Beschreibung

Titel

Hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine Fahrzeugkupplung

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeugkupplungen, insbesondere das Gebiet der Trennkupplungen in Fahrzeugen, insbesondere in Hyb- ridfahrzeugen.

Fahrzeugkupplungen werden üblicherweise eingesetzt, um ein Antriebsaggregat eines Fahrzeugantriebs an einen Antriebsstrang zu kuppeln, um das Fahrzeug anzutreiben. So wird beispielsweise im Fall eines Hybridantriebes mit zumindest zwei Antriebsaggregaten eines der Aggregate, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, mittels einer Trennkupplung an einen Antriebsstrang gekuppelt, falls das Fahrzeug verbrennungsmotorisch angetrieben werden soll, und mittels der Trennkupplung von dem Antriebsstrang wieder getrennt, falls das Fahrzeug mittels des zweiten Antriebsaggregats, beispielsweise mittels eines Elektromotors, angetrieben wird.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Hybridantriebs umfassend einen Verbrennungsmotor 101 , eine Trennkupplung 117, einen Elektromotor 105, einen Transmissionswandler 107 und beispielsweise eine Trennkupplung 109, der der Transmissionswandler 107 zugeordnet ist. Daneben umfasst das Hybridfahrzeug ein Hochvoltsystem zum Betreiben des Elektromotors 105 mit einer Hochvoltbatterie 11 1 , einer Leistungselektronik 113a sowie einem Spannungswandler 1 13b.

Fig. 2 verdeutlicht die wesentlichen Komponenten eines Parallel-Hybrids, der ei- nen Verbrennungsmotor 201 , einen wie in Fig. 1 dargestellten Kraftstofftank 103, einen Elektromotor 205 sowie eine zusätzliche Trennkupplung 203, welche mit und einer Fahrkupplung 207, z.B. einem Drehmomentwandler, verbunden ist.

Einer der Hauptvorteile des Hybridantriebs ist neben der geringeren Abgasemis- sion der im Vergleich mit einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine geringere Kraftstoffverbrauch. Zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs kann beispielsweise der Verbrennungsmotor 201 mittels der Trennkupplung 203 von einem Antriebsstrang getrennt und automatisch gestoppt werden. Die in der Fahrzeugbatterie gespeicherte Energie reicht üblicherweise aus, um das Fahrzeug fortzubewegen. Der Betriebsbereich, in welchem die Trennkupplung 203 geöffnet ist, in welchem der Verbrennungsmotor 201 ausgeschaltet ist und in welchem das Fahrzeug rein elektrisch betrieben wird, wird als eDrive bezeichnet. Im eDri- ve-Modus bewegt sich das Fahrzeug ausschließlich elektrisch durch den motorisch geschalteten Elektromotor 205, welcher mittels einer weiteren Kupplung 211 angekoppelt werden kann und durch die in der Fahrzeugbatterie, welche üblicherweise als eine Hochvoltbatterie ausgeführt ist, mit der darin gespeicherten Energie versorgt wird. Die Dauer dieses Betriebsbereichs hängt im Wesentlichen von einem gewünschten Bewegungszustand des Fahrzeugs sowie von den Eigenschaften der Fahrzeugbatterie, insbesondere von deren Kapazität, ab. Sinkt die in der Fahrzeugbatterie gespeicherte Energiemenge unter eine vorbestimmte

Energieschwelle, so kann der Verbrennungsmotor 201 automatisch mittels der Trennkupplung 203, welche hierzu geschlossen wird, an den Antriebsstrang angekuppelt und gestartet werden. Gleichzeitig kann der Elektromotor 205 in einen generatorischen Betrieb überführt werden und elektrische Energie in die Fahr- zeugbatterie zum Laden derselben speisen, was als Rekuperation bezeichnet wird.

Die Betätigung der Trennkupplung 203 kann beispielsweise durch einen elektro- hydraulischen Aktuator bzw. Betätigungsvorrichtung erfolgen, welcher von einer übergeordneten Steuereinheit je nach Betriebszustand geregelt wird. Fig. 3 zeigt beispielsweise eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine Fahrzeugkupplung mit einem Geberzylinder 301 , welcher über eine hydraulische Verbindung 303 mit einem Nehmerzylinder 305 verbunden ist. Der Geberzylinder umfasst einen Geberzylinderkolben 306, welcher über eine Spindel 307 bewegbar ist. Eine Bewegung des Geberzylinderkolbens 306 wird über eine im System enthaltene hydraulische Flüssigkeit auf einen Nehmerzylinderkolben 309 übertragen. Zum Bereitstellen der hydraulischen Flüssigkeit ist ein Behälter 311 mit einem Druckmessgerät 313 vorgesehen. Der Nehmerzylinder 305 ist mit einem Entlüftungsventil 315 verbunden, welches zum Entlüften der Fahrzeugkupplung geöffnet werden kann. Nachteilig an diesem Entlüftungskonzept ist jedoch, dass die hyd- raulische Betätigungsvorrichtung nur beim Befüllen derselben mit der hydraulischen Flüssigkeit aufgrund der damit einhergehenden Durchspülung des hydraulischen Systems entlüftet werden kann. Die in Fig. 3 dargestellte Fahrzeugkupplung kann ferner nicht entlüftet werden, falls das hydraulische Ventil 315 defekt ist oder gänzlich fehlt.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine hydraulische Betätigungsvorrichtung ausschließlich anhand einer Bewegung eines Geberzylinderkolbens, durch welche die in der hydraulischen Betätigungsvorrichtung eingeschlossene

Luft über einen mit einem Geberzylinder verbundenen Behälter für die hydraulische Flüssigkeit entweicht, entlüftet werden kann. So kann die hydraulisch betätigbare Kupplung insbesondere im Falle einer räumlichen Trennung zwischen der Kupplung und einem Aktuator entlüftet werden, wenn aufgrund von ungünstigen Einbauverhältnissen bzw. Leitungsführung mit geringer Leitungssteigung oder konstruktiv bedingten Siphons eine passive Entlüftung bzw. Selbstentlüftung des hydraulischen Systems nicht gewährleistet werden kann. Derartige Einbauverhältnisse liegen insbesondere oft bei Parallelhybridfahrzeugen aufgrund der begrenzten Bauräume vor.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine hydraulische Betätigungsvorrichtung mit einem Geberzylinder, welcher einen Geberzylinderkolben aufweist, und einem Behälter, beispielsweise einen Ausgleichsbehälter, zum Bereitstellen eines hydraulischen Mittels, beispielsweise einer hydraulischen Flüssigkeit. Der Geberzylinder ist mit dem Behälter über eine hydraulische Verbindung verbunden, wobei der Geberzylinderkolben in Bewegung versetzbar ist, um die hydraulische Betätigungsvorrichtung über die hydraulische Verbindung zu entlüften. Damit kann die in der hydraulischen Betätigungsvorrichtung eingeschlossene Luft über den bevorzugt zur Umgebung hin offenen Behälter entweichen. Der Behälter kann beispielsweise oberhalb des Geberzylinders angeordnet sein, wodurch vorteilhaft sichergestellt wird, dass die Luft nach oben entweichen kann.

Die hydraulische Betätigungsvorrichtung kann einen Nehmerzylinder mit einem Nehmerzylinderkolben aufweisen, wobei der Geberzylinder mit dem Nehmerzylinder über eine weitere hydraulische Verbindung verbunden ist und wobei der Geberzylinderkolben ausgebildet ist, auf den Nehmerzylinderkolben über das hydraulische Mittel einzuwirken, wodurch die Kupplung betätigt werden kann.

Die hydraulische Verbindung kann beispielsweise eine Schnüffelbohrung oder ein hydraulisches Ventil aufweisen oder als eine Schnüffelbohrung oder ein hydraulisches Ventil realisiert werden, wodurch eine vorteilhafte Entlüftung gewährleistet werden kann.

Die hydraulische Betätigungsvorrichtung kann ferner einen Kupplungsaktuator aufweisen, welcher beispielsweise eine Spindel aufweisen kann und zum Bewegen des Geberzylinderkolbens vorgesehen ist. Somit wird die Bewegung des Geberzylinderkolbens in vorteilhafter Weise durch eine Ansteuerung des Kupp- lungsaktuators initiiert werden.

Der Geberzylinderkolben kann beispielsweise in eine vorbestimmte Bewegung, beispielsweise in eine periodische Bewegung oder in eine Bewegung gemäß einem vorbestimmten Bewegungsablauf versetzt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Steuerungseinrichtung vorgesehen sein, welche den Geberzylinder- kolben beispielsweise über den Aktuator geeignet in Bewegung versetzt.

Der Geberzylinderkolben kann in vorteilhafter weise in einem vorbestimmten Schließzustand der Fahrzeugkupplung, beispielsweise bei vollständig geschlossener Kupplung oder in einem Schließzustand, in welchem durch die Fahrzeug- kupplung ein vorbestimmtes Moment übertragbar ist, zur Entlüftung der hydraulischen Betätigungsvorrichtung in Bewegung versetzt werden. Dadurch wird in vorteilhafter weise sichergestellt, dass die Funktionalität der Fahrzeugkupplung bei der Durchführung der Entlüftungsroutine nicht beeinträchtigt wird. Die Fahrzeugkupplung kann beispielsweise eine Trennkupplung eines Hybridantriebs sein, welche ein Antriebsaggregat, beispielsweise einen Verbrennungsmotor, mit einem Antriebsstrang verbindet.

Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrzeugantrieb, beispielsweise einen Hybridfahrzeugantrieb, mit zumindest einem Antriebsaggregat und der erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungsvorrichtung zum Verbinden oder Trennen des Antriebsaggregats von einem Antriebsstrang des Fahrzeugantriebs.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Entlüften einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungsvorrichtung, wobei der Geberzylinder in Bewegung versetzt wird, um die hydraulische Betätigungsvorrichtung über die hydraulische Verbindung zu entlüften. Weitere Verfahrensschritte des Verfahrens ergeben sich unmittelbar aus der Funktionalität der erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungsvorrichtung.

Die Erfindung betrifft ferner eine programmtechnisch eingerichtete Entlüftungs- steuerungseinrichtung, welche ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Aus- führen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entlüften einer hydraulischen

Betätigungsvorrichtung auszuführen.

Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Hybridantrieb;

Fig. 2 einen Hybridantrieb;

Fig. 3 eine Fahrzeugkupplung;

Fig. 4 eine hydraulische Betätigungsvorrichtung;

Fig. 5 einen Bewegungsablauf des Geberzylinderkolbens; und Fig. 6 eine Abhängigkeit eines Kupplungsübertragungsmomentes von einem Verfahrweg eines Spindelaktuators.

Die in Fig. 4 dargestellte hydraulische Betätigungsvorrichtung umfasst einen Ge- berzylinder 401 , welcher mit einem Nehmerzylinder 403 mittels einer hydraulischen Verbindung 409 hydraulisch verbunden ist. Ferner ist ein Behälter 405 zum Bereitstellen eines hydraulischen Mittels, beispielsweise einer hydraulischen Flüssigkeit, vorgesehen. Der Behälter 405 ist mit dem Geberzylinder 401 über eine hydraulische Verbindung 407 verbunden. Die hydraulische Verbindung 407 kann beispielsweise mit einer Schnüffelbohrung des Geberzylinders 401 verbunden sein. Der Geberzylinder 401 ist mit dem Nehmerzylinder 403 über eine weitere hydraulische Verbindung 409 verbunden. Ferner ist in dem Geberzylinder 401 ein Geberzylinderkolben 411 angeordnet, welcher beispielsweise mittels einer Spindel 413 in Richtung des in Fig. 4 eingezeichneten Pfeils bewegbar ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist keine weitere Entlüftungseinrichtung vorgesehen, insbesondere kein Entlüftungsventil am Nehmerzylinder, über welche die hydraulische Betätigungsvorrichtung entlüftet werden könnte. Die Entlüftung wird daher bevorzugt ausschließlich über die Bewegung des Geberzylinderkolbens durchgeführt.

Fig. 5 zeigt beispielsweise einen Bewegungsablauf des Geberzylinderkolbens, welcher zum Entlüften der hydraulischen Betätigungsvorrichtung initiiert werden kann. In Fig. 5 ist insbesondere der Verlauf des Hubs s des Geberzylinderkolbens in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Demnach kann der Geberzylin- derkolben periodisch bewegt werden, um die Entlüftung der hydraulischen Betätigungsvorrichtung zu bewirken.

Zur Steuerung des in Fig. 5 dargestellten Ablaufs kann beispielsweise in einem elektrohydraulischen Aktuator ein Entlüftungsmodus aktiviert werden, durch wel- chen die Entlüftung der hydraulischen Betätigungsvorrichtung aktiv durchgeführt wird. Das Anfordern des Entlüftungszustands bzw. der in Fig. 5 dargestellten, aktiven Entlüftungsroutine kann beispielsweise jeweils nur zu bestimmten Betriebs- zuständen der hydraulischen Betätigungsvorrichtung zugelassen werden, in denen diese beispielsweise in einem Fahrzeugstillstand oder in einer Aufheizphase des Verbrennungsmotors oder bei hohen Verbrennungsmotordrehzahlen geschlossen oder teilweise geschlossen ist. Dabei ist es vorteilhaft, sicherzustellen, dass die Kupplung nicht ungewollt schlupft. Der Entlüftungsmodus kann ferner in Abhängigkeit von dem Zustand des elektrischen Fahrzeugsystems angefordert werden. Die Entlüftung der hydraulischen Betätigungsvorrichtung kann ferner bei Stillstand oder auch in einem normalen Fahrbetrieb durchgeführt werden, da kei- ne mechanischen Arbeiten am System zur Entlüftung der hydraulischen Betätigungsvorrichtung durchgeführt werden müssen. Denn die Entlüftung kann beispielsweise ausschließlich mittels eines Bewegungsprofils des Geberzylinders durchgeführt werden, wobei die Luft auf ihrer natürlichen Bewegung von unten nach oben zum Behälter für das hydraulische Mittel hin entweicht. Hierbei wird erfindungsgemäß das archimedische Prinzip ausgenutzt, gemäß welchem Luftblasen in der hydraulischen Verbindung 409 ansteigen. Durch die Bewegung des Geberzylinderkolbens wird eine Fluidströmung erzeugt, welche diejenigen Adhäsionskräfte abzubauen hilft, durch welche die Luftblasen an der Wandung der hydraulischen Verbindung 409 haften. Die losgelöste Luft gelangt auf diese Wei- se bis in den Geberzylinderraum und über Schnüffelbohrung in die hydraulische

Verbindung 407 zum Behälter 405 hin. Das erfindungsgemäße Konzept kann in allen bekannten Kupplungssystemen, insbesondere in offenen hydraulischen Kupplungssystemen eingesetzt werden. Bevorzugt wird der Geberzylinderkolben derart bewegt, dass der Nehmerzylinderkolben und damit die Kupplung derart betätigt werden, dass das angeforderte Kupplungsmoment stets übertragen werden kann. Diese Anforderung ist in der Regel bei kleineren Aktuatorbewegungen gegeben, bei denen pro Umdrehung eines Spindelaktuators um 360° beispielsweise 2 mm Verfahrweg des Geberzylinderkolbens resultieren. In Fig. 6 sind beispielhafte Verläufe der Kupplungsübertragungsmomente M in Nm jeweils in Ab- hängigkeit von einem Verfahrweg eines Spindelaktuators (SpA) in Grad dargestellt.