Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Fahrzeugkupplungen können danach unterschieden werden, ob sie im un- betätigten Zustand geschlossen oder geöffnet sind. Kupplungen, die im un- betätigten Zustand geschlossen sind, werden auch als „normally-closed- Kupplungen" bezeichnet, Kupplungen, die im unbetätigten Zustand geöffnet sind, als „normally-open-Kupplungen". In den meisten Fahrzeugen kommen normally-closed-Kupplung zum Einsatz. Bei Handschaltgetrieben erfolgt das öffnen der Kupplung durch eine vom Fahrer über das Kupplungspedal eingeleitete Betätigungskraft. Bei automatisierten Getrieben gibt es elektrisch ansteuerbare Betätigungseinrichtungen, die so genannten Aktuatoren. Bei einer normally-open-Kupplung ist die Kupplung im unbetätigten Zustand geöffnet und muss mit der Kraft des Aktuators geschlossen und durch den Ak- tuator geschlossen gehalten werden.

Bei Doppelkupplungsgetrieben kommen aus Funktionssicherheitsgründen normally-open-Kupplungen zum Einsatz, da es nicht erlaubt ist, dass die den beiden Teilgetrieben zugeordneten Kupplungen gleichzeitig geschlossen

sind. Wenn das Bordnetz bzw. die Aktuatorik für die Kupplungsbetätigung ausfällt, dürfen nicht beide Kupplungen selbsttätig schließen.

Um eine normally-open-Kupplung während des Betriebs geschlossen zu halten, muss permanent Energie aufgewendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung zu schaffen, bei der die Kupplung keine oder nur eine vergleichsweise geringe Zuhaltekraft im Schließzustand erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Kupplungsanordnung, die mindestens eine Kupplung, einen Kupplungsaktor und eine übertragungseinrichtung aufweist. Bei der Kupplung handelt sich um eine Kupplung, die aus einem unbetätigten öffnungszustand heraus durch Beaufschlagung mit einer Betätigungskraft bzw. mit einem Betätigungsmoment in einen Schließzustand gebracht werden kann. Die übertragungseinrichtung ist dazu vorgesehen, eine vom Kupplungasaktor erzeugte Kraft bzw. ein vom Kupplungsaktor erzeugtes Drehmoment als Betätigungskraft bzw. Betätigungsmoment in die Kupplung einzuleiten. Allgemein gesprochen wird hierbei eine „Aktorkoordinate" gemäß einer vorgegebenen übertragungsfunktion der übertragungseinrichtung in eine „Kupplungsbetätigungskoordinate" umgesetzt. Bei beiden Koordinaten kann es sich um Kräfte, Drehmomente, Verschiebewege, Drehwinkel, Drücke etc. handeln. Die Aktorkoordinate muss nicht notwendigerweise dieselbe Dimension wie die Kupplungsbetätigungskoordinate haben, d.h. bei der Aktorkoordinate kann es sich z.B. um ein Drehmoment und bei der Kupplungsbetätigungskoordinate um eine Kraft handeln.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Kupplungsanordnung bzw. die übertragungseinrichtung derart gestaltet ist, dass der über der Aktorkoordinate aufgetragene Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungskoordi- nate im Schließzustand der Kupplung eine geringere Steigung aufweist als im öffnungszustand und/oder im Bereich zwischen dem öffnungszustand und dem Schließzustand. Hierdurch wird erreicht, dass zum Zuhalten der Kupplung keine oder nur eine relativ geringe Zuhalte- bzw. Aktorkraft benötigt wird, was sich günstig auf den Energieverbrauch des Fahrzeugs auswirkt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Zuhalten der Kupplung weiterhin eine wenn auch geringe Aktorkraft benötigt wird. Die Kupplungsanordnung ist somit im Schließzustand nicht selbsthemmend, was den Vorteil hat, dass bei einem Systemausfall, z. B. bei einem Stromausfall oder allgemein bei einem Ausfall des Aktors die Kupplung selbsttätig öffnet.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsanordnung im Schließzustand selbsthemmend ist. Bei teilbetätigter Kupplung, d. h. wenn die Kupplung nicht ganz geschlossen ist, geht sie bei einem Systemausfall selbständig in den öffnungszustand über. Im vollständig geschlossenen Zustand hingegen bleibt die Kupplung aufgrund der Selbsthemmung auch bei einem Systemausfall geschlossen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Funktionsverlauf der Kupp- lungsbetätigungskoordinate über die Aktorkoordinate stetig und stetig differenzierbar und weist mindestens einen Wendepunkt auf. Bei einem derartigen Verlauf mit mindestens einem Wendepunkt kann eine Betätigungskraftcharakteristik dargestellt werden, bei der die Betätigungskraft zum Zuhalten der Kupplung sehr gering, Null oder sogar negativ ist. „Negativ" bedeutet in diesem Zusammenhand, dass die Kupplung aus dem Schließzustand heraus bei einem Systemausfall nicht nur nicht selbsttätig öffnet, sondern dass zum öffnen der Kupplung eine der Schließkraft bzw. dem Schließmoment entge-

gen wirkende öffnungskraft bzw. ein dem Schließmoment entgegen wirkendes öffnungsmoment appliziert werden muss.

Alternativ zu einem „glatten" Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungs- koordinate über der Aktorkoordinate kann der Funktionsverlauf der Kupp- lungsbetätigungskoordinate auch stetig aber nicht stetig differenzierbar sein, wobei der Funktionsverlauf in diesem Fall mindestens einen Punkt oder mindestens einen Abschnitt aufweist, in dem die Ableitung der Kupplungsbetäti- gungskoordinate nach der Aktorkoordinate maximal ist.

Verschiedene derartige Funktionsverläufe werden im Zusammenhand mit der Zeichnung später noch näher erläutert.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem Getriebe um ein Doppelkupplungsgetriebe, bei dem die Kupplungen für die beiden Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes jeweils den oben beschriebenen Aufbau aufweisen können.

Bei einem Gangwechsel wird dann die eine Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes geschlossen und zeitlich überschneidend die andere Kupplung geöffnet. Solange sich die geschlossene Kupplung sich im Schließzustand befindet, darf die zu schließende Kupplung aus Sicherheitsgründen nicht betätigt werden. Des Weiteren darf die zu schließende Kupplung erst dann in den Schließzustand übergehen, wenn die sich öffnende Kupplung den so genannten „kiss point", d. h. den Betätigungszustand, in dem sich die Kupplungsscheiben gerade (noch) berühren, überschritten hat und kein Drehmoment mehr über das zugeordnete Teilgetriebe übertragen wird.

Um eine Fehlfunktion, wie z. B. das gleichzeitige Schließen der beiden Kupplungen zu verhindern, werden zwei Sicherheitsvorrichtungen vorgeschlagen. Eine erste Sicherheitsvorrichtung lässt sich elektronisch darstellen und weist zwei Kupplungspositionssensoren auf, welche die momentanen

Betätigungspositionen der Kupplungen überwachen und die zugeordneten Kupplungsaktuatoren in Abhängigkeit davon ansteuern. Zusätzlich zu einer elektronischen Sicherheitseinrichtung wird eine mechanische Sicherheitseinrichtung vorgeschlagen, die ein gleichzeitiges Schließen der beiden Kupplungen verhindert.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die Kupplungscharakteristik einer herkömmlichen Kupplungsanordnung; und

Figuren 2 - 6 Ausführungsbeispiele verschiedener Kupplungscharakteristika gemäß der Erfindung;

Figur 7 einen Schaltvorgang der beiden Kupplungen eines

Doppelkupplungsgetriebes;

Figuren 8, 9 ein Ausführungsbeispiel einer Kupplungsbetätigungseinrichtung gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt den Funktionsverlauf einer Kupplungsbetätigungskoordinate aufgetragen über einer Aktorkoordinate. Bei den beiden Koordinaten kann es sich um Kräfte, Drehmomente, Verstellwege, Drehwinkel, o. ä. handeln. Die Kupplungsbetätigung hat einen linearen Verlauf. Ausgehend von einem öffnungszustand berühren die beiden Kupplungsscheiben einander erstmalig im so genannten „kiss point". Durch weiteres Schließen der Kupplung wird schließlich der Schließzustand erreicht. Bei einer derartigen herkömmlichen normally-open-Kupplung öffnet sich die Kupplung bei einem Systemausfall selbsttätig aus dem geschlossenen Zustand heraus. Wie aus dem Kurvenverlauf ersichtlich ist, ist zum Zuhalten der Kupplung eine permanent aufzubringende Zuhaltekraft erforderlich.

Figur 2 zeigt den Funktionsverlauf der Kupplungsbetätigungskoordinate aufgetragen über der Aktorkoordinate gemäß der Erfindung. Die Kurve besteht hier aus zwei abschnittsweise linearen Kurvenabschnitten, wobei die Steigung im Schließzustand geringer ist als im öffnungszustand.

Die Figuren 3 - 6 zeigen verschiedene Funktionsverläufe, die jeweils aus abschnittsweise linearen Kurvenabschnitten zusammen gesetzt sind, wobei für jeden der gezeigten Funktionsverläufe gilt, dass die Steigung im Schließzustand geringer ist, als im öffnungszustand und/oder in Bereichen zwischen dem öffnungszustand und dem Schließzustand.

Die Steigung der Kurve im Schließzustand kann so gewählt sein, dass die Kupplung unter Berücksichtigung der Reibung der Kupplungsanordnung im Schließzustand gerade geschlossen bleibt, selbst wenn der Aktor keine Zuhaltekraft ausübt.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zum Zuhalten der Kupplung eine positive, wenn auch kleine Zuhaltekraft erforderlich ist.

Die in den Figuren 2 - 6 dargestellten Kurvenverläufe sind stetig aber nicht stetig differenzierbar, da sie aus geraden Abschnitten zusammengesetzt sind. Sie weisen aber jeweils einen Abschnitt auf, in dem ihre Steigung maximal ist.

Alternativ zu aus geraden Abschnitten zusammengesetzten Kurvenverläufen kann auch ein stetiger und stetig differenzierbarer Kurvenverlauf mit mindestens einem Wendepunkt gewählt werden.

Figur 8 zeigt eine übertragungseinrichtung, mit der eine derartige stetige und stetig differenzierbar übertragungsfunktion bzw. Kupplungsbetätigungsfunk- tion dargestellt werden kann.

In Figur 9 ist exemplarisch ein Zahnradmechanismus zur Betätigung einer derartigen übertragungseinrichtung dargestellt.

Figur 7 zeigt die Kupplungsbetätigung bei einem Doppelkupplungsgetriebe. Der gestrichelte Kurvenverlauf zeigt den öffnungs- bzw. Schließzustand der ersten Kupplung. Der durchgezogene Kurvenverlauf den öffnungs- bzw. Schließzustand der zweiten Kupplung. In einem Zeitpunkt 0 wird die erste Kupplung geschlossen. Nach einer bestimmten Zeit wird die erste Kupplung ein Stück weit geöffnet. Anschließend wird die erste Kupplung in diesem Zustand gehalten. Während des Haltens der ersten Kupplung wird die zweite Kupplung teilweise geschlossen, und zwar so weit, bis sie ihren „kiss point" erreicht. Anschließend werden zeitlich überschneidend die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen.