DE10216548A1

DE10216548A1 - Fahrzeug mit Überdrehschutz

Info

Publication number: DE10216548A1
Application number: DE10216548A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kuepper; Klaus Henneberger
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2002-10-24
Also published as: DE10291747D2; ITMI20020857A1; WO2002086343A1; US6871734B2; BR0209073A; FR2823816A1; ITMI20020857A0; FR2823816B1; US20040079608A1

Abstract

Bei einem Fahrzeug mit Überdrehschutz, bei dem das Einkuppeln in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert wird, öffnet oder schlupft die Kupplung im Fall, dass die Motordrehzahl beim Einkuppeln einen voreinstellbaren Grenzwert überschreitet. Als Grenzwert wird eine Motordrehzahl verwendet, die sich aus der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und der momentanen oder angestrebten Getriebeübersetzung ergibt. Fehlschaltungen und ein damit verbundenes Überdrehen des Motors werden dadurch sicherer vermieden als bisher.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Überdrehschutz, bei dem das Einkuppeln in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert wird und die Kupplung im Fall, dass die Motordrehzahl beim Einkuppeln einen voreinstellbaren Grenzwert überschreitet, geöffnet oder mit Schlupf betrieben wird.

Ein Fahrzeug und ein Steuerverfahren der genannten Art sind aus der DE 197 45 677 C2 bekannt. Die Druckschrift offenbart ein Fahrzeug mit automatischer Betätigung der Kupplung, bei dem das Einkuppeln in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und der Kupplungsscheibe gesteuert wird. Die Motordreh zahl wird auf Überschreiten oder Unterschreiten vorgegebener Drehzahlgren zen überwacht. Bei Überschreiten oder Unterschreiten der Drehzahlgrenzen wird die Kupplung geöffnet oder kann mit Schlupf betrieben werden. Dieses Verfahrens birgt jedoch folgende Nachteile: bei Fahrzeugen mit automatisiertem Schaltgetriebe kann es vorkommen, dass bei Fehlfunktionen des Getriebeak tors oder bei einer Fehlbedienung der Kupplungssteuerung und/oder bei einem Defekt der Gangerkennung unbemerkt statt in den nächsthöheren Gang in ei nen niedrigeren Gang geschaltet wird. In diesem Fall wird, wenn die Fehl schaltung vorab nicht festgestellt wurde, die Kupplung so lange geschlossen, bis anhand der Motordrehzahl ein Überdrehen des Motors erkannt wird. Dann wird die Kupplung wieder geöffnet. Je nach der Dynamik des Einkuppelvorgan ges kann es jedoch beim Überdrehen zu einer Schädigung des Motors kom men. Außerdem wird unter Umständen ein extrem hohes Bremsmoment auf die Räder übertragen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit verbessertem Überdrehschutz zu schaffen, bei dem eine voreinstellbare Motordrehzahl als Grenzwert zum Öffnen oder Schlupfen der Kupplung herangezogen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug der eingangs ge nannten Art so gelöst, dass als Grenzwert eine Motordrehzahl verwendet wird, die sich aus der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und der momentanen oder angestrebten Getriebeübersetzung ergibt. In Ausführung der Erfindung ist die momentane Getriebeübersetzung aus dem eingelegten Gang ermittelbar. Statt der Fahrzeuggeschwindigkeit kann auch ein Raddrehzahlwert oder allge mein ein eine Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentierender Wert verwendet wer den.

Die in dem Fahrzeug eingesetzte programmierbare elektronische Steuerein richtung weist Eingänge auf, die mit Mitteln zur Detektierung der Drehzahl des Motors, des beabsichtigten und/oder des eingelegten Ganges des Schaltgetrie bes verbunden sind, über die Ausgänge der Steuereinrichtung werden Steuer signale an die elektrisch ansteuerbare Kupplungsvorrichtung gesendet. Die Steuereinrichtung ist so verschaltet oder programmiert, dass die vorstehenden Verfahrensschritte ausführbar sind.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einer Antriebseinheit 1, wie Verbrennungskraftmaschine oder Motor, einem Drehmomentübertragungssystem 2, wie beispielsweise Rei bungskupplung, Trockenreibungskupplung oder nasslaufende Reibungskupp lung, einem Getriebe 3, sowie einem Differential 4, Abtriebswellen 5 und von den Abtriebswellen angetriebene Räder 6. An den Rädern können nicht darge stellte Drehzahlsensoren angeordnet sein, welche die Drehzahlen der Räder detektieren. Die Drehzahlsensoren können auch zu anderen Elektronikeinheiten funktional zugehören, wie beispielsweise einem Antiblockiersystem (ABS). Die Antriebseinheit 1 kann auch als Hybridantrieb mit beispielsweise einem Elek tromotor, einem Schwungrad mit Freilauf und einer Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet sein.

Das Drehmomentübertragungssystem 2 ist als Reibungskupplung ausgestaltet, wobei das Drehmomentübertragungssystem auch beispielsweise als Magnet pulverkupplung, Lamellenkupplung oder Drehmomentwandler mit Wandler überbrückungskupplung oder einer anderen Kupplung ausgestaltet sein kann. Weiterhin sind eine Steuereinheit oder -einrichtung 7 und ein schematisch dar gestellter Aktor 8 vorhanden. Die Reibungskupplung kann auch als eine einen Verschleiß nachstellende selbsteinstellende Kupplung ausgebildet sein.

Das Drehmomentübertragungssystem 2 ist auf einem Schwungrad 2a montiert oder mit diesem verbunden, wobei das Schwungrad ein geteiltes Schwungrad mit Primärmasse und Sekundärmasse sein kann, mit einer Dämpfungseinrich tung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse, an welchem ein An lasserzahnkranz 2b angeordnet ist. Das Drehmomentübertragungssystem weist insgesamt eine Kupplungsscheibe 2c mit Reibbelägen und eine Druckplatte 2d sowie einen Kupplungsdeckel 2e und eine Tellerfeder 2f auf. Die selbsteinstel lende Kupplung weist zusätzlich noch Mittel auf, welche eine Verstellung und eine Verschleißnachstellung erlauben, wobei ein Sensor, wie Kraft- oder Weg sensor vorhanden ist, welcher eine Situation detektiert, in welcher eine Nach stellung notwendig ist und bei einer Detektion auch durchgeführt werden kann.

Das Drehmomentübertragungssystem wird mittels eines Ausrückers 9, wie bei spielsweise eines druckmittelbetätigten, hydraulischen Zentralausrücker betä tigt, wobei der Ausrücker ein Ausrücklager 10 tragen kann und mittels Beauf schlagung die Kupplung ein- und ausrückt. Der Ausrücker kann aber auch als mechanischer Ausrücker ausgestaltet sein, welcher ein Ausrücklager oder ein vergleichbares Element betätigt, beaufschlagt oder bedient.

Der Aktor 8 als Betätigungseinheit, steuert über eine mechanische Verbindung oder über eine Druckmittelleitung 11 oder -übertragungsstrecke, wie Hydraulik leitung, den mechanischen oder hydraulischen Ausrücker oder Zentralausrüc ker 9 zum Ein- oder zum Ausrücken der Kupplung an. Der Aktor 8 betätigt weiterhin mit seinem zumindest einen Ausgangselement oder mit mehreren Ausgangselementen das Getriebe zum Schalten, wobei beispielsweise eine zentrale Schaltwelle des Getriebes durch das Ausgangselement oder die Aus gangselemente betätigt wird. Der Aktor betätigt somit getriebeinterne Schalt elemente des Getriebes zum Einlegen, Herausnehmen oder Wechseln von Gangstufen oder Übersetzungsstufen, wie eine zentrale Schaltwelle oder Schaltstangen oder andere Schaltelemente.

Der Aktor 8 kann auch als Schaltwalzenaktor ausgestaltet oder vorgesehen sein, welcher innerhalb des Getriebes angeordnet ist. Die Schaltwalze betätigt durch eine angetriebene Eigenrotation in Führungen geführte Elemente, wie Schaltelemente, zum Schalten der Gangstufen. Weiterhin kann der Aktor zum Schalten der Gangstufen auch den Aktor zum Betätigen des Drehmomentüber tragungssystems beinhalten, wobei in diesem Fall eine Wirkverbindung zu dem Kupplungsausrücker notwendig ist.

Die Steuereinheit 7 ist über die Signalverbindung 12 mit dem Aktor verbunden, so dass Steuersignale und/oder Sensorsignale oder Betriebszustandssignale ausgetauscht, weitergeleitet oder abgefragt werden können. Weiterhin stehen die Signalverbindungen 13 und 14 zur Verfügung, über welche die Steuerein heit mit weiteren Sensoren oder Elektronikeinheiten zumindest zeitweise in Sig nalverbindung steht. Solche anderen Elektronikeinheiten können beispielsweise die Motorelektronik, eine Antiblockiersystemelektronik oder eine Antischlupfre gelungselektronik sein. Weitere Sensoren können Sensoren sein, die allgemein den Betriebszustand des Fahrzeuges charakterisieren oder detektieren, wie zum Beispiel Drehzahlsensoren des Motors oder von Rädern, Drosselklappen stellungssensoren, Gaspedalstellungssensoren oder andere Sensoren. Die Signalverbindung 15 stellt eine Verbindung zu einem Datenbus her, wie bei spielsweise CAN-Bus, über welchen Systemdaten des Fahrzeuges oder ande rer Elektronikeinheiten zur Verfügung gestellt werden können, da die Elektro nikeinheiten in der Regel durch Computereinheiten miteinander vernetzt sind.

Ein automatisiertes Getriebe kann derart geschaltet werden oder einen Gang wechsel erfahren, dass dies von dem Fahrer des Fahrzeuges initiiert wird, in dem er mittels beispielsweise eines Schalters ein Signal zum Herauf- oder Her unterschalten gibt. Weiterhin kann auch mittels eines elektronischen Schalthe bels ein Signal zur Verfügung gestellt werden, in welchen Gang das Getriebe schalten soll. Ein automatisiertes Getriebe kann aber auch mittels beispielswei se Kennwerten, Kennlinien oder Kennfeldern und auf der Basis von Sensor signalen bei gewissen vorbestimmten Punkten einen Gangwechsel selbststän dig durchführen, ohne dass der Fahrer einen Gangwechsel veranlassen muss.

Das Fahrzeug ist vorzugsweise mit einem elektronischen Gaspedal 23 oder Lasthebel ausgestattet, wobei das Gaspedal 23 einen Sensor 24 ansteuert, mittels welchem die Motorelektronik 20 beispielsweise die Kraftstoffzufuhr, Zündzeitpunkt, Einspritzzeit oder die Drosselklappenstellung über die Signal leitung 21 des Motors 1 steuert oder regelt. Das elektronische Gaspedal 23 mit Sensor 24 ist über die Signalleitung 25 mit der Motorelektronik 20 signalver bunden. Die Motorelektronik 20 ist über die Signalleitung 22 mit der Steuerein heit 7 in Signalverbindung. Weiterhin kann auch eine Getriebesteuerelektronik 30 in Signalverbindung mit den Einheiten 7 und 20 stehen. Eine elektromotori sche Drosselklappensteuerung ist hierfür zweckmäßig, wobei die Position der Drosselklappe mittels der Motorelektronik angesteuert wird. Bei solchen Syste men ist eine direkte mechanische Verbindung zum Gaspedal nicht mehr not wendig oder zweckmäßig.

Das Kraftfahrzeug weist beispielsweise einen nicht dargestellten Gangschalt hebel bei einem mechanischen Getriebe auf. An dem Gangschalthebel sind ein Gangerkennungssensor und ein Schaltabsichtssensor angeordnet. Der letztere Sensor detektiert eine Schaltabsicht des Fahrers anhand der Bewe gung des Schalthebels bzw. anhand der aufgewandten Kraft. Der Gangerken nungssensor detektiert die Position von getriebeinternen Schaltelementen oder den im Getriebe eingelegten Gang, so dass mittels des Sensorsignals der ein gelegte Gang von der Steuereinrichtung registriert wird. Weiterhin kann auch bei einem analogen Sensor die Bewegung der getriebeinternen Schaltelemente detektiert werden, so dass eine frühzeitige Erkennung des nächsten, einzule genden Ganges möglich ist.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Getriebe bzw. eine Getriebeein richtung insbesondere eine Einrichtung, welche gestuft oder stufenlos in unter schiedliche Schaltstellungen geschaltet werden kann, in denen sie ein unter schiedliches Übersetzungsverhältnis zwischen zwei Wellen erzeugt.

Unter einem automatischen Getriebe bzw. automatisierten Schaltgetriebe im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Getriebeeinrichtung zu verstehen, bei der Schaltvorgänge automatisiert mit oder ohne Zugkraftunter brechung angesteuert werden können.

Ein Gang bzw. eine Gangstufe bzw. eine Schaltstufe im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltstellung, bei der eine vorbestimmte Übersetzung ge schaltet ist, wobei der Begriff Gangstufe sich sowohl auf eine gestufte Getrie beeinrichtung wie auf eine stufenlose Getriebeeinrichtung bezieht.

Bezüglich der elektronischen Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtungen mit den entsprechenden Sensoren und Betätigungsmitteln und bezüglich der ent sprechenden Steuerungs- bzw. Regelungsverfahren in Fahrzeugen mit auto matisierten Kupplungen und Schaltgetrieben wird insbesondere auf die DE 40 11 850 A1, DE 44 26 260 A1 und die EP 1 010 606 A1 Bezug genommen.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die angestrebte Getriebeüberset zung aus dem eingelegten Gang ermittelt. Wird beispielsweise beabsichtigt, bei einer Geschwindigkeit v = 50 km/h vom 3. in den 2. Gang zu schalten, ergibt sich bei einer Gesamtübersetzung i₂ = 8 (Differential und Getriebe) und einem Rollradius der Antriebsräder r = 0,2 m eine Grenzdrehzahl n_G = v.i₂/(r.2.n.π.60) = 5305 1/min. Wäre versehentlich der 1. Gang (i₁ = i₂) eingelegt, würde eine Drehzahl von 7958 1/min oder rund 8000 1/min erforderlich sein, die nicht er reicht werden könnte, da die Kupplung wieder öffnen würde, da die Drehzahl von 5305 1/min Umdrehung überschritten ist. Der eingelegte Gang kann bei spielsweise über eine automatische Gangerkennung oder über eine Schaltab sichtserkennung ermittelt werden. Hierzu wird auf die DE 40 11 850 A1 aus drücklich verwiesen, die dies im Einzelnen beschreibt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Gangwechsel auf das Schalten in benachbarte Gänge begrenzt. Das heißt, dass als eine angestrebte Getriebeübersetzung lediglich ein benachbarter, höherer oder niedrigerer Gang zugelassen ist.

Im Rahmen der zugrunde liegenden Aufgabe ist als Grenzwert die augenblickli che Motordrehzahl vorgesehen, die sich aus der momentanen Fahrzeugge schwindigkeit und der zuletzt eingelegten Getriebeübersetzung zuzüglich einer voreinstellbaren Drehzahl für das Hochschalten des Schaltgetriebes zusam mensetzt.

Vorzugsweise beträgt die voreinstellbare Drehzahl (n_v) etwa 200 U/min. Wird beispielsweise versehentlich bei einer Geschwindigkeit v = 80 km/h vom 2. in den 1. Gang geschaltet, so ergibt sich bei einer Gesamtübersetzung i₂ = 8 für den 2. Gang einem Rollradius r = 0,2 m und einer voreinstellbaren Drehzahl (n_v von 200 1/min eine Grenzdrehzahl n_G = v.i₂/(r.2.π.60) + 200 = 8688 1/min.

Im 1. Gang mit i₁ = 12 würde der Motor mit 13000 1/min drehen, was mit Si cherheit zum Schaden führen würde, und was aber durch die Erfindung vermie den wird, da bei der Grenzdrehzahl von rund 8700 1/min die Kupplung schon öffnet.

Bei der Festlegung der Grenzdrehzahl muss berücksichtigt werden, ob die Grenzdrehzahl bereits beim Auskuppeln aus dem zuletzt eingelegten Gang bzw. vor beginnendem Schließen der Kupplung im neuen Gang erreicht wird, was beispielsweise dann auftreten kann, wenn das Motormoment zum Zeit punkt des Öffnens der Kupplung noch nicht ganz abgebaut ist bzw. über dem übertragbaren Kupplungsmoment liegt, da dann der Motor beim Auskuppeln leicht hochdrehen kann. Ist dies der Fall, wird die Kupplung so lange geöffnet gehalten, bis die Motordrehzahl wieder auf den Wert bei zuletzt geschlossener Kupplung gefallen ist. Auch kann die Kupplung in dieser Situation nur geringfü gig eingerückt werden, so dass nur ein sehr geringes Drehmoment übertragen wird. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Kupplung bei Erreichen einer Drehzahl grenze der Motordrehzahl zumindest teilweise eingerückt wird.

Durch die Erfindung wird erreicht, dass das Schalten in einen falschen Gang sehr frühzeitig erkannt wird. Dadurch kann ein Überdrehen des Motors sicher verhindert werden. Außerdem kann das Radbremsmoment für das Beschleuni gen des Motors zeitlich und betragsmäßig möglichst kurz gehalten werden. Weiter kann eine Fehlfunktion des Automatisierten Schaftgetriebes ASG bzw. der Elektronik der Gangerkennung beim Elektronischen Kupplungsmanagement EKM frühzeitig erkannt werden.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Aus bildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des je weiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinatio nen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Tei lungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfin dungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unter ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu ver stehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der all gemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen be schriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Auf gabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

1. Fahrzeug mit Überdrehschutz, bei dem das Einkuppeln in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert wird und die Kupplung im Fall, dass die Motor drehzahl beim Einkuppeln einen voreinstellbaren Grenzwert überschreitet, geöffnet oder mit Schlupf betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Grenzwert eine Motordrehzahl verwendet wird, die sich aus der momenta nen Fahrzeuggeschwindigkeit oder einem diese repräsentierenden Signal und der momentanen oder angestrebten Getriebeübersetzung ergibt.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Getriebeübersetzung aus dem eingelegten Gang ermittelbar ist.

3. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die angestrebte Getriebeübersetzung nur einer der zu dem mo mentan eingelegten Gang benachbarten Gänge betätigbar ist.

4. Fahrzeug mit Überdrehschutz, bei dem das Einkuppeln in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert wird und die Kupplung im Fall, dass die Motor drehzahl beim Einkuppeln einen voreinstellbaren Grenzwert überschreitet, geöffnet oder mit Schlupf betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Grenzwert die augenblickliche Motordrehzahl vorgesehen ist, die sich aus der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und der zuletzt eingelegten Ge triebeübersetzung zuzüglich einer voreinstellbaren Drehzahl für das Hoch schalten des Schaltgetriebes zusammensetzt.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die voreinstell bare Drehzahl etwa 200 U/min beträgt.