DE3935438A1 - Anordnung zur betaetigung einer kraftfahrzeug-reibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Betätigung einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Aus dem deutschen Patent 24 56 509 ist eine Anordnung zur Betätigung einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung bekannt, mit deren Hilfe die Kupplung sowohl beim Anfahren als auch beim Wechseln der Gänge des Getriebes abhängig von der Differenz der Kupplungseingangsdrehzahl und der Kupplungsausgangsdrehzahl eingerückt wird. Eine Subtraktionsstufe erzeugt abhängig von der mit Hilfe von Drehzahlsensoren erfaßten Drehzahlen ein Differenz­ drehzahl-Istsignal, welches in einem Differenzdrehzahl- Regelkreis mit einem in einem Sollwertspeicher gespei­ cherten Differenzdrehzahl-Sollsignal verglichen und zur Steuerung eines Stellantriebs der Kupplung ausgenutzt wird. Bei dem Sollwertspeicher handelt es sich um einen Kondensator, der auf ein Steuersignal zum Einrücken der Kupplung hin auf den momentanen Wert des Differenzdreh­ zahl-Istsignals aufgeladen wird und dann mit Hilfe eines steuerbaren Entladestromkreises mit vorgegebener Zeitkonstante entladen wird.

Die Entladegeschwindigkeit des Sollwertspeichers bestimmt die Einrückgeschwindigkeit der Kupplung. Die Einrückge­ schwindigkeit muß mehreren Bedingungen genügen. Einer­ seits soll die Einrückgeschwindigkeit nicht zu groß sein, um einen Einkuppelruck zu vermeiden. Andererseits wird bei zu geringer Einkuppelgeschwindigkeit die Kupplung mechanisch und thermisch stark belastet. Darüberhinaus hat sich gezeigt, daß die insbesondere den Komfort beeinflussenden Parameter stark von der momentanen Fahrsituation abhängen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erläuterten Art so zu verbessern, daß ein hoher Kupplungs­ komfort bei niedriger mechanischer oder thermischer Belastung der Kupplung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei­ chen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung geht von einer die Kraftfahrzeug-Reibungs­ kupplung automatisch betätigenden Anordnung aus, in der die Kupplung beim Anfahren und Wechseln der Gänge in herkömmlicher Weise ein- und ausgerückt wird, wie dies beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 30 28 250 beschrieben ist. Geeignet ist jede Anordnung, die ein der Fahrsituation angepaßtes Ausrücken und Einrücken der Kupplung erlaubt. Die erfindungsgemäße Anordnung wird lediglich dann wirksam, wenn sich die Kupplung bereits hinreichend ihrer Einkuppelposition genähert hat. Die zeitabhängige Minderung des Differenz­ drehzahl-Sollsignals wird erst dann eingeleitet, wenn das aus der Kupplungseingangsdrehzahl und der Kupplungs­ ausgangsdrehzahl durch Subtraktion gebildete Differenz­ drehzahl-Istsignal unter einen vorbestimmten Differenz­ drehzahl-Grenzwert von beispielsweise weniger als etwa 300 Umdrehungen pro Minute und insbesondere weniger als etwa 150 Umdrehungen pro Minute abgenommen hat. Es hat sich herausgestellt, daß für den Kupplungskomfort der Endbereich der Einrückbewegung maßgebend ist, bei welchem die Gleitreibung der Kupplung in Haftreibung übergeht. Erfindungsgemäß wird dieser Endbereich unab­ hängig von der Stellgeschwindigkeit der Kupplung im übrigen Kupplungsstellbereich vorgegeben und kann damit auch erhöhten Komfortanforderungen angepaßt werden. Insbesondere kann die Rate, mit der das Differenzdreh­ zahl-Sollsignal unterhalb des vorbestimmten Differenz­ drehzahl-Grenzwerts abnimmt, ohne allzu große Erhöhung der mechanischen und thermischen Belastung der Kupplung verlängert werden, da die Differenzdrehzahl bereits vergleichsweise klein ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Stellantrieb der Kupplung als Positionierantrieb ausgebildet und erlaubt es, den Ausrücker der Kupplung auf eine durch ein Positions-Stellsignal festgelegte Position zwischen der Einkuppelposition und der Auskuppelposition einzu­ stellen. Soweit der Differenzdrehzahl-Regelkreis einen integrierenden Regler und insbesondere einen Proportional- Integral-Regler (PI-Regler) zur Erzeugung des Positions- Stellsignals umfaßt, läßt sich eine überschwingungsfreie, asymptotische, exakte Einstellung der Reibungskupplung und damit eine exakte Einstellung der Differenzdrehzahl auf den Sollsignalwert erreichen.

Ansprechverzögerungen des Differenzdrehzahl-Regelkreises sind an und für sich unerwünscht, da sie vergleichsweise hohe Motordrehzahländerungen zulassen, die sich als Komforteinbußen und Erhöhung der Belastung der Kupplung auswirken. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erzeugt eine Störgrößeneinrichtung abhängig von wenigstens einem mittels eines Sensors erfaßten Einflußparameter des Differenzdrehzahl-Regelkreises zumindest ein Störgrößensignal, welches von einer Summationeinrichtung dem vom Regler erzeugten Stellsi­ gnal in der Weise überlagert wird, daß das Störgrößen­ signal einer Änderung des Differenzdrehzahl-Istsignals entgegenwirkt. Durch die Störgrößenaufschaltung auf das den Stellantrieb der Kupplung steuernde Stellsignal kann einer Änderung der Differenzdrehzahl entgegenge­ wirkt werden, bevor der dadurch entstehende Regelfehler über den Regler wirksam wird. Unerwünschte Drehzahlände­ rungen des Motors können auf diese Weise rascher ver­ hindert werden. Als Einflußparameter eignet sich insbe­ sondere die Eingangsdrehzahl der Kupplung, d. h. die Motordrehzahl, von der abhängig ein Störgrößensignal erzeugt wird. Eine weitere geeignete Einflußgröße, die mittels eines Sensors erfaßt werden kann, ist die Position einer Motorleistung-Stelleinrichtung, wie zum Beispiel des Fahrpedals. Ein aus der Position der Motorleistung-Stelleinrichtung abgeleitetes Störgrößen­ signal erlaubt es, bei einer Änderung der Leistungsan­ forderung zum Beispiel durch Änderung der Fahrpedalstel­ lung im wesentlichen ohne Totzeit die Kupplung so zu justieren, daß dem zu erwartenden Differenzdrehzahlfeh­ ler entgegengewirkt wird, bevor sich die Änderung der Leistungsanforderung auf die Motordrehzahl auswirkt.

Zweckmäßigerweise wird dem auf den Einflußparameter der Störgrößeneinrichtung ansprechenden Sensor eine Kennlinien- Wandlereinrichtung nachgeschaltet, um so den Einfluß der Störgröße abhängig von einer vorbestimmten Kennlinie optimieren zu können. Beim Erfassen der Leistungseinstel­ lung handelt es sich vorzugsweise um eine nicht lineare Kennlinie, insbesondere in Form eines Polygonzugs.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Betätigung einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung.

Die Zeichnung zeigt eine zwischen einer Brennkraftmaschi­ ne 1 und einem Getriebe 3 eines Kraftfahrzeugs angeord­ nete Reibungskupplung 5, die mittels eines Positionier­ antriebs 7 ein- bzw. ausrückbar ist. Der Positionieran­ trieb 7 stellt den nicht näher dargestellten Ausrücker der Kupplung 5 auf eine Position, die von einer Kupplungs­ steuerung 9 abhängig von der Fahrsituation des Kraftfahr­ zeugs nach einem vorbestimmten Programm vorgegeben wird. Bei der Kupplungssteuerung 9 kann es sich um eine Steueranordnung handeln, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 30 28 250 beschrieben ist und die die Kupplung 5 sowohl beim Anfahren des Kraftfahrzeugs als auch beim Wechseln der Gänge des Getriebes 3 mittels eines manuell bedienbaren Schalthebels 11 einrückt. Es versteht sich, daß anstelle des manuell schaltbaren Getriebes 3 auch ein automatisiertes Schaltgetriebe benutzt werden kann.

Die Leistung der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein Leistungseinstellglied 13, beispielsweise eine Drossel­ klappe oder eine Einspritzpumpe, mittels eines Fahrpedals 15 gesteuert, dessen Auslenkwinkel α von einem Fahr­ pedalsensor 17 erfaßt wird. Der Fahrpedalsensor 17 steuert einen Stellantrieb 19 des Leistungstellglieds 13.

Für einen komfortablen Fahrbetrieb soll die Kupplung 5 beim Anfahren oder Wechseln der Gänge des Getriebes 3 möglichst ruckfrei eingerückt werden. Andererseits darf das Einrücken der Kupplung nicht allzu lange dauern, da der Schleifbetrieb die Kupplung 5 mechanisch und ther­ misch belastet. Das von der Kupplungssteuerung 9 bestimm­ te Einkuppelprogramm kann nur in begrenztem Umfang den unterschiedlichsten Fahrsituationen gerecht werden, so daß in manchen Fahrsituationen entweder der Komfort leidet oder die Belastung der Kupplung 5 zunimmt. Um diese Nachteile zu vermeiden, geht die Führung des Stellantriebs 7 von der Kupplungssteuerung 9 auf einen Differenzdrehzahl-Regelkreis 21 über, sobald sich die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl der Kupplung 5 weitgehend einander angeglichen haben. Der Differenz­ drehzahl-Regelkreis 21 liefert dann anstelle der Kupp­ lungssteuerung 9 ein Positions-Stellsignal s_k, welches die Ausrückerposition der Kupplung 5 festlegt. Der Posi­ tionierantrieb 7 umfaßt hierzu einen nicht näher darge­ stellten Positionierregelkreis. Der Differenzdrehzahl- Regelkreis sorgt unabhängig von dem Einkuppelprogramm der Kupplungssteuerung 9 für ein weiches, ruckfreies Einrücken der Kupplung 5 im Bereich des Übergangs von Gleitreibung zu Haftreibung.

Der Differenzdrehzahl-Regelkreis umfaßt einen die Motordrehzahl n_m erfassenden Motordrehzahlsensor 23 sowie einen die Getriebeeingangsdrehzahl n_g erfassenden Getriebedrehzahlsensor 25. Eine Subtraktionseinrichtung 27 bildet ein Differenzdrehzahl-Istsignal Δn = n_m-n_g, welches in einer Vergleichereinrichtung 29 mit einem Differenzdrehzahl-Sollsignal Δn* verglichen, d. h. von diesem zur Bildung eines Fehlersignals subtrahiert wird. Ein PI-Regler 31 liefert das Positions-Stellsignal s_k zur Führung des Stellantriebs 7. Das Differenzdreh­ zahl-Sollsignal Δn* wird von einem Sollsignalgenerator 33 erzeugt, sobald ein Vergleicher 35 feststellt, daß das Differenzdrehzahl-Istsignal Δn unter einen Diffe­ renzdrehzahl-Grenzwert Δn₀ abgenommen hat. Der Genera­ tor 33 mindert dann das Differenzdrehzahl-Sollsignal Δn* abhängig von der Zeit t entsprechend einer beispielsweise linear fallenden Kennlinie 37. Die Steigung der Kennlinie 37 ist so gewählt, daß sich ausreichender Kupplungskom­ fort ergibt. Der Differenzdrehzahl-Grenzwert Δn₀ ist seinerseits so klein gewählt, daß die mechanische und thermische Belastung der Kupplung 5 sich in Grenzen hält. Der Differenzdrehzahl-Grenzwert ist beispielsweise eine Größenordnung kleiner als die Motordrehzahl n_m und liegt vorzugsweise unterhalb von 300 Umdrehungen pro Minute, insbesondere unterhalb von 150 Umdrehungen pro Minute.

Der PI-Regler 31 hat Proportional-Integral-Eigenschaften und sorgt für ein mehr oder weniger überschwingungsfreies, asymtotisches Annähern des Differenzdrehzahl-Istsignals Δn an das Differenzdrehzahl-Sollsignal Δn*.

Für komfortables Einrücken der Kupplung muß der Diffe­ renzdrehzahl-Regelkreis 21 rasch ansprechen. Zu Änderun­ gen der Differenzdrehzahl kann es aufgrund verschieden­ artigster Einflußparameter kommen. Eine Haupteinfluß­ quelle sind Änderungen der Motordrehzahl n_m. Die Zeit­ verzögerung, die sich ergibt, wenn die Änderung der Differenzdrehzahl über ein von dem Vergleicher 29 erzeugtes Fehlersignal und den PI-Regler 31 ausgeregelt wird, kann das Einrückverhalten der Kupplung 5 in manchen Fahrsituationen negativ beeinflussen. Das verzögerte Ansprechen des Stellantriebs 7 auf eine Änderung der Motordrehzahl n_m kann verhindert werden, wenn das Motordrehzahlsignal in einer Multiplikations­ stufe 39 mit einem geeigneten Faktor K multipliziert dem Positions-Stellsignal s_k als Störgrößensignal überlagert wird. Ändert sich die Motordrehzahl n_m, so ändert sich direkt proportional auch das Positions-Stellsignal s_k mit der Folge, daß die dementsprechend verstellte Kupplung 5 der Änderung der Differenzdrehzahl n entgegenwirkt.

In entsprechender Weise wird ein abhängig von der Position α des Fahrpedals 15 erzeugtes Fahrpedalsignal s_m dem Positions-Stellsignal s_k als Störgrößensignal überlagert. Das Signal s_m sorgt dafür, daß die auf eine Änderung der Pedalstellung α folgende Änderung der Motordrehzahl n_m unmittelbar zu einer Verstellung der Kupplung 5 führt, ohne daß der Sollwert-Istwert-Vergleich des Vergleichers 29 das dem PI-Regler 31 zugeführte Fehlersignal für das Ausregeln des Fehlers beträchtlich ändern muß.

Das Störgrößensignal s_m wird von einer Kennlinien- Wandlereinrichtung 41 entsprechend einer vorbestimmten Polygonzug-Kennlinie 43 abhängig von der Pedalstellung α erzeugt. Im dargestellten Beispiel ist die Kennlinie 43 geknickt und erzeugt bei geringer Auslenkung des Fahrpedals α ein nur mäßig wachsendes Störgrößensignal, welches erst bei größerer Pedalauslenkung stärker anwächst. Die Polygonzug-Kennlinie 43 erlaubt eine Optimierung zur Einhaltung des Differenzdrehzahl- Sollsignals Δn*, z. B. bei größerem Lastwechsel, und damit des Kupplungskomforts.

Bei dem Positionierantrieb 7 kann es sich um einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Stellan­ trieb handeln. Das Getriebe 3 kann durch einen nicht näher dargestellten Antrieb automatisiert sein, so daß der Schalthebel 11 lediglich zur Vorwahl der Gänge ausgenutzt wird. Es versteht sich, daß auch andere Einflußparameter des Differenzdrehzahl-Regelkreises 21 zur Störgrößenaufschaltung ausgenutzt werden können.

Claims (6)

1. Anordnung zur Betätigung einer Kraftfahrzeug-Rei­ bungskupplung (5), deren Ausrücker mittels eines Ausrücker-Stellantriebs (7) zwischen einer Einkuppel­ position, in der die Kupplung vollständig eingerückt ist und einer Auskuppelposition, in der die Kupplung vollständig ausgerückt ist, einstellbar ist, umfas­ send
einen die Eingangsdrehzahl (n_m) der Kupplung (5) erfassenden Motordrehzahlsensor (23),
einen die Ausgangsdrehzahl (n_g) der Kupplung (5) erfassenden Getriebedrehzahlsensor (25),
eine auf den Motordrehzahlsensor (23) und den Getrie­ bedrehzahlsensor (25) ansprechende Subtraktionsein­ richtung (27), die ein der Differenz der Eingangs­ drehzahl (n_m) und der Ausgangsdrehzahl (n_g) entspre­ chendes Differenzdrehzahl-Istsignal (Δn) erzeugt, eine Steuereinrichtung (33, 35), die ein zeitabhängig sich änderndes Differenzdrehzahl-Sollsignal (Δn*) erzeugt, welches zeitabhängig abnehmende Differenz­ drehzahlen repräsentiert,
und einen Differenzdrehzahl-Regelkreis (21), dessen Regler (31) abhängig von der Differenz zwischen dem Differenzdrehzahl-Sollsignal (Δn*) und dem Differenz­ drehzahl-Istsignal (Δn) ein den Ausrücker-Stellantrieb (7) stellendes Stellsignal (s_k) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (33, 35) abhängig vom Differenz­ drehzahl-Istsignal (Δn) das zeitabhängig abnehmende Differenzdrehzahl-Sollsignal (Δn*) nur dann erzeugt, wenn das Differenzdrehzahl-Istsignal (Δn) kleiner als ein vorbestimmter Differenzdrehzahl-Grenzwert (Δn₀) ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdrehzahl-Grenzwert (Δn₀) kleiner als etwa 300 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise kleiner als etwa 150 Umdrehungen pro Minute ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stellantrieb als Positionierantrieb (7) ausgebildet ist, mittels dem der Ausrücker auf eine durch ein Positions-Stellsignal festgelegte Position zwischen der Einkuppelposition und der Auskuppelposi­ tion einstellbar ist und daß der Differenzdrehzahl- Regelkreis (21) einen integrierenden Regler, insbeson­ dere einen Proportional-Integral-Regler (31) aufweist, der das Positions-Stellsignal (s_k) erzeugt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Störgrößeneinrichtung (39, 41) abhängig von wenigstens einem mittels eines Sensors (17, 23) erfaßten Einflußparameter des Differenzdrehzahl-Regelkreises (21) zumindest ein Störgrößensignal erzeugt und daß eine Summationsein­ richtung das Störgrößensignal dem vom Regler (31) erzeugten Stellsignal (s_k) in der Weise überlagert, daß das Störgrößensignal einer Änderung des Differenz­ drehzahl-Istsignals (Δn) entgegenwirkt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgrößeneinrichtung (39, 41) auf den Motordrehzahlsensor (23) anspricht und ein von der Eingangsdrehzahl (n_m) der Kupplung (5) vorzugsweise linear abhängiges Störgrößensignal erzeugt und/oder auf einen die Position einer Motorleistung-Stellein­ richtung, insbesondere eines Fahrpedals (15), erfas­ senden Leistungseinstellungssensor (17) anspricht und ein von der Position der Motorleistung-Stellein­ richtung (15) abhängiges Störgrößensignal (s_m) erzeugt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgrößeneinrichtung (39, 41) eine auf den Leistungseinstellungssensor (17) ansprechende Kenn­ linien-Wandlereinrichtung (41) aufweist, die das Störgrößensignal (s_m) entsprechend einer vorbestimm­ ten, nicht linearen Kennlinie (43), insbesondere einer Polygonzug-Kennlinie, abhängig von der Position der Motorleistung-Stelleinrichtung (15) erfaßt.