Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 und ein

Steuergerät gemäß Anspruch 15.

In einem Kraftfahrzeug weist ein Antriebsstrang typischerweise unter anderem die Komponenten Motor, Kupplung und Getriebe auf. Kupplung und Getriebe können automatisiert ausgebildet sein. Ziele sind dabei eine komfortable Bedienung und/oder eine schonende Handhabung zur Erhöhung der Lebensdauer.

Bekannt ist eine pneumatisch gesteuerte Kupplungs- und Getriebeaktuatorik, die die in mittleren und schweren Lastwagen vorhandene Druckluft nutzt. Für

Fahrzeuge ohne Kompressor ist diese Aktuatorik nicht verwendbar.

Ebenfalls bekannt ist eine hydraulische Aktuatorik mit Elektromotor, Pumpe, Akkumulator (Hydraulikspeicher), Ölbehälter und mit Wegsensoren an jedem Aktuator. Die Kombination aus Akkumulator und Ölbehälter ist aufwendig, ebenso die Verwendung von Wegsensoren an jedem Aktuator.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung von Schaltvorgängen, nämlich zur Betätigung der Kupplung und des Schaltgetriebes, in möglichst kostengünstiger Ausführung. Die Vorrichtung soll so weit wie möglich ohne teure Komponenten auskommen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Das elektrohydraulische Aggregat weist einen elektrischen Antrieb und eine Hydraulikpumpe auf und ist über mehrere hydraulische Leitungen mit einem Nehmerzylinder zur Betätigung der Kupplung und mit einem oder mehreren Nehmerzylindern zur Betätigung des Schaltgetriebes verbunden. Dabei sind die hydraulischen Leitungen jeweils durch Ventile absperrbar. Vorgesehen ist eine Steuerung derart, dass aus der Betätigung des elektrohydraulischen

Aggregats die Stellung der Nehmerzylinder berechenbar ist. Vorzugsweise pumpt die Hydraulikpumpe nur, wenn ein Nehmerzylinder beaufschlagt wird. Es besteht eine Zuordnung, insbesondere ein zeitlicher Zusammenhang und ein

Wirkzusammenhang zwischen der Betätigung von Antrieb oder Hydraulikpumpe einerseits und der Bewegung bzw. der Beaufschlagung der Nehmerzylinder andererseits. Das Pumpvolumen entspricht stets dem veränderten Volumen in den Nehmerzylindern. Ein zusätzlicher Hydraulikspeicher ist nicht mehr erforderlich.

Das elektrohydraulische Aggregat wirkt auf die Nehmerzylinder von Kupplung und Schaltgetriebe. Die Beaufschlagung der einzelnen Nehmerzylinder erfolgt sequentiell und durch Ansteuerung des elektrohydraulischen Aggregats in

Verbindung mit der Steuerung der in den Leitungen vorgesehenen Ventile. Zu jedem Zeitpunkt soll nur ein Nehmerzylinder beaufschlagt werden.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann dem elektrohydraulischen Aggregat ein Wegsensor zugeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Durchflussmesser vorgesehen sein. Vorzugsweise sind Wegsensor oder

Durchflussmesser ausschließlich dem elektrohydraulischen Aggregat zugeordnet, insbesondere dem elektrischen Antrieb oder der Hydraulikpumpe. Alle übrigen Wegsensoren oder Durchflussmesser können entfallen.

Erfindungsgemäß kann als Hydraulikpumpe ein hydraulischer Geberzylinder vorgesehen sein. Dadurch ist eine besonders exakte Ansteuerung und Dosierung der in die Nehmerzylinder geförderten Flüssigkeit möglich. Der Geberzylinder ist vorzugsweise mit einem elektromotorischen Spindeltrieb oder einem elektrischen Linearmotor gekoppelt. Sowohl Geberzylinder als auch Linearmotor enthalten linearbewegte Teile und sind besonders gut für die funktionelle Verbindung mit einem Wegsensor geeignet. Ein Spindeltrieb kann von einem Schrittmotor angetrieben sein, welcher durch die Art seiner Ansteuerung einen Wegsensor typischerweise beinhaltet. Eine Hydraulikpumpe allgemeiner Art kann auch mit einem Durchflussmesser gekoppelt sein, welcher die Funktion des Wegsensors übernimmt. Die Durchflussmessung sollte in beide Richtungen möglich sein.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist das Volumen des

Geberzylinders so groß wie oder größer als die Summe der Volumina der

Nehmerzylinder, welche bei Schaltvorgängen maximal zugleich befüllt sind.

Vorzugsweise ist das Volumen des Geberzylinders so groß wie oder größer als die Summe der Volumina der insgesamt vom Geberzylinder ansteuerbaren Nehmerzylinder. Je weniger Nehmerzylinder vorhanden sind, umso eher sind alle Nehmerzylinder an einem Schaltvorgang beteiligt. Auch wenn nicht alle

Nehmerzylinder an allen Schaltvorgängen beteiligt sein müssen, kann es sinnvoll sein, das Volumen des Geberzylinders auf die Summe der Volumina aller

Nehmerzylinder abzustimmen, etwa für die Durchführung von Tests.

Vorteilhafterweise sind den Nehmerzylindem Rückstellfedern zugeordnet.

Dadurch reicht auf Seiten des elektrohydraulischen Aggregats ein Geberzylinder mit einer Arbeitskammer aus. Bei Verkleinerung der Arbeitskammer im

Geberzylinder strömt Hydraulikflüssigkeit in die Nehmerzylinder gegen den Druck der Rückstellfedern. Bei Vergrößerung der Arbeitskammer im Geberzylinder gelangt die hydraulische Flüssigkeit unter dem Druck der Rückstellfedern aus den Nehmerzylindern zum Geberzylinder zurück.

Zur Betätigung des Schaltgetriebes sind vorzugsweise zwei oder mehr

Nehmerzylinder vorgesehen, zuzüglich des Nehmerzylinders für die Betätigung der Kupplung. Bei einer speziellen Ausgestaltung des Schaltgetriebes,

insbesondere nach Art einer H-Schaltung, ist ein Nehmerzylinder zur Anwahl einer Schaltgasse und der andere Nehmerzylinder zum Einlegen des Ganges der ausgewählten Schaltgasse vorgesehen. Je nach Getriebe und erforderlicher Aktion ist die passende Anzahl an Nehmerzylindern auszuwählen.

Erfindungsgemäß kann eine Steuerung der Ventile zum Sperren der Leitungen derart vorgesehen sein, dass stets nur eines der Ventile bzw. nur eine Leitung offen ist. Damit besteht zu jedem Zeitpunkt ein genauer Zusammenhang zwischen dem Antrieb des elektrohydraulischen Aggregats einerseits und dem gerade beaufschlagten Nehmerzylinder andererseits. Dies gilt auch für das vom

Nehmerzylinder beaufschlagte Bauteil, etwa ein Kupplungshebel, ein Schalthebel oder dergleichen. Der Wegsensor am elektrohydraulischen Aggregat bzw. am Elektromotor oder am hydraulischen Geberzylinder zeigt die Position des betreffenden Nehmerzylinders an. Hierzu muss nur berücksichtigt werden, welches der Ventile gerade geöffnet ist und welche Funktion dieses hat. Analog gilt dies für Signale eines Durchflussmessers.

Vorteilhafterweise sind die Ventile zum Sperren der Leitungen einfache

Schaltventile, zumindest eines oder mehrere der Ventile. "Einfach" bedeutet vorzugsweise die Verwendung von 2/2 -Wege-Ventilen, etwa als Magnetventile nach Art von Sitzventilen. Letztere dichten im geschlossenen Zustand sehr gut ab, besser als Schieberventile. Gleichwohl können auch Schieberventile verwendet werden.

Erfindungsgemäß können die hydraulischen Leitungen zu den Nehmerzylindern über einen gemeinsamen Sternpunkt an das elektrohydraulische Aggregat angeschlossen sein. Es sind dann keine zusätzlichen Ventile für die Steuerung der Verzweigung vorgesehen, nur die Ventile in den einzelnen Leitungen zu den Nehmerzylindern. Vom Sternpunkt führt eine gemeinsame Hauptleitung zum elektrohydraulischen Aggregat. Dies vereinfacht den Anschluss an das Aggregat bzw. an den Geberzylinder. In der Hauptleitung ist vorzugsweise kein Ventil zum Absperren vorgesehen. Der Sternpunkt kann aber auch durch direkt parallel an den Geberzylinder angeschlossene Leitungen ersetzt werden. Auch kann der Sternpunkt ein Volumen des elektrohydraulischen Aggregats bzw. des

Geberzylinders darstellen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Betätigung der Kupplung und des Schaltgetriebes weist das elektrohydraulische Aggregat einen

elektrischen Antrieb und eine Hydraulikpumpe, insbesondere einen hydraulischen Geberzylinder, auf. Dabei ist das elektrohydraulische Aggregat über eine hydraulische Leitung mit einem Nehmerzylinder zur Betätigung der Kupplung und über eine oder mehrere hydraulische Leitungen mit einem oder mehreren Nehmerzylindern zur Betätigung des Schaltgetriebes verbunden. Aus der

Betätigung des elektrohydraulischen Aggregats wird die Stellung der

Nehmerzylinder berechnet. Die Hydraulikpumpe pumpt vorzugsweise nur, wenn die Nehmerzylinder beaufschlagt werden. Die Nehmerzylinder werden unmittelbar durch die Hydraulikpumpe beaufschlagt. Es findet keine Druckspeicherung durch einen Hydraulikspeicher statt.

Erfindungsgemäß ist beim Schalten des Getriebes zu jedem Zeitpunkt maximal eine der mit den Nehmerzylindern verbundenen hydraulischen Leitungen offen, während die übrigen Leitungen (außer eine Hauptleitung mit Sternpunkt) gesperrt sind. "Offen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Durchfluss in der betreffenden Leitung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird zum Einlegen eines Ganges die Leitung zum

Nehmerzylinder der Kupplung geöffnet und vom elektrohydraulischen Aggregat ein Volumenstrom erzeugt, bis die Kupplung geöffnet ist. Dann wird der

Volumenstrom vom elektrohydraulischen Aggregat gestoppt und die Leitung zum Nehmerzylinder der Kupplung versperrt. Anschließend wird die Leitung zum Nehmerzylinder des Getriebes geöffnet und das elektrohydraulische Aggregat erzeugt einen Volumenstrom bis ein Kolben des Nehmerzylinders des Getriebes in einer gewünschten Position ist oder ein Gang eingelegt ist. Schließlich wird der Volumenstrom gestoppt und die Leitung zum Nehmerzylinder des Getriebes versperrt. Sofern dem Getriebe zwei Nehmerzylinder zugeordnet sind, werden die dann insgesamt drei vorgesehenen Nehmerzylinder nach dem dargestellten Schema angesteuert. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn vor dem

Einlegen des Ganges zunächst eine Schaltgasse ausgewählt werden muss. Es wird immer nur eine Leitung geöffnet, der betreffende Nehmerzylinder mit einem Volumenstrom beaufschlagt, der Volumenstrom gestoppt und dann die

betreffende Leitung wieder versperrt.

Vorteilhafterweise wird das Öffnen und Schließen der Kupplung und/oder das Einlegen und Herausnehmen von Gängen im Getriebe durch einen Wegsensor am elektrohydraulischen Aggregat und/oder einen Durchflussmesser detektiert. Aus der Betätigung der Ventile einerseits und den (die Füllung des Geberzylinders repräsentierenden) Signalen des Wegsensors/Durchflussmessers andererseits sind die Zustände der einzelnen Nehmerzylinder bestimmbar. Eine Überwachung der Schaltvorgänge mit nur einem Wegsensor oder Durchflussmesser ist dadurch möglich.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Steuergerät für die Steuerung der

Vorrichtung bzw. zur Steuerung des Verfahrens. Das Steuergerät weist eine elektronische Schalteinheit zur Verarbeitung von Signalen des Wegsensors am elektrohydraulischen Aggregat und/oder von Signalen eines Durchflussmessers, zur Ansteuerung von Ventilen in den hydraulischen Leitungen und zur

Ansteuerung des elektrohydraulischen Aggregats auf. Im Steuergerät können Werte hinterlegt sein, die die Wege im elektrohydraulischen Aggregat,

insbesondere des Geberzylinders oder eines Motors, bei Betätigung jedes einzelnen Nehmerzylinders repräsentieren.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrohydraulischen Aggregates, mit Steuergerät, hydraulischen Leitungen, Ventilen in den Leitungen und Nehmerzylindern zur Betätigung von Kupplung und Getriebe,

Fig. 2 das Schema einer typischen 4-Gang-H-Schaltung.

Ein elektrohydraulisches Aggregat 10 weist einen Elektromotor 11 , eine im

Umfangsrichtung feststehende Spindel 12, einen hydraulischen Geberzylinder 13 mit Arbeitsraum 14 und Kolben 15 sowie einen Wegsensor 16 auf. Der Wegsensor 16 detektiert hier den Weg des Kolbens 5, kann aber alternativ auch durch andere Maßnahmen realisiert sein, etwa durch Ausbildung des Elektromotors 1 1 als Schrittmotor mit Positionsgeber. Der Elektromotor 1 1 ist ein rotierender Motor, welcher eine nicht gezeigte, axial feststehende Spindelmutter antreibt. Anstelle eines Spindeltriebs mit rotierendem Motor kann auch ein Linearmotor vorgesehen sein. Am Aggregat 10 oder in einer anschließenden Hauptleitung 17 kann ein nicht gezeigter Durchflussmesser vorgesehen sein, dessen Signale die Signale des Wegsensors 16 ersetzen oder ergänzen.

Über die Hauptleitung 17 und einen Sternpunkt 18 sind drei Leitungen 19, 20, 21 an den Arbeitsraum 14 angeschlossen. In jeder der Leitungen 19, 20, 21 ist ein Schaltventil 22, 23, 24 zum Öffnen bzw. Sperren der betreffenden Leitung vorgesehen. Optional kann an den Arbeitsraum 14 bzw. an den Geberzylinder 13 ein Ölvorrat angeschlossen sein.

An jede der Leitungen 19, 20, 21 ist ein Nehmerzylinder 25, 26, 27

angeschlossen. Die Nehmerzylinder weisen jeweils einen Arbeitsraum auf und sind mit nicht gezeigten Rückstellfedern versehen. Durch die Wirkung der

Rückstellfedern sind Kolben 28, 29, 30 in den Nehmerzylindern 25, 26, 27 in Richtung von Pfeilen 31 beaufschlagt, nämlich in Gegenrichtung zu dem durch die Leitungen 19, 20, 21 eingebrachten hydraulischen Druck. Die Figur zeigt die Kolben 28, 29, 30 in der durch die Rückstellfedern maximal eingefahrenen

Position, korrespondierend zur maximal ausgefahrenen Position des Kolbens 15 zur Bildung des maximalen Arbeitsraums 14.

Weiterhin Bestandteil der Vorrichtung ist ein Steuergerät 32 mit einer nicht näher gezeigten elektronischen Schalteinheit und mit Steuerleitungen 33, 34, 35, 36 zum Elektromotor 1 1 und zu den Ventilen 22, 23, 24. Außerdem verbindet eine

Signalleitung 37 den Wegsensor 16 mit dem Steuergerät 32. Im Steuergerät 32 können Wege-Werte für jeden Nehmerzylinder 25, 26, 27 und korrelierende Werte für den Geberzylinder 13 hinterlegt sein.

Der Nehmerzylinder 25 ist einer nicht gezeigten Kupplung in einem Kraftfahrzeug zugeordnet. Durch Bewegung des Kolbens 28 wird die Kupplung zum Öffnen beaufschlagt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Hebelgetriebes. Gestrichelte Linien 38, 39 deuten die Position des Kolbens 28 bei geschlossener Kupplung (Linie 38) einerseits und geöffneter Kupplung (Linie 39) andererseits an. Die Nehmerzylinder 26, 27 sind einem nicht gezeigten Schaltgetriebe des

Kraftfahrzeugs zugeordnet. Dabei wird von einer typischen H-Schaltung mit vier Gängen I, II, III, IV plus Rückwärtsgang R ausgegangen, siehe Figur 2. Ein nicht gezeigter Schalthebel muss entlang einer Hauptrichtung 40 in eine von drei Schaltgassen 41 , 42, 43 bewegt werden. Anschließend muss quer zur

Hauptrichtung 40 ein Gang eingelegt werden, und zwar je nach Zustand in die eine oder andere Richtung. Dabei ist der Nehmerzylinder 26 zur Auswahl der Schaltgasse 41 , 42, 43 vorgesehen. Mittels des Nehmerzylinders 27 erfolgt das Einlegen des jeweiligen Ganges quer zur Hauptrichtung 40. Entsprechend sollen die Kolben 29, 30 zumindest drei verschiedene Kolbenpositionen gemäß den gestrichelten Linien 44, 45, 46 einnehmen können.

Der Fahrer des Kraftfahrzeugs beeinflusst Kupplung und Schaltgetriebe nur mittelbar durch Starten des Motors, Auswahl an einem Wählhebel zwischen neutral, vorwärts oder rückwärts und Stellung des Fahrpedals. Alles andere regelt das Steuergerät 32, auch in Abhängigkeit von Drehzahl und Geschwindigkeit.

Ausgehend von Fahrzeugstillstand, abgeschaltetem Motor vor Fahrtbeginn und von der Position der Kolben 28, 29, 30 gemäß Figur 1 , nämlich auf Höhe der Positionen 38 und 44, sind die Kupplung eingerückt, die Schaltgasse 43 ausgewählt und der Gang III eingelegt. Beim Starten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs öffnet zunächst automatisch das Ventil 22 und der

Elektromotor 1 1 treibt den Kolben 15 in den Arbeitsraum 14, so dass über die Leitung 19 hydraulischer Druck auf den Kolben 28 wirkt und die Kupplung ausrückt. Erst danach wird der Anlasser für den Verbrennungsmotor wirksam.

Zum Öffnen der Kupplung bewegt sich der Kolben 28 bis in die Position 39. Damit korreliert ein bestimmter Weg des Kolbens 15. Dieser Weg wird vom Wegsensor 16 detektiert, an das Steuergerät 32 signalisiert und dort mit einem hinterlegten Sollwert verglichen. Nach Erreichen des Sollwerts stoppt der Antrieb für den Kolben 15. Das Ventil 22 wird wieder geschlossen und hält dadurch die Kupplung offen. Im Steuergerät 32 ist die Kupplung als offen vermerkt. Es wird nun das Ventil 24 geöffnet und durch das elektrohydraulische Aggregat 10 Druck auf die Leitung 21 und den Kolben 30 gegeben, so dass dieser in die Position der Linie 45 fährt. Dies entspricht dem Punkt A in Figur 2. Anschließend werden das elektrohydraulische Aggregat 10 gestoppt und das Ventil 24

geschlossen. Der Kolben 30 verbleibt in seiner Position der Linie 45. Detektiert wird dies wiederum durch den Wegsensor 16. Im Steuergerät 32 ist hinterlegt, wie groß die Wege sein müssen, um zwischen den Positionen der Linien 44, 45 und 46 zu wechseln.

Nun wird das Ventil 23 geöffnet und durch das elektrohydraulische Aggregat 10 Druck über die Leitung 20 auf den Kolben 29 gegeben, bis dieser die mittlere Schaltgasse 42 erreicht hat. Die insgesamt nun vorliegende Schaltposition entspricht Punkt B in Figur 2. Auch hier wird der zurückgelegte Weg durch den Wegsensor 16 erfasst und mit dem im Steuergerät 32 hinterlegten, erforderlichen Weg abgeglichen, so dass die Position B punktgenau eingenommen werden kann. Dies ist nun im Steuergerät 32 hinterlegt. Das Ventil 23 wird geschlossen.

Sodann wird das Ventil 24 geöffnet und das elektrohydraulische Aggregat 10 bewegt den Kolben 15 zur Vergrößerung des Arbeitsraumes 14. Durch Wirkung der Rückstellfeder bewegt sich der Kolben 30 nun zurück von der Position der Linie 45 in die Position der Linie 44. Dabei wird der Weg des Kolbens 15 vom Wegsensor 16 detektiert und mit dem hinterlegten Sollweg abgeglichen bis der Kolben 30 die Position der Linie 44 erreicht hat. In Figur 2 hat die Schaltung dann den Punkt I eingenommen, das heißt der erste Gang ist eingelegt. Anschließend wird das Ventil 24 wieder geschlossen. Im Steuergerät 32 ist vermerkt, dass nun der erste Gang eingelegt ist.

Schließlich wird je nach Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer die bislang offene Kupplung wieder eingerückt, also geschlossen. Dies geschieht durch Öffnen des Ventils 22 und gezieltes Zurückfahren des Kolbens 15, so dass auch der Kolben 28 im Nehmerzylinder 25 unter dem Druck der Rückstellfeder von der Position der Linie 39 in die Position der Linie 38 wechseln kann. Durch gezielte Ansteuerung des Elektromotors 1 1 kann die Geschwindigkeit des Schließvorgangs der Kupplung gesteuert werden. Anschließend ist im Steuergerät 32 vermerkt, dass die Kupplung geschlossen ist.

Nach Abschluss der genannten Operationen fährt das Fahrzeug im ersten Gang. Alle weiteren Schaltvorgänge werden nach dem vorstehenden Muster ausgeführt, sowohl das Schalten in höhere Gänge als auch das Schalten in den

Rückwärtsgang R über den Schaltpunkt C.

Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)

10 elektrohyd raulisches Aggregat 41 Schaltgasse

1 1 Elektromotor 42 Schaltgasse

12 Spindel 43 Schaltgasse

13 Geberzylinder 44 Kolbenposition

14 Arbeitsraum 45 Kolbenposition

15 Kolben 46 Kolbenposition

16 Wegsensor A Schaltpunkt

17 Hauptleitung B Schaltpunkt

18 Sternpunkt C Schaltpunkt

19 Leitung

20 Leitung

21 Leitung

22 Schaltventil

23 Schaltventil

24 Schaltventil

25 Nehmerzylinder

26 Nehmerzylinder

27 Nehmerzylinder

28 Kolben

29 Kolben

30 Kolben

31 Pfeile

32 Steuergerät

33 Steuerleitungen

34 Steuerleitungen

35 Steuerleitungen

36 Steuerleitungen

37 Signalleitung

38 Kolbenposition

39 Kolbenposition

40 Hauptrichtung