DE69505282T2

DE69505282T2 - Verfahren/Einrichtung zur Bestimmung des Kombinations-Gesamtgewichts eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE69505282T2
Application number: DE69505282T
Authority: DE
Inventors: Thomas Alan Dearborn Michigan 48128 Genise
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2015-02-02
Also published as: DE69505282D1; EP0666435B1; JPH07300031A; EP0666435A2; EP0666435A3; KR100246973B1; CN1114742A; ES2123904T3; US5490063A; CN1113224C; CA2141885C; CA2141885A1; ATE172281T1; KR950033462A

Description

Hintergrund zu der Erfindung

Verwandte Anmeldungen

Diese Erfindung ist verwandt mit dem US-Patent 5 335 566 mit der Bezeichnung "Schaltsteuerfahren/System" angemeldet am 6. Juli 1992, wobei dieses Patent, ebenso wie die vorliegende Anmeldung der Eaton Corporation gehören.

Feld der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Steuerverfahren und -systeme zur Ermittlung des Fahrzeuggesamtgewichtes (GCW) und Fahrzeugsteuerungen, wie Antiblockierbremssysteme und Getriebesteuerungen, die das aktuelle GCW als Steuerparameter verwenden. Beispielsweise betrifft die vorliegende Erfindung Schaltsteuerverfahren/Systeme für automatische mechanische Getriebe, bei denen die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein gewähltes Heraufschalten akzeptabel ist, im Hinblick auf die vorliegenden Fahrzeugbetriebsbedingungen evaluiert wird, einschließlich dem GCW, wobei nur als durchführbar zu akzeptierende Schaltvorgänge initialisiert werden. Ein akzeptierbares Heraufschalten ist ein Heraufschalten in einen Zielgang, wobei bei den bestehenden Fahrzeugbetriebsbedingungen das maximal verfügbare Motordrehmoment zumindest eine vorbestimmte minimale Fahrzeugbeschleunigung hervorruft. Das aktuelle GCW kann auch für elektronische Bremssysteme, intelligente Fahrzeug/Straßensysteme, Flottenmanagementsysteme usw. verwendet werden.
Diese Erfindung gestattet die Bestimmung des GCW unter Verwendung der vorhandenen Informationen in einem AMT- System, vorzugsweise in einem AMT-System mit einem elektronisch gesteuerten Motor, ohne dass zusätzliche Sensoren oder zusätzliche elektronische oder mechanische Hardware erforderlich ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Aus dem Stand der Technik sind automatisierte Fahrzeugsteuerungen, wie vollständige oder teilweise automatisierte Getriebesysteme sowohl für Schwerlastfahrzeuge, wie Schwerlast-Lkws, als auch für Pkws bekannt, wobei die Drosselklappen- oder Pedalstellung, die Getriebewellendrehzahlen, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl u. dgl. gemessen werden und in Übereinstimmung damit automatisch das Fahrzeuggetriebe geschaltet wird. Beispiele für solche Getriebesteuerungen sind aus den US-Patenten Nr. 3 961 546, 4 081 085, 4 361 060, 4 425 620, 4 631 679 und 4 648 290 bekannt.
Ein anderer Typ von teilweise automatisierten Getriebesystemen verwendet ein halbautomatisches Schaltausfüh rungssystem/Verfahren bei mechanischen Getriebesystemen, die in Fahrzeugen verwendet werden, die eine ausschließlich durch den Fahrer gesteuerte Motordrosseleinrichtung und/oder eine nur durch den Fahrer gesteuerte Hauptkupplung aufweisen. Das System sieht für gewöhnlich wenigstens einen Betriebsmodus vor, in dem die Schaltvorgänge, die halbautomatisch ausgeführt werden sollen, automatisch vorgewählt werden. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) ist dazu eingerichtet, Eingangssignale entgegenzunehmen, die für die Getriebeeingangswellendrehzahl und die Getriebeausgangswellendrehzahl kennzeichnend sind und diese in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm zu verarbeiten, um, (i) wenn der Synchronzustand vorliegt und (ii) wenn in dem automatischen Vorwahlmodus ein Heraufschalten oder ein Herunterschalten aus dem gegenwärtig eingelegten Gang erforderlich ist, Getriebeausgangssteuersignale an einen Getriebeaktuator auszugeben, um das Getriebe entsprechend den Ausgangsbefehlssignalen zu schalten. Getriebesysteme dieser allgemeinen Art sind aus den US-Patenten Nr. 5 050 079, 5 053 959, 5 053 961, 5 053 962, 5 063 511, 5 081 588, 5 089 962 und 5 089 965 ersichtlich.
Während die beschriebenen mechanischen Fahrzeuggetriebesysteme mit automatischer, halbautomatischer und/ oder teilweise automatischer Schaltausführung für ihre vorgesehenen Anwendungen sehr befriedigend sind, sind sie dennoch nicht vollständig befriedigend, weil sie gelegentlich einen Schaltversuch initialisieren, der zufolge der Fahrzeugbetriebsbedingungen nicht ausgeführt werden sollte. Dies ist insbesondere wichtig bei Heraufschaltvorgängen bei automatisch mechanischen Getriebesystemen, wenn das Fahrzeug gegen einen besonders großen Widerstand arbeitet (was für gewöhnlich bei einer Steigung und/oder Last auftritt) und der Motor in dem Zielgang nicht in der Lage ist, das Fahrzeug zu beschleunigen oder die Fahrzeuggeschwindigkeit beizubehalten, was dann zu einem unerwünschten "Hin- und Herschalten" führt, da in dem Getriebe Hochschaltzyklen auftreten, auf die meist unmittelbar Herunterschaltvorgänge folgen.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, ein Schaltsteuerverfahren/System für ein Fahrzeug mit einem zumindest teilweise automatisierten mechanischen Getriebesystem zu schaffen, das, wenn es eine automatische oder vom Fahrer getroffene Auswahl für einen Hochschaltvorgang aus dem gegenwärtig eingelegten Gang in einen Zielgang erfasst, basierend auf den aktuellen gemessen Fahrzeugbetriebsbedingungen und/oder angenommenen Konstanten festlegt, ob der ausgewählte Schaltvorgang möglich und akzeptabel ist (d. h. wird das verfügbare Motordrehmoment, das zu den Antriebsrädern in dem Zielgang gelangt, ausreichen, um wenigstens eine vorbestimmte minimale Fahrzeugbeschleunigung zu erreichen?), und nur mögliche und brauchbare Schaltvorgänge initialisieren. Beispiele für solche Systeme können aus den US-Patenten 5 241 476, 5 172 609, 4 823 646 und 5 272 939 entnommen werden.
Bei Fahrzeugen mit im Wesentlich konstanten GCW, wie Bussen, Autokränen u. dgl. wird, angenommen das Fahrzeug ist mit einer elektronischen Datenverbindung ausgestattet, wie sie in dem SAE J1922- und SAE J1939-Protokoll definiert ist, gemäß dem Motordrehmoment oder ein Parameter, der für das Motordrehmoment kennzeichnend ist, gemessen werden kann, basierend auf diesen Parametern eine Entscheidung getroffen, dass ein Heraufschalten aus einem gegenwärtig eingelegten Gang in einen Zielgang wünschenswert ist, wobei das aktuelle Motordrehmoment und die Fahrzeugbeschleunigung gemessen werden, aus denen die Steuerung abschätzen kann, dass das Motordrehmoment in dem Zielgang und unter den bestehenden Fahrzeugbetriebsbedingungen ausreichen wird, um eine minimale akzeptable Fahrzeugbeschleunigung aufrechtzuerhalten. Das System wird dann weiter entscheiden, ob der vorgeschlagene Schaltvorgang möglich/akzeptabel ist, und zwar unter Verwendung der oben erläuterten Logik. Wenn der vorgeschlagene Schaltvorgang (für gewöhnlich ein Heraufschaltvorgang) nicht brauchbar ist, wird die Schaltanfrage modifiziert (d. h. ein überspringender Schaltvorgang wird in einen Einzelschaltvorgang umgeändert) oder für eine vorbestimmte Zeitspanne ausgesetzt (beispielsweise 10 sec).
Ein Verfahren zur Bestimmung des Fahrzeuggewichtes ist in der EP-A-0 111 636 beschrieben, aus der die Merkmale des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche 1 und 15 bekannt sind. Diese Vorveröffentlichung beschreibt Mittel zum Berechnen des Gewichtes, in dem Änderungen in dem Antriebsdrehmoment des Motors und der Fahrzeugbeschleunigung gemessen werden. Die Messmittel werden in einer solchen Weise gesteuert, dass der Drehmomentwert gleichzeitig mit dem Beschleunigungswert ermittelt wird.
Die bekannten Fahrzeugsteursysteme, die das GCW als Steuerparameter verwenden, waren insofern nicht vollständig befriedigend, als verhältnismäßig einfache und zuverlässige Verfahren zur Bestimmung des aktuellen GCW bei Fahrzeugen, die kein im Wesentlichen konstantes GCW aufweisen, nicht zur Verfügung standen. Beispielsweise kann bei einem großen LKW oder Sattelzug das GCW zwischen etwa 10.000 lbs bis zu 8.000 lbs (näherungsweise 4.500 kg bis 36.500 kg) oder mehr abhängig von der Art des Fahrzeugs und der Beladung variieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden die Nachteile des Standes der Technik minimiert oder überwunden, indem ein System/Verfahren zur genauen Bestimmung des aktuellen Fahrzeug-GCW geschaffen wird. Das System bestimmt das aktuelle Fahrzeug-GCW unter Verwendung von Informationen und Sensoren, wie sie üblicherweise bereits bei Fahrzeugen vorhanden sind, die mit einem vollständig automatisierten oder teilweise automatisierten mechanischen Getriebe und vorzugsweise elektronisch gesteuerten Motoren (SAE J1922, J1939 oder ähnlichen Protokollen) ausgerüstet sind.
Das GCW eines Fahrzeugs kann aus den bekannten Betriebsstrangcharakteristika (Übersetzungsverhältnis im Getriebe, Übersetzungsverhältnis in der Achse, Rollradius etc.), dem Drehmoment an den Antriebsrädern und der Fahrzeugbeschleunigung bestimmt werden, die zu einem Zeitpunkt T&sub1; und einem Zeitpunkt T&sub2; gemessen werden, wenn T&sub1; und T&sub2; relativ dicht beieinander liegen (innerhalb Sekunden). Dies kann wie folgt ausgedrückt werden:
GCW = (T&sub1; - T&sub2;) ÷ ((A&sub1; - A&sub2;) · C)
wobei gilt:
Ti = Raddrehmoment zum Zeitpunkt Ti;
Ai = Fahrzeugbeschleunigung zum Zeitpunkt Ti; und
T = Radrollradius dividiert durch Erdbeschleunigung.
In der Praxis wurde herausgefunden (indem diese Theorie auf ein tatsächliches Fahrzeug angewendet wurde), dass je weiter die Punkte 1 und 2 in der Größe "voneinander entfernt sind" die Berechnung umso genauer wird. Beispielsweise kann T&sub1; = 0 sein, wodurch A&sub1; gegebenenfalls negativ wird, während T&sub2; verhältnismäßig groß ist, was dazu führt, dass A&sub2; ebenso verhältnismäßig groß und positiv wird. Aufgrund der Annahmen, die bei der Ableitung der Funktion getroffen wurden, können jedoch die Punkte 1 und 2 zeitlich nicht zu weit voneinander entfernt liegen (in der Praxis wurden 4 sec verwendet). Um diese Bedingung einzuhalten, wurde die Berechnung während eines Heraufschaltvorgangs durchgeführt. Genauer gesagt ist der Zeitpunkt 1 der Moment während eines Heraufschaltens unmittelbar bevor das Getriebe aus dem Leerlauf in den neuen Gang geschaltet wird. Der Zeitpunkt 2 kann denn jeder beliebige Zeitpunkt nach dem Schalten bis zu 4 sec nach dem Zeitpunkt 1 sein, nachdem wieder ausreichend Leistung zugeführt wird.
Um die Effekte von "Störsiganlen(Rauschen)" in dem System Antriebsstrang, Drehschwingungen usw. gemäß der Erfindung zu minimieren, wird es angestrebt, das Raddrehmoment T und die Fahrzeugbeschleunigung A an Zeitpunkten zu messen/zu bestimmen, die soweit wie möglich auseinanderliegen, ohne aber zeitlich unzweckmäßig voneinander getrennt zu sein (4 sec wurden als maximaler Zeitabstand beim Messen des GCW bei schweren LKW oder Sattelzügen herausgefunden). Es ist auch zweckmäßig, Serien von Messwerten zu verwenden, um einen Mittelwert, vorzugsweise einen gemittelten gefilterten Durchschnittswert für das GCW zu erhalten.
Um dies zu erreichen, wird während des Heraufschaltvorgangs der Zeitpunkt T&sub0; als der Augenblick unmittelbar vor dem Einrücken des neuen Gangs angenommen, wenn gleich 0 ist. Beim Einrücken des neuen Gangs und dem Erreichen einer minimalen Fahrzeugbeschleunigung werden die Fahrzeugbeschleunigung (A&sub1;) und das Raddrehmoment (T&sub1;) in verhältnismäßig kurzen Zeitintervallen (40 msec) für eine Zeitspanne gemessen, die 4 sec nicht übersteigt, wobei jeder Wert mit dem Wert zum Zeitpunkt T&sub0; verglichen wird, um eine Serie von GCW-Werten zu berechnen, die dann unter Verwendung der Technik des mittleren gefilterten laufenden Durchschnittswerten gemittelt werden.
Die Fahrzeugbeschleunigung (A) wird vorzugsweise als Funktion der Änderungsgeschwindigkeit der Getriebewellenausgangsdrehzahl (dOS/dt) und das Antriebsraddrehmoment (T) vorzugsweise aus dem Erfassen des Motordrehmoments aus den elektronischen Motorbusdaten und der Faktoren, wie dem Getriebeübersetzungsverhältnis, dem Achsübersetzungsverhältnis und dem Wirkungsgrad des Antriebsstrangs, berechnet. Bei nicht elektronisch gesteuerten Motoren kann das Motordrehmoment aus der Pedalstellung und den bekannten Motorcharakteristika abgeschätzt werden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verhältnismäßig einfaches und zuverlässiges Steuersystem/Verfahren zur Ermittlung des aktuellen Fahrzeug-GCW zu schaffen, das keine zusätzlichen Sensoren auf einem Fahrzeug benötigt, das mit einem wenigstens teilweise automatisierten mechanischen Getriebe und vorzugsweise einem elektronisch gesteuerten Motor ausgerüstet ist.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mechanischen Fahrzeuggetriebesystems, das durch das erfindungsgemäße System zum Teil automatisiert ist.
Fig. 1A zeigt eine schematische Darstellung des Schaltmusters des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des halbautomatisch arbeitenden Schaltausführsystems bei einem mechanischen Getriebesystem gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematisch Darstellung des erfindungsgemäßen Steuersystems gemäß der Erfindung, in Form eines Flussdiagramms.
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung eines Her aufschaltereignisses unter Veranschaulichung eines akzeptierbaren und eines nicht akzeptierbaren versuchten Schaltens.
Fig. 5 zeigt eine grafische Darstellung eines Heraufschaltens, während dem das GCW erfindungsgemäß berechnet wird.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahrens für das GCW, in Gestalt eines Flussdiagramms.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

In der nachstehenden Beschreibung wird zur Vereinfachung bei der Bezugnahme eine bestimmte Terminologie verwendet, die jedoch nicht beschränkend ist. Die Worte "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichneten Richtungen in den Figuren, auf die Bezug genommen ist. Die Worte "nach vorne" und "nach hinten" beziehen sich entsprechend auf das vordere und das hintere Ende des Getriebe, wie es normalerweise in dem Fahrzeug eingebaut ist, und dies sind die linke bzw. die rechte Seite des Getriebes, das in Fig. 1 gezeigt ist. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen zu dem geometrischen Mittelpunkt der Einrichtung und der bezeichneten Teile hiervon bzw. auf Richtungen von dem geometrischen Mittelpunkt weg. Diese Terminologie umfaßt die oben im einzelnen erwähnten Worte, Ableitungen hiervon und Worte mit ähnlicher Bedeutung.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird verwendet, um ein Geschwindigkeitswechselgetriebe zu bezeichnen, das eine Hauptgruppe mit mehreren Vorwärtsgängen und eine Hilfsgetriebegruppe mit mehreren Gängen enthält, die in Serie miteinander geschaltet sind, wobei eine ausgewählte Untersetzung in der Hauptgetriebegruppe durch eine weitere Ganguntersetzung in der Hilfsgetriebegruppe ergänzt wird. "Synchronisierte Schaltkupplungsanordnungen" und Worte mit ähnlichem Bedeutungsinhalt sollen eine Kupplungsanordnung bezeichnen, die verwendet wird, um ein ausgewähltes Zahnrad drehfest mit einer Welle mittels einer formschlüssigen Kupplung zu kuppeln, wobei der Versuch des Einrückens dieser Kupplung solange verhindert wird, bis die Teile der Kupplung sich im Wesentlichen synchron drehen. Verhältnismäßig leistungsfähige Reibmittel werden an den Kupplungsteilen verwendet, die ausreichen, um beim Beginn des Kupplungseinrückens dafür zu sorgen, dass die Kupplungsteile und alle damit umlaufenden Teile mit im Wesentlichen synchroner Drehzahl rotieren.
Der Begriff "Heraufschalten", wie er hier verwendet wird, soll das Schalten aus einem niedrigen Gang in einen höheren Gang bezeichnen. Der Ausdruck "Herunterschalten", wie er hier verwendet wird, soll das Schalten aus einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe bezeichnen. Die Ausdrücke "niedriger Gang", "niedrige Gangstufe" und/oder "erster Gang" sollen in dem hier verwendeten Sinne die Gangstufe bezeichnen, die bei einem Getriebe oder einer Getriebegruppe für den langsamsten Betrieb mit Vorwärtsgeschwindigkeit verwendet wird, d. h. jenen Satz von Zahnrädern, die die höchste Untersetzung, bezogen auf die Eingangswelle des Getriebes, aufweisen.
Aus Gründen der Erläuterung wird das erfindungsgemäße Verfahren/System zur Bestimmung des GCW in Verbindung mit einer Hochschaltsteuerung für ein teilweise automatisiertes Getriebe erläutert. Es ist klar, dass das ermittelte GCW auch in Verbindung mit anderen automatisierten Fahrzeugsteuersystemen vorteilhaft verwendet werden kann.
Fig. 1 veranschaulicht ein teilweise automatisiertes Verbundgetriebe 10 mit Rangegruppe, das durch das halbautomatische mechanische Getriebesystem mit einem automatischen Vorwahlsystem automatisiert ist. Zu dem Verbundgetriebe 10 gehört eine mehrgängige Hauptgetriebegruppe 12, die in Serie mit einer Range-Hilfsgruppe 14 liegt. Das Getriebe 10 befindet sich in einem Gehäuse H und weist eine Eingangswelle 16 auf, die durch einen Primärantrieb, beispielsweise einen Dieselmotor E, über eine wahlweise auszurückende, normalerweise jedoch eingerückte Reibungshauptkupplung C angetrieben ist, die einen Eingang oder einen Antriebsteil 18, der antriebsmäßig mit der Motorkurbelwelle 20 verbunden ist, sowie einen angetriebenen Teil 22 umfasst, mit dem drehfest die Getriebeeingangswelle 16 gekuppelt ist.
Der Motor E ist mittels Gaspedal vorzugsweise elektronisch gesteuert und an eine elektronische Datenverbindung DL angeschlossen, wie sie in den Protokollen SAE J 1922 und/oder SAE J 1939 spezifiziert sind, während die Hauptkupplung C durch ein Kupplungspedal (nicht dargestellt) durch den Fahrer betätigt wird. Eine Eingangswellenbremse B (nicht dargestellt), die durch einen Überhub des niedergetretenen Kupplungspedals zu betätigen ist, dient dazu, um ein schnelleres Heraufschalten zu ermögli chen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Getriebe ähnlich dem mechanischen Verbundgetriebe 10 sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und z. B. aus den US-Patenten 3 105 395, 3 283 613, 4 735 109 und 4 774 665 zu ersehen.
Teilweise automatisierte mechanische Getriebe 10 der dargestellten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie dies aus den oben zitierten US-Patenten 5 050 079, 5 053 959, 5 053 961, 5 053 962, 5 063 511 und 5 089 965 ersichtlich ist.
Die Eingangswelle 16 trägt in der Hauptgetriebegruppe 12 ein Eingangszahnrad 24, um gleichzeitig eine Reihe von im Wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen 26 und 26A mit im Wesentlichen gleichen Drehzahlen anzutreiben. Die beiden im Wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind an diametral gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle 28 angeordnet, die im Wesentlichen koaxial zu der Eingangswelle 16 verläuft. Jede der Vorgelegewellenanordnungen weist eine Vorgelegewelle 30 auf, die durch Lager 32 und 34 in dem Gehäuse H gelagert ist, wobei lediglich ein Teil von diesem schematisch gezeigt ist. Jede der Vorgelegewellen trägt eine identische Gruppe von Vorgelegewellenzahnrädern 38, 40, 42, 44, 46 und 48, die auf diesen Wellen drehfest sitzen. Mehrere Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56 und 58 umgeben die Hauptwelle 28 und sind zeitlich einander ausschließend jeweils einzeln mit der Hauptwelle 28 wahlweise drehfest zu kuppeln, um mit dieser umzulaufen, und zwar geschieht die Ankupplung mit Hilfe von verschiebbaren Kupplungsmuffen 60, 62 und 64, wie dies aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist. Die Kupplungsmuffe 60 kann auch dazu verwendet werden, das Eingangszahnrad 24 an die Hauptwelle 28 anzukuppeln, um einen direkten Durchtrieb von der Eingangswelle 16 zu der Hauptwelle 28 zu erhalten.
Üblicherweise werden die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 in axialer Richtung mittels Schaltgabeln positioniert, die zu einer Schaltgehäuseanordnung 70 gehören, wie dies ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können von der weithin bekannten Bauart als unsynchronisierte, zweiseitig wirkende Klauenkupplungen sein.
Das Schaltgehäuse oder der -aktuator 70 können durch unter Druck stehendes Fluid, wie beispielsweise Druckluft, betätigt werden und er ist in der Bauart ausgeführt, die durch eine Steuereinheit automatisch zu steuern ist, wie dies aus den US-Patenten 4 445 393, 4 555 959, 4 361 060, 4 722 237, 4 873 881, 4 928 544 und 2 931 237 zu ersehen ist.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist das Rückwärtsgangzahnrad und es steht mittels eines üblichen zwischenliegenden leerlaufenden Zahnrads (nicht dargestellt) mit den Vorgelegewellenzahnrädern 48 ständig in Antriebsverbindung. Es ist ferner zu beachten, dass, obwohl die Hauptgetriebegruppe 12 in der Tat fünf auswählbare Vorwärtsgänge bereithält, der niedrigste Vorwärtsgang, nämlich jener, der durch Ankuppeln des Hauptwellenzahnrades 56 an die Hauptwelle 28 zustandekommt, häufig eine so hohe Untersetzung ergibt, dass dieser Gang als niedriger oder Schleichgang bezeichnet wird, der nur verwendet wird, um ein Fahrzeug unter schweren Bedingungen anzufahren, und der für gewöhnlich in dem oberen Rangebereich nicht eingesetzt wird. Obwohl dementsprechend die Hauptgetriebegruppe 12 fünf Vorwärtsgänge aufweist, wird sie üblicherweise als "4 + 1" Hauptgruppe bezeichnet, da nur vier der Vorwärtsgänge durch die damit verwendete Rangehilfsgetriebegruppe 14 voll ausgenutzt werden bzw. ergänzt werden.
Die Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind Kupplungen mit drei Stellungen insofern, als sie, wie veranschaulicht, entweder in die zentrierte Leerlaufstellung oder mittels des Aktuators 70 in die rechte, vollständig eingerückte oder in die linke, vollständig eingerückte Stellung zu bringen sind. Wie hinlänglich bekannt, kann zu jedem Zeitpunkt nur eine der Kupplungen 60, 62 und 64 eingerückt sein und es sind Verriegelungsmittel (nicht dargestellt) in der Hauptgruppe vorgesehen, um die jeweils anderen Kupplungen in der Leerlaufstellung zu verriegeln.
Die Rangehilfsgetriebegruppe 14 weist zwei im Wesentlichen identische Hilfsvorgelegewellenanordnungen 74 und 74A auf, wobei zu jeder eine Hilfsvorgelegewelle 76 gehört, die mittels Lagern 78 und 80 in dem Gehäuse H gelagert sind und die drehfest zwei Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnräder 82 und 84 tragen. Die Hilfsvorgelegewellenzahnräder 82 kämmen ständig mit dem Ausgangs-/Rangezahnrad 86 und lagern dieses, während die Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnräder 84 ständig mit dem Ausgangszahnrad 88 kämmen.
Eine synchronisierte zwei Stellungen aufweisende Schalt- oder Klauenkupplungsanordnung 92, die mittels einer (nicht dargestellten) Schaltgabel und einer Hilfsgruppen-Schaltaktuatoranordnung 96 positioniert wird, dient dazu, entweder das Zahnrad 86 an die Ausgangswelle 90 anzukuppeln, um den direkten oder hohen Gängebereich zu erhalten, oder das Zahnrad 88 an die Ausgagnswelle 90 anzukuppeln, um den unteren Gängebereich des Verbundgetriebes 10 zu erhalten. Das "Schaltmuster" für das Verbundgetriebe 10 mit Rangegrupp ist in Fig. 1A schematisch gezeigt.
Der Hilfsgruppenaktuator 96 kann so ausgeführt sein, wie dies in den US-Patenten 3 648 546, 4 440 037 und 4 614 126 dargestellt ist.
Ein Eingangswellensensor sowie ein Ausgangswellensensor 100 sind vorgesehen, um den automatischen Vorwahlbetrieb und den halbautomatischen Schaltbetrieb des Getriebes 10 zu ermöglichen. Alternativ zu dem Ausgangswellensensor 100 kann ein Sensor 102 zum Erfassen der Drehzahl des Vorgelegewellenzahnrads 82 der Hilfsgruppe verwendet werden. Die Drehzahl des Zahnrads 82 ist natürlich eine bekannte Funktion der Drehzahl der Hauptwelle 28 und, falls die Kupplung 92 in einer bekannten Stellung eingerückt ist, eine Funktion der Drehzahl der Ausgangswelle 90. Wie hinlänglich bekannt (siehe das oben erwähnte US Patent 4 361 060) können die Signale (OS) des Drehzahlsensors 100 oder der anderen Sensoren bezüglich der Zeit differenziert werden, um Signale (dOS/dt) zu erzeugen, deren Wert für die Fahrzeugbeschleunigung und dergleichen kennzeichnend ist. Die ECU 106 enthält vorzugsweise logische Elemente oder Programme um die verschiedenen Eingangssig nale über der Zeit zu differenzieren.
Das Steuersystem 104 zur automatischen Vorwahl und halbautomatischen Schaltdurchführung bei einem mechanischen Getriebesystem gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 schematisch veranschaulicht. Das zusätzlich zu dem oben beschriebenen mechanischen Getriebesystem 10 vorhandene Steuersystem 104 enthält eine elektronische Steuereinheit 106 (ECU), die vorzugsweise auf einem Mikroprozessor basiert, um Eingangssignale von dem Sensor 98 für die Eingangswellendrehzahl (IS), von dem Sensor 100 für die Ausgangswellendrehzahl (OS) (oder alternativ von dem Drehzahlsensor 102 der Hauptwelle), von einer Fahrersteuerkonsole 108, von einem Sensor 152 für die Gaspedalstellung und von Motor E über den Datenbus DL zu erhalten. Die ECU 106 kann außerdem Eingangssignale von einem Stellungssensor 110 der Hilfsgruppe bekommen.
Die ECU 106 kann wie in dem US Patent 4 595 986 beschrieben ausgeführt sein. Die ECU dient dazu, die Eingangssignale entsprechend einem vorgegebenen Steuerprogramm zu verarbeiten und Ausgangssteuerbefehle für den Getriebeaktuator, beispielsweise eine Elektroventilgruppe 112, die den Aktuator 70 für die Hauptgruppe steuert, sowie den Aktuator 96 für die Hilfsgruppe, und für die Fahrersteuerkonsole 108 sowie den Motor E zu erzeugen, die zu diesem über den Datenbus DL gelangen.
Die Fahrersteuer- und -anzeigekonsole gestattet es dem Fahrer bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, manuell ein Schalten in einer vorgegebenen Richtung (d. h. Hoch- oder Herunterschaltvorgänge) oder aus dem gegenwär tig eingelegten Gang in den Leerlauf auszuwählen bzw. einen halbautomatischen Vorwahlbetriebsmodus auszuwählen, und sie liefert eine Anzeige, um dem Fahrer von dem aktuellen Betriebsmodus (automatisches oder manuell vorgewähltes Schalten), dem aktuellen Getriebebetriebszustand (Vorwärtsgang, Rückwärtsgang oder Leerlauf) und einem Gangwechsel oder Schaltvorgang (Heraufschalten, Herunterschalten oder Schalten in den Leerlauf), in Kenntnis zu setzen, der vorgewählt jedoch noch nicht ausgeführt wurde.
Die Konsole 108 enthält drei Anzeigeleuchten 114, 116 und 118, die eingeschaltet werden, um anzuzeigen, dass das Getriebe 10 sich in dem Zustand zum Vorwärtsfahren, dem Leerlauf oder dem Zustand für das Rückwärtsfahren befindet. Die Konsole enthält außerdem drei wahlweise zu beleuchtende Drucktasten 120, 122 und 124, die es dem Fahrer gestatten, ein Hochschalten, einen automatischen Vorwahlmodus oder ein Herunterschalten auszuwählen. Eine Drucktaste 126 gestattet es, ein Schalten in den Leerlauf auszuwählen.
Eine Auswahl wird durch Niederdrücken oder Betätigen einer der Drucktasten 120, 122, 124 oder 126 getroffen und kann durch erneutes Drücken dieses Tasters annulliert werden (im Falle der Drucktasten 120, 124 und 126 vor der Ausführung). Als Alternative kann ein mehrfaches Betätigen der Drucktasten 120 und 124 dazu verwendet werden, überspringende Schaltvorgänge (Skip Shift) anzufordern. Natürlich können die Drucktasten und die beleuchteten Drucktasten durch andere Auswahlmittel, beispielsweise einen Hebelschalter und/oder einen Hebelschalter und ein Licht oder andere Anzeigemittel ersetzt werden. Ein separater Knopf oder Schalter zum Wählen eines Rückwärtsgangs kann vorgesehen werden, oder der Rückwärtsgang kann mittels eines Herunterschaltens aus dem Leerlauf ausgewählt werden. Außerdem kann der Leerlauf als Heraufschalten aus dem Rückwärtsgang als Herunterschalten aus dem niedrigsten Gang ausgewählt werden.
Um im Betrieb Herauf- und Herunterschaltvorgänge manuell auszuwählen, betätigt der Fahrer entweder die Drucktaste 120 oder die Drucktaste 124, je nachdem. Der gewählte Knopf wird dann beleuchtet solange, bis der ausgewählte Gang eingelegt oder die Vorwahl annulliert ist.
Alternativ kann bei einer gegebenen Motordrehzahl (beispielsweise über 1700 UpM) die Heraufschalttaste beleuchtet werden und beleuchtet bleiben, bis ein Heraufschalten die Drücken der Taste ausgewählt wird.
Um einen gewählten Gang einzulegen, wird die Gruppe 112 vorgewählt, damit der Aktuator 70 im Sinne eines Schaltens der Hauptgruppe 12 in den Leerlauf vorgespannt wird. Die Ausführung der Schaltvorgangs erfolgt, indem der Fahrer oder der ECU-Contoller dafür sorgen, dass der Drehmomentfluss unterbrochen wird oder sich umkehrt, indem er die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor kurzfristig vermindert und/oder erhöht und/oder indem die Hauptkupplung C manuell oder automatisch ausgerückt wird. Sobald das Getriebe in den Leerlauf geschaltet ist und der Leerlaufzustand durch die ECU verifiziert wurde (der Leerlaufzustand wird für eine Zeitspanne von 1,5 sec. erfasst), wird der Anzeigeknopf 116 für den Leerlaufzustand beleuchtet. Wenn der ausgewählte Schaltvorgang ein Compound-Schaltvorgang ist, d. h. sowohl ein Schalten der Hauptgruppe 12 als auch ein Schalten der Rangegruppe 14 erfolgt, wie beispielsweise beim Schalten aus dem vierten in den fünften Gang gemäß Fig. 1A, gibt die ECU Ausgangssteuersignale an die Gruppe 112 ab, um den Aktuator 96 der Hilfsgruppe zu veranlassen, das Schalten in der Rangegruppe auszuführen, nachdem festgestellt wurde, dass in der getrieblich davor liegenden Gruppe der Leerlaufzustand herrscht.
Sobald in der Rangehilfsgruppe der richtige Gang eingelegt ist, berechnet die ECU oder bestimmt auf andere Weise basierend auf der gemessenen Ausgangswellendrehzahl. (Fahrzeug) und dem eingelegten Gang einen zulässigen Bereich oder ein zulässiges Band von Eingangswellendrehzahlen, das zu einem hinreichend synchronen Einrücken des einzulegenden Gangs (in der hauptgruppe) führt, wobei dieser Bereich oder dieses Band ständig aktualisiert wird. Wenn der Fahrer oder die ECU durch Drossel/Gaspedalmanipulation veranlasst, dass die Eingangswellendrehzahl in den zulässigen Bereich fällt, gibt die ECU 106 Ausgangssteuersignale an die Gruppe 112 ab, um den Aktuator 70 zu veranlassen, in der Hauptgruppe den einzulegenden Gang einzurücken.
In dem automatischen Vorwahlbetriebsmodus, der durch die beleuchtete Drucktaste 122 ausgewählt wird, stellt die ECU basierend auf gespeicherten logischen Regeln, dem aktuell eingelegten Gang (der durch Vergleich der Drehzahl der Eingangswelle mit der Drehzahl der Ausgangswelle berechnet wird) sowie der Ausgangswellendrehzahl oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Gaspedalstellung fest, ob ein Herauf- oder ein Herunterschalten erforder lich ist und sie wird dieses entsprechend vorwählen. Der Fahrer wird davon in Kenntnis gesetzt, dass ein Herauf- oder ein Herunterschalten vorgewählt wurde und halbautomatisch durch ein Ausgangsbefehlssignal von der ECU 106 durchgeführt wird, was entweder dazu führt, dass die beleuchtete Drucktaste 120 oder die beleuchtete Drucktaste 124 zu blinken beginnt und/oder ein hörbares Schaltwarnsignal ertönt. Der Fahrer kann das halbautomatische Gangeinrücken des automatisch vorgewählten Gangschaltvorgangs, wie oben angedeutet, initialisieren oder den automatischen Betrieb und den vorgewählten Gang durch Betätigen der Drucktaste 122 annullieren.
Unter bestimmten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs kann ein automatisch oder manuell vorgewählter Schaltvorgang durchführbar oder er kann, falls dennoch ausgeführt, unakzeptabel sein. Diese Bedingungen liegen bei einem Heraufschalten vor, wenn das Fahrzeug schwer beladen ist und/oder einen starken Widerstand überwinden muss, beispielsweise im Morast, bei einer starken Steigung und/oder bei Gegenwind. Unter diesen Umständen kann nach einem einfachen Schalten oder einem überspringenden Schalten das an den Antriebsrädern verfügbarte Drehmoment in dem Zielgang unzureichend sein, um zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit aufrecht zu erhalten, das Fahrzeug wird verlangsamen und dem unzweckmäßigen schnellen Heraufschalten kann unmittelbar ein Herunterschalten folgen (d. h. ein "Hunting").
Die Sequenz bei einem Heraufschalten des beschriebenen automatischen mechanischen Getriebesystem ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Eine Linie 200 repräsentiert das Drehmoment, das vor dem Heraufschaltpunkt maximal an den Antriebsrädern verfügbar ist. Nach dem Durchführen des Heraufschaltens in den Zielgang an dem Punkt 204 wird das an den Antriebsrädern maximal verfügbare Drehmoment durch eine Linie 206 wiedergegeben.
Dasjenige Drehmoment, das bei geringem Fahrwiderstand zum Aufrechterhalten der Fahrzeuggeschwindigkeit (d. h. Nullbeschleunigung) erforderlich ist, repräsentiert eine Linie 208, während dasjenige Drehmoment, das bei hohem Fahrwiderstand zum Aufrechterhalten der Fahrzeuggeschwindigkeit benötigt wird, durch eine Linie 208 repräsentiert wird.
Zur Erläuterung, bei einem typischen Dieselmotor (1.000 lbs. ft. Drehmoment, etwa 1360 Nm) und einer typischen Antriebsachse (Übersetzungsverhältnis 4,11 : 1) eines schweren Lkw, beträgt das an den Antriebsrädern verfügbare Drehmoment bei einem 1,89 : 1-übersetzten sechsten Gang etwa 7.768 lbs. ft. (etwa 10.533 Nm) bei einem 1 : 1,37-übersetzten siebenten Gang etwa 5.631 lbs. ft. (etwa 7.635 Nm) und bei einem 1 : 1,0-übersetzten achten Gang ca. 4.110 lbs. ft. (etwa 5.573 Nm).
Gemäß dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren/-System zum Heraufschalten werden vor dem Ausführen die gewählten Heraufschaltvorgänge bewertet, um zu ermitteln, ob sie akzeptabel oder nicht akzeptabel sind, und nicht akzeptable gewählte Schaltvorgänge werden geändert oder annulliert. Akzeptable Schaltvorgänge sind solche, die unter den herrschenden Betriebsbedingungen in dem Zielgang zumindest eine minimale Beschleunigung gestatten. Die Se quenz beim Heraufschalten mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren/-System ist in Gestalt eines Flussdiagramms in Fig. 3 schematisch gezeigt.
Um das oben Beschriebene mit Fahrzeugen zu erreichen, die ein stark variables GCW aufweisen (d. h. kombiniertes Gewicht aus Fahrzeug, Kraftstoff, Beladung (falls vorhanden), Passagieren (falls vorhanden) und Fahrer) wird die nachstehend beschriebene Prozedur befolgt. Der Fahrzeugkontroller bestimmt unter Verwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens/-Systems einen Wert für das aktuelle Fahrzeug-GCW und speichert diesen Wert. Wenn erkannt wurde, dass eine Heraufschalten (einzeln oder überspringend) durch das Schaltprogramm des Systemkontrollers ausgewählt wurde, kann das System unter Verwendung des aktuellen Wertes des GCW den aktuellen Wert des Raddrehmoments und den aktuellen Wert der Fahrzeugbeschleunigung sowie das erforderliche Raddrehmoment zum Erreichen einer minimalen akzeptablen Fahrzeugbeschleunigung (für gewöhnlich Nullbeschleunigung) ermittlen, d. h. die Werte für die Linien 208 und 210. Basierend auf diesen Informationen und einem vorhandenen oder erlernten Wert für das Motordrehmoment sowie den Übersetzungsverhältnissen (d. h. Linien 200 und 206 etc.) kann die ECU sodann feststellen, ob unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen das System in der Lage ist den vorgeschlagenen Schaltvorgang erfolgreich und akzeptabel durchzuführen. Basieren auf diesen Informationen kann das Steuersystem dann entweder (i) Steuerbefehlssignale ausgeben, um den vorgeschlagenen Schaltvorgang auszuführen, oder (ii) den vorgeschlagenen Schaltvorgang modifizieren (üblicherweise einen Einzelschaltvorgang anweisen anstelle eines überspringenden Schaltens) oder (iii) die Schaltanforderung für eine vorbestimmte Zeitspanne annullieren/sperren (beispielsweise etwa 10 Sekunden).
Kurz gesagt, kann das Raddrehmoment T&sub0;, das für eine Nullbeschleunigung des Fahrzeugs erforderlich ist, durch die Beziehung.
T&sub0; = T&sub1; - (C · W · A&sub1;)
angenähert werden, wobei gilt:
T&sub1; = Raddrehmoment bei der Fahrzeugbeschleunigung 1;
C = eine Konstante;
A&sub1; = Fahrzeugbeschleunigung bei der Dremomenteinstellung 1;
W = kombiniertes Gesamtgewicht (GCW).
Die obige Beziehung wird wie folgt abgeleitet:
T = C&sub1;W + C&sub2;V² + C&sub3;GW + C&sub4;(W ÷ g) (A),
wobei gilt:
T = Raddrehmoment;
W = Fahrzeuggesamtgewicht;
V = Fahrzeuggeschindigkeit;
G = Faktor proportional der Steigung;
A = gegenwärtige Fahrzeugbeschleunigung;
g = Gravitationkonstante;
Ci - Konstante zur Berücksichtigung des Antriebsstrangs und des eingelegten Gangs,
und wobei
C&sub1;W das den Antriebsrädern zugeführte Motordrehmoment repräsentiert, das notwendig ist, um den Rollwiderstand zu überwinden;
C&sub2;V² das den Antriebsrädern zugeführte Motordrehmoment repräsentiert, das notwendig ist, um den Luftwiderstand zu überwinden;
C&sub3;GW das den Antriebsrädern zugeführte Motordrehmoment repräsentiert, das notwendig ist, um den Steigungswiderstand zu überwinden;
C&sub4;(W ÷ g)A das den Antriebsrädern zugeführte Motordrehmoment repräsentiert, das notwendig ist, um die Beschleunigung A zu erhalten.
Eine Änderung des Motordrehmoments von T&sub1; nach T&sub2; wird durch
T&sub1; - T&sub2; = C&sub1;(W - W) + C&sub2;(V&sub1;² - V&sub2;²) + C&sub3; · G(W - W) + C&sub4;W ÷ g(A&sub1; - A&sub2;)
wiedergegeben, wobei unter der Annahme, dass gilt
W - W = 0;
V&sub1;² - V&sub2;² = 0 (bei dicht beieinanderliegenden Zeitpunkten t&sub1; und t&sub2; ist V&sub1; meistens gleich V&sub2;);
C = C ÷ g,
die Gleichung umgeformt werden kann in:
T&sub1; - T&sub2; = C · W(A&sub1; - A&sub2;) oder
(T&sub1; - T&sub2;) ÷ (A&sub1; - A&sub2;) = C · W.
Wenn A&sub2; gleich der Nullbeschleunigung ist, gilt:
T&sub1; - T&sub2; = C · W · A&sub1;
T&sub2; = T&sub1; - (C · W · A&sub1;)
Wie aus dem Obigen zu ersehen ist, ist die Variable GCW ("W") eine Variable, die für eine Reihe von automatischen Fahrzeugsteuerungen brauchbar ist, beispielsweise die Ermittlung, ob ein Schalten zweckmäßig ist, elektronische Bremssteuersysteme, Flottenmanagementsysteme, intellegente Fahrzeug/Straßensysteme und dergleichen.
Entsprechend der Erfindung wird ein System/Verfahren geschaffen, um unter Verwendung vorhandener Informationen aus einem vollständig oder teilweise automatisierten mechanischen Getriebesystem sowie vorzugsweise aus einem elektronisch Motordatenbus (SAE J 1922 oder J 1939) genau das Fahrzeug-GCW zu bestimmen.
Es lässt sich mathematisch beweisen, dass für zwei Zeitpunkte t&sub1; und t&sub2;, die dicht beieinander liegen (innerhalb von Sekunden) gilt:
T&sub1; - T&sub2; = C · W ·(A&sub1; - A&sub2;)
mit
Ti = Raddrehmoment zum Zeitpunkt ti;
C = Rollradius dividiert durch Erdbeschleunigung;
W = Gesamtgewicht; und
Ai = Fahrzeugbeschleunigung zum Zeitpunkt ti.
Der Beweis für diese Beziehung sieht wie folgt aus:
F = mA
Fräder - RR - AD - GR = BeSchlwid = mA
Fräder = RR + AD + GR + BeSchlwid
mit:
RR = Rollwiderstand;
AD = Luftwiderstand;
GR = Steigungswiderstand;
Beschlwid = Beschleunigungswiderstand; und
Fräder = Kraft der Straße an den Rädern
Fräder = Drehmoment an den Rädern ÷ C&sub3; =
Durchmultipliziert mit C&sub3; folgt daraus:
Tw = C&sub4; · W + C&sub5; · V² + C&sub3; · Steigung · W + C&sub3; · (W ÷ g) · A&sub1;
At T&sub1; ÷ T&sub1; = C&sub4; · W + C&sub5; ·V&sub1;² + Steigung · W + C&sub3; · (W ÷ g) · A&sub1;
At T&sub2; ÷ T&sub2; = C&sub4; · W + C&sub5; · V&sub2;² + C&sub3; · Steigung · W + C&sub3; · (W ÷ g) · A&sub2;
Die zweite Gleichung von der ersten abgezogen führt zu:
T&sub1; - T&sub2; = C&sub5; ·(V&sub1;² - V&sub2;²) + C&sub3; · W ÷ g · (A&sub1; - A&sub2;)
da V&sub1; = V&sub2; können wir setzen (V&sub1;² - V&sub2;²) = 0.
Wenn C&sub3; ÷ g = C&sub6; gilt
T&sub1; - T&sub2; = C&sub6; · W · (A&sub1; - A&sub2;)· C ).
Ausgehend von dieser Gleichung kann GCW gemäß folgender Gleichung berechnet werden:
GCW = W = (T&sub1; - T&sub2;) ÷ ((A&sub1; - A&sub2;)· C).
Um die Auswirkungen von "Rauschen", Drehschwingungen des Antriebsstrangs und dergleichen zu minimieren, ist es zweckmäßig, die Werte von T und A dann zu erhalten, wenn das Maximum der Differenz vorhanden ist, und zwar übereinstimmend mit der Gleichung nämlich, dass t&sub1; und t&sub2; zeitlich dicht beieinander liegen (basierend auf tatsächlichen Fahrzeugtesterfahrungen wurden vier Sekunden als maximale Zeitdifferenz bei schweren Lkw ermittelt)
Auch um die Fehler zu minimieren werden mehrere GCW ermittelt, wobei das GCW ein Durchschnittswert ist:
Eine grafische Darstellung für das Hochschalten ist aus Fig. 5 ersichtlich. Es wurde herausgefunden, dass eine genauere Bestimmung des GCW beim Abschließen eines Hochschaltvorgangs möglich ist, insbesondere wenn t&sub1; beim Hochschalten auf den Moment festgelegt wird, der unmittelbar vor dem Einrücken des neuen Gangs liegt. Zu diesem Zeitpunkt ist des Drehmoment T&sub1;, das von dem Motor an die Antriebsräder geliefert wird 0 und die Fahrzeugbeschleunigung A&sub1; hat einen verhältnismäßig kleinen möglicherweise negativen Wert. Die Zeitpunkte t&sub2;, t&sub3;....ti können dann innerhalb von vier Sekunden nach t&sub1; beliebige Zeitpunkte sein, nachdem genügend Motorkraft über den Antriebsstrang geliefert wird.
In Praxi wird während vier Sekunden beginnend bei t&sub1; ein neues GCWi etwa alle 40 msec nach t&sub2; berechnet. Die GCWi-Werte anschließend summiert und gemittelt. Das Mittlungsverfahren kompensiert die Fehler bei jeder Iteration, die zufolge von Drehschwingungen, Störsignalen und dergleichen auftreten und die einzelnen Iterationen des GCW verhältnismäßig ungenau machen. Sobald der Zähler 1.000 erreicht wird die Summe in zwei Hälften geteilt, der Zähler auf 500 gesetzt und die Mittlung fortgesetzt. Dies ergibt eine milde Filterung des GCW-Werts.
Wenn nach dem Zeitpunkt t&sub1; der erste A&sub1; -Wert gemessen wurde werden die Werte von A&sub2;... i und T&sub2;.... i solange nicht gemessen, bis bestimmte Bedingungen erfüllt sind, die sicherstellen, dass sich nachfolgende Werte in der Amplitude hinreichend von dem Wert zum Zeitpunkt t&sub1; unterscheiden, um eine gültige Berechnung des GCW zu ermöglichen. Basieren auf auf dem Fahrzeug bestimmten Versuchen sind dies die folgenden Bedingungen:
(1) ti liegt weniger als vier Sekunden nach t&sub1;;
(2) der Motor arbeitet bei einem Drehmoment, das größer als ein Referenzdrehmoment ist (etwa 19% des Maximaldrehmoments);
(3) die Fahrzeugbeschleunigung ist größer als ein Referenzwert (dOS/dt > 20 UpM/sec);
(4) die Eingangswellendrehzahl ist größer als ein Referenzwert (IS > etwa 1.200 UpM bei einem schweren Diesemotor)
(5) die Fahrzeugbeschleunigung hatte sich geändert (dOS/dt zum Zeitpunkt t&sub2;.....i ungleich dOS/dt am Zeitpunkt t&sub1;); und
(6) es wird nicht gerade geschaltet.
Um Ti, das Raddrehmoment zum Zeitpunkt ti, zu erhalten, wird in Praxi das Motordrehmoment ermittlet, vorzugsweise aus dem Motordatenbus, und dazu verwendet, in bekannter Weise das Raddrehmoment abzuleiten. Im Allgemeinen wird das Drehmoment an den Räder wie folgt bestimmt.
Drehmoment an den Rädern = (Motordrehmoment)*(Getriebeübersetzung)* (Achsübersetzung)*(Wirkungsgrad des Antriebsstrangs);
mit
Motordrehmoment = [(Prozentwert des Motordrehmoments)* (Maximalmotordrehmoment)]-[(Drehmoment zum Antrieb der Motorzusatzgeräte) ÷ (Drehmoment zum Beschleunigen des Motors)].
Dementsprechend sind die Signale, die für das Motordrehmoment und die Getriebeübersetzung kennzeichnend sind, für das Raddrehmoment kennzeichnend. Während das Motordrehmoment aus den Daten des Datenbus DL bevorzugt sind, kann das Motordrehmoment auch Pedalstellungssignalen und dergleichen ermittelt/abgeschätzt werden.
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Fahrzeug-GCW wiedergibt.

Claims

1. Steuerverfahren zur Ermittlung des Fahrzeuggesamtgewichts (GCW) bei einem Fahrzeug mit einem zumindest teilweise automatisierten Antriebssystem, zu dem ein kraftstoffgesteuerter Motor, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe, das mehrere bekannte Gangübersetzungen, eine antriebsmäßig an den Motor ankuppelbare Eingangswelle und eine an die Fahrzeugantriebsräder antriebsmäßig ankuppelbare Ausgangswelle aufweist, erste Sensormittel zum Erzeugen eines Eingangssignals, das für das Antriebsdrehmoment für die Antriebsräder kennzeichnend ist, zweite Sensormittel zum Erzeugen eines Eingangssignals, das für die Fahrzeugbeschleunigung kennzeichnend ist, und ein Controller gehören, der die Eingangssignale entgegennimmt und diese entsprechend vorbestimmter logischer Regeln bearbeitet, um Ausgangssteuersignale für Systemaktuatoren auszugeben, wobei es zu dem Verfahren gehört:

dass ein Wert bestimmt wird, der für das aktuelle Antriebsraddrehmoment (T) kennzeichnend ist;

dass ein Wert bestimmt wird, der für die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung (A) kennzeichnend ist; und

dass es dadurch gekennzeichnet, dass nur unmittelbar nach dem Heraufschalten in ein Zielgangübersetzungsver hältnis ein Wert, der für das aktuelle Fahrzeuggesamtgewicht kennzeichnend ist, als Funktion der Gleichung

(T&sub1; - Ti) : ((A&sub1; - Ai ) * C)

ermittelt wird,

mit:

i = eine ganze Zahl größer 1.

T = ein Wert, der für das Raddrehmoment zum Zeitpunkt t&sub1; kennzeichnend ist, der zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Einrücken der Zielgangstufe ausgewählt wurde;

T&sub1; = 0;

Ti = ein Wert, der für das Raddrehmoment zu einem Zeitpunkt ti # 0 kennzeichnend ist;

A&sub1; = ein Wert, der für die Fahrzeugbeschleunigung zum Zeitpunkt t&sub1; kennzeichnend ist, der zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Einrücken des Zielgangübersetzungsverhältnisses gewählt wurde;

Ai = ein Wert, der für die Fahrzeugbeschleunigung zum Zeitpunkt ti kennzeichnend ist;

C = eine Konstante, die auf die Gangsüberset zung, Antriebsstrangcharakteristiken und die Gravitationskonstante bezogen ist, und

dass der Zeitpunkt ti früher ist als eine Bezugszeit (REFZeit) nach dem Zeitpunkt t&sub1;.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem GCWi nur bestimmt wird, wenn die Fahrzeugbeschleunigung einen Referenzwert für die Fahrzeugbeschleunigung (REFACCEL) übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Ausgangswellendrehzahl (OS) das Eingangssignal, das für die Fahrzeugbeschleunigung kennzeichnend ist, darstellt und bei dem der Referenzwert für die Beschleunigung es erfordert, dass dOS/dt > 20 U/min/sec ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bestimmung von GCWi beendet wird, wenn ein Schalten aus der Zielgangübersetzung heraus initialisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zu dem Antriebssystem ferner dritte Sensormittel gehören, um ein Eingangssignal zu erzeugen, das für die Eingangswellendrehzahl kennzeichnend ist, und bei dem GCWi nur bestimmt wird, wenn die Eingangswellendrehzahl (IS) einen Referenzwert (REFIS) für die Eingangswellendrehzahl übersteigt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Referenzwert (REFIS) für die Eingangswellendrehzahl bei etwa 1200 U/min liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Signal, das für das Motordrehmoment kennzeichnend ist, ein Signal darstellt, das für das Drehmoment der Antriebsräder kennzeichnend ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem GCWi nur bestimmt wird, wenn das Motordrehmoment einen Referenzwert (REFET) für das Motordrehmoment übersteigt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Motor ein bekanntes Scheiteldrehmoment liefert und bei dem der Referenzwert für das Motordrehmoment etwa 19 Prozent des Scheitelwertdrehmomentes beträgt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1,2,5 und 8, bei dem die Referenzzeit (REFTIME) bei etwa vier Sekunden liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Durchschnittswert für GCW bestimmt wird, indem:

periodisch und wiederholt der aktuelle Wert von GCWi bestimmt wird; und

ein Wert ermittelt wird, der für den Durchschnittswert des Fahrzeug-GCWs als Funktion der nachstehenden Gleichung bestimmt wird:

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Summation nach einem erneuten Anlassen des Motors oder nachdem der Motor eine längere Zeitspanne im Leerlauf gelaufen ist, erneut gestartet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem nach einer Summation einer vorbestimmten Anzahl von Bestimmungen von GCWi der Summationswert und der Wert von i um einen vorbestimmten Prozentwert vermindert wird und die Summation sowie der Mittelwertberechnungsprozess fortgesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, zu dem zusätzlich ein erster Drehzahlsensor (98) zum Erzeugen eines Eingangssignals, das für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (16) kennzeichnend ist, ein zweiter Drehzahlsensor (100) zum Erzeugen eines zweiten Eingangssignals, das für die Fahrzeuggeschwindigkeit kennzeichnend ist, ein Sensor (DL) zum Erzeugen eines Eingangssignals, das für das Motordrehmoment kennzeichnend ist, Mittel zum Differenzieren des zweiten Drehzahlsignals nach der Zeit zum Ermitteln eines Signals, das für die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung kennzeichnend ist, und ein Getriebeaktuator (112, 70, 96) gehören, um das Schalten des Getriebes zu steuern, wobei das Steuerverfahren umfasst:

Festlegen einer minimalen verwendbaren Fahrzeugbeschleunigung (AMIN) nach dem Heraufschalten;

Ermitteln, ob es zweckmäßig ist, aus einem gegenwärtig eingelegten Getriebegang in ein Zielgangübersetzungsverhältnis heraufzuschalten;

Ermitteln eines Antriebsraddrehmomentes (TREQ), das erwartungsgemäß benötigt wird, um wenigstens die minimale Fahrzeugbeschleunigung (AMIN) bei den gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen als Funktion von GCW aufrechtzuerhalten;

Ermittlung als Funktion von (i) dem Antriebsraddrehmoment (TREQ), das erwartungsgemäß benötigt wird, um wenigstens die minimale Fahrzeugbeschleunigung (AMIN) unter den gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen aufrechtzuerhalten, (ii) dem Übersetzungsverhältnis des ausgewählten Zielübersetzungsverhältnisses und (iii) des erwarteten maximal verfügbaren Drehmomentes an den Antriebsrädern bei dem Zielgangübersetzungsverhältnis, ob das erwartete maximal verfügbare Drehmoment beim Einlegen des Zielgangübersetzungsverhältnisses zumindest gleich dem Antriebsraddrehmoment ist, das erwartungsgemäß benötigt wird, wenn der ausgewählte Gang vollständig eingerückt ist; und

Veranlassen, dass die Initialisierung eines ausgewählten Schaltvorgangs nur veranlasst wird, wenn bestimmt wird, dass das maximal verfügbare Drehmoment beim Einlegen des Zielgangübersetzungsverhältnisses zumindest gleich dem erwartungsgemäß benötigten Raddrehmoments ist.

15. Steuersystem mit einer Bestimmung eines aktualisierten Wertes, der für das Fahrzeuggesamtgewicht (GCW) kennzeichnend ist, und zum Steuern eines an Bord des Fahrzeugs befindlichen Mechanismus als Funktion von diesem bei einem Fahrzeug, das ein zumindest teilweise automatisiertes Antriebssystem aufweist, zu dem ein kraftstoffgesteuerter Motor, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe, das mehrere bekannten Übersetzungsstufen, eine Eingangswelle, die antriebsmäßig mit dem Motor kuppelbar ist, und eine Ausgangswelle, die antriebsmäßig an Fahrzeugantriebsräder ankuppelbar ist, aufweist, erste Sensormittel zum Erzeugen eines Eingangssignals, das für das Antriebsdrehmoment der Fahrzeugräder kennzeichnend ist, zweite Sensormittel zum Erzeugen eines Eingangssignals, das für die Fahrzeugbeschleunigung kennzeichnend ist, und Steuermittel gehören, um die Eingangssignale entgegen zu nehmen und diese entsprechend vorbestimmter logischer Regeln zu verarbeiten, um Ausgangssteuersignale an Systemaktuatoren auszugeben, wobei das System umfasst:

Mittel zum Bestimmen eines Wertes, der für das aktuelle Raddrehmoment (T) kennzeichnend ist;

Mittel zum Bestimmen eines Wertes, der für die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung (A) kennzeichnend ist;

und dadurch gekennzeichnet,

dass Mittel vorhanden sind, um nur unmittelbar nach

dem Heraufschalten in ein Zielgangübersetzungsverhältnis ein Wert, der für das aktuelle Fahrzeuggesamtgewicht kennzeichnend ist, als Funktion der Gleichung

(T&sub1; - Ti) : ((A&sub1; - Ai)* C)

zu ermitteln,

mit:

i = eine ganze Zahl größer 1.

T&sub1; = 0;

Ai - ein Wert, der für die Fahrzeugbeschleunigung zum Zeitpunkt ti kennzeichnend ist;

C = eine Konstante, die auf die Gangsübersetzung, Antriebsstrangcharakteristiken und die Gravitationskonstante bezogen ist,

dass der Zeitpunkt ti früher ist als eine Bezugszeit (REFZeit) nach dem Zeitpunkt t&sub1;, und dass Mittel vorhanden sind, um Ausgangssteuersignale an wenigstens einen der Systemaktuatoren als Funktion des aktualisierten Wertes auszugeben

16. System nach Anspruch 15, bei dem GCWi nur bestimmt wird, wenn die Fahrzeugbeschleunigung einen Referenzwert für die Fahrzeugbeschleunigung (REFACCEL) übersteigt.

17. System nach Anspruch 15, bei dem die Bestimmung von GCWi beendet wird, wenn ein Schalten aus der Zielgangübersetzung heraus initialisiert wird.

18. System nach Anspruch 15, bei dem zu dem Antriebssystem ferner dritte Sensormittel gehören, um ein Eingangssignal zu erzeugen, das für die Eingangswellendrehzahl kennzeichnend ist, und bei dem GCWi nur bestimmt wird, wenn die Eingangswellendrehzahl (IS) einen Referenzwert (REFIS) für die Eingangswellendrehzahl übersteigt.

19. System nach Anspruch 15, bei dem ein Signal, das für das Motordrehmoment kennzeichnend ist, ein Signal darstellt, das für das Drehmoment der Antriebsräder kennzeichnend ist.

20. System nach Anspruch 19, bei dem GCWi nur bestimmt wird, wenn das Motordrehmoment einen Referenzwert (REFET) für das Motordrehmoment übersteigt.

21. System nach Anspruch 15, bei dem die Referenzzeit (REFTIME) bei etwa vier Sekunden liegt.

22. System nach Anspruch 15, bei dem ein Durchschnittswert für GCW bestimmt wird,

durch Mittel, die periodisch und wiederholt der aktuelle Wert von GCWi bestimmt wird; und

durch Mittel, die einen Wert ermitteln wird, der für den Durchschnittswert des Fahrzeug-GCWs als Funktion der nachstehenden Gleichung kennzeichnend