DE2946497A1

DE2946497A1 - Einrichtung zur automatischen kupplungsbetaetigung

Info

Publication number: DE2946497A1
Application number: DE19792946497
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Bigalke; Paulus Dipl.-Ing. Heidemeyer; Hartmut Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Werner; Frank Dipl.-Ing. Zimmermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-11-17
Filing date: 1979-11-17
Publication date: 1981-06-11
Also published as: US4401200A; DE2946497C2; JPS56106935U

Description

VOLKSWAGENWERK AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 2817
17O2pt-we-jä

Einrichtlang zur automatischen Kupplungsbetätigung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automatischen Betätigung der Kupplung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Einrichtung dieser Art, mit -deren Hilfe auch das Anfahren eines Kraftfahrzeugs durch automatische Betätigung der Kupplung durchgeführt werden kann, ist zum Beispiel in der Patentanmeldung P 29 27 175.8 vorgeschlagen worden. Dabei 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 die Steuerventile durch in zeitlichem Abstand hintereinanderfolgende Impulse gesteuert, wobei als Stellgröße die Impulsdauer oder die Impulsfrequenz verwendet wird.

Nun zeigt sich jedoch, daß mit Reibbelägen arbeitende Kraftfahrzeugkupplungen, wie sie allgemein üblich sind, einen relativ großen

1 30024/0080

Vor...zenaer Vorstanc: ·;- S;-- „■;· er, \ rr: ::e-c£· · <;i-tif i: E' i~ ■ Prof. Dr. lecrr. Errs! F:äle ■ Pr. |ur. Peter Frerk

öes Autsichlsrats : s-~'.e^r -ii-i.v σ r:-s^-. '.'_r.;ner Dr re' c. v,9-ⁿe^r " Scr~i:r Gctiheb W. S;rc^ ■ Prc'. Dr. ref. pol. Frjecricn Tncmie

-."-■; ; --f.^r S :: de· Gesellschaft Wollsfcurc Amtsgetich! Wollsburg HRB 215

Leerweg bis zum ersten Zufassen der Reibelemente aufweisen. Bei einem optimalen Einkuppelvorgang sollte dieser Leerweg aber möglichst schnell überwunden werden, um anschließend eine definierte Verzögerung zur Erreichung eines möglichst weichen Kupplungseingriffes zu gewährleisten,

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe der Kupplungseingriff beim Anfahren so gesteuert wird, daß er möglichst schnell und komfortvoll erfolgt.

Me Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Dadurch, daß beim Beginn des EinkuppelVorgangs anstelle mehrerer,in zeitlichen Abständen aufeinanderfolgender Impulse ein erster langer Anlegeimpuls verwendet wird, der so lange anhält, bis im wesentlichen der Leerweg der Kupplung bis zum ersten Zufassen der Reibelemente tiberwunden ist, wird in diesem Teil des Kupplungseinrückvorgangs eine wesentliche Beschleunigung erreicht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einer Einrichtung, bei der der Stellmotor durch über einen Unterdruckspeicher vom Saugrohr des Antriebsmotors entnommenen Unterdruck betätigbar ist, der Anlegeimpuls so lange gewählt sein, daß er unter Zugrundelegung des geringstmöglichen, in dem Unterdruckspeicher vorhandenen Unterdrucks zur Überwindung des Leerweges der Kupplung gerade nicht mehr ausreicht. Hierbei wird also der im Unterdruckspeicher vorhandene geringstmögliche Unterdruck zum Maßstab für den ersten Anlegeimpuls genommen. Lieser Anlegeimpuls soll dabei nur so groß sein, daß bei Vorhandensein dieses geringstmöglichen Unterdrucks im Unterdruckspeicher der Leerweg der Kupplung gerade nicht mehr überwunden wird. Bei einer derartigen Ausführung wird also dann, wenn im Unterdruckspeicher, wie dies im allgemeinen sein wird, ein besserer als der schlechteste Unterdruck vorhanden ist, der Anlegeimpuls kleiner als erforderlich sein, so daß anschließend noch einige im zeitlichen Abstand aufeinander folgende Impuls bis zum Zufasssen der Kupplung aufgebracht werden müssen. 13002A/0080

Bei einer anderen Ausführung kann zwischen dem Unterdruckspeicher und dem Stellmotor bzw. dem letzteren vorgeschalteten Steuerventil ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, das dafür sorgt, daß der Stellmotor immer nur mit einem Unterdruck von einem konstanten, vorbestimmten Niveau beaufschlagt wird. Der Anlegeimpuls ist dann diesem Uhterdruckniveau entsprechend bemessen und so groß_f daß er knapp bis zum ersten Zufassen der Reibbeläge der Kupplung ausreicht.

Eine noch genauere Steuerung des AnIegeimpulses kann gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht werden, daß Mittel zum Erfassen des Zeitpunktes vorgesehen sind, an denen die Reibbelemente der Kupplung zuzufassen beginnen, und daß die Steuerventile mit einem bis zu diesem Zeitpunkt andauernden Anlegeimpuls ansteuerbar sind.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Steuervorrichtung eine dem Verlauf der in bestimmten kurzen Zeitabständen gemessenen Drehzahl der Motorkurbelwelle über der Zeit ermittelnde Vorrichtung aufweist, die bei Vorliegen eines Anzeichens zum Verlassen eines vorgegebenen Streubandes des Drehzahlverlaufs ein Signal zur Beendigung des Anlegeimpulses abgibt. Das bedeutet, daß eine ständige Messung der Drehzahl der Kurbelwelle erfolgt und bei einer Abweichung von einem vorgegebenen Drehzahlverlauf auf das Zufassen der Kupplung geschlossen wird. So kann als Anzeichen der erste außerhalb des Streubandes liegende Drehzahlmeßwert oder aber auch die zunehmende Abweichung der bei einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Meßpunkten ermittelten Drehzahlmeßwerte von einem vorgegebenen Drehzahlverlauf oder schließlich die erste Abweichung eines mit jedem neuen Drehzahlmeßwert gebildeten Drehzahlmittelwertes von einem vorgegebenen Mittelwertverlauf verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematischen Schaltbildes einer Kupplungssteuereinrichtung gezeigt, bei der mit 1 ein herkömmlicher Fahrzeugmotor bezeichnet ist,

1 30024/0080

der über ein Schwungrad 3 und eine Kupplung 4 niit einem Handschaltgetriebe 2 zur manuellen Einschaltung der einzelnen Getriebegänge verbunden ist. Me Kupplung ist hier jedoch nicht, jedenfalls nicht ausschließlich, wie dies bei konventionellen Fahrzeugen üblich ist, mittels eines Fußpedals betätigbar, sondern soll zumindest alternativ auch mittels eines hilfskraftbetätigten Stellmotors 5» beispielsweise eines pneumatischen Unterdruckstellmotors, ein- bzw. ausgerückt werden. Dazu sind demStellmotor zwei Steuerventile 13 und 15 zugeordnet, die in Abhängigkeit von Steuersignalen einer Steuervorrichtung den Arbeitsraum des Stellmotors 5 entweder mit einer Atmoephärendruck führenden Leitung 14 oder aber mit einer zu einem Unterdruckspeicher führenden Leitung 16 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.

Die Steuervorrichtung 6 gibt ihre Steuersignal an die Steuerventile 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 vorgesehen sein kann. Anstelle dessen könnte auch ein den Drosselklappenwinkel erfassender Geber verwendet werden. Die Steuervorrichtung erhält außerdem noch Informationen über die Drehzahl des Wellenstranges vor und hinter der Kupplung 4 von dort vorgesehenen Drehzahlgebern 11 und 12.

Mit 20 ist schließlich noch ein Druckbegrenzungsventil angedeutet, das in der Unterdruckleitung 16 zwischen dem Unterdruckspeicher 17 und dem Steuerventil 15 angeordnet ist und dafür sorgt, daß der Stellmotor 5 bei Aufsteuerung des Steuerventils 15 immer mit einem Unterdruck von vorgegebenem Niveau beaufschlagt wird.

Die Funktion und Wirkungsweise einer derartigen automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtung ist beispielhaft in der älteren Patentanmeldung P 29 27 175.8 beschrieben worden. Dabei wird, insbesondere

130024/0080

beim Anfahrvorgang, das heißt beim Einrücken der Kupplung bei laufendem Motor und stehendem Fahrzeug zum Anfahren des letzteren, der Kupplungseinrückvorgang so gesteuert, daß die Motordrehzahl durch entsprechendes Lösen oder Zufassen der Kupplung auf die vorgegebene Solldrehzahl gebracht wird, die abhängig von der Pedalstellung bzw. dem Drosselklappenwinkel veränderlich ist. Die Steuerung wird dabei durch mehrere in zeitlichem Abstand nacheinanderfolgende Steuerimpulse schrittweise durchgeführt, wobei durch Veränderung der Impulslänge oder der Impulsfrequenz die Steuervorrichtung 6 Einfluß auf den Steuerablauf nehmen kann. Diese, durch die Impulsdauer oder die Impulsfrequenz gebildete Stellgröße kann dabei in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Motordrehzahl verändert werden, indem mit steigender Drehzahldifferenz die Stellgröße linear oder progressiv ansteigt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Motordrehzahl um so mehr in Richtung auf die Solldrehzahl durch entsprechende Kupplungsbetätigung hingeführt wird, je weiter sie von dieser Solldrehzahl entfernt ist.

Dabei wird davon ausgegangen, daß der Kupplungsein-rückvorgang durch Belüften des Stellmotors 5» das heißt durch Verbinden seines Arbeitsraums mit der Atmosphäre durch Aufsteuerung des Steuerventils 13 bewirkt wird, während der Kupplungseinrückvorgang durch Entlüften des Stellmotors 5> das heißt also durch Verbinden seines Arbeitsraums mit dem Unterdruckspeicher 17 durch entsprechende Aufsteuerung des Steuerventils 15 erreicht wird.

Damit nun aber der Kupplungseinrückvorgang möglichst schnell und trotzdem komfortvoll durchgeführt werden kann, ist es zweckmäßig, bei Beginn der Kupplungsbetätigung den von der Kupplung zurückzulegenden Leerweg bis zum ersten Zufassen der Reibbeläge möglichst schnell zu überwinden, um anschließend ein möglichst weiches und ruckfreies Zufassen der Kupplung zu bewirken. Während die Kupplungssteuerung zum weichen Zugriff der Kupplung beispielsweise in der oben erwähnten älteren Patentanmeldung 29 27 175.8 näher beschrieben ist, schlägt die hier vorliegende Erfindung einen möglichst lang andauernden Anlegeimpuls

1 30024/0080

vor, um den erwähnten Leerweg der Kupplung schnell überwinden zu können. Dazu wird also das Steuerventil 13 bei Beginn des Kupplungseinrückvorganges nicht etwa mit mehreren in zeitlichem Abstand aufeinanderfolgenden Impulsen zur Belüftung des Stellmotors 5 angesteuert, sondern es wird ein erster langer Öffnungsimpuls vorgegeben,der dazu ausreichen soll, um den Leerweg der Kupplung 4 nahezu ganz zu überwinden.

Venn dabei, wie bei der in der Zeichnung gezeigten Kupplungssteuerungseinrichtung zwischen dem Unterdruckspeicher 17 und dem Stellmotor 5 ein Druckbegrenzungsventil 20 vorgesehen ist, dann kann davon ausgegangen werden, daß der Stellmotor 5 im ausgerückten Zustand der Kupplung 4 mit einem unterdruck von einem vorgegebenen,konstanten Niveau beaufschlagt ist. Dies ist auch der Ausgangszustand für den jetzt zu beschreibenden Beginn des Einrückvorgangs, bei dem der Stellmotor 5 durch Aufsteuerung des Steuerventils 13 belüftet wird. Unter der Voraussetzung eines in konstanter Höhe angelegten Unterdrucks kann nämlich der zur Überwindung des Leerwegs der Kupplung erforderliche Belüftungsimpuls sehr genau festgelegt werden, so daß für diesen Vorgang wenig Zeit aufgewendet werden muß. Dieser Anlegeimpuls wird dann so lang bemessen, daß er gerade nicht mehr ausreicht, um den Leerweg der Kupplung zu überwinden. Dies hat 'den Sinn, daß die Kupplung mit Sicherheit nicht bereits zum Zufassen kommt, da dieser Vorgang dann definiert gesteuert, wie in der älteren Anmeldung beschrieben, ablaufen soll.

Wird dagegen auf das in der Zeichnung mit 20 bezeichnete Druckbegrenzungsventil verzichtet, dann muß bei der Bemessung des AnIe ge impulses darauf Rücksicht genommen werden, daß der Stellmotor 5 mit Unterdruck von unterschiedlichem Niveau beaufschlagt sein kann. Um auch hier sicherzustellen, daß der Anlegeimpuls nicht zu lang ist und die Kupplung bereits in einen Zustand gebracht wird, bei der die Kupplungsbeläge zufassen, muß hier der Anlegeimpuls nach dem geringstmöglich auftretenden Unterdruck bestimmt werden. Dies hat dann allerdings zur Folge, daß bei höherem Unterdruckniveau, wie dies im allgemeinen der Fall sein wird, sich an den ersten Anlegeimpuls noch einige im zeitlichen Abstand nachfolgende Steuerimpulse anschließen müssen, bevor

130024/0080

der Zufaßvorgang in definiert gesteuerter Weise weitergeführt werden kann.

Es ist jedoch auch möglich, bereits den Anlegeimpuls definiert zu steuern, und zwar wenn eine Meßeinrichtung zur Verfugung steht, die das erste Zufassen der Kupplungsreibbeläge sichermeldet. In diesem Fall wird der Leerweg der Kupplung natürlich am schnellsten überwunden, da insbesondere auch der bei den zuvor beschriebenen Verfahren nicht berücksichtigbare Kupplungsverschleiß in die Steuerung eingeht. Jedoch ist dieses Verfahren auch aufwendiger, da ein Meßgerät erforderlich ist, das das erste Zufassen der Kupplung ermittelt.

Diea kann beispielsweise durch ein die Drehzahl der Kurbelwelle, beispielsweise am Schwungrad, erfassendes System gebildet sein, bei dem auf dem Schwungrad mehrere, an definierten Stellen angebrachte Marken vorhanden sind, die einzeln abgefragt und daraus die Tendenz bzw. der Verlauf der Tendenz des Drehzahlverlaufs ermittelt werden. Als Anzeichen für das erste Zufassen der Kupplung kann dann der Moment gewertet werden, bei dem ein erster Drehzahlmeßwert außerhalb eines Streubandes des Drehzahlverlaufs liegt. Dieses Streuband kann dabei abhängig von der Motordrehzahl, der Motorlast, speziellen Fahrzeugdaten und auch abhängig von dem jeweiligen Arbeitsverfahren für jeden Motor vorherbestimmt werden. Fällt nun im Verlauf des Einrückvorgangs die Drehzahl aus diesem Streubereich um einen vorgegebenen Drehzahlverlauf heraus, liegt sie insbesondere unterhalb dieses Bereiches, dann kann dies als Kriterium dafür gewertet werden, daß die Kupplungsreibbeläge zuzufassen beginnen und daß der Anlegeimpuls zu beenden ist. Die weitere Steuerung der Kupplung erfolgt dann in der bereits mehrfach angegebenen Weise.

Als Kriterium für das Abschalten des Anlegeimpulses kann aber auch der Moment genommen werden, wenn mehrere, beispielsweise drei nacheinanderfolgende Drehzahlmeßwerte zunehmende Abweichungen von einem vorgegebenen Drehzahlverlauf aufweisen. In diesem Fall brauchen die einzelnen Drehzahlen noch nicht aus dem Streubereich herauszufallen; sie

130024/0080

weisen lediglich eine Tendenz zum Verlassen dieses Streubereiches auf.

Schließlich kann für das Abschaltkriterium auch eine Mittelwertbildung herangezogen werden, indem beispielsweise mit jedem neuen Drehzahlmeßwert der Mittelwert gebildet wird und dieser mit einem vorgegebenen Mittelwertverlauf verglichen wird. Ergibt sich hier eine Abweichung nach einer bestimmten Seite, dann kann dies auch als Anzeichen für das erste Zufassen der Kupplungsreibbeläge und damit für das Abschalten des Anlegeimpulses gewertet, werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, das abweichend von der in der Zeichnung gezeigten Ausführung die Ansteuerung des Servomotors 5 auch in der Weise erfolgen kann, daß die Steuereinrichtung 6 zunächst elektrisch arbeitende Torsteuerventile ansteuert, die auf niedrigem Energieniveau liegen und mit kleinen Steuerquerschnitten auskommen. Solche Vorsteuerventile könnten dann jeweils ein oder gegebenenfalls auch ein gemeinsames Hauptsteuerventil ansteuern, das mit dem energieführenden Servomedium, beispielsweise also dem unterdruck arbeitet und ausreichend große Strömungsquerschnitte besitzt. Die Verwendung von Vorsteuerventilen würde dabei besser zu der elektronischen Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 6 passen, weil»kleinere und preiswertere Impulsverstärker (Transducer) mit geringerer Stromaufnahme benutzt werden können und weil zusätzlich die zugeordneten kleineren Servoventile kürzere Totzeiten ihres Schaltvorgangs aufweisen, was für die Funktion des Regelkreises von Bedeutung sein kann.

Weiter sei angemerkt, daß der Stellmotor auch abweichend von der oben gegebenen Beschreibung die Kupplung durch Belüften ausrücken und durch Entlüften einrücken könnte. Die Art und Weise der Ansteuerung der Steuerventile wird dadurch jedoch im Prinzip nicht beeinflußt.

130024/0080

Claims

VOLKSWAGENWERK AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg Unsere Zeichen: K 2817 17O2pt-we-jä 1fr ANSPRÜCHE

1.[Einrichtung zur automatischen Betätigung der Kupplung eines ^—^Kraftfahrzeugs mit einem hilfskraftbetätigten Stellmotcr und einer die Hilfskraftbeaufschlagung in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals und/oder von den vor und hinter der Kupplung gemessenen Drehzahlen steuernden Steuervorrichtung, wobei die Stellgröße die Impulsdauer oder Impulsfrequenz der in zeitlichen Abständen erfolgenden Ansteuerung· von dem Stellmotor vorgeschalteten Steuerventilen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn des Einkuppelvorgangs die Steuerventile (13> 15) mit einem ersten langen, den Leerweg der Kupplung (4) bis zum ersten Zufassen der Reibelemente im wesentlichen überwindenden Anlegeimpuls ansteuerbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stellmotor durch Unterdruck betätigbar ist, der über einen Unterdruckspeicher dem Saugrohr des Antriebsmotors entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlegeimpuls so lang gewählt ist, daß er unter Zugrundelegung des geringstmöglichen, in dem Unterdruckspeicher (17) vorhandenen Unterdrucks zur Überwindung des Leerwegs der Kupplung (4) gerade nicht mehr ausreicht.

130024/0080

Vor.hzender Vorstand: Toni ScfLcei, .;rs.::e.-ser nsri-He n: Er st · Prol. D.'. lezhn. Erns! F'sia ■ Cr. jut. PeMr Fterk

des Aufsichtsrals: Genier Ha-twicn Herst Munine- ■ Dr >e· p:: v.e:'e· P. Sff-r.is: ■ Gcttiieö M. Strobl ■ Prc!. Df. rer. pol. FrieOri* Thomee

Hans 6 "-»υπ-. Sitz der Gesellschaft: Wollsburg Amtsgericht Wollsburg HRB

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Unterdruckspeicher (17) und dem Stellmotor (5) ein die Unterdruckbeaufschlagung des Stellmotors auf ein konstantes Unterdruckniveau einstellendes Druckbegrenzungsventil (20) vorgesehen ist, und daß der Anlegeimpuls nach diesem Unterdruckniveau bestimmt ist.

4· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erfassen des Zeitpunktes vorgesehen sind, an dem die Reibelemente der Kupplung zuzufassen beginnen, und daß die Steuerventile 03» 15) uit einem bis zu diesem Zeitpunkt andauernden Anlegeimpuls ansteuerbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (6) eine den Verlauf der in bestimmten kurzen Zeitabständen gemessenen Drehzahl der Motorkurbelwelle über der Zeit ermittelnde Vorrichtung aufweist, die bei Vorliegen eines Anzeichens zum Verlassen eines vorgegebenen Streubandes des Drehzahlverlaufs ein Signal zur Beendigung des Anlegeimpulses abgibt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeichen der erste außerhalb des Streubandes liegende Drehzahlmeßwert verwendet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeichen die zunehmende Abweichung der bei einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Meßpunkten ermittelten Drehzahlmeßwerte von einem vorgegebenen Drehzahlverlauf verwendet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeichen die erste Abweichung eines mit jedem neuen Drehzahlmeßwert gebildeten Drehzahlmittelwerts (aus einer vorbestimmten Anzahl von Meßwerten) von einem vorgegebenen Mittelwertverlauf verwendet wird.

130024/0080