DE69011229T2

DE69011229T2 - Halbautomatische Schaltdurchführung eines mechanischen Getriebesystems.

Info

Publication number: DE69011229T2
Application number: DE69011229T
Authority: DE
Inventors: Thomas Alan Genise
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: AU626505B2; BR9002941A; DE69011229D1; JPH0324357A; AU5713890A; US5053961A; EP0404353A1; CA2017569C; EP0404353B1; CA2017569A1

Description

Verwandte Erfindungen

Die Erfindung ist mit den Anmeldungen entsprechend der EP-A-404 354, EP-A-404 352 und EP-A-404 387 verwandt, die alle auf die Eaton Corporation lauten.

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 ausgewahlter Wechsel- oder Schaltvorgänge von Gangstufen des mechanischen Getriebes ermöglichen.

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. formschlüssige) Kupplungen ein- oder auszurücken, um die gewünschte Übersetzungsstufe zu erreichen. Beispiele für solche Getriebe finden sich den US- PSen 3 961 546, 4 081 965 und 4 361 060.
Solche vollautomatischen Geschwindigkeitswechselgetriebe können unakzeptabel teuer sein, insbesondere für die größten Schwerlastfahrzeuge, die typischerweise nicht in großen Stückzahlen verkauft werden. Außerdem neigen solche automatischen Geschwindickeitswechselgetriebe, die unter Druck stehendes Fluid oder Drehmomentwandler verwenden, dazu, hinsichtlich der Verlustleistung zwischen ihrer Eingangs- und ihrer Ausgangswelle verhältnismäßig ineffizient zu sein.
Halbautomatische 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 Hauptkupplungsbetatigungseinrichtungen verwendet werden, um im wesentlichen vollautomatisch eine vom Fahrer manuell ausgewählte Gangstufe einzulegen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele für solche halbautomatlschen Getriebesysteme sind in den US-PSen 4 425 620, 4 631 679 und 4 648 290 sowie der EP-A_0 271 617 beschrieben, die die Merkmale des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche 1 und 15 offenbart. Der Stand der Technik beschäftigt sich nicht damit, die Notwendigkeit die Betätigung einer automatischen oder fahrerbetätigten Kupplung zu vermeiden oder bei der Auswahl einer Gangstufe nach einer anderen Gangstufe ein Vorspannen in den Leerlauf (Abwarten bis der Fahrer eine Drehmomentunterbrechung oder -umkehr bewirkt) zu veranlassen.
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 ermoglichen 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.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden die Nachteile des Standes der Technik durch Vorkehrungen gemäß dem 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. Die Erfindung enthält als Merkmal das Pausieren im bestätigten Leerlauf bis auch Synchronbedingungen bestätigt sind, die seitens des Fahrers ohne Ausrücken der Hauptkupplung hergestellt sind, ehe der befohlene Schaltvorgang automatisch zu Ende geführt wird.
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 das nur zwei Drehzahleingangssingle benötigt.
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.

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 mehrgängige 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 nich zum Erfolg führt, 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 Sinne 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. den 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 Hoch- -oder 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 Primärantrieb, 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 einen Überhub des Kupplungspedals betätigte Eingangswellenbremse B vorgesehen, um schnellere Hochschaltungen ausführen zu können, wie dies 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 dem Gehäuse H gelagert ist, von dem lediglich ein Teil schematisch dargestellt ist. Beide Vorgelegewelle sind 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 an sich 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 Schaltgehäuseanordnung 70 zugeordnet sind. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können in der bekannten nicht synchronisiert Bauart mit Wirkung in beiden Richtungen ausgeführt 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 beachten, daß, obwohl die Hauptgetriebegruppe 12 fünf wählbare Gänge für die Vorwärtsfahrt aufweist, der niedrigste Vorwärtsgang, namlich 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 oberen Gruppenbereich 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 Stelleinrichtung 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, während 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 (nicht gezeigten) 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 einen 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 Bereichs-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, sind ein Eingangswellendrehzahlsensor und ein Ausgangswellensesor 100 vergesehen. Alternativ zu dem Ausgangswellensensor 100 kann ein Sensor 102 eingesetzt werden, um die Drehzahl des Vorgelegewellenzahnrads 82 der Hilfsgruppe zu messen. Die Drehzahl des Zahnrades 82 steht natürlich in 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 neben dem oben erwahnten Getriebesystem 10 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 der Steuerkonsole 108 des Fahrers zuzuführen.
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, rückwärts 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, im 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/Meldeeinrichungen ersetzt werden, wie zum Beispiel durch einen Kippschalter und/oder durch einen Kippschalter und eine Leuchte oder durch andere Anzeigemittel. 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.
Alternativ kann die Hochschalt-Taste bei einer vorgegebenen Drehzahl (z. B. über 1700 U/min.) aufleuchten und leuchtend bleiben bis durch Drücken der Taste ein Hochschalten audgewählt wurde.
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 durch den Fahrer erreicht, indem er 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 auf. 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 gelangen, sendet die ECU 106 Befehlsausgangssignale an den Verteiler 112, um den Aktuator 70 zu veranlassen, den vorgesehenen 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 die Wähltaste 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.
In der Betriebsart mit automatischer Vorwahl, die durch Benutzung der beleuchteten Drucktaste 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 Drucktaste 122 löschen.
Alternativ kann die Leerlaufanzeigeleuchte 116 weggelassen werden und die Leerlaufzustandleucht 126 kann durch eine beleuchtete Drucktaste 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 nach oben, nach unten, nach links bzw. nach rechts, wie angedeutet herausbewegt werden, um durch die Bewegungen Hochschalten, Zurückschalten oder Schalten 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 Vorwarts- bzw. Rückwärtsbetrieb des Fahrzeuges anzuzeigen. Eine Anzeigeleuchte 142 brennt ständig, wenn anzuzeigen ist, 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.

Claims

1. Steuersystem (104) für das halbautomatische Einlegen von manuell ausgewählten Schaltvorgängen bei einem mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebesystem mit einem über einen vom Fahrer gesteuerten Gashebel gesteuerten Motor (E), einem vielgängigen mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe (10), einer vom Fahrer gesteuerten Reibungshauptkupplung (C), die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist, einem ersten Sensor (98), der ein erstes, die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (16) kennzeichnendes Eingangssignal liefert, einen zweiten Sensor (100), der ein zweites, die Drehzahl einer Getriebewelle (90) kennzeichnendes Eingangssignal liefert, die, bezogen auf die Getriebeeingangswelle, bei wenigstens gewissen Getriebebetriebsbedingungen unabhängig drehbar ist, und mit einem nicht vom Fahrer steuerbaren Getriebeaktuator (112, 70, 96) zum Steuern des Schaltens des Getriebes, wobei das Steuersystem außerdem aufweist:

Mittel (120, 124/132) für das manuelle Auswählen eines Herauf- oder eines Herunterschaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Getriebegang oder aus dem Leerlauf in einen ausgewählten Gang durch den Fahrer und zum Liefern eines dritten, die Auswahl kennzeichnenden Eingangssignale; und

eine zentrale Verarbeitungseinheit (106) zum Empfangen des ersten, zweiten und des dritten Eingangssignales und zum Verarbeiten derselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale auszugeben, wobei die zentrale Verarbeitungseinheit enthält;

(a) Mittel, die von der manuellen Auswahl eines Getriebeschaltvorganges aus einem gegenwärtig eingelegten Gang heraus in einen anderen Gang gesteuert sind, um Befehlsausgangssignale zu dem Aktuator auszugeben, dadurch gekennzeichnet, daß dem letzteren dabei befohlen wird, das Getriebe in Richtung auf ein Schalten in den Leerlauf vorzuspannen; und

(b) Mittel, die in Abhängigkeit von (i) einer manuellen Auswahl eines Schaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Gang heraus in einen ausgewählten Gang und (ii) der Bestätigung einer Getriebeleerlaufbedingung arbeiten,

um (i) eine manuell herbeigeführte, weitgehende Synchronisation des Getriebes zu erfassen, die ohne jegliche Auskuppelbetatigung der vom Fahrer betätigten Hauptkupplung erreicht worden ist und (ii) um danach Befehlsausgangssignale an den Aktuator auszugeben, um das Getriebe zu veranlassen, in den ausgewählten Gang geschaltet zu werden.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zum manuellen Auswählen außerdem Mittel (126/132) zum manuellen Auswählen eines Schaltens aus jedem gegenwärtig eingelegten Gang direkt in den Leerlauf aufweist.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem das zweite Eingangssignal dauernd für die Drehzahl der Getriebe ausgangswelle (90) kennzeichnend ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 2, bei dem das zweite Eingangssignal dauernd für die Drehzahl der Getriebeausgangswelle (90) kennzeichnend ist.

5. Steuersystem nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, bei dem das Mittel zum Feststellen einer manuellen Synchronisation Mittel zum Bestimmen eines Referenzbereiches von akzeptablen Werten des ersten Eingangssignales als eine Funktion des zweiten Signales sowie Mittel zum Vergleichen des gegenwärtigen Wertes des ersten Signales mit dem Bereich der Referenzwerte aufweist.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das zusätzlich Anzeigemittel (120, 124, 114/134, 136, 142) zum Anzeigen einer Auswahl, bei noch nicht bestätigter Ausführung eines Schaltvorganges aus dem gegenwartig eingelegten Getriebegang heraus, aufweist.

7. Steuersystem nach den Anspruchen 1 bis 6, das zusätzlich Anzeigemittel (114, 116, 118/138, 140, 142) zum Anzeigen des aktuellen Status (FOR, NEUT, REV) des Getriebes aufweist.

8. Steuersystem nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Anzeigemittel optische Anzeigen des gegenwärtigen Zustands des Getriebes liefern.

9. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Mittel zum Auswählen gestatten, daß eine Auswahl manuell gelöscht wird.

10. Steuersystem nach den Anspruchen 1, 2, 3 oder 4, bei dem der Aktuator durch unter Druck stehendem komprimiertem Fluid betätigt ist.

11. Steuersystem nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, bei dem die zentrale Verarbeitungseinheit (106) auf Mikroprozessorbasis arbeitet.

12. Steuersystem nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Mittel zum manuellen Auswählen Taster umfassen.

13. Steuersystem nach Anspruch 12, bei dem die Taster Leuchttaster sind, wobei die Verarbeitungseinheit Befehlsausgangssignale ausgibt, die Taster bei Auswahl eines Hoch- oder eines Herunterschaltens aus dem gegenwärtig eingelegten Gang heraus veranlassen aufzuleuchten und weiterzuleuchten, bis die Auswahl des ausgewählten Schaltvorganges bestätigt ist.

14. Steuersystem nach Anspruch 12, bei dem die Taster Leuchttaster sind, wobei die Verarbeitungseinheit Befehlsausgangssignale ausgibt, die einen ausgewählten Taster veranlassen zu leuchten, bis vorbestimmte Bedingungen erfaßt werden, die ein zweckmäßiges Schalten aus dem gegenwärtig eingelegten Gang heraus kennzeichnen.

15. Steuerverfahren zum Steuern des halbautomatischen Einlegens von manuell gewählten Schaltvorgängen eines halbautomatischen mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebesystems (104) mit einem durch einen vom Fahrer gesteuerten Gashebel gesteuerten Motor (E), einem vielgängigen Geschwindigkeitswechselgetriebe (10), einer manuell steuerbaren Reibungskupplung, die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist, einem ersten Sensor (98) der ein die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (16) kennzeichnendes Eingangssignal liefert, einem zweiten Sensor (100), der ein die Drehzahl einer Getriebewelle (90) kennzeichnendes Eingangssignal liefert, die wenigstens unter gewissen Getriebebetriebsbedingungen unabhängig von der Getriebeeingangswelle drehbar ist, einem nicht vom Fahrer steuerbaren Aktuator (70/96) zum Steuern des Schaltens des Getriebes, eine Fahrersteuerkonsole (108) mit Mitteln (120, 124/132) zum manuellen Auswählen eines Hoch- oder eines Herunterschaltvorganges aus einem gegenwärtig eingelegten Gang oder dem Leerlauf in einen ausgewählten Gang und zum Liefern eines dieses kennzeichnenden Eingangssignales, und mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (106) zum Empfangen der Eingangssignale und zum Verarbeiten derselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale auszugeben, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

(a) das Reagieren auf die festgestellte manuelle Auswahl eines Schaltvorganges aus einem gegenwärtig eingelegten Gang durch Ausgeben von Befehlsausgangssignalen an den Aktuator, um das Getriebe in Richtung auf das Schalten in den Leerlauf vorzuspannen; und

(b) das Reagieren auf (i) eine erfaßte manuelle Auswahl eines Schaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Gang heraus in einen ausgewählten Gang und (ii) das Bestätigen eines Getriebeleerlaufzustandes durch (i) Erfassen einer manuell herbeigeführten weitgehenden Synchronisation des Getriebes, die ohne Auskuppeln der Hauptkupplung erzielt worden ist und (ii) danach durch Ausgeben von Befehlsausgangssignalen an den Getriebeaktuator, um das Getriebe zu veranlassen, in den ausgewählten Gang geschaltet zu werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Erfassen der manuell herbeigeführten weitgehenden Synchronisation des Getriebes das kontinuierliche Bestimmen eines Bereiches von akzeptablen Eingangswellendrehzahlen, bei denen der ausgewählte Getriebegang eingelegt werden kann, als eine Funktion der Getriebeausgangswellendrehzahl und das Vergleichen des aktuellen Wertes des die Getriebeeingangswellendrehzahl kennzeichnenden Eingangssignales mit dem Bereich von akzeptierten Werten beinhaltet.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Steuerkonsole zusätzlich Anzeigemittel (120, 124/134, 136) zum Anzeigen der manuellen Auswahl eines Hoch- oder eines Herunterschaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Getriebegang heraus aufweist und bei dem das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Ausgebens von Befehlsausgangssignalen an die Anzeigemittel beinhaltet, um dieselben zu veranlassen, die Auswahl solange anzuzeigen, bis die Auswahl gelöscht oder die Ausführung des ausgewählten Getriebeschaltens bestätigt worden ist.

18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17., bei dem die Steuerkonsole (108) zusätzlich Anzeigemittel (120, 124/134, 136) aufweist, um die festgestellte Zweckmäßigkeit einer manuellen Auswahl eines Hoch- oder eines Herunterschaltens aus einem gegenwartig eingelegten Getriebegang heraus anzuzeigen und bei dem das Verfahren den zusätzlichen des Ausgebens von Befehlsausgangssignalen an die Anzeigemittel enthält, um dieselben zu veranlassen, die festgestellte Zweckmäßigkeit einer bestimmten Auswahl anzuzeigen.