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Einrichtung zur automatischen Kupplungsbe-
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tätigung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen
Betätigung der Kupplung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Eine Einrichtung dieser Art, mit deren Hilfe auch das Anfahren eines
Kraftfahrzeugs durch automatische Betätigung der Kupplung durchgeführt werden kann,
ist beispielsweise in der Patentanmeldung P 29 27 175.8 vorgeschlagen worden. Dort
wird durch entsprechende Ansteuerung von Steuerventilen die Beaufschlagung eines
pneumatischen Stellmotors entsprechend der Stellung des Fahrpedals und /oder entsprechend
den vor und hinter der Kupplung gemessenen Drehzahlen so gesteuert, daß ein möglichst
weiches und ruckfreies Anfahren erfolgt. Dabei werden dem Stellmotor vorgeschaltete
Steuerventile durch in zeitlichem Abstand aufeinanderfolgende Impulse gesteuert,
wobei als Stellgröße die Impulsdauer oder die Impulsfrequenz verwendet wird.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung
dieser Art weiterzubilden, um den Kupplungseinrückvorgang noch weicher, ruckfreier
und schneller zu gestalten.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1. Erfindungsgemäß wird also zur Steuerung des Stellmotors der Kupplungsweg herangezogen,
der durch einen entsprechenden Meßwertaufnehmer erfaßt wird. Als Meßwertaufnehmer
können dabei ein Potentiometer oder auch kontaktlose Meßaufnehmer Verwendung finden.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung, die sich insbesondere auf
die schnelle Wegschaltung des Leerweges der Kupplung bei Beginn des Einkuppelvorganges
sowie auf die Steuerung beim Anfahren und beim Einkuppeln während der Fahrt des
Fahrzeugs beziehen, ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
eines schematischen Schaltbildes einer Kupplungssteuereinrichtung gezeigt, bei der
mit 1 ein herkömmlicher Fahrzeugmotor bezeichnet ist, der über ein Schwungrad 3,
eine Kupplung 4 und ein Getriebe 2 zur beispielsweise manuellen Einschaltung der
einzelnen Getriebegänge mit einem hier nicht weiter gezeigten Abtrieb zu den Antriebsrädern
des Fahrzeugs verbunden ist. Die Kupplung ist hier jedoch nicht, jedenfalls nicht
ausschließlich, wie dies bei konventionellen Fahrzeugen sonst üblich ist, mittels
eines Fußpedals betätigbar, sondern soll zumindest alternativ auch mittels eines
hilfskraftbetätigten Stellmotors 5, beispielsweise eines pneumatischen Unter druckstellmotors,
ein- bzw. ausgerückt werden. Dazu sind dem Stellmotor in dem hier gezeigten Beispiel
zwei Steuerventile 13 und 15 zugeordnet, die in Abhängigkeit von Steuersignalen
einer Steuervorrichtung 6 den Arbeitsraum des Stellmotors 5 entweder mit einer Atmosphärendruck
führenden Leitung 14 (beim Kupplungseinrücken) oder aber mit einer zu einem Unterdruckspeicher
17 führenden Leitung 16 (beim Kupplungsausrücken) verbinden. Der Unterdruckspeicher
17 kann dabei über eine Unterdruckleitung 18 an das Saugrohr 10 des als Otto-Motor
ausgebildeten Antriebsmotors 1 hinter der Drosselklappe 9 zur Versorgung mit Unterdruck
über ein Rückschlagventil 19 angeschlossen sein.
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Die Steuervorrichtung 6 gibt ihre Steuersignale an die Steuerventile
13 und 15 zur Druckbeaufschlagung des Stellmotors 5 in Abhängigkeit
von
der Stellung des die Drosselklappe 9 betätigenden Fahrpedals 7 ab, wozu an dem Fahrpedal
7 ein die Stellung des Pedals erfassender Geber 8 vorgesehen sein kann. Die Steuervorrichtung
7 erhält außerdem noch Informationen über die Drehzahl des Wellenstranges vor und
hinter der Kupplung 4 von dort vorgesehenen Drehzahlgebern 11 und 12 sowie über
den Kupplungsweg von einem der Kupplung zugeordneten Weg-Meßwertgeber 20.
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Nachfolgend soll nun auf die Funktion und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtung eingegangen werden. Dabei müssen im
Prinzip zwei unterschiedliche Betriebszustände voneinander unterschieden werden,
nämlich das Betätigen der Kupplung bei stehendem Fahrzeug zum Anfahren derselben
und die Betätigung bei einem in Fahrt befindlichen Fahrzeug, beispielsweise um das
zugkraft freie Schalten des Randschaltgetriebes 2 durchführen zu können oder um
nach einer gewissen Fahrtstrecke im Freilaufbetrieb mit ausgerückter Kupplung und
gegebenenfalls abgestelltem Motor bei einer Leistungsanforderung den Motor wieder
zuzuschalten. Bei beiden Vorgängen ist im allgemeinen nur das Einrücken der Kupplung
kritisch, während an das Ausrücken keine größeren Anfordern gen gestellt werden,
so daß dieser Vorgang beispielsweise unter Zugrundelegung einer zeitlich konstant
ablaufenden Unterdruckbeaufschlagung des Stellmotors 5 erfolgen kann.
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Damit nun aber der Kupplungseinrückvorgang, sei es nun zum Anfahren
oder zum Einkuppeln bei Fahrt. möglichst schnell und trotzdem komfortvoll durchgeführt
werden kann, ist es zweckmäßig, bei Beginn der Kupplungsbetätigung den von der Kupplung
auszuführenden Leerweg, der zwischen dem Zustand vollständig ausgerückt er Kupplung
und dem ersten Zufassen der Reibbeläge liegt, möglichst schnell zu überwinden, um
anschließend ein um so langsameres, weiches und ruckfreies Zufassen der Kupplung
zu bewirken. Dazu ist in der älteren Patentanmeldung P 29 46 497.9 bereits vorgeschlagen
worden, bei Beginn des Einkuppelvorgangs die Steuerventile 13 und 15 mit einem ersten
langen, den Leerweg der Kupplung 4 bis zum ersten Zufassen der Reibelemente im wesentlichen
überwindenden Anlegeimpuls anzusteuern. Das Steuerventil 13 wird dazu also nicht
etwa mit mehrerenin zeitlichem Abstand
aufeinanderfolgenden Impulsen
zur Belüftung des Stellmotors 5 angesteuert, sondern es wird ein erster langer Öffnungsimpuls
vorgegeben, der dazu ausreichen soll, den Leerweg der Kupplung 4 nahezu ganz zu
überwinden.
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Dieser erste Anlegeimpuls sollte dabei fest vorgegeben werden, beispielsweise
wenn von einem konstanten Unterdruckniveau in dem Unterdruckspeicher 17 ausgegangen
wurde. In diesem Fall wurde der Anlegeimpuls so lang bemessen, daß er gerade nicht
mehr ausreichte, um den Leerweg der Kupplung zu überwinden.
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Es war jedoch auch möglich, den Anlegeimpuls definiert zu regeln,
indem der Anlegeimpuls so lange aufrechterhalten wurde, bis eine spezielle Meßeinrichtung
das erste Zufassen der Kupplungsreibbeläge meldete, was beispielsweise durch ein
die Drehzahl der Kurbelwelle erfassendes Meßgerät erreicht werden konnte, das beim
Auftreten eines ersten Drehzahlmeßwertes außerhalb einer vorher ermittelten Drehzahlverlaufstendenz
auftrat. Während jedoch bei dem ersten Verfahren der Verschleißzustand der Kupplung
nicht berücksichtigt wurde, das heißt er der Einrückvorgang der Kupplung dauerte
um so länger, je mehrßVerschleiß der Kupplung infolge der Betriebs zeit des Fahrzeugs
erhöht wurde, konnte bei dem zweiten Verfahren wegen der hohen Verstellgeschwindigkeit
eine ruckfreie Einkupplung nicht immer sichergestellt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungssteuereinriohtung wird dagegen
durch Erfassung des Istwertes des Kupplungsweges eine Möglichkeit geschaffen, sowohl
die Steuerung beim Anfahren als auch beim Einkuppeln während der Fahrt günstiger
und einfacher zu realisieren und darüberhinaus auch die Leerweg-Überwindung sicherer
und ruckfreier zu erreichen.
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Dazu ist nun erfindungsgemäß der kontinuierlich arbeitendeKupplungswegaufnehmer
20 vorgesehen, der beispielsweise als Potentiometer oder als kontaktlos arbeitendes
Meßgerät ausgebildet sein kann.
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Zur Erfassung des Kupplungsleerweges wird dazu jeweils nach einer
vorgegebenen Zahl von Kupplungsbetätigungen oder auch nach einer bestimmten
Zahl
von Startvorgängen des Kraftfahrzeugmotors automatisch eine Messung des Kupplungsweges
zwischen dem voll ausgerückten Zustand der Kupplung und dem ersten Greifen der der
Kupplung zugeordneten Reibbeläge vorgenommen, wobei als Kriterium der Verlauf der
Motordrehzahl oder der Getriebedrehzahl herangezogen werden kann. Bedingung für
die Ermittlung des Kupplungsleerweges ist dabei jedoch, daß die Kupplung zuvor ausgerückt
sein muß, daß weiter die Drosselklappe geschlossen bzw. das Gaspedal freigegeben
ist und daß die Warmlaufphase des Motors nach Möglichkeit abgeschlossen ist. Selbstverständlich
muß das Fahrzeug stillstehen, was durch Überwachung der Getriebedrehzahl festgestellt
werden kann und es sollten auch nur relativ geringe Motordrehzahlschwankungen vorhanden
sein. Schließlich muß auch ein Getriebegang eingelegt sein, was durch Kontrolle
mittels eines beispielsweise bei Freilaufschaltungen ohnehin vorgesehenen Gangschalthebelkontaktes
überwacht werden kann.
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Bei Vorhandensein dieser Bedingungen kann dann die Kupplungsleerwegmessung
dadurch eingeleitet werden, daß automatisch das Steuergerät 6 das Schaltventil 13
zur allmählichen Belüftung des Stellmotors 5 und damit zum Einrücken der Kupplung
5 ansteuert. Gleichzeitig wird dabei mit dem Kupplungsweggeber 20 der Kupplungsweg
erfaßt, während der Drehzahlgeber 11 die Motordrehzahl meldet. Dieser langsame Einkuppelvorgang
wird dann automatisch abgestoppt, wenn die Motordrehzahl abfällt, was auf Greifen
der Kupplungsbeläge schließen läßt. Der auf diese Weise festgestellte Kupplungsleerweg
wird abgespeichert, durchläuft jedoch zuvor eine Plausibilitätsbetrachtung, in der
ermittelt wird, ob der gemessene Wert beispielsweise im Vergleich zu den zuvor gemessenen
Werten richtig seln n kann. Durch mehrmaliges geringfügiges Aus- bzw. Einrücken
der Kupplung nach dem ersten Drehzahlabfall der Motordrehzahl sowie durch nachfolgende
Mittelwertbildung läßt sich der bei dieser Messung auftretende Störgrößeneinfluß
verringern.
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Auch durch Erfassung der Getriebedrehzahl mit Hilfe des Drehzahlgebers
12 kann der Kupplungsleerweg ermittelt werden. Auch bei dieser Messung ist Voraussetzung,
daß das Fahrzeug steht, die Getriebedrehzahl also bei Beginn der Messung 0 ist.
Außerdem muß ein Gang eingelegt
sein, wobei zweckmäßigerweise,
um mögliche Störgrößen auszuschalten, nur ein bestimmter Getriebegang, beispielsweise
der erste Gang, eingeschaltet sein sollte. Weitere Bedingung für die Messung des
Kupplungsleerweges auf diese Weise ist, daß das Bremspedal nicht betätigt ist.
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Auch hier erfolgt die eigentliche Messung des Kupplungsleerweges in
der Weise, daß automatisch bei Erfüllung der vorgegebenen Meßbedingungen die Kupplung
5 langsam durch entsprechende Impulse des Steuergerätes 6 an das Schaltventil 13
zum Einrücken gebracht wird, wobei gleichzeitig der Kupplungsweg mit dem Wegaufnehmer
20 erfaßt wird. Der Kupplungsleerweg ist dabei dann erreicht, wenn die Getriebedrehzahl
den Anfangswert 0 verläßt und positive Werte annimmt.
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Der Unterschied zwischen der Kupplungsleerwegerfassung nach der Patentanmeldung
P 29 46 497.9 und der vorliegenden Erfindung besteht zum einen darin, daß der Kupplungsleerweg
hier nicht für jeden Einkuppelvorgang neu bestimmt werden muß, sondern nur gelegentlich
nach einer vorgegebenen Zahl von Kupplungsbetätigungen oder Neustarts des Fahrzeugs
neu ermittelt wird, in der Zwischenzeit jedoch mit dem in der vorausgegangenen Messung
ermittelten und abgespeicherten Wert gearbeitet wird. Die Abstände zwischen jeweils
zwei aufeinanderfolgenden Kupplungsleerwegmessungen können dabei so groß gewählt
werden, daß mit einer spürbaren Leerwegvergrößerung infolge des in der Zwischenzeit
aufgetretenen Kupplungsverschleißes gerechnet werden kann.
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Es ist jedoch auch möglich, nach jedem erneuten Einschalten der Versorgungsspannung
den Leerweg erneut zu ermitteln. Zum anderen zeichnet sich die Leerwegmessung gemäß
der Erfindung dadurch aus, daß für den Einrückvorgang der Kupplung bei der Leerwegermittlung
eine sehr geringe Stellgeschwindigkeit verwendet werden kann, was zum einen eine
sehr genaue Messung zur Folge hat und andererseits das Auftreten von Rucken praktisch
ausschließt. Außerdem ergibt sich eine größere Aussagesicherheit über Reproduzierbarkeitstests
und Plausibilitätsbetrachtungen, während bei der bekannten Leerwegmessung schon
wegen der Verbindung der Leerwegermittlung mit dem eigentlichen Kupplungseinrückvorgang
eine hohe Stellgeschindigkeit angestrebt wird, was notwendigerweise zur Gefahr des
Auftretens
von Rucken, das heißt unkomfortablen Kupplungsvorgängen,
führt.
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Aber nicht nur beim Erfassen des Kupplungsleerweges, sondern auch
bei dem eigentlichen Vorgang des Einkupplens, sei es nun zum Anfahren des Fahrzeugs
oder zum Einkuppeln während der Fahrt, kann der erfindungsgemäße Kupplungswegaufnehmer
20 sinnvoll und vorteilhaft eingesetzt werden. So kann beim Anfahren nunmehr durch
Erfassung des Istwertes des Kupplungsweges ein proportional mit der Motordrehzahl
ansteigender Wert eingeregelt werden. Dabei soll bei Nullgas, das heißt bei geschlossener
Drosselklappe oder freigegebenem Fahrpedal,die Kupplung voll ausgerückt sein, so
daß kein Schleifen der Kupplung auftritt, während zur Erreichung des maximalen Anfahrmomentes
am Berg bei einer vorgegebenen Drehzahl des Motors Von beispielsweise 3Q00 U/min
die Kupplung voll eingerückt sein soll. Jeder Motordrehzahl ist dann ein bestimmter
Kupplungsweg zugeordnet, der während des Kupplungseinrückens beim Anfahren eingeregelt
und so lange gehalten wird, bis Drehzahlgleichheit an der Kupplung, das heißt Gleichheit
zwischen Motordrehzahl und Getriebedrehzahl, vorlieg.. st dieser Zeitpunkt erreicht,
wird die Kupplung vollständig geschlossen. Jedoch kann auch vorgesehen sein. daß
zur Begrenzung der Verlustleistung das vorzugsweise allmähliche, vollständige Einrücken
der Kupplung auch nach einer vorgegebenen Zeitdauer durchgeführt wird, was dann
allerdings unter der Inkaufnahme der Möglichkeit geschieht, daß der Motor abgewürgt
wird.
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Dieser statischen Kennlinie des Kupplungsweges in Abhängigkeit von
der Motordrehzahl kann noch ein sogenanntes "D-Verhalten" überlagert werden, bei
dem die Kupplungswegänderung über der Zeit eine Funktion der Änderung der Motordrehzahl
über der Zeit ist (s = f (nlgOt)).
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Bei Kupplungseinrückvorgängen mit höheren Getriebedrehzahlen, das
heißt also beim Einkuppeln während der Fahrt des Fahrzeugs, beispielsweise bei Gangschaltmanövern
oder nach Freilaufschaltungen, empfiehlt es sich, abweichend von der zuvor angegebenen
proportionalen Abhängigkeit des Kupplungsweges von der Motordrehzahl, den Kupplungsweg
möglichst schnell auf einen Wert einzustellen, bei dem ein definiertes Drehmoment
übertragen wird und nach Erreichen der Drehzahlgleichheit an der Kupplung wieder
voll einzukuppeln. Der dabei einzuregelnde
feste Kupplungsweg kann
unterschiedlich groß sein je nach Lastzustand des Motors. Als Maß für den Lastzustand
kann dabei der Motordrehzahlgradient unter Berücksichtigung der Getriebedrehzahl
herangezogen werden. So ist es zweckmäBig,beim Aufwärtsschalten des Getriebes ebenso
wie auch bei Freilaufschaltungen mit viel Gas, was jeweils großen Drehzahlgradienten
entspricht, einen größeren Kupplungsweg vorzusehen, als bei Abwärts schaltungen
und bei Freilaufsohaltungen mit wenig Gas.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß infolge des Vorhandenseins
eines den Kupplungsweg erfassenden Meßwertgebers zum Ausgleich eventuell störender
Toleranzen der von dem Steuergerät 6 anzusteuernden Schaltventile eine sozusagen
selbstlernende" Korrektur der Reglerkonstanten vorgenommen werden kann. Dazu kann,
zweckmäßigerweise in festen, oder genügend kurzen Zeitabständen, der zu einer bestimmten
Pulsbreite gehörende Kupplungsweg, der sich infolge von Exemplarstreuungen sowie
Temperatur- und Lebensdauereinflüssen ändern kann, erfaßt und gespeichert werden.
Diese Pulsbreiten/Kupplungswegzuordnung wird dann bei den nachfolgenden Kupplungssteuervorgängen
berücksichtigt, so daß die Kupplungsbetätigung noch weicher, schneller und komfortvoller
erfolgen kann. Dabei wäre es gegebenenfalls auch möglich, diese Kupplungswegmessung
gleichzeitig mit der Leerwegmessung durchzuführen.
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