WO2016058768A1 - Kupplungseinrichtung für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug, verfahren zum betreiben einer kupplungseinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Kupplungseinrichtung für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug, verfahren zum betreiben einer kupplungseinrichtung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2016058768A1
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actuator
motor vehicle
coupling
cam
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Frank Bast
Kaspar Schmoll Genannt Eisenwerth
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16D2500/5085—Coasting

Definitions

  • the invention relates to a coupling device for a motor vehicle, with at least one self-closing coupling, which can be brought into a fully open position by actuation from a fully closed position, and with at least one actuator for automated operation
  • the invention relates to a motor vehicle with a corresponding
  • Clutch device can be separated from a drive train and thereby no longer have to be dragged by the motor vehicle while driving. As a result, a particularly fuel-efficient and quiet driving operation can be realized.
  • a clutch Self-closing trained so that they are closed in their normal state, so transmit a torque.
  • an additional actuator is provided which spends the clutch from the closed position to a fully open position as needed.
  • the actuator works against the force of at least one Spring element which urges the clutch to the closed state.
  • Under a clutch according to the invention is to be understood in particular a friction clutch. In the event of a voltage loss or other fault in the drive system for operating the clutch device, which causes the actuator is no longer actuated, this may cause the
  • Drive train can be reconnected, driving dynamics can be critical
  • the coupling device with the features of claim 1 has the advantage that the coupling in at least one position without additional
  • the coupling device has means which mechanically lock the coupling in at least one position at least when required.
  • the mechanical locking ensures safe and energy-efficient holding of the coupling in one position.
  • Under a position of the clutch is to be understood in particular each position of the clutch apart from the fully closed position.
  • By means of the clutch can thus both in the fully open position as preferred alternatively or additionally also in an intermediate position in which the clutch is operated slipping, mechanically lock to ensure a fully open and / or a permanent slipping operation energy efficient.
  • the means are adapted to lock the actuator in the at least one position of the coupling.
  • the locking of the clutch is thus not directly in the clutch, but instead of the actuator.
  • a conventional clutch can be used.
  • the clutch can thus inhibit or lock indirectly in the desired position.
  • the actuator has as a means a cam for actuating the clutch.
  • the clutch can be actuated by the actuator in a simple and secure manner, the advantages mentioned above being achieved.
  • the cam is expediently self-locking, so they in at least one position the
  • Movement of the coupling inhibits or arrests.
  • Cam has cooperating rocker arm.
  • the oscillating lever is actuated by the cam as a function of its angular position and pivoted about its own axis of rotation.
  • the oscillating lever cooperates on the one hand with the cam and on the other hand with an actuator element to actuate this in response to the cam position.
  • the actuator element is in particular a hydraulic ram for applying a hydraulic medium with a
  • the coupling is then expediently a hydraulically actuable coupling which is actuated by the actuator in a fluid-mechanically actuated or inhibited manner.
  • the cam can also interact directly with the actuator.
  • the means have a toggle device of the actuator for actuating the clutch.
  • the actuator thus also has the means for locking the clutch in a position itself.
  • toggle device a bistable actuator is provided, which acts self-locking in an operating position, so that the clutch is held in the desired position, in particular in the fully open position without further effort.
  • the means comprise at least one of the clutch and / or the actuator associated locking device, in particular a switchable locking device.
  • the separate locking device can preferably mechanically lock the actuator and / or the coupling in any desired position.
  • the locking device can be, for example, a spring-biased clamping device which, in the unactuated state, tensions and thereby the actuator and / or the clutch
  • the means are adapted to lock the clutch in several different positions, especially when needed.
  • the motor vehicle according to the invention with the features of claim 7 is characterized by the coupling device according to the invention. This results in the already mentioned advantages.
  • the inventive method with the features of claim 8 is characterized in that at least in dependence on a current
  • the clutch is mechanically locked in a position.
  • a position deviating from the closed position, for example slipping or completely open, of the clutch is to be understood as meaning the position.
  • the clutch is locked in its fully open position when a clutch pedal by a driver of the
  • the clutch is thus adjusted or actuated by the actuator as a function of a clutch pedal position, which is set by the driver of the motor vehicle, the clutch pedal is fully penetrated or actuated, the clutch is moved to its fully open position and locked.
  • One Controller detects a clutch pedal position of the clutch pedal and controls the actuator accordingly to spend the clutch from the closed to the fully open position. In this position, the clutch is then locked in particular by the means described above.
  • the clutch is locked in its fully open position only when the motor vehicle is in a sailing operation. If the control unit detects that a sailing operation has been set as the driving mode of the motor vehicle, be it manually by the driver of the vehicle or automatically, then the
  • the clutch is mechanically locked in its fully open position as described, thereby reliably preventing uncontrolled clutch engagement and, moreover, ensuring particularly energy-efficient sailing operation.
  • Clutch pedal position is released. If it is detected, for example, that the sailing operation has been ended and normal operation is to be set, then the lock is released and the clutch can be actuated again "normally".
  • Closing process can act.
  • Figure 1 is a motor vehicle in a simplified plan view
  • FIG. 1 shows in a simplified plan view a motor vehicle 1 which has a drive train 2 which is designed to drive wheels of a rear axle 3 of the motor vehicle 1 as required.
  • the drive train 2 has an engine 4, which in the present case is designed as an internal combustion engine. Alternatively, however, it may also be provided that an electric machine is provided as the drive machine 4. Also, several identical or different drive machines 4 may be provided.
  • the present drive machine 4 is operatively connected by an actuatable clutch 5 with a gear 6.
  • the transmission 6 is preferred as
  • Motor vehicle has 1 selectable gear ratios.
  • the transmission 6 is operatively connected by a differential gear 7 with the wheels of the rear axle 3.
  • the clutch 5 is formed as a friction clutch, for example, has two oppositely arranged clutch plates 8, 9, of which at least one is displaceable by an actuator 10.
  • the coupling 5 is expediently as
  • the self-closing coupling 5 is formed so that the clutch plates 8, 9 are pressed together in the unactuated state, in particular by spring force.
  • the clutch plates 8, 9 are moved away from each other by the actuator so far that the frictional engagement or adhesion is resolved and no torque can be transmitted from the engine 4 to the transmission 6.
  • the clutch 5 can also be brought into an intermediate position by the actuator 10, in which the clutch 5 is operated slipping, so that a frictional connection is set, which permits a relative movement or rotation of the clutch discs 8, 9 to each other, so that only part of the the drive machine 4 provided drive torque is transmitted to the transmission 6.
  • the actuator 10 is thus adapted to the Clutch 5 to spend in a desired position from the fully closed position to the fully open position.
  • the actuator 10 is associated with a control unit 11, the actuator 10 in particular in response to a current driving mode of
  • Motor vehicle automatically actuated.
  • the motor vehicle 1 can be switched to a so-called sailing mode in which the drive machine 4 is deactivated and the clutch 5 is fully opened so that the drive machine 4 is not dragged when the motor vehicle 1 rolls.
  • On the sailing operation for example, be recognized by the fact that the driver active this, for example by pressing a corresponding switch adjusts.
  • a sailing operation is automatically set if this is the current driving data, such as a downhill or a driving mode in which an electric drive sufficient and the internal combustion engine to be disconnected, is turned on.
  • the control unit 11 also detects a clutch pedal position of a clutch pedal that can be actuated by a driver of the motor vehicle 1. In normal operation, the controller 11 controls the actuator 10 in accordance with the clutch pedal position to provide a clutch-by-wire clutch 12.
  • the clutch 12 advantageously includes means for mechanically locking the clutch 5 in at least one position in that an uncontrolled closing of the clutch 5 is prevented even in the event of a failure of the activation of the clutch 5, for example in the event of failure of the control device 11. It is thereby achieved that, in the event of a failure of the activation, no driving dynamics critical operating states of the clutch
  • Motor vehicle can be brought about by an uncontrolled closing of the clutch.
  • the mechanical locking or inhibition is activated and inhibited the function for self-closing the clutch 5.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the actuator 10 in a simplified plan view.
  • the actuator 10 has as a means for locking the clutch 5 in the at least one position a cam 13, which with a
  • the cam plate 13 is rotatably mounted about an axis 16, as indicated by a double arrow, and has a deviating from a circular outer contour, so that the outer shell surface 17 of the cam 13 does not move total on a circumference along a fixed radius, but at different radii with respect to the axis of rotation 16. It is provided that the outer shell surface 17, starting from a
  • Minimal radius R min extends up to a maximum radius R max over almost 360 ° substantially steadily. It is provided that the radius R increases substantially steadily starting from the starting point with the smallest radius R min .
  • the cam disc 13 has a cam segment 18, in which the radius R max is constant, so that in the cam segment 18, the outer shell surface 17 extends along a circumference on the radius R max .
  • the rocker arm 14 is pivotally mounted at one end about a rotation axis 19, we indicated by a double arrow.
  • the other end carries
  • Rocking lever 14 spaced from each other on two contact rollers 20, 21, which are each rotatably mounted on the rocker arm 14.
  • the roller 20 is assigned to the cam 13 and the roller 21 to the actuator 15.
  • the axis of rotation 19 is aligned parallel to the axis of rotation 18 and the roller 20 runs on the outer shell surface 17 of the cam 13 from.
  • the actuator 15 is actuated.
  • the actuator element 15 is designed as a hydraulic ram, which is translationally, as indicated by a double arrow, displaced to pressurize a hydraulic fluid with a compressive force to actuate the clutch 5.
  • the hydraulic ram has a rocker arm 14 facing end face 22 on which the roller 21 rolls during pivoting of the rocker arm 14.
  • the rocker arm 14 is held between the cam 13 and the hydraulic ram 15 in particular clearance, the play-free storage by acting on the actuator 15 compressive force, by hydraulics or spring (in the actuator) or by a slotted guide is achieved, which urges the rocker arm 14 against the cam 13.
  • the rocker arm 14 is thus between the cam 13 and the
  • Actuator 15 jammed stored.
  • the rocker arm 14 can be moved without friction when the cam 13 is rotated about its axis 16.
  • the cam 13 is preferably driven by an electric motor whose rotor shaft is connected in particular directly to the cam 13, by a spur gear or by a worm gear.
  • Swing lever 14 acting force of the hydraulic medium can not cause the cam 13 is rotated, the clutch 5 is thereby locked. Due to the constant radius R max in the range of Cam segment 18 only a radial force acts on the cam. If the operation of the cam plate 13 were stopped when the roller 20 is in a range between R max and R min , in which the radius decreases or increases, so would in addition to a radial force component and a
  • Force component can be generated, which acts in the circumferential direction of the cam 13, whereby these could be displaced or rotated by the force of the hydraulic medium, which results in particular from the force acting on the clutch 5 spring force.
  • the self-closing clutch 5 is locked or inhibited in at least one operating position of the clutch 5 and can not close automatically, namely, when the roller 20 on the outer shell surface 17 in the region of the cam segment 18th expires.
  • the outer shell surface 17 is continuous from the minimum radius R min to the maximum radius R max , so that in each intermediate position of the cam 13 between the starting position and the beginning of the cam segment 18 by the hydraulic medium on the rocker arm 14 resulting / impacting force, also to a movement of the cam 13 against the
  • an inhibition of the clutch 5 is provided in only one position or in only one position range of the cam disc 13.
  • at least one further cam segment is provided with a constant radius R distributed over the circumference of the outer shell surface 17, so that the actuator 10 can be locked in an intermediate position between the fully open position and the fully closed position of the clutch 5.
  • the proposed design of the actuator 10 thus provides a means by which the coupling 5 in at least one position mechanically, namely fluid-mechanical, can be locked.
  • toggle lever device as a means for actuating the clutch 5 instead of the cam mechanism, wherein the toggle lever device, the In particular bistable is formed so that they mechanically locked in two positions.
  • the actuator 10 is operated in particular in response to a clutch pedal position of a clutch pedal, which is actuated by the driver of the motor vehicle 1, so that in dependence on the clutch pedal position the
  • Cam 13 is rotated. If the control unit of the motor vehicle 1 recognizes that a sailing operation would be advantageous, and if the sailing operation is set automatically, for example by the control unit 11, the cam disc 13 is rotated into the restraining position. Actuates the driver, the clutch pedal is not complete, or he does not fully pass the clutch pedal, so the cam 13 is corresponding to the
  • Cloak outer surface 17 is located, which has a decreasing or increasing radius R (ie, a slope), so that the clutch 5 can continue to close automatically when the driver takes his foot off the pedal or if an electrical system, such as the electric motor for driving the cam 13th fails.
  • the clutch 5 is thus at partial

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung (12) für ein Kraftfahrzeug (1), mit wenigstens einer selbstschließenden Kupplung (5), die durch Betätigung von einer vollständig geschlossenen Stellung in eine vollständig geöffnete Stellung verbringbar ist, und mit wenigstens einem Aktuator (10) zum automatisierten Betätigen der Kupplung (5). Es ist vorgesehen, dass Mittel, die die Kupplung (5) in wenigstens einer Stellung, zumindest bei Bedarf, mechanisch arretieren.

Description

Beschreibung
Titel
Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben einer Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer selbstschließenden Kupplung, die durch Betätigung von einer vollständig geschlossenen Stellung in eine vollständig geöffnete Stellung verbringbar ist, und mit wenigstens einem Aktuator zum automatisierten
Betätigen der Kupplung.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden
Kupplungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser.
Stand der Technik
Kupplungseinrichtungen und Verfahren zum Betreiben dieser der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei Kraftfahrzeugen mit Handschaltgetrieben, die eine automatisiert betätigbare Kupplungseinrichtung aufweisen, kann der sogenannte Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs eingestellt werden, bei welchen Antriebsmaschinen durch eine Kupplung der
Kupplungseinrichtung von einem Antriebsstrang getrennt werden können und dadurch von dem Kraftfahrzeug während der Fahrt nicht mehr mitgeschleppt werden müssen. Dadurch kann ein besonders verbrauchsarmer und ruhiger Fahrbetrieb realisiert werden. Üblicherweise sind die Kupplungen
selbstschließend ausgebildet, sodass sie in ihrem Normalzustand geschlossen sind, also ein Drehmoment übertragen. Um die Kupplung zu öffnen ist ein zusätzlicher Aktuator vorgesehen, der die Kupplung von der geschlossenen Stellung bis in eine vollständig geöffnete Stellung bei Bedarf verbringt. Der Aktuator arbeitet dabei in der Regel entgegen der Kraft wenigstens eines Federelements, das die Kupplung in den geschlossenen Zustand drängt. Unter einer Kupplung im Sinne der Erfindung ist dabei insbesondere eine Reibkupplung zu verstehen. Im Falle eines Spannungsverlusts oder eines anderen Fehlers im Ansteuerungssystem zum Betreiben der Kupplungseinrichtung, der dazu führt, dass der Aktuator nicht länger betätigt wird, kann dies dazu führen, dass die
Federkraft die Kupplung zurück in den geschlossenen Zustand drängt und dadurch einen Kraftschluss herstellt, der weder gewünscht, noch von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs erwartet wird. Dieses unkontrollierte Schließen der Kupplung, durch welches eine oder mehrere Antriebsmaschinen an den
Antriebsstrang wieder angeschlossen werden, kann fahrdynamisch kritische
Betriebszustände des Kraftfahrzeugs herbeiführen. Darüber hinaus wird zum Offenhalten der Kupplung eine entsprechend hohe Menge an Energie benötigt, um die Kupplung entgegen der Federkraft aufzuhalten, wodurch ein Energie- Einsparpotenzial des Segelbetriebs zum Teil wieder aufgehoben wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Kupplungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Kupplung in wenigstens einer Stellung ohne zusätzlichen
Energieaufwand und ohne die Gefahr eines unkontrollierten Schließens dauerhaft gehalten werden kann. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgesehen, dass die Kupplungseinrichtung Mittel aufweist, die die Kupplung in wenigstens einer Stellung zumindest bei Bedarf mechanisch arretieren. Durch die mechanische Arretierung wird ein sicheres und energieeffizientes Halten der Kupplung in einer Stellung gewährleistet. Unter einer Stellung der Kupplung ist dabei insbesondere jede Stellung der Kupplung abgesehen von der vollständig geschlossenen Stellung zu verstehen. Durch die Mittel lässt sich die Kupplung somit sowohl in der vollständig offenen Stellung als bevorzugt alternativ oder zusätzlich auch in einer Zwischenstellung, in welcher die Kupplung schlupfend betrieben wird, mechanisch arretieren, um einen vollständig geöffneten und/oder einen dauerhaften schlupfenden Betrieb energieeffizient zu gewährleisten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel dazu ausgebildet sind, den Aktuator in der wenigstens einen Stellung der Kupplung zu arretieren. Die Arretierung der Kupplung findet somit nicht direkt in der Kupplung, sondern an dem Aktuator statt. Dadurch kann eine herkömmliche Kupplung verwendet werden. Durch das Arretieren des Aktuators lässt sich die Kupplung somit indirekt in der gewünschten Stellung hemmen beziehungsweise arretieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aktuator als Mittel eine Kurvenscheibe zur Betätigung der Kupplung aufweist. Mittels der Kurvenscheibe lässt sich die Kupplung durch den Aktuator auf einfache und sichere Art und Weise betätigen, wobei die zuvor genannten Vorteile erreicht werden. Die Kurvenscheibe ist dazu zweckmäßigerweise selbsthemmend ausgebildet, sodass sie in zumindest einer Stellung die
Bewegung der Kupplung hemmt beziehungsweise arretiert.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Aktuator einen mit der
Kurvenscheibe zusammenwirkenden Schwinghebel aufweist. Der Schwinghebel wird von der Kurvenscheibe in Abhängigkeit ihrer Drehwinkelstellung betätigt und um seine eigene Drehachse verschwenkt. Insbesondere wirkt der Schwinghebel einerseits mit der Kurvenscheibe und andererseits mit einem Aktuatorelement zusammen, um dieses in Abhängigkeit von der Kurvenscheibenstellung zu betätigen. Bei dem Aktuatorelement handelt es sich insbesondere um einen Hydraulikstößel zum Beaufschlagen eines Hydraulikmediums mit einem
Betätigungsdruck. Bei der Kupplung handelt es sich in diesem Fall dann zweckmäßigerweise um eine hydraulisch betätigbare Kupplung, die durch den Aktuator fluid-mechanisch betätigt oder gehemmt arretiert wird. Alternativ kann die Kurvenscheibe auch direkt mit dem Aktuatorelement zusammenwirken.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mittel eine Kniehebeleinrichtung des Aktuators zur Betätigung der Kupplung aufweisen. Der Aktuator weist somit auch die Mittel zum Arretieren der Kupplung in einer Stellung selbst auf. Durch die Kniehebeleinrichtung wird eine bistabile Betätigungseinrichtung zur Verfügung gestellt, die in einer Betriebsstellung selbsthemmend wirkt, sodass ohne weiteren Kraftaufwand die Kupplung in der gewünschten Stellung, insbesondere in der vollständig offenen Stellung, gehalten wird. Der Aktuator weist
zweckmäßigerweise zur Betätigung der Kurvenscheibe und/oder der Kniehebeleinrichtung einen Elektromotor auf, der durch ein Steuergerät der Kupplungseinrichtung und/oder des Kraftfahrzeugs betrieben wird.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mittel wenigstens eine der Kupplung und/oder dem Aktuator zugeordnete Arretiereinrichtung aufweisen, insbesondere eine schaltbare Sperreinrichtung. Die separate Arretiereinrichtung kann den Aktuator und/oder die Kupplung vorzugsweise in jeder beliebigen Stellung mechanisch arretieren. Bei der Arretiereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine federvorgespannte Klemmeinrichtung handeln, die im unbetätigten Zustand zuspannt und dadurch den Aktuator und/oder die Kupplung
hemmt arretiert.
Besonders bevorzugt sind die Mittel dazu ausgebildet, die Kupplung in mehreren verschiedenen Stellungen insbesondere bei Bedarf zu arretieren.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest in Abhängigkeit von einem aktuellen
Fahrmodus des Kraftfahrzeugs die Kupplung in einer Stellung mechanisch arretiert wird. Dabei ist auch hier unter der Stellung eine von der geschlossenen Stellung abweichende, beispielsweise schlupfende oder vollständig offene Stellung der Kupplung zu verstehen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kupplung in ihrer vollständig geöffneten Stellung arretiert wird, wenn ein Kupplungspedal durch einen Fahrer des
Kraftfahrzeugs vollständig durchgetreten ist. Die Kupplung wird somit durch den Aktuator in Abhängigkeit von einer Kupplungspedalstellung, die durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird, eingestellt beziehungsweise betätigt, wird das Kupplungspedal vollständig durchgetreten beziehungsweise betätigt, so wird die Kupplung in ihre vollständig geöffnete Stellung verbracht und arretiert. Ein Steuergerät erfasst dazu eine Kupplungspedalstellung des Kupplungspedals und steuert den Aktuator entsprechend an, um die Kupplung von der geschlossenen in die vollständig geöffnete Stellung zu verbringen. In dieser Stellung wird dann die Kupplung insbesondere durch die zuvor beschriebenen Mittel arretiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplung in ihrer vollständig geöffneten Stellung nur dann arretiert wird, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem Segelbetrieb befindet. Erfasst das Steuergerät, dass ein Segelbetrieb als Fahrmodus des Kraftfahrzeugs eingestellt wurde, sei es manuell durch den Fahrer des Fahrzeugs oder automatisch, so wird die
Kupplung in ihrer vollständig geöffneten Stellung wie beschrieben mechanisch arretiert, wodurch ein unkontrolliertes Schließen der Kupplung sicher verhindert und darüber hinaus ein besonders energieeffizienter Segelbetrieb gewährleistet ist.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Arretierung der Kupplung in
Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrmodus und/oder der
Kupplungspedalstellung gelöst wird. Wird beispielsweise erfasst, dass der Segelbetrieb beendet wurde und ein Normalbetrieb eingestellt werden soll, so wird die Arretierung gelöst und die Kupplung lässt sich wieder„normal" betätigen.
Weisen die Mittel, wie zuvor beschrieben, einen Kniehebel oder eine
Kurvenscheibe als Bestandteil des Aktuators auf, so wird zum Lösen der
Arretierung der Aktuator entsprechend derart betätigt, dass die hemmende beziehungsweise arretierende Stellung des Aktuators verlassen wird, sodass anschließend die Federkraft der Schließfeder der Kupplung wieder auf den
Schließvorgang wirken kann.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Draufsicht und
Figur 2 einen Aktuator einer Kupplungseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das einen Antriebsstrang 2 aufweist, der dazu ausgebildet ist, Räder einer Hinterachse 3 des Kraftfahrzeugs 1 bei Bedarf anzutreiben.
Der Antriebsstrang 2 weist eine Antriebsmaschine 4 auf, die vorliegend als Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass als Antriebsmaschine 4 eine elektrische Maschine vorgesehen ist. Auch können mehrere gleiche oder unterschiedliche Antriebsmaschinen 4 vorgesehen sein. Die vorliegende Antriebsmaschine 4 ist durch eine betätigbare Kupplung 5 mit einem Getriebe 6 wirkverbindbar. Das Getriebe 6 ist bevorzugt als
Handschaltgetriebe ausgebildet, das mehrere durch den Fahrer des
Kraftfahrzeugs 1 wählbare Übersetzungsstufen aufweist. Ausgangsseitig ist das Getriebe 6 durch ein Differenzialgetriebe 7 mit den Rädern der Hinterachse 3 wirkverbunden.
Die Kupplung 5 ist als Reibkupplung ausgebildet, die beispielsweise zwei einander gegenüberliegend angeordnete Kupplungsscheiben 8, 9 aufweist, von denen zumindest eine durch einen Aktuator 10 verlagerbar ist. In der
geschlossenen Stellung der Kupplung 5 liegen die Kupplungsscheiben 8,9 derart fest aneinander an, dass der dadurch gebildete Reibschluss ein von der Antriebsmaschine 4 bereitgestelltes Antriebsdrehmoment vollständig auf das Getriebe 6 überträgt. Die Kupplung 5 ist zweckmäßigerweise als
selbstschließende Kupplung 5 ausgebildet, sodass die Kupplungsscheiben 8, 9 im unbetätigten Zustand, insbesondere durch Federkraft aneinander gepresst werden. In einer vollständig geöffneten Stellung sind die Kupplungsscheiben 8, 9 derart weit durch den Aktuator voneinander wegbewegt, dass der Reibschluss beziehungsweise Kraftschluss aufgelöst ist und kein Drehmoment von der Antriebsmaschine 4 auf das Getriebe 6 übertragen werden kann. Die Kupplung 5 ist durch den Aktor 10 auch in eine Zwischenstellung verbringbar, in welcher die Kupplung 5 schlupfend betrieben wird, sodass eine kraftschlüssige Verbindung eingestellt wird, die eine Relativbewegung beziehungsweise -rotation der Kupplungsscheiben 8, 9 zueinander zulässt, sodass nur ein Teil des von der Antriebsmaschine 4 zur Verfügung gestellten Antriebsdrehmoments auf das Getriebe 6 übertragen wird. Der Aktuator 10 ist somit dazu ausgebildet, die Kupplung 5 in eine gewünschte Stellung von der vollständig geschlossenen Stellung bis in die vollständig geöffnete Stellung zu verbringen.
Dem Aktuator 10 ist ein Steuergerät 11 zugeordnet, das den Aktuator 10 insbesondere in Abhängigkeit von einem aktuellen Fahrmodus des
Kraftfahrzeugs automatisch betätigt. So ist vorliegend vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug 1 in einen sogenannten Segelbetrieb schaltbar ist, in welchem die Antriebsmaschine 4 deaktiviert und die Kupplung 5 vollständig geöffnet wird, sodass die Antriebsmaschine 4 beim Rollen des Kraftfahrzeugs 1 nicht mitgeschleppt wird. Auf den Segelbetrieb kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass der Fahrer diesen aktiv, beispielsweise durch Betätigen eines entsprechenden Schalters, einstellt. Auch kann vorgesehen sein, dass ein Segelbetrieb automatisch eingestellt wird, wenn dies die aktuellen Fahrdaten, wie beispielsweise eine Bergabfahrt oder ein Fahrmodus, in welchem ein elektrischer Antrieb ausreicht und die Brennkraftmaschine abgekoppelt werden soll, eingeschaltet wird.
Das Steuergerät 11 erfasst außerdem eine Kupplungspedalstellung eines Kupplungspedals, dass von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 betätigbar ist. Im Normalbetrieb steuert das Steuergerät 11 den Aktuator 10 entsprechend der Kupplungspedalstellung an, sodass eine„clutch-by-wire" Kupplungseinrichtung 12 bereitgestellt ist. Die Kupplungseinrichtung 12 weist vorteilhafterweise Mittel auf, die die Kupplung 5 in wenigstens einer Stellung mechanisch arretieren. Dadurch wird erreicht, dass auch bei Ausfall der Ansteuerung der Kupplung 5, beispielsweise bei Ausfall des Steuergeräts 11, ein unkontrolliertes Schließen der Kupplung 5 verhindert wird. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Ausfall der Ansteuerung keine fahrdynamisch kritischen Betriebszustände des
Kraftfahrzeugs durch ein unkontrolliertes Schließen der Kupplung herbeigeführt werden können. Insbesondere fahrsituations- beziehungsweise fahrmodus abhängig wird die mechanische Arretierung beziehungsweise Hemmung aktiviert und die Funktion zum Selbstschließen der Kupplung 5 gehemmt.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Aktuators 10 in einer vereinfachten Draufsicht. Der Aktuator 10 weist als Mittel zum Arretieren der Kupplung 5 in der wenigstens einen Stellung eine Kurvenscheibe 13 auf, die mit einem
Schwinghebel 14 zum Betätigen eines Aktuatorelements 15 zusammen wirkt.
Die Kurvenscheibe 13 ist um eine Achse 16 drehbar gelagert, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, und weist eine von einer Kreisform abweichende Außenkontur auf, sodass sich die Mantelaußenfläche 17 der Kurvenscheibe 13 nicht insgesamt auf einem Umfang entlang eines festen Radius bewegt, sondern auf unterschiedlichen Radien mit Bezug auf die Drehachse 16. Dabei ist vorgesehen, dass die Mantelaußenfläche 17 ausgehend von einem
Minimalradius Rmin bis zu einem Maximalradius Rmax über nahezu 360° im Wesentlichen stetig verläuft. Dabei ist vorgesehen, dass der Radius R im Wesentlichen ausgehend von dem Startpunkt mit dem kleinsten Radius Rmin stetig zunimmt. Im Bereich des größten Radius Rmax weist die Kurvenscheibe 13 ein Kurvenscheibensegment 18 auf, in welchem der Radius Rmax konstant ist, sodass im Kurvensegment 18 die Mantelaußenfläche 17 entlang eines Umfangs auf dem Radius Rmax verläuft.
Der Schwinghebel 14 ist einendig um eine Drehachse 19 verschwenkbar gelagert, wir durch ein Doppelpfeil angedeutet. Anderendig trägt der
Schwinghebel 14 beabstandet zueinander zwei Kontakt- Rollen 20, 21 auf, die jeweils drehbar an dem Schwinghebel 14 gelagert angeordnet sind. Die Rolle 20 ist dabei der Kurvenscheibe 13 und die Rolle 21 dem Aktuatorelement 15 zugeordnet. Die Drehachse 19 ist dabei parallel zur Drehachse 18 ausgerichtet und die Rolle 20 läuft auf der Mantelaußenfläche 17 der Kurvenscheibe 13 ab. Bei einem Verdrehen der Kurvenscheibe 13 um die Drehachse 16 wird somit der Schwinghebel 14 entsprechende der Drehwinkelstellung der Kurvenscheibe 13 um die Achse 19 verschwenkt, wodurch die dem Aktuatorelement 15
zugeordnete Rolle 21 das Aktuatorelement 15 betätigt. Dabei ist vorliegend vorgesehen, dass das Aktuatorelement 15 als Hydraulikstößel ausgebildet ist, der translatorisch, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, verlagerbar ist, um ein Hydraulikmedium mit einer Druckkraft zu beaufschlagen, um die Kupplung 5 zu betätigen. Dazu weist der Hydraulikstößel eine dem Schwinghebel 14 zugewandte Stirnfläche 22 auf, auf welcher die Rolle 21 beim Verschwenken des Schwinghebels 14 abrollt. Der Schwinghebel 14 ist zwischen der Kurvenscheibe 13 und dem Hydraulikstößel 15 insbesondere spielfrei gehalten, wobei die spielfreie Lagerung durch eine auf das Aktuatorelement 15 wirkende Druckkraft, durch Hydraulik oder Feder (im Aktuator) oder durch eine Kulissenführung, erreicht wird, die den Schwinghebel 14 gegen die Kurvenscheibe 13 drängt. Der Schwinghebel 14 ist somit zwischen der Kurvenscheibe 13 und dem
Aktuatorelement 15 verklemmt gelagert. Durch die Rollen 20, 21 lässt sich der Schwinghebel 14 reibungsfrei bewegen, wenn die Kurvenscheibe 13 um ihre Achse 16 verdreht wird.
Die Kurvenscheibe 13 wird vorzugsweise durch einen Elektromotor angetrieben, dessen Rotorwelle insbesondere mit der Kurvenscheibe 13 direkt, durch ein Stirnradgetriebe oder durch ein Schneckenradgetriebe verbunden ist.
In dem in Figur 2 dargestellten Ausgangszustand rollt die Rolle 20 auf einem kleinen Radius nahe zu Rmin auf der Kurvenscheibe 13 beziehungsweise deren Mantelaußenfläche 17. Wird die Kurvenscheibe 13 weiter im Uhrzeigersinn gedreht, so nimmt der Radius R zu und der Schwinghebel 14 wird ebenfalls im Uhrzeigersinn gegen das Aktuatorelement 15 gedrückt, wodurch dieses eine Druckkraft auf das Hydraulikmedium ausübt, wodurch wiederum die Kupplung 5 geöffnet wird. Läuft die Rolle 20 im Bereich des Minimalradius Rmin ab, so ist die Kupplung 5 vollständig geöffnet. Durch Verdrehen der Kurvenscheibe 13 im Uhrzeigersinn wird das Aktuatorelement 15 translatorisch verlagert, bis die Rolle 20 auf der Mantelaußenfläche 17 im Bereich des Kurvenscheibensegments 18 abläuft und die Kupplung 5 vollständig geschlossen ist. Wird die Kurvenscheibe 13 derart weit gedreht, dass die Rolle 20 das Kurvenscheibensegment 18 erreicht beziehungsweise auf der Mantelaußenfläche 17 im Bereich des
Kurvenscheibensegments 18 abrollt, so ändert sich die Stellung des
Schwinghebels 14 nicht mehr. Wird die Betätigung der Kurvenscheibe 13 in dieser Stellung beendet, so wirkt die auf das Aktuatorelement 15 durch das Hydraulikmedium ausgewirkte Druckkraft derart, dass sie den Schwinghebel 14 gegen die Kurvenscheibe 13 im Bereich des Kurvenscheibensegments 18 drängt. Da hier ein konstanter Radius vorliegt, wird eine Radialkraft von dem Schwinghebel 14 auf die Kurvenscheibe 13 übertragen. Die auf den
Schwinghebel 14 wirkende Kraft des Hydraulikmediums kann dabei nicht dazu führen, dass die Kurvenscheibe 13 verdreht wird, die Kupplung 5 ist dadurch arretiert. Auf Grund des konstanten Radius Rmax im Bereich des Kurvenscheibensegments 18 wirkt nur eine Radialkraft auf die Kurvenscheibe. Würde die Betätigung der Kurvenscheibe 13 gestoppt, wenn sich die Rolle 20 in einem Bereich zwischen Rmax und Rmin befindet, in welchem der Radius ab- oder zunimmt, so würde zusätzlich zu einer Radialkraftkomponente auch eine
Kraftkomponente erzeugt werden, welche in Umfangsrichtung der Kurvenscheibe 13 wirkt, wodurch diese durch die Kraft des Hydraulikmediums, die sich insbesondere aus der auf die Kupplung 5 wirkenden Federkraft ergibt, verlagert beziehungsweise verdreht werden könnte.
Durch die vorteilhafte Ausbildung des Aktuators 10 wird somit erreicht, dass die selbstschließende Kupplung 5 in zumindest einer Betätigungsstellung der Kupplung 5 arretiert beziehungsweise gehemmt ist und nicht mehr selbsttätig schließen kann, nämlich dann, wenn die Rolle 20 auf der Mantelaußenfläche 17 im Bereich des Kurvenscheibensegments 18 abläuft. Vorzugsweise verläuft die Mantelaußenfläche 17 von dem Minimalradius Rmin bis zu dem Maximalradius Rmax stetig, sodass die in jeder Zwischenstellung der Kurvenscheibe 13 zwischen der Ausgangsstellung und dem Beginn des Kurvenscheibensegments 18 eine durch das Hydraulikmedium auf den Schwinghebel 14 resultierende/auswirkende Kraft, auch zu einer Bewegung der Kurvenscheibe 13 entgegen dem
Uhrzeigersinn führt, sodass die Kupplung 5 selbsttätig schließt. Somit ist vorliegend eine Hemmung der Kupplung 5 in nur einer Stellung beziehungsweise in nur einem Stellungsbereich der Kurvenscheibe 13 vorgesehen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass über den Umfang der Mantelaußenfläche 17 verteilt wenigstens ein weiteres Kurvenscheibensegment mit einem konstanten Radius R vorgesehen ist, sodass der Aktuator 10 auch in einer Zwischenstellung zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung der Kupplung 5 arretierbar ist.
Durch die vorgeschlagene Ausbildung des Aktuators 10 wird somit ein Mittel zur Verfügung gestellt, durch welches die Kupplung 5 in wenigstens einer Stellung mechanisch, nämlich fluid-mechanisch, arretierbar ist.
Alternativ zu der Ausbildung des Aktuators 10 mit einer Kurvenscheibe 13 ist es auch denkbar an Stelle des Kurvengetriebes eine Kniehebeleinrichtung als Mittel zur Betätigung der Kupplung 5 vorzusehen, wobei die Kniehebeleinrichtung, die insbesondere Bistabil ausgebildet ist, sodass sie in zwei Stellungen mechanisch arretiert.
Durch das Arretieren der Kupplung 5 in der vollständig geöffneten Stellung mittels der Kurvenscheibe 13 ist eine energieeffiziente Betätigung der Kupplung insbesondere in einem Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 gewährleistet, wobei gleichzeitig verhindert ist, dass beim Ausfalls eines elektrischen Systems, wie beispielsweise der Ansteuerung des Elektromotors des Aktuators 10 ein selbsttätiges Schließen der Kupplung 5 verhindert wird, sodass ein
unkontrolliertes Schließen des Antriebsstrangs 2 vermieden wird. Der Aktuator 10 wird insbesondere in Abhängigkeit von einer Kupplungspedalstellung eines Kupplungspedals, das von dem Fahrer des Kraftfahrzeug 1 betätigbar ist, betrieben, sodass in Abhängigkeit von der Kupplungspedalstellung die
Kurvenscheibe 13 verdreht wird. Erkennt das Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1, dass ein Segelbetrieb vorteilhaft wäre, und wird der Segelbetrieb automatisch, beispielsweise durch das Steuergerät 11 eingestellt, so wird die Kurvenscheibe 13 in die hemmende Stellung verdreht. Betätigt der Fahrer das Kupplungspedal nicht vollständig, beziehungsweise tritt er das Kupplungspedal nicht vollständig durch, so wird die Kurvenscheibe 13 entsprechend der
Kupplungspedalbetätigung nur soweit verdreht, dass die Rolle 20 nicht das Kurvenscheibensegment 18 erreicht und auf einem Abschnitt der
Mantelaußenfläche 17 liegt, der einen abnehmenden oder zunehmenden Radius R (also eine Steigung) aufweist, sodass die Kupplung 5 auch weiterhin selbsttätig schließen kann, wenn der Fahrer seinen Fuß vom Pedal nimmt oder wenn ein elektrisches System, beispielsweise der Elektromotor zum Antreiben der Kurvenscheibe 13 ausfällt. Die Kupplung 5 wird somit bei teilweise
geschlossener Kupplung näherungsweise wie ein konventionelles
Kupplungssystem betrieben, in welchem der Triebstrang relativ rasch
selbstständig komplett schließt, wenn ein System oder Teilsystem ausfällt.

Claims

Ansprüche
1. Kupplungseinrichtung (12) für ein Kraftfahrzeug (1), mit wenigstens einer selbstschließenden Kupplung (5), die durch Betätigung von einer vollständig geschlossenen Stellung in eine vollständig geöffnete Stellung verbringbar ist, und mit wenigstens einem Aktuator (10) zum automatisierten Betätigen der Kupplung (5), gekennzeichnet durch Mittel, die die Kupplung (5) in wenigstens einer Stellung zumindest bei Bedarf mechanisch arretieren.
2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel dazu ausgebildet sind, den Aktuator (10) in der wenigstens einen Stellung zu arretieren.
3. Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) eine Kurvenscheibe (13) als Mittel zur Betätigung der Kupplung (5) aufweist.
4. Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) einen mit der
Kurvenscheibe (13) zusammenwirkenden Schwinghebel (14) aufweist.
5. Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) eine Kniehebeleinrichtung als Mittel zur Betätigung der Kupplung (5) aufweist.
6. Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel wenigstens eine der Kupplung (5) und/oder dem Aktuator (10) zugeordnete separate Arretiereinrichtung, insbesondere eine schaltbare Sperreinrichtung, aufweisen, durch welche die Kupplung (5) in wenigstens einer Stellung bei Bedarf arretierbar ist. Kraftfahrzeug (1) mit einem Antriebsstrang, der wenigstens eine
Kupplungseinrichtung (12) aufweist, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Kupplungseinrichtung (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Betreiben einer Kupplungseinrichtung (12), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit wenigstens einer selbstschließenden Kupplung (5), die durch Betätigung von einer vollständig geschlossenen Stellung in eine vollständig geöffnete Stellung verbringbar ist, und mit wenigstens einem Aktuator (10) zum automatisierten Betätigen der Kupplung (5), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in Abhängigkeit von einem aktuellen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs (1) die Kupplung (5) in einer Stellung mechanisch arretiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung
(5) in ihrer vollständig geöffneten Stellung arretiert wird, wenn ein
Kupplungspedal durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs (1) vollständig durchgetreten ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) in ihrer vollständig geöffneten Stellung nur dann arretiert wird, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem Segelbetrieb befindet.
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