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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung eines Fahrzeugs und
insbesondere ein System und ein Verfahren zum Schützen der
Kupplung gegen übermäßigen Verschleiß und Beschädigung.
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Hintergrund zu der Erfindung
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Eine
Kupplung ist ein Mechanismus, der dazu vorgesehen ist, Leistung
von einem Arbeitsteil an ein anderes anzukoppeln oder von diesem
zu trennen. Was Fahrzeuge anbetrifft, wird die Kupplung dazu verwendet,
Leistung von dem Motor zu dem Antriebsstrang zu übertragen und den Motor und
das Getriebe voneinander zu trennen, wenn Gänge geschaltet werden.
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In
ihrer einfachsten Form kann die Kupplung betrachtet werden, als
ob sie zwei Platten aufweist, die wahlweise gegeneinander platziert
werden können.
Eine Platte (das Schwungrad) ist an einem Motor angeschlossen und
wird durch diesen gedreht. Eine Gegenplatte (Kupplungsscheibe) ist
an einem System von Zahnrädern
befestigt, das man mit der Leistung des Motors betreiben will. Um
die Leistung des Motors auf die Zahnräder zu übertragen, wird die Kupplungsscheibe
gegen das umlaufende Schwungrad bis zum Anschlag geschoben. Wenn
sie gegeneinander gedrückt
werden, drehen sich die beiden „Platten" nicht synchron zueinander. Stattdessen
läuft die
Antriebsplatte (das Schwungrad) mit einer schnelleren Geschwindigkeit
um als die Aufnahmeplatte (Kupplungsscheibe), während die Aufnahmeplatte an
der Antriebsplatte rutscht, wenn diese rotiert. Es ist gerade dieses
schnelle Umlaufen der beiden Platten mit schnellen Drehzahlen, was
zum Verschleiß und
zur Beschädigung
an der Kupplung führt.
Wenn jedoch die beiden Platten vollständig eingerückt oder miteinander verriegelt
werden, sind die Reibungskräfte
ausreichend stark, um die beiden Platten zu veranlassen, mit derselben
Drehzahl umzulaufen, so dass kein Verschleiß auftritt.
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Beim
Fahren eines Fahrzeugs gibt es verschiedene Betriebszustände, in
denen die Kupplung es nicht schafft, vollständig einzurücken oder auszurücken. Stattdessen „schlupft" die Kupplung übermäßig, was
einen vorzeitigen Verschleiß und
eine vorzeitige Beschädigung
der Kupplung zur Folge hat.
EP
0 493 840 A2 beschreibt ein Fahrzeugkupplungsschutzsystem
für eine
Reibungskupplung, die eine Recheneinrichtung aufweist, um periodisch
Daten hinsichtlich des momentanen Reibungsverhaltens der Kupplung
zu berechnen und diese in mehreren, ebenfalls periodisch aktualisierten
Zeitfensterspeichern aufzuaddieren. Den einzelnen Zeitfensterspeichern
sind jeweils verschiedene Grenzwerte zugeordnet, deren Größe unter
anderem eine Funktion der Lufttemperatur eines die Kupplung umgebenden
Kupplungsgehäuses
ist. In Abhängigkeit
von der Temperatur, wie sie mittels eines Temperatursensors gemessen
wird, und von den für
diese Temperatur vorgeschriebenen Grenzwerten leitet die Recheneinrichtung
gestufte Schutzmaßnahmen
ein. Wenn die Hitzebelastung der Kupplung steigt, wird lediglich
der Kupplungskomfort zunehmend reduziert.
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Gemäß der vorliegenden
Anmeldung ist ein Kupplungsschutzsystem entwickelt worden, das die
zuvor erläuterten
Betriebszustände
erfasst und beseitigt, wodurch die Größe des Verschleißes oder
der Beschädigung,
dem bzw. der die Kupplung unterliegt, reduziert wird.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugkupplungsschutzsystem,
das den Gegenstand des Anspruchs 1 bildet und das aufweist: Mittel
zur Überwachung
eines Betriebszustands einer Kupplung, Mittel zum Schätzen einer
durch die Kupplung verbrauchten Energiemenge und eine Steuereinheit,
die den Schätzwert der
verbrauchten Kupplungsenergiemenge mit wenigstens einem vorbestimmten
Energieschwellenwert vergleicht. Wenn der Schätzwert der verbrauchten Kupplungsenergiemenge
größer ist
als ein vorbestimmter Energieschwellenwert, werden durch das System
eine oder mehrere Maßnahmen
durchgeführt,
um die Menge der durch die Kupplung verbrauchten Energie zu reduzieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine vereinfachte Darstellung eines Kupplungsschutzsystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein vereinfachtes Flussdiagramm unter Darstellung der grundlegenden
Schritte, die durch das Kupplungsschutzsystem gemäß einer
Ausführungsform
ausgeführt
werden, während
sich die Kupplung in einem Bewegungsdrangzustand befindet.
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3 zeigt
ein vereinfachtes Flussdiagramm unter Darstellung der grundlegenden
Schritte, die durch das Kupplungsschutzsystem gemäß einer
Ausführungsform
ausgeführt
werden, während
sich die Kupplung in einem Verriegelungseinrückzustand befindet.
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4 zeigt
ein vereinfachtes Flussdiagramm unter Darstellung der grundlegenden
Schritte, die durch das Kupplungsschutzsystem gemäß einer
Ausführungsform
ausgeführt
werden, wenn die Kupplung einer ernsten Fehlhandhabung (einem Missbrauch)
durch einen Bediener unterliegt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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1 zeigt
das Fahrzeugkupplungsschutzsystem 10 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein automatisches Getriebe 32 ist
wahlweise mit einem Motor 30 mittels einer Kupplung 20 verbindbar.
Das Getriebe 32 kann von einer beliebigen Bauart eines
automatischen Getriebes, wie sie gewöhnlich in einem Fahrzeug vorzufinden
ist, beispielsweise das durch Eaton Corporation hergestellte Autoshift-System, sein.
Außerdem
kann das Getriebe 32 die Fähigkeit haben, in einen manuellen
Betriebsmodus versetzt zu werden, wodurch dem Führer eines Fahrzeugs ermöglicht wird
festzulegen, wann das Getriebe 32 tatsächlich zu einem anderen Gang
umschalten wird. Der Motor 30 kann von einer beliebigen
zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendeten Motorbauart sein. Gewöhnlich ist
dies ein Verbrennungsmotor, obwohl andere Arten von Motoren, wie
beispielsweise ein Elektromotor, ebenso einfach mit der vorliegenden
Erfindung genutzt werden können.
Die Kupplung 20 ist eine Nasskupplung, die gewöhnlich auf Öl nicht
nur als ein Schmiermittel, sondern auch als ein Kühlmittel
beruht. Eine Mikroprozessor basierte Steuereinheit 40 ist über Datenverbindungen
bzw. -links 50 mit dem Motor 30, dem Getriebe 32 und
der Kupplung 20 verbunden. Die Datenlinks 50 können unterschiedliche
Arten von Datenkommunikationsverfahren umfassen. Ein Beispiel für einen
Datenlink 50, der zu Veranschaulichungszwecken angegeben
wird, ist der J1939-Link, der zur Übertragung von Daten, wie beispielsweise
der momentanen Motordrehzahl und des momentanen Motordrehmomentes,
zwischen einem Motor und einem Getriebesys tem verwendet wird. Darüber hinaus
ist zwar lediglich eine einzelne Steuereinheit 40 in 1 veranschaulicht,
die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das
System derart gestaltet sein, dass es zwei Steuerungseinrichtungen
enthält,
beispielsweise eine in dem Innenraum eines Fahrzeugs, die eine Bedienereingabe
ermöglicht,
während
die zweite gemeinsam mit dem Getriebesystem zur Steuerung von Kupplungsfunktionen
angeordnet ist.
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In
einfachen Worten beurteilt das Kupplungsschutzsystem, ob eine Fahrzeugkupplung
infolge eines übermäßigen Schlupfs
der Kupplung einem möglichen
Schaden unterliegen kann, indem es einen Schätzwert einer durch die Kupplung
verbrauchten Energiemenge berechnet und diesen Schätzwert der
Energiemenge mit einem oder mehreren vorbestimmten Schwellenwerten
vergleicht. Wenn eine dieser Schwellen durch die geschätzte Menge
der durch die Kupplung verbrauchten Energie überschritten ist, löst das System
eine oder mehrere Maßnahmen
aus, die dazu vorgesehen sind, die Kupplung in einen sicheren Betriebszustand
zurück zu
versetzen.
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Die
detaillierte Betriebsweise des Kupplungsschutzsystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist nachstehend erläutert. Auf der Basis verschiedener
Betriebsparameter ist die Steuereinheit 40 in der Lage,
einen Schätzwert
der durch die Kupplung 20 verbrauchten Energiemenge zu
berechnen. Zu Veranschaulichungszwecken sollen die folgenden Gleichungen
betrachtet werden, die ein Beispiel aufzeigen, wie ein Schätzwert der
durch die Kupplung 20 verbrauchten Energiemenge für jede Zeitspanne
delta T, wie beispielsweise alle 10 Millisekunden, zu berechnen
ist. Kupplungsleistung = abs(Motordrehzahl – Eingangswellendrehzahl)·Nettomotordrehmoment/(7426)9950 Kupplungsenergie = Kupplungsenergie + (delta
T·Kupplungsleistung – Kühlrate)Wobei:
- Drehzahleinheit ist U/Min
- Drehmomenteinheit ist (Fußpfund)
Nm
- Kupplungsleistungseinheit ist (BTU/s) KW
- Kupplungsenergieeinheit ist (BTU) KJ
- Kühlrate
= Geschwindigkeit, mit der die Kupplung Energie auf ihre Umgebung überträgt.
- 9950(7426) = auf den obigen Einheiten basierende Konstante.
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Am
Anfang ist Kupplungsleistung = 0, und die Kupplungsenergie wird
auf einen vorbestimmten Standardwert festgelegt. Anschließend berechnet
die Steuereinheit 40 in wiederholter Weise eine geschätzte Kupplungsenergie,
beispielsweise alle 10 Millisekunden, und aktualisiert die vorherigen
Werte auf der Basis der neuesten Berechnungen.
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Das
System fährt
fort, den Schätzwert
der durch die Kupplung verbrauchten Energiemenge zu berechnen und
zu ändern,
solange die Kupplung sich in einem Zustand befindet, der einen übermäßigen Schlupf
ermöglicht,
wodurch ein vorzeitiger Verschleiß und eine mögliche Beschädigung an
der Kupplung herbeigeführt wird.
Dieser übermäßige Schlupf
der Kupplung ist sowohl für
einen i) Bewegungsdrangzustand als auch für einen ii) Verriegelungseinrückzustand
kennzeichnend. Abgesehen von Übergangszuständen sollte
sich die Kupplung zu allen sonstigen Zeiten entweder in einem vollständig eingerückten oder
einem vollständig
ausgerückten
Zustand befinden und dadurch eine mögliche Beschädigung infolge
eines übermäßigen Schlupfs
verhindern.
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Um
einen Bewegungsdrangzustand zu veranschaulichen, soll das folgende
Beispiel betrachtet werden. Ein Fahrer bzw. eine Fahrerin hält sein
oder ihr Fahrzeug an, betätigt
die Parkbremse und steigt anschließend aus, während er bzw. sie den Motor
laufen lässt.
Jedoch vergisst der Fahrer, das Getriebe in den Leerlauf zu versetzen,
wodurch die Kupplung von dem Motor getrennt wird. An sich treibt
der laufende Motor 30 das Fahrzeug beständig zu einer Vorwärtsbewegung
an, indem er seine Energie durch die Kupplung 20 und die Zahnräder des
Getriebesystems 32 überträgt, um letztlich
die Reifen zu veranlassen, sich zu drehen. Da jedoch die Parkbremse
eingelegt ist, werden die Reifen an einem Rollen gehindert. Dies
hindert die Zahnräder des
Getriebesystems 32 daran umzulaufen. Infolgedessen ist
die Kupplung 20 in einen andauernden Schlupfzustand versetzt,
der zu übermäßigem Verschleiß und einer
Beschädigung
führt.
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In ähnlicher
Weise unterliegt die Kupplung 20 einem übermäßigen Schlupf, wenn sie in
einen typischen Verriegelungseinrückzustand versetzt wird. Beispielsweise
soll ein Führer
eines Lastkraftfahrzeugs betrachtet werden, das eine schwere Last
mit sich führt
und auf einer steilen Steigung angehalten wird. Jedoch anstatt die
Bremsen zu nutzen, hindert der Fahrer den Lastwagen daran, bergab
zurückzurollen,
indem er die Kupplung 20 einrückt und den Motor 30 gerade
ausreichend drosselt, um den Lastwagen an einer Bewegung zu hindern.
Dies versetzt die Kupplung in einen andauernden Schlupfzustand,
da diese fortdauernd versucht, einzurücken und mit dem Motor 30 verriegelt
zu werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Fahrzeugkupplung 20 davor geschützt, zu
lange in einem Bewegungsdrangzustand zu verbleiben, wodurch es minimiert
wird, dass die Kupplung 20 einem möglicherweise schädigenden
Betriebszustand ausgesetzt wird, indem der Schätzwert der durch die Kupplung 20 verbrauchten
Energiemenge mit einem Kupplungsmissbrauchsschwellenwert verglichen
wird. Siehe 2, die ein einfaches Flussdiagramm
mit Schritten zeigt, die das Kupplungsschutzsystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
vornimmt. Zuerst bestimmt die Steuereinheit 40, ob sich
die Kupplung 20 in einem Bewegungsdrangzustand befindet, 200.
Das System bestimmt anschließend,
ob der Schätzwert
der durch die Kupplung 20 verbrauchten Energiemenge oberhalb
eines vorbestimmten Missbrauchsschwellenwertes liegt 210, der
anzeigt, das die Möglichkeit
einer Beschädigung
an der Kupplung 20 vorliegt. Wenn die geschätzte Energiemenge
nicht oberhalb des Schwellenwertes liegt, beendet das System seine
momentane Untersuchungsreihe und kehrt zu dem Beginn der Routine
zurück.
Wenn jedoch die geschätzte
Menge der Kupplungsenergie den Kupplungsmissbrauchsschwellenwert überschreitet, 210,
beginnt das Schutzsystem 10, die Menge des „Bewegungsdrang"-Drehmomentes zu
reduzieren, 230, das durch den Motor erzeugt und der Kupplung 20 zugeführt wird.
Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
wird diese Drehmomentverringerung mit einer konstanten Rate, wie
beispielsweise 15 Fußpfund/s,
ausgeführt,
obwohl andere konstante Raten oder sogar veränderliche Raten ebenfalls ohne
weiteres verwendet werden könnten.
Diese Drehmomentverringerung wird fortgesetzt, bis der Schätzwert der
durch die Kupplung 20 verbrauchten Kupplungsenergie nicht
mehr den Kupplungsmissbrauchsschwellenwert übersteigt, 210.
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Außerdem kann,
wenn die geschätzte
Kupplungsenergiemenge am Anfang den vorbestimmten Kupplungsmissbrauchsschwellenwert in
Schritt 210 übersteigt,
ein optionaler Kupplungsmissbrauchszähler (in 1 nicht
veranschaulicht) um 1 inkrementiert werden, um eine Übersicht über die
Anzahl von Vorkommnissen, in denen diese Situation auftritt, zu
behalten. In Schritt 220 kann ferner ein (in 1 ebenfalls
nicht veranschaulichter) Missbrauchszeitmesser aktiviert werden,
der dem Kupplungsschutzsystem 10 ermöglicht, eine Übersicht über die
Zeitmenge zu behalten, in der die Kupplung 20 in dem möglicherweise
schädlichen
Bewegungsdrangzustand verbleibt.
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3 zeigt
ein einfaches Flussdiagramm unter Veranschaulichung der Schritte,
die durch das Kupplungsschutzsystem 10 ausgeführt werden,
wenn dieses mit einem Fahrzeug zu tun hat, dessen Kupplung sich in
einem Verriegelungseinrückzustand
befindet. Anders als bei der Analyse, die während des Bewegungsdrangzustands
durchgeführt
wird, werden in dem Prozess der Bestimmung, welcher Maßnahmen,
wenn überhaupt,
getroffen werden müssen,
um die Kupplung 20 gegen Beschädigung zu schützen, sowohl
ein Kupplungsmissbrauchsschwellenwert als auch ein Kupplungsbeschädigungsschwellenwert
verwendet. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
weist der Kupplungsmissbrauchsschwellenwert einen kleineren Wert
als der Kupplungsbeschädigungsschwellenwert
auf, wobei beide auf der Basis der in dem Fahrzeug eingebauten speziellen
Kupplungsart im Voraus festgelegt werden.
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Die
Steuereinheit 40 bestimmt in Schritt 300 zunächst, ob
sich die Kupplung 20 in einem Verriegelungseinrückzustand
befindet. Zusätzlich
muss ermittelt werden, ob das Beschleunigungspedal des Fahrzeugs wenigstens
teilweise niedergedrückt
ist (Schritt 302), was anzeigt, dass der Fahrer des Fahrzeugs
momentan versucht, mehr Leistung von dem Motor 30 über dasjenige
hinaus zu erhalten, das in einem Leerlaufgrundzustand erzeugt wird.
Wenn diese beiden Anforderungen erfüllt sind, muss anschließend ermittelt
werden, ob der Schätzwert
der durch die Kupplung 20 verbrauchten Energiemenge eine
vorbestimmte Kupplungsmissbrauchsschwelle überschreitet (Schritt 304).
Wenn einer der obigen Schritte eine negative Antwort ergibt, wird der
momentane Untersuchungsprozess beendet und ermöglicht, nochmals anzufangen.
Wenn festgestellt wird, dass der Schätzwert der durch die Kupplung 20 verbrauchten
Energiemenge größer ist
als der Kupplungsmissbrauchsschwellenwert (Schritt 304),
muss ermittelt werden, ob der Kupplungsbeschädigungsschwellenwert ebenfalls überschritten
ist (Schritt 306).
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Unter
der Annahme, dass die geschätzte
Kupplungsenergiemenge den Kupplungsmissbrauchsschwellenwert überschreitet,
jedoch nicht größer ist
als der Kupplungsbeschädigungsschwellenwert,
fährt der Untersuchungsprozess
mit Schritt 308 fort. Darin wird ein Missbrauchszähler inkrementiert,
wodurch dem System ermöglicht
wird, eine Übersicht über die
Anzahl der Vorkommnisse zu behalten, in denen die Kupplung 20 in
einen möglicherweise
schädigenden
Zustand versetzt worden ist. Das System zeichnet ferner mittels
eines (in 1 nicht veranschaulichten) Zeitmessers
einen relativen Missbrauchszeitstempel für das momentane Ereignis auf
und kumuliert ferner die Größe der Zeitdauer,
die die Kupplung beim Überschreiten
des Kupplungsmissbrauchsschwellenwertes jedoch unterhalb des Kupplungsbeschädigungsschwellenwertes
verbringt. In Schritt 310 wird ferner ein Warnsignal ausgegeben.
Das Warnsignal gilt dem Führer
des Fahrzeugs und ist dazu bestimmt, den Fahrzeugführer bzw.
die Fahrzeugführerin
auf die Tatsache hinzuweisen, dass er oder sie die Kupplung 20 missbraucht.
Das Warnsignal kann entweder optisch, akustisch wahrnehmbar oder
beides sein. Ein Beispiel für
ein Warnsignal, das zu Veranschaulichungszwecken angegeben ist,
stellt die akustische Ausgabe eines eine Sekunde lang andauernden
Alarms gefolgt von einer Sekunde Ruhe. Außerdem kann eine Anzeige auf
dem Armaturenbrett beispielsweise einen Buchstaben „C" und anschließend den
Buchstaben „A" aufleuchten lassen,
um anzuzeigen, dass momentan ein Kupplungsmissbrauchszustand vorliegt.
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Das
System 10 fährt
fort, das Warnsignal auszugeben, bis eine von drei möglichen
Bedingungen eintritt (Schritt 312). Erstens klingt das
Warnsignal ab, wenn der geschätzte
Kupplungsenergiewert unter einen Schwellenwert zum Signalabschalten
beim Kupplungsmissbrauch fällt.
Dieser Schwellenwert kann auf unterschiedliche Weise definiert werden.
Beispielsweise kann der Signalabschaltschwellenwert einfach gleich
dem Kupplungsmissbrauchsschwellenwert festgesetzt werden. Jedoch
kann dies zu wiederholten Warnsignalen führen, wenn die mittlere Größe der durch
die Kupplung 20 verbrauchten Energie nahe an dem Energiewert liegt,
der den Kupplungsmissbrauchsschwellenwert repräsentiert. Erwartete Schwankungen
des Kupplungsenergiepegels können
eine häufige
und wiederholte Auslösung
und Abschaltung des Warnsignals zur Folge haben, wenn der Kupplungsenergiepegel
in wiederholter Weise den Schwellenwert um eine kleine Größe überschreitet,
während
der Energiepegel in üblicher
Weise schwankt. Um diese Bedingung zu verbessern, kann der Signalabschaltschwellenwert
bei einem kleineren Wert als dem des Kupplungsmissbrauchsschwellenwertes
festgesetzt werden. Demgemäß wird das
Warnsignal ausgegeben, wenn der Kupplungsenergiewert den Missbrauchsschwellenwert überschreitet,
und es wird nicht abklingen, bis der Kupplungsenergiewert unter
den Missbrauchsschwellenwert um eine vorbestimmte Größe fällt. Wenn
das Warnsignal abgeklungen ist, wird es nicht erneut ertönen, bis
der Kupplungsenergiewert derart hinreichend ansteigt, dass dieser
wiederum den Kupplungsmissbrauchsschwellenwert überschreitet.
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Die
zweite Bedingung, die das Warnsignal abschaltet, ist eine Veränderung
des Zustands der Kupplung 20. Dies beispiels weise, wenn
der Fahrzeugführer
die Drehzahl des Motors erhöht,
wodurch die Menge des der Kupplung zugeführten Drehmomentes erhöht wird,
oder alternativ wenn das Getriebesystem 32 eine Gangumschaltung
auslöst.
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Die
dritte Bedingung, die das Kupplungsmissbrauchswarnsignal beendet,
liegt vor, wenn das System mittels der Steuereinheit 40 erfasst,
dass der Fahrzeugführer
einen bewussten Versuch unternommen hat, um den Missbrauch der Kupplung 20 zu
beenden. Es können
verschiedene Kriterien verwendet werden, um diese Bedingung zu definieren,
wie beispielsweise wenn die Steuereinheit 40 eine fortlaufende
Verringerung der geschätzten
Kupplungsenergie für
eine minimale Zeitdauer, wie beispielsweise, zu Veranschaulichungszwecken, hundert
Millisekunden, erfasst.
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Wenn
irgendeine der obigen drei Bedingungen, wie durch den Schritt 312 dargestellt,
erfüllt
ist, wird das Warnsignal in Schritt 314 abgeschaltet. Jedoch
setzt sich das Kupplungsschutzsystem 10 nicht selbständig zurück. Stattdessen
wird die geschätzte
Menge der durch die Kupplung 20 verbrauchten Energie wieder einmal
berechnet und in Schritt 316 mit dem Kupplungsmissbrauchsschwellenwert
verglichen. Wenn der geschätzte
Kupplungsenergiewert den Missbrauchsschwellenwert überschreitet
und weiter für
eine vorbestimmte Zeitdauer fortlaufend steigt, kehrt der Prozess
zum Schritt 310 zurück,
und das Warnsignal wird erneut ausgegeben. Alternativ wird der Untersuchungsprozess
beendet und das System setzt sich zurück, wenn der geschätzte Kupplungsenergiewert
unter einen Kupplungsmissbrauchsrücksetzschwellenwert, beispielsweise eine
vorbestimmte Größe unter
dem Kupplungsmissbrauchsschwellenwert, abfällt (Schritt 318).
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Wenn
festgestellt wird, dass sich die Kupplung 20 in einem Verriegelungseinrückzustand
befindet (Schritt 300), dass das Beschleunigungspedal wenigstens
teilweise niedergedrückt
ist (Schritt 302) und dass der geschätzte Kupplungsenergiewert nicht
nur den Kupplungsmissbrauchsschwellenwert überschreitet (Schritt 304),
sondern auch größer ist
als der höhere
Kupplungsbeschädigungsschwellenwert
(Schritt 306), fährt
das System mit Schritt 330 fort. Ähnlich wie der Schritt 308 umfasst
der Schritt 330 die Inkrementierung eines Kupplungsbeschädigungszählers und
die Erzeugung eines relativen Beschädigungszeitstempels, der dem
System ermöglicht
festzustellen, wie lange die Kupplung 20 der Beschädigung ausgesetzt
ist.
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In
Schritt 332 muss die Steuereinheit 40 feststellen,
ob das Getriebesystem 32 vollkommen automatisch gesteuert
ist oder ob es in einen manuellen Betriebsmodus versetzt worden
ist, der dem Fahrzeugführer ermöglicht zu
steuern, wann das Getriebesystem 32 zwischen Gängen umschaltet.
Wenn dieses sich nicht in einem manuellen Schaltmodus befindet,
kann festgestellt werden, dass sich die Kupplung 20 in
einem typischen Verriegelungseinrückzustand befindet, wenn beispielsweise
ein Fahrzeugführer
bzw. eine Fahrzeugführerin
seinen oder ihren Lastwagen auf einer Steigung angehalten hat und
anstelle der Bremsen die Kupplung benutzt, um den Lastwagen von
einem Rückwärtsrollen
abzuhalten. In diesem Fall versucht die Steuereinheit 40,
die Kupplung 20 zu veranlassen, den Motor 30 vollständig anzukuppeln,
wodurch ein größerer Schaden verhindert
wird, der durch ein übermäßiges Schlupfen
der Kupplung 20 verursacht wird. Dies wird durch Erhöhung der
Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der die Kupplung 20 den
Motor 30 ankuppelt, bewerkstelligt. Da die Rate der Kupplungseinrückung steigt,
sinkt die Wahrscheinlichkeit für
eine Kupplungsbeschädigung
infolge des Schlupfs. Das Endergebnis ist das vollständige Einrücken der
Kupplung 20, was dazu führt,
dass der Lastwagen oder das Fahrzeug beginnt zu beschleunigen.
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Gemäß der Erfindung
ist die erhöhte
Rate der Kupplungseinrückung
keine Konstante, sondern vielmehr eine Variable, die davon abhängig ist,
wie viel Energie durch die Kupplung 20 verbraucht wird.
Je größer die
Energiemenge in der Kupplung 20 ist, desto weiter wird
der Kupplungsbeschädigungsschwellenwert überschritten,
was eine erhöhte
Rate der Beschädigung
an der Kupplung 20 ergibt. Demgemäß würde es als bevorzugt erscheinen,
die Kupplung 20 so schnell wie möglich den Motor 30 ankuppeln
zu lassen, wodurch die Zeitdauer minimiert wird, in der die Kupplung 20 übermäßig schlupft
und einer Beschädigung
ausgesetzt ist. Demgegenüber
würde man
jedoch auch bevorzugen, die Kupplung 20 langsam den Motor 30 ankuppeln
zu lassen, wodurch mehr Zeit für
den Fahrzeugführer
des Fahrzeugs oder Lastwagens zur Verfügung gestellt wird, damit dieser
auf die Tatsache reagieren kann, dass sein Fahrzeug zu beschleunigen
beginnt.
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Um
beiden obigen Anforderungen bestmöglich zu genügen, wird
eine Reihe von Kupplungsenergiebereichen oberhalb des Kupplungsbeschädigungsschwellenwertes
festgelegt, wobei jeder Energiebereich einer höheren Rate der Kupplungseinrückung entspricht.
Je weiter ein bestimmter Energiebereich den vorbestimmten Kupplungsbeschädigungsschwellenwert überschreitet,
desto höher
ist die Kupplungseinrückrate,
die diesem Energiebereich zugeordnet ist. Demgemäß steigt die Rate der Kupplungseinrückung nur
mäßig, wenn ein
Kupplungsenergiewert nur geringfügig
den Kupplungsbeschädigungsschwellenwert überschreitet.
Im Gegensatz hierzu wird, wenn der Kupplungsenergiewert den Kupplungsbeschädigungsschwellenwert
deutlich überschreitet,
die Rate der Kupplungseinrückung
ebenfalls stark erhöht.
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Es
werden beispielsweise die folgenden Kupplungsenergiebereiche und
zugehörige
Kupplungseinrückraten
betrachtet, die zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind:
| Kupplungsenergie
(BUT) KJ | Rate
((Fußpfund)
Nm von Kupplungsdrehmoment/s) |
| Kupplungsbeschädigungsschwellenwert | (20)
27,1 |
| >= Kupplungsenergiebereich
1 UND
< Kupplungsenergiebereich
2 | (30)
40,7 |
| >= Kupplungsenergiebereich
2 UND
< Kupplungsenergiebereich
3 | (45)
61,01 |
| >= Kupplungsenergiebereich
3 UND
< Kupplungsenergiebereich
4 | (75)
101,7 |
| >= Kupplungsenergiebereich
4 | (100)
155,6 |
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Darin
sind: Kupplungsenergiebereich 1 = Kupplungsmissbrauchsschwellenwert
+ ((Kupplungsenergie Maximum – Kupplungsmissbrauchsschwellenwert)/5) Kupplungsenergiebereich 2 = Kupplungsenergiebereich
1 + ((Kupplungsenergie-Maximum – Kupplungsmissbrauchsschwellenwert)/5) Kupplungsenergiebereich 3 = Kupplungsenergiebereich
2 + ((Kupplungsenergie-Maximum – Kupplungsmissbrauchsschwellenwert)/5) Kupplungsenergiebereich 4 = Kupplungsenergiebereich
3 + ((Kupplungsenergie-Maximum – Kupplungsmissbrauchsschwellenwert)/5) Kupplungsenergie-Maximum
= vorbestimmte maximal zulässige
Energie.
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Während das
System die Kupplungseinrückrate
steigert, um jeden weiteren Schaden an der Kupplung 20 aufgrund
des Schlupfs zu verhindern, löst
die Steuereinheit auch ein Warnsignal für den Fahrzeugführer aus
(Schritt 336), um diesen auf die Tatsache hinzuweisen,
dass die Kupplung dabei ist, den Motor 30 vollständig anzukuppeln. Ähnlich wie
zuvor kann das Warnsignal irgendeine Art eines akustischen Warnsignals,
eines visuellen Warnsignals oder eine Kombination von diesen sein,
solange es den Fahrzeugführer
warnend auf die Kupplungseinrückung
hinweist und diesem die Zeit gibt, geeignet zu reagieren.
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Das
Warnsignal ertönt
weiter und/oder wird weiter angezeigt, bis der Schätzwert der
durch die Kupplung 20 verbrauchten Energie unter einen
Beschädigungssignalabschaltschwellenwert
fällt.
Der Beschädigungssignalabschaltschwellenwert
wird in einer ähnlichen
Weise wie derjenigen für
den Missbrauchssignalabschaltschwellenwert nach Schritt 312 festgelegt.
Wenn der Kupplungsenergiewert unter diesen Beschädigungssignalabschaltschwellenwert
fällt,
endet das Warnsignal, wie dies in Schritt 362 angezeigt
ist.
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Ähnlich wie
der Missbrauchsrücksetzschwellenwert
nach Schritt 318 wird in Schritt 364 ein Beschädigungsrücksetzschwellenwert
verwendet, der den momentanen Prozess aktiv belässt, bis der geschätzte Kupplungsenergiewert
ausreichend deutlich abgefallen ist, damit der Prozess endet (Schritt 318)
und das System zurückgesetzt
wird.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann das Fahrzeug, das das Kupplungsschutzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet, ein Getriebesystem aufweisen, das einem Fahrzeugführer ermöglicht,
dieses in einen manuellen Betriebsmodus zu versetzen. Anstatt dass
das Getriebesystem 32 ohne eine Eingabe von dem Fahrzeugführer automatisch
Gänge umschaltet,
steuert der Fahrzeugführer
nun, wann eine Gangumschaltung erfolgen soll. Jedoch ist ein Nachteil
dieses auf manueller Umschaltung basierten Systems, dass es eine
weitere besondere Situation zulässt,
in der die Kupplung 20 in einen schädigenden Betriebszustand versetzt
werden kann.
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In
einem manuellen Schaltmodus kann das Fahrzeug in einer derartigen
Weise betrieben werden, dass die Kupplung 20 in einen Verriegelungseingriffszustand
einer anderen Art versetzt wird. Anstatt dass ein Fahrzeugführer in
dieser Situation versucht, ein Fahrzeug auf einer Steigung mittels
der Kupplung 20 stationär zu
halten, bewegt sich das Fahrzeug jedoch. Es soll das folgende Beispiel
betrachtet werden, das zu Veranschaulichungszwecken angegeben ist.
Ein Fahrzeugführer
bzw. eine Fahrzeugführerin
fährt sein
oder ihr Fahrzeug momentan in einem hohen Gang und nähert sich
einer roten Ampel. Der Fahrzeugführer
beginnt, das Fahrzeug zu verlangsamen, ohne die Kupplung 20 auszurücken oder
das Getriebesystem 32 herunter zu schalten. Aufgrund der
geringen Drehzahl beginnt die Kupplung 20 zu entriegeln
und auszurücken.
Zu diesem Zeitpunkt schaltet die Ampel auf grün, und der Fahrzeugführer beginnt,
sein Fahrzeug zu beschleunigen, ohne noch in einen niedrigeren Gang
umzuschalten. Dies veranlasst die Kupplung, stark zu schlupfen.
Anders als bei der vorherigen Situation des Einrückens zum Verriegelungszustand
ist ein Einrücken
der Kupplung, während
das Getriebesystem 32 in einem höheren Gang bleibt, unerwünscht, weil
es ein Abwürgen
des Motors 30 herbeiführen
kann. Das Kupplungsschutzsystem gemäß der momentanen Ausführungsform
löst das
vorstehende Problem, indem es den manuellen Schaltmodus vorübergehend
außer
Kraft setzt und das Getriebesystem 32 veranlasst, automatisch
in einen niedrigeren Gang umzuschalten.
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Wenn,
wie in 4 dargestellt, ein manueller Schaltmodus eines
Getriebesystems 32 ausgewählt ist (Schritt 432),
bestimmt die Steuereinheit 40, ob der momentane Gang, der
in dem Fahrzeug eingelegt ist, der Gang ist, der verwendet wird,
um das Fahrzeug zu starten (Schritt 442). Diese Überprüfung ist
erforderlich, um sicherzustellen, dass ein niedrigerer Gang verfügbar ist,
in den herunter geschaltet werden kann. Unter der Annahme, dass
in dem Fahrzeug keines der niedrigeren Anfahrgänge eingelegt ist, veranlasst
die Steuereinheit 40 das Getriebesystem 32 herunterzuschalten
(Schritt 444). Zur gleichen Zeit wird ein Warnsignal, ähnlich demjenigen
nach Schritt 336, ausgelöst (Schritt 446).
Die Schritte 360–380 werden
anschließend
auf die gleiche Weise wiederholt, wie sie in der Verriegelungseinrücksituation
mit einem nicht in einem manuellen Betriebsmodus platzierten Getriebesystem 32 ausgeführt worden
sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung versucht das Kupplungsschutzsystem 10,
eine Beschädigung
an der Kupplung 20 zu verhindern, die durch einen Fahrzeugführer verursacht wird,
der die Kupplung 20 stark missbraucht. Wie in dem Flussdiagramm
nach 5 dargestellt, benötigt dieser Betriebsmodus drei
Bedingungen. Zuerst muss das Kupplungsschutzsystem 10 mittels
der Steuereinheit 40 erfassen, ob das Fahr- bzw. Beschleunigungspedal
wenigstens teilweise niedergedrückt
ist (Schritt 500), was anzeigt, dass der Fahrzeugführer eine
erhöhte
Leistung von dem Motor 30 verlangt. Zusätzlich muss es ferner feststellen,
dass ein Bremssystem des Fahrzeugs, wie beispielsweise die Fußbremse
oder die Parkbremse, momentan betätigt ist (Schritt 502),
was anzeigt, dass der Fahrzeugführer
zur gleichen Zeit das Fahrzeug beschleunigt und abbremst. Wenn diese
beiden Bedingungen erfüllt
sind, beurteilt das System, ob der Schätzwert der durch die Kupplung 20 verbrauchten
Energiemenge den Kupplungsbeschädigungsschwellenwert überschreitet
(Schritt 504). Das System führt dann die Funktion aus,
die Kupplungseinrückrate
zu steigern, genau so, wie es in dem Schritt 334 nach 3 getan
hat. Jedoch wird in diesem Szenarium die Kupplungseinrückrate,
wie in der vorstehenden Tabelle gezeigt, um eine vorbestimmte Größe, beispielsweise
40,7 Nm/s (30 Fußpfund/s)
erhöht.
Wenn der Kupplungsenergiewert zwischen dem Kupplungsenergiebereich
2 und dem Kupplungsenergiebereich 3 der vorstehenden Tabelle liegen
würde,
würde somit
eine Rate von 101,7 Nm (75 Fußpfund)
des Kupplungsdrehmomentes/s angewandt. Alle weiteren Schritte, die
in 5 dargestellt sind, sind die gleichen wie diejenigen,
die auf den Schritt 334 nach 3 folgen,
und diese sind hier nicht in weiteren Einzelheiten erläutert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung der Anmelderin ist das Kupplungsschutzsystem 10 dazu
eingerichtet, in dem Fall eines Datenlinkausfalls begrenzte Funktionen
zu erzielen. Wenn beispielsweise der Datenlink J1939 zwischen der
Steuereinheit 40 und dem Motor 30 ausfallen würde, würde das
System weiter die Menge der durch die Kupplung 20 verbrauchten
Energie abschätzen,
Warnsignale auslösen,
wenn dies angebracht ist, und Missbrauchs/Beschädigungs-Informationen, die
durch die geeigneten Zähler
und Zeitmesser geliefert werden, aufzeichnen. Da jedoch das Kupplungsschutzsystem 10 nicht
mehr Steuerdaten zu dem Motor 30 liefern kann, sind Maßnahmen,
wie beispielsweise eine Verringerung der der Kupplung 20 zugeführten Drehmomentmenge,
nicht mehr möglich.
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Während die
Erfindung insbesondere in Verbindung mit bestimmten speziellen Ausführungsformen von
dieser beschrieben ist, versteht es sich, dass diese zu Veranschaulichungszwecken und
nicht zur Beschränkung
der Erfindung angegeben sind, so dass der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche so weit
ausgelegt werden sollte, wie der Stand der Technik es zulässt.