Technisches Gebiet
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein System
und ein Verfahren zur Verminderung der Zeit, die zum
Beenden eines Schaltvorgangs in einem elektronisch gesteuerten
Motor- und Getriebesystem benötigt wird.
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Gemäß dem Stand der Technik sind elektronisch
gesteuerte Getriebesysteme entwickelt worden, wie durch Verweis
auf US-Patente Nr. 4 361 060, 4 595 986, 4 648 290, 4 722
248 und 5 050 427 ersichtlich ist, deren Beschreibungen
hier in ihrer Gesamtheit durch Verweis einbezogen sind.
Getriebesysteme wie diese sind dazu benutzt worden, eine
Reihe von Übersetzungsverhältnissen zu liefern, um die
Anpassungsfähigkeit und Drehmomentübersetzung eines Motors
zu verbessern, um vielen Anwendungsfällen zu genügen. Zu
den gebräuchlichsten Anwendungsfällen gehören Sattelzug-
Fahrzeuge der MVMA Klasse 7 und Klasse 8, obwohl auch
andere Anwendungen wie z. B. Kraftfahrzeuge oder die
Antriebsstränge stationärer Kraftwerke in Frage kommen.
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Es wird häufig ein elektronisches Steuermodul, das
einen Mikroprozessor enthält, dazu verwendet, den
Antriebsstrang, der sowohl einen Motor als auch ein
mehrgängiges Schaltgetriebe beinhaltet, zu steuern. Die
stetige Fortentwicklung der Mikroprozessortechnologie hat eine
verbesserte Präzision ermöglicht und das Anwendungsgebiet
der Steuerung auf den Motor- und Getriebebetrieb
ausgeweitet. Das elektronische Steuermodul sammelt Daten aus
unterschiedlichen Sensoren und sendet Befehle aus, die bei
den aktuellen Betriebsbedingungen zur Steuerung des Motors
und des Getriebes geeignet sind. Zur Motorsteuerung kann
die Beeinflussung der Kraftstoffmenge, die Betätigung von
Motorzubehöraggregaten oder die Überwachung und
Beeinflussung der Betätigung einer Motorbremse oder eines
Antriebsstrangverlangsamers gehören. Die Getriebesteuerung kann
die Auswahl einer passenden Gangstufe, einschließlich des
Ausrückens einer aktuellen Gangstufe und des Einrückens
einer Zielgangstufe, oder die Betätigung der
Eingangswellenbremse beinhalten.
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Effizientes Gangschalten verbessert
Kraftstoffökonomie und verbessert die Fahrbarkeit eines Fahrzeugs. In
bestimmten fordernden Situationen, z. B. wenn ein schwer
beladenes Fahrzeug einen steilen Anstieg überwinden soll,
sind schnelle Gangwechsel erforderlich, um zu verhindern,
dass das Fahrzeug Schwung verliert und das Schaltfenster
verpasst, in dem Gelegenheit zum vollständig Vollzug des
Schaltvorgangs vorhanden ist. Unter normalen
Fahrbedingungen kann der Fahrer mehr als fünfzehn Mal die Gänge
schalten müssen, bevor er Überlandgeschwindigkeiten erreicht
(highway speeds). In diesen Anwendungsfällen kann sich
ineffizientes Schalten zu einem beträchtlichen Betrag an
verschwendeter Zeit aufsummieren. Es ist deshalb
wünschenswert, die zum Beenden eines Gangwechsels oder
Schaltvorgangs benötigte Zeit zu reduzieren.
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Ein typischer Schaltvorgang umfasst mehrere Schritte.
Zuerst muss der Fahrer die Drehmomentübertragung von dem
Motor über das Getriebe an den Antriebsstrang
unterbrechen. Dies kann durch Ausrücken einer Hauptkupplung
bewerkstelligt werden, die eine reibungsmäßige Kopplung
zwi
schen dem Motor und dem Getriebe schafft. Alternativ kann
ein "Gas-Dip" (Gasabsenkung) bewirkt werden, bei der das
Gasgeben abrupt vermindert wird. Sobald die
Drehmomentübergabe unterbrochen worden ist, wird der momentane Gang
ausgerückt, und das Getriebe befindet sich im Leerlauf.
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Der nächste Schritt bei einem typischen Gangwechsel
beinhaltet die Auswahl der Zielschaltstufe. Diese kann die
nächste zur Verfügung stehende Gangstufe in der Folge
sein, oder es können, je nach momentanen
Betriebsbedingungen, mehrere verfügbare Schaltstufen übersprungen werden.
Vor dem Einrücken des Zielgangs sollte sich die
Getriebeeingangswelle mit einer für die aktuelle
Ausgangswellendrehzahl und Zielgangstufe weitgehend synchronen Drehzahl
drehen. Wenn die Hauptkupplung in Eingriff ist, kann die
Drehzahl der Eingangswelle durch Steuerung der
Motordrehzahl gesteuert werden, weil der Motor und das Getriebe
miteinander gekuppelt sind. Die Motordrehzahl kann (zum
Rückschalten) erhöht oder (zum Hochschalten) vermindert
werden, um eine synchrone Drehzahl zu erzielen. Bei
Getrieben, die mit einer Eingangswellenbremse versehen sind,
kann die Drehzahl der Eingangswelle durch Auskuppeln der
Hauptkupplung und Betätigen der Eingangswellenbremse (auch
als Trägheitsbremse oder Kupplungsbremse bekannt)
vermindert werden. Eingangswellenbremsen mit ausreichender
Leistungsfähigkeit zur Verminderung der Schaltzeit erhöhen
jedoch Kosten und Komplexität der Getriebesysteme und
benötigen zur zufriedenstellenden Funktion eine präzise
Abfolge der Ereignisse, so dass viele Getriebe nur einfache
Varianten dieser Einrichtungen benutzen.
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Bei Getrieben ohne Eingangswellenbremsen wird die
Synchrondrehzahl, wenn die Hauptkupplung beim Hochschalten
eingerückt ist, nicht erreicht, bis die Motordrehzahl auf
die synchrone Drehzahl abgefallen ist. Da die Motoren
immer leistungsfähiger werden, führt die Reduktion innerer
Reibungsverluste zu einer wesentlich niedrigeren
natürlichen Abtourgeschwindigkeit. Dies ergibt eine entsprechend
längere Zeit zum Vollzug eines Schaltvorgangs. Somit ist
es wünschenswert, die Motorverlangsamung während des
Hochschaltens zu erhöhen, um kurz nach dem Ausrücken des
aktuellen Ganges Synchrondrehzahl zu erreichen.
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Eine Einrichtung, die häufig dazu benutzt wird,
variable Verlangsamungskräfte an den Motor zu liefern, ist
eine Motorbremse. Die herkömmlichsten Motorbremsen sind
entweder Kompressions-Motorbremsen oder
Auspuff-Motorbremsen. Diese Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik
bekannt und werden gewöhnlich an Schwerlastnutzfahrzeugen
vorgesehen. Beispiele von automatisierten mechanischen
Fahrzeuggetriebesystemen, die Motorbremsen verwenden, sind
aus den US-Patenten Nr. 4 933 850 und 5 942 327
ersichtlich, deren Beschreibungen hierdurch in ihrer Gesamtheit
durch Verweis einbezogen sind.
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Kompressions-Motorbremsen werden gewöhnlich von Hand
betätigt und liefern eine variable, der Motordrehung
entgegen wirkende Verlangsamungskraft, indem sie die
Einstellung der Ventilsteuerzeit von einer, zwei oder drei
Zylindergruppen verändern. Dies verursacht Kompressionskräfte
innerhalb der Zylinder, was der Drehung der Kurbelwelle
entgegenwirkt. Auspuff-Motorbremsen wirken in ähnlicher
Weise, indem sie die Abgasströmung aus dem Motor drosseln.
Auspuff-Motorbremsen bieten nicht die
Ansprechempfindlichkeit und Flexibilität der Kompressions-Motorbremsen,
obgleich sie weniger kostspielig sind.
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Motorbremsen werden herkömmlicherweise dazu benutzt,
die Fahrzeugbetriebsbremse zu unterstützen, indem sie dem
Antriebsstrang ein Widerstandsdrehmoment zuführen, wenn
ein langes Gefälle bergab gefahren wird. Eine manuelle
Betätigung der Motorbremse in diesen Situationen ist stets
eine wünschenswerte Option. Neuerdings werden Motorbremsen
auch manuell betätigt, um die zum Schalten benötigte Zeit
zu verringern. Bei diesen Anwendungen hat die manuelle
Betätigung der Motorbremse infolge des unzweckmäßigen
zeitlichen Ablaufs des Betätigens und Lösens der
Motorbremse häufig große Drehmomentbeeinträchtigungen im
Fahrzeugantriebsstrang zur Folge. Dies mindert die
Fahrbarkeit/Antriebsvermögen des Fahrzeugs und kann auch die
Lebensdauer der Kraftübertragungskomponenten
beeinträchtigen. Außerdem ist ein einwandfreier Betrieb stark von den
Fähigkeiten und der Erfahrung des Fahrzeugführers
abhängig.
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Aus der FR-A-2 154 235 ist der Gegenstand des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt; die vorliegende
Erfindung zielt darauf ab, die Gesamtgeschwindigkeit von
Hochschaltvorgängen von dem Fortgang der erforderlichen
Synchronisierung abhängig zu machen.
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Die Heranziehung der Kraftstoffversorgung und einer
Auspuffklappen-Motorbremse zur Steuerung der Motordrehzahl
während eines Schaltvorgangs ist aus der US-A-4 787 044
bekannt.
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Aus der EP-A-0 638 455 ist ein Steuerungsverfahren
zur Steuerung des Hochschaltens eines automatisierten
mechanischen Getriebes bekannt, bei dem eine Steuereinheit
die Betätigung der Kompressions-Motorbremse steuert, um
das verlangsamende Drehmoment dementsprechend zu
verändern, wie nahe sich die Motordrehzahl an der
Synchronisierungsdrehzahl befindet.
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In der EP-A-0 427 000 werden mehrere Merkmale des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 vorgeschlagen, diese
Veröffentlichung lehrt jedoch, dass der Leergang (Leerlauf)
indirekt durch Bezugnahme auf die Stellung des
Gangschalthebels erfasst wird.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein System und ein Verfahren zu schaffen, um bei
einem handbetätigten, halbautomatischen oder
vollautomatischen Getriebe die zur Vollendung eines Schaltvorgangs,
insbesondere eines Hochschaltvorgangs, erforderliche Zeit
zu vermindern.
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Es ist eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein System zu schaffen, das die zum Erreichen
einer Synchrongeschwindigkeit erforderliche Zeit
vermindert, indem es eine auf die Motordrehung einwirkende
verlangsamende Kraft erhöht.
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Ein bevorzugtes Merkmal von Ausführungsformen liegt
in der Schaffung eines Systems, das die Steuerung einer
Kompressions-Motorbremse automatisiert, um die Schaltzeit
bei einem handbetätigten, halbautomatischen oder
vollautomatischen Getriebe zu verkleinern.
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Entsprechend bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung ist ein System geschaffen, das die
Motorlast vergrößert, um eine variable verlangsamende
Kraft zu liefern, so dass Schaltzeiten in einem
handbetätigten, halbautomatischen oder vollautomatischen
Getriebe verbessert werden.
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Entsprechend solchen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung kann ein System geschaffen sein, das
Beeinträchtigungen im Antriebsstrang während eines
Hochschaltvorgangs reduziert, indem es eine Motorbremse verwendet,
wenn ein Leerlaufzustand des Getriebes erfasst wird.
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Zur Verwirklichung der oben genannten und anderer
Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ein
Steuerungssystem zur Verminderung der Schaltzeit eines
mechanischen Getriebesystems geschaffen. Das
Getriebesystem beinhaltet einen Motor, der durch eine
Reibungshauptkupplung willkürlich mit einem mechanischen Schaltgetriebe
gekuppelt wird. Das System enthält auch eine elektronische
Steuereinheit zum Empfang mehrerer Eingangssignale, die
eine Motordrehzahl, eine Ausgangswellendrehzahl und einen
Leerlaufzustand der Getriebes kennzeichnen. Die
elektronische Steuereinheit erzeugt auch Befehlssignale zur
Steuerung des Motors und des Getriebes. Das Getriebe weist
eine Vielzahl von Schaltstufenkombinationen und einen
Getriebeleerlaufzustand auf, die wahlweise zwischen einer
Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle
eingerückt werden können. Das Steuerungssystem nutzt einen
Sensor zum Erfassen des Getriebeleerlaufzustandes, der
nach dem Ausrücken der aktuellen Schaltstufe und vor dem
bewirkten Einrücken der Zielschaltstufe in dem Getriebe
vorhanden ist. Das System beinhaltet auch Einrichtungen
zum Beaufschlagen des Motors mit einem verlangsamenden
Drehmoment als Reaktion auf einen Befehl von der
elektronischen Steuereinheit. Das verlangsamende Drehmoment wird
auf den Motor ausgeübt, wenn die Motordrehzahl oberhalb
der Gleichlauf- oder Synchrondrehzahl ist, bei der die
Zielgangstufe geschaltet wird, so das die Verlangsamung
des Motors erhöht und die Schaltzeit vermindert wird.
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Die oben genannten Aufgaben und andere Ziele,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für einen
Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der
besten Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit
der beiliegenden Zeichnung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines
Kraftübertragungssystems mit einem mechanischen Getriebe
und einer Motorbremse gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2a ist eine graphische Darstellung eines
typischen Hochschaltvorgangs bei eingerückter
Reibungshauptkupplung, ohne Unterstützung durch eine Motorbremse;
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Fig. 2b ist eine graphische Darstellung eines
versuchten Hochschaltvorgangs, unter anspruchsvollen
Bedingungen, ohne Benutzung einer Motorbremse;
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Fig. 2c ist eine graphische Darstellung eines
motorbremsunterstützten Hochschaltvorgangs bei eingerückter
Reibungshauptkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das das
erfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung von Schaltzeiten
veranschaulicht.
Beste Ausführungsform der Erfindung
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Fig. 1 stellt schematisch ein Antriebsstrangsystem
eines Fahrzeugs dar, das im Ganzen mit dem Bezugszeichen
10 bezeichnet ist. Das System beinhaltet einen
Verbrennungsmotor 12, der über eine Reibungshauptkupplung 18
willkürlich steuerbar mit der Eingangswelle 14 eines
mehrgängigen Getriebes 16 verbunden ist. Der Motor 12 kann ein,
beliebiger Verbrennungsmotor aus der Vielzahl von Arten
von Verbrennungsmotoren, wie z. B. ein Dieselmotor oder ein
Benzinmotor, sein. Die Reibungshauptkupplung 18 beinhaltet
Antriebselemente 20, die mit der Kurbelwelle 22 des Motors
12 verbunden sind, sowie Abtriebselemente 24, die mit der
Eingangswelle 14 verbunden sind. Wenn die
Reibungshauptkupplung 18 eingerückt ist, wird im Wesentlichen das
gesamte von dem Motor 12 gelieferte Drehmoment durch die
Antriebselemente 20 und die Abtriebselemente 24 zu dem
Getriebe 16 übertragen.
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Eine Ausgangswelle 26 des Getriebes 16 dient der
Verbindung zu einer geeigneten (nicht eigens
veranschaulichten) Antriebsstrangkomponente, wie einem
Ausgleichsgetriebe, einer Antriebsachse, einem Verteilergetriebe oder
ähnlichem. Das Antriebsstrangsystem 10 kann auch einen
Wärmetauscher 28, bspw. ein herkömmliches Kühlgebläse, und eine
Motorbremse 32 enthalten. Andere Komponenten können eine
Hydraulikpumpe zur Servolenkung oder andere ölbetriebene
Einrichtungen, einen Klimaanlagenkompressor zur
Beeinflussung des Fahrerhausklimas, eine Lichtmaschine 34 sowie
einen Speicherbehälter für Druckluft zum Betrieb
pneumatisch betätigter Einrichtungen oder Systeme, wie z. B.
einer Getriebeeingangswellenbremse 38 oder von (nicht eigens
veranschaulichten) Betriebsbremsen des Fahrzeugs
beinhalten.
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Das Antriebsstrangsystem 10 weist mehrere Sensoren
und Aktoren (Betätigungseinrichtungen) auf, um eine
Steuerung des Systems, wie durch die elektronische
Steuereinheit (ECU) 40 bestimmt, zu bewirken. Die verschiedenen
Sensoren liefern über Eingangsmittel 42 aktuelle
Betriebszustände kennzeichnende Informationen zu der ECU 40. Die
ECU 40 nutzt diese Information beim Ausführen eines
vorbestimmten Befehlssatz, der in einem Speicher
abgespeichert ist, um Befehlssignale zu erzeugen. Die
Befehlssignale werden zu den verschiedenen Betätigungseinrichtungen
über Ausgangsmittel 44 geleitet.
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Zu einigen repräsentativen Sensoren, die mit der ECU
40 in Verbindung stehen, gehören ein Kurbelwellensensor 46
zum Erfassen der Motordrehzahl (Es), ein
Eingangsdrehzahlsensor 48 zum Erfassen der Getriebeeingangsdrehzahl (IS)
und ein Ausgangsdrehzahlsensor 50 zum Erfassen der
Getriebeausgangsdrehzahl (OS). Andere Sensoren können ein
Drosselstellungssensor 52 zum Erfassen der Stellung eines
Gashebels 54, ein Bremsenbetätigungssensor zum Erfassen des
Zustands des Bremspedals und eine Anzeigevorrichtung 60
für die Gangwahl sein, um einen Rückwärtsgang (R), einen
Leerlaufgang (N) oder einen Vorwärtsgang (D) des Getriebes
auszuwählen. In manchen Anwendungen ist ein zusätzlicher
Gangschalter vorgesehen, um den Wunsch eines Hochschaltens
oder Rückschaltens anzuzeigen. Ein handbetätigter
Motorbremsenselektor 62 ist vorgesehen, um eine Handsteuerung
der Motorbremse unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie
sie unten beschrieben sind, zuzulassen.
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Das Antriebsstrangsystem 10 enthält auch eine Anzahl
von Betätigungseinrichtungen, die mit der ECU 40 in
Verbindung stehen. Die Betätigungseinrichtungen empfangen
Befehle von der ECU 40 über die Ausgangsmittel 44. Es wird
vorzugsweise eine standardmäßige Kommunikationsverbindung,
wie z. B. die SAE J1922 oder SAE J1939, für die
Betätigungseinrichtungen und Sensoren verwendet. Die
Betätigungseinrichtungen können auch eine Rückführung zu der ECU
40 über die Eingangsmittel 42 aufweisen, um eine Closed-
Loop-Regelung zu erhalten. Zu typischen
Betätigungseinrichtungen gehören ein Kraftstoffregler 70 zum Regeln der
Menge des an den Motor 12 gelieferten Brennstoffs und eine
Kupplungsbetätigungseinrichtung 72, die zum Einrücken und
Ausrücken der Reibungshauptkupplung dient. Befehle von der
ECU 40 können auch durch andere Regler zu den
Betätigungseinrichtungen geleitet werden. Bspw. kann der
Kraftstoffregler 70 dafür verantwortlich sein, bei Anforderung durch
die ECU 40 die Motorbremse 32 zu betätigen. Ein
Getriebeschalter 74 ist zum Schalten der Gangstufen des
Getriebes 16 vorgesehen, um einen ausgewählten Gang zu erzielen.
Die Getriebebetätigungseinrichtung 74 kann zudem ein
Signal liefern, das den aktuell eingerückten Gang oder einen
Getriebeleerlaufzustand des Getriebes 16 kennzeichnet.
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Von den bekannten Sensorarten kann ein beliebiger
Sensor dazu verwendet werden, Informationen, die den
momentanen Betriebsbedingungen entsprechen, an die ECU 40 zu
übermitteln, ohne dass das Wesen oder der Geltungsbereich
der Erfindung verlassen wird. Gleicherweise können zur
Verwirklichung der vorliegenden Erfindung auch bekannte
elektrische, hydraulische, pneumatische oder kombinierte
Betätigungseinrichtungen eingesetzt werden. Regelorgane
und Betätigungseinrichtungen der oben beschriebenen Art
sind detaillierter in den US-Patenten Nr. 4 959 986, 4 576
065 und 4 445 393 beschrieben, deren Beschreibungen
hierdurch in ihrer Gesamtheit durch Verweis einbezogen sind.
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Ein besseres Verständnis für die Wirkungsweise der
vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit Fig. 2a
bis 2c erhalten, die graphische Darstellungen von
Drehzahlen verschiedener Komponenten während drei
unterschiedlicher Hochschaltvorgänge veranschaulichen.
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Fig. 2a ist eine graphische Darstellung eines von
dem Antriebsstrangsystem 10 nach Fig. 1 durchgeführten
Hochschaltvorgangs mit eingekuppelter
Reibungshauptkupplung 18 und ohne Verwendung der Motorbremse 32. Das
Hochschalten beginnt zu einem Zeitpunkt t1, zu dem der aktuelle
Gang ausgerückt wird, so dass sich das Getriebe 16 in
einem Getriebeleerlaufzustand befindet, der durch die
Getriebebetätigungseinrichtung 74 oder durch Vergleich der
Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes erfasst wird.
Außerdem drosselt der Kraftstoffregler 70 zu dem Zeitpunkt
t1 die Kraftstofflieferung zum Motor. Weil die
Reibungshauptkupplung 18 immer noch eingekuppelt ist, ist die
Eingangswelle 14 mit der Kurbelwelle 22 verbunden, und die
Motordrehzahl (Es) ist gleich der Eingangsdrehzahl (IS).
Wie veranschaulicht, nimmt Es (und IS) ab, bis
Synchronität mit der Ausgangswellendrehzahl (OS) zum Zeitpunkt t2
erreicht ist (die Darstellung setzt ein
Zielübersetzungsverhältnis des Getriebes von 1,00 voraus). Eine
Synchrondrehzahl ergibt sich, wenn IS = OS * GRT, wobei GRT das
Zielübersetzungsverhältnis des Getriebes darstellt.
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Da die Motorbremse 32 nicht benutzt wird, ist die
Rate, mit der Es abnimmt, die natürliche
Abtourgeschwindigkeit des Systems. Die natürliche Abtourgeschwindigkeit
ist eine Funktion des Massenträgheitsmoments des drehenden
Motors, der Kupplung und der Getriebekomponenten. In der
Nähe des Zeitpunkts t2, wenn Es innerhalb von ca. 40 U/min
synchron ist, rückt die Getriebebetätigungseinrichtung 74
die ausgewählte Schaltstufe ein. Zum Zeitpunkt t3 stellt
der Kraftstoffregler 70 die Kraftstofflieferung zu dem
Motor 12 wieder her, und der Hochschaltvorgang ist
beendet.
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In Fig. 2b ist eine graphische Darstellung eines
versuchten Hochschaltvorgangs unter anspruchsvollen
Bedingungen veranschaulicht, bspw. wenn ein steiler Anstieg
bergauf gefahren wird. Ähnlich dem in Fig. 2a
dargestellten Ereignis, rückt zu dem Zeitpunkt t1 die
Getriebebetätigungseinrichtung 74 den aktuellen Gang aus und zeigt der
ECU 40 einen Getriebeleerlaufzustand an, während der
Kraftstoffregler 70 die Kraftstofflieferung zu dem Motor
12 reduziert. Ohne Kraftstofflieferung zum Motor
verlangsamt das Fahrzeug schnell, was bewirkt, dass OS abnimmt.
Die natürliche Abtourgeschwindigkeit des Motors 12 ist zu
langsam, um Synchronität zu erreichen, bevor die
Motorleerlaufgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t4 erreicht wird.
Deshalb wird das Schaltfenster mit der Möglichkeit zur
Vollendung des gewünschten Hochschaltvorgangs verpasst,
und der Hochschaltvorgang muss abgebrochen werden.
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Fig. 2c ist eine graphische Darstellung eines durch
das Antriebsstrangsystem 10 bewirkten Hochschaltvorgangs
mit eingekuppelter Reibungshauptkupplung 18, wobei
ebenfalls die Motorbremse 32 verwendet wird. Zum Zeitpunkt ta
wird der aktuelle Gang ausgerückt, die Kraftstoffzufuhr zu
dem Motor 12 wird gedrosselt, und Es beginnt mit ihrer
natürlichen Abtourgeschwindigkeit zu fallen. Die ECU 40
liefert ein Befehlssignal, um die Motorbremse 32 zu
betätigen, sobald ein Getriebeleerlaufzustand durch die
Getriebebetätigungseinrichtung 74 zum Zeitpunkt tb gemeldet
wird. Die Motorbremse 32 ist dazu eingerichtet, die
Abtourgeschwindigkeit der Es derart zu erhöhen, dass eine
Synchrondrehzahl zum Zeitpunkt tc erreicht werden kann. Die
Zielgangstufe wird von der Getriebebetätigungseinrichtung
74 zu dem Zeitpunkt tc als Reaktion auf ein Befehlssignal
von der ECU 40 eingerückt. Die Leistung im Motor 12 wird
zum Zeitpunkt td wiederhergestellt, wenn die
Getriebebetätigungseinrichtung 74 in Abhängigkeit von einem
Befehlssignal von der ECU 40 die gelieferte Kraftstoffmenge
vergrößert, wodurch der Hochschaltvorgang vollendet wird.
Natürlich könnten Ausrücken und Einrücken der
Getriebegänge unter der Kontrolle des Fahrzeugführers verbleiben, und
dies würde immer noch in den Geltungsbereich der
vorliegenden Erfindung gehören. Im Falle eines manuell
gesteuerten Einrückens der Schaltstufen, würde der
Kraftstoffregler 70 zu dem Zeitpunkt t0 tätig werden, um die ES und IS
bei der Synchrondrehzahl zu halten, bis die
Getriebebetätigungseinrichtung 74 melden würde, dass die
Zielgangstufe manuell eingerückt worden ist.
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Wie in Fig. 1 veranschaulicht, steht die Motorbremse
32 in Verbindung mit dem Motorbremsselektor 62, der für
manuelle Betätigung der Motorbremse 32 sorgt, wenn ein
langes Gefälle bergab gefahren wird. Typischerweise wird
die Motorbremse betätigt, wenn sich die Es über der
Leerlaufgeschwindigkeit befindet und das Gaspedal vollständig
losgelassen ist. Der Motorbremsselektor 62 könnte auch
dazu eingerichtet sein, dem Fahrer zu ermöglichen, den
Grad an Verlangsamung auszuwählen, die während eines
Hochschaltvorgangs wirken soll, so dass keine, eine, zwei oder
drei Zylindergruppen aktiviert werden, wenn dies von der
ECU 40 signalisiert wird. Die Aktivierung der Motorbremse
könnte auch nur auf mehrgängige Hochschaltvorgänge
beschränkt werden, oder lediglich auf Fälle, bei denen die
erforderliche Verlangsamungsgeschwindigkeit der
Motordrehzahl für einen akzeptablen Hochschaltvorgang eine
vorgegebene Schwelle übersteigt. Diese Vorgehensweisen minimieren
die Belastung und den Verschleiß, die von der Nutzung der
Motorbremse herrühren.
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Wie vorangehend beschrieben, kann eine Motorbremse
entweder eine Kompressionsbremse oder eine Auspuffbremse
sein. Zusätzlich zu den konventionellen Motorbremsen
steuert die vorliegende Erfindung Motorzubehöraggregate, um
eine andere Form der Motorbremsung zu erzielen. Durch
gezieltes Aktivieren und Deaktivieren von Zubehöraggregaten,
wie z. B. des Kühlventilators 30, des Druckluftkompressors
34 oder anderer (nicht dargestellter) Einrichtungen, bspw.
der Hydraulikpumpen, Klimaanlagenkompressoren oder
Lichtmaschinen, kann die Last an dem Motor 12 vergrößert bzw.
verkleinert werden, wodurch die
Verlangsamungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl verändert werden kann. Außerdem
kann eine von der ECU 40 gesteuerte Eingangswellenbremse
38 bei eingekuppelter Hauptkupplung dazu verwendet werden,
eine zusätzliche verlangsamende Kraft auszuüben, um die
Verlangsamungsgeschwindigkeit der Drehzahl des Motors 12
zu erhöhen. Selbstverständlich können auch Kombinationen
der oben angegebenen Einrichtungen oder ähnliche
Einrichtungen, wie bspw. ein Antriebsstrangretarder, in
Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des besonderen Systems
zusammen dazu benutzt werden, eine variable verlangsamende
Kraft zu erzeugen.
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Da verschiedene Motorenbremseinrichtungen, bspw. eine
Kompressions-Motorbremse, in Bezug auf die für das
Hochschalten erforderliche Gesamtzeit eine beträchtliche
Reaktionszeit benötigen, können diese Einrichtungen bereits
vor dem Erfassen eines Getriebeleerlaufzustandes betätigt
werden. In Fig. 2c beispielweise würde die Motorbremse
vor dem Zeitpunkt ta betätigt werden, um die Zeitspanne
zwischen dem Zeitpunkt ta und tb zu verkleinern oder zu
beseitigen. Der genaue Zeitpunkt der Betätigung hängt von
der Reaktionszeit der bestimmten, verwendeten
Bremsein
richtung sowie von den Einzelheiten der Anordnungen ab,
die sicherstellen, dass die aktuelle Gangstufe ausgerückt
wird. Diese Strategie funktioniert besonders gut bei
Motoren, die auf Leerlaufkraftstofflieferung schalten, wenn
die Motorbremse betätigt wird. Durch das Umschalten auf
Leerlaufkraftstoffzufuhr wird die Gas-Dip-Wirkung erzielt,
was die Drehmomentübergabe über das Getriebe unterbricht,
um das Ausrücken der aktuellen Gangsstufe zu erlauben.
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Die Reaktionszeit der Motorbremse wird auch
berücksichtigt, um zu bestimmen, wann die Motorbremse gelöst
werden soll. Die vorliegende Erfindung löst die
Motorbremse zu einem zweckmäßigen Zeitpunkt, um im Voraus eine
natürliche Verlangsamungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl
zu erreichen, wenn die Es sich innerhalb des
Synchronfensters, d. h. innerhalb von ungefähr 40 U/min um die
Synchrondrehzahl, befindet.
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Wenn die Zieldrehzahl für die IS unterhalb eines
Referenzwertes von bspw. 200 U/min über der
Motorleerlaufdrehzahl liegt, müssen alternative
Synchronisationsverfahren, wie bspw. das Auskuppeln der Hauptkupplung und das
Betätigen einer Eingangswellenbremse, vorgesehen werden.
Eine Situation, in der dies vorkommt, ist der Vollzug
eines Gangwechsels im Stillstand, weil die OS sich in der
Nähe von Null befindet, so dass die Synchrondrehzahl
unterhalb von der Motorleerlaufreferenzdrehzahl liegt.
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Die vorliegende Erfindung bietet auch verschiedene
Möglichkeiten, um Anpassungen an unterschiedliche
Betriebsbedingungen vorzunehmen. Wenn die Motorbremse
(infolge veränderlicher Reaktionszeit) vor dem vorhergesagten
Greifen eingreift, kann die
Kupplungsbetätigungseinrich
tung 72 die Reibungshauptkupplung 18 auskuppeln, während
der aktuelle Gang ausgerückt ist, so dass der
Schaltvorgang in akzeptabler Weise fortgesetzt werden kann. Andere
alternative Befehlsfolgen werden von der ECU 40 in dem
Fall eingeleitet, dass die Synchronisation nicht
bewerkstelligt wurde, wie in dem in Fig. 2b dargestellten Fall.
Beispielsweise kann die Motorbremsung durch Verwendung
einer Kombination einer herkömmlichen Motorbremsung mit
Motorzubehörlast und Betätigung der Eingangswellenbremse
38 erhöht werden.
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Typischerweise werden Eingangswellenbremsen zum
Verlangsamen der Eingangswelle eines Getriebes verwendet,
wenn die Reibungshauptkupplung ausgekuppelt ist. Somit
sind die konventionellen Eingangswellenbremsen dazu
bestimmt, ein begrenztes Trägheitsmoment abzubremsen.
Deshalb kann die erfindungsgemäße Nutzung der
Eingangswellenbremse 38 eine hochleistungsfähige Eingangswellenbremse
erfordern. Dies ermöglicht es, die Eingangswellenbremse an
das Trägheitsmoment, das durch den Motor 12, die
Kurbelwelle 22 und die Reibungshauptkupplung 18 erzeugt wird,
anzupassen, so dass die Eingangswellenbremse 38 bei immer
noch eingekuppelter Reibungshauptkupplung 18 betätigt
werden kann.
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Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das das
erfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung der Schaltzeit
veranschaulicht. Im Schritt 80 sammelt die ECU Informationen
von verschiedenen Sensoren und Aktoren des Systems und
erhält Werte für ES, IS, OS sowie einen Grenzwert der
Leistung der Motorbremse. Wenn von dem Fahrzeugführer ein
Hochschalten angefordert wurde oder durch die ECU
angezeigt wird, weist Schritt 82 die Verarbeitung an, mit dem
Schritt 84 fortzufahren. Ansonsten führt das Verfahren
über eine Schleife zurück zum Schritt 80.
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Wie außerdem in Fig. 3 gezeigt, beinhaltet Schritt
84 das Ausrücken des aktuellen Gangs und die Auswahl eines
geeigneten Zielgangs. Sobald der aktuelle Gang ausgerückt
ist, befindet sich das Getriebe in einem
Getriebeleerlaufzustand. Wenn im Schritt 86 ermittelt wird, dass sich Es
oberhalb eines Leerlaufreferenzwertes befindet, wird im
Schritt 88 ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die
Motordrehzahl innerhalb des Synchronfensters liegt.
Andernfalls werden, wenn Es unterhalb der Leerlaufdrehzahl
liegt, durch den Schritt 98 alternative
Steuerungsstrategien in Gang gesetzt, die die oben beschriebenen
Möglichkeiten enthalten. Wenn eine innerhalb des Synchronfensters
liegende Drehzahl nicht erreicht worden ist, wird, wie
durch den Schritt 94 angedeutet wird, ein verlangsamendes
Drehmoment ausgeübt. Dieses kann die Betätigung einer
Kompressions-Motorbremse, die Vergrößerung der
Motorzubehörlast oder eine Kombination von diesen beinhalten, wie
vorstehend beschrieben ist.
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Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 3 wird im Schritt
96 die Annäherungsgeschwindigkeit zwischen Es und der
Synchrondrehzahl überprüft. Wenn die
Annäherungsgeschwindigkeit für die aktuellen Betriebsbedingungen
zufriedenstellend ist, fährt das Verfahren mit dem Schritt 86 fort.
Andernfalls werden alternative Steuerungsstrategien durch
den Schritt 98 durchgeführt. Sobald das
Synchrondrehzahlfenster erreicht wird, was in dem Schritt 88 erfasst wird,
wird in dem Schritt 90 das verlangsamende Drehmoment
beseitigt und in dem Schritt 92 wird der Zielgang
eingerückt, so dass der Hochschaltvorgang beendet ist.