An actuator system for the hydraulic actuation of a clutch comprises a master cylinder with a master piston, a reservoir for receiving hydraulic fluid, a connection opening between the reservoir and the master cylinder, wherein an opening degree of the connection opening is dependent on a position of the master piston, and a hydrostatic actuator for controlling a Position of the master piston.
  • a control device for controlling the hydrostatic actuator is provided such that a movement speed of the master piston is high, while the connection opening is wide open, and low, while the connection opening is little opened.
  • a position of the master piston is detected and the actuator is controlled at different speeds as a function of the position or the degree of opening.
  • the movement speed of the master piston can in principle be arbitrary.
  • the movement speed can be higher with a closed connection opening than with a partially opened connection opening.
  • a snooping process can be carried out in this way. be feasible.
  • the actuator system can thus be calibrated faster in order to enable a precise engagement and disengagement by means of the clutch and thus a precise and harmonious gear change operation of a connected transmission.
  • the maximum movement speed increases monotonically in the region of the only partially opened connection opening with increasing opening degree. As a result, it can be ensured in a further improved manner that the pressure equalization intended by the snooping process takes place both quickly and precisely defined. Different dependencies of the speed of movement from the degree of opening are possible.
  • the dependence is linear. Accelerations of the hydrostatic actuator or the master piston can be kept low in this way. The actuator can also be easily controlled so. In another embodiment, the dependence is constant on one or more portions of the region. When using several sections, a staircase course of the movement speed can be realized, which can also be easily implemented. In particular, the hydrostatic author can easily be controlled for movement at different, predetermined speeds.
  • the movement speed of the master piston is controlled in the region of the only partially open connection opening as a function of a temperature in the region of the hydraulic fluid.
  • the temperature used can be the direct temperature of the hydraulic fluid or a temperature on the basis of which the temperature of the hydraulic fluid can be approached with sufficient accuracy, for example an ambient temperature in the region of the slave cylinder, for example a clutch temperature.
  • the movement speed of only one of the sections described above or of several or all sections can be controlled as a function of the temperature. The higher the temperature, the higher the speed can be.
  • the open position can be adaptable.
  • the master piston is moved into an open position, in which the connection partially open, determines that a pressure of the hydraulic fluid decreases more slowly than predetermined to an ambient pressure, and the open position adjusted so that the opening degree is increased.
  • the master piston can only be moved on one side of the open position to actuate the clutch.
  • the open position of the master piston can be calibrated to a value that on the one hand allows a sufficiently rapid pressure equalization between the reservoir and the master cylinder, but on the other hand avoids unnecessary movement of the master piston and in the case of another, for example, thermal reasons increased pressure the hydraulic fluid of a displacement of that position in which the connection opening is released, counteracts.
  • a closed position ("closing point") of the master piston on which the communication port is being closed may be determined based on a pressure waveform of the hydraulic fluid when the master piston is moved in the direction of decreasing opening degree. Subsequently, the master piston can only be moved on one side of the specific closed position to actuate the clutch. This can prevent that an unacceptably high pressure build-up occurs when closing the connection opening before the closed position. In one embodiment, this merely has to be checked for whether the pressure of the hydraulic fluid is above a predetermined threshold value while the master piston is beyond an uncertainty range in which the actual closed position lies. This may allow the use of an advantageously simple pressure sensor for the pressure of the hydraulic fluid.
  • Figure 1 is an actuator system for the hydraulic actuation of a clutch
  • Figure 3 shows a relationship between the position of a master piston and a
  • FIG. 4 shows an enlarged detail of the relationship shown in FIG.
  • the clutch 105 is provided for the controlled closing or interrupting of a power flow in a drive train, in particular of a motor vehicle.
  • a plurality of clutches 105 are provided in the drive train, wherein at any one time maximum one of the clutches is completely closed.
  • the actuator system 100 includes a master cylinder 1 10, in which a master piston 1 15 is received, a slave cylinder 120, in which a slave piston 125 is received, a pressure line 130 for fluidly connecting the cylinder 1 10 and 120, and a trailer tank 135, by means of a connection opening 140 in the master cylinder 1 10 in dependence on a position of the master piston 1 15 fluid can be connected to the master cylinder 1 10.
  • the master cylinder 1 10 the pressure line 130 and the slave cylinder 120 is a hydraulic fluid 145.
  • the follow-up tank 135 is not sealed against an environment pressure tight, so that the hydraulic fluid 145 in the reservoir 135 ambient pressure, generally a surrounding air pressure has ,
  • Hydraulic fluid 145 can be increased by moving the master piston 1 15 to the Kupp- ment 105 to close or produce a traction by the clutch 105 in the drive train.
  • a reverse arrangement in which the clutch 105 is closed by spring force when the pressure of the hydraulic fluid 145 decreases, is alternatively also possible.
  • the master piston 1 15 can be moved by means of a hydrostatic actuator 150 by the position of the master piston 1 15 in the master cylinder 1 10 is moved by the actuator 150.
  • the actuator 150 preferably comprises a spindle drive 155 for converting a rotational into a translatory position, a drive motor 160 for providing the rotational position and a control device 165, which may also be provided separately from the actuator 150.
  • the control device 165 is connected to a first sensor 170 for determining a temperature in the region of the hydraulic fluid 145 and / or a second sensor 175 for determining a pressure of the hydraulic fluid 145 in the region of the pressure line 130.
  • the actuator 150 is actuated to move the master piston 15 in the master cylinder 110 such that the communication opening 140 is closed and via the position of the master piston 15 to open or closing required pressure of the hydraulic fluid 145 is provided. If the master piston 15 is in a position in which the pressure of the hydraulic fluid 145 is low during normal operation, then the master piston 15 in FIG. 1 can be moved further to the left in order to at least partially open the connection opening 140 in the context of a so-called sniffing operation release and allow an exchange of hydraulic fluid 145 between the master cylinder 1 10 and the reservoir 135.
  • the snooping operation may be required when a temperature of the hydraulic fluid 145 has changed since a previous snooping operation.
  • the actuator system 100 is recalibrated hydraulically or mechanically in order to establish a predetermined relationship between the position of the actuator 150 and the position of the clutch 105.
  • FIG. 2 shows relationships 200 between a position and a maximum movement speed of the master piston 15 of the actuator system 100 from FIG. 1.
  • a section of the master cylinder 110 is functionally represented with the master piston 15 and the connection opening 140.
  • the right area above is a relationship between the position of the master piston 1 15 in the vertical direction and the time in horizontal Direction shown.
  • three alternative heats of movement speeds of the master piston 1 15 in the master cylinder 1 10 are shown. Broken lines facilitate associations between sections of the three representations.
  • the upper edge of the master piston 15 in FIG. 2 is in a zero position 205, in which the slave cylinder 120 is subjected to a minimal pressure.
  • the master piston 1 15 is moved from the zero position 205 in FIG. 2 upwards.
  • the master piston 1 15 moves down to a closed position 210, in which the connection opening 140 is just completely closed.
  • the master piston 1 15 is then moved further into an open position 215, in which the connecting opening 140 to the back-up container 135 is sufficiently released.
  • the open position 215 is shown without limiting the generality with a maximum possible opening degree of the connection opening 140.
  • the open position 215 may also be defined above with reference to the illustration of FIG.
  • the open position 215 may also be variably definable to allow an optimized snooping operation.
  • the master piston 1 15 is controlled in its movement speed as a function of its position in the master cylinder 1 10.
  • a curve 220 explains the relationship between the speed of movement and the position of the master piston.
  • the snooping is prepared by the master piston 1 15 is moved from the zero position 205 in the closed position 210.
  • the master piston 15 is moved further in the direction of the open position 215, so that the connection opening 140 is partially opened and then an opening degree of the connection opening 140 rises.
  • a third temporal portion 235 of the master piston 1 15 is held in the open position 215.
  • a section 240 the connection opening 140 is closed again by means of the master piston 15 until the master piston 1 15 has reached the closed position 210.
  • the movement in section 240 preferably corresponds to the time-reversed process in section 230.
  • a fifth temporal section 245 the master piston 1 15 is moved from the closed position 210 back to the neutral position 205.
  • This section corresponds to the time reversed section 225. While the moving speed of the master piston 15 in the portion 225 when the communicating hole 140 is relatively wide open is large, the moving speed in the portion 230 when the communicating hole 140 is opened relatively small is smaller.
  • the speed of movement may also be controlled based on a temperature of the temperature sensor of FIG. 1. If the temperature is high, the speed of movement may be higher than if the temperature is low to account for a temperature-dependent viscosity of the hydraulic fluid 145.
  • Three alternative, exemplary speed curves 250, 255 and 260 illustrate a speed control of the master piston 15, which depends on the degree of opening of the partially released connection opening 140. Outside the sections 230 and 240, respectively, where the connection opening 140 is either completely open or completely closed, a suitable speed of the master piston 140 can be effected in a known manner.
  • Section 230 below that in section 225, wherein the movement speed in section 230 is constant.
  • the movement speed of the master piston 15 in the section 230 increases linearly with increasing opening degree of the connection opening 140.
  • the speed of the master piston 1 15 at the open position 215 may be as large as the speed in section 225 or below.
  • the speed of the master piston 15 in the section 230 is controlled in several sections at respectively constant speeds, depending on the opening degree of the connection opening 140. This results in the shown, stepped velocity curve 260. In this case, successively two, three or more constant speeds of the master piston 1 15 can be controlled.
  • the master piston 15 in section 230 is preferably moved at a speed which, as shown, corresponds to the respective course in the section 230 in reverse chronological order.
  • FIG. 3 shows a relationship 300 between the position of the master piston 15 and a pressure of the hydraulic fluid 145 of the actuator system of FIG. 1. In the vertical direction, a pressure of the hydraulic fluid 145 and in the horizontal direction, a position of the master piston 1 15 is shown.
  • the relationship shown is exemplary and the indicated scale values are exemplary.
  • a first course 305 corresponds to a movement of the master piston 15 in the positive direction, ie to the right in FIG. 3, while a second course 310 corresponds to a movement of the master piston 15 in the negative direction, that is to the left in FIG.
  • the different courses 305, 310 result during a clutch actuation from a hysteresis effect due to friction in the real actuator system 100 from FIG. 1.
  • a touch point 315 In a position of about 10 mm of the master piston 1 15 is a touch point 315 at which an actuation of the clutch 105 starts or ends, so a power circuit is interrupted by the clutch 105 upon actuation of the hydrostatic actuator 150 or closed at decreasing operation becomes.
  • the touch point 315 In order to control the opening or closing of the clutch 105 accurately, it is necessary to know the touch point 315 with respect to the position of the master piston 1 15 as accurately as possible.
  • the hydraulic fluid 145 warms up after the communication port 140 has been closed during a snooping operation, the paths 305 and 310 shift to the left. Such a shift may also have other reasons why the shift alone may not be compensable based on the temperature of the hydraulic fluid 145. Instead, the displacement can be eliminated by the hydraulic fluid 145 is freed from positive or negative pressure when the master piston 1 15 is moved to the sniffer position in section 230 in Figure 2.
  • FIG. 4 shows an enlarged detail of the relationship shown in FIG.
  • the closed position 210 is assumed in the position -1, 0 mm. However, the closed position 210 lies within an insecure zone 405, since an increased pressure in the region of the closed position 210, for example, leads to a deformation of a seal at the connection opening 140 may lead, so that the actual closed position 210 in the operation of the actuator system 100 in their position with respect to the master cylinder 1 10 may vary.
  • the opening position 215 can be adjusted on the basis of a temperature of the hydraulic fluid 145, so that the open position 215 corresponds to a smaller opening degree with hot hydraulic fluid 145 than with cold hydraulic fluid 145.
  • the pressure sensor 175 from FIG. 1 can also be used to adapt the closed position 210 accordingly.
  • the closed position 210 may be adjusted if the master piston 15 is below or in FIG. 4 to the left of the illustrated uncertainty zone 405 and a predetermined threshold value 410 for the pressure is exceeded.

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Abstract

Ein Aktorsystem zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung umfasst einen Geberzylinder mit einem Geberkolben, einen Nachlaufbehälter zur Aufnahme von Hydraulikfluid, eine Verbindungsöffnung zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder, wobei ein Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung abhängig von einer Stellung des Geberkolbens ist, und einen hydrostatischen Aktor zur Steuerung einer Stellung des Geberkolbens. In einem Aktorsystem ist außerdem eine Steuereinrichtung zur Steuerung des hydrostatischen Aktors derart vorgesehen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens hoch ist, während die Verbindungsöffnung weit geöffnet ist, und gering, während die Verbindungsöffnung wenig geöffnet ist. In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Stellung des Geberkolbens erfasst und der Aktor in Abhängigkeit der Stellung bzw. des Öffnungsgrades in unterschiedlichen Geschwindigkeiten gesteuert.

Description

Aktorsystem zur hydraulischen Kupplungsbetätigung
Die Erfindung betrifft ein Aktorsystem zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuerung eines hydrostatischen Aktors des Aktorsystems.
Ein Aktorsystem zu einer hydraulischen Betätigung einer Kupplung umfasst einen
hydrostatischen Aktor, wie er beispielsweise aus DE 10 2010 047 800 A1 oder DE 10 2010 047 801 A1 bekannt ist. Ein derartiger Aktor betätigt einen Geberkolben in einem Geberzylinder, um mittels einer Druckleitung ein hydraulisches Fluid mit einem Nehmerzylinder auszutauschen. Der Nehmerzylinder umfasst einen Nehmerkolben, der die Kupplung betätigt.
In einer Ausführungsform sind im Antriebsstrang zwei Kupplungen vorgesehen, die auf unterschiedliche Getriebewellen wirken, wobei jeweils nur eine der Kupplungen geschlossen ist. Hier ist es üblich, dass die Kupplung dann Kraft im Antriebsstrang überträgt, wenn der Druck im Nehmerzylinder ausreichend hoch ist. Eine umgekehrte Ausführungsform, in der eine Kupplung dann Kraft im Antriebsstrang überträgt, wenn der Druck im Nehmerzylinder niedrig ist, ist aus einem Kupplungssystem mit nur einer Kupplung bekannt.
Eine Stellung des Geberkolbens ist an die Stellung der Kupplung gekoppelt, jedoch unterliegt diese Kopplung einer Reihe von Einflussfaktoren. Beispielsweise kann das Kupplungssystem, insbesondere das Hydraulikfluid, im Betrieb erwärmt werden, wodurch es sich ausdehnt bzw. ein Druck des Hydraulikfluids ansteigt. Umgekehrt kann eine Abkühlung des Kupplungssystems zu einem verkleinerten Volumen bzw. Druck des Fluids führen. Um derartige Effekte auszugleichen, ist es üblich, das im Bereich zwischen den Kolben abgeschlossene Hydraulikfluid periodisch mittels einer Ausgleichsöffnung mit einem Nachlaufbehälter zu verbinden ("schnüffeln"), um einen Überdruck oder Unterdruck auszugleichen. Dafür ist eine Verbindungsöffnung zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder vorgesehen, die in einer so genannten Schnüffelstellung des Geberkolbens freigegeben wird. Beim Schließen der Verbindungsöffnung aus der Schnüffelstellung steigt der hydraulische Druck jedoch schon an, bevor die Verbindungsöffnung vollständig geschlossen ist. Während dieser Phase wird eine Menge Hydraulikfluid zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder ausgetauscht, die von einem Durchflusswiderstand des Hydraulikfluids abhängig ist. Der Durchflusswiderstand ist jedoch unter anderem von der Temperatur des Fluids abhängig, sodass nach dem Schließen der Verbindungsöffnung ein vorbestimmtes Volumen bzw. ein vorbestimmter Druck des Hydraulikfluids im Aktorsystem nicht garantiert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System anzugeben, die es erlauben, Arbeitsbedingungen eines hydraulischen Aktorsystems mit verbesserter Präzision möglichst rasch einzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens und eines Aktorsystems mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein Aktorsystem zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung umfasst einen Geberzylinder mit einem Geberkolben, einen Nachlaufbehälter zur Aufnahme von Hydraulikfluid, eine Verbindungsöffnung zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder, wobei ein Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung abhängig von einer Stellung des Geberkolbens ist, und einen hydrostatischen Aktor zur Steuerung einer Stellung des Geberkolbens. In einem erfindungsgemäßen Aktorsystem ist außerdem eine Steuereinrichtung zur Steuerung des hydrostatischen Aktors derart vorgesehen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens hoch ist, während die Verbindungsöffnung weit geöffnet ist, und gering, während die Verbindungsöffnung wenig geöffnet ist. In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Stellung des Geberkolbens erfasst und der Aktor in Abhängigkeit der Stellung bzw. des Öffnungsgrades in unterschiedlichen Geschwindigkeiten gesteuert.
Dadurch ist es möglich, den Geberkolben während des Verschließens der Verbindungsöffnung mit einer abfallenden Geschwindigkeit zu bewegen, die einen insgesamt raschen, aber während des Verschließens der Verbindungsöffnung ausreichend langsamen Druckaufbau gewährleistet, sodass ein Volumen bzw. ein Druck des Hydraulikfluids in den Zylindern nach dem Schließen der Verbindungsöffnung mit verbesserter Genauigkeit einem vorbestimmten Wert entspricht.
Außerhalb des Bereichs, in dem die Verbindungsöffnung wenigstens teilweise geöffnet ist, kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens prinzipiell beliebig sein. Insbesondere kann die Bewegungsgeschwindigkeit bei geschlossener Verbindungsöffnung höher als bei teilweise geöffneter Verbindungsöffnung sein. Ein Schnüffelvorgang kann auf diese Weise ra- scher durchführbar sein. Das Aktorsystem kann somit schneller kalibriert werden, um mittels der Kupplung ein präzises Ein- bzw. Auskuppeln und damit einen präzisen und harmonischen Gangwechselvorgang eines angeschlossenen Getriebes zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform steigt die maximale Bewegungsgeschwindigkeit im Bereich der nur teilweise geöffneten Verbindungsöffnung mit steigendem Öffnungsgrad monoton an. Dadurch kann in weiter verbesserter Weise sichergestellt sein, dass der durch den Schnüffelvorgang beabsichtigte Druckausgleich sowohl schnell als auch präzise definiert erfolgt. Dabei sind unterschiedliche Abhängigkeiten der Bewegungsgeschwindigkeit vom Öffnungsgrad möglich.
In einer Ausführungsform ist die Abhängigkeit linear. Beschleunigungen des hydrostatischen Aktors bzw. des Geberkolbens können auf diese Weise gering gehalten sein. Der Aktor kann so außerdem leichter ansteuerbar sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Abhängigkeit auf einem oder mehreren Abschnitten des Bereichs jeweils konstant. Bei Verwendung mehrerer Abschnitte kann ein treppenförmiger Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit realisiert werden, der ebenfalls leicht implementierbar sein kann. Insbesondere kann der hydrostatische Autor leicht ur Bewegung in unterschiedlichen, vorbestimmten Geschwindigkeiten ansteuerbar sein.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens im Bereich der nur teilweise geöffneten Verbindungsöffnung in Abhängigkeit einer Temperatur im Bereich des Hydraulikfluids gesteuert. Als Temperatur kann die unmittelbare Temperatur des Hydraulikfluids oder eine Temperatur verwendet werden, auf deren Basis sich die Temperatur des Hydraulikfluids ausreichend genau annähern lässt, beispielsweise eine Umgebungstemperatur im Bereich des Nehmerzylinders, etwa eine Kupplungstemperatur. Dabei kann die Bewegungsgeschwindigkeit nur eines der oben beschriebenen Abschnitte oder mehrerer bzw. aller Abschnitte in Abhängigkeit der Temperatur gesteuert sein. Je höher die Temperatur ist, desto höher kann die Geschwindigkeit sein.
Um sicherzustellen, dass der Geberkolben für den Schnüffelvorgang in eine Öffnungsstellung bewegt wird, welche die Verbindungsöffnung nicht mehr als für den Schnüffelvorgang erforderlich freigibt, kann die Öffnungsstellung anpassbar sein. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird hierfür der Geberkolben in eine Öffnungsstellung bewegt, in der die Verbin- dungsöffnung teilweise geöffnet ist, bestimmt, dass ein Druck des Hydraulikfluids langsamer als vorbestimmt auf einen Umgebungsdruck absinkt, und die Öffnungsstellung so angepasst, dass der Öffnungsgrad vergrößert ist. Im Folgenden kann der Geberkolben nur einseitig der Öffnungsstellung bewegt werden, um die Kupplung zu betätigen.
Durch den beschriebenen Vorgang kann die Öffnungsstellung des Geberkolbens auf einen Wert kalibriert werden, der einerseits einen ausreichend raschen Druckausgleich zwischen dem Nachlaufbehälter und dem Geberzylinder erlaubt, andererseits jedoch eine unnötige Bewegung des Geberkolbens vermeidet und im Fall eines aus anderen, beispielsweise thermischen, Gründen angestiegenen Drucks des Hydraulikfluids einer Verschiebung derjenigen Stellung, in der die Verbindungsöffnung freigegeben wird, entgegenwirkt.
In einer anderen Ausführungsform kann bestimmt werden, dass sich eine Taststellung des Geberkolbens, an dem die Kupplung bei steigendem Druck zu schließen beginnt, in Richtung einer Schließstellung des Geberkolbens, an dem die Verbindungsöffnung gerade geschlossen ist, verschoben ist. Daraufhin kann die Öffnungsstellung so angepasst werden, dass der Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung vergrößert ist. Anschließend kann der Geberkolben nur einseitig der Öffnungsstellung bewegt werden, um die Kupplung zu betätigen.
In den beiden Varianten ist es möglich, in Sondersituationen, beispielsweise beim Befüllen des Aktorsystems mit Hydraulikfluid, den Geberkolben in eine Stellung zu bewegen, in welcher die Verbindungsöffnung weiter als im Normalbetrieb bzw. vollständig freigeben ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann eine Schließstellung ("Schließpunkt") des Geberkolbens, an dem die Verbindungsöffnung gerade geschlossen ist, auf der Basis eines Druckverlaufs des Hydraulikfluids bestimmt werden, wenn der Geberkolben in Richtung eines abnehmenden Öffnungsgrads bewegt wird. Anschließend kann der Geberkolben nur einseitig der bestimmten Schließstellung bewegt werden, um die Kupplung zu betätigen. Dadurch kann verhindert werden, dass ein unzulässig hoher Druckaufbau beim Schließen der Verbindungsöffnung vor der Schließstellung auftritt. In einer Ausführungsform muss hierfür lediglich überprüft werden, ob der Druck des Hydraulikfluids oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, während sich der Geberkolben jenseits eines Unsicherheitsbereichs befindet, in welchem die tatsächliche Schließstellung liegt. Dies kann die Verwendung eines vorteilhaft einfach aufgebauten Drucksensors für den Druck des Hydraulikfluids erlauben. Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Figur 1 ein Aktorsystem zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung;
Figur 2 Zusammenhänge zwischen einer Stellung und einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit eines Geberkolbens im Aktorsystem aus Figur 1 ;
Figur 3 einen Zusammenhang zwischen der Stellung eines Geberkolbens und einem
Druck von Hydraulikfluid im Aktorsystem von Figur 1 , und
Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt des in Figur 3 gezeigten Zusammenhangs darstellt.
Figur 1 zeigt ein Aktorsystem 100 zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung 105. Die Kupplung 105 ist zum gesteuerten Schließen bzw. Unterbrechen eines Kraftflusses in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Kupplungen 105 im Antriebsstrang vorgesehen, wobei zu jeden Zeitpunkt maximal eine der Kupplungen vollständig geschlossen ist.
Das Aktorsystem 100 umfasst einen Geberzylinder 1 10, in dem ein Geberkolben 1 15 aufgenommen ist, einen Nehmerzylinder 120, in dem ein Nehmerkolben 125 aufgenommen ist, eine Druckleitung 130 zur fluiden Verbindung der Zylinder 1 10 und 120, sowie einen Nachlaufbehälter 135, der mittels einer Verbindungsöffnung 140 im Geberzylinder 1 10 in Abhängigkeit einer Stellung des Geberkolbens 1 15 fluid mit dem Geberzylinder 1 10 verbunden werden kann. Im Nachlaufbehälter 135, dem Geberzylinder 1 10, der Druckleitung 130 und dem Nehmerzylinder 120 befindet sich ein Hydraulikfluid 145. Der Nachlaufbehälter 135 ist gegenüber einer Umgebung nicht druckdicht abgeschlossen, so dass das Hydraulikfluid 145 im Nachlaufbehälter 135 Umgebungsdruck, im Allgemeinen einen umgebenden Luftdruck, aufweist.
In der dargestellten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass ein Druck des
Hydraulikfluids 145 durch Bewegen des Geberkolbens 1 15 erhöht werden kann, um die Kupp- lung 105 zu schließen bzw. einen Kraftschluss durch die Kupplung 105 im Antriebsstrang herzustellen. Eine umgekehrte Anordnung, in welcher die Kupplung 105 mittels Federkraft geschlossen wird, wenn der Druck des Hydraulikfluids 145 absinkt, ist alternativ ebenfalls möglich.
Der Geberkolben 1 15 kann mittels eines hydrostatischen Aktors 150 bewegt werden, indem die Stellung des Geberkolbens 1 15 im Geberzylinder 1 10 durch den Aktor 150 verschoben wird. Dazu umfasst der Aktor 150 bevorzugterweise einen Spindeltrieb 155 zur Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Stellung, einen Antriebsmotor 160 zur Bereitstellung der rotatorischen Stellung und eine Steuereinrichtung 165, die auch separat vom Aktor 150 vorgesehen sein kann. Bevorzugterweise ist die Steuereinrichtung 165 mit einem ersten Sensor 170 zur Bestimmung einer Temperatur im Bereich des Hydraulikfluids 145 und/oder einem zweiten Sensor 175 zur Bestimmung eines Drucks des Hydraulikfluids 145 im Bereich der Druckleitung 130 verbunden.
Um die Kupplung 105 in einem Normalbetrieb zu öffnen und zu schließen, wird der Aktor 150 dazu angesteuert, den Geberkolben 1 15 so im Geberzylinder 1 10 zu bewegen, dass die Verbindungsöffnung 140 geschlossen ist, und über die Stellung des Geberkolbens 1 15 der zum Öffnen bzw. Schließen erforderliche Druck des Hydraulikfluids 145 bereitgestellt wird. Befindet sich der Geberkolben 1 15 in einer Position, in der der Druck des Hydraulikfluids 145 im Normalbetrieb niedrig ist, so kann der Geberkolben 1 15 in Figur 1 noch weiter nach links bewegt werden, um im Rahmen eines so genannten Schnüffelvorgangs die Verbindungsöffnung 140 wenigstens teilweise freizugeben und einen Austausch von Hydraulikfluid 145 zwischen dem Geberzylinder 1 10 und dem Nachlaufbehälter 135 zu ermöglichen. Der Schnüffelvorgang kann erforderlich sein, wenn sich eine Temperatur des Hydraulikfluids 145 seit einem zurückliegenden Schnüffelvorgang verändert hat. Durch den Schnüffelvorgang wird das Aktorsystem 100 hydraulisch bzw. mechanisch neu kalibriert, um einen vorbestimmten Zusammenhang zwischen der Stellung des Aktors 150 und der Stellung der Kupplung 105 herzustellen.
Figur 2 zeigt Zusammenhänge 200 zwischen einer Stellung und einer maximalen Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens 1 15 des Aktorsystems 100 aus Figur 1. 1m linken Bereich ist ein Abschnitt des Geberzylinders 1 10 mit dem Geberkolben 1 15 und der Verbindungsöffnung 140 funktional dargestellt. Im rechten Bereich ist oben ein Zusammenhang zwischen der Stellung des Geberkolbens 1 15 in vertikaler Richtung und der Zeit in horizontaler Richtung dargestellt. Im rechten Bereich weiter unten sind drei alternative Vorläufe von Bewegungsgeschwindigkeiten des Geberkolbens 1 15 im Geberzylinder 1 10 dargestellt. Unterbrochene Linien erleichtern Zuordnungen zwischen Abschnitten der drei Darstellungen.
Im Normalbetrieb befindet sich die in Figur 2 obere Kante des Geberkolbens 1 15 in einer Nullstellung 205, in welcher der Nehmerzylinder 120 mit einem minimalen Druck beaufschlagt ist. Um die Kupplung 105 zu betätigen, wird der Geberkolben 1 15 von der Nullstellung 205 aus in Figur 2 nach oben verfahren. Zum Schnüffeln wird der Geberkolben 1 15 hingegen nach unten bis in eine Schließstellung 210 bewegt, in der die Verbindungsöffnung 140 gerade noch vollständig geschlossen ist. An der Schließstellung 210 vorbei wird der Geberkolben 1 15 dann weiter in eine Öffnungsstellung 215 bewegt, in welcher die Verbindungsöffnung 140 zum Nachlaufbehälter 135 ausreichend freigegeben ist. In der Darstellung von Figur 2 ist die Öffnungsstellung 215 ohne Beschränkung der Allgemeinheit mit einem maximal möglichen Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung 140 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann die Öffnungsstellung 215 mit Bezug auf die Darstellung von Figur 2 auch weiter oben definiert sein. Die Öffnungsstellung 215 kann auch variabel definierbar sein, um einen optimierten Schnüffelvorgang zu erlauben.
Erfindungsgemäß wird der Geberkolben 1 15 in Abhängig seiner Stellung im Geberzylinder 1 10 in seiner Bewegungsgeschwindigkeit gesteuert. Ein Verlauf 220 erläutert den Zusammenhang zwischen Bewegungsgeschwindigkeit und Position des Geberkolbens. In einem ersten zeitlichen Abschnitt 225 wird das Schnüffeln vorbereitet, indem der Geberkolben 1 15 von der Nullstellung 205 in die Schließstellung 210 bewegt wird. In einem zweiten zeitlichen Abschnitt 230 wird der Geberkolben 1 15 weiter in Richtung der Öffnungsstellung 215 bewegt, sodass die Verbindungsöffnung 140 teilweise geöffnet wird und dann ein Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung 140 ansteigt. In einem dritten zeitlichen Abschnitt 235 wird der Geberkolben 1 15 in der Öffnungsstellung 215 gehalten. In diesem Abschnitt erfolgt der größte Teil des Druckausgleichs zwischen dem Innenraum des Geberzylinders 1 10 und dem Nachlaufbehälter 135. Danach wird in einem Abschnitt 240 die Verbindungsöffnung 140 mittels des Geberkolbens 1 15 wieder geschlossen, bis der Geberkolben 1 15 die Schließstellung 210 erreicht hat. Die Bewegung im Abschnitt 240 entspricht bevorzugterweise dem zeitlich umgekehrten Vorgang im Abschnitt 230. In einem fünften zeitlichen Abschnitt 245 wird der Geberkolben 1 15 von der Schließstellung 210 wieder in die Nullstellung 205 bewegt. Dieser Abschnitt entspricht dem zeitlich umgekehrten Abschnitt 225. Während die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens 1 15 im Abschnitt 225, wenn die Verbindungsöffnung 140 relativ weit geöffnet ist, groß ist, so ist die Bewegungsgeschwindigkeit im Abschnitt 230, wenn die Verbindungsöffnung 140 relativ gering geöffnet ist, kleiner. In einer Ausführungsform kann die Bewegungsgeschwindigkeit, insbesondere im Abschnitt 230, auch auf der Basis einer Temperatur des Temperatursensors aus Fig. 1 gesteuert werden. Ist die Temperatur hoch, so kann die Bewegungsgeschwindigkeit höher liegen als wenn die Temperatur niedrig ist, um eine temperaturabhängige Viskosität des Hydraulikfluids 145 zu berücksichtigen.
Drei alternative, beispielhafte Geschwindigkeitsverläufe 250, 255 und 260 erläutern eine Geschwindigkeitssteuerung des Geberkolbens 1 15, die vom Öffnungsgrad der teilweise freigegebenen Verbindungsöffnung 140 abhängig ist. Außerhalb der Abschnitte 230 bzw. 240, wo denen die Verbindungsöffnung 140 entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen ist, kann in bekannter Weise eine geeignete Geschwindigkeit des Geberkolbens 140 bewirkt werden.
Im ersten Verlauf 250 liegt die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens 1 15 im
Abschnitt 230 unterhalb derer im Abschnitt 225, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit im Abschnitt 230 konstant ist.
Im zweiten Verlauf 255 steigt die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens 1 15 im Abschnitt 230 mit steigendem Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung 140 linear an. Die Geschwindigkeit des Geberkolbens 1 15 an der Öffnungsstellung 215 kann so groß sein wie die Geschwindigkeit im Abschnitt 225 oder auch darunter liegen.
Im dritten Verlauf 260 wird die Geschwindigkeit des Geberkolbens 1 15 im Abschnitt 230 in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung 140 in mehreren Abschnitten mit jeweils konstanten Geschwindigkeiten gesteuert. Es ergibt sich der gezeigte, treppenförmige Geschwindigkeitsverlauf 260. Dabei können nacheinander zwei, drei oder mehr konstante Geschwindigkeiten des Geberkolbens 1 15 gesteuert werden.
In anderen Ausführungsformen sind auch noch andere Geschwindigkeitsverläufe des Geberkolbens 1 15 im Abschnitt 230 möglich. Dabei ist es bevorzugt, dass der Geschwindigkeitsverlauf monoton ist. lm vierten Abschnitt 240 wird der Geberkolben 1 15 bevorzugter Weise mit einer Geschwindigkeit bewegt, die, wie dargestellt, dem jeweiligen Verlauf im Abschnitt 230 in umgekehrter zeitlicher Abfolge entspricht.
Figur 3 zeigt einen Zusammenhang 300 zwischen der Stellung des Geberkolbens 1 15 und einem Druck des Hydraulikfluids 145 des Aktorsystems von Figur 1 . In vertikaler Richtung ist ein Druck des Hydraulikfluids 145 und in horizontaler Richtung eine Stellung des Geberkolbens 1 15 dargestellt. Der gezeigte Zusammenhang ist exemplarisch und die angegebenen Skalenwerte sind beispielhaft.
Ein erster Verlauf 305 korrespondiert zu einer Bewegung des Geberkolbens 1 15 in positiver Richtung, also in Figur 3 nach rechts, während ein zweiter Verlauf 310 zu einer Bewegung des Geberkolbens 1 15 in negativer Richtung, also in Figur 3 nach links, korrespondiert. Die unterschiedlichen Verläufe 305, 310 ergeben sich während einer Kupplungsbetätigung aus einem Hystereseeffekt aufgrund von Reibungen im realen Aktorsystem 100 aus Figur 1 .
In einer Stellung von ca. 10 mm des Geberkolbens 1 15 befindet sich ein Tastpunkt 315, an dem eine Betätigung der Kupplung 105 beginnt bzw. endet, also ein Kraftschluss mittels der Kupplung 105 bei Betätigung des hydrostatischen Aktors 150 unterbrochen bzw. bei nachlassender Betätigung geschlossen wird. Um das Öffnen oder Schließen der Kupplung 105 genau steuern zu können, ist es erforderlich, den Tastpunkt 315 bezüglich der Stellung des Geberkolbens 1 15 möglichst genau zu kennen. Erwärmt sich das Hydraulikfluid 145, nachdem die Verbindungsöffnung 140 während eines Schnüffelvorgangs verschlossen wurde, verschieben sich die Verläufe 305 und 310 nach links. Eine solche Verschiebung kann auch andere Gründe haben, weshalb die Verschiebung allein auf der Basis der Temperatur des Hydraulikfluids 145 noch nicht kompensierbar sein kann. Stattdessen kann die Verschiebung beseitigt werden, indem das Hydraulikfluid 145 von Über- bzw. Unterdruck befreit wird, wenn der Geberkolben 1 15 in die Schnüffelstellung im Abschnitt 230 in Figur 2 bewegt wird.
Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in Figur 3 gezeigten Zusammenhangs. Dabei ist die Schließstellung 210 in der Stellung -1 ,0 mm angenommen. Die Schließstellung 210 liegt jedoch innerhalb einer Unsicherheitszone 405, da ein erhöhter Druck im Bereich der Schließstellung 210 beispielsweise zu einer Verformung einer Dichtung an der Verbindungs- öffnung 140 führen kann, sodass die tatsächliche Schließstellung 210 im Betrieb des Aktorsystems 100 in ihrer Position bezüglich des Geberzylinders 1 10 variieren kann.
Um die Öffnungsstellung 215 an eine Stellung des Geberkolbens 215 zu legen, an der gerade ein ausreichendes Freigeben der Verbindungsöffnung 140 gewährleistet ist, können unterschiedliche Vorgehensweisen verfolgt werden. In einer ersten Variante wird der Druck des Hydraulikfluids 145 in der Öffnungsstellung 215 beobachtet. Sinkt der Druck langsamer als mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf den Druck im Nachlaufbehälter 135 ab, so wird die Öffnungsstellung 215 in Figur 4 weiter nach links gesetzt. Diese Änderung betrifft einen internen Parameter der Steuereinrichtung 165.
In einer zweiten Variante kann die Öffnungsstellung 215 auf der Basis einer Temperatur des Hydraulikfluids 145 angepasst werden, so dass die Öffnungsstellung 215 bei heißem Hydrau- likfluid 145 zu einem kleineren Öffnungsgrad korrespondiert als bei kaltem Hydraulikfluid 145.
Um ferner sicherzustellen, dass beim Schließen der Verbindungsöffnung 140 im Abschnitt 240 in Figur 2 kein unzulässig hoher Druck des Hydraulikfluids 145 in der Druckleitung 130 verbleibt, kann auch der Drucksensor 175 aus Figur 1 verwendet werden, um die Schließstellung 210 entsprechend anzupassen. In einer Ausführungsform kann die Schließstellung 210 angepasst werden, falls sich der Geberkolben 1 15 unterhalb bzw. in Figur 4 links von der dargestellten Unsicherheitszone 405 befindet und ein vorbestimmter Schwellenwert 410 für den Druck überschritten wird.
Bezugszeichenliste
100 Aktorsystem
105 Kupplung
1 10 Geberzylinder
1 15 Geberkolben
120 Nehmerzylinder
125 Nehmerkolben
130 Druckleitung
135 Nachlaufbehälter
140 Verbindungsöffnung
145 Hydraulikfluid
150 hydrostatischer Aktor
155 Spindeltrieb
160 Antriebsmotor
165 Steuereinrichtung
170 erster Sensor
175 zweiter Sensor
200 Zusammenhang
205 Nullstellung
210 Schließstellung
215 Öffnungsstellung
220 Verlauf
225 erster Abschnitt
230 zweiter Abschnitt
235 dritter Abschnitt
240 vierter Abschnitt
245 fünfter Abschnitt
250 erster Geschwindigkeitsverlauf
255 zweiter Geschwindigkeitsverlauf
260 dritter Geschwindigkeitsverlauf
300 Zusammenhang
305 erster Verlauf
310 zweiter Verlauf Tastpunkt
Unsicherheitszone Schwellenwert

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Steuern eines Aktorsystems (100) zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung (105), wobei das Aktorsystem (100) einen Geberzylinder (1 10) mit einem Geberkolben (1 15), einen Nachlaufbehälter (135) zur Aufnahme von Hydraulikfluid (145), eine Verbindungsöffnung (140) zwischen dem Nachlaufbehälter (135) und dem Geberzylinder (1 10), einen hydrostatischen Aktor (150) zur Steuerung einer Stellung des Geberkolbens (1 15) und eine Steuereinrichtung (165) zur Steuerung des hydrostatischen Aktors (150) aufweist und ein Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung (140) abhängig von einer Stellung des Geberkolbens (1 15) ist, folgende Schritte umfassend:
Steuern des Aktors (150) mit einer hohen Geschwindigkeit, während die Verbindungsöffnung (140) weit geöffnet ist, und
Steuern des Aktors (150) mit einer geringen Geschwindigkeit, während die Verbindungsöffnung (140) wenig geöffnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Bewegungsgeschwindigkeit bei nur teilweise geöffneter Verbindungsöffnung (140) geringer als bei geschlossener Verbindungsöffnung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die maximale Bewegungsgeschwindigkeit im Bereich (230) der nur teilweise geöffneten Verbindungsöffnung (140) mit steigendem Öffnungsgrad monoton ansteigt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abhängigkeit (225) linear ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abhängigkeit (260) auf mehreren Abschnitten des Bereichs (230) jeweils konstant ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit im Bereich (230) der nur teilweise geöffneten Verbindungsöffnung (140) in Abhängigkeit einer Temperatur im Bereich des Hydraulikfluids (145) gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner folgende Schritte umfassend:
Bewegen des Geberkolbens (1 15) in eine Öffnungsstellung (215), in der die Verbindungsöffnung (140) teilweise geöffnet ist;
Bestimmen, dass ein Druck des Hydraulikfluids (145) langsamer als vorbestimmt auf einen Umgebungsdruck absinkt,
Anpassen der Öffnungsstellung (215) so, dass der Öffnungsgrad größer ist, und Bewegen des Geberkolbens (1 15) nur einseitig der Öffnungsstellung (215), um die Kupplung (105) zu betätigen.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner folgende Schritte umfassend:
Bestimmen, dass sich eine Taststellung (315) des Geberkolbens (1 15), an dem die Kupplung (105) zu schließen beginnt, in Richtung einer Schließstellung (210) des Geberkolbens (1 15), an dem die Verbindungsöffnung (140) gerade geschlossen ist, verschoben ist;
Anpassen der Öffnungsstellung (215) so, dass der Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung (140) vergrößert ist, und
Bewegen des Geberkolbens (1 15) nur einseitig der Öffnungsstellung (215), um die Kupplung (105) zu betätigen.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, folgende Schritte umfassend:
Bewegen des Geberkolbens (1 15) in Richtung eines abnehmenden Öffnungsgrads; Bestimmen einer Schließstellung (210), an dem die Verbindungsöffnung (140) gerade geschlossen ist, auf der Basis eines Druckverlaufs des Hydraulikfluids (145), und Bewegen des Geberkolbens (1 15) nur einseitig der bestimmten Schließstellung (210), um die Kupplung (105) zu betätigen.
10. Aktorsystem (100) zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung (105), wobei das Aktorsystem (100) folgendes umfasst:
einen Geberzylinder (1 10) mit einem Geberkolben (1 15);
einen Nachlaufbehälter (135) zur Aufnahme von Hydraulikfluid (145);
eine Verbindungsöffnung (140) zwischen dem Nachlaufbehälter (135) und dem Geberzylinder (1 10),
wobei ein Öffnungsgrad der Verbindungsöffnung (140) abhängig von einer Stellung des Geberkolbens (1 15) ist; und
einen hydrostatischen Aktor (150) zur Steuerung einer Stellung des Geberkolbens (1 15),
gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung (165) zur Steuerung des hydrostatischen Aktors (150) derart, dass der Geberkolben (1 15) mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt wird, während die Verbindungsöffnung (140) weit geöffnet ist, und mit einer geringen Geschwindig- keit, während die Verbindungsöffnung (140) wenig geöffnet ist.
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