DE10202774B4

DE10202774B4 - Elektronische Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe

Info

Publication number: DE10202774B4
Application number: DE10202774A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bailly Gerhard; Dr. Geiger Roland; Dipl.-Ing. Grotz Mario
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2022-01-26
Also published as: DE10202774A1

Abstract

Elektronische Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe eines Arbeitsmotorwagens, insbesondere eines Traktors, mit wenigstens einer Synchronschaltstufe und mehreren Lastschaltstufen, welche in einem Manuellmodus oder in wenigstens einem Automatiklastschaltmodus schaltbar sind, wobei zur Einstellung einer Fahrzeuggeschwindigkeit eine von einem Alldrehzahlregler einzustellende Soll-Motordrehzahl (n_mot_soll), eine Synchronschaltstufe (G1, G2, G3, G4) und wenigstens ein zulässiger Lastschaltstufenbereich (A1, A2) für einen Automatiklastschaltmodus fahrerseitig vorgebbar sind und wobei eine fahrerseitige Festlegung der Lastschaltstufen (I, II, III, IV, V) für den wenigstens einen zulässigen Lastschaltstufenbereich (A1, A2) anhand der angestrebten Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe eines Arbeitsmotorwagens, insbesondere eines Traktors, nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
Der Antriebsstrang von Arbeitsmotorwagen, wie z. B. Traktoren oder anderer zur Verrichtung von Arbeiten z. B. im landwirtschaftlichen Bereich oder Bauwesen vorgesehener Arbeitsfahrzeuge, enthält meist ein Lastschaltgetriebe, bei dem jeweils einer Synchronschaltstufe mehrere Lastschaltstufen zugeordnet werden können.
Die Wahl der Synchronschaltstufe und der jeweiligen Lastschaltstufe hierzu erfolgt in der Praxis häufig mechanisch, wozu dem Fahrer in der Regel mehrere verschiedene Bedienelemente zur Verfügung stehen, welche in bestimmten Situationen direkt nacheinander oder sogar gleichzeitig betätigt werden müssen, wenn er beispielsweise bei einer Rückschaltung nach Erreichen der niedrigsten Lastschaltstufe in einem aktiven Synchrongang die nächstniedrigere Synchronschaltstufe anwählen muss.
Um den Fahrer eines solchen Arbeitsmotorwagens von der Vielzahl manueller Schaltungen zu entlasten, wird in der Praxis zunehmend ein Automatikmodus zumindest für die Schaltungen im Lastschaltstufenbereich vorgesehen. Bei solchen Lastschaltautomatikgetrieben wählt der Fahrer einen bestimmten Synchrongang und aktiviert in diesem Synchrongang anschließend den Automatiklastschaltmodus, wobei die Lastschaltstufen in Abhängigkeit von der Last und der Motordrehzahl automatisch gewählt werden.
Bei aus der Praxis bekannten Systemen kann auch zwischen mehreren Betriebsarten unterschieden werden, so z. B. zwischen einer ökonomischen Betriebsart und einer leistungsorientierten Betriebsart, d. h. je nach gewählter Betriebsart wählt die elektronische Steuereinheit des Lastschaltgetriebes eine Lastschaltstufe, die im ökonomischen Betriebsmodus eine geringe Motordrehzahl und somit einen minimalen Kraftstoffverbrauch und bei leistungsorientierter Betriebsart die Erbringung der gesamten Motorleistung zur Folge hat. Neben der Vorgabe der Synchronschaltstufe geht der Fahrerwunsch vor allem über die Gaspedalstellung ein. So kann beispielsweise durch ein ganz durchgetretenes Gaspedal die Einspritzmenge maximiert werden und eine Rückschaltung um einen oder mehrere Gänge zur Erzielung einer größeren Leistung erreicht werden.
Wenngleich mit den bekannten Automatiklastschaltmodi eine Entlastung des Fahrers von manuellen Schaltvorgängen gegeben ist, so besteht dennoch ein Nachteil darin, dass der Fahrer über das Gaspedal eingreifen muss, damit der Traktor zur Verrichtung der jeweils anstehenden Arbeit die passende Geschwindigkeit hat.
Die DE 30 44 311 A1 offenbart eine manuelle Schaltvorrichtung für den Antrieb eines Nutzfahrzeuges, insbesondere eines Ackerschleppers, mit einem Schalthebel für die Schaltstufen eines Stufenzahnradwechselgetriebes und einem Bereichs- bzw. Gruppenschalthebel für eine Lastschaltstufe des Getriebes. Durch den Bereichs- bzw. Gruppenschalthebel sind manuell verschieden schnelle Vorwärtsgruppen und eine Rückwärtsgruppe schaltbar.
Aus der EP 1 103 742 A2 ist ein automatisches Getriebesystem bekannt, das eine elektronische Steuereinheit umfasst, mit einem internen Speicher zur Abspeicherung einer vom Fahrer bestimmten Fahrerpräferenz für eine manuelle oder automatische Schaltung. Eine System-ECU ermöglicht dem Fahrer, den Standard-Betriebsmodus des Getriebes entweder als den automatischen oder als den manuellen Getriebemodus zu programmieren. Außerdem ist der Fahrer während der Programmierung des Standard-Startmodus für das Getriebe auch in der Lage, die Standard-Startgangstufe auszuwählen. Der Fahrer kann den Standardmodus für das Getriebe und die Standard-Startgangstufe ändern, indem er den internen Speicher der System-ECU programmiert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe eines Arbeitsmotorwagens, insbesondere eines Traktors, bereitzustellen, mit der ein Fahrer von manuellen Schaltvorgängen zumindest im Lastschaltstufenbereich entlastet wird, wobei die Einstellung der Geschwindigkeit des Arbeitsmotorwagens entsprechend der zu verrichtenden Arbeit vom Fahrer auf einfache Art und Weise beeinflussbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer elektronischen Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe eines Arbeitsfahrzeuges gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung sieht vor, dass bei einer elektronischen Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe eines Arbeitsmotorwagens, insbesondere eines Traktors, mit wenigstens einer Synchronschaltstufe und mehreren Lastschaltstufen, welche in einem Manuellmodus oder in wenigstens einem Automatiklastschaltmodus schaltbar sind, zur Einstellung einer Fahrzeuggeschwindigkeit eine von einem Alldrehzahlregler einzustellende Soll-Motordrehzahl, eine Synchronschaltstufe und wenigstens ein zulässiger Lastschaltstufenbereich für einen Automatiklastschaltmodus fahrerseitig vorgebbar sind und wobei eine fahrerseitige Festlegung der Lastschaltstufen für den wenigstens einen zulässigen Lastschaltstufenbereich anhand der angestrebten Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.
Durch die Auswahl einer Soll-Motordrehzahl für den Arbeitsmotorwagen, einer geeigneten Synchronschaltstufe und eines zulässigen Lastschaltstufenbereichs kann der Fahrer auf einfache Art und Weise die Arbeitsgeschwindigkeit des Arbeitsmotorwagens einstellen. Der Alldrehzahlregler, welcher in bekannter Bauart ausgeführt sein kann, hält in bestimmten Grenzen die Motordrehzahl unabhängig von der Arbeitslast konstant, wobei die Einspritzmenge die Stellgröße darstellt. Eine Vorgabe der Einspritzmenge über die Gaspedalstellung kann somit bei der elektronischen Schalteinrichtung nach der Erfindung entfallen, was für den Fahrer eine Entlastung darstellt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektronischen Schalteinrichtung nach der Erfindung kann der wenigstens eine zulässige Lastschaltstufenbereich einer Synchronschaltstufe zugeordnet sein, wobei für jede von mehreren zur Verfügung stehenden Synchronschaltstufen ein eigener Lastschaltstufenbereich als zulässig programmiert werden kann. Die Erfindung ist aber auch Getriebe anwendbar, die nur über eine Synchronstufe verfügen und als sogenannte ”Full-Powershift-Getriebe” bezeichnet werden. Bei solchen Getrieben wird der gesamte Getriebebereich über entsprechend viele Lastschaltstufen abgedeckt, von denen jeweils eine Auswahl als bestimmter zulässiger Lastschaltstufenbereich definiert wird. Dabei können auch mehrere zulässige Lastschaltstufenbereiche festgelegt werden, zwischen denen der Fahrer im Betrieb wählen kann.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass ein bestimmter als zulässig definierter Lastschaltstufenbereich oder mehrere zulässige Lastschaltstufenbereiche mehreren Synchronschaltstufen zugeordnet werden.
Zum Definieren des wenigstens einen zulässigen Lastschaltstufenbereiches in einem entsprechenden Programmiermodus ist zweckmäßigerweise eine Programmiereinrichtung vorgesehen, welche einen manuell betätigbaren Programmierschalter, vorzugsweise einen Taster, aufweisen kann. Durch manuelles Betätigen eines solchen Programmierschalters kann der Fahrer aus einem anderen Betriebsmodus, wie z. B. dem Manuellmodus, in einen Programmiermodus wechseln, in welchem ein bestimmter zulässiger Lastschaltstufenbereich gewählt wird, wobei der Fahrer bei der Wahl der Lastschaltstufen für den jeweils zulässigen Lastschaltstufenbereich in der Praxis von der Fahrgeschwindigkeit, welche er einhalten möchte, ausgehen wird. Wenn der Fahrer mehrere zulässige Lastschaltstufenbereiche festlegen möchte, kann es hierfür vorgesehen sein, dass der Fahrer durch ein erneutes Betätigen des Programmierschalters in einen weiteren Programmiermodus zur Festlegung des weiteren zulässigen Lastschaltstufenbereiches gelangt.
Um zu verhindern, dass der Fahrer während des Fahrbetriebes einen Programmiervorgang vornimmt und somit vom Geschehen während des Fahrbetriebes abgelenkt wird, kann es als Sicherheitsvorkehrung vorgesehen sein, dass die Programmiereinrichtung bei Erkennen einer Fahrzeugbewegung oder einer von einer ”Neutral”-Schaltstellung abweichenden Schaltstellung nicht aktivierbar ist.
Die elektronische Schalteinrichtung nach der Erfindung kann aber auch so ausgestaltet sein, dass eine Abspeicherung eines in einem Programmiermodus als zulässig definierten Lastschaltstufenbereiches bei einer Aktivierung des Manuellmodus oder bei Erkennen einer Fahrzeugbewegung oder einer von der ”Neutral”-Schaltstellung abweichenden Schaltstellung unterbleibt, da die Programmierung in einem solchen Betriebszustand unzulässig ist. Zweckmäßigerweise wird dann der wenigstens eine als zulässig definierte Lastschaltstufenbereich, welcher vor der unzulässigen Aktivierung des Programmiermodus gültig war, bei Verlassen des unzulässigen Programmiermodus ohne Abspeicherung beibehalten.
Zur Aktivierung des Automatiklastschaltmodus ist zweckmäßigerweise eine manuell betätigbare Aktivierungseinrichtung vorgesehen, durch deren Betätigung ein Wechsel von dem Manuellbetrieb in den Automatiklastschaltmodus mit wenigstens einem als zulässig definierten Lastschaltstufenbereich durchführbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der elektronischen Schalteinrichtung nach der Erfindung ist der Automatiklastschaltmodus in allen Fahrsituationen aktivierbar.
Wenn nach einem Fahrzeugstart, bei dem vorzugsweise stets Manuellbetrieb vorliegt, ein Wechsel von dem Manuellbetrieb in den Automatiklastschaltmodus durchgeführt werden soll, kann die Aktivierbarkeit des Automatiklastschaltmodus von der Erkennung einer Fahrtrichtungswahl, d. h. Vorwärtsfahrtrichtung oder Rückwärtsfahrtrichtung, abhängig gemacht werden. Der Automatiklastschaltmodus kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektronischen Schalteinrichtung sowohl in Vorwärtsfahrtrichtung als auch in Rückwärtsfahrtrichtung genutzt werden, wobei bei der Festlegung der zulässigen Lastschaltstufenbereiche gegebenenfalls diesbezüglich unterschieden werden kann.
Zweckmäßigerweise wird bei einer Aktivierung des Automatiklastschaltmodus ein der aktuellen Lastschaltstufe zugeordneter oder zumindest nächstliegender zulässiger Lastschaltstufenbereich angewählt, wobei eine zuvor manuell gewählte Lastschaltstufe bis zum Erkennen vordefinierter Schaltkriterien zum Schalten in eine andere Lastschaltstufe beibehalten wird.
Wenn die aktuell aktive Lastschaltstufe außerhalb eines zulässigen Lastschaltstufenbereiches ist, kann es bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, daß bis zum Erreichen des nächstliegenden zulässigen Lastschaltstufenbereiches nur Lastschaltstufenwechsel in dessen Richtung zugelassen sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung der elektronischen Schaltungseinrichtung wird im Automatiklastschaltmodus von einer elektronischen Steuereinheit eine Soll-Lastschaltstufe ermittelt, wobei als Eingangsgrößen eine Ist-Motordrehzahl, eine Soll-Motordrehzahl, eine Getriebeeingangswellendrehzahl oder eine hierzu äquivalente Drehzahl, ein Fahrerschaltsignal bezüglich Vorwärtsfahrtbetrieb, Neutralbetrieb und Rückwärtsfahrtbetrieb, und ein Antriebsstrangstatus-Signal vorgesehen sein können. Aus den Eingangsgrößen können eine relative Motordrückung und ein Motordrehzahlgradient als Parameter zur Auswahl der Soll-Lastschaltstufe ermittelt werden.
Um stark fehlerhafte Werte bei den gemessenen Signalen, wie z. B. bei den Drehzahlsignalen, und/oder bei den berechneten Signalen, wie z. B. bei der relativen Motordrückung, auszuschließen, weist die elektronische Steuereinheit vorzugsweise eine Filterung bzw. Plausibilitätsprüfung für diese Signale auf.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung, insbesondere der Lastschaltstrategie im Automatiklastschaltmodus, sind der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der elektronischen Schalteinrichtung nach der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein stark vereinfachtes Schema der wesentlichen Komponenten einer elektronischen Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe nach der Erfindung;
2 eine Prinzipskizze, welche die Zuordnung von Lastschaltstufen zu einer Synchronschaltstufe und zulässige Lastschaltstufenbereiche und
3 eine vereinfachte Darstellung einer Anzeige eines Displays der elektronischen Schalteinrichtung nach der Erfindung.
In 1 ist äußerst schematisiert eine elektronische Schalteinrichtung für ein nur symbolisch angedeutetes Lastschaltgetriebe 1 gezeigt, wobei es sich hier um das Lastschaltgetriebe eines Traktors handelt, welches vier in 2 ersichtliche Hauptgänge bzw. Synchronschaltstufen G1, G2, G3, G4 aufweist, denen jeweils fünf Lastschaltstufen I, II, III, IV, V zugeordnet sind. Die Geschwindigkeit des Traktors, welche durch die von dem Traktor zu verrichtende Arbeit bestimmt wird, wird von einem Fahrer durch Vorgabe einer Soll-Motordrehzahl n_mot_soll, einer Synchronschaltstufe G1 bis G4 und wenigstens eines zulässigen Lastschaltstufenbereiches A1, A2 für einen Automatiklastschaltmodus eingestellt.
Bei dem vorliegenden Lastschaltgetriebe handelt es sich um ein Power-Shuttle-Getriebe, welches mittels Betätigung eines Bedienhebels automatisch Reversieren kann. Ein Power-Shuttle-Getriebe stellt aber nur ein vorteilhaftes Anwendungsbeispiel für die elektronische Schalteinrichtung nach der Erfindung dar, welche selbstverständlich auch bei anderen Lastschaltgetrieben Anwendung finden kann.
Zur Vorgabe der Soll-Motordrehzahl n_rot_soll ist in einer Benutzeroberfläche 2 ein mit einem Alldrehzahlregler verbundener Schalter 3 vorgesehen. Die Synchronschaltstufe G1 bis G4 ist ebenso wie die Fahrtrichtung, nämlich Vorwärtsfahrtrichtung und Rückwärtsfahrtrichtung sowie die ”Neutral”-Schaltposition über einen Schalthebel 4 anwählbar.
Zur Festlegung eines zulässigen Lastschaltstufenbereiches A1, A2, d. h. der vom Fahrer für eine Synchronschaltstufe G1, G2, G3, G4 freigegebenen Lastschaltstufen I, II, III, IV, V, ist eine Programmiereinrichtung vorgesehen, welche in der Benutzeroberfläche 2 einen manuell betätigbaren Programmierschalter P zur Anforderung eines Wechsels in einen Programmiermodus P1 bzw. P2 zur Festlegung des zulässigen Lastschaltstufenbereiches A1 bzw. A2 aufweist. In einer einfachen Ausgestaltung kann dieser Programmierschalter P als ein Taster ausgebildet sein.
Bei der gezeigten Ausführung sind für den Automatiklastschaltmodus zwei vom Fahrer freigegebene, d. h. zulässige Lastschaltstufenbereiche A1, A2 vorgesehen, wobei für den ersten zulässigen Lastschaltstufenbereich A1 die Lastschaltstufen I, II, III für langsame bis mittelschnelle Fahrt und für den zweiten zulässigen Lastschaltstufenbereich A2 sämtliche Lastschaltstufen I bis V freigegeben sind.
Zur Programmierung dieser Lastschaltstufenbereiche A1, A2 drückt der Fahrer beim vorliegenden Ausführungsbeispiel den Programmierschalter P, wobei er nach einfachem Drücken des Programmierschalters P in den Programmiermodus P1 zum Programmieren des ersten zulässigen Lastschaltstufenbereiches A1 gelangt. Mit einem weiteren Drücken des Programmschalters P startet der Fahrer den zweiten Programmiermodus P2 zum Programmieren des zweiten zulässigen Lastschaltbereiche blättern. Um dem Fahrer anzuzeigen, dass er sich in dem betreffenden Programmiermodus P1 bzw. P2 befindet, wird dieser in einem Display 5 angezeigt. Zur Auswahl der zulässigen Lastschaltstufen I bis V kann der Fahrer in dem jeweiligen Programmiermodus P1 bzw. P2 mit Hilfe eines ”+/–”-Schalters 6 durch die zur Verfügung stehenden Lastschaltbereiche blättern. Die Programmierung der zulässigen Lastschaltstufenbereiche A1, A2 erfolgt anhand der angestrebten Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei vorzugsweise eine ausreichende Zahl an Lastschaltstufen unterhalb einer gewünschten Lastschaltstufe zugelassen wird, um die Einhaltung etwa der gleichen Fahrgeschwindigkeit zu gewährleisten.
Die Handhabung des Programmierschalters P sowie die Auswahl und Abspeicherung der zulässigen Lastschaltstufen für die einzelnen Lastschaltstufenbereiche A1, A2 kann selbstverständlich auch auf andere geeignete Weisen erfolgen.
Der ”+/–”-Schalter 6 bildet bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Einheit mit dem Schalthebel 4, mit welchem im Manuellmodus Hochschalt- und Rückschaltanforderungen ausgegeben werden können. Jedoch kann in hiervon abweichenden Ausführungen auch ein separater Schalter vorgesehen sein.
Grundsätzlich sind die einzelnen Funktionselemente der Benutzeroberfläche 2 in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils separat dargestellt. In ihrer praktischen Ausführung kann die Benutzeroberfläche 2 durch eine einzige Multifunktionsschalteinrichtung, wie z. B. einen Multifunktionshebel, realisiert sein.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird mit einem abermaligen Drücken des Programmschalters P von dem Programmiermodus in den Manuellmodus gewechselt. Der Programmiermodus P1, P2 muss durch Aktivierung des Manuellmodus verlassen werden, da andererseits die vor dem letzten Programmieren gültigen zulässigen Lastschaltstufenbereiche beibehalten werden. Sobald das Verlassen der ”Neutral”-Schaltposition oder eine Fahrzeugbewegung während des Programmiermodus erkannt wird, wird automatisch der Manuellmodus ohne Abspeicherung der neu gewählten zulässigen Lastschaltstufenbereiche A1, A2 aktiviert.
Damit ein zulässiger Lastschaltstufenbereich bereits vor dem ersten Programmieren durch den Fahrer vorgegeben ist, ist bei der gezeigten Ausführung der elektronischen Schalteinrichtung werkseitig ein erster zulässiger Lastschaltstufenbereich A1 für die Lastschaltstufen I bis III, d. h. für langsame bis mittelschnelle Fahrt, sowie als zweiter zulässiger Lastschaltstufenbereich A2 der volle Lastschaltstufenbereich definiert.
Der Automatiklastschaltmodus wird bei der gezeigten Ausführung durch manuelle Betätigung einer Aktivierungseinrichtung in Form eines Schalters A gestartet. Der Schalter A nimmt eine Betätigung in jedem Betriebszustand an. Ist dies der Fall, wird nach einem ersten Drücken des Schalters A der erste zulässige Lastschaltstufenbereich A1 freigegeben. Mit einem weiteren Betätigen des Schalters A kann der zweite als zulässig definierte Lastschaltstufenbereich A2 aktiviert werden. Mit einem weiteren Drücken des Schalters A der Aktivierungseinrichtung kann bei der gezeigten Ausführung der Automatiklastschaltmodus verlassen werden und in den Manuellmodus gewechselt werden. Die bei Verlassen des Automatiklastschaltmodus aktuelle Lastschaltstufe wird dabei beibehalten.
Um dem Fahrer den jeweils aktuellen Betriebsmodus anzuzeigen, leuchtet bei der gezeigten Ausführung im Display 5 der gerade aktivierte zulässige Lastschaltstufenbereich auf. In 3 ist ein Beispiel einer Anzeige des Displays 5 gezeigt, wobei als aktiver zulässiger Lastschaltstufenbereich ”A1” angezeigt ist.
Wenn der Automatiklastschaltmodus gestartet wird, kann es gegeben sein, dass die aktuelle Lastschaltstufe au erhalb eines angewählten zulässigen Lastschaltstufenbereiches liegt. Neben dem vorliegenden Betriebsmodus, d. h. Programmierbetrieb, Manuellbetrieb oder Automatiklastschaltbetrieb, und der aktiven Lastschaltstufe wird in dem Display 5 durch die Art der Anzeige ausgegeben, ob die aktive Lastschaltstufe einem als zulässig definierten Lastschaltstufenbereich zugehörig ist, wie es 3 verdeutlicht.
Bei dem in 3 gezeigten Fall ist die aktuell aktive Lastschaltstufe V außerhalb des aktivierten zulässigen Lastschaltstufenbereiches A1, welcher die Lastschaltstufen I, II, III freigibt. Die blinkende Anzeige der Lastschaltstufen I, II, III verdeutlich dem Fahrer, dass sich die hier konstant aufleuchtende aktive Lastschaltstufe V außerhalb des zulässigen Lastschaltstufenbereiches A1 befindet. Falls der Fahrer den zulässigen Lastschaltstufenbereich A1 beibehält, werden Schaltungen gemäß den vorgegebenen Schaltkennlinien unter Berücksichtigung vordefinierter maximal zulässiger Motordrehzahlen durchgeführt, jedoch nur in Richtung des zulässigen Lastschaltstufenbereiches A1.
Wenn der Fahrer mit dem angewählten zulässigen Lastschaltstufenbereich A1 nicht einverstanden ist, kann er über den ”+/–”-Schalter 6 den breiteren als zulässig definierten Lastschaltstufenbereich A2 anwählen.
Wenn die aktuelle Lastschaltstufe einem zulässigen Lastschaltstufenbereich zugehörig ist, kann es vorgesehen sein, dass nur die aktive Lastschaltstufe und der als zulässig definierte Lastschaltstufenbereich in dem Display 5 angezeigt werden, und die weiteren in dem zulässigen Lastschaltstufenbereich möglichen Lastschaltstufen bei einer nochmaligen Betätigung des Aktivierungsschalters A in Konstantanzeige angezeigt werden.
Im Automatiklastschaltmodus wird von einer elektronischen Steuereinheit 7 aus verschiedenen Eingangssignalen, welche vorliegend eine Soll-Motordrehzahl n_mot_soll, eine Ist-Motordrehzahl, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Getriebeeingangswellendrehzahl, ein Fahrschaltersignal für Vorwärtsfahrt, Neutral oder Rückwärtsfahrt und ein Antriebsstrangstatus-Signal ”offen” oder ”geschlossen” sind, eine Soll-Lastschaltstufe als Ausgangssignal ermittelt.
Die Eingangssignale stellen somit teilweise vorgegebene Größen als auch wie z. B. die Drehzahlgrößen über eine Sensorik ermittelte Größen dar.
Bei der Ermittlung der Soll-Lastschaltstufe in der elektronischen Steuereinheit 7 werden die Eingangssignale zunächst einer Signalaufbereitung zugeführt, bevor aus ihnen anhand eines Lastschaltstrategie-Algorithmus die Soll-Lastschaltstufe ermittelt wird.
Bei der Signalaufbereitung wird ein Motordrehzahlgradient und eine relative Motordrückung berechnet, wobei sich die relative Motordrückung aus der Drehzahldifferenz zwischen Ist-Motordrehzahl und Soll-Motordrehzahl bezogen auf die Ist-Motordrehzahl ergibt. In einer Filterung werden die gemessenen wie die berechneten Werte auf ihre Plausibilität geprüft, wobei Werte außerhalb eines Plausibilitätsbereiches unberücksichtigt bleiben.
Das entscheidende Kriterium bei der Ausgabe der Soll-Lastschaltstufe stellt die relative Motordrückung dar, welche in einem zulässigen Bereich von 5% bis 25% liegen kann, was von den Fahrbetriebsbedingungen, wie z. B. Feldfahrbetrieb oder Straßenfahrbetrieb bzw. Schubbetrieb und Zugbetrieb, welche durch Zuordnung der Eingangssignale zu Kennfeldern erkannt werden, abhängig ist.
Wenn die relative Motordrückung über einem vordefinierten Schwellwert liegt, welcher für die jeweilige Fahrbetriebsart festgelegt ist, stellt die Ausgabe der Soll-Lastschaltstufe eine Rückschaltanforderung dar. Betrachtet man nämlich den Verlauf der Ist-Motordrehzahl in einem Arbeitslast-Motordrehzahl-Kennfeld, so nimmt diese von einem Punkt mit Soll-Motordrehzahl bei zunehmender Last ab, bis die Drehzahldifferenz und damit die relative Motordrückung den vordefinierten Schwellwert erreicht, an dem die Rückschaltung erforderlich ist.
Dagegen stellt die Ausgabe der Soll-Lastschaltstufe eine Hochschaltanforderung dar, wenn die relative Motordrückung einen vordefinierten unteren für die jeweilige Fahrbetriebsart definierten Schwellwert unterschreitet.
Eine Hochschaltung kann bei der vorliegenden Lastschaltstrategie dann angefordert werden, wenn der Fahrwiderstand abnimmt und der Motor von einem Volllastbetrieb in einen Teillastbetrieb übergeht.
Für den Fall, dass eine Anfahrsituation erkannt wird, wird bei der vorliegenden Ausführung der elektronischen Schalteinrichtung in die niedrigste Lastschaltstufe innerhalb des zulässig definierten Lastschaltstufenbereiches A1 bzw. A2 zurückgeschaltet. Bei anderen Anwendungsbeispielen kann es auch vorgesehen sein, dass die Ausgabe der Soll-Lastschaltstufe eine Rückschaltanforderung nicht in die niedrigste Lastschaltstufe, sondern in eine andere niedrige Lastschaltstufe darstellt. Bei der vorliegenden Ausführung wird eine Anfahrsituation dann erkannt, wenn als Fahrerschaltsignal die ”Neutral”-Schaltstellung festgestellt wird und die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem für die aktuelle Synchronschaltstufe definierten oberen Grenzwert liegt, oder wenn ein Fahrzeugstillstand erkannt wird, eine Synchronschaltstufe geschaltet ist und eine Hauptkupplung betätigt ist. Ansonsten kann bei stehendem Traktor und zu hoher Last für die zuletzt aktive Synchronschaltstufe ein „Abwürgen” des Motors eintreten, wenn die Rückschaltung nicht schnell genug erfolgt.
Unabhängig davon, welche Soll-Lastschaltstufe ausgegeben wird und welche Schaltung damit angefordert wird, kann eine Schaltung im Automatiklastschaltmodus nur erfolgen, wenn keines von mehreren vorgegebenen Schaltverhinderungskriterien erfüllt ist.
So unterbleibt bei der vorliegenden Ausführung eine Schaltung im Automatiklastschaltmodus, wenn das Antriebsstrangstatus-Signal ”offen” erkannt wird, d. h. Schaltungen werden im Automatiklastschaltmodus grundsätzlich nur eingeleitet, wenn der Antriebsstrang über Sensoren als geschlossen erkannt wird. Somit erfolgt beispielsweise auch keine Einleitung einer Schaltung bei einer Unterbrechung des Kraftflusses, obwohl Hochschaltbedingungen durch eine Entlastung des Motors vorliegen können.
Des weiteren unterbleibt bei der vorliegenden Ausführung eine Schaltung, wenn eine Zeit seit der letzten Schaltung oder dem letzten Betriebsmoduswechsel kürzer als ein vordefiniertes Zeitintervall ist. Damit wird eine Schaltpendelsperre bereitgestellt, mit der ein kurz aufeinanderfolgendes Wechseln der Lastschaltstufe und eine entsprechende Beeinträchtigung des Fahrkomforts verhindert werden soll. Als eine eine Schaltung zulassende Ausnahmebedingung kann hier jedoch vorgesehen sein, dass Schaltungen bei überschreiten einer oberen oder unteren Motordrehzahlgrenze zugelassen werden. Dies kann z. B. ein plötzlicher Abfall der Motordrehzahl und ein Anstieg der Last nach einer Hochschaltung oder ein plötzlicher Anstieg der Motordrehzahl mit entsprechender Abnahme der Last nach einer Rückschaltung bewirken.
Eine Schaltverhinderung ist ebenfalls gegeben, wenn die Soll-Lastschaltstufe außerhalb eines vordefinierten zulässigen Lastschaltstufenbereiches liegt, bzw. wenn durch die Schaltung ein zulässiger Lastschaltstufenbereich verlassen wird.
Bei der vorliegenden Ausführung ist des weiteren vorgesehen, dass eine Schaltung im Automatiklastschaltmodus unterbleibt, wenn ein Rückschaltkriterium vorliegt, aber der Motordrehzahlgradient einen Schwellwert überschreitet oder wenn ein Rückschaltkriterium vorliegt, aber die Motordrehzahl einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Als weiteres Schaltverhinderungskriterium ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgegeben, dass eine Hochschaltung unterbleibt, wenn die relative Motordrückung einen Schubbetrieb indiziert, da Schubschaltungen nicht zugelassen werden.
Neben den aufgeführten Kriterien für Schaltungen im Automatiklastschaltmodus können in weiteren Ausführungen auch noch weitere Schaltkriterien bzw. Schaltverhinderungskriterien berücksichtigt werden. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten einer vordefinierten Motordrehzahlgradientenschwelle eine Rückschaltung und bei Überschreiten einer vordefinierten Motordrehzahlgradientenschwelle eine Hochschaltung über alle zulässigen Lastschaltstufen erfolgt.
Bei der vorliegenden Ausführung der elektronischen Schalteinrichtung ist keine Kopplung an die Fahrpedalstellung vorgesehen, jedoch kann die Fahrpedalstellung sowie die Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpedals in weiteren Ausführungen auch Eingang in die Automatiklastschaltstrategie finden.
Bei dem beschriebenen Lastschaltgetriebe wird die Schaltung zwischen den Synchronschaltstufen manuell vom Fahrer vorgenommen. Je nach Automatisierungsgrad kann jedoch auch hier eine geeignete Automatisierung vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Lastschaltgetriebe
2: Benutzeroberfläche
3: Schalter des Alldrehzahlreglers
4: Schalthebel
5: Display
6: ”+/–”-Schalter
7: elektronische Steuereinheit
A: Aktivierungseinrichtung, Aktivierungsschalter
A1: zulässiger Lastschaltstufenbereich
A2: zulässiger Lastschaltstufenbereich
G1: Synchronschaltstufe
G2: Synchronschaltstufe
G3: Synchronschaltstufe
G4: Synchronschaltstufe
n_mot_soll: Soll-Motordrehzahl Programmiereinrichtung, Programmierschalter
P1: Programmiermodus
P2: Programmiermodus
I: Lastschaltstufe
II: Lastschaltstufe
III: Lastschaltstufe
IV: Lastschaltstufe
V: Lastschaltstufe

Claims

Elektronische Schalteinrichtung für ein Lastschaltgetriebe eines Arbeitsmotorwagens, insbesondere eines Traktors, mit wenigstens einer Synchronschaltstufe und mehreren Lastschaltstufen, welche in einem Manuellmodus oder in wenigstens einem Automatiklastschaltmodus schaltbar sind, wobei zur Einstellung einer Fahrzeuggeschwindigkeit eine von einem Alldrehzahlregler einzustellende Soll-Motordrehzahl (n_mot_soll), eine Synchronschaltstufe (G1, G2, G3, G4) und wenigstens ein zulässiger Lastschaltstufenbereich (A1, A2) für einen Automatiklastschaltmodus fahrerseitig vorgebbar sind und wobei eine fahrerseitige Festlegung der Lastschaltstufen (I, II, III, IV, V) für den wenigstens einen zulässigen Lastschaltstufenbereich (A1, A2) anhand der angestrebten Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zulässige Lastschaltstufenbereich (A1, A2) einer Synchronschaltstufe (G1, G2, G3, G4) zugeordnet ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zulässige Lastschaltstufenbereich (A1, A2) mehreren Synchronschaltstufen (G1, G2, G3, G4) zugeordnet ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Programmiereinrichtung (P) zum Definieren des wenigstens einen zulässigen Lastschaltstufenbereiches (A1, A2) in einem Programmiermodus (P1, P2) vorgesehen ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmiereinrichtung (P) einen manuell betätigbaren Programmierschalter zur Anforderung eines Wechsels in wenigstens einen Programmiermodus (P1, P2) aufweist.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abspeicherung eines in einem Programmiermodus (P1, P2) als zulässig definierten Lastschaltstufenbereiches (A1, A2) bei einer Aktivierung des Manuellmodus oder bei Erkennen einer Fahrzeugbewegung oder einer von einer ”Neutral”-Schaltstellung abweichenden Schaltstellung unterbleibt.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmiereinrichtung (P) bei Erkennen einer Fahrzeugbewegung oder einer von einer ”Neutral”-Schaltstellung abweichenden Schaltstellung nicht aktivierbar ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuell betätigbare Aktivierungseinrichtung (A) für den Automatiklastschaltmodus vorgesehen ist, durch deren Betätigung ein Wechsel von dem Manuellbetrieb in den Automatiklastschaltmodus mit wenigstens einem als zulässig definierten Lastschaltstufenbereich (A1, A2) durchführbar ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Automatiklastschaltmodus in allen Fahrzeugbetriebszuständen aktivierbar ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aktivierung des Automatiklastschaltmodus ein der aktuellen Lastschaltstufe nächstliegender zulässiger Lastschaltstufenbereich (A1, A2) gewählt wird, wobei eine zuvor manuell gewählte Lastschaltstufe (I, II, III, IV, V) bis zum Erkennen vordefinierter Schaltkriterien zum Schalten in eine andere Lastschaltstufe beibehalten wird.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass bei Aktivierung des Automatiklastschaltmodus die aktive Lastschaltstufe (V) außerhalb des aktivierten zulässigen Lastschaltstufenbereiches (A1) ist und dieser Lastschaltstufenbereich (A1) beibehalten wird, nur Lastschaltstufenwechsel in dessen Richtung zugelassen sind.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass über die manuell betätigbare Aktivierungseinrichtung (A) neben einem ersten zulässigen Lastschaltstufenbereich (A1) wenigstens ein weiterer, vorab als zulässig definierter Lastschaltstufenbereich (A2) anwählbar ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Automatiklastschaltmodus von einer elektronischen Steuereinheit (7) eine Soll-Lastschaltstufe ermittelt wird, wobei als Eingangsgrößen der elektronischen Steuereinheit (70) wenigstens eine Auswahl der Größen Soll-Motordrehzahl (n_mot_soll), Ist-Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, eine einer Getriebeeingangswellendrehzahl äquivalente Drehzahl, ein Fahrschaltersignal und ein Antriebsstrangstatus-Signal vorgesehen sind.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Steuereinheit (7) eine Berechung eines Motordrehzahlgradienten und einer relativen Motordrückung erfolgt.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Steuereinheit (7) eine Filterung wenigstens einer Auswahl der eingehenden gemessenen Signale und der berechneten Signale erfolgt.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der Soll-Lastschaltstufe eine Rückschaltanforderung darstellt, wenn die relative Motordrückung über einem vordefinierten Schwellwert liegt, und eine Hochschaltanforderung darstellt, wenn die relative Motordrückung unter einem vordefinierten Schwellwert liegt.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte der relativen Motordrückung in Abhängigkeit der Fahrbetriebsart definiert sind.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der Soll-Lastschaltstufe eine Rückschaltanforderung in eine niedrige, vorzugsweise niedrigste, Lastschaltstufe innerhalb des zulässig definierten Lastschaltstufenbereiches (A1, A2) darstellt, wenn eine Anfahrsituation erkannt wird.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anfahrsituation erkannt wird, wenn die ”Neutral”-Schaltposition und eine Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines oberen Grenzwertes erkannt wird, oder wenn bei geschalteter Synchronschaltstufe (G1, G2, G3, G4) und betätigter Hauptkupplung eine Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines oberen Grenzwertes erkannt wird.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung im Automatiklastschaltmodus unterbleibt, wenn – ein Antriebsstrangstatus-Signal ”offen” erkannt wird oder – eine Zeit seit der letzten Schaltung oder dem letzten Betriebsmoduswechsel kürzer als ein vordefiniertes Zeitintervall ist oder – ein durch die Schaltung als zulässig definierter Lastschaltstufenbereich (A1, A2) verlassen wird oder – ein Rückschaltkriterium vorliegt, aber eine Motordrehzahlgradient größer als ein Schwellwert ist oder – ein Rückschaltkriterium vorliegt, aber eine Motordrehzahl größer als ein Schwellwert ist oder – ein Hochschaltkriterium vorliegt, aber eine relative Motordrückung einen Schubbetrieb indiziert.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Automatiklastschaltmodus bei Unterschreiten einer vordefinierten Motordrehzahlgradientenschwelle eine Rückschaltung und bei Überschreiten einer vordefinierten Motordrehzahlgradientenschwelle eine Hochschaltung über alle zulässigen Lastschaltstufen vorgesehen ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Automatiklastschaltmodus manuell deaktivierbar ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verlassen des Automatiklastschaltmodus in den Manuellmodus die aktuelle Lastschaltstufe (I, II, III, IV, V) beibehalten wird.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine ”+/–”-Schalteinrichtung (6) zur manuellen Anforderung einer Schaltung in eine höhere oder niedrigere Lastschaltstufe vorgesehen ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass durch Betätigung der ”+/–”-Schalteinrichtung (6) im Automatiklastschaltmodus ein Wechsel in den Manuellbetrieb ausgelöst wird.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der vorliegende Betriebsmodus manuell (P1, P2, A1, A2) in einem Display (5) angezeigt wird.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (5) durch die Art der Anzeige ausgibt, ob die aktive Lastschaltstufe (I, II, III, IV, V) einem als zulässig definierten Lastschaltstufenbereich (A1, A2) zugehörig ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (5) im Automatiklastschaltmodus den wenigstens einen als zulässig definierten Lastschaltstufenbereich (A1, A2) und die aktive Lastschaltstufe (I, II, III, IV, V) anzeigt, wenn diese nicht einem zulässigen Lastschaltstufenbereich (A1, A2) zugehörig ist.
Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschaltgetriebe (1) als ein Power-Shuttle-Getriebe ausgebildet ist.