DE3823387C2 - Anordnung zur Steuerung einer automatisch betätigten Reibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung einer automatisch betätigten Reibungskupplung eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus den deutschen Offenlegungsschriften 28 33 961 und 29 27 175 ist eine automatisch betätigte Reibungskupplung für ein von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Kraft­ fahrzeug bekannt, die während des Anfahrens des Kraft­ fahrzeugs von einem Stellantrieb so gesteuert wird, daß die Motordrehzahl innerhalb eines abhängig von der Bela­ stung des Fahrzeugs, d. h. der Stellung des Fahrpedals vorbestimmten Drehzahlbereichs, bei welchem sich das ma­ ximale Drehmoment der Brennkraftmaschine ergibt, bleibt. Der vorbestimmte Drehzahlbereich ändert sich hierbei ab­ hängig von der mittels eines Sensors erfaßten Position des Fahrpedals und wird von einer auf den Sensor anspre­ chenden, den Kupplungsstellantrieb steuernden Steuerung ausgewertet.

Auf diese Weise kann zwar unter normalen Fahrzuständen beschleunigend angefahren werden, Fahrzuständen, wie sie beim Rangieren des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beim Einparken, auftreten, wird jedoch nur unzureichend Rech­ nung getragen. Beim Rangieren darf die automatisch be­ tätigte Kupplung nur teilweise eingerückt werden, um die Fahrgeschwindigkeit niedrig halten zu können. Die von der Motordrehzahl abhängige Steuerung der Kupplung kann in ungünstigen Fällen zu Totzeiten beim Ein- und Ausrücken der Kupplung führen, was exaktem Rangieren des Fahrzeugs hinderlich ist. Bei der bekannten Steuerung besteht kein direkter Bezug der Stellung des Fahrpedals zum Antriebs­ drehmoment.

Aus der DE-A1-35 05 319 ist eine Anordnung zur Steuerung einer automatisch betätigten Reibungskupplung eines Kraft­ fahrzeugs bekannt, bei der die Schlupfrate der Kupplung in einem begrenzten Pedalvorweg entsprechend der Stellung des Fahrpedals gesteuert wird, um eine gewünschte niedrige Fahrgeschwindigkeit zu erhalten. Die Fahrgeschwindigkeit wird dabei proportional zur Fahrpedalposition gesteuert, was dem Fahren mit einem Kriechgang entspricht, aber der Betriebssituation wie zum Beispiel Rangieren in der Ebene oder am Berg nicht gerecht wird.

Aus der US 2 492 923 ist eine Antriebseinheit eines Kraft­ fahrzeugs bekannt, die sowohl automatisch als auch manuell vom Fahrer bedient werden kann. Dabei ist das Fahrpedal über ein Falschluftventil mit einem Vergaser verbunden, wobei ein Drosselschalterschaft mit Nockenflächen vorgese­ hen ist, um in einer Fahrpedalstellung ein Ventil und einen beweglichen Kontakt zu betätigen, bevor das Drosselventil des Vergasers in einer zweiten Stellung des Fahrpedals geöffnet wird.

Die DE 34 21 387 A1 zeigt eine Anordnung zur Steuerung einer automatisch betätigten Reibungskupplung eines Fahr­ zeugs, bei der ein Fahrpedal zur Steuerung einer Leistungs­ stelleinrichtung für einen Motor über einen manuellen Rangierschalter von der Leistungsstelleinrichtung abgekup­ pelt und mit einer Stelleinrichtung zur Betätigung der Kupplung verbunden werden kann. In dieser Rangier-Schalt­ stellung kann der Fahrer über das Fahrpedal die Kupplung in beliebige Stellung einstellen und somit das Gaspedal als Kupplungspedal verwenden, wobei der gesamte Pedalweg zur Einstellung der Kupplung verwendet werden kann.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Steuerung einer automatischen Reibungskupplung zu schaffen, mit der es möglich ist, die Reibungskupplung unabhängig von auftretenden Betriebssituationen zu steuern und welche verbesserte Anfahreigenschaften ohne Komforteinbußen auf­ weist.

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

Im Rahmen der Erfindung läßt die über das Fahrpedal steu­ erbare Leistungsstelleinrichtung der Brennkraftmaschine im Bereich der Ruhestellung des Fahrpedals einen begrenzten Pedalvorweg zu, innerhalb welchem die Leistung der Brennkraftmaschine durch Betätigen des Fahrpedals nicht beeinflußt werden kann. Innerhalb dieses Pedalvorwegs spricht die Steuerung der Reibungskupplung auf die Fahr­ pedalposition an und stellt die Reibungskupplung auf eine Zwischenstellung im "Schleifbereich" der Kupplung, d. h. auf eine drehmomentübertragende Stellung zwischen der vollständig eingekuppelten Stellung und der vollständig ausgekuppelten Stellung. Mit anderen Worten wird im Rah­ men der Erfindung für den Rangierbetrieb das Fahrpedal im Bereich seiner Ruhestellung von der Leistungsstellein­ richtung der Brennkraftmaschine abgekoppelt und über den die Pedalstellung erfassenden Sensor zur Steuerung der Kupplungsstellung ausgenutzt. Unabhängig von der Fahr­ pedalstellung arbeitet die Brennkraftmaschine im Rangier­ betrieb mit einer gleichbleibenden, vorbestimmten Dreh­ zahl, beispielsweise der Leerlaufdrehzahl, während die Kupplungsstellung durch Variieren der Fahrpedalposition innerhalb des Pedalvorwegs variiert werden kann. Die Reibungskupplung läßt sich damit über das Fahrpedal ähn­ lich einem Kupplungspedal im Schleifbereich steuern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 2 umfaßt die Leistungsstelleinrichtung der Brennkraft­ maschine eine Drehzahlregeleinrichtung, die vorzugsweise die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine konstant hält. Mit Hilfe der Drehzahlregeleinrichtungen können größere Lastschwankungen, wie sie beispielsweise beim Rangieren am Berg oder beim Überwinden von Bordstein­ kanten oder dergleichen auftreten können, ausgeglichen werden. Zusätzlich oder alternativ kann aber auch vorge­ sehen sein, daß unmittelbar mit Beginn der Auslenkung des Fahrpedals aus der Ruhestellung die Motordrehzahl gegenüber der Leerlaufdrehzahl etwas erhöht wird, um die Brennkraftmaschine auf ein für den Rangierbetrieb geeig­ netes Drehmoment einzustellen. Ein geeignetes Auslöse­ signal läßt sich beispielsweise durch einen Endschalter des Fahrpedals oder aber den die Pedalposition erfas­ senden Sensor bereitstellen.

Bei dem die Fahrposition erfassenden Sensor handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Positionsgeber, der gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 4 über einen Leistungs­ stellantrieb die Leistung bzw. das Drehmoment der Brenn­ kraftmaschine steuert. Auf diese Weise wird der Sensor sowohl im normalen Fahrbetrieb als auch im Rangierbetrieb ausgenutzt, wobei sein Ausgangssignal an der Grenze zwi­ schen Pedalvorweg und dem Bereich der für den Fahrbe­ trieb vorgesehenen Pedalpositionen umgeschaltet wird. Durch die elektrische Umschaltung des Ausgangssignals des Sensors werden mechanische Leerwegkupplungen im Stellweg des Fahrpedals vermieden. Das Fahrpedal kann jedoch auch über eine mechanische Leerwegkupplung (Anspruch 5) mit der Leistungsstelleinrichtung der Brennkraftmaschine gekuppelt sein.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Steuerung einer automatisch betätigten Reibungs­ kupplung eines Kraftfahrzeugs im Rangierbetrieb;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Stellung S des Ausrückers der automatisch betätigten Reibungskupplung in Abhängigkeit vom Betätigungswinkel α des Fahr­ pedals des Kraftfahrzeugs zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Drehzahl n der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Betätigungswinkel α des Fahrpedals zeigt und

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer Variante einer Steueranordnung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs, die das Fahrzeug über eine Reibungskupp­ lung 3 und ein Getriebe 5 antreibt. Der nicht näher dar­ gestellte Ausrücker der Kupplung 3 wird von einem Stell­ antrieb 7, beispielsweise einem Elektromotor oder einem pneumatischen oder hydraulischen Servoantrieb zwischen einer Position S_aus, in welcher die Kupplung 3 das Ge­ triebe 5 von der Brennkraftmaschine 1 vollständig trennt, und einer Stellung S_ein, in der die Kupplung vollständig eingerückt ist, verstellbar ist. Der Stellantrieb 7 wird von einer Steuerung 9 abhängig von Betriebsparame­ tern des Kraftfahrzeugs sowohl beim Anfahren als auch beim Wechseln der Gänge des Getriebes 5 gesteuert. Bei­ spielsweise kann, in an sich bekannter Weise, beim Anfah­ ren die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 mittels eines Sensors erfaßt und die Position des Ausrückers der Kupplung 3 entsprechend einer vorbestimmten Drehzahl- Positions-Charakteristik positioniert werden. Das Ein­ rücken der Kupplung beim Wechseln der Gänge während der Fahrt kann beispielsweise mit einer vorbestimmten Stell­ geschwindigkeit des Ausrückers erfolgen. Die Steuerung 9 sorgt ferner dafür, daß die Kupplung 3 selbsttätig ausge­ rückt wird, beispielsweise, wenn die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 unter die Leerlaufdrehzahl n₀ ab­ sinkt, oder aber der Gangwechsel des Getriebes 5 einge­ leitet wird. Die vorstehend erläuterten Programme zum Ein- und Ausrücken der Kupplung 3 werden durch die Steu­ erung 9 festgelegt. Die Steuerung 9 kann jedoch auch nach anderen Programmen arbeiten.

Die automatisch betätigte Kupplung der vorstehend erläu­ terten Art arbeitet zufriedenstellend, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine ausreichend ansteigen kann, wie dies beim Beschleunigen des Fahrzeugs während des Anfah­ rens der Fall ist. Der Bedienungskomfort läßt jedoch zu wünschen übrig, wenn das Fahrzeug nur mit Kriechgeschwin­ digkeit bewegt werden soll, wie dies zum Beispiel beim Einparken oder beim Rangieren erforderlich sein kann. In diesem Fall soll der Ausrücker der Kupplung 3 in einer Position zwischen der Auskuppelposition S_aus und der Ein­ kuppelposition S_ein gehalten werden, so daß die Kupplung 3 schleift und ein Teildrehmoment überträgt, welches ge­ rade ausreicht, um das Kraftfahrzeug mit der gewünschten Kriechgeschwindigkeit zu bewegen.

Um unabhängig von dem für normales, beschleunigendes An­ fahren des Kraftfahrzeugs oder den für den Gangwechsel des Getriebes 5 erforderlichen Steuereigenschaften die Kupplung 3 für den Rangierbetrieb wählbar in den Schleif­ bereich stellen zu können, ist das in Fig. 1 bei 11 dar­ gestellte Gas- bzw. Fahrpedal des Fahrzeugs über eine Vorwegeinrichtung, hier eine mechanische Leerwegkupplung 13, mit der Leistungsstelleinrichtung der Brennkraftma­ schine 1, beispielsweise deren Drosselklappe 15, verbun­ den. Die Leerwegkupplung 13 erlaubt ausgehend von der Ruhestellung des Fahrpedals 11 einen Leer- oder Vorweg­ winkel α₀ bevor mit ansteigendem Betätigungswinkel die Leerwegkupplung 13 überbrückt und die Drosselklappe 15 entsprechend der Fahrpedalstellung eingestellt wird. Ein Sensor 17 erfaßt zumindest innerhalb des Vorweg-Betä­ tigungsbereichs α₀ die aktuelle Stellung des Fahrpedals 11 und steuert über die Steuerung 9 den Stellantrieb 7 und damit den Ausrücker der Kupplung 3 in eine der Stel­ lung des Fahrpedals 11 in vorbestimmter Weise zugeord­ nete Position.

Fig. 2 zeigt die Position des Ausrückers der Kupplung 3 in Abhängigkeit vom Betätigungswinkel des Fahrpedals 11. In der Ruhestellung α = 0 ist die Kupplung 3 ausge­ rückt, und der Kupplungsausrücker befindet sich in der Position S_aus. Wird das Fahrpedal 11 aus der Ruhestellung um einen Winkel α ≦ α₀ ausgelenkt, so stellt die Steuerung 9 den Stellantrieb 7 auf eine Position, bei welcher die Kupplung 3 bereits ein Teildrehmoment überträgt. In Fig. 2 ist die Position beginnender Drehmomentübertragung mit S₀ bezeichnet. Der vorgegebene Zusammenhang zwischen dem Betätigungswinkel α und der Ausrückerposition S ist in Fig. 2 durch eine Linie 19 dargestellt. Durch Verstellen des Fahrpedals 11 innerhalb des Vorwegbereichs α₀ läßt sich damit das von der Kupplung 3 im Schleifbetrieb über­ tragene Teildrehmoment und damit die Kriechgeschwindig­ keit des Fahrzeugs ähnlich der herkömmlichen Betätigung einer Kupplung mittels eines Kupplungspedals variieren. Die Charakteristik des Schleifbetriebs läßt sich durch den Zusammenhang zwischen dem Vorwegwinkel α₀ und der Ausrückerposition S variieren, was durch Strichlinien 20 in Fig. 2 angedeutet ist.

Solange das Fahrpedal 11 innerhalb des Vorwegwinkels α₀ bleibt, arbeitet die Brennkraftmaschine 1 mit ihrer Leerlaufdrehzahl n₀, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wird der Winkelbereich α₀ überschritten, so schaltet die Steuerung 9 auf ihr Anfahrprogramm um und rückt die Kupp­ lung 3 abhängig von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine ein. Fig. 3 zeigt dementsprechend für Winkel α < α₀ mit einer strichpunktierten Linie das Anwachsen der durch die Betätigung des Fahrpedals 11 ansteigenden Drehzahl, während in Fig. 2 mit einer strichpunktierten Linie die sich daraus ergebende, die Kupplung 3 vollständig ein­ rückende Ausrückerposition S wiedergibt. Die strichpunk­ tierten Linien in Fig. 2 und 3 repräsentieren jedoch keinen direkten Zusammenhang zwischen dem Betätigungswin­ kel α und der Ausrückerposition S bzw. der Drehzahl n. Für Winkel α < α₀ wird durch die Stellung des Fahrpedals 11 das Drehmoment bzw. die Leistung der Brennkraftmaschi­ ne 1 und damit eine Beschleunigung der Brennkraftmaschi­ ne 1 auf Drehzahlen größer als die Leerlaufdrehzahl n₀ eingestellt, während die Ausrückerposition S sich abhän­ gig von der PositionsDrehzahl-Charakteristik der Steue­ rung 9 ergibt.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer den Rangierbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit automatisch be­ tätigter Reibungskupplung erleichternden Steueranordnung. In Fig. 4 sind gleichwirkende Komponenten mit den Bezugs­ zahlen aus Fig. 1 bezeichnet und zur Unterscheidung mit dem Buchstaben a versehen. Zur Erläuterung wird insoweit auf die Beschreibung der Fig. 1 bis 3 Bezug genommen.

Die Steueranordnung der Fig. 4 umfaßt eine elektrisch steuerbare Leistungsstelleinrichtung mit einem das Lei­ stungsstellglied der Brennkraftmaschine 1a, beispiels­ weise die Drosselklappe 15a antreibenden Stellmotor 21, der vom Regler 23 eines Drehzahlregelkreises 25 gesteuert wird. Der Drehzahlregelkreis 25 erfaßt mit einem Dreh­ zahlsensor 27 die Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine 1a und bildet in einem Vergleicher 29 ein Differenz- oder Fehlersignal aus einem bei 31 zugeführten Sollwertsignal und dem Drehzahl-Istsignal des Drehzahlsensors 27. Im normalen Fahrbetrieb wird das Sollwertsignal über einen Umschalter 33 aus dem die Position des Fahrpedals 11a er­ fassenden Sensors 17a zugeführt. Die Stellung des Fahr­ pedals 11a legt damit den Drehzahlwert fest, auf den die Brennkraftmaschine 1a durch Änderung der Drosselklappe 15a reagiert, bis dieser Drehzahlwert erreicht ist.

Das der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1a entsprechende Signal des Drehzahlsensors 27 wird weiterhin über einen weiteren Umschalter 35 im normalen Fahrbetrieb der die Reibungskupplung 3a über den Stellantrieb 7a steuernden Steuerung 9a zugeführt, um, beispielsweise beim Anfahren, die Position des Kupplungsausrückers abhängig von dem Drehzahl-Istwert des Drehzahlsensors 27 zu steuern.

Die Umschalter 33, 35 sind mit dem Fahrpedal 11a gekup­ pelt und haben in der Ruhestellung des Fahrpedals 11a die in Fig. 4 dargestellte Stellung, aus der sie bei Über­ schreiten des an die Ruhestellung anschließenden Vorweg­ winkels α₀ in ihre Stellung umschalten, in der der Sensor 17a mit dem Vergleicher 29 und der Drehzahlsensor 27a mit der Steuerung 9a verbunden ist. In der darge­ stellten Stellung verbindet der Umschalter 33 den Ver­ gleicher 29 mit einem Sollwertgeber 37, der ein die Leer­ laufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1a festlegendes Leer­ lauf-Sollwertsignal an den Drehzahlregelkreis 25 abgibt. Darüberhinaus verbindet der Umschalter 35 bei im Vorweg­ winkel α₀ sich befindendem Fahrpedal 11a den Sensor 17a mit der Steuerung 9a, die dementsprechend den Ausrücker der Kupplung 3a in eine Zwischenposition zwischen der vollständig ausgekuppelten und der vollständig eingekup­ pelten Position stellt, in welcher ein für eine Kriechbe­ wegung des Fahrzeugs ausreichendes Drehmoment übertragen wird. Da gleichzeitig die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1a mittels des Drehzahlregelkreises 25a konstant gehalten wird, können auch Änderungen der Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine ausgeglichen werden, wie sie bei­ spielsweise beim Rangieren an Steigungen oder beim Über­ winden von Hindernissen, wie zum Beispiel der Bordstein­ kante, auftreten können.

Der Sollwertgeber 37 kann seinerseits abhängig von der Stellung des Fahrpedals 1a steuerbar sein. Zweckmäßiger­ weise erzeugt der Sollwertgeber 37 in der Ruhestellung des Fahrpedals 11a ein die Brennkraftmaschine 1a auf Leerlaufdrehzahl einstellendes Sollwertsignal, während der Sollwertgeber 37 bei Auslenkung aus der Ruhestellung, jedoch innerhalb des Vorrwegwinkels α₀ ein Sollwert­ signal erzeugt, welches die Drehzahl für den Rangierbe­ trieb geringfügig erhöht. Der Sollwertgeber 37 ist hier­ zu, wie bei 39 gestrichelt angedeutet, ebenfalls mit dem Sensor 17a verbunden.

In Fig. 4 sind die Umschalter 33, 35 als mechanisch von dem Fahrpedal 11a betätigte Schalter ausgebildet. Es ver­ steht sich, daß die Umschalter 33, 35 als elektronische Schalter realisiert sein können, die durch Schwellwert­ stufen oder dergleichen abhängig vom Ausgangssignal des Sensors 17a gesteuert werden.

Claims (5)

1. Anordnung zur Steuerung einer automatisch betätigten Reibungskupp­ lung eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit
einem Kupplungsstellantrieb (7) für die Reibungskupplung (3),
einem Sensor (17), der auf die Stellung einer zu ihrer Betätigung ein Fahrpedal (11) umfassenden Leistungsstelleinrichtung (11, 15; 11a, 15a, 25) der Brennkraftmaschine (1) anspricht und
einer auf den Sensor (17) ansprechenden Steuerung (9), die den Kupplungsstellantrieb (7) abhängig von der mittels des Sensors (17) erfaßten Stellung der Leistungsstelleinrichtung (11, 15; 11a, 15a, 25) steuert, wobei die Leistungsstelleinrichtung (11, 15; 11a, 15a, 25) im Bereich der Ruhestellung des Fahrpedals (11) einen begrenzten, die Leistung der Brennkraftmaschine (1) nicht beeinflussenden Pedalvorweg (α0) zuläßt, wobei ein Pedalvorweg vorgesehen ist, in welchem keine Einflussnahme auf die Leistungsstelleinrichtung (11, 15; 11a, 15a, 25) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) bei einer innerhalb des Pedalvorwegs (α0) gelegenen Fahrpedalposition die Kupplung (3) auf eine der Stellung des Fahrpedals (11) in vorbestimmter Weise zugeord­ neten Position zwischen deren vollständig ausgekuppelten Stellung und einer Stellung einstellt, in der die Kupplung schleift und ein Teil­ drehmoment überträgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsstelleinrichtung (11a, 15a, 25) der Brennkraftmaschine eine mittels eines Drehzahlsensors (27) auf die Drehzahl der Brennkraftma­ schine (1a) ansprechende, die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1a) bei Fahrpedalpositionen innerhalb des Pedalvorwegs (α₀) konstant haltende Drehzahlregeleinrichtung (25) umfasst.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregeleinrichtung (25) einen abhängig von der Fahrpedalposition steuerbaren Sollwertgeber (37) umfasst, der bei Fahrpedalpositionen innerhalb des Pedalvorwegs (α₀) einen höheren Sollwert vorgibt, als bei in der Ruhestellung sich befindendem Fahrpedal (11a).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1a) einen Leistungsstellantrieb (21) umfasst und dass der Sensor (17a) als die Fahrpedalposition erfassen­ der Positionsgeber ausgebildet ist und außerhalb des Pedalvorwegs (α₀) den Leistungsstellantrieb (21) steuert.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrpedal (11) über eine mechanische Leerwegkupplung (13) mit der Leistungsstelleinrichtung (15) der Brennkraftmaschine (1) gekuppelt ist.