DE3601708A1

DE3601708A1 - Anordnung zur ueberwachung einer reibungskupplung insbesondere eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE3601708A1
Application number: DE19863601708
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Nagler; Christoph Thielen
Original assignee: Sachs Systemtechnik GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1987-07-23
Also published as: FR2593287A1; FR2593287B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung einer Reibungskupplung insbesondere eines Kraftfahrzeugs.

Die thermische Überlastung einer Reibungskupplung kann zur Zerstörung des Reibbelags oder aber zu Schäden an sonsti gen Bauteilen der Kupplung, insbesondere auch des Kupp lungslagers, führen. Zu einer thermischen Überlastung kann es bei kurz aufeinanderfolgendem Anfahren am Berg oder aber bei verschlissener und damit rutschender Kupplung kommen. Es könnte daran gedacht werden, die thermische Überbelastung mittels eines Temperatursensors zu erfassen und anzuzeigen. Ein solcher Weg hat sich als in der Praxis nur mit verhältnismäßig großem konstruktiven Aufwand als gangbar erwiesen, da die Temperatur der Kupplungsscheibe, d.h. eines rotierenden Bauteils überwacht werden müßte und der Temperatursensor über elektrische Drehkupplungen ange schlossen werden müßte.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, mit der die thermische Überlastung einer Reibungskupplung insbesondere eines Kraftfahrzeugs erfaßt und angezeigt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Rahmen der Erfindung erfassen Geber die Eingangsdreh zahl der Kupplung, ihre Ausgangsdrehzahl sowie eine für das von der Kupplung übertragene Drehmoment repräsentative Größe. Diese Eingangsinformationen lassen sich an den Kom ponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs problemlos erfassen. Die Eingangsdrehzahl der Kupplung entspricht der Motordrehzahl. Die Ausgangsdrehzahl kann entweder an der Eingangsdrehzahl des Getriebes erfaßt oder aber aus der mittels des Fahrzeugtachometers erfaßten Ausgangsdrehzahl über das durch die Gangschaltstellung des Getriebes gege bene Untersetzungsverhältnis ermittelt werden. Das von der Kupplung übertragene Drehmoment ist eine Funktion der Kupplungsstellung bzw. des Kupplungsausrückers und kann mit einem Positionsgeber beispielsweise an dem Kupplungsausrücker erfaßt werden.

Eine erste Recheneinrichtung ermittelt aus den Signalen der Geber einen der momentanen Reibleistung der Kupplung entsprechenden Wert in Form des Produkts aus dem Drehmo ment und der Differenz der Eingangsdrehzahl und der Aus gangsdrehzahl der Kupplung. Eine zweite Recheneinrichtung integriert die momentane Reibleistung während einer Zeitspanne, in welcher die Kupplung schleift und damit Reibungswärme erzeugt. Die zweite Recheneinheit dividiert das für den Kupplungsvorgang ermittelte bestimmte Integral durch den Wert der Zeitspanne und ermittelt so durch Nor mierung des Integrals einen mittleren Reibleistungswert für den Kupplungsvorgang. Eine dritte Recheneinrichtung summiert die während des Fahrbetriebs aufeinanderfolgenden Kupplungsvorgänge auf und vergleicht den so summierten Summenwert mit einem vorbestimmten Maximalwert. Der Maxi malwert ist durch die maximale thermische Belastbarkeit der Kupplung festgelegt und kann empirisch oder aber durch theoretische Berechnungen für den speziellen Kupplungstyp ermittelt werden. Der Summenwert berücksichtigt die durch aufeinanderfolgende Kupplungsvorgänge schrittweise sich erhöhende Erwärmung der Kupplung. Da sich die Kupplung jedoch gleichzeitig durch Wärmeabstrahlung abkühlt, ist zur Berücksichtigung der Kupplungsbetätigungsrate eine Korrektureinrichtung vorgesehen, die entweder den Summen wert oder den Maximalwert entsprechend variiert. Die Kupp lungsbetätigungsrate ist ein Maß für die Häufigkeit, mit der der Wärmeinhalt der Kupplung erhöht wird und damit ein Maß für die Zeitspannen, die zwischen aufeinanderfolgenden Kupplungsvorgängen vergehen und für die Abkühlung der Kupplung zur Verfügung stehen. Die Korrektur des Summen werts oder des Maximalwerts kann anhand errechneter oder empirisch ermittelter, zeitabhängiger Funktionen durchge führt werden. Beispielsweise kann der Summenwert zwischen aufeinanderfolgenden Kupplungsvorgängen kontinuierlich oder in diskreten Schritten zeitabhängig vermindert wer den. Alternativ kann der Maximalwert in Form einer Maxi malwertfunktion abhängig von der seit Beginn des Fahrbe triebs verstrichenen Zeitspanne vorgegeben sein. Das Er gebnis des mittels der dritten Recheneinrichtung durchge führten Vergleichs ist ein Maß für die thermische Bela stung der Kupplung. Eine Anzeigeeinrichtung zeigt die thermische Überlastung der Kupplung an, wenn der Summen wert den Maximalwert überschreitet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 kann die Überwachung der Kupplung auf thermi sche Überlastung zur Überwachung des Reibbelagverschleis ses ausgenutzt werden. Der dritte Geber spricht hierzu auf die Kupplungsposition an und erzeugt ein Signal, welches die vollständig eingerückte Position der Kupplung reprä sentiert. Die Anzeigeeinrichtung erzeugt ein die Über schreitung einer Reibbelag-Verschleißgrenze repräsentie rendes Signal, wenn während der durch die vorstehend er läuterten Einrichtungen erfaßten thermischen Überlastung die Kupplung in der vollständig eingerückten Position rutscht, also eine Differenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl auftritt. Es wird ausgenutzt, daß es aufgrund verschlissener Reibbeläge verstärkt zu einer thermischen Überlastung der Kupplung kommt, so daß diese Betriebssituation von im normalen Fahrbetrieb auftretenden Schlupfsituationen der Kupplung sicher unterschieden und angezeigt werden kann.

Zweckmäßigerweise wird die thermische Überlastung der Kupplung und die Verschleißüberwachung auf unterschied liche Weise angezeigt. Zweckmäßigerweise wird hierzu ein und dieselbe Warnlampe benutzt, die bei thermischer Über lastung blinkt und bei unzulässig hohem Reibbelagver schleiß dauernd leuchtet.

Die vorstehend erläuterte Art der Reibbelag-Verschleiß kontrolle kann sowohl bei herkömmlich über Pedal betätig ten Kupplungen als auch über automatisch betätigten Kupp lungen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 30 28 250 bekannt sind, oder auch bei Kraftfahrzeugantrieben, bei welchen zur Dämpfung von Drehschwingungen über eine Steu ereinrichtung die Kupplung im Bereich der vollständig ein gerückten Stellung mit einem vorbestimmten Schlupf beauf schlagt wird. Einrichtungen zur Drehschwingungsdämpfung dieser Art sind beispielsweise aus der DE-OS 33 30 332 bekannt. Bei Kupplungen dieser Art, die über einen Servo antrieb abhängig von Positioniersignalen gesteuert werden, kann zusätzlich vorgesehen sein, daß über die Überwa chungseinrichtung der Schlupf gemindert wird, wenn die Gefahr einer thermischen Überlastung droht. Bei automa tischen Kupplungsbetätigungsanordnungen, die die Kupplung beispielsweise motordrehzahlabhängig oder zeitabhängig einrücken, kann zur Minderung der Wärmebelastung die Einrückzeit entsprechend der überwachten Reibleistung verkürzt werden, wenn die zulässigen Grenzen überschritten werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung zur Überwachung der Reibleistung und des Reibbelagverschleisses einer Kraftfahr zeug-Reibungskupplung und

Fig. 2 ein Funktionsablaufdiagramm der Anordnung aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs, die über eine Reibungskupplung 3 mit einem beispielsweise manuell zu schaltenden Getriebe 5 verbunden ist. Die Kupplung 3 ist herkömmlich ausgebildet und über ein Pedal 7 betätigbar. Ein Drehzahlgeber 9 erfaßt die Ein gangsdrehzahl der Kupplung 3, die gleich der Ausgangsdreh zahl der Brennkraftmaschine 1 ist, und liefert ein der Ein gangsdrehzahl proportionales Signal an eine Überwachungs schaltung 11, beispielsweise einen Mikroprozessor. Ein Drehzahlgeber 13 erfaßt die Ausgangsdrehzahl der Kupplung, beispielsweise an der Eingangswelle des Getriebes 5. Der Drehzahlgeber 13 kann alternativ die Ausgangsdrehzahl des Getriebes 5 erfassen, wenn das durch die Schaltstellung des Getriebes 5 gegebene Untersetzungsverhältnis berücksichtigt wird. Der Drehzahlgeber 13 liefert ein der Ausgangsdrehzahl der Kupplung proportionales Signal an die Überwachungsschal tung 11. An die Überwachungsschaltung 11 ist ferner ein Po sitionsgeber 15 angeschlossen, der ein der Position des Kupplungspedals 7 und damit dem von der Kupplung 3 übertra genen Drehmoment proportionales Signal liefert. Soweit zwi schen der Position des Kupplungspedals 7 und dem Drehmoment der Kupplung 3 kein linearer Zusammenhang besteht, ist ent weder in dem Geber 15 oder der Überwachungsschaltung 11 eine Wandlereinrichtung vorgesehen, die einen linearen Zusammen hang herstellt. Das übertragene Drehmoment kann auch in an derer Weise ermittelt werden, z.B. über ein in einem Spei cher gespeichertes Kennlinienfeld, welches das Motordreh moment in Abhängigkeit der Drosselklappenstellung bzw. Ein spritzpumpenreglerstellung einerseits und der Motordrehzahl andererseits vorgibt. Die Drosselklappenstellung bzw. die Stellung des Einspritzpumpenreglers wird hierbei von Posi tionsgebern erfaßt. Die Überwachungsschaltung 11 ermittelt abhängig von den Signalen der Geber 9, 13, 15 die im Ver lauf des Fahrbetriebs an der Kupplung auftretende Reiblei stung und zeigt an einer Kontrollampe 17 an, daß die Reib leistung unter einem vorbestimmten, maximal zulässigen Reib leistungswert bleibt. Übersteigt die Reibleistung den maxi mal zulässigen Reibleistungswert, so wird dies durch Blin ken einer Warnlampe 19 angezeigt, wobei die Kontrollampe 17 erlischt. Die Überwachungsschaltung 11 überwacht ferner den Zustand der Reibbeläge der Kupplung 3 und zeigt einen unzu lässig hohen Verschleißzustand der Reibbeläge durch dauern des Aufleuchten der Warnlampe 19 an.

Die Funktionsweise und der Aufbau der Überwachungsschal tung 11 soll nachfolgend anhand des Ablaufdiagramms der Fig. 2 erläutert werden. Der mit "Start" bezeichnete Block 21 bezeichnet den Beginn des Fahrbetriebs des Kraftfahr zeugs durch Starten der Brennkraftmaschine 1. Der Posi tionsgeber 15 liefert abhängig von dem mit t bezeichne ten Zeitparameter ein momentanes Positionssignal s(t) an einen Funktionsblock 23, welcher ein der momentanen, von der Position der Kupplung abhängendes Drehmomentsignal M(s, t) liefert. Der Zusammenhang zwischen s(t) und M(s, t) kann empirisch ermittelt sein und beispielsweise in einem Festwertspeicher gespeichert sein. Alternativ oder auch gegebenenfalls zusätzlich kann, wie in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist, das Drehmomentsignal M auch über ein gespeichertes Kennlinienfeld abhängig von der mittels eines auf die Drosselklappenstellung bzw. die Stellung des Einspritzpumpenreglers ansprechenden, die Leistungsein stellung des Motors 1 erfassenden Gebers 24 einerseits und dem Signal ω _m (t) des Drehzahlgebers 9 andererseits er mittelt werden. Das Kennlinienfeld kann wiederum empi risch ermittelt sein. Das Drehzahlsignal l _m (t) des Drehzahlgebers 9 wird zusammen mit dem Drehzahlsignal ω _g (t) des Drehzahlgebers 13 und dem Wert des momentanen Drehmoments M des Blocks 23 einem Funktionsblock 25 zugeführt, gemäß dem die Differenz ω _m (t)- ω _g (t) ge bildet und diese Drehzahldifferenz mit dem Drehmoment M multipliziert wird. Der Funktionsblock 25 liefert den Wert der momentanen Reibleistung P _r (t). Ein Funktions block 27 integriert die momentane Reibleistung P _r (t) zwi schen den Zeitgrenzen t ₀ und t ₁ · t ₀ bezeichnet den Beginn des Schleifbetriebs eines Kupplungsvorgangs und t ₁ das En de. Während des Schleifbetriebs, beispielsweise während des Einkuppelns, ist das Drehmoment M größer als 0, je doch kleiner als der bei vollständig eingerückter Kupp lung auftretende Wert des Drehmoments. Der Funktionsblock 27 ermittelt die während des Rutschens der Kupplung an den Reibbelägen erzeugte Wärmeenergie A. Ein Funktions block 29 dividiert den Wert A durch das Zeitintervall t ₁ -t ₀ und liefert einen Wert P _r für die während dieses Kupplungsvorgangs erzeugte mittlere Reibleistung. Ein Funktionsblock 31 summiert die aufeinanderfolgend auftre tenden mittleren Reibleistungswerte auf und liefert einen Summenwert P _s für die seit Beginn des Fahrbetriebs in der Kupplung erzeugte Reibleistung. Ein Funktionsblock 33 mindert den Summenwert P _s schrittweise oder kontinuierlich um vorbestimmte Reibleistungs-Korrekturwerte, die der mittleren Kühlleistung der Kupplung entsprechen. Die Kühlleistungswerte können empirisch oder auch rechnerisch ermittelt werden. Der Funktionsblock 33 berücksichtigt so mit die Kupplungsbetätigungsrate bzw. die zwischen den einzelnen Betätigungsvorgängen verstreichenden Zeitab schnitte und liefert einen die aktuelle Reibleistungsbe lastung der Kupplung repräsentierenden Wert P′_s. In einem Vergleicherblock 35 wird der aktuelle Reibleistungswert P′_s mit einem maximal zulässigen Reibleistungswert P_max verglichen. Ist die tatsächliche Reibleistung P′_s kleiner als P_max so wird das Kontrollsignal 17 eingeschaltet. Ist die tatsächliche Reibleistung P′_s größer oder gleich P_max, so wird das Warnsignal 19 im Blinkbetrieb eingeschaltet, was durch einen Funktionsblock 37 dargestellt ist. Das blinkende Warnsignal 19 zeigt die thermische Überlastung der Kupplung an.

Das die thermische Überlastung anzeigende Vergleichsergeb nis des Funktionsblocks 35 wird zur Überwachung des Reib belagverschleißes der Kupplung ausgenutzt. Bei thermischer Überlastung der Kupplung wird über den Positionsgeber 15 ein Funktionsblock 39 aktiviert, wenn der Positionsgeber 15 ein das vollständige Einkuppeln der Kupplung repräsen tierendes Signal s = 100% abgibt. Der Funktionsblock 39 überwacht die Drehzahldifferenz ω _m-ω _g und schaltet das Warnsignal 19 auf Dauerbetrieb, wenn bei thermisch über lasteter, vollständig eingerückter Kupplung die Drehzahl differenz ungleich Null ist. Das Einschalten des Warn signals 19 im Dauerbetrieb ist durch einen Funktionsblock 41 dargestellt. Ist die Drehzahldifferenz gleich Null, so wird das Kontrollsignal 17, angedeutet durch einen Funk tionsblock 43, eingeschaltet. Das Kontrollsignal 17 zeigt durch sein Aufleuchten hinreichende Belagstärke an.

In Fig. 1 ist bei 45 gestrichelt ein Servoantrieb für die Kupplung 3 eingezeichnet. Der Servoantrieb 45 wird bei spielsweise zur automatischen Betätigung der Kupplung 3 im Sinne eines automatischen Getriebes oder aber zur Dämpfung von Drehschwingungen des Antriebsstrangs durch Beaufschla gen der Kupplung 3 im nahezu eingerückten Zustand mit einem vorbestimmten Schlupf in nicht näher erläuterter, an sich bekannter Weise gesteuert. Soweit der Servoantrieb 45 die Kupplung 3 automatisch steuert, kann das Pedal 7 gege benenfalls entfallen. Um die in manchen Betriebssituatio nen denkbare thermische Überbelastung der Kupplung auf grund der Steuercharakteristik des Servoantriebs zu ver meiden, kann, wie Fig. 2 mit einem Funktionsblock 47 zeigt, vorgesehen sein, daß die Überwachungsschaltung 11 bei einer vom Funktionsblock 35 erfaßten thermischen Über lastung den Servoantrieb so steuert, daß die tatsächliche Reibleistung P′ _s gleich der maximal zulässigen Reiblei stung P _max wird. Hierzu kann beispielsweise die automa tisch vorgegebene Einrückzeit der Kupplung verkürzt werden oder aber es kann der zur Schwingungsdämpfung einge stellte Schlupf vermindert werden.

Claims

1. Anordnung zur Überwachung einer Reibungskupplung insbe sondere eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch

a) einen ersten Geber (9), der ein die momentane Ein gangsdrehzahl der Kupplung (3) repräsentierendes Drehzahlsignal erzeugt,
b) einen zweiten Geber (13), der ein die momentane Aus gangsdrehzahl der Kupplung (3) repräsentierendes Drehzahlsignal erzeugt,
c) einen dritten Geber (15), der ein das momentane, von der Kupplung (3) übertragene Drehmoment repräsentie rendes Drehmomentsignal erzeugt,
d) eine erste, auf die Drehzahlsignale und das Drehmo mentsignal ansprechende Recheneinrichtung (25), die aufeinanderfolgend dem Produkt aus dem Drehmoment und der Differenz der Eingangsdrehzahl und der Ausgangs drehzahl entsprechende Werte der momentanen Reiblei stung ermittelt,
e) eine zweite auf die momentanen Reibleistungswerte an sprechende Recheneinrichtung (27, 29), die während einer Zeitspanne, während der die Kupplung (3) ein Drehmoment größer als Null und kleiner als das maxi male Drehmoment überträgt, das Integral der momenta nen Reibleistungswerte über die Zeitspanne ermittelt und den Wert des Integrals zur Ermittlung eines mitt leren Reibleistungswerts auf die Zeitspanne normiert,
f) eine dritte Recheneinrichtung (31, 33, 35), die aufeinanderfolgende mittlere Reibleistungswerte sum miert und den Summenwert aufeinanderfolgend mit einem vorbestimmten Maximalwert vergleicht und eine Korrek tureinrichtung (33) umfaßt, die den Summenwert oder den Maximalwert zur Berücksichtigung der Kupplungs betätigungsrate korrigiert und
g) eine Anzeigeeinrichtung (17, 19), die die Überschrei tung des Maximalwerts durch den Summenwert anzeigt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Geber (15) auf die Kupplungsposition an spricht und ein die vollständig eingerückte Position der Kupplung (3) repräsentierendes Signal erzeugt, und daß die Anzeigeeinrichtung (17, 19) auf die Diffe renz der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl an spricht und ein die Überschreitung einer Reibbelag-Ver schleißgrenze repräsentierendes Signal erzeugt und an zeigt, wenn die bei einer Überschreitung des Maximalwerts durch den Summenwert das die vollständig eingerückte Po sition repräsentierende Signal und zugleich eine Dreh zahldifferenz größer Null auftritt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (17, 19) bei Überschreitung des Maximalwerts durch den Summenwert ein erstes An zeigesignal und bei Überschreitung der Reibbelag-Ver schleißgrenze ein zweites Anzeigesignal erzeugt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung eine Warnlampe (19) umfaßt, die bei Auftreten des ersten Anzeigesignals im Blinkbetrieb und bei Auftreten des zweiten Anzeigesignals im Dauer betrieb betrieben wird.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kupplung (3) mittels eines Servo antriebs (45) betätigbar ist und daß eine auf die dritte Recheneinrichtung (31, 33, 35) ansprechende Steuerein richtung (47) den Servoantrieb (45) während der Zeit spanne, während der das von der Kupplung (3) übertragene Drehmoment kleiner als das maximale Drehmoment ist, in der Weise steuert, daß der Summenwert kleiner oder gleich dem Maximalwert ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (47) auf die Drehzahlsignale des ersten und zweiten Gebers anspricht und die Kupplung zur Dämpfung von Drehschwingungen im Bereich der vollständig eingerückten Stellung für einen vorbestimmten Schlupf öffnet und daß die Steuereinrichtung bei der Überschrei tung des Maximalwerts durch den Summenwert die Kupplung (3) so weit schließt, bis der Summenwert im wesentlichen gleich dem Maximalwert ist.