DE69010799T2

DE69010799T2 - Halbautomatisches Schaltdurchführungs-Steuerungssystem.

Info

Publication number: DE69010799T2
Application number: DE69010799T
Authority: DE
Inventors: William Joseph Mack; Ronald Keith Markyvech
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: US5063511A; EP0413412A1; AU5714090A; JP2844490B2; JPH0333556A; EP0413412B1; CA2017215A1; DE69010799D1; BR9002847A; CA2017215C; AU630317B2

Description

Verwandte Erfindungen

Die Erfindung ist mit den Anmeldungen entsprechend der EP-A-404 352, EP-A-404 353, EP-A-404 354 und EP-A-404 387 verwandt, die alle auf die Eaton Corporation lauten und am selben Tag eingereicht wurden wie die vorliegende Anmeldung.

Hintergrund zu der Erfindung

Feld der Erfindung

Die Erfindung betrifft halbautomatische mechanische Getriebesysteme für Kraftfahrzeuge und insbesondere halbautomatische mechanische Getriebesysteme der Bauart, die eine teilweise automatisierte Ausführung seitens des Fahrers oder automatisch ausgewählter Wechsel- oder Schaltvorgänge von Gangstufen des inechanischen Getriebes ermöglichen.
Ganz besonders betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuersystem, das die Erkennung von verpaßten Schaltvorgängen bei der halbautomatischen Schaltdurchführung verbessert, die es erfordert, daß der Fahrzeugführer zum Einrücken der unsynchronisierten Klauenkupplungen Synchronbedingungen bzw. weitgehende Synchronbedingungen herstelt.

Beschreibung des Standes der Technik

Aus dem Stand der Technik sind vollautomatische Getriebesysteme sowohl für Schwerlastfahrzeuge, z.B. Schwerlast-LKWs, als auch für PKWS bekannt, wobei die Drossel- oder Gasgepadelstellungen, die Fahrzeuggeschwindigkeiten, die Motordrehzahlen u.dgl. gemessen werden, um entsprechend diesen Werten das Fahrzeuggetriebe automatisch zu schalten. Solche vollautomatischen Geschwindigkeitswechselgetriebesysteme enthalten automatisierte Getriebe, bei denen unter Druck stehendes Fluid verwendet wird, um ein oder mehrere Getriebeteile an andere Getriebeteile oder an ein Gehäuse anzukuppeln, damit eine gewählte Übersetzungsstufe erhalten wird, und außerdem umfassen solche vollautomatischen Getriebesysteme automatisierte mechanische Getriebe, die eine elektronische und/oder pneumatische Logik sowie Aktuatoren verwenden, um mechanische (d.h. formschlässige) Kupplungen ein- oder auszurücken, um die gewünschte Übersetzungsstufe zu erreichen. Beispiele für solche Getriebe sind in den US-PSen 3 961 546, 4 081 965 und 4 361 060 beschrieben.
Solche vollautomatischen Geschwindigkeitswechselgetriebe sind unakzeptabel teuer, insbeonsere für die größten Schwerlastfahrzeuge, die typischerwweise nicht in großen Stückzahlen verkauft werden. Außerdem neigen solche automatischen Geschwindigkeitswechselgetriebe, die unter Druck stehendes Fluid oder Drehmomentwandler verwenden, dazu, hinsichtlich der Verlustleistung zwischen ihrer Eingangs- und ihrer Ausgangswelle verhältnismäßig ineffizient zu sein.
Kalbautomatische Getriebesysteme mit elektronischen Steuereinheiten, die die Gaspedalstellung, die Motordrehzahl, die Eingangswellendrehzahl, die Ausgangswellendrehzahl und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit messen und bei denen automatisch gesteuerte Kraftstoffdrosseleinrichtungen, Gangschalteinrichtungen und/oder Hauptkupplungsbetätigungseinrichtungen verwendet werden, um im wesentlichen vollautomatisch eine vom Fahrer manuell ausgewählte Gangstufe einzulegen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele für solche halbautomatischen Getriebesysteme sind in den US-PSen 4 425 620, 4 631 679 und 4 648 290 beschrieben.
Obwohl diese halbautomatischen mechanischen Getriebesysteme sehr gut angenommen werden, da sie etwas kostengünstiger sind als die vollautomatischen Getriebesysteme, beim Betrieb mit niedrigen Geschwindigkeiten eine fahrerbetätigte Kupplungssteuerung ermöglichen und/oder keine automatische Wahl der operativen Gangstufe erfordern, können sie für bestimmte Anwendungen dennoch zu teuer sein, da eine zu große Anzahl von Sensoren und automatisch steuerbaren Aktuatoren, z.B. ein Hauptkupplungsaktuator und/oder ein Kraftstoffdrosseleinrichtungsaktuator bei ihnen vorgesehen, eingebaut und gewartet werden muß. Die EP-A-0 271 617 zeigt den Stand der Technik und beschreibt ein System, das die weitgehende Synchronisation prüft, bevor das automatische Schalten in den notwendigen Gang ausgeführt wird. Es behandelt die Fälle nicht zufriedenstellend, bei denen die Synchronisation verpaßt wurde.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden die Nachteile des Standes der Technik durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 überwunden oder minimiert, der die Verwendung eines halbautomatischen Systems zur Schaltausführung/ein halbautomatisches Verfahren zur Schaltausführung bei einem mechanischen Getriebesystem für Fahrzeuge vorsieht, die ausschließlich durch den Fahrer gesteuerte Motordrosselmittel und eine ausschließlich durch den Fahrer gesteuerte Hauptkupplung aufweisen. Das System enthält eine Steuer/Anzeigetafel oder -Konsole zur fahrerseitigen Auswahl von Hoch- oder Herunterschaltvorgängen oder Schaltvorgängen in den Leerlauf, eine elektronische Steuereinheit (ECU) zum Entgegennehmen von Eingangssignalen, die für die Drehzahlen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und der fahrerseitigen Auswahl von Schaltvorgängen kennzeichend sind, um diese Daten entsprechend vorbestimmter logischer Regeln zu verarbeiten und um Ausgangssteuersignale abzugeben, sowie einen Getriebeaktuator, um entsprechend diesen Ausgangssteuersignalen das Getriebe zu schalten.
Die Eingabe/Anzeigeeinrichtung gestattet dem Fahrer ein Schalten in eine höhere Gangstufe, eine niedrigere Gangstufe oder in den Leerlauf aus/anzuwählen und zeigt den ausgewählten, jedoch noch nicht durchgeführten Schaltvorgang ebenso wie den aktuellen Zustand des Getriebes an.
Demgemäß wird ein Steuersystem/Verfahren für ein halbautomatisches mechanisches Getriebesystem für Kraftfahrzeuge geschaffen, um teilweise automatisch Schaltvorgänge auszuführen, die durch den Fahrer ausgewählt wurden, wobei jedoch keine Drossel- oder Kupplungsaktuatoren erforderlich und nur zwei Drehzahleingangssingle vorhanden sind.
Ein Problem bei halbautomatischen mechanischen Getriebesystemen, bei denen der Fahrer von sich aus das Getriebe in einen brauchbaren Synchronitätsbereich bringen muß, ehe die Steuerung das Einrücken eines Zielganges ermöglicht oder befiehlt, besteht darin, daß die Bereiche verhältnismäßig schmal eingestellt sind, um die Schaltqualität zu erhöhen, was dazu führen kann, daß der Fahrer diesen Bereich verpaßt und im Leerlauf hängen bleibt, was für gewöhnlich nicht recht zu erkennen ist.
Wenn der gewählte Schaltvorgang nicht innerhalb einer gegebenen Zeitspanne ausgeführt ist, nimmt demgemäß die erfindungsgemäße Steuerung an, daß der Fahrer das Schalten verpaßt hat und vergrößert die Bandbreite oder die Bereiche, was ein rauheres Schalten gestattet, jedoch die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die Bemühungen des Fahrer zur Ausführung des gewünschten Schaltvorganges führen.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der Figurenbeschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines mechanischen Getriebesystems für Kraftfahrzeuge, das durch das erfindungsgemäße System teilweise automatisiert ist.
Fig. 1A zeigt eine schematische Darstellung des Schaltmusters des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des halbautomatischen Schaltausführungssystems für ein mechanisches Getriebesystem gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Bedienkonsole für das System nach Fig. 2.
Fig. 4A und Fig. 4B zeigen in Form eines Flußdiagramms schematische Darstellungen der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

In der nachfolgenden Beschreibung wird lediglich zur Erleichterung der Bezugnahme und nicht in beschränkender Weise eine bestimmte Terminologie verwendet. Die Worte "nach oben (aufwärts)", "nach unten (abwärts)", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Figuren, auf die Bezug genommen ist. Die Worte "vorne", "hinten" bezeichnen jeweils das vordere und hintere Ende des Getriebes, so wie es normalerweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist; diese Enden liegen bei dem in Fig. 1 dargestellten Getriebe jeweils auf der linken bzw. auf der rechten Seite. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich jeweils auf die auf den geometrischen Mittelpunkt der Vorrichtung oder deren jeweils angesprochener Teile zu gerichtete bzw. von diesem wegweisende Richtung. Diese Terminologie umfaßt die oben im Einzelnen erwähnten Worte, deren Ableitungen und Worte von ähnlicher Bedeutung.
Der Ausdruck "Verbundgetriebe" wird verwendet, um ein Geschwindigkeits- oder Zahnradwechselgetriebe zu bezeichnen, das eine Hauptgetriebegruppe mit einer Anzahl von Vorwärtsgängen und eine mehrgangige Hilfsgetriebegruppe aufweist, die in Reihe geschaltet ist, so daß die jeweils in der Hauptgetriebegruppe gewählte Getriebeuntersetzung mit einer weiteren in der Hilfsgetriebegruppe gewählten Getriebeübersetzung kombiniert werden kann. "Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Worte ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine Kupplunganordnung, die dazu dient, ein ausgewähltes Zahnrad mit einer Welle drehfest mittels einer formschlüssigen Kupplung zu kuppeln, wobei der Versuch, diese Kupplung einzulegen, solange verhindert ist, bis die Kupplungsteile im wesentlichen synchron miteinander umlaufen, wozu verhältnismäßig leistungsfähige Reibmittel an den Kupplungsteilen verwendet werden, die ausreichen, beim Beginn eines Einrückvorgangs der Kupplung die Kupplungsteile und alle mit diesen umlaufenden Teile auf im wesentlichen synchrone Drehzahl zu bringen.
Der Begriff "Hochschalten" soll in dem hier verwendeten Sinn das Schalten aus einer niedrigen Gangstufe in eine höhere Gangstufe bedeuten. Der Begriff "Zurückschalten" soll in dem hier benutzten Sinn das Schalten aus einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe bezeichnen. Die Begriffe "Langsamfahrgang", "niedriger Gang" und/oder "erster Gang", wie sie hier benutzt werden, sollen diejenige Gangstufe bezeichnen, die in einem Getriebe oder einer Getriebegruppe für die langsamste Vorwärtsfahrt verwendet wird, d.h. der Satz von Zahnrädern, die bezüglich der Eingangswelle des Getriebes das größte Untersetzungsverhältnis haben.
Eine "ausgewählte Richtung" des Schaltens bezeichnet die Wahl entweder eines einfachen oder mehrfachen Hochoder Zurückschaltens aus einer bestimmten Gangstufe.
In Fig. 1 ist ein Verbundgetriebe der Rangebauart dargestellt, das teilweise durch ein halbautomatisches mechanisches Getriebesystem gemäß der Erfindung automatisiert ist. Das Verbundgetriebe 10 weist eine mehrgängige Hauptgetriebegruppe 12 auf, die in Reihe mit einer Hilfsgetriebgruppe 14 der Rangebauart liegt. Das Getriebe 10 ist in einem Gehäuse H untergebracht und weist eine Eingangswelle 16 auf, die von einem Primarantrieb, z. B. einem Dieselmotor E, über eine wahlweise ausgekuppelte, normalerweise aber eingerückte Hauptreibungskupplung C angetrieben wird, die einen mit der Motorkurbelwelle 20 in Antriebsverbindung stehenden Eingangs- oder Antriebsteil 18 und einen angetriebenen Teil 22 aufweist, der drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 verbunden ist.
Der Motor E wird mittels einer durch den Fahrer gesteuerten Kraftstoffdrosseleinrichtung (nicht dargestellt), und die Hauptkupplung C vom Fahrer durch ein Kupplungspedal (nicht dargestellt) oder ähnliches gesteuert. Vorzugsweise ist eine durch das Kupplungspedal betätigte Eingangswellenbremse B vorgesehen, um schnellere Hochschaltungen ausführen zu können, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Dem mechanischen Getriebe 10 vergleichbare Getriebe sind im Stand der Technik bekannt und der US-A-3 105 395, der 3 283 613 und der 4 754 665 zu entnehmen.
Die Eingangswelle 16 der Hauptgetriebegruppe 12 trägt ein Eingangszahnrad 24, das gleichzeitig eine Anzahl im wesentlichen gleicher Vorgelegewellenanordnungen 26, 26A mit im wesentlichen gleicher Drehzahl antreibt. Die beiden im wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten einer Hauptwelle 28 angeordnet, die im wesentlichen koaxial zu der Eingangswelle 16 ausgerichtet ist. Jede Vorgelegewellenanordnung weist eine Vorgelegewelle 30 auf, die mittels Lager 32, 34 in dern Gehäuse H gelagert ist, von dem lediglich ein Teil schematisch dargestellt ist. Jede Vorgelegewelle ist mit einer jeweils gleichen Gruppe von Vorgelegewellenzahnrädern 38, 40, 42, 44, 46 und 48 versehen, die jeweils drehfest mit der betreffenden Vorgelgewelle verbunden sind. Eine Anzahl Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56 und 58 umgibt die Hauptwelle 28, und die Hauptwellenzahnräder sind wahlweise, jedoch zu jedem Zeitpunkt immer nur eines mittels verschieblicher Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 in ansich bekannter Weise drehfest mit der Hauptwelle 28 kuppelbar. Die Kupplungsmuffe 60 kann auch dazu verwendet werden, das Eingangszahnrad 24 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln, um eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28 herzustellen.
Die Kupplungsmuffen 60, 62, 64 werden typischerweise jeweils mittels Schaltgabeln axial positioniert, die in an sich bekannter Weise der Schaltgehauseanordnung 70 zugeordnet sind. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können in der bekannten nicht synchronisiert Bauart mit Wirkung in beiden Richtungen aausgeführt sein.
Eine Schaltgehäuseanordnung oder ein Aktuator 70 wird durch unter Druck stehendes Fluid, wie z.B. Druckluft betätigt und ist von der Bauart, die durch eine Steuereinheit automatisch steuerbar ist, wie dies aus den US-A-4 445 393, 4 555 959, 4 361 060, 4 722 237 und 2 931 237 zu ersehen ist.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist das Rückwärtsgang-Zahnrad und steht über übliche (nicht dargestellte) leerlaufende Zwischenräder in dauerndem Eingriff mit den Vorgelegewellenzahnrädern 48. Es ist zu beacten, daß, obwohl die Hauptgetriebegruppe 12 fünf wählbare Gänge für die Vorwärtsfahrt aufweist, der niedrigste Vorwärtsgang, nämlich jener, der sich bei einer Antriebsverbindung von dem Hauptwellenantriebszahnrad 56 zu der Hauptwelle 28 ergibt, häufig eine so hohe Getriebeuntersetzung aufweist, daß er als niedriger oder "Schleich"-Gang angesehen werden muß, der lediglich dazu verwendet wird, ein Kraftfahrzeug unter schweren Einsatzbedingungen anzufahren und der normalerweise in dem höheren Getriebebereich nicht benutzt wird. Demgemäß wird die Hauptgetriebegruppe 12, obwohl sie fünf Gänge für die Vorwärtsfahrt aufweist, häufig als eine "vier + eins"-Hauptgruppe bezeichnet, weil eben lediglich vier der Vorwärtsgänge mit Range-Hilfsgetriebegruppe 14 kombiniert werden.
Die Klauenkupplungen 60, 62, 64 sind 3-Stellungs- Kupplungen, insofern als sie mittels der Steileinrichtung 70 entweder in die mittlere ausgerückte Stellung, wie dargestellt, oder in eine vollständig eingerückte rechte Stellung oder in eine vollständig eingerückte linke Stellung überführt werden können. Wie an sich bekannt, kann immer nur eine Kupplung 60, 62, 64 eingerückt werden, wobei (nicht dargestellte) Verriegelungsmittel in der Hauptgetriebegruppe vorgesehen sind, um die jeweils verbleibenden Kupplungen in ihrem Leerlaufzustand zu verriegeln.
Die Range-Hilfsgetriebegruppe 14 weist zwei im wesentlichen identische Hilfs-Vorlegewellenanordnungen 74, 74A auf, von denen jede eine Hilfsvorgelegewelle 76 enthält, die in dem Gehäuse H mittels Lager 78, 80 gelagert ist und drehfest zwei Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82, 84 trägt. Die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82 stehen in Dauereingriff mit einem Range-/Ausgangszahnrad 86 und bewirken dessen Lagerung, wahrend die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 84 in Dauereingriff mit einem Ausgangszahnrad 88 stehen, das drehfest mit der Getriebeausgangswelle 90 verbunden ist.
Eine zwei Stellungen aufweisende synchronisierte Klauenkupplungsanordnung 92, die mittels einer Schaltgabel 94 und der Aktuatoreinrichtung 96 der Rangegruppe axial positioniert wird, dient dazu, entweder für einen Betrieb im unteren Getriebebereich das Zahnrad 86 mit der Hauptwelle 28 oder für einen direkten Betrieb oder einem Betrieb im oberen Bereich des Verbundgetriebes 10 das Zahnrad 88 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln. Das "Schaltmuster" des Verbundgetriebes 10 der Rangebauart ist schematisch in Fig. 1A dargestellt.
Der Aktuator 96 für die Rangegruppe kann einen Aufbau aufweisen, wie er in den US-A-3 648 546, 4 440 037 und 4 614 126 dargestellt ist.
Wenngleich die Range-Hilfsgetriebegruppe 14 als zweigängige Gruppe mit stirnverzahnten oder schrägverzahntem Zahnrädern dargestellt ist, so versteht sich doch, daß die Erfindung auch auf Rangegetriebe anwendbar ist, die kombinierte Split/Range-Hilfsgetriebegruppen verwenden, die drei oder mehr wählbare Range-Gänge haben und/oder ein Planetengetriebe sind oder enthalten. Auch können, wie oben angegeben, eine oder mehrere der Kupplungen 60, 62 oder 64 synchronisierte Klauenkupplungen sein, während die Getriebegruppen 12 und/oder 14 einen Aufbau mit lediglich einer Vorgelegewelle haben können.
Um einen Betrieb des Getriebes 10 mit halbautomatischer Ausführung von Schaltungen zu ermöglichen, können ein Eingangswellendrehzahlsensor und ein Ausgangswellensesor 100 verwendet werden. Alternativ zu dem Ausgangswellensesor 100 kann ein Sensor 102 eingesetzt werden, um die Drehzahl des Vorgelegewellenzahnrads 82 der Hilfsgruppe zu messen. Die Drehzahl des Zahnrades 82 steht natürlich einer bekannten Beziehung zu der Drehzahl der Hauptwelle 28 und bei in eine bekannte Stellung eingerückter Kupplung 92 auch in einer bekannten Beziehung zu der Drehzahl der Ausgangswelle 90.
Das Steuersystem 104 zur halbautomatischen Ausführung von Schaltvorgängen für das erfindungsgemäße Steuersystem ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Das Steuersystem 104 weist eine vorzugsweise auf einem Mikroprozessor basierende elektronische Steuereinheit 106 auf, um Eingangssignale von dem Eingangswellendrehzahlsensor 98, von dem Ausgangswellendrehzahlsensor 100 (oder alternativ von dem Hauptwellendrehzahlsensor 102) und von der Steuerkonsole 108 des Fahrers zu empfangen. Die ECU 106 kann ebenso Eingaben von einem Positionssensor 110 der Hilfsgruppe empfangen.
Die ECU dient dazu, die Eingaben nach vorbestimmten logischen Regeln zu verarbeiten und Befehlsausgangssignale an einen Getriebeaktuator, beispielsweise an einen magnetisch betägtigten Verteiler 112, abzugeben, der den Aktuator 70 der Hauptgetriebegruppe und den Aktuator 96 der Hilfsgruppe steuert, und an die Steuerkonsole 108 des Fahrers abzugeben.
Die Steuerkonsole für den Fahrer ermöglicht es dem Fahrer, eine Schaltung aus einer gegenwärtig eingelegten Gangstufe in einer vorgegebene Richtung oder in den Leerlauf oder eine halbautomatische Vorwahlbetriebsart zu wählen und liefert eine Anzeige, um den Fahrer über die gegenwärtige Betriebsart (automatisches oder manuelles Vorwählen von Schaltungen), über den gegenwärtigen Betriebszustand des Getriebes (vorwärts, ruckwärts oder Leerlauf) und über einen gewählten, aber noch nicht ausgeführten Gangwechsel oder Schaltvorgang (Hochschalten, Zurückschalten oder Schalten in den Leerlauf) zu informieren.
Die Konsole 108 enthält drei Anzeigeleuchten 114, 116 und 118, die leuchten, um anzuzeigen, daß sich das Getriebe in einem Vorwärtsgang, in Leerlauf bzw. im Rückwärtsgang befindet. Die Konsole weist auch drei wahlweise beleuchtete Drucktasten 120, 122 und 124 auf, die es dem Fahrer ermöglichen, ein Hochschalten, eine Betriebsart mit automatischer Vorwahl bzw. ein Zurückschalten zu wählen. Eine Drucktaste 126 ermöglicht es ein Schalten in den Leerlauf zu wählen.
Eine durch Niederdrücken oder Drücken einer der Tasten 120, 122, 124 oder 126 getroffene Wahl kann (im Falle der Knöpfe 120, 124 und 126 vor der Ausführung) durch erneutes Niederdrücken der Tasten rückgängig gemacht werden. Als Alternative kann eine Mehrfachbetätigung der Tasten 120 und 124 als Befehl für ein Überspringendes Schalten verwendet werden. Natürlich können die Tasten und die beleuchteten Tasten durch andere Wahlmittel ersetzt werden, wie zum Beispiel durch einen Kippschalter und/oder durch einen Kippschalter und eine Leuchte oder durch andere Hinweismittel. Zur Wahl des Rückwärtsgangs kann eine getrennte Tasten oder ein Schalter vorgesehen sein oder aber der Rückwärtsgang kann durch Zurückschalten aus dem Leerlauf gewählt werden. Ebenso kann der Leerlauf als Hochschaltvorgang aus dem Rückwärtsgang oder als Zurückschaltvorgang aus dem ersten Gang gewählt werden.
Im Betrieb wird der Fahrer in geeigneter Weise entweder die Taste 120 oder die Taste 124 drücken, um Hochschaltungen und Zurückschaltungen manuell zu wählen. Die gewählte Taste wird daraufhin solange leuchten, bis die gewählte Schaltung ausgeführt oder die Wahl gelöscht ist.
Um einen angewählten Schaltvorgang auszuführen, wird der Verteiler 112 vorgewählt, um den Aktuator 70 so vorzuspannen, daß er die Hauptgetriebegruppe 12 in den Leerlauf schaltet. Dies wird dadurch erreicht, daß der Fahrer eine Umkehr des Drehmomentes herbeiführt, indem er von sich aus kurzzeitig die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor verringert und/oder erhöht und/oder die Hauptkupplung C von sich aus ausrückt. Sobald das Getriebe in den Leerlauf geschaltet ist und der Leerlauf von der ECU verrifiziert ist, leuchtet die Leerlaufanzeigetaste 116. Wenn die gewählte Schaltung eine Verbundschaltung ist, d.h. eine Schaltung sowohl der Hauptgruppe 12 als auch der Rangegruppe 14, wie z.B. das Schalten aus dem vierten in den fünften Gang, wie in Fig. 1A dargestellt, wird die ECU Befehlsausgangssignale an den Verteiler 112 senden, um den Aktuator 96 der Hilfsgruppe zu veranlassen, das Schalten der Rangegruppe abzuschließen, nachdem festgestellt wurde, daß sich das vordere Getriebe im Leerlauf befindet.
Wenn die Range-Hilfsgruppe in dem richtigen Gang ist, wird die ECU aufgrund der gemessenen Ausgangswellendrehzahl (Fahrzeuggeschwindigkeit) und der einzulegenden Gangstufe einen zulässigen Bereich oder ein zulässiges Band von Eingangswellendrehzahlen berechnen oder anderweitig bestimmen und ständig aktualisieren, der oder das zu einem Einrücken des einzurückenden Gangs mit akzeptabler Synchronität führt. Wenn der Fahrer durch Betätigung des Gaspedals und/oder die Benutzung der Eingangswellenbremse die Eingangswellendrehzahl dazu bringt, in den zulässigen Bereich zu fallen, sendet die ECU 106 Befehlsausgangssignale an den Verteiler 112, um den Aktuator 70 zu veranlassen, den einzulegenden Gang der Hauptgruppe einzulegen. Vorzugsweise spricht der Aktuator sehr schnell an, so daß der Fahrer die Eingangswellendrehzahl nicht für eine längere Zeitdauer in dem akzeptablen Bereich halten muß. Um eine Schaltung in den Leerlauf des Getriebes zu wählen, wird der Wählschalter 126 gedrückt. Die Anzeigeleuchte 116 wird so lange blinken, bis die ECU bestätigt, daß der Leerlauf eingeschaltet ist und ab diesem Zeitpunkt wird die Leuchte 116 ständig leuchten, so lange das Getriebe im Leerlauf bleibt.
Bei dem Steueralgorithmus ist die Ausgabe von Ausgangssteuersignalen zum Einrücken eines Zielgangs abhängig davon, ob das Getriebe (d.h. die Eingangswelle) seitens des Fahrers in einem ausreichenden Maße synchronisiert ist. Dieser Synchronpunkt ist üblicherweise ein Drehzahlbereich (Fehlerband), in dem mittig ein Fehler von null Umdrehungen pro Minute liegt. Wenn die Steuerelekroniken feststellen, daß die Drehzahl der Eingangswelle in dieses Toleranzband fällt, betätigen sie die Magnetspule des Verteilers 112, was dazu führt, daß der Zielgang eingerückt wird. Die Toleranzbandbreiten sind so gewählt, daß sie für jeden Gang zu der besten Schaltqualität führen. Diese Toleranzbandbereiche sind üblicherweise in der Software in Gestalt von Tabellen gespeichert, die als Funktion des Zielgangs indexiert sind. Wenn diese Tabellen für die beste Schaltqualität aufgestellt werden, mussen die Toleranzbereiche schmal genug sein, um ein hartes Schlagen zu vermeiden, wenn der Zielgang eingerückt wird. Jedoch ist es bei kleinen Toleranzbandbreiten für den Fahrer schwieriger, das Getriebe in die richtige Synchronbedingung zu bringen und er kann diesen Zustand verpassen, womit er schließlich im Leerlauf landet.
Gegenstand dieser Erfindung ist ein Algorithmus, der eine kurze Zeit, nachdem der Leerlauf festgestellt wurde (1 Sekunde) auf einen zweiten Satz von Tabellen zugreift. Beim normalen Schalten stellt eine Sekunde für den Fahrer eine reichliche Zeit dar, um das Getriebe in den Synchronzustand zu bringen. Wenn der Leerlaufzustand länger als die zulässige Zeit bestehen bleibt, nimmt der Algorithmus an, daß der Fahrer das Schalten verfehlt hat und ruft den neuen Tabellensatz auf. Dieser zweite Tabellensatz verbreitert die Toleranzbandbreite und ermöglicht ein rauheres Schalten, was die Wahrscheinlichkeit verbessert, daß die Bemühungen des Fahrers schließlich im Einrücken des Zielgangs enden, anstatt im Leerlauf zustand zu verharren.
Die erfindungsgemäße verbesserte Erkennungsmethode für ein verpaßtes Schalten ist in dem Flußdiagramm der Fig. 4A und 4B veranschaulicht. Das System überwacht, kurz gesagt, die Drehzahlen der Eingangs- und der Ausgangswelle (oder Hauptwelle) (Funktionsblock 150) und, wenn festgestellt wird, daß seitens des Fahrers oder automatisch ein Schalten ausgewählt wurde und sich das Getriebe im Leerlauf befindet (Funktionsblock 152) wird ein Zeitglied (154) gestartet, das vorzugsweise ein zu der EKU 106 gehörender Timer ist. Wie bei dem Funktionsblock 156 angegeben, berechnet die EKU-Logik den aktuellen Wert der Eingangswellendrehzahl für ein exakt synchrones Einrücken des ausgewählten oder Zielgangs. An dem Entscheidungsblock 158 bestimmt die Logik sodann, ob das Getriebe länger als die Bezugszeitspanne im Leerlauf geblieben ist. Wenn die Bezugszeit nicht erschöpft ist, siehe Funktionsblock 160 und Funktionsblock 162, wird der erste oder kleinere Bereich verwendet, um zu entscheiden, ob, wie bei dem Funktionsblock 164 angegeben, ein Schaltvorgang befohlen wird. Wenn die Bezugszeit überschritten ist, wird der zweite oder erweiterte Bereich verwendet, um zu bestimmen, ob ein Schalten in den Zielgang angewiesen werden soll, siehe Funktionsblock 166 und Entscheidungsblock 168.
In der Hauptgruppe 12 des Getriebes 10 sind beispielsweise Schaltvorgänge zwischen dem ersten und dem zweiten Gang und dem zweiten und dem dritten Gang bei Abweichungen von der exakten Synchronität um ± 40 Umdrehungen pro Minute manuell akzeptabel, während Schaltvorgänge zwischen dem dritten und dem vierten Gang normalerweise bei Abweichungen von der wahren Synchronität von ± 80 Umdrehungen pro Minute ausführbar sind. Jedoch im Zustand nach dem verbesserten Erkennen eines vereitelten Schaltvorganges werden die vergleichbaren Bereiche auf ± 60 Umdrehungen bzw. ± 100 Umdrehungen erhöht.
In der Betriebsart mit automatischer Vorwahl, die durch Benutzung der beleuchteten Taste 122 gewählt wird, bestimmt die ECU aufgrund gespeicherter logischer Regeln, der gegenwärtig eingelegten Gangstufe (die berechnet werden kann, indem die Eingangswellendrehzahl mit der Ausgangswellendrehzahl verglichen wird) und der Ausgangswellendrehzahl, ob eine Hochschalten oder eine Zurückschalten erforderlich ist und wählt dies entsprechend vor. Der Fahrer wird darüber informiert, daß eine Hoch- oder eine Zurückschalten vorgewählt wurde und halbautomatisch durch ein Befehlsausgangssignal der ECU 106 ausgeführt wird, was die beleuchtete Taste 120 oder die beleuchtete Taste 124 blinken läßt und/oder zu einem hörbaren Schalt- Warnsignal führt. Der Fahrer kann, wie oben beschrieben, die halbautomatische Ausführung des automatisch vorgewählten Schaltvorganges einleiten oder die automatische Betriebsart durch Drücken der Taste 122 löschen.
Alternativ kann die Leerlaufanzeigeleuchte 116 weggelassen werden und die Leerlauf zustandleucht 126 kann durch eine beleuchtete Taste ersetzt werden.
In Fig. 3 ist eine alternative Steuer- und Anzeigekonsole 130 für den Fahrer dargestellt. Ein Joystick 132 kann gegen eine federnde Vorspannung aus seiner mittigen Stellung herausbewegbar, um durch Bewegungen nach oben, nach unten, nach links bzw. nach rechts, wie angedeutet, Hochschalten, Zurückschalten, Schaltung in den Leerlauf oder in die automatische Vorwahlbetriebsart zu wählen. Anzeigeleuchten 134 und 136 leuchten, um zu signalisieren, daß ein Hochschalten bzw. ein Herunterschalten vorgewählt wurde. Anzeigeleuchten 138 bzw. 140 sind beleuchtet, um einen Vorwärts- bzw. Rückwärtsbetrieb des Fahrzeuges anzuzeigen. Eine Anzeigeleuchte 142 brennt ständig, um anzuzeigen, daß sich das Getriebe im Leerlauf befindet und blinkt, um anzuzeigen, daß der Leerlauf vorgewählt, aber noch nicht bestätigt wurde, daß der Leerlauf eingelegt ist. Eine Anzeigeleuchte 144 leuchtet, um darauf hizuweisen, daß das System 104 in der Betriebsart mit automatischer Vorwahl arbeitet.
Hieraus ist ersichtlich, daß ein relativ einfaches und preisgünstiges Steuersystem (104)/-verfahren für ein mechanisches Getriebesystem 10 zur halbautomatischen Ausführung von Schaltungen geschaffen wurde, das nur eine Stelleinrichtung (112/70/96) zur Schaltung des Getriebes und zwei Drehzahleingangssignale, die die Drehzahlen der Eingangswelle und der Hauptwelle kennzeichnen, benötigt, die jeweils zu einem mechanischen Fahrzeuggetriebesystem hinzugefügt werden müssen. Weiterhin wird eine elektronische Steuereinheit 106 geschaffen, um die beiden Drehzahleingangssignale und Eingaben von einer Fahrerkonsole zu empfangen und um Befehlsausgangssignalen an die Stelleinrichtungen und an den Anzeigebereich der Fahrerkonsole auszugeben. Das System führt manuell oder automatisch vorgewählten Schaltungen halbautomatisch aus, wobei das System vom Fahrer verlangt, (i) eine Drehmomentunterbrechung zum Ausrücken der gegenwärtig eingelegten Gangstufe herbeizuführen und (ii) eine weitgehende synchrone Rotation für das Einrücken der gewählten Gangstufe herbei zuführen, was es dem System erlaubt, zu arbeiten, ohne automatisch betätigte Steuerungen für die Kraftstoffzumeßeinrichtung oder Stelleinrichtungen für die Hauptkupplung zu benötigen. Das System enthält einen Algorythmus, um besser verpasste Schaltvorgänge erkennen zu können.

Claims

1. Steuersystem (104), um die Durchführung vorgewählter Schaltvorgänge bei einem mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe-System zu steuern, das einen drosselgesteuerten Motor (E) ein mehrgängiges Geschindigkeitswechselgetriebe (10), eine zwischen dem Motor und dem Getriebe angordnete Hauptreibungskuplung (C), einen ersten Sensor (98), um ein erstes für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (16) kennzeichnendes Eingangssignal zu liefern, einen zweiten Sensor (100), um ein zweites Eingangssignal zu liefern, das für eine Getriebewelle (90) kennzeichnend ist, die zumindest unter bestimmten Getriebebetriebsbedingungen unabhängig von der Getriebeeingangswelle drehbar ist, und einen Getriebeaktuator (112,70,96) zum Schalten aufweist, wobei das Steuersystem enthält:

Mittel (120,124/132), um entweder ein Heraufschalten oder ein Herunterschalten aus dem gegenwärtig eingelegten Getriebegang oder dem Leerlauf in einen vorgegebenen Gang auszuwählen und um ein drittes für die Auswahl kennzeichnendes Eingangssignal zu erzeugen,

eine zentrale Verarbeitungseinheit (106) zum Empfangen des ersten, des zweiten und des dritten Eingangssignals und zum Verarbeiten derselben gemäß vorgegebener Regeln, um Ausgangsbefehlssignale auszugeben, wobei die zentrale Verarbeitungseinheit aufweist:

Mittel, die auf (i) eine Auswahl zum Schalten aus einem gegenwärtig eingelegten Gang oder aus dem Leerlauf und (ii) auf eine Bestätigung (152) der Getriebeleerlaufbedingung ansprechen, um (i) zu ermitteln, ob (162) im Getriebe weitgehende Synchronität vorliegt, und um (ii) daraufhin (164) Ausgangsbefehlssignale an die Aktuatoren abzugeben, damit das Getriebe in den vorgegebenen Gang geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannten Mittel Mittel (154) umfassen, um nach der Bestätigung (152) der Leerlaufbedingung einen Zeitgeber zu starten; daß

die die weitgehende Synchronität in dem Getriebe feststellenden Mittel das erste Signal mit einem ersten Bezugsbereich vergleichen, wenn der Zeitgeber eine Zeitdauer anzeigt, die kleiner als eine Referenzzeit ist, oder das erste Signal mit einem zweiten Referenzwert vergleichen, wenn der Zeitgeber eine Zeitdauer anzeigt, die größer als die Referenzzeit ist, und daß

der erste und der zweite Bereich als Funktion des gewählten einzulegenden Gangs sowie des aktuellen Wertes des zweiten Eingangssignals bestimmt werden, wobei der zweite Bereich größer als der erste Bereich ist.

2. System nach Anspruch 1, bei dem der zweite Bereich um wenigstens zwanzig Prozent (20 %) größer als der erste Bereich ist.

3. System nach Anspruch 1, bei dem der zweite Bereich um wenigstens fünfzig Prozent (50 %) größer als der erste Bereich ist.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Referenzzeit wenigstens eine Sekunde beträgt.

5. System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem der erste und der zweite Bereich Wertebereiche des ersten Eingangssignals sind, dessen Mittelwert im wesentlichen gleich dem zu erwartenden Wert des ersten Eingangssignals ist, wenn die Kupplungsklauen des gewählten einzulegenden Gangs mit im wesentlichen synchroner Drehzahl laufen.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das zusätzlich Anzeigemittel (120,124,114/134,136,142) aufweist, um die Auswahl jedoch nicht die bestätigte Ausführung eines Schaltens aus dem gegenwärtig eingelegten Gang anzuzeigen.

7. Steuerverfahren, um die halbautomatische Durchführung vorgewählter Schaltvorgänge bei einem mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe-System (104) zu steuern, das einen durch einen Fahrer gesteuerten drosselgesteuerten Motor (E) ein mehrgängiges Geschindigkeitswechselgetriebe (10), eine zwischen dem Motor und dem Getriebe angordnete steuerbare Hauptreibungskuplung, einen ersten Sensor (98), um ein erstes für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (16) kennzeichnendes Eingangssignal zu liefern, einen zweiten Sensor (100), un ein zweites Eingangssignal zu liefern, das für eine Getriebewelle (90) kennzeichnend ist, die zumindest unter bestimmten Getriebebetriebsbedingungen unabhängig von der Getriebeeingangswelle drehbar ist, einen nicht vom Fahrer zu betätigenden Aktuator (70/96) zum Schalten des Getriebes, eine vom Fahrer betätigbare Steuerkonsole (108), die Mittel (120,124/132) aufweist, um durch den Fahrer ein Heraufschalten oder ein Herunterschalten aus dem gegenwärtig eingelegten Getriebegang oder dem Leerlauf in einen vorgegebenen Gang auszuwählen und um ein hierfür kennzeichnendes Eingangssignal zu erzeugen, und eine zentrale Verarbeitungseinheit (106) aufweist, um die Eingangssignale zu empfangen und dieselben gemäß vorgegebener Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlssignale auszugeben, wobei das Verfahren ferner umfasst:

(a) es wird auf eine erfaßte Auswahl eines Schaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Gang reagiert, indem Ausgangsbefehlssignale an den Aktuator ausgegeben werden, um das Getriebe im Sinne eines Schaltens in den Leerlauf vorzuspannen,

(b) es wird auf (i) eine erfaßte Auswahl zum Schalten aus einem gegenwartig eingelegten Gang in einen gewählten Gang und (ii) auf eine Bestätigung der Getriebeleerlaufbedingung reagiert, indem (i) ermittelt wird , ob durch den Fahrer bewirkte weitgehende Synchronität im Getriebe vorliegt, und indem (ii) daraufhin Ausgangsbefehlssignale an den Aktuator abzugeben wird, damit das Getriebe in den vorgewählten Gang geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion auf die erfaßte Auswahl und die Bestätigung der Leerlaufbedingung beinhaltet einen Zeitgeber zu starten, um eine Zeit zu liefern;

daß das Ermitteln der durch den Fahrer bewirkten weitgehende Synchronität beinhaltet,

daß der erste Wert mit einem ersten Bezugsbereich verglichen wird, wenn der Zeitwert kleiner als eine Referenzzeit ist, oder daß das erste Wert mit einem zweiten Referenzwert verglichen wird, wenn der Zeitwert größer als die Referenzzeit ist, und daß der erste und der zweite Bereich als Funktion des gewählten einzulegenden Gangs sowie des aktuellen Wertes des zweiten Eingangssignals bestimmt werden, wobei der zweite Bereich größer als der erste Bereich ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der erste und der zweite Bereich Wertebereiche des ersten Eingangssignals sind, dessen Mittelwert im wesentlichen gleich dem zu erwartenden Wert des ersten Eingangssignals ist, wenn die Kupplungsklauen des gewählten einzulegenden Gangs mit im wesentlichen synchroner Drehzahl laufen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 der 8, bei dem der zweite Bereich um wenigstens zwanzig Prozent (20 %) größer als der erste Bereich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 bei dem der zweite Bereich um wenigstens fünfzig Prozent (50 %) größer als der erste Bereich ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Referenzzeit wenigstens eine Sekunde beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem die Steuerkonsole zusatzlich Anzeigemittel (120,124/134,136) umfaßt, um eine fahrerbedingte Auswahl eines Hoch- oder Herunterschaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Getriebegang anzuzeigen, und das zusätzlich den Schritt aufweist Befehlsausgangssignale an die Anzeigemittel auszugeben, damit diese die Auswahl anzeigen, bis die Auswahl gelösch oder die Ausführung der ausgewählten Getriebeschaltung bestätigt wurde.