DE3028250C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer Kraftfahrzeugreibungskupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Automatisierung des Kupplungsvorgangs bei Kraftfahr­ zeugen werden üblicherweise Drehmomentwandler benutzt, die aufgrund des hohen konstruktiven Aufwands jedoch relativ teuer sind. Zur Minderung des konstruktiven Aufwands wurde bereits versucht, herkömmliche Kraftfahr­ zeugreibungskupplungen durch einen Fliehkraftschalter zu betätigen, der die Kupplung oberhalb der Leerlaufdrehzahl einrückt. Diese Kupplungen haben sich als nur bedingt brauchbar erwiesen, da sich die drehzahlabhängige Einkup­ pelcharakteristik des Fliehkraftschalters nur schwer mit der drehzahlabhängigen Drehmomentcharakteristik des Motors in Einklang bringen läßt. Um auch das Anfahren am Berg zu ermöglichen, muß der Einkuppelpunkt des Flieh­ kraftschalters in den Bereich des maximalen Drehmoments und damit in den Bereich einer relativ hohen Motordreh­ zahl gelegt werden. Dies hat zur Folge, daß auch im flachen Gelände stets mit relativ hoher Drehzahl angefah­ ren werden muß, was sich insbesondere beim Rangieren des Fahrzeugs als störend erweist.

Aus der DE-A-28 33 961 ist eine automatische Betätigungs­ vorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung bekannt, bei welcher die Reibungskupplung von einer Steuerung abhängig von der Fahrpedalstellung gesteuert wird. Die Steuerung spricht mit Hilfe von Drehzahlfühlern auf die Drehzahldifferenz zwischen der Motordrehzahl und der Eingangsdrehzahl des Getriebes an. Den einzelnen Fahrpedalstellungen sind Drehzahlbereiche vorgegeben, in welchen die momentane Motordrehzahl sich bewegen darf. Ein pneumatischer Stellantrieb steuert die Reibungskupp­ lung so, daß sich die Motordrehzahl innerhalb des erlaub­ ten, abhängig von der Stellung des Fahrpedals sich ver­ schiebenden Drehzahlbereichs hält. Eine Positionsüber­ wachung der momenanten Position des Kupplungsausrückers ist nicht vorgesehen. Da bei der bekannten Betätigungs­ vorrichtung die momentane Position des Kupplungsausrük­ kers nur unzureichend exakt der momentanen Einstellung des Fahrpedals zugeordnet werden kann, ergeben sich Probleme bei der Steuerung der Reibungskupplung im Ran­ gierbetrieb des Kraftfahrzeugs.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur auto­ matischen Betätigung einer Reibungskupplung eines Kraft­ fahrzeugs zu schaffen, bei der das Einrückverhalten der Reibungskupplung besser den unterschiedlichsten Fahrsitu­ ationen, insbesondere beim Anfahren des Kraftfahrzeugs, angepaßt werden kann.

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

Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsbetätigungsvorrichtung erlaubt der Positionier-Servoantrieb das Einstellen der Reibungskupplung auf eine durch ein Positions-Sollsignal einer Positionssteuerung bestimmte Betätigungsposition. Die Positionssteuerung, die nach Art einer Programmsteue­ rung arbeitet, weist einen Steuersignalgenerator auf, welcher einen vorbestimmten charakteristischen Zusammen­ hang zwischen einem von einem Drehzahlgeber erzeugten, der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Dreh­ zahlsignal und dem Positions-Sollsignal festlegt. Im Schleifbereich zwischen einer Grenzposition beginnender Drehmomentübertragung und einer Einkuppelposition, in welcher die Kupplung vollständig eingekuppelt ist, wird das Positions-Sollsignal abhängig von dem Drehzahlsignal erzeugt. Auf diese Weise kann der Fahrer über das Fahrpe­ dal die Motordrehzahl steuern und damit unmittelbar das Einrücken der Kupplung beeinflussen. Dies erlaubt nicht nur praxisgerechtes Anfahren, sondern erleichtert auch den Rangierbetrieb.

Durch geeignete Bemessung der von dem Steuersignalgenera­ tor, nachfolgend auch Funktionsgeber genannt, vorgegebe­ nen Charakteristik kann auf diese Weise die Einkuppelcha­ rakteristik vorgegeben und den Anforderungen herkömmli­ cher Kraftfahrzeugreibungskupplungen, zum Beispiel den üblichen Scheiben-Trockenkupplungen, angepaßt werden.

Bei dem Steuersignalgenerator kann es sich um einen Festwertspeicher handeln, dessen gespeicherte Informatio­ nen motordrehzahlabhängig abgerufen werden. In dem Fest­ wertspeicher können mehrere Funktionen gespeichert sein, deren Auswahl beispielsweise abhängig von einem oder mehreren weiteren Betriebsparametern des Motors oder der Fahrsituation des Fahrzeugs erfolgen kann. Die Auswahl kann beispielsweise von einem Mikroprozessor gesteuert werden, der auch weitere Funktionen der Positionssteue­ rung übernimmt. Als Steuersignalgenerator eignen sich aber auch diskret aufgebaute Schaltungen, deren Übertra­ gungsfaktor der vorgegebenen Positionscharakteristik entsprechend bemessen ist. Durch Ein­ stellung und Veränderung der Parameter solcher Schaltungen lassen sich auch bei dieser Lösung weitere Motor- oder Fahrsituationsparameter berücksichtigen. Die Betätigungsvorrichtung kann sowohl bei handgeschalteten Getrieben als auch bei Getrieben benutzt werden, bei welchen die Gänge servogesteuert gewechselt werden.

Das vom Motor abgegebene Drehmoment ist einerseits von der Motordrehzahl abhängig und andererseits von der Einstellung eines das Motordrehmoment beeinflussenden Einstellorgans. Bei diesem Einstellorgan kann es sich um das Gaspedal, die Starterklappe, die Drosselklappe oder gegebenenfalls das Stellglied einer Einspritzpumpe handeln. Weiterhin ist bei herkömmlichen Reibungskupplungen die Einkuppelposition, das heißt diejenige Position ihres Betätigungsorgans, bei welcher die Kupplung gerade nicht mehr rutscht ebenfalls von dem Motordrehmoment abhängig. In einer bevorzugten Ausführungsform wird diesem Verhalten dadurch Rechnung getragen, daß die entsprechend der Charakteristik der Positionssteuerung vorgegebene Zuordnung der Einkuppelposition zur Motordrehzahl abhängig von der Einstellung des das Motordrehmoment beeinflussenden Einstellorgans änderbar ist. Die Änderung erfolgt in der Weise, daß die Einkuppelposition mit wachsenden Drehmoment bei zunehmenden Motordrehzahlwerten erreicht wird. Auf diese Weise wird die Einkuppelposition bei niederer Drehzahl etwa beim Rangieren des Fahrzeugs oder beim üblichen Anfahren bereits bei wenig Gas erreicht. Bei Vollgas hingegen wird die Einkuppelposition erst bei hohen Drehzahlen erreicht, bei welchen üblicherweise auch das maximale Drehmoment des Motors liegt. Optimale Verhältnisse ergeben sich, wenn die Einkuppelposition abhängig von der Einstellung des Einstellorgans im wesentlichen derjenigen Motordrehzahl zugeordnet ist, bei welcher das maximale Motordrehmoment für diese Einstellung des Einstellorgans auftritt.

Ein wesentlicher Nachteil fliehkraftbetätigter Kraftfahr­ zeugkupplungen ist, daß die Einkuppeldrehzahl festliegt und beim Anfahren nicht überschritten werden kann. Die Einkuppeldrehzahl muß deshalb mit derjenigen Motordreh­ zahl übereinstimmen, bei welcher das maximale Motordreh­ moment erreicht wird. Beim Rangieren muß also mit un­ nötig hoher Motordrehzahl gefahren werden. Dieser Nach­ teil wird vermieden, wenn die Positionssteuerung die An­ triebsvorrichtung mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung auf die vom Steuersignalgenerator vorgegebene Position einstellt. Wird, wie etwa beim Rangieren des Fahrzeugs nur wenig Gas gegeben, so erhöht sich die Motordrehzahl langsam bezogen auf die vorgegebene Zeitverzögerung, so daß die Positions­ steuerung die Position des Betätigungsorgans der Kupplung entsprechend der vom Steuersignalgenerator bestimmten Charakteristik einstellen kann. Aufgrund der vorgegebenen Zeitverzögerung kann jedoch auch mit Vollgas und hoher Motordrehzahl angefahren werden, da die vorgegebene Zeitverzögerung zur Beschleunigung des Motors ausreicht, bis die Positionssteuerung die Kupplung einrückt. In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform kann dieses Einkuppelverhalten dadurch erreicht werden, daß der Einkuppelbetriebsablauf der Positionssteuerung über eine auf die Motordrehzahl ansprechende Schwellwertstufe bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Schwellwerts aus­ lösbar ist und daß eine Verzögerungsstufe den Beginn des Einkuppelbetriebsablaufs um eine vorgegebene Zeitspanne gegen den Auslösezeitpunkt der Schwellwertstufe verzögert. Das Ausgangssignal der Positionssteuerung folgt somit nicht der plötzlichen Drehzahländerung sondern nähert sich dem geänderten Drehzahlwert zeitlich verzögert entsprechend einer Exponentialfunktion.

Bei Mehrganggetrieben spricht die Positionssteuerung bevor­ zugt auf dessen Gangeinstellung an, wobei vorgesehen ist, daß die motordrehzahlabhängige Charakteristik der Position des Betätigungsorgans der Kupplung abhängig von der Gangeinstellung vor­ gebbar ist. Auf diese Weise kann den in den einzelnen Gän­ gen normalerweise unterschiedlichen Fahrsituationen besser Rechnung getragen werden. Normalerweise genügen zwei unter­ schiedliche Funktionsprogramme, von denen das erste dem An­ fahrverhalten des Fahrzeugs im 1. Gang oder im Rückwärts­ gang angepaßt ist, während das zweite Programm den Gang­ wechsel der höheren Gänge während des Fahrbetriebs steuert.

Beim Anfahren gemäß dem ersten Funktionsprogramm wird ein brauchbares Einkuppelverhalten erreicht, wenn die Positions­ steuerung die Einkuppelposition und/oder die Position des Betätigungsorgans im Schleifbereich der Kupplung im wesent­ lichen proportional zur Motordrehzahl ändert. Eine solche Charakteristik läßt sich auf relativ einfache Weise in analoger Schaltungstechnik, beispielsweise mit Hilfe von Integratoren aufbauen. Ähnlich einfach realisieren läßt sich das den Einkuppelbetrieb beim Schalten der höheren Gänge bestimmende zweite Funktionsprogramm, wenn es die Position des Betätigungsorgans entsprechend einer Charak­ teristik steuert, bei der das Betätigungsorgan mit einer der Motordrehzahl proportionalen Bewegungsgeschwindigkeit bewegt wird. Ein solches Funktionsprogramm verkürzt die Einkuppelzeit mit wachsender Drehzahl.

Beim automatischen Betrieb der Kupplung muß die Kupplung nicht nur beim Wechseln der Gänge ausgerückt werden, son­ dern auch in sämtlichen Fahrsituationen, die zu einem Ab­ würgen des Motors führen können. Zur Steuerung des Aus­ kuppelbetriebes müssen mehrere Parameter durch Erzeugung von Steuersignalen berücksichtigt werden. Eine erste geeig­ nete Auskuppelbedingung kann aus der Einleitung des Gang­ wechsels abgeleitet werden, die beispielsweise mit Hilfe eines geteilten, einen Schaltkontakt betätigenden Ganghebels erfaßt werden kann. Eine zweite Auskuppelbedingung liegt be­ vorzugt vor, wenn ein vorgegebener Wert der Motordrehzahl unterschritten wird. Die Kupplung kann aber auch ausgerückt werden, wenn bei einem eingelegten Vorwärtsgang höher als der 1. Gang die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Auf diese Weise kann nicht nur das Anfahren in einem höheren Gang verhindert werden, sondern auch das Abwürgen des Motors, wenn das Fahrzeug bei eingelegtem Gang abgebremst wird. Die vor­ stehend erläuterten Auskuppelbedingungen reichen fur nor­ malerweise auftretende Fahrsituationen aus. Weitere Aus­ kuppelbedingungen können jedoch vorgesehen sein. Beispiels­ weise kann vorgesehen sein, daß die Kupplung abhängig von der Betätigung eines zusätzlichen Schalters, vorzugsweise eines Handschalters ausgerückt wird. Die auf diese Weise erzielte Freilauffunktion kann zur Kraftstoffeinsparung ausgenutzt werden, wobei das Ausrücken der Kupplung zweck­ mäßigerweise nur dann erfolgen sollte, wenn sich gleich­ zeitig das Gaspedal in Ruhestellung befindet.

Zweckmäßigerweise ist die Positionssteuerung bei Vorliegen einer der Auskuppelbedingungen für den Einkuppelbetrieb gesperrt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Aus­ kuppelbetrieb Vorrang gegenüber dem Einkuppelbetrieb hat. Der Einkuppelbetrieb wird vorzugsweise davon abhängig ge­ macht, das keine der überwachten Auskuppelbedingungen vor­ liegt.

Der Kupplungswegbereich zwischen der Auskuppelposition und der vorstehend erläuterten Grenzposition des Betätigungs­ organs der Kupplung umfaßt normalerweise etwa zwei Drittel des gesamten Betätigungswegs, während der Schleifbereich in der Größen­ ordnung von etwa 20 bis 40 Prozent des gesamten Bereichs liegt. Der Bereich zwischen der Auskuppelposition und der Grenzposition sollte beim Einkuppeln deshalb so rasch wie möglich durchlaufen werden. Zur Geschwindigkeitsumschaltung kann ein in der Grenzposition vom Betätigungsorgan betätig­ ter Schalter vorgesehen sein. Ein solcher Schalter erübrigt sich, wenn die Antriebsvorrichtung einen Positionsregel­ kreis aufweist, der die Ist-Position des Betätigungsorgans abhängig von einer durch die Positionssteuerung motordreh­ zahlabhängig vorgegebenen Soll-Position regelt. Die Positions­ steuerung dient hierbei als Sollwertgeber. Befindet sich das Betätigungsorgan im Bereich zwischen der Aus­ kuppelposition und der Grenzposition, so stimmt seine Position nicht mit der motordrehzahlbedingten Soll-Posi­ tion überein, so daß die Antriebsvorrichtung aufgrund des dann maximalen Fehlersignals mit maximaler Geschwindigkeit bewegt, bis die der Motordrehzahl entsprechende Soll-Posi­ tion erreicht ist.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Motor-Kupplung- Getriebe-Einheit eines Kraftfahrzeugs mit zugehöriger automatischer Kupplungsbetätigungsvorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm des Ausgangssignals U einer Positions­ steuerung der Vorrichtung dargestellt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n;

Fig. 3 ein Diagramm des Motordrehmoments M dargestellt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n;

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild eines Steuersignalgenerators für ein Anfahrprogramm und

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Steuersignalgenerators für ein Schaltprogramm zum Schalten höherer Gänge.

In Fig. 1 treibt ein Motor 1 eines Kraftfahrzeuges über eine Reibscheiben-Trockenkupplung 3 ein Mehrganggetriebe 5, des­ sen Gänge über einen nicht dargestellten Handschalthebel oder über eine Servosteuerung geschaltet werden. Die Kupplung 3 ist herkömmlich ausgebildet und mittels nicht näher dargestellter Federn so vorgespannt, daß sie bei nicht be­ tätigtem Betätigungsorgan 7 eingerückt ist. Mit dem Betäti­ gungsorgan 7 ist ein Servoantrieb 9 verbunden, der die Ist- Position des Betätigungsorgans 7 entsprechend einem über eine Leitung 11 aus einer nachfolgend auch als Programmsteuerung bezeichneten Positionssteuerung 13 zugeführten Sollwertsignals auf eine Soll-Position einstellt. Der Servo­ antrieb 9 umfaßt hierzu einen Elektromotor, dessen Ist-Posi­ tion erfaßt und abhängig von einem Sollwert-Istwert-Vergleich gesteuert wird.

Zum Ausrücken der Kupplung 3 wird dem Servoantrieb 9 über einen elektronischen, steuerbaren Schalter 15 aus einer Signalquelle 17 ein Sollwertsignal zugeführt, welches das Betätigungsorgan 7 in Fig. 1 nach links in die Auskuppel­ position der Kupplung 3 bewegt. Der Schalter 15 wird von einer Auskuppelsteuerung 19 gesteuert, die auf mehrere Aus­ kuppelbedingungen anspricht. Mittels eines Signalgebers 21, beispielsweise eines Schaltkontakts an einem geteilten Schalthebel des Getriebes 5 wird bei Einleitung des Gang­ wechsels ein erstes Steuersignal erzeugt, welches über einen ersten Eingang eines ODER-Gatters 23 dem mit seinem Steuereingang an den Ausgang des ODER-Gatters 23 angeschlos­ senen Schalters 15 zugeführt wird. Zur Ableitung einer zwei­ ten Auskuppelbedingung ist an einem Drehzahlgeber 25, wel­ cher ein der Motordrehzahl proportionales Signal erzeugt, eine Schwellwertstufe 27 angeschlossen, die ihrerseits mit einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 23 verbunden ist. Die Auskuppelbedingung wird erfüllt, wenn die Motordreh­ zahl n unter einen vorgegebenen Drehzahlwert n₀ sinkt. Der Drehzahlwert n₀ kann gleich oder etwas kleiner als die Leerlaufdrehzahl des Motors 1 sein. Durch diese Auskuppel­ bedingung wird sichergestellt, daß beim Abbremsen des Fahr­ zeugs zum Stillstand ausgekuppelt wird. Um zu verhindern, daß in höheren Gängen, beispielsweise dem zweiten, dritten oder vierten Gang angefahren wird und um zu verhindern, daß der Motor bei eingelegtem höheren Gang durch Abbremsen ab­ gewürgt wird, ist eine weitere Auskuppelbedingung vorgesehen. Diese wird bei eingelegtem höheren Gang erfüllt, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird mittels eines Tachometers 29 erfaßt, der ein der Geschwin­ digkeit proportionales Signal an eine Schwellwertstufe 31 abgibt. Die Schwellwertstufe 31 ist an einen ersten Eingang eines UND-Gatters 33 angeschlossen, welches ausgangsseitig mit einem dritten Eingang des ODER-Gatters 23 verbunden ist. Zur Erfassung eingelegter höherer Gänge ist ein auf den eingelegten 1. Gang oder eingelegten Rückwärtsgang anspre­ chender Signalgeber 35 vorgesehen, dessen Ausgang über einen Negator 37 mit einem zweiten Eingang des UND-Gatters 33 ver­ bunden ist. Zur Kennzeichnung der höheren Gänge wird das negierte, binäre Ausgangssignal des Signalgebers 35 ausge­ nutzt. An einem vierten Eingang des ODER-Gatters 23 ist der Ausgang eines UND-Gatters 39 angeschlossen, dessen Eingänge mit je einem Signalgeber 41 bzw. 43 verbunden sind. Der Signalgeber 41 spricht auf die Ruhestellung des Gaspedals des Fahrzeugs an, während der Signalgeber 43 einen Hand­ schalter umfaßt. Mit Hilfe des Handschalters des Signal­ gebers 43 kann die Kupplung 3 bei in Ruhestellung befind­ lichem Gaspedal im Sinne eines Freilaufs zur Kraftstoffer­ sparnis ausgekuppelt werden.

Der Einkuppelvorgang wird abhängig von der Gangstellung des Getriebes 5 gesteuert. Zur Steuerung beim Anfahren des Fahr­ zeugs ist ein erster, nachfolgend auch als erste Funktionsgeberstufe bezeichneter Steuersignalgenerator 45 vorgesehen, dessen Ausgang über einen steuerbaren, elektronischen Schalter 47 mit der Sollwertsignalleitung 11 des Servoantriebs 9 verbunden ist. Die Sollwertsignalleitung 11 ist ferner über einen weiteren elektronischen, steuerbaren Schalter 49 mit einem zweiten, nachfolgend auch als zweite Funktionsgeberstufe bezeichneten Steuersignalgenerator 51 verbunden, der das Einkuppeln beim Gangwechsels während des Fahrbetriebs steuert.

Die Steuersignalgeneratoren bzw. Funktionsgeberstufen 45 und 51 sind mit dem Drehzahl­ geber 25 verbunden und steuern in nachfolgend noch näher erläuterter Weise die Position des Betätigungsorgans 7 abhängig von der Motordrehzahl.

Die Einkuppelprogramme der Funktionsgeberstufen 45, 51 können nur ausgeführt werden, wenn keine der Auskuppelbe­ dingungen erfüllt ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 23 ist über einen Negator 52 mit je einem UND-Gatter 55 bzw. 57 verbunden. Das UND-Gatter 55 steuert über ein Zeitver­ zögerungsglied 59 mit vorgegebener Zeitkonstante den Schal­ ter 47. An seinem zweiten Eingang ist der bei eingelegtem 1. Gang oder Rückwärtsgang ansprechende Signalgeber 35 an­ geschlossen. Die Eingangsbedingung des UND-Gatters 55 ist erfüllt, wenn der 1. Gang bzw. der Rückwärtsgang eingelegt ist und keine der Auskuppelbedingungen vorliegt. Beim An­ fahren ist dies dann der Fall, wenn durch Gasgeben die Motordrehzahl den durch die Schwellwertstufe 27 vorgege­ benen Drehzahlwert n₀ überschreitet. Nach Ablauf der Zeit­ konstante des Zeitverzögerungsglieds 59 wird der Schalter 47 geschlossen und die Kupplung 3 entsprechend dem dreh­ zahlabhängigen Programm der ersten Funktionsgeberstufe 45 eingerückt. Wird zum Anfahren wenig Gas gegeben, so erhöht sich die Motordrehzahl nur allmählich, so daß die Kupplung 3 trotz der Einrückverzögerung durch das Zeitverzögerungs­ glied 59 im wesentlichen bei der durch die Schwellwertstufe 27 vorgegebenen Drehzahl n₀ einzurücken beginnt. Wird mit Vollgas angefahren, so kann der Motor 1 während der Zeit­ verzögerung durch das Zeitverzögerungsglied 59 auf eine hohe Drehzahl im Bereich seines maximalen Drehmoments be­ schleunigen, bevor der Schalter 47 zur Einleitung des An­ fahrprogramms geschlossen wird.

Das Einkuppelprogramm beim Schalten höherer Gänge wird ein­ geleitet, wenn die Bedingungen für das Anfahrprogramm nicht vorliegen und auch keine der Auskuppelbedingungen erfüllt ist. Das ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Schalters 49 verbundene UND-Gatter 57 ist zu diesem Zweck mit seinem einen Eingang an den Negator 53 und mit seinem anderen Ein­ gang über einen Negator 61 an den Ausgang des UND-Gatters 55 angeschlossen.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Sollwertsignals U des Anfahr­ programms in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n. Das Soll­ wertsignal U bestimmt die Position des Betätigungsorgans 7 der Kupplung 3 und wird dem Servoantrieb 9 über die Leitung 11 zugeführt. Es umfaßt im wesentlichen zwei Signalbereiche, von denen der erste das Verhalten unterhalb der durch die Schwellwertstufe 27 (Fig. 1) bestimmten Grenzdrehzahl n₀ bestimmt und der zweite das Verhalten oberhalb dieser Grenz­ drehzahl. Unterhalb der Grenzdrehzahl hat das Sollwertsignal den Wert U₀ der Signalquelle 17 (Fig. 1), also einen Wert, bei dem der Servoantrieb 9 die Kupplung 3 vollständig aus­ rückt. Das Sollwertsignal ist in diesem Bereich konstant, so daß die Kupplung 3 bei Drehzahlen kleiner n₀ drehzahl­ unabhängig ausgerückt bleibt. Bei eingeschaltetem 1. Gang bzw. Rückwärtsgang wird die Kupplung 3 entsprechend dem von der Funktionsgeberstufe 45 vorgegebenen Anfahrprogramm ein­ gerückt. Die Funktionsgeberstufe 45 erzeugt ein linear mit der Drehzahl n wachsendes Sollwertsignal, wie es in Fig. 2 bei 63 dargestellt ist. Überschreitet die Motordrehzahl die Grenzdrehzahl n₀, so wird die Signalquelle 17 durch Öffnen des Schalters 15 abgeschaltet und die Funktionsgeberstufe 45 durch Schließen des Schalters 47 eingeschaltet. Das Soll­ wertsignal U ändert sich von dem die Auskuppelposition fest­ legenden Wert U₀ auf einen Wert U_g. Der Wert U_g ist so ge­ wählt, daß im statischen Zustand bei diesem Wert die Kupp­ lung 3 gerade noch kein Drehmoment bzw. nur ein Drehmoment überträgt, welches das Fahrzeug noch nicht in Bewegung zu setzen vermag. Der Signalsprung des Sollwertsignals U vom Wert U₀ auf den Wert U_g erzeugt im Servoantrieb 9 ein Fehlersignal, aufgrund dessen der Servoantrieb 9 das Be­ tätigungsorgan 7 mit maximaler Geschwindigkeit in die Grenzposition bewegt. Oberhalb der Grenzposition schließt sich der Schleifbereich der Kupplung 3 an, in welchem das von der Kupplung 3 übertragene Drehmoment linear abhängig von der Motordrehzahl n, also durch die Gaspedalstellung bestimmt werden kann. Der Schleifbereich erstreckt sich zwischen der durch die Grenzdrehzahl n₀ bestimmten Grenz­ position und einer Einkuppelposition E, die bei einer Ein­ kuppeldrehzahl n_e erreicht wird. Unter der Einkuppelposi­ tion E soll diejenige Position verstanden werden, bei der die Kupplung 3 gerade nicht mehr rutscht. Oberhalb der Einkuppeldrehzahl n_e schließt sich der Einkuppelbereich an, in welchem die Kupplung unabhängig von der Motordreh­ zahl n und auch unabhängig von der Größe des Sollwertsig­ nals U vollständig eingerückt bleibt.

Um den drehzahlabhängigen Verlauf des Sollwertsignals 63 der Funktionsgeberstufe 45 sowohl hinsichtlich der Grenz­ position als auch der Einkuppelposition der Kupplung an­ passen zu können, kann über die Funktionsgeberstufe 45 sowohl die Steigung als auch die drehzahlproportionale Amplitude der Sollwertsignalkurve verändert werden, wie dies bei 65 bzw. 67 in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien angedeutet ist. Auf diese Weise kann einerseits der bei der Grenzdrehzahl n₀ zu erreichende Wert U_e als auch der Ein­ kuppelpunkt E sowohl hinsichtlich der Einkuppeldrehzahl n_e als auch hinsichtlich des Werts U_e des Sollwertsignals ver­ ändert werden.

Die Einkuppelposition E hängt bei Reibungskupplungen von dem zu übertragenden Motordrehmoment ab. Bei kleinem zu übertragenden Motordrehmoment genügt ein geringer Reib­ schluß, während zur Übertragung des maximalen Drehmoments ein hoher Reibschluß erreicht werden muß, bevor die Kupplung nicht mehr rutscht. Fig. 3 zeigt mit ausgezogenen Linien Kurven des Motordrehmoments M in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n für verschiedene Stellungen eines die Motorleistung bestimmenden Organs, beispielsweise des Gaspedals, der Drosselklappenstellung oder des Stell­ glieds einer Einspritzpumpe. Die Vollgasstellung ist mit 100% bezeichnet. Zwischenstellungen sind für die Werte 25%, 50% und 75% angegebenen. Jede der Drehmomentkur­ ven durchläuft bei einer anderen Drehzahl n ein Maximum. Als Beispiel ist für die Drehmomentkurve 50% die Dreh­ zahl, bei der das Drehmomentmaxiumum M_max 50% auftritt mit n_max 50% eingezeichnet. Der drehzahlabhängige Verlauf des Sollwertsignals der Funktionsgeberstufe 45 wird in Ab­ hängigkeit von dem die Leistung bestimmenden Organ des Motors so gesteuert, daß die Einkuppelposition stets bei der dem maximalen Drehmoment zugeordneten Drehzahl erreicht wird. In Fig. 3 wird die Einkuppelposition E_50% bei der Drehzahl n_{max 50%} erreicht. Die als Beispiel ferner ange­ gebene Einkuppelposition E_75% wird bei einer höheren Dreh­ zahl erreicht. Fig. 2 zeigt die Verschiebung der Einkuppel­ position bei einer Erhöhung der Motorleistung beim Gasgeben. Bei Erhöhung der Motorleistung durch Gasgeben verschiebt sich die Einkuppelposition E sowohl zu höheren Drehzahlen als auch zu Werten des Sollwertsignals U hin, bei welchen der Reibschluß der Kupplung 3 erhöht wird. Eine solche Ein­ kuppelposition ist in Fig. 2 bei E′ eingezeichnet. Sie tritt bei der Einkuppeldrehzahl n′_e und einem Wert U′_e des Soll­ wertsignals auf. Die Anpassung der Einkuppelposition an die Leistungseinstellung des Motors 1 erfolgt über einen, z. B. auf die Gaspedalstellung ansprechenden Geber 69 (Fig. 1) der mit der Funktionsgeberstufe 45 verbunden ist. Der Geber 69 beeinfluß, wie anhand der Fig. 2 erläutert wurde, die Charakteristik des von der Funktionsgeberstufe 45 erzeugten Sollwertsignals U.

Die Charakteristik des von der Funktionsgeberstufe 45 erzeugten Sollwertsignals zeigt nach Fig. 2 eine lineare Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Abhängig vom gewünsch­ ten Einkuppelverhalten können auch andere Kurvenformen gewählt werden. Fig. 4 zeigt ein einfaches Beispiel für die Realisierung der Funktionsgeberstufe 45 bei linearer Charakteristik. Die Schaltung umfaßt einen Integrator 69, der an seinem Eingang 71 Impulse aufnimmt, die der Dreh­ zahlgeber 25 mit der Drehzahl proportionalen Frequenz er­ zeugt. An dem Eingang 71 ist ein integrierendes RC-Glied bestehend aus einem vorzugsweise einstellbaren Serien­ widerstand 73 und einem nachfolgenden parallel geschal­ teten Kondensator 75 angeschlossen. Der Ausgang des RC- Glieds, das heißt der Verbindungspunkt des Serienwider­ stands 73 und des Kondensators 75 ist mit dem nicht inver­ tierenden Eingang eines Operationsverstärkers 77 verbunden, dessen invertierender Eingang vom Ausgang her rückgekoppelt ist. Parallel zum Kondensator 75 ist die Kollektor-Emitter­ strecke eines Transistors 79 angeschlossen, dessen Basis mit der Auskuppelsteuerung 19 verbunden ist. Bei Vorliegen einer Auskuppelbedingung ist der Transistor 79 durchge­ schaltet und schließt den Kondensator 75 kurz. Liegt keine Auskuppelbedingung vor, so ist der Transistor 79 offen, so daß die Impulse des Drehzahlgebers 25 den Kondensator 75 laden können. Die Impedanz des Transistors 79 zwischen Kollektor und Emitter bestimmt sowohl bei offenem als auch durchgeschaltetem Transistor 79 die Entladezeitkonstante des RC-Glieds und damit die Spannung, auf die sich der Kon­ densator 75 drehzahlabhängig aufladen kann. An den Ausgang des Operationsverstärkers 77 des Integrators 69 ist über einen der Entkopplung dienenden, invertierenden Verstärker 81 ein weiterer Operationsverstärker 83 angeschlossen, an dessen Ausgang 85 das Sollwertsignal abgenommen werden kann. Der Ausgang des Verstärkers 81 ist in üblicher Weise über einen Eingangswiderstand 87 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 83 angeschlossen. Der invertierende Eingang ist über einen vorzugsweise einstellbaren Wider­ stand 89 zum Ausgang des Operationsverstärkers 83 rückge­ koppelt. Der nicht invertierende Eingang des Operations­ verstärkers 83 ist mit einer Vorspannungsquelle, hier in Form eines Einstellwiderstands 91 verbunden. Die Steigung der drehzahlabhängig erzeugten Kurve des Sollwertsignals kann an dem Widerstand 73 eingestellt werden, welcher die Zeitkonstante des RC-Glieds mitbestimmt. Der Widerstand 89 erlaubt die Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 83, während der Widerstand 91 die Einstellung der Null­ punktslage der Sollwertkurve erlaubt.

Die Funktionsgeberstufe 51 (Fig. 1) erzeugt ein zeitlich ansteigendes Sollwertsignal, dessen Anstiegsgeschwindig­ keit proportional zur Motordrehzahl ist. Die Einrückzeit der Kupplung 3 ist damit umgekehrt proportional zur Motor­ drehzahl. Je höher die Motordrehzahl ist, desto größer ist die zeitliche Anstiegsgeschwindigkeit des Sollwertsignals und desto kleiner ist die zum Durchlaufen des Schleifbe­ reichs zwischen der Grenzposition und der Einkuppelposi­ tion benötigte Zeitspanne.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Schaltung der Funktionsgeber­ stufe 51. Einem Eingang 93 eines ersten Integrators 95 werden wiederum die vom Drehzahlgeber 25 mit der Motordreh­ zahl proportionalen Frequenz erzeugten Impulse zugeführt. Der Integrator 95 ist herkömmlich ausgebildet und umfaßt einen Operationsverstärker 97 dessen invertierter Eingang über einen Eingangswiderstand 99 mit dem Eingang 93 und über die Parallelschaltung eines Kondensators 101 und eines Widerstands 103 zum Ausgang rückgekoppelt ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 97 ist an eine als Spannungsteilerschaltung dargestellte Vorspannungsquelle 105 angeschlossen. Der Integrator 95 erzeugt an seinem Ausgang ein der Motordrehzahl proportionales Signal, welches über einen vorzugsweise einstellbaren Widerstand 107 und eine Entkopplungsdiode 109 einem zweiten Integrator 111 zugeführt wird, der an seinem Ausgang 113 das den Servoantrieb 9 steuernde Sollwertsignal abgibt. Der Inte­ grator 111 integriert das Ausgangssignal des Integrators 95 zeitabhängig, erzeugt also ein zeitlich ansteigendes Ausgangssignal, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit pro­ portional der Ausgangsspannung des Integrators 95, das heißt proportional zur Motordrehzahl ist. Der Integrator 111 umfaßt einen Operationsverstärker 115, dessen, das Ausgangssignal des Integrators 95 aufnehmender, inver­ tierender Eingang über einen Kondensator 117 zum Ausgang hin rückgekoppelt ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 115 ist an eine als Spannungs­ teilerschaltung 119 dargestellte Vorspannungsquelle ange­ schlossen. Parallel zum Kondensator 117 ist ein einstell­ barer Entladekreis 121 angeschlossen. Der Entladekreis 121 umfaßt einen Operationsverstärker 123, dessen nicht inver­ tierender Eingang mit dem Ausgang des Integrators 111 ver­ bunden ist und dessen Ausgang über einen Widerstand 125 und eine Entkopplungsdiode 127 an den invertierenden Ein­ gang des Operationsverstärkers 115 angeschlossen ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 123 ist an eine als Potentiometer dargestellte, einstellbare Vor­ spannungsquelle 129 angeschlossen. An einen Steuereingang 131, der über eine Entkopplungsdiode 133 mit der Diode 127 verbunden ist, ist die Auskuppelsteuerung 19 angeschlossen. Bei erfüllter Auskuppelbedingung liegt am Steuereingang 131 ein Signal an, welches den Kondensator 117 entlädt und den Integrator 111 zugleich sperrt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 115 ist ferner über eine Entkopplungsdiode 135 und einen Serienwiderstand 137 an den Ausgang eines Operationsverstärkers 139 angeschlossen, dessen invertierender Eingang mit dem Steueranschluß 131 verbunden ist und dessen nicht invertierter Eingang an eine als Spannungsteilerschaltung dargestellte Vorspannungs­ quelle 141 angeschlossen ist. An den Einstellwiderständen 107 und 129 kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangs­ signals am Ausgang 113 eingestellt werden. Insbesondere kann mittels des Einstellwiderstands 129 die Einkuppel­ position variiert werden. Der Operationsverstärker 139 steuert die Entladung des Integrators 111 bei fehlendem Auskuppelsignal am Steuereingang 131 durch Begrenzung der Ausgangsspannung des Integrators 111. Bei Ausgangsspannun­ gen des Integrators 95, die einer Motordrehzahl kleiner als ein vorgegebener Drehzahlwert zugeordnet sind, bleibt das Ausgangssignal des Integrators 111 konstant. Sinkt die Motor­ drehzahl während des Einkuppelvorgangs unter den vorgegebenen Drehzahlwert ab, so wird der Einkuppelvorgang unterbrochen, bevor die Kupplung vollständig eingerückt ist. Die Kupplung verbleibt im Schleifbereich, bis durch Gasgeben die Motor­ drehzahl wieder erhöht wird.

Die vorstehend erläuterte Betätigungsvorrichtung eignet sich nicht nur für Personenkraftwagen sondern auch für Zwei­ radfahrzeuge. Üblicherweise haben die Motoren von Zweirad­ fahrzeugen aufgrund hoher Literleistung ihr maximales Dreh­ moment nur wenig unter der Höchstleistung. Mit Hilfe der vorstehend erläuterten Vorrichtung kann trotz der geringen Schwungmasse niedertourig angefahren werden, ohne den Motor abzuwürgen. Hochtouriges Anfahren ist ebenfalls möglich.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur automatischen Betätigung einer Reibungs­ kupplung eines von einer Brennkraftmaschine angetriebe­ nen Kraftfahrzeugs, umfassend einen die Reibungskupplung (3) auf eine Betätigungsposition zwischen einer Auskup­ pelposition, bei welcher die Kupplung vollständig ausge­ kuppelt ist, und einer Einkuppelposition, bei welcher die Kupplung vollständig eingekuppelt ist, einstellenden Positionier-Servoantrieb (9),
einen Drehzah1geber (25) zur Erzeugung eines der Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine entsprechenden Drehzahlsi­ gnals und
eine den Positionier-Servoantrieb (9) steuernde Posi­ tionssteuerung (13), dadurch gekennzeichnet, daß der Positionier-Servoantrieb (9) auf ein von der Positions­ steuerung (13) erzeugtes, die Betätigungs­ position der Reibungskupplung bestimmendes Positions- Sollsignal anspricht
und daß die Positionssteuerung (13) einen Steuersignalgenerator (45, 51) aufweist, welcher einen vorbestimmten charakteristischen Zusammen­ hang zwischen dem Drehzahlsignal und dem Positions- Sollsignal festlegt und das Positions-Sollsignal im Bereich (Schleifbereich) zwischen einer Grenzposition beginnender Drehmomentübertragung und der Einkuppelposi­ tion entsprechend dem vorbestimmten charakteristischen Zusammenhang abhängig von dem Drehzahlsignal erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die entsprechend der Charakteris­ tik der Positionssteuerung (13) vorgegebene Zuordnung der Einkuppelposition zur Motordrehzahl abhängig von der Einstellung eines das Motordrehmoment beeinflussenden Einstellorgans des Motors (1) änderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einkuppelposition abhängig von der Einstellung des Einstellorgans im wesentlichen der­ jenigen Motordrehzahl zugeordnet ist, bei welcher das maximale Motordrehmoment für diese Einstellung des Ein­ stellorgans auftritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positionssteuerung (13) die Antriebsvorrichtung (9) mit einer vorgegebenen Zeit­ verzögerung auf die vom Steuersignalgeber (45, 51) vorge­ gebene Position einstellt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einkuppelbetriebsablauf der Positionssteuerung (13) über eine auf die Motordrehzahl ansprechende Schwellwertstufe (27) bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Schwellwerts auslösbar ist und daß eine Verzögerungsstufe (59) den Beginn des Ein­ kuppelbetriebsablaufs um eine vorgegebene Zeitspanne gegen den Auslösezeitpunkt der Schwellwertstufe (27) verzögert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positionssteuerung (13) bei Verwendung eines Mehrganggetriebes (5) auf dessen Gang­ einstellung anspricht und daß die motordrehzahlabhängige Charakteristik der Betätigungsposition abhängig von der Gangeinstellung vorgebbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionssteuerung (13) bei Einstellen des 1. Gangs oder des Rückwärtsgangs die Betätigungsposition der Kupplung (3) entsprechend einem ersten vorgegebenen Funktionsprogramm und bei Einstellung der übrigen Gänge entsprechend einem zweiten Funktionsprogramm steuert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionssteuerung (13) im Schleifbereich die Betätigungsposition bei Einstellung des zweiten Funktionsprogramms entsprechend einer Charakteristik steuert, bei welcher die zeitliche Änderung der Betätigungsposition etwa proportional zur Motordrehzahl ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionssteuerung (13) die Einkuppelposition und/oder die Betätigungsposition während des Anfahrens im Schleifbereich im wesentlichen proportional zur Motordrehzahl ändert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer Auskuppelsteuerung (19) bei Einleitung des Gangwechsels eines Mehrganggetriebes (5) ein erstes Steuersignal, oder bei eingelegten Vorwärts­ gängen höher als der 1. Gang ein zweites Steuersignal oder bei Betätigung eines Schalters (43) ein drittes Steuersignal oder bei eingestellter Ruhestellung eines die Motorleistung steuernden Organs (Gaspedal) ein vier­ tes Steuersignal oder bei Unterschreitung eines vorge­ gebenen Werts der Motordrehzahl ein fünftes Steuersignal oder bei Unterschreitung einer vorgegebenen Fahrgeschwin­ digkeit ein sechstes Steuersignal zuführbar ist und daß die Auskuppelsteuerung (19) die Antriebsvorrichtung (9) in Auskuppelrichtung einschaltet, wenn das erste Steuer­ signal oder das fünfte Steuersignal oder das dritte und vierte Steuersignal gemeinsam oder das zweite und das sechste Steuersignal gemeinsam auftritt (Auskuppelbe­ dingungen) .

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positionssteuerung (13) bei Vorliegen einer der Auskuppelbedingungen der Auskuppel­ steuerung (13) für den Einkuppelbetrieb gesperrt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positionssteuerung (13) den Einkuppelbetrieb einleitet, wenn bei nicht erfüllten Auskuppelbedingungen das zweite Steuersignal oder ein bei eingelegtem 1. Gang oder Rückwärtsgang erzeugtes siebtes Steuersignal vorliegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Steuersignal durch das negierte siebte Steuersignal gebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positionssteuerung (13) den Einkuppelbetriebsablauf auslöst, wenn ein bei einge­ legtem 1. Gang oder Rückwärtsgang erzeugtes siebtes Steuersignal und ein bei Überschreiten einer vorgege­ benen Motordrehzahl erzeugtes achtes Steuersignal ge­ meinsam vorliegen.