DE69417320T2

DE69417320T2 - Getriebeschaltung mit veränderlichem Gleichlaufgeschwindigkeitsbereich

Info

Publication number: DE69417320T2
Application number: DE69417320T
Authority: DE
Inventors: Alan Richard Davis
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2014-08-27
Also published as: KR950009028A; EP0641958B1; ES2130363T3; CN1057370C; CA2131068A1; BR9403061A; CA2131068C; DE69417320D1; JP3590938B2; EP0641958A3; EP0641958A2; JPH07167280A; ATE178127T1; CN1110382A; US5413012A; KR100316749B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Mit dem Gegenstand in Beziehung stehende Anmeldungen Diese Anmeldung steht mit der EP-A-0641959 in Beziehung, die mit Automated Mechanical Transmission Control System/Method (automatisches mechanisches Getriebesteuerungssystem/Verfahren) bezeichnet ist, die an dem gleichen Tag, dem 7. September 1993 eingereicht worden ist und auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung, die Eaton Corporation, überschrieben worden ist.

Gebiet der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Steuersystem/Verfahren zum Steuern des Einkuppelns formschlüssiger Klauenkupplungen in einem wenigstens teilautomatischen mechanischen Kraftfahrzeuggetriebesystem. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuersystem/Verfahren für ein automatisches mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesystem, das die Getriebeklauenkupplungen zu einem Zeitpunkt veranlasst einzurücken oder in Einrückrichtung vorspannt, wenn erwartet wird, dass die Eingangswellendrehzahl innerhalb eines Bereichs wirklich synchroner Drehzahl liegt, der Synchronfester genannt wird, dessen Größe solange eine Funktion des numerischen Werts der Zielgangstufe ist, bis ein Minimalwert erreicht ist.

Beschreibung des Stands der Technik

Voll- oder teilautomatische mechanische Getriebesysteme für Kraftfahrzeuge, wie bspw. Schwerlastsattelzug-, -zugfahrzeuge oder Sattelaufliegerfahrzeuge, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patenten Nr. 4.361060, 4.595.986, 4.614·.126, 4.684.290, 4.676.115, 4.784.019, 4.874.881, 4.899.607, 5.050.427 und 5.136.897 ersichtlich ist, auf die verwiesen wird. Kurz gesagt, nutzen diese automatischen Getriebesysteme typischerweise Sensoren, um Information, bspw. über die Betriebsart oder eine Gangwahl, die Gaspedalstellung, die gegenwärtig eingelegte Gangstufe, die Motordrehzahl, die Eingangswellendrehzahl und/oder die Ausgangswellendrehzahl an eine Steuerung zu liefern. Diese typischerweise auf einem Mikroprozessor basierende Steuerung verarbeitet diese Eingangssignale gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um an unterschiedliche Aktuatoren, wie bspw. eine Motor-Kraftstoffbelieferungseinrichtung, eine Hauptkupplungsbetätigungseinrichtung und/oder einen Getriebeschaltaktuator Befehlsausgangssignale auszugeben. Um die Eingangswelle und die ihr zugeordneten Zahnräder zu veranlassen, in Bezug auf die Ausgangswellendrehzahl und die Zielgangstufe mit im Wesentlichen synchroner Drehzahl umzulaufen, werden typischerweise die Manipulierung der Kraftstoffbelieferung des Motors, eine Eingangswellenbremse oder eine Motorbremse und/oder eine Leistungsynchronisiereinrichtung benutzt. Die EP-A-413412 offenbart den Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5.
Wenn sich die Eingangswellendrehzahl ("IS") dem Synchronfester annähert, d. h. das Produkt der Ausgangswellendrehzahl mal numerischem Wert der Zielgangstufe (OS * GRTARGET) Plus oder minus ein akzeptablen Wert (üblicherweise ungefähr ± 40 U/min. werden die der Zielgangstufe zugeordneten Klauenkupplungen im Hinblick auf die erwartete Reaktionszeit der unterschiedlichen Aktuatoren angewiesen einzurücken, mit der Erwartung, dass die erwartete Eingangswellendrehzahl (ISE) in dem Akzeptanzbereich liegt, wenn die Klauenkupplungselemente anfangen zu greifen.
Während Steuerungen für automatische mechanische Kraftfahrzeuggetriebesysteme nach dem Stand der Technik allgemein befriedigend arbeiten und ein gut synchronisiertes Einrücken der Klauenkupplungen liefern, sind sie insofern nicht ganz befriedigend, als die Synchronfenster in den niedrigeren Gangstufen (höhere numerische Werte der Untersetzung) enger sind als notwendig, was das Erzielen der Synchronität schwieriger und zeitraubender macht als notwenig.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Stands der Technik überwunden oder minimiert, indem ein Steuerverfahren/System für ein vollautomatisches mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesystem geschaffen worden ist, bei dem sowohl bei Hochschaltvorgängen als auch bei Zurückschaltvorgängen das Einrücken der Klauenkupplung ausgelöst wird, wenn (OS * GRT) + X ≥ ISE ≥ (OS * GRT) - Y, wobei
ISE - erwartete Eingangswellendrehzahl
OS = Ausgangswellendrehzahl
GRT = numerischer Wert der Getriebeuntersetzung in der Zielgangstufe
X ≥ 0
Y ≥ 0
X + Y = eine Funktion von GRT oder ein Minimalwert (X + Y) MINE, je nachdem welcher größer ist.
Der Wert der Funktion bezieht sich auf das gröbstmögliche Schalten in einer speziellen Gangstufe; siehe bspw. US-Patentschrift Nr. 5.052.535.
In den niedrigeren Gangstufen (höherer Wert der Ganguntersetzung) variiert der Wert X + Y mit dem Wert der numerischen Ganguntersetzung der Zielgangstufe, bis ein Minimalwert (X + Y)MIN erreicht ist, wie bspw. 30 U/min.
Eine mögliche Ausnahme zu den obigen Ausführungsformen tritt bei Verbundgetrieben mit Rangegruppe auf, siehe US-Patentschrift Nr. 5.193.410, bei dem bei einem Verbund- Range-Hochschaltvorgang zur Sicherstellung des richtigen Betriebs der Rangegruppensynchronisiereinrichtungen ein Kompromiss hinsichtlich der Schaltqualität eingegangen werden muss, indem das Getriebe auf das Einrücken der Hauptgruppenklauenkupplungen der Zielgangstufe vorgespannt werden muss, so dass (OS * GR) > IS ≥ (OS * GR) - K ist, wobei K eine positive Drehzahl ist.
Anhand der nachfolgenden Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsformen wird diese mögliche Ausnahme verständlich.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem/Verfahren für ein wenigstens teilautomatisches mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesystem zu schaffen, die die Zeitfolge zum Einrücken der Klauenkupplung bei niedrigeren Gangstufen schneller und einfacher beginnt oder dazu neigt, als in dem Stand der Technik.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der Beschreibung, der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines automatischen mechanischen Getriebesystems der Bauart, die insbesondere dazu gut geeignet ist, von einem erfindungsgemäßen Steuerverfahren/System gesteuert zu werden.
Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung des mechanischen Kraftfahrzeuggetriebesystems, das von dem erfindungsgemäßen Steuersystem/Verfahren gesteuert wird.
Fig. 3 ist eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung einer typischen formschlüssigen Klauenkupplungsanordnung, die bei automatischen mechanischen Getriebesystemen nach Fig. 1 und 2 benutzt wird.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steuersystems/Verfahrens in Form eines Flussbilds.
Fig. 5 ist ein Tableau, das die numerischen Ganguntersetzungsverhältnisse und typische Toleranzfaktorwerte für ein Getriebe der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Bauart veranschaulicht.

Kurze Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der folgenden Beschreibung wird lediglich zur bequemeren Bezugnahme und ohne beschränkende Wirkung eine gewisse Terminologie benutzt. Die Worte "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen, auf die geometrische Mitte der Einrichtung und bezeichneter Teile derselben hin bzw. von dieser weg. Diese Terminologie enthält die oben speziell genannten Worte, Ableitungen derselben und Worte ähnlicher Bedeutung.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird benutzt, um ein Geschwindigkeits- oder Gangwechselgetriebe mit einer mehrere Vorwärtsgänge aufweisenden Hauptgetriebegruppe und einer mehrgängigen Hilfsgetriebegruppe zu bezeichnen, die in Serie angeordnet sind, wobei die ausgewählte Getriebeuntersetzung in der Hauptgetriebegruppe durch eine weiter ausgewählte Ganguntersetzung in der Hilfsgetriebegruppe erweitert werden kann. "Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Worte ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine Kupplungsanordnung, die ein ausgewähltes Zahnrad mittels einer formschlüssigen Kupplung mit einer Welle kuppelt, wobei ein versuchtes Einrücken der Kupplung verhindert wird, bis die Kupplungshälften weitgehend synchron drehen, wobei an den Kupplungshälften relativ leistungsfähige Reibmittel vorgesehen sind, die ausreichend sind, um bei Auslösen des Einkuppelns die Kupplungshälften und alle mit diesen umlaufende Teile zu veranlassen, mit weitgehend synchroner Drehzahl umzulaufen.
Der Begriff "Hochschaltvorgang" soll, wie er hier verwendet wird, das Schalten aus einer langsameren Gangstufe in eine schnellere Gangstufe bezeichnen. Der Begriff "Zurückschaltvorgang" soll, wie er hier verwendet wird, das Schalten aus einer schnelleren Gangstufe in eine langsamere Gangstufe bezeichnen.
In den Fig. 1 und 2 ist ein automatisches mechanisches Fahrzeuggetriebesystem 10 der Bauart schematisch veranschaulicht, wie sie, insbesondere zur Steuerung durch das erfindungsgemäße Steuersystem/Verfahren geeignet ist. Voll- und teilautomatische mechanische Getriebesysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie mit Verweis auf die oben genannten US-Patente 4.361.060, 4.595.986, 4.614.126, 4.648.290, 4.676.115, 4.784.019, 5.053.961 und 5.136.897 ersichtlich ist.
Fig. 1 veranschaulicht ein automatisches mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesystem 10 schematisch, das ein automatisches mehrgängiges Gangwechselgetriebe 10 aufweist, das über eine Kupplung, wie bspw. eine Reibungshauptkupplung C von einem durch Kraftstoffzumessung gesteuerten Motor E, wie bspw. einen bekannten Dieselmotor, angetrieben ist. Der Ausgang des automatischen Getriebes 10 ist eine Ausgangswelle 90, die dazu geeignet ist, mit einer geeigneten Fahrzeugbaugruppe, wie bspw. einem Differenzial- oder einer Antriebswelle, einem Verteilergetriebe oder Ähnlichem, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, treibend verbunden zu werden.
Die Kurbelwelle 20 des Motors E treibt Antriebsscheiben 18 der Reibungshauptkupplung C an, die mit Abtriebsscheiben 22 reibungsmäßig in Eingriff bringbar sind, um die Eingangswelle 16 des Getriebes 11 anzutreiben.
Die oben genannten Antriebsstrangkomponenten werden durch verschiedene Einrichtungen betätigt und/oder überwacht, deren jede nachstehend kurz diskutiert wird. Diese Einrichtungen beinhalten eine Überwachungseinrichtung 21 für die Gaspedalposition oder Drosselöffnung, die die vom Fahrer eingestellte Position des Fahrhebels THL erfasst, eine Kraftstoff-Steuerungseinrichtung 23, die die zu dem Motor E gelieferte Kraftstoffmenge steuert, einen Motordrehzahlsensor 25, der die Drehzahl des Motors erfasst, eine Kupplungsbetätigungseinrichtung 27, die die Hauptkupplung C ein- und ausrückt und die außerdem Information über den Zustand der Kupplung liefern kann, einen Eingangswellendrehzahlsensor 98 zur Erfassung der Drehzahl der Getriebeeingangswelle 16, eine Getriebebetätigungseinrichtung 29, die dazu dient, das Getriebe 11 in eine ausgewählte Gangstufe zu schalten und ein Signal zu liefern, das den Getriebeleerlaufzustand und/oder die aktuell eingerückte Gangstufe kennzeichnet, sowie einen Ausgangswellendrehzahlsensor 100 zur Erfassung der Drehzahl der Ausgangswelle 90.
Die Getriebeschaltbetätigungseinrichtung 27 kann von jeder bekannten Bauart sein; Beispiele derselben sind aus den oben genannten US-Patenten 4.874.881 und 4.899.607 ersichtlich, auf die verwiesen wird.
Die oben genannten Einrichtungen liefern Information an, die und/oder akzeptierende Befehlssignale von der zentralen Verarbeitungs- und Steuereinheit 31. Die zentrale Verarbeitungseinheit 31 kann eine analoge und/oder digitale elektronische Berechnungs- und Logikschaltung aufweisen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vorzugsweise basiert die zentrale Verarbeitungseinheit auf einem Mikroprozessor; ein Beispiel derselben ist aus dem oben genannten US-Patent Nr. 4.595.986 ersichtlich, auf das verwiesen wird. Die zentrale Verarbeitungseinheit 31 empfängt außerdem Information von einer Schaltsteuereinrichtung 33, durch die der Fahrzeugführer eine Rückwärtsbetriebsart (R), eine Leerlaufbetriebsart (N) oder eine Vorwärtsbetriebsart (D) des Fahrzeugs auswählen kann. Eine (nicht dargestellte) elektrische Energiequelle und/oder eine Druckmittelquelle (nicht dargestellt) liefern elektrische und/oder pneumatische Energie an unterschiedliche Sensor-, Betätigungs- und/oder Verarbeitungseinheiten.
Aus dem Stand der Technik sind Antriebsstrangkomponenten und Steuerungen für diese der oben beschriebenen Bauart bekannt und können in detaillierterer Form den US- Patenten 4.959.986, 4.576.065 und 4.445.393 entnommen werden, auf die verwiesen wird. Die Sensoren 21, 23, 25, 27, 95, 29 und 100 können von jedem bekannten Aufbau sein, um analoge oder digitale Signale zu erzeugen, die dem überwachten Parameter proportional sind. Ähnlich können die Betätigungseinrichtungen 23, 27 und 29 von jeder bekannten elektrischen, pneumatischen oder elektropneumatischen Bauart sein, um die Betätigungen von Befehlsausgangssignalen der zentralen Verarbeitungseinheit 31 gesteuert auszuführen.
Zusätzlich zu direkten Eingangssignalen kann die zentrale Verarbeitungseinheit 31 mit einer Schaltung zur Differentiation der Eingangssignale von wenigstens den Sensoren 23, 25 und/oder 98 versehen sein, die ein berechnetes Signal liefern, das die Drehbeschleunigung und/oder Verlangsamung der Getriebeeingangswelle und/oder der Getriebeausgangswelle kennzeichnet. Außerdem kann die CPU 31 mit einer Schaltung oder logischen Regeln versehen sein, um die Eingangssignale der Sensoren 98 und 100 zu verifizieren und festzustellen, dass das Getriebe 10 in einer speziellen Gangstufe eingerückt ist usw.
Die baulichen Einzelheiten des automatischen Getriebes 11 sind aus Fig. 2 ersichtlich, auf die verwiesen wird. Das Verbundgetriebe 11 weist eine mehrgängige Hauptgetriebegruppe 12 auf, die mit einer Hilfsgruppe 14 der Rangebauart in Serie angeordnet ist. Das Getriebe 11 ist von einem Gehäuse H aufgenommen und enthält eine Eingangswelle 16, die von einem Primärantrieb wie bspw. einem Dieselmotor E über eine wahlweise ausgekuppelte, normalerweise eingekuppelte Reibungshauptkupplung C angetrieben ist, die eine Eingangs- oder Antriebshälfte 18 aufweist, die mit der Motorkurbelwelle 20 in Antriebsverbindung steht und die eine Abtriebshälfte 22 aufweist, die mit der Getriebeeingangswelle 16 drehfest verbunden ist.
Es ist vorzugsweise eine von der CPU 31 betätigte Eingangswellenbremse B vorhanden, um, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ein schnelleres Hochschalten zu erbringen.
Getriebe, die dem mechanischen Getriebe 11 ähnlich sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt und können den US-Patenten Nr. 3.105.395, 3.283.613, 4.754.665 und 5.193.410 entnommen werden, auf die verwiesen wird.
In der Hauptgetriebegruppe 12 trägt die Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24, um mehrere, im Wesentlichen identische Vorgelegewellenanordnungen 26 und 26a mit im Wesentlichen identischen Drehzahlen gleichzeitig anzutreiben. Die beiden im Wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind an einander gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle 28 angeordnet, die mit der Eingangswelle 16 im Wesentlichen koaxial fluchtend ausgerichtet ist. Jede Vorgelegewellenanordnung weist eine Vorgelegewelle 30 auf, die von Lagern 32 und 34 in dem Gehäuse H gelagert ist, von dem lediglich ein Teil schematisch veranschaulicht ist. Jede Vorgelegewelle ist mit einer identischen Gruppierung Vorgelegewellenzahnräder 38, 40, 42, 44, 46 und 48 drehfest verbunden. Mehrere Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56 und 58 sitzen auf der Hauptwelle 28 und sind wahlweise und zeitlich einander ausschließend drehfest mit der Hauptwelle 28 kuppelbar. Mehrere Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56 und 58 sitzen auf der Hauptwelle 28 und sind mit der Hauptwelle 28 zeitlich einander ausschließend mittels verschiebbarer Klauenkupplungsmuffen 60, 62 und 64, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, wahlweise drehtest kuppelbar. Die Kupplungsmuffe 60 kann außerdem dazu verwendet werden, das Eingangszahnrad 24 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln, um eine direkte Antriebsbeziehung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28 zu erbringen.
Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 werden typischerweise mittels Schaltgabeln axial positioniert, die dem Aktuator 27, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, zugeordnet sind. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können von der bekannten, doppeltwirkenden, nicht synchronisierten, Klauenkupplungsbauart sein.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist das Rückwärtsgangzahnrad und steht über ein konventionelles Zwischenzahnrad (nicht veranschaulicht) in ständigem kämmenden Eingriff mit Vorgelegewellenzahnrädern 48. Es sollte außerdem angemerkt werden, dass das die Hauptgetriebegruppe 12 fünf auswählbare Vorwärtsgänge liefert, wobei die niedrigste Vorwärtsgangstufe, nämlich diejenige, die durch Antriebsverbindung zwischen dem Hauptwellenantriebszahnrad 56 mit der Hauptwelle 28 erreicht wird, häufig von einer so hohen Untersetzung ist, dass sie als niedriger oder "Kriech"- Gang bezeichnet wird, die nur zum Anfahren des Fahrzeugs unter erschwerten Bedingungen benutzt wird, so dass diese Gangstufe üblicherweise nicht in dem oberen Getriebe-Rangebereich benutzt wird. Obwohl die Hauptgetriebegruppe 12 fünf Vorwärtsgänge liefert, wird sie entsprechend üblicherweise als eine "Vier + Eins"-Hauptgruppe bezeichnet, weil lediglich vier der fünf Vorwärtsgänge mit der Hilfsrangegetriebegruppe 14 verbunden werden, die mit ihr benutzt wird.
Die Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind Kupplungen mit drei Positionen, die durch einen Aktuator in die mittlere, wie dargestellt, nicht eingerückte Position oder eine ganz rechts eingerückte oder eine ganz links eingerückte Position überführt werden kann. Wie bekannt, ist zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich eine der Kupplungen 60, 62 und 64 einrückbar und es sind Sperrmittel (nicht veranschaulicht) vorgesehen, um die anderen Kupplungen in der jeweiligen Leerlaufposition zu verriegeln.
Die Hilfsgetriebe-Rangegruppe 14 enthält zwei im Wesentlichen identische Vorgelegewellenanordnungen 74 und 74a, deren jede eine Hilfsgruppenvorgelegewelle 76 aufweist, die durch Lager 78 und 80 in dem Gehäuse H abgestützt ist und die jeweils drehfest zwei Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnräder 82 und 84 tragen. Die Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnräder 82 stehen in ständigem kämmendem Eingriff mit einem Range/Ausgangszahnrad 76 und tragen dieses, während die Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnräder 84 in ständigem kämmendem Eingriff mit einem Ausgangszahnrad 88 stehen, das an einer Getriebeausgangwelle 90 befestigt ist.
Eine synchronisierte Klauenkupplungsanordnung 92 mit zwei Positionen, ist axial durch eine (nicht veranschaulichte) Schaltgabel und die Rangegruppen-Schaltaktuatoranordnung 96 positioniert und dazu vorgesehen, um zum Betrieb im niedrigen Rangebereich das Zahnrad 86 mit der Hauptwelle 28 oder zum Betrieb in dem direkten oder oberen Rangebereich des Verbundgetriebes 10 das Zahnrad 88 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln.
Obwohl die veranschaulichte Hilfsgruppe 14 der Rangebauart als zweigängiges Gruppengetriebe mit schräg- oder schraubenverzahnten Zahnrädern veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung außerdem auf Verbundgetriebe anwendbar ist, die Hilfsgruppen der Splitterbauart oder der kombinierten Splitter-Rangebauart aufweisen, die drei oder mehr auswählbare Rangestufen und/oder Getriebe der Planetenbauart aufweisen. Außerdem können eine oder mehrere der Kupplungen 60, 62 oder 64 synchronisierte Klauenkupplungen sein und die Getriebegruppen 12 und/oder 14 können von der Bauart mit einer einzigen Vorgelegewelle sein.
Fig. 3 veranschaulicht den Aufbau einer typischen Klauenkupplung, wie sie an mechanischen Schwerlastgangwechselgetrieben der Bauart verwendet wird, die durch das Steuersystem/Verfahren der vorliegenden Erfindung automatisiert werden. Kurz gesagt ist ersichtlich, dass die Hauptwellenzahnräder 54 und 56 radial schwimmend auf der Hauptwelle 28 sitzen und durch Abstandselemente 102 in vorbestimmter Axialposition in Bezug auf die Hauptwelle 28 gehalten werden, wie detaillierter aus den US-Patenten Nr. 3.894.621 und 4.949.589 ersichtlich ist. Die Kupplungsmuffen 62 und 64 sind mit einer inneren Profilverzahnung 104 versehen, die verschiebbar mit einer äußeren Profilverzahnung 106 in Eingriff steht, die an der Außenfläche der Hauptwelle 28 vorgesehen ist. Die Kupplungsmuffen 62 und 64 werden mittels Schaltgabeln 108 bzw. 110, die von dem Schaltaktuator 27 gesteuert sind, auf der Hauptwelle 28 axial positioniert. Die Schaltmuffe 62 ist mit Klauenkupplungszähnen 112 versehen, die mit an dem Hauptwellenzahnrad 54 vorgesehenen Klauenkupplungszähnen 114 wahlweise in Eingriff bringbar sind. Die Schaltmuffe 64 ist mit Klauenkupplungszähnen 116 versehen, die wahlweise mit an dem Hauptwellenzahnrad 56 vorgesehenen Klauenkupplungszähnen 118 in Eingriff bringbar sind.
Wie bekannt, muss die Kupplungsmuffe 62 um ein weiches Kuppeln des Zahnrads 54 mit der Hauptwelle 28 zu erreichen, zu einem Zeitpunkt nach rechts bewegt werden, um die Kupplungszähne 112 mit den Kupplungszähnen 114 in Eingriff zu bringen, zu dem das Hauptwellenzahnrad 54 mit einer Drehzahl dreht, die im Wesentlichen mit der Drehzahl der Hauptwelle 28 und der mit dieser drehenden Kupplungs muffe 62 übereinstimmt. Angenommen, dass die Hilfsrangegruppe 14 entweder in ihrem hohen Gang oder in ihrem niedrigen Gang eingerückt bleibt, wird die Drehzahl der Kupplungsmuffen und der Hauptwelle 28 durch das Untersetzungsverhältnis der Rangegruppe und die Drehzahl der Ausgangswelle (OS) bestimmt. Während der Zeit des Gangwechsels in der Hauptgetriebegruppe 12 bleibt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und somit die Drehzahl der Ausgangswelle 90 im Wesentlichen konstant. Die Drehzahl der Hauptwellenzahnräder 54 und 56 ist eine Funktion ihrer Untersetzungsverhältnisse und der Drehzahl der Eingangswelle 16 (IS). Entsprechend wird die Drehzahl der Eingangswelle 16 zum Erzielen eines weitgehend synchronen Zustands zum Einrücken einer der Hauptwellenzahnräder mittels einer kontrollierten Kraftstoffbelieferung des Motors E und/oder einer Betätigung der Hochschaltbremse B moduliert. Wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist bei präzise vorliegender Synchronbedingung zum Einrücken einer speziellen Zielgangstufe IS = OS X GRTARGET und wenn die Kupplung C ohne Schlupf vollständig eingekuppelt ist, gilt Es = IS = OS * GRTARGET. In der Praxis können akzeptable Schaltvorgänge erzielt werden, wenn die Klauenkupplungshälften um ein gewisses Maß, wie bspw. ungefähr 20 bis 40 U/min. unsynchron sind. Entsprechend beträgt das Synchronschaltfenster zum Einrücken einer speziellen Zielgangstufe IS = (OS * GRTARGET) ± ungefähr 20 bis 40 U/min.
Bei teilweise oder vollständig automatisierten Getriebesystemen nach dem Stand der Technik, ist die Reaktionszeit der unterschiedlichen Aktuatoren ein bekannter oder festgelegter Wert, wie auch die Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Motors und/oder der Eingangswelle. Auf der Basis dieser Parameter gibt die ECU 31, wenn sich die Eingangswelle an die Drehzahl weitgehender Synchronität nähert, Befehlsausgangssignale an die verschiedenen Aktuatoren, um einen Schaltvorgang in die ausgewählte Zielgangstufe auszulösen, mit der Erwartung, dass die Kupplungszähne zu einem Zeitpunkt in Eingriff kommen, zu dem die erwartete Eingangswellendrehzahl (ISE) gleich dem Produkt der Zielgangstufe multipliziert mit der Ausgangswellendrehzahl plus oder minus dem konstanten Wert ist. Entsprechend ist das Synchronfenster bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem/Verfahren, das in Fig. 4 in schematischer Form als Flussbild veranschaulicht ist, so definiert, dass die ECU veranlasst, dass die Klauenkupplung zum Einrücken neigt, wenn (OS * GRTARGET) + X > ISE > (OS * GRTARGET) - Y, wobei;
ISE = erwartete Eingangswellendrehzahl, OS = Ausgangswellendrehzahl, GRTARGET = numerischer Wert der Ganguntersetzung in der Zielgangstufe, X ist größer als 0, Y ist größer als 0 und die Summe X + Y ist größer als eine Funktion von GRT oder ein Minimalwert, wenn die Funktion mit dem Wert von GRT variiert.
Es wird nun auf die in Fig. 4 veranschaulichte Flussbilddarstellung des erfindungsgemäßen Steuersystems/Verfahren verwiesen; der Wert ISE ist der erwartete Wert der Eingangwellendrehzahl nach dem Durchlaufen der Zeitspanne, die allgemein gleich der Reaktionszeit der unterschiedlichen Aktuatoren auf die Befehlsausgangssignale der CPU 31 ist, um die Klauenkupplungszähne, die der Zielgangstufe zugeordnet sind, zu veranlassen, in beginnenden Eingriff zu kommen.
Es wird der größere Wert aus X oder Y als eine Funktion des noch akzeptierten gröbsten Einlegens der Zielgangstufe ausgewählt; siehe bspw. die oben genannte US-PS 5.052.535.
In den niedrigeren Gangstufen (höhere numerische Untersetzungen) können die Werte von X + Y mit dem Wert der numerischen Ganguntersetzung der Zielgangstufe variieren, bis ein Minimalwert erreicht ist, wie bspw. 45 U/min. Es wird auf Fig. 5 verwiesen; X + Y wird als das größere von ((20 * GR) - 19) oder 45 genommen.
Bei niedrigeren Gängen mit höherer Ganguntersetzung wie bspw. vom ersten (1) bis zum fünften (5) Gang bei einem Getriebe mit zehn Vorwärtsgängen ist es zu wünschen und zulässig, ein etwas vergrößertes Synchronfenster zu nutzen. Um sicherzustellen, dass ein Hochschaltvorgang ausgeführt werden kann, wenn das Fahrzeug eine Steigung hinauffährt, d. h. wenn sich sowohl Es/IS als auch OS vermindern, ist ein größeres Synchronfenster erforderlich. Außerdem gibt die größere Ganguntersetzung in den Gangstufen eine niedrigere oder weichere Federnachgiebigkeit des Antriebsstrangs, was dazu neigt, die Härte des Einkuppelns der Klauenkupplung außerhalb der Synchronität zu dämpfen.
Eine mögliche Ausnahme zu obigem tritt bei Verbundgetrieben der Rangebauart, siehe die oben genannte US-PS 5.193.410, auf, wobei einem Verbundhochschaltvorgang wie bspw. vom fünften zum sechsten Gang oder bei einem überspringenden Hochschaltvorgang vom fünften zum siebten Gang zur Sicherstellung des korrekten Betriebs der Rangegruppen-Synchronisiereinrichtungen ein Kompromiss hinsichtlich der Schaltqualität getroffen werden kann, indem das Getriebe auch das Einrücken der Hauptgruppenklauenkupplung der Zielgangstufe so vorgespannt wird, dass die Eingangswelle immer mit einer Drehzahl niedriger als die wirkliche Synchrondrehzahl dreht, d. h. (OS * GR) > IS ≥ (OS * GR) - K.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Schaltens eines automatischen mechanischen Fahrzeuggetriebesystems (10) der Bauart mit einem mehrgängigen mechanischen Getriebe, mit mehreren auswählbaren Gangstufen (GR), die jeweils ihnen zugeordnete Paare formschlüssiger Klauenkupplungselemente (112/114, 116/118) aufweisen, wobei das Getriebe eine über eine nicht formschlüssige Kupplung (C) mit einem Primärantrieb (E) antriebsmäßig verbundene Eingangswelle (16) und eine Ausgangswelle (90) aufweist, die antriebsmäßig mit den Fahrzeugantriebsrädern verbunden ist, mit einer Steuereinheit (CPU) zum Empfang von Eingangssignalen, die die Eingangswellendrehzahl (IS) und die Ausgangswellendrehzahl (OS) kennzeichnen und zur Verarbeitung derselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln zur Ausgabe von Befehlsausgangssignalen an Systemaktuatoren (23, 27, 29), zu denen ein Getriebeaktuator (27) gehört, der dazu dient, wahlweise ausgewählte Paare der formschlüssigen Klauenkupplungselemente ein- und auszurücken, wobei die Getriebebetätigungseinrichtung eine Reaktionszeit aufweist, die eine Zeit beinhaltet, die der Aktuator benötigt, um auf ein Befehlsausgangssignal zu reagieren und ein ausgewähltes Paar der formschlüssigen Klauenkupplungselemente aus einer normalerweise ausgerückten Position in eine Position beginnenden formschlüssigen Eingriffs zu überführen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

die Ausgabe von Befehlsausgangssignalen, die Aktuatoren zur Auslösung des Einrückens des Paars formschlüssiger Kupplungselemente, die der Zielgangsstufe (GRT) zugeordnet sind, wenn die Gleichung

(OS * GRT) + X ≥ ISE > (OS * GRT) - Y erfüllt ist, wobei:

OS = Ausgangswellendrehzahl (in U/min),

GRT = Übersetzung der Zielgangsstufe,

ISE = die erwartete Eingangswellendrehzahl (in U/min) zu dem Zeitpunkt beginnenden formschlüssigen Eingriffs des Paars formschlüssiger Kupplungselemente, die der Zielgangsstufe zugeordnet sind,

X > 0,

Y > 0, und

X + Y = das Größere von fGRT oder (X + Y)MIN, wobei fGRT eine Funktion von GRT ist, deren Wert sich mit erhöhenden bzw. vermindernden Werten von GRT erhöht bzw. vermindert, und (X + Y)MIN ist ein konstanter Minimalwert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem (X + Y)MIN gleich ungefähr 45 U/min ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem (X + Y)MIN ungefähr gleich 30 U/min ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Getriebe ein Verbundgetriebe der Rangebauart ist, wobei das Verfahren nur bei Rangeverbundhochschaltvorgängen weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass das Einrücken des Paars formschlüssiger Kupplungselemente, die der Zielgangsstufe zugeordnet sind, nur dann ausgelöst wird, wenn die Gleichung (OS * GRT) > ISE (OS * GRT) - K erfüllt ist, wobei K = eine positive Drehzahl.

5. Steuersystem zum Steuern des Schaltens eines automatischen mechanischen Kraftfahrzeuggetriebesystems (10) der Bauart mit einem mehrgängigen mechanischen Getriebe mit mehreren auswählbaren Gangstufen (GR), zu denen jeweils ihnen zugeordnete ein- und ausrückbare Paare formschlüssiger Klauenkupplungselemente (112/114, 116/118) gehören, wobei das Getriebe eine über eine nicht formschlüssige Kupplung (C) mit einem Primärantrieb (E) antriebsmäßig verbundene Eingangswelle (16) und eine Ausgangswelle (90) aufweist, die mit den Fahrzeugantriebsrädern antriebsmäßig verbunden ist, mit einer Steuereinheit (CPU) zum Empfang von Eingangssignalen, die die Eingangswellendrehzahl (IS) und die Ausgangswellendrehzahl (OS) kennzeichnen, und zur Verarbeitung derselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln zur Ausgabe von Befehlsausgangssignalen an Systemaktuatoren (23, 27, 29), zu denen ein Getriebeaktuator (27) gehört, der dazu dient, ausgewählte Paare der formschlüssigen Klauenkupplungselemente wahlweise ein- und auszurücken, wobei die Getriebebetätigungseinrichtung eine Reaktionszeit aufweist, die die Zeit beinhaltet, die der Aktuator benötigt, um auf ein Befehlsausgangssignal zu reagieren und das ausgewählte Paar formschlüssiger Klauenkupplungselemente aus einer normalerweise ausgerückten Position in eine Position beginnenden formschlüssigen Eingriffs zu überführen, wobei das System gekennzeichnet ist durch:

Mittel, die die Ausgabe von Befehlsausgangssignalen an die Aktuatoren bewirken, um das Einrücken des Paars formschlüssiger Kupplungselemente, die der Zielgangsstufe (GRT) zugeordnet sind, zu initiieren, wenn die Gleichung:

(OS * GRT) + X ≥ ISE > (OS * GRT) - Y erfüllt ist, wobei:

OS = Ausgangswellendrehzahl (in U/min),

GRT = Übersetzung der Zielgangsstufe,

ISE - die erwartete Eingangswellendrehzahl (in U/min) zu dem Zeitpunkt beginnenden formschlüssigen Eingriffs des Paars formschlüssiger Kupplungselemente, die der Zielgangsstufe zugeordnet sind,

X > 0,

Y > 0, und

X + Y = das größere von fGRT oder (X + Y) MIN, wobei fGRT eine Funktion von GRT ist, deren Wert sich mit erhöhenden und vermindernden Werten von GRT erhöht bzw. vermindert und (X + Y)MIN ist ein konstanter Minimalwert.

6. System nach Anspruch 5, bei dem (X + X)MIN gleich ungefähr 45 U/min ist.

7. System nach Anspruch 6, bei dem (X + Y)MIN ungefähr gleich 30 U/min ist.

8. System nach den Ansprüchen 5, 6 oder 7, bei dem das Getriebe ein Verbundgetriebe der Rangebauart ist und bei dem das Verfahren nur bei Rangeverbundhochschaltvorgängen weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass das Einrücken des Paars formschlüssiger Kupplungselemente, die der Zielgangsstufe zugeordnet sind, ausgelöst wird, wenn die Gleichung (OS * GRT) > ISE > (OS * GRT) - K erfüllt ist, wobei K eine positive Drehzahl ist.