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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Fahrzeuggetriebesystem,
das eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung verwendet. Ein solches System
ist aus der US-A-4 493 228 bekannt, die sämtliche Merkmale des Oberbegriffs
der unabhängigen
Ansprüche
1 und 15 veranschaulicht. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein automatisiertes Fahrzeuggetriebesystem mit einem Motor,
einem mehrgängigem
Getriebe, einer durch Fliehkraft betätigten Hauptreibungskupplung
zur antriebsmäßigen Ankupplung
des Motors an ein Getriebe sowie einer Steuereinheit zur Steuerung
der Kraftstoffbelieferung des Motors während eines fortdauernden Betriebs
der Fliehkraftkupplung in einem teilweise eingerückten Zustand.
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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Automatisierte
mechanische Getriebesysteme, bei denen der Fahrzeugfahrer oder -führer die Hauptkupplung
des Fahrzeugs nicht betätigen
muss (sogenannte „Zweipedalsysteme") sind aus dem Stand
der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 081 065,
4 361 060, 4 936 428, 5 439 428, 5 634 867, 5 630 773, 5 960 916
und 5 947 847 ersichtlich. Diese Systeme arbeiten nicht vollständig zufriedenstellend,
da gesonderte Kupplungsaktuatoren, Sensoren und/oder zugehörige Verbindungsleitungen
für elektrische
und/oder hydraulische Energie (d.h. Druckluft und/oder Druckflüssigkeit)
erforderlich sind, was den Aufwand für die Montage und die Instandhaltung
derartiger Systeme erhöht.
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Fliehkraft
betriebene Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik allgemein
bekannt und enthalten für
gewöhnlich
ein Eingangselement, das durch eine Antriebsmaschine, gewöhnlich einen Elektromotor
oder Verbrennungsmotor, angetrieben ist, sowie in Bezug auf das
antreibende Element schwenkbare oder drehbare Gewichte, die sich
bei einer Rotation des Eingangselementes unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
radial nach außen
bewegen, um das Eingangselement zu veranlassen, mit einem Ausgangselement
reibschlüssig
in Eingriff zu kommen. Beispiele von Fliehkraft betätigten Kupplungen
können
den US-Patentschriften Nr. 3 580 372, 3 580 372, 3 696 901, 5 437
356, 3 810 533, 4 819 779, 5 441 137, 5 730 269 und 4 610 343 entnommen werden.
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Fahrzeuggetriebesysteme,
insbesondere für Schwerlastfahrzeuge,
die Fliehkraftkupplungen verwenden, ermöglichen einem Fahrer, das Fahrzeug auf
einer Steigung anzuhalten oder das Fahrzeug „kriechen" zu lassen, indem die Drehzahl des Motors bis
auf einen Punkt erhöht
wird, der ausreichend ist, um die Kupplung teilweise in Eingriff
zu bringen. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass durch
teilweises Einrücken
der Kupplung über
eine ausgedehnte Zeitspanne hinweg der Verschleiß der Reibkörper beschleunigt und die Kupplung
veranlasst wird, eine große
Menge an Hitze zu entwickeln, was beides zu einer Verminderung der
Betriebslebensdauer der Kupplung beiträgt.
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Ein
Fahrzeuggetriebesystem, das eine Fliehkraft-Hauptkupplung verwendet,
ist in einer am 21. März
2001 einge reichten, anhängigen
US-Patentanmeldung mit der Serial-Nr. 09/814,494 offenbart, die der
Anmelderin der vorliegenden Erfindung gehört (Veröffentlichungsnummer: US-B-6
561 948). Diese Druckschrift beschreibt ein Steuerungssystem und –verfahren
zur Bereitstellung eines Schutzes vor Beschädigung und/oder Überhitzung
für eine
Fliehkraftkupplung. Bei einer Erfassung eines möglichen Überhitzungsproblems reagiert
das Steuerungssystem durch eine Erhöhung oder Erniedrigung der
Drehzahl des Motors. Falls die Motordrehzahl erhöht wird, rückt die Kupplung vollständig ein,
wodurch der Fahrer veranlasst wird, eine andere Methode zur Aufrechterhaltung
der Fahrzeugposition zu verwender. Falls die Motordrehzahl erniedrigt
wird, rückt
die Kupplung aus, wodurch es für
den Fahrer erforderlich wird, die Fahrpedalstellung zu erhöhen, um
die Kupplung einzurücken.
Während
dieses Verfahren sich als wirksam erwiesen hat, um einen Schaden
und/oder eine Überhitzung
der Kupplung zu vermeiden, ist die automatische Einrückung oder
Ausrückung
der Kupplung für
einen Fahrer unerwünscht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerungssystem und -verfahren
zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems geschaffen,
das eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung verwendet. Das erfindungsgemäße Steuerungssystem
und -verfahren verwendet eine Closed-Loop-Regelung, um die Kupplung
mit einem Schutz gegen Beschädigung und/oder Überhitzung
auszustatten, die daher rühren,
dass die Kupplung in einem teilweise eingerückten Zustand betrieben wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein automatisiertes Fahrzeuggetriebesystem geschaffen, das einen
Verbrennungsmotor mit einem Schwungrad, ein mehrgängiges Getriebe
mit einer Eingangswelle und eine Fliehkraft-Reibungskupplung enthält, die
das Motorschwungrad an die Eingangswelle antriebsmäßig ankuppelt.
Ein Motorcontroller weist wenigstens einen Betriebsmodus zur Steuerung
der Kraftstoffbelieferung des Motors auf, um wenigstens die Motordrehzahl
zu steuern. Das Getriebesystem enthält ferner eine Steuerungseinheit,
die dazu dient, Eingangssignale, die für unterschiedliche Fahrzeugbetriebsbedingungen
kennzeichnend sind, entgegenzunehmen und die Signale entsprechend
logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren,
einschließlich
wenigstens des Motorcontrollers, auszugeben.
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Das
erfindungsgemäße Steuerungsverfahren
enthält
die Schritte, wonach zunächst
Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie beispielsweise die Fahrzeugbeschleunigung
oder Kupplungstemperatur, erfasst werden. Als nächstes ermittelt die Steuereinheit,
ob die Kupplung in einem teilweise eingerückten Zustand betrieben wird,
indem sie die erfasste(n) Betriebsbedingung(en) mit einem vorbestimmten
Referenzwert vergleicht. Falls ermittelt worden ist, dass die Kupplung
in dem teilweise eingerückten
Zustand betrieben wird, gibt die Steuereinheit als Drittes ein Ausgangssignal
an den Motorcontroller aus, um ihn anzuweisen, die Motordrehzahl
auf sich wiederholende Weise um ein vorbestimmtes Maß zu erhöhen und anschließend zu
erniedrigen. Die Erhöhung
und Erniedrigung der Motordrehzahl veranlasst die Kupplung, stärker einzurücken und
anschließend
auszurücken.
Die wiederholte teilweise Einrückung
und Ausrückung
der Kupplung bringt das Fahrzeug nicht in Bewegung, bewirkt aber,
dass das Fahrzeug leicht gerüttelt
wird, wodurch der Fahrer gewarnt wird, dass die Kupplung in einem
teilweise eingerückten
Zustand betrieben ist.
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Abgesehen
von anderen Vorteilen entmutigt das erfindungsgemäße Steuerungssystem
und -verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Fahrzeuggetriebesystems
den Fahrer eines mit einer Fliehkraft-Hauptreibungskupplung ausgestatteten
Fahrzeugs, die Kupplung über
eine längere
Zeitdauer hinweg in einem teilweise eingerückten Zustand zu betreiben.
Darüber
hinaus verhindert das erfindungsgemäße Steuerungssystem und -verfahren,
dass die Kupplung in dem Fall, das sie in einem teilweise eingerückten Zustand
betrieben wird, zu schnell automatisch eingerückt oder ausgerückt wird.
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Unterschiedliche
zusätzliche
Aspekte und Vorteile dieser Erfindung erschließen sich einem Fachkundigen
aus der folgenden detaillierten Beschreibund der bevorzugten Ausführungsform,
die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale und erfinderischen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden
beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, Ansprüche und
Zeichnungen verständlicher,
von denen das Folgende eine Kurzbeschreibung darstellt:
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangsystems eines
Fahrzeugs, das die Steuerung der Fliehkraftkupplung und der Kraftstoffbelieferung
des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung in Form eines Graphen unter Veranschaulichung
der Klemmkrafteigenschaften der Fliehkraftkupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung bei unterschiedlichen Motordrehzahlen.
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3 zeigt
eine Draufsicht des Deckels und des Fliehkraftmechanismus der erfindungsgemäßen Kupplung
in einer ausschnittsweisen Schnittsdarstellung.
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4 zeigt
eine zum Teil aufgeschnittene Darstellung des Mechanismus mit Rollen,
Rampen und Federn zur Klemmkraftbegrenzung, wie er gemeinsam mit
dem Fliehkraftmechanismus verwendet wird.
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5A und 5B zeigen
Ausschnittsdarstellungen, die die Stellung der Fliehgewichte in
der vollständig
radial inneren Position bei ausgerückter Kupplung bzw. der vollständig radial äußeren Position
bei vollständig
eingerückter
Kupplung veranschaulichen.
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6 zeigt
eine schematisierte Teilschnittsansicht der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
eine schematisierte Darstellung der Steuerungslogik gemäß der vorliegenden
Erfindung, in Form eines Flussdiagramms.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Indem
nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, werden die bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Ein wenigstens
teilweise automatisiertes Fahrzeugantriebsstrangsystem 20,
das eine Fliehkraft betätigte
Hauptreibungskupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet, ist in 1 in einer
schematisierten Darstellung veranschaulicht. Das System 20 kann
ein vollautomatisiertes, wie beispielsweise aus der US-Patentschrift
4 361 060 ersichtlich, ein teilweise automatisiertes, wie beispielsweise
aus den US-Patentschriften Nr. 4 648 290 und 5 409 432 ersichtlich,
oder ein manuelles System mit Hilfsunterstützung durch einen Controller
sein, wie es beispielsweise aus den US-Patentschriften Nr. 4 850 236,
5 582 558, 5 735 771 und 6 015 366 zu ersehen ist.
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In
dem System 20 ist ein mehrgängiges Getriebe 22,
das eine Hauptgetriebegruppe 24 aufweist, die mit einer
Hilfsgetriebegruppe 26 der Split-Bauart in Reihe verbunden
sein kann oder auch nicht, mit einem Verbrennungsmotor 28,
wie einem Ottomotor oder Dieselmotor, über eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung antriebsmäßig verbunden.
Das Getriebe 22 kann, um ein Beispiel anzugeben, von der
Art sein, die im Stand der Technik allgemein bekannt ist und durch
die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, die EATON CORPORATION,
unter der Handelsmarke „Super-10" und „Lightning", verkauft wird und
die detaillierter in den US-Patentschriften Nr. 4 754 665, 6 015
366, 5 370 013, 5 974 906 und 5 974 354 veranschaulicht ist.
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Der
Motor 28 enthält
eine Kurbelwelle 32, die an einem Eingangselement 34 der
Fliehkraft-Hauptreibungskupplung 30 befestigt ist. Das
Eingangselement 34 kommt mit einem Ausgangselement 36 in Eingriff
oder außer
Eingriff, das an einer Eingangswelle 38 des Getriebes 22 befestigt
ist. Eine Getriebeausgangswelle 40 ragt von dem Getriebe 22 weg, um über eine
Antriebsachse 41 oder ein Verteilergetriebe eine Antriebsverbindung
zu den Antriebsrädern
des Fahrzeugs zu schaffen.
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Die
Ausdrücke „eingerückt" oder „in Eingriff" und „ausgerückt" oder „außer Eingriff", wie sie in Verbindung
mit einer Hauptreibungskupplung verwendet werden, beziehen sich
auf die Fähigkeit
bzw. mangelnde Fähigkeit
der Kupplung, ein Drehmoment einer wesentlichen Stärke zu übertragen.
Ein eher zufälliger
Kontakt der Reibflächen
wird, wenn nicht wenigstens eine minimale Klemmkraft auftritt, nicht
als eingerückter
oder Eingriffszustand betrachtet.
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Wie
aus der 1 ersichtlich, erfordert die Fliehkraftkupplung 30 keinen
externen Kupplungsaktuator und wird in Abhängigkeit von der Drehzahl (ES)
des Motors betätigt.
Die Fliehkraftkupplung 30 benötigt auch keine Verbindungen
zu funktionsgemäßen Gestängen, Befehlssignaleingängen, zu
einer Leistungselektronik und/oder zu Hydraulikleitungen. Während die
wirtschaftlichste Anwendung der vorliegenden Erfindung mit einer
Trockenreibungskupplung erreicht wird, ist die vorliegende Erfindung
ebenfalls mit der Technologie von nasslaufenden Kupplungen vereinbar.
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Das
Antriebsstrangsystem 20 des Fahrzeugs enthält ferner
Drehzahlsensoren 42 zur Erfassung der Motordrehzahl (ES), 44 zur
Erfassung der Eingangswellendrehzahl (IS) und 46 zur Erfassung der
Ausgangswellendrehzahl (OS) und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender
Signale. Ein Sensor 47 liefert ein Signal THL, das die
Fahrpedalstellung oder die Drehmomentanforderung kennzeichnet. Das
Signal ist gewöhnlich
ein prozentualer Anteil (zwischen 0% und 100%) des vollständigen Fahrpedal-/Drosselstellwegs.
Der Motor 28 kann auf elektronische Weise gesteuert/geregelt
sein und einen elektronischen Controller 48 enthalten,
der über
einen elektronischen Datenlink (DL) kommuniziert, der entsprechend
einem Standardindustrieprotokoll, wie beispielsweise SAE J-1922,
SAE J-1939, ISO 11898 oder dergleichen, funktioniert.
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Ein
X-Y-Schaltaktuator 50, der beispielsweise nach einer der
in den US-Patentschriften Nr. 5 481 170, 5 281 902, 4 899 609 und
4 821 590 veranschaulichten Arten ausgebildet sein kann, kann der Hauptgruppe
und/oder der Hilfsgruppe zugeordnet sein. Eine Schaltwahlvorrichtung 51 ermöglicht dem Fahrzeugfahrer,
einen Betriebsmodus auszuwählen, und
stellt ein hierfür
kennzeichnendes Signal GRT bereit. Alternativ kann ein manuell betätigter Schalthebel 52 vorgesehen
sein, der mit einem Schaltknauf 54 versehen ist. Wie allgemein
bekannt ist, wird der Schalthebel 52 gemäß einem
bekannten Schaltschema von Hand betätigt, um verschiedene Gangstufen wahlweise
einzulegen und herauszunehmen. Der Schaltknauf 54 kann
von der in der vorerwähnten US-Patentschrift
5 957 001 beschriebenen Art sein. Der Schaltknauf 54 kann
einen (nicht veranschaulichten) Schaltabsichtsschalter enthalten,
durch den der Fahrzeugführer
die automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung für den Motor anweist, die drehmomentinduzierte
Sperre aufzuheben und eine Schaltung in die Leerlaufstellung des
Getriebes zu ermöglichen.
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Das
System 20 enthält
ferner eine elektronische Steuereinheit 60 („ECU"), und zwar vorzugsweise
eine auf einem Mikroprozessor basierende Steuereinheit von der Art,
wie sie in den US-Patentschriften Nr. 4 595 986, 4 361 065 und 5
335 566 veranschaulicht ist. Die ECU 60 nimmt Eingangs signale 64 entgegen
und verarbeitet diese gemäß vorbestimmten
logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale 66 an Systemaktuatoren,
wie beispielsweise den Motorcontroller 48, den Schaltaktuator 50 und
dergleichen, auszugeben.
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Auf
bekannte Weise ist es zur Ausrückung einer
Klauenkupplung in einem mechanischen Fahrzeuggetriebe, insbesondere
in einem Schwerlastfahrzeug, erforderlich, die bei der eingerückten Klauenkupplung
vorhandene drehmomentinduzierte Sperre aufzuheben. Falls ein Öffnen der
Hauptreibungskupplung 30 nicht erwünscht ist, kann die drehmomentinduzierte
Sperre aufgehoben werden, indem der Motor derart mit Kraftstoff
versorgt wird, um ein angenommenes Drehmoment in dem Antriebsstrang
von null zu bewirken und/oder Drehmomentumkehrungen zu erzwingen,
die zwangsläufig Übergänge durch
den Nullmomentwert des Antriebsstrangs ergeben.
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Voll-
oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer
Ermittlung, dass ein Schaltvorgang aus einer momentan eingelegten Gangstufe
in den Leerlauf und anschließend
in eine Zielgangstufe erwünscht
ist, unter Beibehaltung der Hauptreibungskupplung des Fahrzeugs
im eingerückten
Zustand die automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung anstoßen, um über der
auszurückenden Klauenkupplung
ein reduziertes Drehmoment zu bewirken, sind aus dem Stand der Technik
bekannt, wie aus den oben erwähnten
US-Patentschriften
Nr. 4 850 236, 5 582 558, 5 735 771, 5 775 639, 6 015 366 und 6
126 570 ersichtlich. Ein Schalten bei eingerückt bleibender Hauptkupplung
wird in vielen Situationen bevorzugt, da derartige Schaltvorgänge dazu
neigen, eine höhere
Schaltqualität
zu bieten und/oder weniger Verschleiß in dem Antriebsstrang zu
verursachen. Zu diesen Systemen gehören Systeme, die versuchen,
den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um einen Nullmomentwert
des Antriebsstrangs zu erreichen und aufrechtzuerhalten, siehe US-Patentschrift
4 593 580, sowie Systeme, die den Motor derart mit Kraftstoff versorgen,
um eine oder mehrere Drehmomentumkehrungen zu erzwingen, siehe US-Patentschrift
4 850 236. Beim Erfassen eines Leerlaufzustands des Getriebes wird
die Kupplung im eingerückten
Zustand gehalten und die Motordrehzahl gesteuert, um eine für das Einlegen
einer Zielgangstufe im Wesentlichen synchrone Drehzahl zu erhalten
(ES = OS × GRT).
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Es
ist allgemein bekannt, das Motordrehmoment derart zu steuern, um
ein gewünschtes
Ausgangs- oder Schwungraddrehmoment zu erreichen, wie dies in der
US-Patentschrift 5 620 392 veranschaulicht ist. Das Motordrehmoment,
wie es hier verwendet wird, bezieht sich auf einen ein Motordrehmoment,
gewöhnlich
das Gesamtmotormoment, kennzeichnenden Wert, von dem ausgehend ein Ausgangs-
oder Schwungradmoment berechnet oder geschätzt werden kann. Die Beziehung
zwischen dem Gesamtmotormoment und dem Schwungradmoment ist in den
US-Patentschriften Nr. 5 509 867 und 5 490 063 erläutert.
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Es
können
ein oder mehrere Motordrehmomentwerte oder -drehmomentgrenzwerte
von einem Datenlink DL gemäß einem
Industriestandard, wie beispielsweise einem dem SAE J-1922, SAE
J-1939 oder ISO 11898 entsprechenden Datenlink, angefordert oder
ausgelesen werden. Um ein Beispiel anzugeben: Datenlinks, die SAE
J-1939 oder einem ähnlichen
Protokoll entsprechen, ermöglichen
der ECU 60, über
den Datenlink Befehlssignale auszugeben, damit der Motor gemäß einem
beliebigen von verschiedenen Modi mit Kraftstoff versorgt wird,
wie beispielsweise (i) entsprechend der vom Fahrzeug führer vorgegebenen
Einstellung des Fahrpedals, (ii) derart, um eine befohlene Motordrehzahl
oder Zielmotordrehzahl zu erreichen (ES=EST), (iii) derart, um ein
befohlenes Motordrehmoment oder Zielmotordrehmoment zu erreichen
(ET=ETT) und/oder (iv) derart, um die Motordrehzahl und das Motordrehmoment
unterhalb von Grenzwerten zu halten (ES<ESMAX und ET<ETMAX). Es können viele Eingangs-/Datensignale,
wie beispielsweise die Motordrehzahl (ES), das Motordrehmoment (ET)
und dergleichen, ebenfalls durch einen Datenlink übertragen werden.
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Eine
detailliertere Ansicht des Aufbaus der Zentrifugalkupplung 30 ist
aus den 3–6 ersichtlich,
auf die Bezug genommen wird. Auf bekannte Weise führt eine
Rotationsbewegung des Eingangsteils 34 dazu, dass die Kupplung 30 einrückt und
ein Motorausgangselement, gewöhnlich
ein Motorschwungrad oder dergleichen, an die Getriebeeingangswelle 38 antriebsmäßig ankuppelt.
Die Klemmkraft (CF) und das Drehmomentübertragungsvermögen der
Kupplung 30 sind eine Funktion der Drehzahl (ES) des Motors 28 und
des Kupplungseingangselementes 34. Die Kupplung 30 erreicht
einen anfänglichen
Eingriffszustand bei einer Motordrehzahl (ES), die größer ist
als die Motorleerlaufdrehzahl, und rückt vollständig ein bei einer Motordrehzahl,
die kleiner ist als die Motordrehzahl, bei der ein erstes Hochschalten
erforderlich ist. Anders als bei normalerweise geschlossenen Hauptreibungskupplungen,
die normalerweise eingerückt
sind, wird die Kupplung 20 bei niedrigen Motordrehzahlen
ausgerückt.
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Um
einen einwandfreien Fahrzeugstart und dynamisches Schalten bei eingerückter Hauptkupplung
zu ermöglichen,
sollte die Kupplung 30, wenn sie einmal vollständig einge rückt ist,
bei Motordrehzahlen, die größer sind
als (i) die höchste
erwartete Drehzahl, bei der Herunterschaltvorgänge eingeleitet werden, und
(ii) die minimal erwartete Motordrehzahl nach einem Hochschaltvorgang
in dem vollständig eingerückten Zustand
verbleiben. Der anfängliche Eingriffszustand
ist die Anfangsberührung
der Kupplungsreibflächen
zur Drehmomentübertragung,
wie den US-Patentschriften Nr. 4 646 891 und 6 022 295 zu entnehmen
ist.
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Indem
auf die 3 und 6 der Zeichnungen
Bezug genommen wird, ist veranschaulicht, dass die Kupplung 30 eine
Kupplungsdeckeleinrichtung 100, eine erste Reibscheibe 102,
eine als Zwischenglied eingefügte
Druckplatte 141 sowie eine zweite Reibscheibe 106 enthält. Die
Deckeleinrichtung 100 und die Zwischendruckplatte 141 sind
mittels einer (nicht veranschaulichten) Befestigungsklammer drehfest
an dem Motorschwungrad 136 montiert und enthalten den Eingangsteilabschnitt 34 der
Kupplung 30. Die Reibscheiben 102 und 106 sind gewöhnlich über eine
Keilverzahnung an der Getriebeeingangswelle 38 befestigt
und enthalten den Ausgangsteilabschnitt 36 der Kupplung 30.
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Bezug
nehmend auf 3–5B ist
veranschaulicht, dass die Deckeleinrichtung 100 vier Fliehgewichte 110 enthält, die über Schwenkzapfen 112 schwenkbar
an der Deckeleinrichtung 100 gelagert sind. Mehrere Rückstellfedern 114 spannen
die Fliehgewichte 110 radial nach innen vor, damit diese an
Anschlägen 116 ruhen
(siehe 5A). Eine Fläche 118 der Deckeleinrichtung 100 begrenzt
die radial nach außen
gerichtete Bewegung der Fliehgewichte 110 (siehe 5B).
Wenn der Motor 28 und die Deckeleinrichtung 100 rotieren,
führt die
Wirkung der Fliehkraft dazu, dass sich die Fliehgewichte 110 entgegen
der Vorspannkraft der Federn 114 von der Stellung gemäß 5A zu
der Stellung gemäß 5B bewegen.
Die Fliehgewichte 110 tragen jeweils eine oder mehrere
Rollen 120 oder funktionsmäßig ähnliche Keilverbindungselemente,
die zwischen einer Auflagedruckfläche und einer Rampe wirken,
um eine axiale Klemmkraft zur Einrückung der Hauptreibungskupplung 30 bereitzustellen.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung der aufgebrochen veranschaulichten
Betriebselemente, wie sie um eine Drehachse 122 der Getriebeeingangswelle 38 rotieren.
Die Rollen 120 der Fliehgewichte 110 sind zwischen
einer im Wesentlichen ebenen Fläche 124 einer
ortsfesten Druckaufnahmeplatte 125 und einer rampenartigen
Fläche 126 einer axial
verschiebbaren Rampenplatte 128 aufgenommen. Die Rampenplatte 128 wirkt
auf eine axial verschiebbare Hauptdruckplatte 130 über ein
vorgespanntes Federelement 132, wie beispielsweise eine Membranfeder,
ein, das die von der Rampenplatte 128 der Druckplatte 130 zugeführte Axialkraft
begrenzt. Die Hauptdruckplatte 130 übt eine Klemmkraft (CF) auf
die Reibbeläge 134 der
Reibscheiben 102, 106 aus, die zwischen einer
Fläche 130a der Hauptdruckplatte 130 und
der in der Mitte liegenden Druckplatte 141 sowie einer
Fläche 136a des
Motorschwungrads 136 festgelegt sind. Die Nabenabschnitte 140 und 142 der
Reibscheiben 102 bzw. 106 sind geeignet angepasst,
um über
eine Keilverzahnung an der Eingangswelle 38 drehfest befestigt
zu werden, während
die Platten 125, 128, 130 und 141 gemeinsam
mit dem Motorschwungrad 136 rotieren.
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Im
Ruhezustand steht eine der Rollen 120 mit dem vertieften
Abschnitt 146 der Fläche 126 in Verbindung
und übt
keine nach links wirkende axiale Klemmkraft (CF) auf die Reibbeläge 134 aus.
Sobald sich die Rolle 120 ausreichend radial nach außen bewegt
und zu dem rampenartigen Abschnitt 148 der Rampenfläche 126 gelangt,
wird eine zunehmende axiale Klemmkraft ausgeübt (siehe Linie 70 nach 2).
Wenn sich die Rolle weiter radial außen auf dem flach ausgedehnten
Abschnitt 150 der Rampenfläche 126 bewegt, bleibt
die Klemmkraft (CF) gleich bei einem oberen Wert (siehe Linien 74 und 76 nach 2),
wie er durch das Federelement 132 begrenzt ist. Es ist
aus dem Stand der Technik bekannt, eine Kraft über eine Feder auszuüben, um
die Maximalkraft zu begrenzen, wie aus der US-Patentschrift 5 901
823 ersehen werden kann.
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Eine
größere Fliehkraft 152 ist
erforderlich, um die Rollen 120 den Rampenabschnitt 148 hinauf bis
zu dem ebenen Abschnitt 150 zu verlagern, als diejenige,
die erforderlich ist, um die Rollen gegen die Wirkung einer durch
die Rückstellfedern 114 erzeugten,
radial nach innen gerichteten Federkraft 154 auf dem ebenen
Abschnitt 150 zu halten. Dies ist der Grund für die Differenz
zwischen dem Wert der Motordrehzahl (ES) bei der anfänglichen
maximalen Klemmkraft, Punkt 72 in 2, und dem
Motordrehzahlwert zum Ausrücken,
Punkt 78 in 2. Die Massen der Fliehgewichte 110 und/oder
die Federkonstante der Feder 114 können modifiziert werden, um
den Motordrehzahlwert beim Ausrücken
(Punkt 78 nach 2) zu verändern.
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Auf
bekannte Weise ist zum Starten eines Schwerlastfahrzeugs auf der
Eingangswelle ein geringeres Drehmoment erforderlich (z.B. 600 bis
900 Fußpfund
oder 813 bis 1220 Nm, abhängig
von der Steigung) als zum Antreiben des Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten.
Gewöhnliche
Dieselmotoren für
Schwerlastfahrzeuge weisen ein maximales Ausgangsdrehmoment von
ungefähr
1400 bis 2200 Fußpfund
(oder 1898 bis 2983 Nm) bei einer Drehzahl des maximalen Drehmoments
auf. Bei einer Ausführungsform
der Hauptreibungskupplung 30 ergibt eine Klemmkraft von
1000 Pfund (oder 4,45 kN) eine Drehmomentübertragungskapazität von ungefähr 600 bis
700 Fußpfund
(oder 813 bis 949 Nm), während
eine Klemmkraft von 4000 Pfund (oder 17,79 kN) eine Drehmomentübertragungskapazität von 3000
Fußpfund
(oder 4067 Nm) ergibt, die weit über der
Drehmomentlieferkapazität
des Motors und der Übertragungskapazität des Antriebsstrangs
liegt und eine große
Sicherheitsreserve zur Verfügung
stellt, wenn sich die Kupplung 30 in dem obersten Klemmbelastungszustand
(Linien 74 und 76 nach 2) befindet.
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Während des
Anfahrvorgangs eines Fahrzeugs, d.h. beim Starten des Fahrzeugs
aus dem Stillstand, sollte die Kupplung 30 bei einer Drehzahl zwischen
ungefähr
750 U/min und 950 U/min schließen,
abhängig
davon, ob das Fahrzeug auf einer steilen Steigung in Bewegung gesetzt
wird oder sich in einem anderen Zustand hohen Widerstands befindet. In
dem Anfahrmodus ist der Übergang
von dem ausgerückten
zu dem eingerückten
Zustand der Fliehkraft-Hauptkupplung 30 von einer Erhöhung der
Motordrehzahl abhängig.
Eine Eigenschaft einer Fliehkraftkupplung liegt darin, dass ein
Fahrer eines Fahrzeugs in der Lage ist, das Fahrzeug auf einer steilen Steigung
in einer angehaltenen Stellung zu halten, indem er die Kupplung
in einem teilweise eingerückten Zustand
betreibt, der als „Schleifen" der Kupplung bekannt
ist. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass durch
ein fortdauerndes „Schleifenlassen" der Kupplung eine
große
Wärmemenge
erzeugt und das Reibmaterial abgetragen wird, wodurch die Lebensdauer
der Kupplung vermindert wird. Das Steuerungssystem und -verfahren
zur Steuerung einer Fliehkraft-Hauptreibungskupplung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist dazu entworfen, einen Fahrer davon abzuhalten, die Kupplung über eine
längere
Zeitdauer hinweg in einem teilweisen eingerückten Zustand zu betreiben.
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Zu
dem Steuerungssystem gehören
der Motorcontroller 48 und die ECU 60, die gemeinsam
als eine Signalisierungsvorrichtung zur Steuerung des Betriebs des
Motors 28 funktionieren. Der Motorcontroller 48 enthält einen
Ausgang, um wahlweise ein Befehlssignal an den Motor 28 zu übertragen,
während
der Motor 28 einen Eingang enthält, der gezielt das Befehlssignal
von dem Motorcontroller 48 entgegennimmt. Der Motorcontroller 48 enthält ferner
wenigstens einen Betriebsmodus zur Steuerung der Kraftstoffbelieferung
des Motors, um wenigstens die Motordrehzahl (ES) zu steuern.
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Die
ECU 60 enthält
wenigstens einen Eingang zur Entgegennahme von Eingangssignalen
und zur Verarbeitung der Signale gemäß logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale 66 an
den Motorcontroller 48 auszugeben, wenn die ECU 60 ermittelt, dass
die Kupplung 30 über
eine übermäßig lange Zeitdauer
hinweg in einem teilweise eingerücktem Zustand
betrieben ist. Die Ausgangsbefehlssignale 66 weisen den
Motorcontroller 48 an, wenigstens ein Motoreingangssignal
mit einer vorbestimmten Amplitude und Frequenz zu erzeugen, das
bewirkt, dass die Motordrehzahl auf sich wiederholende Weise erhöht und erniedrigt
wird.
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Das
Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 7 der
Zeichnungen beschrieben. Wie in dem Schritt 300 veranschaulicht,
erfasst die ECU 60 zunächst
wenigstens eine Fahrzeugbetriebsbedingung, um zu bestimmen, ob die
Kupplung 30 in einem teilweise eingerückten Zustand betrieben wird.
Ein beständiges
Schleifen der Kupplung 30 kann auf unterschiedliche Weise
erfasst werden, wie beispielsweise durch Erfassung, ob die Fahrzeugbeschleunigung
kleiner ist als ein Referenzwert ((dOS/dt)<REF?), durch Erfassung einer Differenz zwischen
der Motordrehzahl (ES) und der Eingangswellendrehzahl (IS) oder
durch Erfassung oder Schätzung
einer Kupplungstemperatur aus den erfassten Fahrzeugbetriebsbedingungen,
siehe US-Patentschrift 4 576 263.
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Eine
andere Methode zur Bestimmung, ob die Kupplung 30 in einem
teilweise eingerücktem
Zustand betrieben wird, verwendet die erfasste Motordrehzahl, Eingangswellen-
oder Ausgangswellendrehzahl und das Nettodrehmoment des Motors,
um die Energie, die die Kupplung aufnimmt, zu berechnen. Bei dieser
Methode wird die (in Form von Hitze) abgestrahlte Energie von der
der Kupplung zugeführten
Energie subtrahiert, um die Ausgangsenergie der Kupplung bei jeder
gegebenen Zeitspanne zu ermitteln.
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Die
ECU 60 vergleicht die erfasste(n) Betriebsbedingungen)
mit einem vorbestimmten Referenzwert der erfassten Betriebsbedingung(en),
um zu ermitteln, ob sich die Kupplung 30 in einem teilweise
eingerückten
Zustand befindet, wie in den Schritten 302 und 304 veranschaulicht.
Ein Betrieb der Kupplung 30 in einem teilweise eingerücktem Zustand
kann beispielsweise angenommen werden, falls die gemessene Kupplungstemperatur
eine vorbestimmte Referenztemperatur übersteigt. Gemäß einem
weiteren Beispiel wird angenommen, dass die Kupplung in einem teilweise
eingerücktem
Zustand betrieben ist, falls die Differenz zwischen der Energie,
die der Kupplung 30 zugeführt wird, und der Energie,
die durch die Kupplung 30 abgestrahlt wird, kleiner ist
als ein vorbestimmter Referenzwert.
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Wie
in dem Schritt 306 veranschaulicht, gibt die ECU 60 bei
einer Erfassung des Betriebs der Kupplung 30 in einem teilweise
eingerücktem
Zustand für
eine Zeitspanne (TE), die größer ist
als eine vorbestimmte akzeptable Zeitdauer (TREF), wie beispielsweise
fünf Sekunden,
eine Warnung an den Fahrer über
ein übermäßiges Schleifen
der Kupplung ab, Schritt 308. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Warnung in Form wenigstens eines hörbaren Tons und/oder eines
Blinklichts innerhalb des Sichtbereichs des Fahrers, wie beispielsweise
auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs, ausgegeben. Die Form der Warnung
ist jedoch nicht entscheidend für
den Betrieb des erfindungsgemäßen Steuerungssystems,
so dass andere Warnungen, wie beispielsweise eine Textnachricht
auf einem LCD-Display in der Fahrzeugkabine, zugelassen sind und
in den Schutzbereich dieser Erfindung fallen. Wie in Schritt 310 veranschaulicht,
wartet die ECU 60 anschließend eine vorbestimmte Zeitdauer
lang ab, um dem Fahrzeugführer
zu ermöglichen,
die Warnung zu befolgen, bevor mit dem nächsten Schritt fortgefahren wird.
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Unter
Bezugnahme auf die Schritte 312 und 314 ist ersichtlich,
dass ein fortgesetzter, ununterbrochener Betrieb der Kupplung 30 in
einem teilweise eingerücktem
Zustand die ECU 60 veranlasst, ein Ausgangsbefehlssignal 66 an
den Motorcontroller 48 auszugeben, um ihn anzuweisen, die
Motordrehzahl wiederholt zu erhöhen
und zu erniedrigen, wie beispielsweise um +/– 10 U/min. In einer bevorzugten Ausführungsform
steuert der Motorcontroller 48 den Betrieb des Motors 28 über ein
erstes Motoreingangssignal Sn mit einer Sinuswelle, die eine vorbestimmte
Amplitude und Frequenz aufweist. Die Erhöhung und Erniedrigung der Motordrehzahl
veranlasst die Kupplung 30 weiter einzurücken und
anschlie ßend auszurücken.
Das wiederholte teilweise Einrücken
und Ausrücken
der Kupplung 30 führt
nicht dazu, dass das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird, sondern
veranlasst das Fahrzeug statt dessen, leicht zu rütteln/schaukeln,
wodurch der Fahrer gewarnt wird, dass die Kupplung 30 länger als
eine akzeptable Zeitdauer in einem teilweise eingerücktem Zustand betrieben
ist.
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Bezug
nehmend auf die Schritte 316–320 ist ersichtlich,
dass für
den Fall, dass die Kupplung 30 nach einer zusätzlichen
vorbestimmten Zeitdauer weiterhin in einem teilweise eingerückten Zustand betrieben
ist, die ECU 30 ein Ausgangsbefehlssignal 66 an
den Motorcontroller 48 ausgibt, um ihn aufzufordern, die
Amplitude und/oder die Frequenz des ersten Motoreingangssignals
Sn zu erhöhen.
Der Empfang eines zweiten Motoreingangssignals Sn+1 bewirkt, dass
die Motordrehzahl um einen wesentlich höheren Drehzahlwert als bei
dem ersten Motoreingangssignal Sn, beispielsweise um +/– 25 U/min, wiederkehrend
erhöht
und erniedrigt wird. Diese größere Schwankung
der Motordrehzahl führt
zu einer heftigen Rüttelbewegung
des Fahrzeugs und kann in dem Antriebsstrang Drehmomentumkehrungen
hervorrufen. Wie in den Schritten 322 und 324 veranschaulicht,
wird der Prozess der Erhöhung
der Amplitude und/oder der Frequenz des Motoreingangssignals Sn
wiederholt, bis der Fahrer den Betrieb der Kupplung 30 in
einem teilweise eingerückten
Zustand beendet.
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Das
erfindungsgemäße Steuerungssystem und
-verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Fahrzeuggetriebesystems
entmutigt vorteilhafterweise den Fahrer eines mit einer Fliehkraftkupplung
ausgestatteten Fahrzeugs, die Kupplung über eine längere Zeitspanne hinweg in
einem teilweise ein gerücktem
Zustand zu betreiben. Darüber
hinaus verhindert das erfindungsgemäße Steuerungssystem und -verfahren,
dass die Kupplung für
den Fall, dass sie in einem teilweise eingerücktem Zustand betrieben wird,
zu schnell automatisch eingerückt
oder ausgerückt
wird.
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Obwohl
bestimmte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung
nicht auf die hier beschriebenen und veranschaulichten Darstellungsformen
beschränkt, die
lediglich als zur Veranschaulichung der besten Ausführungsformen
der Erfindung geeignet betrachtet werden. Eine fachkundige Person
wird erkennen, dass sich innerhalb der Lehre dieser Erfindung gewisse
Modifikationen und Veränderungen
ergeben und dass derartige Veränderungen
und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs liegen, wie er durch
die Ansprüche
definiert ist.