DE69501519T2

DE69501519T2 - Einrichtung und Verfahren zur Erfassung des Motorschwungraddrehmoments

Info

Publication number: DE69501519T2
Application number: DE69501519T
Authority: DE
Inventors: Thomas Alan Genise
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2015-04-29
Also published as: BR9502096A; CA2147405A1; ES2113709T3; KR100237840B1; CN1101012C; DE69501519D1; CN1125858A; EP0683335B1; US5509867A; ATE162879T1; JPH07315080A; CA2147405C; KR950033020A; EP0683335A1

Description

Hintergrund der Erfindung

In Beziehung stehende Anmeldungen

Diese Anmeldung steht mit der US-A-5.425.689 in Beziehung, die mit "Ehgine Brake Enhanced Upshift Control Method/System" (Verbessertes Verfahren/System zur Steuerung der Motorbremse) bezeichnet ist, die am 7. Januar 1994 eingereicht und auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, die Eaton Corporation überschrieben worden ist.
Außerdem steht diese Anmeldung mit der US-A-5.490.063 in Beziehung, die mit "Method/Systems to Determine Gross Combination Weight of Vehides" (Verfahren/System zur Bestimmung des Bruttogesamtgewichts von Fahrzeugen) bezeichnet ist und die am 7. Februar 1994 eingereicht und auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung übertragen worden ist.
Außerdem steht diese Anmeldung mit der US-A-5.533.946 in Beziehung, die mit "Engine Decelaration Determination Method/System" (Verfahren/System zur Bestimmung der Motorverlangsamung) bezeichnet ist und die am 5. April 1994 eingereicht und auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, die Baton Corporation übertragen worden ist.

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren/Systeme zur Steuerung des Schaltens wenigstens teilautomatischer mechanischer Kraftfahrzeuggetriebe systeme und beinhaltet verschiedene Techniken zur Steuerung des Schaltens, bspw. Steuertechniken, bei denen die Zweckmäßigkeit und/oder Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Beendigung eines ausgewählten Hochschaltvorgangs im Hinblick auf vorhandene Fahrzeugbetriebsbedingungen eingeschätzt werden, was wenigstens teilweise auf der Bestimmung und/oder Vorhersage des Antriebsmoments basiert, das an den Fahrzeugantriebsrädern verfügbar ist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein adaptives Verfahren/System zur Steuerung des Schaltens bei einem voll- oder teilautomatischen mechanischen Kraftfahrzeuggetriebesystem der Bauart, bei der ohne Ausrücken der Fahrzeughauptkupplung geschaltet wird und das einen Wert bestimmt, der für das Antriebsdrehmoment an den Fahrzeugrädern kennzeichnend ist, und das diesen Wert als Steuerparameter für das Getriebesystem nutzt.
Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine adaptive Schaltsteuerung für automatische mechanische Kraftfahrzeuggetriebesysteme, die den Wert des Steuerparameters kontinuierlich aktualisiert, der für das Drehmoment am Schwungrad des Motors kennzeichnend ist, wobei aus diesem Wert und gewissen Antriebsstrangmerkmalen, wie bspw. der eingelegten Gangstufe, der Reifengröße, der Effizienz usw., das Antriebsraddrehmoment genau bestimmt werden kann. Bei automatischen oder teilautomatischen mechanischen Getriebesystemen ist es für viele Steuerabgrithmen zu wünschen, das Drehmoment an dem Schwungrad zu kennen. Die Kenntnis des wahren Drehmoments an dem Schwungrad gestattet eine präzisere Steuerung des Schaltens und macht verbesserte Algorithmen möglich, wie bspw. die Berechnung der Schaltbarkeit und des Bruttogesamtgewichts. Das erfindungsgemäße Steuerungssystem/verfahren nutzt Drehmomentinformation von dem Motor (vorzugsweise ein elektronischer Motor) in Verbindung mit Information über die Beschleunigung des Fahrzeugs und des Motors, um diesen Parameter zu bestimmen.

Beschreibung des Stands der Technik

Vollautomatische und halbautomatische mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesysteme, die üblicherweise auf einem Mikroprozessor basierende elektronische Steuereinheiten nutzen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele solcher automatischen mechanischen Getriebesysteme sind aus den US-Patenten Nr. 3.961.546, 4.361.060, 4.425.620, 4.631.679 und 4.648.290 ersichtlich, auf die verwiesen wird.
Ein anderer Typ teilautomatischer mechanischer Getriebesysteme nutzt ein automatisches oder halbautomatisches System/Verfahren zum Ausführen von Schaltvorgängen bei einem mechanischen Getriebesystem zur Verwendung in Fahrzeugen mit einer ausschließlich vom Fahrer gesteuerten Hauptkupplung. Das System weist wenigstens eine Betriebsart auf, in der die automatisch oder halbautomatisch auszuführenden Schaltvorgänge automatisch vorgewählt werden. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) ist dazu vorgesehen, Eingangssignale zu empfangen, die die Drehzahl der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle und/oder die Motordrehzahl kennzeichnen, sowie diese gemäß vorbestimmter logischer Regeln zu verarbeiten, um zu bestimmen (i), ob Synchronzustände vorliegen und (ii) ob in der Betriebsart mit automatischer Vorwahl ein Hochschalten oder Zurückschalten aus der aktuell eingerückten Gangstufe heraus erforderlich ist, sowie um Befehlsausgangssignale an einen Getriebeaktuator und/oder eine Motorkraftstoffsteuerung auszugeben, um das Getriebe gemäß der Befehlsausgangssignale zu schalten.
Getriebesysteme dieser allgemeinen Bauart sind aus den US-Patenten Nr. 5.050.079, 5.053.959, 5.053.962, 5.063.511, 5.081.588, 5.089.962, 5.089.965 und 5.272.939 ersichtlich, auf die verwiesen wird.
Während die oben beschriebenen mechanischen Kraftfahrzeuggetriebesysteme der Bauart mit automatischer und/oder teilautomatischer Durchführung von Schaltvorgängen für die Zwecke, für die sie vorgesehen sind, gut geeignet sind, sind sie insofern nicht vollständig befriedigend, als sie gelegentlich einen versuchten Schaltvorgang auslösen, der infolge der Fahrzeugbetriebsbedingungen nicht zulässig sein sollte und/oder nicht zu Ende gebracht werden kann. Dies gilt insbesondere für Hochschaltvorgänge eines Fahrzeugs, das schwer beladen ist und/oder einen Anstieg hinauf fährt und/oder für solche automatischen mechanische Getriebesysteme, die nicht mit einem automatischen Kupplungsaktuator und/oder einer Eingangswellenbremse versehen sind und bei denen die Eingangswellenverlangsamung somit auf die normale oder die motorbremsunterstützte Verlangsamungsrate des Motors beschränkt ist.
Gemäß den Offenbarungen der obengenannten US-PS. 5.425.689, der US-PS 5.272.939 sowie der US-Patente Nr. 5.133.229, 5.172.609 und 5.231.582 werden die oben diskutierten Nachteile des Stands der Technik minimiert oder überwunden, indem Steuerverfahren/Systeme für wenigstens teilautomat ische Kraft fahrzeuggetriebesystem vorgesehen werden, die bei Erfassung einer automatischen oder manuellen Wahl eines Hochschaltvorgangs aus einer aktuell eingelegten Gangstufe heraus in eine Zielgangstufe auf Basis der aktuell erfassten Fahrzeugbetriebsbedingungen bestimmen, ob der ausgewählte Hochschaltvorgang durchführbar ist (d.h. zweckmäßig und/oder wahrscheinlich zu Ende führbar) und es werden nur durchführbare Schaltvorgänge ausgelöst.
Wenn der vorgeschlagene Hochschaltvorgang nicht durchführbar ist, wird die Schaltanforderung modifiziert (d.h. es wird eine überspringende Schaltanforderung in einen einfachen Schaltvorgang abgewandelt) oder für eine vorbestimmte Zeitspanne (wie bspw. 10 Sekunden gelöscht).
Die vorstehende Steuerlogik nach dem Stand der Technik war insofern nicht vollständig befriedigend, als der Steuerparameterwert, der für das Drehmoment der antreibenden Räder kennzeichnend ist, teuere Wellendrehmomentsensoren erforderte, und/oder aus dem Motorbruttodrehmomentwerten abgeleitet worden ist, die Drehmomentverluste infolge von Zusatzeinrichtungen (wie bspw. Klimaanlage, Lichtmaschine usw.) und zur Beschleunigung des Motors nicht berücksichtigen. Bspw. ist bei Beschleunigung eines Schwerlast-LKWs in den niedrigen Gängen die von dem Motor auf einer Datenverbindung der SAE J1939-Bauart erhaltene Drehmomentzahl eine ziemlich hohe Zahl bei weit offener Drossel. Jedoch wird der größte Teil des von dem Motor Iberichtetenyl Drehmoments zur Beschleunigung des Massenträgheitsmoments des Motors erforderlich und lediglich ein Teil dieses berichteten Drehmoments geht von dem Schwungrad über die Kupplung, um das Fahrzeug tatsächlich anzutreiben. Der nächstkommende Stand der Technik ist in der EP-A-0578398 beschrieben, die der US-A-5.425.689 entspricht.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Stands der Technik minimiert oder überwunden, indem eine adaptive Steuerung für ein wenigstens teilautomatisches mechanisches Kraft fahrzeuggetriebe system vorgesehen worden ist, die einen Wert präzise bestimmt, der unter aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen für das Schwungraddrehmoment des Motors kennzeichnend ist. Die Steuerung ist insbesondere für automatische mechanische Kraftfahrzeuggetriebesysteme zweckmäßig, die mit einem elektronisch gesteuerten Verbrennungsmotor über eine Datenverbindung der Bauart kommunizieren, die einem Protokoll ähnlich dem SAE-J 1922 oder J 1939 entspricht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das obige bei einer Steuerung für ein automatisches mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesystem, bei dem die Hauptkupplung bei Schaltvorgängen nicht automatisch getrennt wird, erreicht, indem folgende Gleichung benutzt wird:
TEG = TFW + TBEF + TACCES + TACCEL
wobei:
TEG = Motorgesamtdrehmoment,
TFW = Motorschwungraddrehmoment,
TEEF = Grundreibmoment (enthält das Drehmoment zur überwindung der inneren Reibung des Motors und das Drehmoment zum Antreiben des herstellerinstallierten Zubehörs des Motors (d.h. Wasserpumpe, Ölpumpe usw.)),
TACCES = Zubehördrehmoment (Drehmoment zum Antreiben von Fahrzeugzubehor wie bspw. Klimaanlage, Ventilatoren, Lichter usw.) und
TACCEL = Drehmoment zum Beschleunigen des Motors, berechnet aus der Motorbeschleunigung oder Verlangsamung und dem Trägheitsmoment (I) des Motors.
Auf der Datenverbindung sind Augenblickswerte für das Motorgesamtdrehmoment (TEG) und das Motorgrundreibmoment (TBEF) verfügbar. TACCEL wird aus der erfassten Motorbeschleunigung (die negativ sein kann) und einem kalibrierten Trägheitsmoment (I) des Motors bestimmt. Das Zubehördrehmoment (TACCES) ist ein fortwährend bestimmter Wert, der, wie die Anmelderin festgestellt hat, als Motornettodrehmoment angesehen werden kann (d.h TEG - TBEF) wenn der Motor im Leerlauf mit im Leerlauf befindlichen Getriebe dreht und es steht mit der Motorverlangsamungsrate in einer bekannten, im Wesentlichen linearen Weise in Beziehung, wenn das Fahrzeug in Bewegung befindlich ist.
Entsprechend ist ein adaptives Steuersystem/Verfahren für ein wenigstens teilautomatisches mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesystem geschaffen, das den Wert eines Steuerparameters (TFW) kontinuierlich aktualisiert, der für das Schwungraddrehmoment kennzeichnend ist.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus dem Studium der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine schematische Veranschaulichung des mechanischen Fahrzeuggetriebesystems, das von dem erfindungsgemäßen System teilautomatisiert ist.
Figur 1a ist eine schematische Veranschaulichung des Schaltmusters des Getriebes nach Figur 1.
Figur 2 ist eine schematische Veranschaulichung des Systems zur automatischen Vorwahl und halbautomatischen Schaltdurchführung für ein erfindungsgemäßes mechanisches Getriebe system.
Figur 3a ist eine schematische Veranschaulichung einer Logik zur Differentiation von Signalen, die die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die aktuelle Motordrehzahl kennzeichnen.
Figur 3b ist eine schematische Veranschaulichung einer Logik, zur Berechnung einer erwarteten Fahrzeugbeschleunigung bei dem Schaltübergangsvorgang, wenn an die Antriebsräder ein Motordrehmoment von Null angelegt ist.
Die Figuren 4a und 4b sind schematische Veranschaulichungen des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens in Form eines Flussschaltbilds.
Figur 5 ist eine grafische Veranschaulichung eines Hochschaltereignisses und veranschaulicht sowohl einen durchführbaren als auch einen nichtdurchführbaren versuchten Schaltvorgang.
Figur 6 ist eine der Figur 5 ähnliche grafische Darstellung der Motordrehzahl und der Eingangswellendrehzahl bei einem Hochschaltvorgang.
Figur 7 ist eine grafische Veranschaulichung der im Wesentlichen linearen Beziehung zwischen dem Zubehördrehmoment (TACCES) und der Motorverlangsamungsrate (dES/dt).

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der folgenden Beschreibung wird lediglich zur bequemeren Bezugnahme und ohne Beschränkungswirkung eine gewisse Terminologie verwendet. Die Worte "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte "nach vorn", "nach hinten" beziehen sich entsprechend auf das vordere und das hintere Ende des Getriebes, wenn es konventionell in ein Fahrzeug montiert ist und entsprechen den rechten und den linken Seiten des in Figur 1 veranschaulichten Getriebes. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf die geometrische Mitte der Einrichtungen und bezeichneter Teile derselben hin bzw. von dieser weg. Diese Terminologie enthält die oben speziell genannten Worte, Ableitungen derselben sowie Worte ähnlicher Bedeutung.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird verwendet, um ein Geschwindigkeits- oder Gangwechselgetriebe mit einer Hauptgruppe, die mehrere Vorwärtsgänge aufweist, und mit einer mehrgängigen Hilfsgetriebegruppe zu bezeichnen, die in Serie angeordnet sind, so dass die ausgewählte Ganguntersetzung in der Hauptgetriebegruppe mit einer weiter ausgewählten Ganguntersetzung der Hilfsgetriebegruppe verbunden werden kann. "Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Worte ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine Kupplungsanordnung, die verwenaet wird, um ein ausgewähltes Zahnrad mittels einer formschlüssigen Kupplung drehfest mit einer Welle zu kuppeln, bei der das versuchte Einrücken der Kupplung verhindert wird, bis die Kupplungshälften im Wesentlichen synchron drehen. An den Kupplungshälften werden Reibmittel mit relativ großer Leistungsfähigkeit verwendet und sie sind ausreichend, um bei Auslösen des Einrückens der Kupplung die Kupplungshälften und alle mit diesen umlaufende Teile zu veranlassen, im Wesentlichen synchron zu drehen.
Der Begriff "Hochschaltvorgang" soll, wie er hier verwendet wird, das Schalten aus einer Gangstufe mit geringerer Geschwindigkeit in eine Gangstufe mit höherer Geschwindigkeit bezeichnen. Der Begriff "Zurückschaltvorgang" soll, wie er hier verwendet wird, das Schalten aus einer schnelleren Gangstufe in eine langsamere Gangstufe bezeichnen. Die Begriffe "langsamer Gang", "niedriger Gang" und/oder "erster Gang" sollen, wie sie hier verwendet sind, den Gang bezeichnen, der für den Betrieb mit langsamster Vorwärtsgeschwindigkeit in einem Getriebe oder einer Getriebegruppe verwendet wird, d.h. denjenigen Zahnradsatz, der die in Bezug auf die Eingangswelle des Getriebes die höchste Untersetzung aufweist.
Es wird auf Figur 1 verwiesen, in der ein Verbundgetriebe 10 der Rangebauart des Typs veranschaulicht ist, der durch ein halbautomatisches mechanisches Getriebesystem wenigstens teilautomatisiert ist, das eine Betriebsart mit automatischer Vorwahl aufweist. Das Verbundgetriebe 10 weist eine mehrgängige Hauptgetriebegruppe 12 auf, die mit einer Hilfsgruppe der Rangebauart in Serie verbunden ist. Das Getriebe 10 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, die mit der Motorkurbelwelle 20 treibend verbunden ist, und eine Abtriebshälfte 22 aufweist, die mit der Getriebeeingangswelle 16 drehfest verbunden ist.
Der Motor E ist vorzugsweise elektronisch kraftstoffdrosselungsgesteuert und mit einer elektronischen Datenverbindung DL der Bauart verbunden, die in dem SAE-J 1922 oder J 1939-Protokoll definiert ist, und die Hauptkupplung C ist vom Fahrer über ein (nicht veranschaulichtes) Kupplungspedal oder ähnliches gesteuert. Typischerweise wird die Kupplung C lediglich zum Anfahren oder zum Rangieren des Fahrzeugs benutzt.
Getriebe, die dem mechanischen Getriebe 10 ähnlich sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt und können den US-Patenten Nr. 3.105.395, 3.283.613 und 4.754.665 entnommen werden, auf die verwiesen wird.
Teilautomatische mechanische Fahrzeuggetriebesysteme der veranschaulichten Bauart können den obengenannten US- Patenten 5.050.079, 5.053.959, 5.053.961, 5.053.962, 5.053.963, 5.089.965 und 5.272.939 entnommen werden, auf die verwiesen wird.
Obwohl das erfindungsgemäße Steuerverfahren/System insbesondere für solche automatischen mechanischen Getriebesysteme zweckmäßig ist, die keine automatischen Kupplungsaktuatoren oder Eingangswellenbremsen aufweisen, ist die Erfindung auf eine solche Verwendung nicht beschränkt.
In der Hauptgetriebegruppe 12 trägt die Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24 zum gleichzeitigen Antreiben mehrerer im Wesentlichen identischer Vorgelegewellenanordnung 26 und 26a mit im Wesentlichen identischen Drehzahlen. Die beiden im Wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind an einander diametral 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 durch Lager 32 und 34 in dem Gehäuse H abgestützt ist, von dem lediglich ein Teil schematisch veranschaulicht ist. Jede Vorgelegewelle ist mit einer identischen Gruppierung von Vorgelegewellenzahnrädern 38, 40, 42, 44, 46 und 48 versehen, die drehfest mit dieser verbunden sind. Es sitzen mehrere Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56 und 58 auf der Hauptwelle 28 und sind mittels verschiebbarer Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 willkürlich zeitlich einander ausschließend drehfest mit der Hauptwelle 28 kuppelbar, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffe 60 kann außerdem verwendet werden, um das Eingangszahnrad 24 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln, um eine direkte Antriebsbeziehung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28 zu schaffen. Typischerweise sind die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, mittels Schaltgabeln axial positioniert, die der Schaltstangengehäuseanordnung 70 zugeordnet sind. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können von der bekannten nichtsynchronisierten doppeltwirkenden Klauenkupplungsbauart sein.
Das Schaltgehäuse oder der Aktuator 70 ist durch ein fluides Druckmittel, wie bspw. Druckluft betätigt und von der Bauart, die automatisch durch eine Steuereinheit steuerbar ist, wie aus den US-Patenten Nr. 4.445.393, 4.555.959, 4.361.060, 4.722.237, 4.873.881, 4.928.544 und 2.931.237 ersichtlich ist, auf die verwiesen wird.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist das Rückwärtsgangszahnrad und steht mittels herkömmlicher (nicht veranschaulichter) dazwischen angeordneter Faulenzerräder in ständigem kämmenden Eingriff mit den Vorgelegewellenzahnrädern 48. Es sollte außerdem angemerkt werden, dass die Hauptgetriebegruppe 12 fünf auswählbare Vorwärtsgangstufen erbringt, wobei die niedrigste Vorwärtsgangstufe, nämlich diejenige, die durch treibende Verbindung zwischen den Hauptwellenzahnrad 56 mit der Hauptwelle 28 erreicht wird, häufig von einer derart hohen Untersetzung ist, dass sie als niedriger oder "Kriech"-Gang angesehen wird, der nur zum Anfahren des Fahrzeugs unter schweren Bedingungen und überlicherweise nicht in dem oberen Getrieberangebereich benutzt wird. Entsprechend wird das Getriebe, obwohl die Hauptgetriebegruppe 12 fünf Vorwärtsgänge liefert, als eine "Vier-plus-eins"-Hauptgruppe bezeichnet, weil lediglich vier der Vorwärtsgänge mit der Hilfsrangegetriebegruppe 14 verbunden werden.
Die Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind dahingehend Dreipositionskupplungen, dass sie wie dargestellt in die mittlere nichteingerückte Position oder mittels des Aktuators 70 in eine vollständig nach rechts eingerückte oder vollständig nach links eingerückte Position überführbar sind. Wie es bekannt ist, ist zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich eine der Kupplungen 60, 62 und 64 einrückbar und es sind (nicht veranschaulichte) Hauptgruppensperrmittel vorgesehen, um die anderen Kupplungen in deren Leerlaufzustand zu verriegeln.
Die Hauptgetriebegruppe 14 enthält zwei im Wesentlichen identische Vorgelegewellenanordnungen 74 und 74a, die jeweils eine Hilfs-Vorgelegewelle 76 aufweisen, die durch Lager 78 und 80 in dem Gehäuse H abgestützt sind und die zwei Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82 und 84 drehfest tragen. Die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82 stehen mit dem Range-Ausgangszahnrad 86 in ständigem kämmenden Eingriff und tragen dieses während die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 84 in ständigem kömmenden Eingriff mit dem Ausgangszahnrad 88 stehen.
Eine synchronisierte Zweipositions-Klauenkupplungsanordnung 92, die mittels einer (nicht veranschaulichten) Schaltgabel und der Rangegruppenschaltaktuatoranordnung 96 axial positioniert ist, ist dazu vorgesehen, entweder das Zahnrad 86 mit der Ausgangswelle 90 zu kuppeln, um einen Betrieb mit direkter Übertragung oder im hohen Rangebereich zu erbringen, oder das Zahnrad 88 für den Betrieb des Verbundgetriebes 10 in dem unteren Rangebereich mit der Ausgangswelle 90 zu kuppeln. Das "Schaltmuster" des Getriebes 10 der Verbund-Rangebauart ist in Figur 1a schematisch veranschaulicht.
Der Rangegruppenaktuator 96 kann von der in den US- Patenten Nr. 3.648.546, 4.440.037 und 4.614.126 veranschaulichten Bauart sein.
Obwohl die Hilfsgruppe 14 der Rangebauart als zweigängiges Gruppengetriebe mit schräg- oder schraubenverzahnten Zahnrädern veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung außerdem auf Getriebe der Rangebauart anwendbar ist, die kombinierte Splitter-Range- Hilfsgruppen mit drei oder mehreren auswählbaren Rangegangstufen und/oder mit einem Getriebe der Planetenbauart verwenden. Ebenfalls können eine oder mehrere derkupplungen 60, 62 oder 64 von der synchronisierten Klauenkupplungsbauart sein, und die Getriebegruppen 12 und/oder 14 können von der Bauart mit einer einzelnen Vorgelegewelle sein.
Um die Betriebsart mit automatischer Vorwahl und den Betrieb mit automatischer und/oder halbautomatischer Durchführung von Schaltvorgängen bei dem Getriebe 10 zu erbringen, sind ein Sensor für die Eingangswellendrehzahl (IS) und ein Sensor 100 für die Ausgangswellendrehzahl (OS) vorgesehen. Alternativ zu dem Ausgangswellendrehzahlsensor 100 kann ein Sensor 102 zur Erfassung der Drehzahl des Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnrads 82 vorgesehen sein. Die Drehzahl des Zahnrads 82 ist selbstverständlich eine bekannte Funktion der Drehzahl der Hauptwelle 28, und wenn die Kupplung 92 in bekannter Position eingerückt ist, eine Funktion der Drehzahl der Ausgangswelle 90. Außerdem ist die Eingangswellendrehzahl (IS), wenn die Hauptkupplung C vollständig eingekuppelt ist, gleich der Motordrehzahl (ES).
Das Steuersystem 104 für automatische Vorwahl und automatisches oder halbautomatisches Ausführen von Schaltvorgängen bei einem mechanischen Getriebesystem der vorliegenden Erfindung, ist in Figur 2 schematisch veranschaulicht. Das Steuersystem 102 enthält zusätzlich zu dem oben beschriebenen mechanischen Getriebesystem 10 eine elektronische Steuereinheit 106, die vorzugsweise auf einem Mikroprozessor basiert und die Eingangssignale von dem Eingangswellendrehzahlsensor 98 von dem Ausgangswellendrehzahl 100 (oder alternativ von dem Hauptwellendrehzahlsensor 102), von der Fahrersteuerkonsole 108, von einem Positionssensor 152 eines Fahrpedals P und über die Datenverbindung DL von dem Motor E erhält. Typischerweise ist auf der Datenverbindung wenigstens Information verfügbar, die die Motordrehzahl (ES), das Motorgesamtdrehmoment (TEG) und das Motorgrundreibmoment (TBEF) kennzeichnet. Die ECU 106 kann außerdem Eingangssignale von einem Hilfsgruppenpositionssensor 110 empfangen.
Die ECU 106 kann von der in dem US-Patent Nr. 4.595.986 schematisch veranschaulichten Bauart sein. Die ECU dient dazu, die Eingangssignale gemäß vorbestimmter logischer Regeln zu verarbeiten, um Befehlsausgangssignale an einen Getriebeaktuator, wie bspw. eine Magnetspulenventilgruppe 112, die den Hauptgruppenaktuator 70 und den Hilfsgruppenaktuator 96 steuert, und an die Fahrersteuerkonsole 108 und über die Datenverbindung DL an den Motor E auszugeben.
Bei der bevorzugten Ausführungsform gestattet es die Fahrersteuerkonsole dem Fahrer, einen Gang in einer gegebenen Richtung (hoch oder zurück) oder in den Leerlauf aus der aktuell eingerückten Gangstufe heraus oder eine Betriebsart mit halbautomatischer Vorwahl (D) auszuwählen und sie liefert vorzugsweise eine Anzeige, um den Fahrer über die aktuelle Betriebsart (automatische oder manuell Vorwahl des Schaltens), den aktuellen Getriebebetriebszustand (vorwärts, rückwärts oder Leerlauf) und jeden Gangwechsel oder Schaltvorgang (Hochschalten, Zurückschalten oder Schalten in den Leerlauf) zu informieren, der vorgewählt jedoch noch nicht ausgeführt worden ist.
Die Konsole 108 kann von der "R-N-D-H-L"-Bauart (d.h. Rückwärts-Leerlauf-Fahrt-Halt-Langsam) mit einem manuellen Wähler zum Hochschalten und Zurückschalten sein.
Um einen ausgewählten Schaltvorgang durchzuführen, wird die Ventilgruppe 112 vorgewählt, um den Aktuator 70 zu veranlassen, auf das Schalten der Hauptgetriebegruppe 12 in den Leerlauf hin vorgespannt zu werden. Dies wird erreicht, indem der Fahrer oder die ECU-Steuerung durch momentanes Verminderung und/oder Erhöhen der Kraftstofflieferung an den Motor eine Drehmomentumkehr verursachen; siehe US-PS Nr. 4.850.236. Wenn das Getriebe in den Leerlauf geschaltet ist und Leerlauf von der ECU verifiziert ist (Leerlauf wird fur eine Zeitspanne von bspw. 1,5 Sekunden erfasst), gibt die ECU, wenn der ausgewählte Schaltvorgang ein Verbundschaltgang ist, d.h. ein Schalten sowohl der Hauptgruppe 12 als auch der Rangegruppe 14 beinhaltet, wie bspw. ein Schalten aus dem vierten in den fünften Gang, wie in Figur 1a veranschaulicht, Befehlsausgangssignale an die Ventilgruppe 112, um den Hilfsgruppenaktuator 96 zu veranlassen, den Rangeschaltvorgang zu beenden, nachdem in dem vorderen Getriebeleerlauf erfasst worden ist.
Wenn in der Range-Hilfsgruppe die richtige Gangstufe eingerückt ist, wird von der ECU auf der Basis der erfassten Ausgangswellendrehzahl (Fahrzeuggeschwindigkeit) und der einzurückenden Gangstufe (GRTARGET) ein Freigabeband von Eingangswellendrehzahlen berechnet oder anderweitig bestimmt und fortgesetzt aktualisiert, was ein akzeptabel synchrones Einrücken der einzulegenden Gangstufe ergibt. Wenn der Fahrer oder die ECU durch Drosselbeeinflussung die Eingangswellendrehzahl veranlassen, in den Akzeptanzbereich zu fallen, gibt die ECU 106 Befehlsausgangssignale an die Ventilgruppe 112, um den Aktuator 70 zu veranlassen, die einzurückende Hauptgruppengangstufe einzurücken.
Unter gewissen Fahrzeugbetriebsbedingungen kann es vorkommen, dass ein automatisch oder manuell gewählter Schaltvorgang nicht zu Ende führbar ist oder ein nicht akzeptables Verhalten des Fahrzeugs nach Beendigung eines Hochschaltvorgangs ergibt. Zu diesen Bedingungen gehören üblicherweise Hochschaltvorgänge, wenn das Fahrzeug schwer beladen ist und/oder in einen großen Widerstand fährt, wie bspw. in Schlamm, an einem steilen Anstieg und/oder bei starkem Gegenwind.
Bspw. muss zum Erzielen im Wesentlichen synchroner Zustände zum Abschließen eines Hochschaltvorgangs die Drehzahl der Eingangswelle 10 (die bei eingerückter Hauptkupplung im Wesentlichen der Drehzahl des Motors E entspricht) auf einen Wert vermindert werden, der im Wesentlichen gleich der Drehzahl der Ausgangswelle 90 (direkt proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit) multipliziert mit dem Untersetzungsverhältnis des Zielgangs ist. Wenn weder ein automatischer Kupplungsaktuator noch eine Eingangswellenbremse vorgesehen sind, vermindert sich die Drehzahl der Eingangswelle mit der Verlangsamungsrate der Motordrehzahl. Somit sollte IS um im Wesentlichen synchrone Zustände zum Einrücken der Zielgangstufe zu erhalten, gleich OS * GRTARGET sein, und bei vollständig eingekuppelter Hauptkupplung ist IS im Wesentlichen gleich ES.
Die Ablauffolge eines Hochschaltvorgangs des veranschaulichten automatischen mechanischen Getriebesystems ist in Figur 5 graphisch veranschaulicht. Die Linie 200 repräsentiert die Eingangswellendrehzahl (IS) bei Zuständen des Fahrzeugs vor dem Hochschaltpunkt 202, wobei die aktuelle Gangstufe (GR) vollständig eingerückt, die Hauptkupplung C vollständig eingekuppelt und ES = IS = OS * GR ist. Bei einem Schaltvorgang in den Leerlauffallen, wenn der Motor mit weniger Kraftstoff versorgt wird, (d.h. die Kraftstoffbelieferung des Motors wird auf ein Minimalwert vermindert), die Eingangswellendrehzahl und die Motordrehzahl mit einer konstanten (jedoch nicht notwendigerweise linearen) Rate (dIS/dt), die durch die Linie 202 veranschaulicht wird, bis die Leerlaufdrehzahl 206 erreicht ist. Die erwartete Drehzahl (OSEXPECTED) der Ausgangswelle 90 bei dem Schaltübergangsvorgang, wenn an die Fahrzeugantriebsräder ein Drehmoment von Null geleitet ist, multipliziert mit dem übersetzungsverhältnis des Zielgangs, wobei das Produkt die geforderte Synchrondrehzahl der Eingangswelle/des Motors ist, wird durch Linien 208 bzw. 210 reprasentlert, die dieses Produkt bei einem geringeren oder einem größeren Bewegungswiderstand des Fahrzeugs veranschaulichen. Wie ersichtlich ist, tritt bei Zuständen mit niedrigerem Widerstand (Linie 208) Synchronität bei Punkt 212 ein und der ausgewählte Hochschaltvorgang ist durchführbar, während bei Zuständen mit größerem Widerstand (Linie 210) keine weitgehende Synchronität eintritt und der gewählte Hochschaltvorgang nicht durchführbar ist.
Bei einem typischen Dieselmotor eines Schwerlastfahrzeugs beträgt die Motor/Eingangswellenverlangsamungsrate ungefähr 300 bis 800 U/min und sowohl die Motorverlangsamung als auch die Fahrzeugverlangsamung können linear approximiert werden. Die spezifische Verlangsamungsrate des Motors und/oder der Eingangswelle können durch Differentiation des Werts von ES- und/oder IS-Signalen während der Kraftstoffverminderung gelernt werden (siehe bspw. die vorgenannte US-PS 4.361.060). Die Verlangsamungsrate kann jedoch mit der Temperatur und der Benutzung motorbetriebenen Zubehör stark variieren.
Wie mit Verweis auf Figur 5 ersichtlich ist, ist das Erzielen eines synchronen Schaltens in die gewählte Zielgangstufe durchführbar, wenn die Eingangswellendrehzahl (IS) (bestimmt durch die anfängliche Eingangswellendrehzahl an Punkt 202 und die Beschleunigung der Eingangswelle (dIS/dt)) im Wesentlichen gleich dem Produkt der erwarteten Ausgangswellendrehzahl bei Drehmoment Null an den Fahrzeugantriebsrädern (OSEXPECTED), die durch die anfängliche OS (-IS/GR) und die Fahrzeugbeschleunigung (dOS/dt) bei dem aktuellen Fahrtwiderstand des Fahrzeugs bestimmt wird, multipliziert mit dem numerischen Wert der Zielgangstufe (GRTARGET) bei einem Wert liegt, der größer ist als ein Referenzwert (wie bspw. Motorleerlaufdrehzahl 206); falls nicht, ist das Erzielen eines im Wesentlichen synchronen Schaltens in die ausgewählte Zielgangstufe nicht durchführbar. Die OS- und DOS/dt-Signale sind selbstverständlich äquivalent dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal bzw. dem Fahrzeugbeschleunigungssignal. Der Referenzwert ist als Motorleerlaufdrehzahl 206 veranschaulicht, jedoch kann er ein kleinerer positiver Wert sein, wenn die Hauptkupplung manuell oder automatisch getrennt wird.
Zur Bestimmung der Schaltdurchführbarkeit bestimmt der Controller bei Fahrzeugen mit einem stark variablem Bruttogesamtgewicht ("GCW"), d.h. dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs, des Kraftstoffs, der Last (falls vorhanden), der Passagiere (falls vorhanden) und des Fahrers, das aktuelle GCW. Aus dieser Information kann das System die voraussichtliche Fahrzeugbeschleunigung (üblicherweise Verlangsamung) bei einem Antriebsstrangdrehmoment von Null, d.h. den Anstieg der Linie 208 oder 210 bestimmen. Auf Basis dieser Information und eines vorhandenen oder erlernten Werts der Motorverlangsamungsrate, d.h. des Abfalls der Linie 204, die mit der Motordrehzahl der Betriebstemperatur, der Temperatur der Motorbremse usw. variieren kann, kann die ECU bestimmen, ob das System unter aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen in der Lage ist, den vorgeschlagenen Schaltvorgang erfolgreich zu Ende zu führen. Auf Basis dieser Information kann das Steuersystem dann entweder (i) Befehlsausgangssignale ausgeben, um den vorgeschlagenen Hochschaltvorgang durchzuführen, oder (ii) den vorgeschlagenen Schaltvorgang abwandeln (üblicherweise anstelle eines überspringenden Hochschaltvorgangs einen einfachen Hochschaltvorgang befehlen) oder (iii) die Schaltanforderung für eine vorbestimmte Zeitspanne (wie bspw. für 10 Sekunden zu sperren oder zu löschen.)
Kürz gesagt kann die Beschleunigung des Fahrzeugs bei Drehmoment Null an den Antriebsrädern durch die Gleichung approximiert werden:
A&sub0; TORQUE = Ai - (Ti/CW),
wobei:
Ai = Fahrzeugbeschleunigung bei Motordrehmoment i an den Antriebsrädern,
C = eine Konstante,
Ti = Motordrehmoment i, das zu den Antriebsrädem geleitet wird, und
W = kombiniertes Fahrzeugbruttogewicht.
Figur 3a veranschaulicht schematisch ein Logikelement oder ein Unterprogramm 220 zur Differentiation unterschiedlicher Eingangssignale 222, wie bspw. OS und/oder ES, um deren zeitableitungen dOS/dt und/oder dES/dt als Ausgangssignale 224 zu bestimmten.
Figur 3b veranschaulicht ein Logikelement oder ein Unterprogramm 226 schematisch, bei dem Eingangssignale 228 einschließlich Signale, die für das Motordrehmoment und die Fahrzeugbeschleunigung (dOS/dt) kennnzeichnend sind, gemäß der oben erläuterten logischen Regeln verarbeitet werden, um einen Ausgangssignalwert 230 zu bestimmen, der die erwartete Fahrzeugbeschleunigung (dOS/dt) bei einem Schaltübergangsvorgang kennzeichnet, wenn kein Motordrehmoment an die Fahrzeugantriebsräder geleitet wird.
Das vorstehende ist ein Beispiel für ein Steuersystem, das die Durchführbarkeit von manuell oder automatisch vorgewählten Schaltvorgängen unter aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen bewertet und entweder die Ausführung solcher vorgeschlagener Schaltvorgänge veranlasst, diese modifiziert oder löscht. Wenn ein manuell gewählter Hochschaltvorgäng als undurchführbar bestimmt wird, kann ein fühlbares, hörbares oder sichtbares Warnsignal für den Fahrer ausgegeben werden. Wie oben veranschaulicht, ist es bei vollautomatischen oder teilautomatischen mechanischen Getriebesystemen für viele Steueralgorithmen zu wünschen, das Drehmoment an dem Schwungrad zu kennen. Die Kenntnis des wahren Drehmoments an dem Schwungrad gestattet eine präzisere Steuerung des Schaltens und macht fortgeschrittene Algorithmen möglich, wie bspw. die Berechnungen der Schaltbarkeit und des GCW. Die der vorliegenden Erfindung gemäße Steuerung nutzt die Drehmomentinformation von dem Motor (vorzugsweise ein elektronischer Motor) in Verbindung mit Information über die Fahrzeug- und Motorbeschleunigung, um diese Steuerparameter zu berechnen.
Zur Steuerung eines voll- oder teilautomatischen mechanischen Kraftfahrzeuggetriebesystems ist es wichtig, in der Lage zu sein, einen präzisen, das Antriebsraddrehmoment kennzeichnenden Wert zu bestimmen. Das Antriebsraddrehmoment kann als eine Funktion des Motorschwungraddrehmoments bestimmt werden (d.h. des Eingangsdrehmoments an der Fahrzeughauptkupplung oder dem Drehmomentwandler), wenn Antriebsstrangparameter, wie bspw. die aktuelle Getriebegangstufe, die Achsuntersetzung, die Antriebsstrangeffizienz und die Reifengröße bekannt sind.
Bei Schwerlastfahrzeugen mit elektronisch, gesteuerten Motoren, die über Datenverbindungen der in den SAE J1922 und J1939 Protokollen definierten Bauart kommunizieren, wird das Motordrehmoment durch folgende Gleichung wiedergegeben:
TEG = TFW + TEEF + TACCES + TACCEL
wobei:
TEG = Motorbruttodrehmoment,
TFW = Schwungraddrehmoment,
TBEF = Motorgrundreibmoment,
TACCES = Zubehördrehmoment,
TACCEL = Drehmoment zur Beschleunigung des Motors.
Das Motorbruttodrehmoment (TEG) und das Motorgrundreibmoment (TBEF), das zum Antrieb von vom Hersteller gelieferten Einrichtungen (wie bspw. Ölpumpen) und zur Überwindung innerer Motorreibung erforderliche Drehmoment sind Parameter, die auf dem elektronischen Datenbus (DL) verfügbar sind. Das Drehmoment zur Beschleunigung des Motors (TACCEL) ist als Funktion der erfassten Motorbeschleunigung und des bekannten Motorträgheitsmoments bestimmt (TACCEL = dES/dt * IENGINE). Es wird angemerkt, dass TACCEL einen positiven oder negativen Wert haben kann.
Entsprechend ist es zur Bestimmung des Schwungraddrehmoments (TFW), das ein Steuerparameter in der Schaltbarkeitslogik der GCW-Bestimmungslogik und ähnlichem ist, erforderlich, über eine Steuertechnik zur Bestimmung des Zubehördrehmoments (TACCES) zu verfügen. Der Wert des Zubehördrehmoments (TACCES) kann häufig und merklich variieren, wenn Fahrzeugzubehör, wie bspw. Lichter, Klimaanlage, Lüfterantriebe und ähnliches automatisch oder von dem Fahrzeugführer und/oder Passagieren aus- und eingeschaltet werden.
Unter der Annahme einer nicht unterstützten Motorverlagsamung beim Kraffstoffreduzieren des Motors (keine Betätigung der Motorbremse) ist beobachtet worden, dass das Motorzubehördrehmoment (TACCES) und die Motorverlangsamungsrate (dES/dt) in Abhängigkeit voneinander variieren. Die Motorverlangsamungsrate (dES/dt) ist die Geschwindigkeit der Motorverlangsamung, wenn das Getriebe im Leerlauf und/oder die Hauptkupplung vollständig ausgerückt ist, und wenn die Kraftstoffbelieferung des Motors bei einem Minimalwert ist. Wenn sich die Zubehörlast erhöht, erhöht sich die Motorverlangsamungsrate proportional dazu.
Zur Steuerung des automatischen mechanischen Getriebesystems kann es außerdem erforderlich sein, die Motorverlangsamungsrate (dES/dt) zu dem Zeitpunkt zu bestimmen, wenn das Fahrzeug nicht fährt und/oder nicht geschaltet worden ist.
Die Motorverlangsamung bei fahrendem Fahrzeug und beim Hochschalten wird wie folgt bestimmt. Bei automatischen Getriebesystemen der Bauart mit einem durch die ECU über eine elektronische Datenverbindung des in den SAE J1922 oder J1939 definierten Bauart gesteuerten Motor wird der Motor vor dem Ausrücken der vorhandenen Gangstufe in einer "Vordip"-Betriebsart (vorausgehende Betriebsart mit temporärer Verminderung der Kraftstofflieferung), nach dem Schalten aus dem vorliegenden Gang heraus in den Leerlauf in einer "Synchronisations-"Betriebsart und unmittelbar nach dem Einrücken der Zielgangstufe in der "Steuerungsrückgabe"-Betriebsart betrieben. Der Motor und die Eingangswellendrehzahlen sind in diesen Betriebsarten in Figur 6 veranschaulicht. In der "Vordip"-Betriebsart wird die Kraftstoffbelieferung moduliert, um Drehmomentumkehrungen in dem Antriebsstrang zu veranlassen, um Drehmomentverriegelungszustände zu entlasten. In der "Synchronisier"-Betriebsart wird die Kraftstoffbelieferung des Motors minimiert, was es der Motordrehzahl und der Eingangswellendrehzahl gestattet, sich auf eine Synchrondrehzahl zum Einrücken der Zielgangstufe hin zu vermindern (ES = IS = OS * GRTARGET). In der "Steuerungsrückgabe"-Betriebsart wird die Kraftstoffbelieferung des Motors ruckfrei an den Wert zurückgegeben, der von der von dem Fahrer vorgegebenen Positionierung des Fahrpedals angezeigt wird.
Um den Wert der aktuellen Motorverlangsamungsrate in der Synchronisierbetriebsart des Motors präzise zu bestimmen und um die Effekte von Rauschen, Drehschwingungen und ähnlichem zu reduzieren, ist es wesentlich, dass bei jeder Messung die größtmögliche Differenz zwischen anfänglicher und letzter Motordrehzahl verwendet wird und dass eine Filtertechnik benutzt wird. Entsprechend müssen zur Bestimmung eines Wertes, der die Motorverlangsamung kennzeichnet, in der Motorsynchronisationssteuerphase eines Hochschaltvorgangs Lesewerte genommen werden, und sie sollten einen ersten Lesewert an dem oder nahe bei dem Punkt A in Figur 6 enthalten, wenn die Motorsynchronisationssteuerphase zuerst initiiert wird und es sollte ein zweiter Lesewert an dem oder nahe bei dem Punkt B in Figur 6 genommen werden, wenn die Motorsynchronisationsteuerphase endet oder dabei ist zu enden. Der aktuelle Wert der Motorverlangsamung (DESCURRENT) beträgt dann (RPMA - RPMB): (TimeA - TimeB). Dieser Wert wird dann gefiltert, um einen aktualisierten Steuerparameter zu schaffen, bspw.:
dESUPDATED = [(dESCURRENT) + ((7) * (dESPREVIOUS))] : 8.
Das Auftreten von Punkt A wird als das erste Mal angesehen, bei dem Betrieb in der Synchronisationsbetriebsart erfasst wird. Das Auftreten von Punkt B wird als das erste Mal angesehen, bei dem der Betrieb in der Steuerungsrückgabebetriebsart erfasst wird. Wenn keine messbare Veränderung der Motordrehzahl in der Zeitspanne zwischen dem Einnehmen des Unterprogramms zur Steuerung des Motors beim Hochschalten (ungefähr 40 Millisekunden) erwartet wird, ist dies eine sehr genaue Methode zum Erhalt der Maximalgröße der Veränderung der Motordrehzahl während des Synchronisierbetriebs bei jedem Hochschaltvorgang.
Die Erfahrungen mit Schwerlastfahrzeugen haben gezeigt, dass eine 4:1 bis 20:1 Filtertechnik vorzugsweise ungefähr eine 7:1 Filtertechnik eine geeignete Reaktionsfähigkeit liefert, während Antriebsstrangrauschen infolge Vibrationen, Torsionsschwingungen und ähnlichem ausgefiltert wird.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Steuersystem/Verfahren zur Steuerung eines wenigstens teilautomatischen mechanischen Kraftfahrzeuggetriebesystems, bei dem das Zubehördrehmoment und die Motorverlangsamungsrate mit in Fahrt oder in Ruhe befindlichem Fahrzeug bestimmt werden kann.
Wenn das Fahrzeug angehalten ist und der Motor im Leerlauf läuft und das Getriebe im Leerlauf oder die Hauptkupplung getrennt ist, ist das Zubehördrehmoment (TACCES) im Wesentlichen gleich dem Motordrehmoment minus dem Motorreibmoment (TEG - TBEF) . TEG - TEEF wird außerdem als das "Motornettomoment" bezeichnet. Dieser Wert wird vorzugsweise von dem Datenbus oder der Datenverbindung (DL) erhalten und vorzugsweise einem durchschnittsbildenden Filterprozess unterworfen.
Die Systemsteuerung wird mit Information versorgt, die sich auf die Motorverlangsamungsrate (DES/dt) und das Zubehörmoment (TACCES) in einer vorbestimmten, im Wesentlichen linearen Weise bezieht, wobei die Motorverlangsamungsrate gleich A + (B * Zubehördrehmoment) beträgt, wobei "A" und "B" vorbestimmte gespeicherte Parameter sind. Wenn dES/dt in Einheiten von U/min/Sekunde und TACCES in Einheiten von Pfund-Fuss (1,356 Pfund/Fuss ca. 1 Newtonmeter) gemessen wird, ergibt sich "A" in Einheiten von U/min/Sekunde und "B" in Einheiten von U/min/Sekunde pro Pfund-Fuss (U/min/s/Nm). Figur 7 ist eine grafische Darstellung dieser Beziehung.
Unter Nutzung der vorausgehenden Beziehung und des aktuellen Werts des Zubehördrehmoments kann eine erwartete Motorverlangsamungsrate mit in Ruhe befindlichem Fahrzeug bestimmt werden. Die so bestimmte oder abgeleitete Rate ist eine Näherung für die Systemlogik zur Benutzung beim Starten des Fahrzeugs und sie wird unter Nutzung der gefilterten tatsächlich erfassten Motorverlangsamungswerte korrigiert und aktualisiert, sobald das Fahrzeug fährt und Hochschaltvorgänge durchführt.
Wenn das Fahrzeug fährt und Hochschaltvorgänge durchgeführt hat, kann die Motorverlangsamungsrate (dES/dt) durch Beobachtung der tatsächlichen Motorverlangsamung bestimmt werden, wenn das Getriebe im Leerlauf befindlich und die Motorkraftstoffbelieferung auf einen Minimalwert reduziert ist, und indem vorzugsweise ein gefilterter Durchschnittswert der beobachteten Werte berechnet wird. Das Zubehördrehmoment (TACCES) wird dann aus der gleichen vorbestimmten linearen Beziehung bestimmt, die oben diskutiert worden ist, d.h. TACCESS = (Motorverlangsamungsrate - A) : B. Unter Nutzung des Beispiels nach Figur 7 beträgt die Motorverlangsamugsrate gleich - 385 + (- 2 * TACCEL) und bei einer beobachteten gemittelten Motorverlangsamungsrate (dES/dt) von - 500 U/min/s beträgt das Zubehördrehmoment (TACCES) = 81,25 Pfund-Fuss (ungefähr 110 Nm).
Während die linear Beziehung als für eine gegebene Fahrzeugkonfiguration vorbestimmt definiert ist, kann die Beziehung außerdem von der Steuerlogik addaptiv gelernt oder zu Ende der Montage des Fahrzeugs empirisch bestimmt werden. Bspw. wird zur Bestimmung dieser im Wesentlichen linearen Beziehung an dem Ende der Prüf- und Testprozedur der Fahrzeugfertigung die folgende Schrittfolge absolviert:
(1) Erwärmen des Fahrzeugmotors auf die Betriebsnenntemperatur,
(2) Ausschalten des gesamten Zubehörs (Lichter, Klimaanlage usw.) mit im Leerlauf angehaltenem Fahrzeug, dann Beschleunigen des Motors bis zur Abregelungsdrehzahl durch Niedertreten des Fahrpedals und Freigeben des Fahrpedals, und Überwachen und Aufzeichnen der Motorverlangsamungsrate durch eine maximale Betriebsdrehzahl (d.h. ungefähr 1800 U/min),
(3) Laufenlassen des Motors im Leerlauf und Beobachten des Zubehördrehmoments durch Überwachung der Motordatenverbindung; dies ist ein Punkt auf der Linie in Figur 7,
(4) Ausschalten des gesamten Zubehörs mit im Leerlauf angehaltenen Fahrzeug, dann Beschleunigen des Motors bis zur Abregelungsdrehzahl durch Niedertreten des Fahrpedals und nachfolgendes Freigeben des Pedals und Überwachen und Aufzeichnen der Motorverlangsamungsrate;
(5) Laufenlassen des Motors im Leerlauf und Beobachten des Zubehördrehmoments durch Überwachung der Datenverbindung; dies ist ein zweiter Punkt auf der Linie in Figur 7, und
(6) Benutzung der beiden so bestimmten Punkte, Bestimmung der linearen Gleichung und Eingabe der entsprechenden Kalibrierungen in die Systemsteuerung des Getriebes.
Es wird angemerkt, dass die vorstehende Prozedur manuell oder als Programm in einer Schlusskalibrierungscomputerlogik durchgeführt werden kann. Alternativ kann ein ähnlicher Ablauf in der Getriebesteuerungslogik enthalten sein.
Unter Benutzung der vorstehenden Techniken kann ein präziser Wert von TFW = TEG - TBEF - TACCES - TACCEL bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren/System zur Bestimmung des Schwungraddrehmoments (TFW) ist in den Figuren 4a und 4b in Form eines Flussbildes veranschaulicht.
Entsprechend ist es ersichtlich, dass für das automatische mechanische Getriebesystem 10 ein relativ einfaches und wenig teueres Steuersystem/Verfahren zur Durchführung von Schaltvorgängen geschaffen worden ist, das vorhandene Eingangssignale und eine bestimmte Beziehung zwischen der nichtunterstützten Motorverlangsamungsrate (dES/dt) und dem Zubehördrehmoment (TACCES) nutzt, um einen prazisen Wert zu liefern, der den Steuerparameter des Schwungraddrehmoments (TFW) kennzeichnet.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung eines Wertes eines Steuerparameters (TFW), der ein Motorschwungraddrehmoment eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors (E) kennzeichnet, bei einem automatischen mechanischen Fahrzeuggetriebesystem, mit einem von einem Fahrpedal gesteuerten Verbrennungsmotor (E), mit einem vielgängigen Gangwechselgetriebe (10), das eine Eingangswelle (16) und eine zum Antrieb von Fahrzeugantriebsrädern geeignete Ausgangswelle (90) aufweist, wobei die Eingangswelle über eine Reibungshauptkupplung (C) antriebsmäßig mit dem Motor in Verbindung steht, und mit einer Steuereinheit (106), die Eingangssignale einschließlich eines die Eingangswellen- oder Motordrehzahl kennzeichnenden Eingangssignals (ES, IS) empfängt und diese Signale gemäß vorbestimmter logischer Regeln verarbeitet, um Steuerparameter zu bestimmen und um Befehlsausgangssignale an Getriebesystemaktuatoren abzugeben, zu denen Mittel zur Steuerung der Kraftstofflieferung zu dem Motor sowie Mittel (70) zum Steuern des Schaltens des Getriebes gehören, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist:

dass ein Verhältnis zwischen der Motorverlangsamung (dES/dt) und dem Nebenaggregats-Drehmoment (TACCES) bestimmt wird,

dass ein Wert eines Steuerparameters (dES/dt) bestimmt wird, der die Motorverlangsamung kennzeichnet,

dass ein Wert eines das Nebenaggregats-Drehmoment kennzeichnenden Steuerparameters (TACCES) als eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem Nebenaggregat-Drehmoment und der Motorverlangsamung sowie dem Wert eines die Motorverlangsamung kennzeichnenden Steuerparameters gebildet wird, und

dass ein Wert eines das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnenden Parameters als Funktion des Wertes des Steuerparameters gebildet wird, der das Nebenaggregats- Drehmoment (TACCES) kennzeichnet.

2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Motor und die Steuereinheit über eine elektronische Datenverbindung (DL) kommunizieren, die Signale führt, die das Motorgesamtdrehmoment (TEG) und ein Motorgrundreibdrehmoment (TBEF) kennzeichnen, wobei der das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnende Steuerparameter als eine Funktion des Nebenaggregat-Drehmoments (TACCES), des Motorgesamtdrehmoments (TEG) und des Motorgrundreibdrehmoments (TBEF) gebildet wird.

3. Steuerverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Datenverbindung im Wesentlichen in Übereinstimmung mit dem SAE J1922 oder J1939 Protokoll arbeitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis von der Steuereinheit vorbestimmt und gespeichert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Verhältnis im Wesentlichen linear ist (dES/dt = A + (B * TACCES), wobei A und B vorbestimmte gespeicherte Parameter sind).

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zu den Eingangssignalen ein Eingangssignal (GR) gehört, das die aktuell eingerückte Getriebegangstufe kennzeichnet und das außerdem dadurch gekennzeichnet ist:

dass ein Wert eines das Schwungraddrehmoment kennzeichnenden Parameters (TDW) als eine Funktion des Wertes der Steuerparameter, die das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnen, und der eingerückten Getriebegangstufe (GR) bestimmt wird, und

dass das Schalten des Getriebes als eine Funktion des Werts des das Schwungraddrehmoment (TDW) kennzeichnenden Steuerparameters gesteuert wird.

7. Steuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem das Getriebesystem dynamische Hochschaltvorgänge aus einer eingerückten Gangstufe heraus in eine Zielgangstufe in einer Schrittfolge vollständig ohne Trennen der Hauptkupplung und ungeachtet der vom Fahrer vorgenommenen Einstellung des Fahrpedals durchführt, wobei das Verfahren beinhaltet:

(a) einen Schritt vorausgehender kurzzeitiger Gaswegnahme, bei der die Kraftstoffbelieferung des Motors beeinflußt wird, um ein Ausrücken der eingerückten Gangstufe zu ermöglichen,

(b) dass nach Bestätigung des Ausrückens der eingerückten Gangstufe ein Synchronisierschritt durchgeführt wird, bei dem die Kraftstoffbelieferung des Motors reduziert wird, um der Drehzahl des Motors zu ermöglichen, sich auf die Synchrondrehzahl hin zum Einrücken der Zielgangstufe (ES = IS = OS x GRT) zu vermindern,

(c) dass nach Erzielen einer weitgehend synchronen Drehzahl des Motors und nach Veranlassen des Einrückens der Zielgangstufe ein Fahrsteuerungsrückgabeschritt durchgeführt wird, bei dem die Kraftstofflieferung zu dem Motor verlasst wird, durch die erfasste Einstellung des Fahrpedals gesteuert zu werden,

wobei die Bestimmung des Werts des Steuerparameters (dES/dt), der die Motorverlangsamungsgeschwindigkeit kennzeichnet, beinhaltet:

dass während des Schritts vorausgehender kurzzeitiger Gaswegnahme die Motordrehzahl erfasst wird,

dass das Auslösen des Synchronisierschritts erfasst und bei Feststellung der Auslösung des Synchronisierschritts die erfasste Motordrehzahl veranlasst wird, sich an die Motoranfangsdrehzahl (RPMA) anzugleichen, und dass eine Zeitschrittfolge ausgelöst wird,

dass das Auslösen des Steuerungsrückgabeschritts erfasst wird und bei Erfassung der Auslösung des Steuerungsrückgabeschritts die Motordrehzahl veranlasst wird, sich an die Motorenddrehzahl (RPMB) anzunähern, wobei die vom Start der Zeitschrittfolge an verstrichene Zeit erfasst wird, und

dass der aktuelle Wert des die Motorverlangsamung kennzeichnenden Steuerparameters als eine Funktion der Differenz zwischen der Motorenddrehzahl und der Motoranfangsdrehzahl sowie der verstrichenen Zeit bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4 oder 5, bei dem der Wert des das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnenden Steuerparameters als eine Funktion der Gleichung:

TFW = TEG - TBEF - TACGES - TACCEL bestimmt wird, wobei

TFW = Motorschwungraddrehmoment

TEG = Motorgesamtdrehmoment

TEEF = Motorgrundreibmoment

TACCES = Nebenaggregat-Drehmoment

TACCEL = Beschleunigungsmoment.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Werte wenigstens einer der Steuerparameter als gefilterte Durchschnittswerte bestimmt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, das außerdem die Einschätzung der Durchführbarkeit nachfolgender Hochschaltvorgänge als eine Funktion des Werts des Steuerparameters beinhaltet, der das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnet.

11. Steuerverfahren nach Anspruch 8, bei dem das Getriebesystem dynamische Hochschaltvorgänge aus einer eingerückten Gangstufe heraus in eine Zielgangstufe in einer Schrittfolge vollständig ohne Trennen der Hauptkupplung und ungeachtet der vom Fahrer vorgenommenen Einstellung des Fahrpedals durchführt, wobei das Verfahren beinhaltet:

(a) einen Schritt vorheriger temporärer Gaswegnahme, bei dem die Kraftstoffbelieferung des Motors beeinflußt wird, um ein Ausrücken der eingerückten Gangstufe zu gestatten,

(b) dass nach Bestätigung des Ausrückens der eingerückten Gangstufe ein Synchronisierschritt durchgeführt wird, bei dem die Kraftstoffbelieferung des Motors reduziert wird, um der Motordrehzahl zu gestatten, sich auf die Synchrondrehzahl zum Einrücken der Zielgangstufe (ES = IS = OS x GRT) zu vermindern, und

(c) dass nach Erreichen der weitgehend synchronen Drehzahl des Motors und nach Veranlassen des Einrückens der Zielgangstufe ein Steuerungsrückgabeschritt durchgeführt wird, bei dem die Kraftstoffbelieferung des Motors veranlasst wird, durch die erfaßte vom Fahrer vorgenommene Einstellung des Fahrpedals gesteuert zu werden,

wobei die Bestimmung des Werts eines die Motorverlangsamungsgeschwindigkeit kennzeichnenden Steuerparameters (dES/dt) beinhaltet:

dass während des vorausgehenden Schritts temporärer Gaswegnahme die Motordrehzahl erfasst wird,

dass das Auslösen des Synchronisierschritts erfasst wird und dass, wenn das Auslösen des Synchronisierschritts erfasst wird, die Motordrehzahl veranlasst wird, sich an die Motoranfangsdrehzahl (RPMA) anzugleichen und eine Zeitschrittfolge gestartet wird,

dass das Auslösen des Steuerungsrückgabeschritts erfasst wird und dass, wenn die Auslösung des Steuerungsrückgabeschritts erfasst wird, die Motordrehzahl veranlasst wird, sich an die Motorenddrehzahl (RPMB) anzunähern, wobei die von Beginn der Zeitschrittfolge an verstrichene Zeit erfasst wird, und

dass der aktuelle Wert des die Motorverlangsamung kennzeichnenden Steuerparameters als eine Funktion der Differenz zwischen der Motorenddrehzahl und der Motoranfangsdrehzahl und der verstrichenen Zeit bestimmt wird.

12. Steuerverfahren nach Anspruch 12, bei dem die lineare Beziehung gemäß der folgenden Schrittfolge bestimmt wird:

(1) Aufwärmen des Fahrzeugmotors auf die normale Arbeitstemperatur,

(2) Ausschalten aller Nebenaggregate bei im Leerlauf und in Ruhe befindlichem Fahrzeug, danach Beschleunigung des Motors auf die Abregelungsdrehzahl durch Erhöhung der Kraftstofflieferung zu dem Motor, und danach Wegnahme des Kraftstoffs des Motors und Überwachung und Aufzeichnung der Motorverlangsamungsgeschwindigkeit mit einer maximalen Arbeitsgeschwindigkeit,

(3) Laufenlassen des Motors im Leerlauf und Beobachtung des Nebenaggregat-Drehmoments durch Überwachung der Datenverbindung, um einen ersten Punkt zu bestimmen,

(4) Abschalten aller Nebenaggregate bei im Leerlauf und in Ruhe befindlichem Fahrzeug, danach Beschleunigung des Motors bis zur Abregelungsdrehzahl durch Kraftstoffbelieferung des Motors und dann Wegnehmen der Kraftstofflieferung des Motors und Beobachtung und Aufzeichnung der Motorverlangsamungsgeschwindigkeit,

(5) Laufenlassen des Motors im Leerlauf und Beobachtung des Nebenaggregat-Drehmoments durch Überwachung der Datenverbindung zur Bestimmung eines zweiten Punkts,

(6) Benutzung der beiden so bestimmten Punkte zur Bestimmung der im Wesentlichen linearen Beziehung.

13. Automatisches mechanisches Kraftfahrzeuggetriebesystem mit einem von einem Fahrpedal gesteuerten Verbrennungsmotor (E), einem vielgängigen mechanischen Gangwechselgetriebe (10), das eine Eingangswelle (16) und eine zum Antrieb von Fahrzeugantriebsrädern eingerichtete Ausgangswelle (90) aufweist, wobei die Eingangswelle über eine Reibungshauptkupplung (C) mit dem Motor treibend verbunden ist, mit einer Steuereinheit (106), die Eingangssignale einschliesslich eines die Eingangswellen- oder Motordrehzahl kennzeichnenden Eingangssignals (ES, IS) empfängt und diese Signale gemäß vorbestimmter logischer Regeln verarbeitet, um Steuerparameter zu bestimmen und um Befehlsausgangssignale an Getriebesystemaktuatoren auszugeben, zu denen Mittel zum Steuern der Kraftstoffbelieferung des Motors sowie Mittel (70) zur Steuerung des Schaltens des Getriebes gehören, wobei das System ein Steuersystem zur Bestimmung eines das Motorschwungraddrehmoment eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug kennzeichneden Steuerparameters (TFW) beinhaltet und gekennzeichnet ist durch:

Mittel zur Bestimmung einer Beziehung zwischen der Motorverlangsamung (dES/dt) und einem Drehmoment (TACCES) der Nebenaggregate des Motors,

Mittel zur Bestimmung eines Werts eines die Motorverlangsamung kennzeichnenden Steuerparameters (dES/dt),

Mittel zur Bestimmung eines Werts eines das Nebenaggregat-Drehmoment kennzeichnenden Steuerparameters (TACCES), als eine Funktion der Beziehung und des Wertes des die Motorverlangsamung kennzeichnenden Steuerparameters,

Mittel zur Bestimmung eines Werts eines das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnenden Steuerparameters, als eine Funktion des Werts des das Nebenaggregat-Drehmoment (TACCES) kennzeichnenden Steuerparameters, und

Mittel zur Steuerung des Getriebesystems als eine Funktion des Werts des Steuerparameters, der das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnet.

14. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem der Motor und die Steuereinheit über eine elektronische Datenverbindung (DL) kommunizieren, die das Motorgesamtdrehmoment (TEG) und das Motorgrundreibmoment (TEEF) kennzeichnende Signale tragen, wobei der das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnende Steuerparameter als eine Funktion des Nebenaggregat-Drehmoments (TACCES), des Motorgesamtdrehmoment (TEG) und des Motorgrundreibdrehmoments (TBEF) bestimmt wird.

15. Steuersystem nach Anspruch 14, bei dem die Datenverbindung im Wesentlichen in Übereinstimmung mit dem SAE Protokoll J1922 oder J1939 arbeitet.

16. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem die Beziehung durch die Steuereinheit vorbestimmt und gespeichert ist.

17. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem die Beziehung im Wesentlichen linear ist (dES/dt) = A + (B x TACCES), wobei A und B vorbestimmte und gespeicherte Parameter sind.

18. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem die Eingangssignale ein Eingangssignal (GR) beinhalten, das die gegenwärtig eingerückte Getriebegangstufe kennzeichnet, außerdem gekennzeichnet durch:

Mittel zur Bestimmung eines Werts eines das Antriebsraddrehmoment kennzeichnenden Steuerparameters (TDW), als eine Funktion des Wertes des das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnenden Steuerparameters und der eingerückten Getriebegangstufe (GR), wobei das Mittel zur Steuerung des Getriebesystems das Getriebesystem in Abhängigkeit von dem Wert des Steuerparameters steuert&sub1; der das Antriebsraddrehmoment (TDW) kennzeichnet.

19. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem das Getriebesystem dynamische Hochschaltvorgänge aus einer eingerückten Gangstufe heraus in eine Zielgangstufe in einer Schrittfolge vollständig ohne Trennen der Hauptkupplung und ungeachtet der vom Fahrer vorgenommenen Einstellung des Fahrpedals durchführt, mit:

(a) einem Schritt vorausgehender temporärer Gaswegnahme, bei dem die Kraftstoffbelieferung des Motors beeinflusst wird, um ein Ausrücken der eingerückten Gangstufe zu ermöglichen,

(b) einem nach Bestätigung des Ausrückens der eingerückten Gangstufe stattfindenden Synchronisierschritt, bei dem die Lieferung von Kraftstoff zu dem Motor reduziert wird, um der Motordrehzahl zu gestatten, sich auf die Synchrondrehzahl zum Einrücken der Zielgangstufe (ES = IS = OS x GRT) zu vermindern, und

(c) einem nach Erreichen der im Wesentlichen synchronen Drehzahl des Motors und nach Einrücken der Zielgangstufe stattfindenden Steuerungsrückgabeschritt, bei dem veranlasst wird, dass die Lieferung von Kraftstoff zu dem Motor wieder von der erfassten, von dem Fahrer vorgenommen Einstellung des Fahrpedals gesteuert wird,

wobei das Mittel zur Bestimmung des die Motorverlangsamungsgeschwindigkeit kennzeichnenden Steuerparameters (dES/dt) beinhaltet:

Mittel zur Erfassung der Motordrehzahl bei dem Schritt temporärer vorausgehender Gaswegnahme,

Mittel zur Erfassung des Auslösens des Synchronisierschritts, die bei Erfassung des Auslösens des Synchronisierschritts veranlassen, dass sich die erfasste Motordrehzahl an die Motoranfangsdrehzahl (RPMA) angleicht und eine Zeitschrittfolge gestartet wird,

Mittel, die das Auslösen des Steuerungsrückgabeschritts erfassen und bei Erfassung des Auslösens des Steuerungsrückgabeschritts veranlassen, dass sich die Motordrehzahl an die Motorendrehzahl (RPMB) angleicht, wobei die vom Start der Zeitschrittfolge an verstrichenen Zeit erfasst wird, und

Mittel, die den aktuellen Wert des die Motorverlangsamungsgeschwindigkeit kennzeichnenden Steuerparameters als eine Funktion der Differenz zwischen der Motorenddrehzahl und der Motoranfangsdrehzahl und der verstrichenen Zeit bestimmen.

20. Steuersystem nach Anspruch 13, 14 oder 17, bei dem das Mittel zur Bestimmung eines Werts des das Schwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnenden Steuerparameters den Wert als eine Funktion der Gleichung:

TFW = TEG - TBEF - TACCES - TACCEL bestimmt, wobei

TFW = Motorschwungraddrehmoment

TEG = Motorgesamtdrehmoment

TBEF = Motorgrundreibmoment

TACCES = Nebenaggregat-Drehmoment

TACCEL = Beschleunigungsmoment.