DE10080639B4

DE10080639B4 - Kupplungssteuervorrichtung zur automatischen Betätigung einer Kupplung während des Anfahrens

Info

Publication number: DE10080639B4
Application number: DE10080639.2T
Authority: DE
Inventors: Fred Roar Hemmingsen; Karl Frode Ring; Ole Jonny Waerp; Torgeir Sundet; Morten Berger Gunnerud
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: WO2000055521A1; US20020086769A1; FR2791012B1; AU4390800A; DE10080639D2; ITMI20000516A1; DE10012122A1; IT1317607B1; US6602161B2; FR2791012A1

Abstract

Kupplungssteuervorrichtung (36, 38) für die automatische Betätigung einer Kupplung (14) eines Kraftfahrzeuges, über die ein Motor (10) mit einem Getriebe (12) verbunden ist, wobei das Getriebe (12) eine Vielzahl von fixierten Übersetzungsverhältnissen und eine Gangschalteinrichtung (24) besitzt, mittels derer eine Neutralstellung oder eines der fixierten Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können; das Kraftfahrzeug verfügt zudem über ein Fahrpedal (19) zur Regelung der Motordrehzahl (RENG), und die Kupplungssteuervorrichtung (36, 38) kuppelt automatisch die Kupplung (14) ein oder aus, um eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zu ermöglichen, die Kupplungssteuervorrichtung (36, 38) ist dadurch charakterisiert, daß ein Einkuppeln der Kupplung (14) beim Anfahren aus dem Stand dadurch in die Wege geleitet wird, daß ein Anfahrgang geschaltet wird, wobei beim Schalten des Anfahrgangs die Kupplung (14) bis zu einer Kontaktstellung eingekuppelt wird, bei der Reibscheibe und Druckplatte einander erstmals berühren und bei nachfolgender Drosselklappenbetätigung über einen ersten Schwellenwert hinaus die Kupplung (14) bis zu jener Stellung eingekuppelt wird, bei der das Spiel im Antriebsstrang aufgenommen wird; das Fortsetzen des Einkuppelns der Kupplung (14) hängt dann von der Differenz zwischen der faktischen Motordrehzahl (RENG) und einer Bezugsdrehzahl (RREF) ab, wobei die Bezugsdrehzahl (RREF) dergestalt abgeleitet wird, daß die Differenz zwischen faktischer Motordrehzahl (RENG) und Bezugsdrehzahl (RREF) ein Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung (14) erbringt, durch das ein Drehmoment durch die Kupplung (14) übertragen wird, welches dem vom Motor (10) bei der faktischen Motordrehzahl (RENG) abgegebenen Drehmoment über den gesamten Bereich der Drosselklappenöffnung (α) gleicht, wie sie beim Anfahren aus dem Stand angetroffen werden, wobei die Bezugsdrehzahl (RREF) sich mit der Drosselklappenöffnung (α) ändert, damit das Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung (14) dergestalt eingeregelt wird, daß das von der Kupplung (14) übertragene Drehmoment dem vom Motor (10) generierten Drehmoment angepaßt wird, wobei die Bezugsdrehzahl (RREF) eine Funktion der Drosselklappenöffnung (α), des ...

Description

Die hier beschriebene Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die oben genannte Vorrichtung wird im Weiteren auch als System bezeichnet.
Die DE 690 11 906 T2 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines Eingriffspunkts einer Kupplung, wobei zur Durchführung des Verfahrens auch eine Getriebeeingangswellenbremse eingesetzt wird.
Die DE 40 11 850 A1 beschreibt ein Verfahren zum Anfahren eines Kraftfahrzeugs, wobei beim Anfahren die Kupplung mit großer Geschwindigkeit bis zu einem Eingriffspunkt geschlossen wird.
Im Dokument „Kraftfahrtechnisches Handbuch, 21. Auflage, Düsseldorf, VDI-Verlag, 1991 (ISBN 3-18-419114-1), Seite 538 bis 539 ist ein automatisches Kupplungssystem offenbart.
Im europäischen Patent EP 0 038 113 B1 wird ein Kupplungssteuersystem des hier zuvor definierten Typs beschrieben, bei dem ein Drehzahlbezugssignal während des Anfahrens generiert wird und die Motordrehzahl durch Einkuppeln der Kupplung dergestalt unter Kontrolle gehalten wird, daß die Motordrehzahl dem Drehzahlbezugssignal folgt. In Übereinstimmung mit der in diesem Patent vorgestellten Erfindung wird die Bezugsdrehzahl vom Drosselklappenwinkel abgeleitet, so daß bei Zunahme des Motordrehmoments durch Öffnen der Drosselklappe das Bezugssignal geändert wird, um einer höheren Motordrehzahl zu entsprechen.
Das Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung bei diesem System verhält sich proportional zum Drehzahlunterschied zwischen Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl. Je weiter die Motordrehzahl über der Bezugsdrehzahl liegt, um so mehr wird die Kupplung eingekuppelt.
Im europäischen Patent EP 0 696 341 B1 werden Modifikationen zum im europäischen Patent EP 0 038 113 B1 vorgestellten System beschrieben, um einer erhöhten Leerlaufdrehzahl und dem Schalten eines Anfahrganges Rechnung zu tragen, wenn die Motordrehzahl durch Öffnen der Drosselklappe vor Schalten des Anfahrganges erhöht ist. Im europäischen Patent EP 0 735 957 B1 werden Modifikationen zum im europäischen Patent EP 0 038 113 B1 vorgestellten System für das Anfahren bei niedrigen Drehzahlen beschrieben, wenn ein Manövrieren des Fahrzeugs bei niedrigen Motordrehzahlen erforderlich ist.
Insgesamt ermöglicht das grundlegende, bislang im europäischen Patent EP 0 038 113 B1 beschriebene System mit den darauf bezogenen, in den europäischen Patenten EP 0 696 341 B1 und EP 0 735 957 B1 beschriebenen Modifikationen ein ausreichendes Maß an Kupplungskontrolle beim Anfahren, wenn das Anfahren bei relativ kleinen Drosselklappen-Öffnungswinkeln erfolgt. Bei relativ kleinen Drosselklappen-Öffnungswinkeln von z. B. bis zu 20% wird das maximale Drehmoment typischerweise bei Drehzahlen unter 1500 1/min entwickelt. Bei größeren Drosselklappen-Öffnungswinkeln von beispielsweise 66% bis 100% steigt die Motordrehzahl allerdings zur Bereitstellung maximalen Drehmoments rapide an, und bei den bislang genutzten Systemen führt dies zu schnellem Einkuppeln der Kupplung, was durchaus ein Abwürgen des Motors zur Folge haben kann.
Während unter normalen Umständen ein Anfahren aus dem Stand bei relativ geringfügiger Drosselklappenöffnung erzielt werden kann, können für das Anfahren an steilen Steigungen oder das Anfahren mit hoher Fahrzeugbeladung größere Drosselklappen-Öffnungswinkel erforderlich sein.
Die hier beschriebene Erfindung adressiert als Aufgabe dieses Problem sowie andere Nachteile des bekannten Systems.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der hier beschriebenen Erfindung wird ein Kupplungssteuersystem für die automatische Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung bereitgestellt, wobei über die besagte Kupplung ein Motor mit einem Getriebe verbunden ist; das Getriebe besitzt eine Vielzahl von fixierten Übersetzungsverhältnissen und eine Gangschalteinrichtung, vermittels deren die Neutralstellung oder eines der fixierten Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können; das Kraftfahrzeug verfügt über ein Fahrpedal zur Regelung der Motordrehzahl, und das Kupplungssteuersystem kuppelt automatisch die Kupplung ein oder aus, um eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zu ermöglichen. Das Kupplungssteuersystem ist dadurch charakterisiert, daß ein Einkuppeln der Kupplung beim Anfahren aus dem Stand dadurch in die Wege geleitet wird, daß ein Anfahrgang geschaltet wird und bei nachfolgender Drosselklappenbetätigung über einen ersten Schwellenwert hinaus die Kupplung bis zu jener Stellung eingekuppelt wird, bei der jegliches Spiel im Antriebsstrang aufgenommen wird; weiteres Einkuppeln der Kupplung hängt dann von der Differenz zwischen der faktischen Motordrehzahl und einer Bezugsdrehzahl ab, wobei das Drehzahlbezugssignal dergestalt gebildet wird, daß der Drehzahlunterschied zwischen faktischer Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl ein Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung erbringt, durch das ein Drehmoment weitergeleitet wird, welches im wesentlichen dem vom Motor bei der faktischen Motordrehzahl abgegebenen Drehmoment über den gesamten Bereich von Drosselklappen-Öffnungsstellungen gleicht, wie sie beim Anfahren aus dem Stand angetroffen werden.
Gemäß der Erfindung wird die Kupplung nach Schalten eines Anfahrganges bis zu jener Stellung eingekuppelt, in der sich Druckplatte und Reibscheibe erstmalig im Kontakt befinden, allerdings kein signifikantes Drehmoment übertragen; die Kupplung wird daraufhin bis zu jener Stellung eingekuppelt, bei der jegliches Spiel im Antriebsstrang aufgenommen wird, wenn die Drosselklappe bis zum ersten Schwellenwert geöffnet wird.
Vorzugsweise wird die Kupplung beim Anfahren aus dem Stand dergestalt betätigt, daß das maximal von der Kupplung übertragbare Drehmoment etwas geringer als das vom Motor generierte Drehmoment ist, was Aufrechterhaltung eines geringen Maßes an Kupplungsschlupf gestattet, während sich die Drehgeschwindigkeit der Druckplatte der Motordrehzahl annähert.
Die Bezugsdrehzahl wird aus der Ausgangsdrehzahl des Motors zum Zeitpunkt des Schaltens eines Anfahrganges und/oder dem Drosselklappen-Öffnungswinkel abgeleitet. Diese Ausgangsdrehzahl des Motors wird reduziert durch eine Funktion, die vom Grad der Drosselklappenöffnung abhängt.
In Übereinstimmung mit der Erfindung: R_REF = f(α, Gang, Fahrgeschwindigkeit) wobei:

R_REF: = Bezugsdrehzahl;
α: = der Drosselklappenwinkel, ausgedrückt als Prozentsatz der weiten Drosselklappenöffnung;
Gang: = der geschaltete Gang;
Fahrgeschwindigkeit: = die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung: R_REF = R_INT – K – K₁α + K₂·(α – α_T)² wobei:

R_REF: = Bezugsdrehzahl;
R_INT: = Ausgangsdrehzahl des Motors;
K: = die erste Konstante;
K₁: = die zweite Konstante;
K₂: = die dritte Konstante;
α: = der Drosselklappenwinkel, ausgedrückt als Prozentsatz der weiten Drosselklappenöffnung;
α_T: = ein zweiter Schwellenwert der Drossel klappenöffnung, ausgedrückt als Prozentsatz der weiten Drossel klappenöffnung; und die Funktion K₂(α – α_T)² nur bei einer Drosselklappenöffnung größer als α_T Anwendung findet.

Vorzugsweise erfolgt bei der Ableitung der Bezugsdrehzahl eine Pufferung, wodurch die Änderungsrate der Bezugsdrehzahl mit öffnender Drosselklappe auf die Änderungsrate der Motordrehzahl mit öffnender Drosselklappe abgeglichen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Situationen, in denen die Ausgangsdrehzahl des Motors über der Leerlaufdrehzahl des Motors liegt, zur Ableitung der Bezugsdrehzahl die Ausgangsdrehzahl des Motors exponentiell auf die Leerlaufdrehzahl des Motors reduziert.
Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich auf Schaltgetriebesysteme mit automatischer Kupplungsbetätigung oder auf halb- oder vollautomatische Getriebesysteme, bei denen die Kupplungssteuerung von einem elektronischen Steuergerät auf elektromotorische, pneumatische oder hydraulische Weise versehen wird.
Es folgt eine beispielhafte Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
einen Überblick über die allgemeine Anordnung eines Kupplungssteuersystems des vom vorliegenden Antrag abgedeckten Typs gibt;
einen typischen Kurvenverlauf der Bezugsdrehzahl gegen den Drosselklappen-Öffnungswinkel bei einem Kupplungssteuersystem in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung darstellt;
typische Motordrehmomentkurven zeigt;
eine Drehzahlkurve gegen die Zeit zeigt, für ein erstes Beispiel eines Anfahrvorgangs bei Nutzung des in der hier vorgelegten Erfindung beschriebenen Kupplungssteuersystems; und
eine Drehzahlkurve gegen die Zeit zeigt, für ein zweites Beispiel eines Anfahrvorgangs bei Nutzung des in der hier vorgelegten Erfindung beschriebenen Kupplungssteuersystems.
zeigt einen Motor (10) mit Starter und zugehörigem Starterkreis (10a), wobei der Motor über eine Reibkupplung (14) und die Getriebeeingangswelle (15) mit einem Getriebe (12) verbunden ist. Dem Motor wird über die vom Fahrpedal (19) betätigte Drosselklappe (18) im Drosselklappengehäuse (16) Kraftstoff zubemessen. Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich jedoch in gleicher Weise auf Ottomotoren mit elektronischer oder mechanischer Kraftstoffeinspritzung oder auf Dieselmotoren.
Die Kupplung (14) wird über den Nehmerzylinder (22) und die Ausrückgabel (20) betätigt. Das Getriebe wird mit einem Gangschalthebel (24) geschaltet, der über ein Schaltgestänge (25) mit dem Getriebe verbunden ist und in dem ein lasterfassendes Schaltmittel (33) verbaut ist, mit dessen Hilfe vom Fahrer auf den Hebel (24) aufgebrachte Kräfte ermittelt werden und ein Signal generiert wird, welches eine Schaltabsicht kenntlich macht. Ein elektronisches Steuergerät (36) regelt die Betätigung der Kupplung (14) vermittels einer Hydrauliksteuerung (38), die den Nehmerzylinder (22) ansteuert.
Das Steuergerät (36) empfängt Signale vom lasterfassenden Schaltmittel (33), die eine Schaltabsicht kenntlich machen; vom Motordrehzahlsensor (26), die die Motordrehzahl anzeigen; vom Drosselklappenstellungs-Sensor (30), die sich proportional zur aktuellen Drosselklappenöffnung verhalten; vom Fahrpedalstellungs-Sensor (19a), die die Stellung des Fahrpedals wiedergeben; vom Gangerkennungssensor (32), die das geschaltete Übersetzungsverhältnis melden; vom Nehmerzylinderstellungs-Sensor (34), die die Stellung des Nehmerzylinders anzeigen, und von einem Druckplatten-Drehzahlsensor (42), die die Drehzahl der Druckplatte übermitteln.
Da die Fahrgeschwindigkeit von der Drehzahl der Kupplungsdruckplatte und dem geschalteten Gang abhängt, arbeitet der Druckplatten-Drehzahlsensor (42) faktisch als Fahrgeschwindigkeitssensor und umgekehrt. So kann in einigen Anwendungsfällen der Druckplatten-Drehzahlsensor (42) überflüssig sein und die Drehzahl der Druckplatte aus dem geschalteten Getriebeübersetzungsverhältnis und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet werden, wobei letztere von einem Fahrgeschwindigkeitssensor geliefert wird.
An das Steuergerät (36) ist ein Warnsummer (50) angeschlossen, um den Fahrzeugbediener auf das Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen des Fahrzeugs aufmerksam zu machen/vor diesen zu warnen. Zusätzlich zum Warnsummer (50) oder anstelle dessen kann eine blinkende Anzeigeleuchte oder ein anderes Anzeigemittel verwendet werden. Typischerweise ist beim oben beschriebenen Getriebe der Gangschalthebel (24) über ein entsprechendes mechanisch wirkendes Gestänge mit dem Getriebe verbunden, so daß die Gänge auf herkömmlichem Wege von Hand geschaltet werden. Alternativ hierzu kann das Getriebesystem halbautomatisch ausgelegt sein, wobei eine Bewegung des Schalthebels (24) zum elektronischen Schalten der Gänge führt. Darüber hinausgehend kann es sich um ein vollautomatisches System handeln, bei dem mit dem Hebel (24) die Neutralstellung und die Vorwärts- und Rückwärtsfahrtstellungen gewählt werden.
Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich vordringlich auf die Steuerung von Getrieben des oben beschriebenen Typs beim Anfahren aus dem Stand. Einige der Anforderungen an das System in dieser Hinsicht werden nachfolgend benannt:

1. Beim Anfahren an sehr steilen Steigungen ist es erforderlich, daß das maximal vom Motor bereitstellbare Drehmoment genutzt wird. Die Anfahrregelung sollte deshalb die Motordrehzahl auf jenen Bereich begrenzen, in dem maximales Motordrehmoment verfügbar ist, und sicherstellen, daß der Motor nicht zu hoch drehen kann, was Verringerung des Drehmoments und Erhöhung des Kupplungsschlupfes mit sich bringen würde.
2. Bei Anfahrvorgängen, die lediglich moderates Drehmoment erfordern, ist es vorteilhaft, das Ausmaß des sich einstellenden Kupplungsschlupfes zu begrenzen, um den Kupplungsverschleiß so gering als möglich zu halten.
3. Für Motoren mit moderater Leistung zeigen die Drehmomentkurven, daß das maximale Drehmoment für einen beliebigen Drosselklappen-Öffnungswinkel unter 20% unterhalb von 1500 1/min entwickelt wird. Für jenen Abschnitt des Anfahrvorgangs, in dem bis zu 66% des maximalen Motordrehmoments bereitgestellt wird, sollte folglich die Anfahrregelung die Motordrehzahl relativ niedrig halten.
4. Im Bereich von 66% bis 100% des maximalen Drehmoments muß die geregelte Motordrehzahl schnell mit der Drosselklappenöffnung ansteigen, wenn das maximale Motordrehmoment verfügbar sein soll.

Gemäß der hier beschriebenen Erfindung wird ein Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stand dadurch in die Wege geleitet, daß ein Anfahrgang geschaltet wird, beispielsweise der erste oder zweite Gang oder der Rückwärtsgang, während das Kupplungssteuersystem mit Strom versorgt wird und der Motor läuft. Schalten des Ganges kann von Hand durch Bewegung des Hebels (24) erfolgen, wobei das Signal vom Schaltabsichtsensor (33) ein Auskuppeln der Kupplung (14) bewirkt, damit der Anfahrgang geschaltet werden kann. Alternativ hierzu kann bei Automatikgetrieben oder halbautomatischen Getrieben die Kupplung automatisch ausgekuppelt und der Anfahrgang geschaltet werden, wenn der Hebel (24) aus einer Neutralstellung in eine Fahrstellung gebracht wird.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Anfahrgang geschaltet wird, wird die Kupplung 14 unter Steuerung durch das Steuergerät (36) und über die Hydrauliksteuerung (38) und den Nehmerzylinder (22) in die Kontaktstellung gebracht, jenseits deren weiteres Einkuppeln der Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments führen würde.
Verstellung der Drosselklappe (18) auf einen niedrigen Schwellenwert von typischerweise 1% des Vollastwinkels, ermittelt durch den Stellungssensor (30), führt zu weiterem Einkuppeln der Kupplung (14) und zur Aufnahme jeglichen Spiels im Antriebsstrang. Zu diesem Zeitpunkt wird die Motordrehzahl (Ausgangsdrehzahl des Motors R_INT) vom Drehzahlsensor (26) ermittelt und aufgezeichnet. In diesem Zustand ist das sich einstellende Kupplungsmoment unzureichend, um die Haftreibung des Fahrzeugs zu überwinden und dieses in Bewegung zu setzen.
Wie unten näher beschrieben, führt weiteres Öffnen der Drosselklappe (18) über den unteren Schwellenwert hinaus dazu, daß die Kupplung (14) weiter eingekuppelt wird, wodurch das vom Motor (10) generierte Drehmoment übertragen wird und sich das Fahrzeug in Bewegung setzt.
Beim Öffnen der Drosselklappe (18) über den unteren Schwellenwert hinaus verhält sich das weitere Einkuppeln der Kupplung proportional zum Drehzahlunterschied zwischen der Motordrehzahl und einer Bezugsdrehzahl R_REF. Je weiter die Bezugsdrehzahl unter die Motordrehzahl abfällt, desto mehr wird die Kupplung eingekuppelt und um so größer ist das Kupplungsmoment und damit das von der Kupplung (14) übertragbare Drehmoment.
Die Bezugsdrehzahl R_REF wird mit Hilfe der folgenden Gleichung abgeleitet: R_REF = f(α, Gang, Fahrgeschwindigkeit) wobei:

Die Bezugsdrehzahl R_REF wird aus der Ausgangsdrehzahl des Motors R_INT in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung abgeleitet: R_REF = R_INT – K – K₁·α + K₂*(α – α_T)² wobei:

R_REF: = Bezugsdrehzahl;
R_INT: = Ausgangsdrehzahl des Motors;
K: = eine erste Konstante;
K₁: = eine zweite Konstante;
K₂: = eine dritte Konstante;
α: = der Drosselklappenwinkel, ausgedrückt als Prozentsatz der weiten Drosselklappenöffnung;
α_T: = ein ”hoher” Schwellenwert der Drossel klappenöffnung, ausgedrückt als Prozentsatz der weiten Drossel klappenöfnung; und die Funktion K₂(α – α_T)² nur bei einer Drosselklappenöffnung α größer als α_T Anwendung findet.

Die Werte K, K₁ und K₂ unterscheiden sich für ein spezifisches Fahrzeug, in Abhängigkeit vom geschalteten Anfahrgang. Die Werte für das Anfahren im 1. Gang lauten typischerweise: K = 100 1/min K₁ = 60 1/min pro% K₂ = 375 1/min pro%²
Für Drosselklappen-Öffnungswinkel jenseits des hohen Schwellenwertes ist die Bezugsdrehzahl auf einen Höchstwert begrenzt, der typischerweise um bis zu 500 1/min über der Leerlaufdrehzahl des Motors liegt.
Der hohe Schwellenwert für die Drosselklappenöffnung liegt typischerweise zwischen 40 und 60% der weiten Drosselklappenöffnung.
Eine typische Darstellung der Bezugsdrehzahl R_REF gegen die Drosselklappenöffnung wird in gegeben. Die Kurve zeigt einen linearen Abfall der Bezugsdrehzahl bis zum hohen Schwellenwert der Drosselklappenöffnung von argumentationshalber 50% Öffnungsstellung, wonach dann die Bezugsdrehzahl ansteigt auf ein Maximum von 1100 bis 1300 1/min bei ca. 90% Drosselklappenöffnung. Vergleicht man diese Darstellung mit typischen Motordrehmomentkurven, wie sie in wiedergegeben werden, dann entspricht der erste, linear abfallende Abschnitt der Bezugsdrehzahlkurve solchen Drosselklappen-Öffnungsstellungen, bei denen maximales Drehmoment bei Motorumdrehungen unter 2000 1/min generiert wird, während der ansteigende Abschnitt der Bezugsdrehzahlkurve solchen Drosselklappen-Öffnungsstellungen entspricht, bei denen die Motordrehzahl rasch für maximales Drehmoment ansteigt. Der Abstand zwischen der Motordrehzahlkurve R_ENG in und der Bezugsdrehzahlkurve R_REF bei den weiteren Drosselklappen-Öffnungsstellungen unterliegt folglich der Regelung, so daß rasches Einkuppeln der Kupplung bei diesen weiteren Drosselklappen-Öffnungsstellungen vermieden wird.
Damit das dynamische Ansprechverhalten bei der Änderung der Bezugsdrehzahl mit weiterer Drosselklappenöffnung der Änderung der Motordrehzahl mit weiterer Drosselklappenöffnung entspricht, und um abrupte Änderungen im Einkupplungszustand der Kupplung zu vermeiden, wird der abgeleitete Bezugsdrehzahlwert durch einen Tiefpaß mit einer Zeitkonstanten von ca. 0,15 Sekunden gefiltert. Der Tiefpaß verhindert, daß plötzliche Veränderungen der Bezugsdrehzahl plötzliche Änderungen des Einkupplungszustands der Kupplung bewirken und ermöglicht, daß der Einkupplungszustand der Kupplung und die Motordrehzahl sich zusammen bei den jeweils neuen Werten einstellen können.
Wird beispielsweise die Drosselklappe rasch weit geöffnet, muß der Motor auf eine neue Drehzahl beschleunigen, bei der das höhere Drehmoment bereitgestellt wird. Die Einstellung der neuen Bezugsdrehzahl wird über den Tiefpaß verzögert, so daß die Motordrehzahl ansteigen kann, und das Kupplungsmoment wird mit Erreichen der neuen Motordrehzahl fortschreitend verstärkt.
Die Charakteristik des Tiefpasses bestimmt sich nach den Betriebsbedingungen, beispielsweise Drehmoment und Drehzahl des Motors, Drosselklappen-Öffnungswinkel und geschaltetem Anfahrgang.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Anfahrgang geschaltet und der Anfahrvorgang eingeleitet wird, kann sich der Motor bei Leerlaufdrehzahl befinden oder bei einer erhöhten Drehzahl aufgrund der Betätigung des Fahrpedals vor dem Schalten des Anfahrganges. Zudem kann die Leerlaufdrehzahl selbst durch das Motormanagement-System angehoben worden sein, beispielsweise in der Warmlaufphase des Motors. Wenn die Ausgangsdrehzahl des Motors schon aufgrund der Öffnung der Drosselklappe über den niedrigen Schwellenwert hinaus angehoben ist, beginnt der Anfahrvorgang, wenn der Anfahrgang geschaltet wird.
Unter solchen Bedingungen wird zur Ableitung der Bezugsdrehzahl die erhöhte Ausgangsdrehzahl des Motors exponentiell auf die Leerlaufdrehzahl des Motors reduziert. Dergestalt ist der Anfangswert der Bezugsdrehzahl erhöht, so daß der Unterschied zwischen Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl in einem Maß herabgesetzt wird, daß die Kupplung nicht einkuppelt. Wird die anfängliche Bezugsdrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl des Motors hin reduziert, dann vergrößert sich die Differenz zwischen Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl, was progressives Einkuppeln der Kupplung über die Kontaktstellung hinaus auf den durch die Drosselklappenöffnung festgelegten Wert bewirkt.
Typischerweise würde eine exponentielle Wertminderungsrate mit einer Zeitkonstanten von 0,8 Sekunden eine zufriedenstellende Einkuppelrate erbringen. verdeutlicht die Beziehung zwischen Bezugsdrehzahl und Motordrehzahl, typischerweise beim Anfahren, wo die Drosselklappe gerade über den niedrigen Schwellenwert hinaus geöffnet und bei diesem Wert gehalten wird. Das Anfahren wird bei der Leerlaufdrehzahl des Motors eingeleitet, d. h. R_INT = R_IDLE. Mit dem Öffnen der Drosselklappe steigt die Motordrehzahl allmählich an, bis die Drosselklappe die Stellung α₁ erreicht, die etwas oberhalb des niedrigen Schwellenwertes α_LOW liegt. Beim Erreichen des niedrigen Schwellenwertes wird eine Bezugsdrehzahl wie folgt abgeleitet: R_REF = R_INT – K – K₁α_LOW in diesem Fall: R_INT = R_IDLE und α_LOW typischerweise = 1%.
Von daher: R_REF = R_INT – K – K₁ = R_IDLE – 100 – 60 (für typische Werte K = 100 1/min und K₁ = 60 1/min pro%) = R_IDLE = 160 1/min.
Aufgrund der Tiefpaßfilterung des Ausgangswertes der Bezugsdrehzahl fällt diese allmählich von R_IDLE auf R_IDLE – 160 1/min ab, was abruptes Einkuppeln der Kupplung verhindert. Wird die Drosselklappe über den niedrigen Schwellenwert hinausgehend geöffnet, fällt die Bezugsdrehzahl weiterhin ab, bis sie bei der Drosselklappenöffnung α₁ wie folgt lautet: R_REF = R_IDLE – K – K_1α1.
Während die Bezugsdrehzahl abfällt und die Differenz zwischen Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl allmählich zunimmt, beginnt die Kupplung (14) einzukuppeln, und die Motordrehzahl wird verringert – in diesem Beispiel auf einen Wert etwas unter Leerlaufdrehzahl des Motors, wie durch die Kurve für R_ENG in gezeigt. In diesem Beispiel dürfte das Kupplungsmoment unzureichend sein, um die Haftreibung des Fahrzeugs überwinden zu können, so daß das Fahrzeug weiterhin stehenbleibt.
Im in dargestellten Beispiel wird die Motordrehzahl durch Öffnen der Drosselklappe (18) auf ca. 2500 1/min angehoben, die Drosselklappenöffnung α₂ wird konstant beibehalten und der Anfahrgang wird geschaltet.
Wird der Anfahrgang bei 2500 1/min geschaltet, lautet die abgeleitete Bezugsdrehzahl: R_REF = R_INT – K – K_1α2.
R_INT beträgt anfänglich 2500 1/min, wird aber exponentiell zur Leerlaufdrehzahl R_ENG des Motors hin reduziert, wie in Kurve R₁ dargestellt.
Des weiteren fällt aufgrund der Tiefpaßfilterung der Ausgangswert der Bezugsdrehzahl allmählich von der Ausgangsdrehzahl des Motors auf den abgeleiteten Wert für die Drosselklappenöffnung α₂ ab, wie in Kurve R₂ verdeutlicht. Ergebnis davon ist es, daß die Bezugsdrehzahl allmählich von 2500 1/min auf den abgeleiteten Wert R_IDLE – K – K_1α2 abfällt, wie durch die Kurve R_REF wiedergegeben. R_IDLE ist beispielsweise 2500 1/min oder weniger.
Dieses allmähliche Abfallen der Bezugsdrehzahl ruft eine Ausweitung der Differenz zwischen Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl hervor, was fortschreitendes Einkuppeln der Kupplung (14) bewirkt, was wiederum die Motordrehzahl, wie in Kurve R_ENG gezeigt, abfallen läßt. In diesem Beispiel ist der Anfahrvorgang abgeschlossen, wenn die Drehzahl der Druckplatte mit der Motordrehzahl übereinstimmt, was beispielsweise zum Zeitpunkt t₁ der Fall sein kann. In Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung wird die Anfahrregelung der Kupplung, basierend auf der Differenz zwischen Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl, fortgeführt, bis die Drehzahl der Druckplatte mit der Motordrehzahl übereinstimmt und kein Kupplungsschlupf mehr vorliegt. Allerdings bieten sich Vorteile, wenn die Kupplungsbetätigung dergestalt gesteuert wird, daß ein geringes Maß an Kupplungsschlupf beibehalten wird, während der Anfahrgang geschaltet ist. Liegt Kupplungsschlupf vor, dann wird das von der Kupplung übertragene Drehmoment durch das Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung bestimmt. Plötzliche Drehmomentschwankungen können hierdurch vermieden werden. Ist die Kupplung nicht vollständig geschlossen, dann wird zudem ein geringeres Bewegungsspiel des Kupplungsausrückmechanismus benötigt, um die Kupplung für den nächsten Schaltvorgang wieder auszukuppeln, so daß ein Hochschalten aus dem Anfahrgang schneller erfolgen kann.
Während der abschließenden Phase des Anfahrvorgangs, wenn sich die Drehzahl der Druckplatte der Motordrehzahl annähert, kann die Kupplungsbetätigung durch das Steuersystem folglich dergestalt erfolgen, daß sich die Motordrehzahl asymptotisch einem Versatzwert der Drehzahl der Druckplatte annähert. Typischerweise beträgt der Wert dieses Versatzes ca. 50 1/min. Dies hat den Vorteil sanfterer Drehmomentübertragung, da die Beschleunigung des Motors nach der Konvergenz der Motordrehzahl und der Drehzahl der Druckplatte und deren gemeinsamem Ansteigen progressiv ist. Wurde der Anfahrvorgang eingeleitet, kann dieser abgebrochen werden, indem die Drosselklappe über eine geschlossene Drosselklappenstellung hinaus geschlossen wird, welche normalerweise dem unteren Schwellenwert entspricht. Wenn dies passiert, wird der Anfahrvorgang dadurch abgebrochen, daß die Bezugsdrehzahl fortschreitend angehoben wird, bis der Trennvorgang der Kupplung vollzogen wurde. Ist die Drosselklappe über den unteren Schwellenwert hinausgehend geöffnet, dann wird der Einkuppelzustand der Kupplung zurückgenommen, wenn die Drosselklappe geschlossen wird, da Motordrehzahl und Bezugsdrehzahl näher zueinander gebracht werden.
Des weiteren können Mittel für ein Abbrechen des Anfahrvorgang nach Schalten eines Anfahrganges bereitgestellt werden für den Fall, daß keine Maßnahmen ergriffen werden, die Drosselklappenöffnung über den unteren Schwellenwert hinaus anzuheben. Dies kann über eine Zeitgeberschaltung erfolgen. Der Anfahrvorgang kann auch abgebrochen werden, wenn nach Verstreichen einer festgelegten Zeitspanne die Voraussetzungen für das Abschließen des Anfahrvorgangs nicht gegeben sind.
Unterschiedlichste Modifikationen können ohne ein Abweichen von der hier vorgestellten Erfindung vorgenommen werden. Während beispielsweise in der oben beschriebenen Ausführungsform die Kupplungsbetätigung über ein hydraulisches Stellglied erfolgt, kann dies alternativ auch mit einem pneumatischen Stellglied oder auf elektrischem Wege, z. B. mittels eines Elektromotors, bewerkstelligt werden.
Ein Kupplungssteuersystem für die automatische Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung, über die ein Motor mit einem Getriebe verbunden ist, wobei das Getriebe eine Vielzahl von fixierten Übersetzungsverhältnissen und eine Gangschalteinrichtung besitzt, vermittels deren die Neutralstellung oder eines der fixierten Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können; das Kraftfahrzeug verfügt zudem über ein Fahrpedal zur Regelung der Motordrehzahl, und das Kupplungssteuersystem kuppelt automatisch die Kupplung ein oder aus, um eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zu ermöglichen. Das Kupplungssteuersystem gestattet ein Einkuppeln der Kupplung beim Anfahren aus dem Stand durch Schalten eines Anfahrganges und nachfolgende Drosselklappenbetätigung über einen ersten Schwellenwert hinaus, wodurch die Kupplung bis zu jener Stellung eingekuppelt wird, bei der nachfolgend jegliches Spiel im Antriebsstrang aufgenommen wird. Weiteres Einkuppeln der Kupplung hängt von der Differenz zwischen der faktischen Motordrehzahl (R_ENG) und einer Bezugsdrehzahl (R_REF) ab, wobei die Bezugsdrehzahl (R_REF) dergestalt abgeleitet wird, daß die Differenz zwischen faktischer Motordrehzahl (R_ENG) und Bezugsdrehzahl (R_REF) ein Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung erbringt, durch das ein Drehmoment weitergeleitet wird, welches im wesentlichen dem vom Motor bei der faktischen Motordrehzahl (R_ENG) abgegebenen Drehmoment über den gesamten Bereich von Drosselklappen-Öffnungsstellungen gleicht, wie sie beim Anfahren aus dem Stand angetroffen werden.

Claims

Kupplungssteuervorrichtung (36, 38) für die automatische Betätigung einer Kupplung (14) eines Kraftfahrzeuges, über die ein Motor (10) mit einem Getriebe (12) verbunden ist, wobei das Getriebe (12) eine Vielzahl von fixierten Übersetzungsverhältnissen und eine Gangschalteinrichtung (24) besitzt, mittels derer eine Neutralstellung oder eines der fixierten Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können; das Kraftfahrzeug verfügt zudem über ein Fahrpedal (19) zur Regelung der Motordrehzahl (R_ENG), und die Kupplungssteuervorrichtung (36, 38) kuppelt automatisch die Kupplung (14) ein oder aus, um eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zu ermöglichen, die Kupplungssteuervorrichtung (36, 38) ist dadurch charakterisiert, daß ein Einkuppeln der Kupplung (14) beim Anfahren aus dem Stand dadurch in die Wege geleitet wird, daß ein Anfahrgang geschaltet wird, wobei beim Schalten des Anfahrgangs die Kupplung (14) bis zu einer Kontaktstellung eingekuppelt wird, bei der Reibscheibe und Druckplatte einander erstmals berühren und bei nachfolgender Drosselklappenbetätigung über einen ersten Schwellenwert hinaus die Kupplung (14) bis zu jener Stellung eingekuppelt wird, bei der das Spiel im Antriebsstrang aufgenommen wird; das Fortsetzen des Einkuppelns der Kupplung (14) hängt dann von der Differenz zwischen der faktischen Motordrehzahl (R_ENG) und einer Bezugsdrehzahl (R_REF) ab, wobei die Bezugsdrehzahl (R_REF) dergestalt abgeleitet wird, daß die Differenz zwischen faktischer Motordrehzahl (R_ENG) und Bezugsdrehzahl (R_REF) ein Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung (14) erbringt, durch das ein Drehmoment durch die Kupplung (14) übertragen wird, welches dem vom Motor (10) bei der faktischen Motordrehzahl (R_ENG) abgegebenen Drehmoment über den gesamten Bereich der Drosselklappenöffnung (α) gleicht, wie sie beim Anfahren aus dem Stand angetroffen werden, wobei die Bezugsdrehzahl (R_REF) sich mit der Drosselklappenöffnung (α) ändert, damit das Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung (14) dergestalt eingeregelt wird, daß das von der Kupplung (14) übertragene Drehmoment dem vom Motor (10) generierten Drehmoment angepaßt wird, wobei die Bezugsdrehzahl (R_REF) eine Funktion der Drosselklappenöffnung (α), des geschalteten Ganges und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wobei die Bezugsdrehzahl (R_REF) desweiteren von der Ausgangsdrehzahl (R_INT) des Motors (10) dadurch abgeleitet wird, daß eine Konstante und eine erste, von der Drosselklappenöffnung (α) abhängige Funktion von der Ausgangsdrehzahl (R_INT) des Motors (10) subtrahiert wird und daß bei Drosselklappenöffnung (α) jenseits eines Schwellenwertes eine zweite, von der Drosselklappenöffnung (α) abhängige Funktion addiert wird.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch charakterisiert, daß beim Fortsetzen des Einkuppelns der Kupplung (14) die Kupplung (14) dergestalt betätigt wird, daß das maximal von der Kupplung (14) übertragbare Drehmoment etwas geringer als das vom Motor (10) generierte Drehmoment ist, was Aufrechterhaltung eines geringen Maßes an Kupplungsschlupf gestattet, während sich die Drehgeschwindigkeit der Druckplatte der Motordrehzahl (R_ENG) annähert.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, das dadurch charakterisiert ist, daß bei Drosselklappenöffnung (a) jenseits eines zweiten Schwellenwertes (a_T) die Bezugsdrehzahl (R_REF) auf einen Maximalwert begrenzt ist.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch charakterisiert, daß die Bezugsdrehzahl (R_REF) auf einen Maximalwert von bis zu 1000 1/min über der Leerlaufdrehzahl des Motors (10) begrenzt ist.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch charakterisiert, daß der zweite Schwellenwert (a_T) für die Drosselklappenöffnung (a) zwischen 40 und 60% der maximalen Drosselklappenöffnung liegt.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch charakterisiert, daß für die Ableitung der Bezugsdrehzahl (R_REF) eine Pufferung erfolgt, wodurch die Änderungsrate der Bezugsdrehzahl (R_REF) mit der Drosselklappenöffnung (α) auf die Änderungsrate der Motordrehzahl (R_ENG) mit der Drosselklappenöffnung (a) abgeglichen wird.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch charakterisiert, daß die Bezugsdrehzahl (R_REF) durch einen Tiefpaß gefiltert wird, so daß eine dynamische Entsprechung der Bezugsdrehzahl (R_REF) und der Motordrehzahl (R_ENG) mit sich ändernder Drosselklappenöffnung (α) gegeben ist.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch charakterisiert, daß die Charakteristika des Tiefpasses variieren in Abhängigkeit von zumindest einem der folgenden Größen: geschalteter Anfahrgang, Drosselklappenöffnung (α), Getriebedrehzahl und/oder Fahrgeschwindigkeit.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch charakterisiert, daß der Ausgangswert am Tiefpaßausgang gleich der Ausgangsdrehzahl (R_INT) des Motors (10) ist.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch charakterisiert, daß der Ausgang des Tiefpasses sich dem durch die Drosselklappenöffnung (a) bestimmten Wert der Bezugsdrehzahl (R_REF) annähert.
Kupplungssteuervorrichtung gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch charakterisiert, daß bei der Ableitung der Bezugsdrehzahl (R_REF) aus der Ausgangsdrehzahl des Motors (R_INT) die Ausgangsdrehzahl exponentiell auf die Leerlaufdrehzahl des Motors (10) reduziert wird.