DE69521763T2

DE69521763T2 - Halbautomatisches, mechanisches Getriebe mit selbsttätiger, gezwungener Gangschaltung

Info

Publication number: DE69521763T2
Application number: DE69521763T
Authority: DE
Inventors: Ian R.J. Bates; Michael Daly; Paul M. Fowler
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2015-11-03
Also published as: ATE203310T1; EP0711678B1; JPH08233087A; EP0711678A3; US5592851A; EP0711678A2; DE69521763D1; GB9422850D0; ES2160676T3

Description

Hintergrund der Erfindung

In Beziehung stehende Anmeldungen

Diese Anmeldung steht in Beziehung mit dem veröffentlichten Europäischen Patent EP-A-0 585 020 mit dem Titel STARTGANGVERHÄLTNIS-STEUERSYSTEM UND -VERFAHREN.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem und -verfahren für ein automatisiertes mechanisches Getriebesystem einschließlich eines manuell betätigten Schaltwahlhebels, zum zumindest teilweise automatischen Steuern der Änderung oder des Schaltens von Getriebegangverhältnissen bei einem Fahrzeug, während dem Fahrzeugfahrer oder -bediener ein gewisses Restmaß an Kontrolle belassen wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuersystem und -verfahren für die zumindest teilweise automatische Steuerung eines mechanischen Wechselganggetriebesystems mit einer Betriebsart zum zumindest teilweise automatischen Ausführen erlaubter, vom Fahrer ausgewählter Getriebeverhältniswechsel bzw. -schaltvorgänge. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System und ein Verfahren zum Steuern eines zumindest teilweise automatisierten mechanischen Getriebesystems mit einer Betriebsart, in der ein automatischer Schaltvorgang aus einem derzeit in Eingriff befindlichen Verhältnis (GRc) in ein Ziel-Gangverhältnis (GKr) eine manuelle Auswahl durch den Bediener erfordert und ferner Mittel umfaßt zum Abfühlen vorbestimmter Übersteuerbedingungen (override), was ein erzwungenes automatisches Schalten des Getriebes ergibt. Beispielsweise können solche Übersteuerbedingungen umfassen, daß die Motordrehzahl (Es) geringer ist als ein minimaler Bezugswert (ESMIN), daß die Motordrehzahl einen maximalen Bezugswert (ESMAX) übersteigt, und/oder Betrieb in der Wiederaufnahmebetriebsart ("recovery mode") einer Fahrsteuerung (cruise control).

Beschreibung des Standes der Technik

Vollständig automatisierte mechanische Getriebesysteme, die typischerweise assoziiert sind mit Schwerlastfahrzeugen, wie beispielsweise Schwerlastkraftwagen und/oder Bussen, die Drosselpositionen, Fahrzeuggeschwindigkeiten, Motordrehzahlen und ähnliches abfühlen und automatisch das Fahrzeuggetriebe in Übereinstimmung damit schalten, sind im Stand der Technik bekannt. Solche automatisierten mechanischen Getriebesysteme umfassen typischerweise ein mechanisches Mehrganggetriebe, das durch einen Verbrennungsmotor über eine nicht-positive Kupplung angetrieben wird, und verwenden elektronische, hydraulische und/oder pneumatische Logik und Betätiger, um mechanische (d. h. positive) Kupplungen in Eingriff und außer Eingriff zu bringen, um ein gewünschtes Gangverhältnis zu erreichen. Beispiele solcher Getriebe sind ersichtlich bei Bezugnahme auf US-Patente Nr. 3,961,546; 4,081,065; 4,361,060; 5,050,079 und 5,109,729.
DE-A-37 35 184 offenbart ein Steuersystem für ein halbautomatisches Gangwechselsystem, bei dem die Gangwechsel befohlen bzw. angeordnet werden anhand eines manuell eingegebenen Pulssignals. Beim Empfang des Befehlspulssignals überprüft das Steuersystem, ob die Motordrehzahl aus einem gewissen vorbestimmten Wertebereich herausfällt, und wenn sie oberhalb eines vorbestimmten Werts ist, wird ein Hochschalten befohlen und wenn sie unterhalb eines gewissen Werts ist, wird ein Herunterschalten befohlen.
EP-A-0 270 194 offenbart ein automatisches Motor- und Getriebesteuersystem, bei dem das ausgewählte Verhältnis eines Mehrganggetriebesystems manuell oder automatisch ausgewählt wird. Ein Gangschalthebel wird für manuelle Befehle verwendet, und ein Betriebsartschalter wird verwendet zum Ändern zwischen manuellen und automatischen Auswahlbetriebsarten. Ein Geschwindigkeitshebel ist vorgesehen, um entweder die Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit auszuwählen, wobei im ersteren Fall die Motordrehzahl gesteuert wird, so daß sie innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleibt, und wobei im letzteren Fall der Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich gesteuert wird auf bekannte Weise einer Fahrsteuerung (cruise control). Bei der Fahrzeuggeschwindigkeitsbetriebsart wird das Getriebe- bzw. Gangverhältnis von der Steuereinrichtung ausgewählt und gesteuert.
EP-A-0 467 773 beschreibt ein Getriebe mit manuellen und automatischen Betriebsarten. In der manuellen oder Halte-Betriebsart sieht das System die Möglichkeit eines automatischen Schutzsystems vor, das nur ein einziges Hoch- oder Herunterschalten gestattet, und zwar abhängig nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Es ist bekannt, eine halbautomatische mechanische Getriebesteuerung vorzusehen, bei der ein automatischer Wechsel zwischen einer Vielzahl von Gangverhältnissen vorgesehen ist, während normalerweise dem Fahrer gestattet wird zu wählen, wann ein bestimmter Gangwechsel durchgeführt werden soll und ob ein unmittelbar darauffolgender höherer oder niedrigerer Gang ausgewählt wird oder ob einer oder mehrere Gänge übersprungen werden können. Ferner verhindert das halbautomatische Steuersystem den Eingriff eines vom Fahrer ausgewählten höheren Ganges (d. h. ein Hochschalten), das zur Folge hätte, daß die Motordrehzahl unter die Leerlaufdrehzahl sinkt (d. h. ein Abwürgen bzw. Stehenbleiben und/oder untertouriges Drehen des Motors verursachen würde) und das Schalten in einen niedrigeren Gang (d. h. ein Herunterschalten) verhindern würde, wenn eine solche Änderung ein Überdrehen des Motors zur Folge hätte. Beispiele solcher halbautomatischer Getriebesteuerungen sind ersichtlich bei Bezug auf die US-Patente Nr. 4,648,290; 4,800,360; 4,930,081; 4,930,078, sowie auf die oben genannte veröffentlichte Europäische Patentanmeldung Nr. 0 585 020.
In ähnlicher Weise ist bekannt, teilweise oder vollautomatische mechanische Getriebesysteme vorzusehen mit einer "Halte"- oder "H"-Betriebsart, bei der das Getriebe in seinem derzeit in Eingriff stehenden Verhältnis bzw. Gang gehalten wird, wobei ein Schalten aus diesem Gang eine manuelle Auswahl durch den Bediener mit einem Hoch/Herunter- Auswahlhebel erfordert. Beispiele dieser Arten von Getriebesystemen sind ersichtlich bei Bezug auf die US-Patente Nr. 4,690,008; 5,274,553 und 5,323,669 sowie auf das Europäische Patent Nr. 602685.
Die genannten Betriebsarten waren nicht vollständig zufriedenstellend, da unter gewissen Fahrzeugbetriebsbedingungen unerwünscht war, daß gestattet wurde, daß das Getriebe in dem derzeit in Eingriff stehenden Verhältnis bzw. Gang bleibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden oder minimiert durch das Vorsehen eines Steuersystems und -verfahrens für Getriebe, die in einer Betriebsart arbeiten, welche eine manuelle Auswahl eines automatischen Schaltvorgangs erfordert, wobei unter gewissen vorbestimmten Betriebsbedingungen Schaltvorgänge aus dem derzeit in Eingriff stehenden Verhältnis bzw. Gang automatisch eingeleitet und implementiert bzw. ausgeführt werden.
Es wurde herausgefunden, daß in Situationen, in denen das Fahrzeug in der "Halte"-Betriebsart betrieben wird und die Motordrehzahl sich aus einem akzeptablen Bereich heraus bewegt und/oder wenn in einer Fahrsteuerbetriebsart (cruise control-Betriebsart) eine ausgewählte höhere Geschwindigkeit wiederaufgenommen wird, unerwünschter Fahrzeugbetrieb vermieden wird durch erzwungene automatische Schalteinleitung und -implementierung bzw. -ausführung.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Steuersystem/-verfahren vorzusehen für zumindest teilweise automatische mechanische Getriebesysteme, die in der "Hafte"- Betriebsart arbeiten, wobei das System bzw. das Verfahren beim Abfühlen vor bestimmte Bedingungen automatische Schalteinleitung und -ausführung erzwingt.
Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines automatisierten mechanischen Fahrzeuggetriebesystems, das die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines automatischen Schaltsystems mit einer Halte-Betriebsart für ein mechanisches Getriebesystem, das die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet.
Fig. 2A ist ein Aufriß der Fahrersteuerung für das Automatikgetriebesystem von Fig. 2.
Fig. 3, 3A und 3B sind schematische Darstellungen eines alternativen halbautomatischen mechanischen Getriebesystems, das die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet.
Fig. 4 ist ein schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung im Format eines Flußdiagramms.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

In der folgenden Beschreibung wird eine gewisse Terminologie nur aus Gründen der einfacheren Bezugnahme verwendet und soll nicht beschränkend sein. Der Ausdruck "Verbundgetriebe" wird verwendet zur Bezeichnung eines Gangwechselgetriebes mit einem Hauptgetriebeabschnitt für mehrere Vorwärtsgänge und einem Hilfsgetriebeabschnitt mit mehreren Gängen bzw. Bereichen, wobei die Abschnitte in Reihe bzw. hintereinander verbunden sind, wodurch das ausgewählte Untersetzungsverhältnis im Hauptgetriebeabschnitt verbunden werden kann mit einer weiteren ausgewählten Untersetzung im Hilfsgetriebeabschnitt.
"Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Worte ähnlichen Inhalts sollen eine Kupplungsanordnung bezeichnen, die verwendet wird, um ein ausgewähltes Zahnrad in nicht-drehbarerweise an eine Welle zu koppeln mittels einer positiven Kupplung, bei der ein versuchter Eingriff der Kupplung verhindert wird, bis die Glieder der Kupplung in im wesentlichen synchroner Drehung sind und Reibungsmittel mit relativ großer Kapazität zusammen mit den Kupplungsgliedern verwendet werden und ausreichend sind, um bei Einleitung eines Kupplungseingriffs zu bewirken, daß die Kupplungsglieder und alle zusammen damit drehenden Glieder mit im wesentlichen synchroner Drehzahl drehen.
Der Ausdruck "Hochschalten", wie er hierin verwendet wird, soll das Schalten aus einem niedrigeren Gangverhältnis in ein höheres Gangverhältnis bedeuten. Der Ausdruck "Herunterschalten", wie er hierin verwendet wird, soll ein Schalten aus einem höheren Gangverhältnis in ein niedrigeres Gangverhältnis bedeuten. Die Ausdrücke "niedriger Gang" und/oder "erster Gang", wie sie hierin verwendet werden, sollen das Gangverhältnis bezeichnen, das für den Betrieb im niedrigsten Vorwärtsgang in einem Getriebe oder Getriebeabschnitt verwendet wird (d. h. derjenige Satz von Zahnrädern mit dem höchsten Untersetzungsverhältnis bezüglich der Eingangswelle des Getriebes).
Der Ausdruck "automatische Schalteinleitung" soll gelten für die Einleitung von vollautomatischen Schaltvorgängen gemäß den oben genannten US-Patenten Nr. 4,361,060 und 5,109,721 sowie für eine automatische Vorauswahl eines Schaltvorgangs und/oder die Ausgabe eines Schaltbefehls gemäß der US-Patente 5,053,961 und 5,053,962. Eine automatische Schalteinleitung erfordert keine manuelle Einleitung durch einen Fahrzeugbediener.
Signale als Anzeige der Motordrehzahl umfassen Signale von Motordrehzahlsensoren, Signale von Eingangswellendrehzahlsensoren und Signale wie beispielsweise Ausgangswellen und Gangverhältnissignale, die verwendet werden können zum Berechnen (ES=IS=OS*GR) und/oder Schätzen der Motordrehzahl.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Bereichsgruppen- bzw. -verbundgetriebe 10 dargestellt, und zwar von dem Typ, der teilweise automatisiert ist durch das halbautomatische mechanische Getriebesystem der vorliegenden Erfindung. Das Verbundgetriebe 10 weist einen Hauptgetriebeabschnitt 12 mit mehreren Gängen auf, und zwar in Reihe verbunden mit einem Bereichshilfsabschnitt 14. Das Getriebe 10 ist in einem Gehäuse H aufgenommen und umfaßt eine Eingangswelle 16, die von einem Primärbeweger angetrieben wird, wie beispielsweise durch einen Dieselmotor E über eine selektiv ausgerückte, normalerweise in Eingriff stehende Reibungshauptkupplung C mit einem Eingangs- oder Antriebsteil 18, der antriebsmäßig mit der Motorkurbelwelle 20 verbunden ist, sowie mit einem angetriebenen Teil 22, der drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 verbunden ist.
Der Motor E ist brennstoffdrosselgesteuert durch eine manuell oder automatisch gesteuerte Drosseleinrichtung (nicht gezeigt) und die Hauptkupplung C ist manuell gesteuert durch ein Kupplungspedal (nicht gezeigt) oder automatisch gesteuert durch einen Kupplungsbetätiger oder ähnliches. Eine Eingangswellenbremse B, die normalerweise betätigt wird bei Überbetätigung des Kupplungspedals, ist vorzugsweise vorgesehen um ein schnelleres Hochschalten vorzusehen, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
Getriebe ähnlich dem mechanischen Verbundgetriebe 10 sind im Stand der Technik bekannt und sind ersichtlich bei Bezug auf die US-Patente Nr. 3,105,395; 3,283,613; 4,735,109 und 4,754,665. Ein Sensor 11 kann vorgesehen sein zum Abfühlen der Drehzahl des Motors und zum Liefern eines Signals als Anzeige dafür.
Im Hauptgetriebeabschnitt 12 trägt eine Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24 zum gleichzeitigen Antrieb einer Vielzahl von im wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen 26 und 26A mit im wesentlichen identischen Drehgeschwindigkeiten. Die zwei im wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle 28 vorgesehen, die im wesentlichen koaxial mit der Eingangswelle 16 angeordnet ist, Jede der Vorgelegewellenanordnungen weist eine Vorgelegewelle 30 auf, die von Lagern 32 und 34 im Gehäuse H getragen wird, wobei das Gehäuse H nur teilweise schematisch dargestellt ist. Jede der Vorgelegewellen ist mit einer identischen Gruppe von Vorgelegewellenzahnrädern 38, 40, 42, 44, 46 und 48 versehen, die zur Drehung damit festgelegt sind. Eine Vielzahl von Hauptwellenzahnrädern 50, 52, 54, 56 und 58 umgeben die Hauptwelle 28 und sind jeweils einzeln selektiv an die Hauptwelle 28 kuppelbar zur Drehung damit durch Verschieben von Kupplungskrägen 60, 62 und 64, wie es in der Technik bekannt ist. Der Kupplungskragen 60 kann auch verwendet werden zum Kuppeln des Eingangszahnrads 24 an die Hauptwelle 28, um eine Direktantriebsbeziehung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptweile 28 vorzusehen.
Typischerweise werden die Kupplungskrägen 60, 62 und 64 axial positioniert mittels Schaltgabeln, die mit der Schaltgehäuseanordnung 70 assoziiert sind, wie in der Technik bekannt ist. Die Kupplungskrägen 60, 62 und 64 können von der bekannten Art sein der nicht-synchronisierten, doppelt wirkenden Klauenkupplung.
Das Schaltgehäuse oder der Betätiger 70 kann betätigt werden durch elektrische Motoren oder durch Druckströmungsmittel, wie beispielsweise Druckluft, und ist von der Art, die automatisch steuerbar ist durch eine Steuereinheit, wie bei Bezug auf die US-Patente Nr. 4,445,393; 4,555,959; 4,361,060; 4,676,1 15; 4,873,881 und 4,899,607 ersichtlich ist.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist der Rückwärtsgang und steht in ständigem ineinandergreifendem Eingriff mit Vorgelegewellenzahnrädern 48 mittels herkömmlicher, dazwischen liegender Laufzahnräder (nicht gezeigt). Es sei auch bemerkt, daß, während der Hauptgetriebeabschnitt 12 fünf auswählbare Vorwärtsgänge vorsieht, der niedrigste Vorwärtsgang, nämlich derjenige, der durch antriebsmäßiges Verbinden des Hauptwellenantriebszahnrads 56 mit der Hauptwelle 28 vorgesehen ist, häufig eine so hohe Untersetzung besitzt, daß er als niedriger oder "Kriech"-Gang betrachtet wird, der nur zum Starten eines Fahrzeugs bzw. zum Anfahren unter erschwerten Bedingungen verwendet wird und normalerweise im hohen Getriebebereich nicht verwendet wird. Während der Hauptgetriebeabschnitt 12 fünf Vorwärtsgänge vorsieht, wird er demgemäß normalerweise als "vier plus eins"-Hauptabschnitt bezeichnet, da nur vier der Vorwärtsgänge mit dem zusammen damit verwendeten Hilfsgetriebeabschnitt 14 verbunden bzw. gruppiert werden. Ähnliche Getriebe sehen 9, 10, 13, 16 oder 18 Vorwärtsgänge vor, wie bei Bezug auf die US-Patente Nr. 4,754,665 und 4,974,468 ersichtlich ist.
Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind Drei-Positions-Kupplungen, indem sie positioniert werden können in der gezeigten zentrierten Nichteingriffsposition oder, anhand des Betätigers 70, in einer vollständig nach rechts in Eingriff gebrachten oder vollständig nach links in Eingriff gebrachten Position. Es ist bekannt, daß zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine der Kupplungen 60, 62 und 64 in Eingriff stehen kann, und Hauptabschnittsverriegelungsmittel (nicht gezeigt) sind vorgesehen, um die anderen Kupplungen im Neutralzustand zu verriegeln.
Der Hilfsgetriebeabschnitt 14 umfaßt zwei im wesentlichen identische Hilfsvorgelegewellenanordnungen 74 und 74A, die jeweils eine Hilfsvorgelegewelle 76 aufweisen, welche von Lagern 78 und 80 im Gehäuse H getragen wird und zwei Hilfsabschnittsvorgelegewellenzahnräder 82 und 84 zur gemeinsamen Drehung damit tragen. Die Hilfsvorgelegewellenzahnräder 82 stehen in ständigem ineinandergreifendem Eingriff mit einem Bereichs-/Ausgangszahnrad 86 und tragen dieses, während die Hilfsvorgelegewellenzahnräder 84 in ständigem ineinandergreifendem Eingriff mit dem Ausgangszahnrad 88 stehen, das mit der Getriebeausgangswelle 90 verbindbar ist.
Eine synchronisierte Klauenkupplungsanordnung 92 mit zwei Positionen, die axial positioniert ist mittels einer Schaltgabel (nicht gezeigt) und der Bereichsabschnittschaltbetätigeranordnung 96, ist vorgesehen zum Kuppeln von entweder dem Zahnrad 86 an die Hauptwelle 28 für einen Niedrigbereichsbetrieb oder dem Zahnrad 88 an die Hauptwelle 28 für direkten oder Hochbereichsbetrieb der Verbundkupplung 10.
Der Bereichswahlbetätiger 96 kann von der Bauart sein, die in den US- Patenten Nr. 3,648,546; 4,440,037 und 4,614,126 gezeigt ist.
Obwohl der Bereichshilfsabschnitt 14 als Zweigangabschnitt gezeigt ist unter Verwendung einer Stirn- oder Schraubenzahnradanordnung, ist verständlich, daß die vorliegende Erfindung auch anwendbar ist auf einfache Getriebe und Verbundgetriebe unter Verwendung von Gruppen- bzw. Splitter- oder kombinierten Splitter-/Bereichshilfsabschnitten mit drei oder mehr auswählbaren Bereichs- oder Splitterverhältnissen und/oder unter Verwendung einer Planetengetriebeanordnung. Auch kann eine oder mehrere der Kupplungen 60, 62 oder 64 von der Bauart einer synchronisierten Klauenkupplung sein und die Getriebeabschnitte 12 und/oder 14 können von der Bauart mit einer einzigen Vorgelegewelle sein. Ferner ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar auf Automatikgetriebe unter Verwendung von Reibkupplungen zum Eingriff der ausgewählten Gänge bzw. Gangverhältnisse.
Das Steuersystem 104 für halbautomatische Schaltausführung für ein mechanisches Getriebesystem der vorliegenden Erfindung ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Das Steuersystem 104 umfaßt zusätzlich zu dem oben beschriebenen mechanischen Getriebesystem 10 eine elektronische Steuereinheit (ECU) 106, vorzugsweise auf Mikroprozessorbasis, zum Empfang von Eingabesignalen von dem Motordrehzahlsensor 11, dem Eingangswellendrehzahlsensor 98, von dem Ausgangswellendrehzahlsensor 100 (oder, alternativ dazu, von dem Hauptwellendrehzahlsensor 102) und von der Fahrersteuerkonsole 108. Die ECU 106 kann auch Eingaben empfangen von einem Hilfsabschnittspositionssensor 110. Die ECU 106 kann mit dem Motor E kommunizieren mittels eines elektronischen Datenbus', beispielsweise entsprechend den Protokollen SAE J 1922 oder J 1939.
Die ECU ist wirksam zur Verarbeitung der Eingaben in Übereinstimmung mit vorbestimmten Logikregeln, um Befehlsausgabesignale an einen Getriebebetätiger bzw. -operator, wie beispielsweise eine Elektromagnetsammelleitung 112, auszugeben, der den Hauptabschnittsbetätiger 70 und den Hilfsabschnittsbetätiger 96 steuert, sowie an die Fahrersteuerkonsole 108. Derartige ECUs sind in der Technik bekannt, wie bei Bezugnahme auf US-Patent Nr. 4,595,686 ersichtlich ist.
Die Fahrersteuer- und -anzeigekonsole gestattet dem Bediener, eine manuelle oder Halte-Betriebsart auszuwählen zum manuellen Auswählen eines Schaltvorgangs in einer gegebenen Richtung (d. h. Hochschalten oder Herunterschalten) oder aus dem derzeit in Eingriff stehenden Gang in den Leerlauf (Neutral), oder eine halbautomatische Vorwahlbetriebsart auszuwählen, und sieht vorzugsweise eine Anzeige 230 vor zur Information des Bedieners hinsichtlich der aktuellen Betriebsart (automatische oder manuelle Schaltvorwahl) der aktuellen Getriebebetriebsbedingung (Vorwärts, Rückwärts oder Neutral) und hinsichtlich jedes Schaltvorgangs (Hochschalten, Herunterschalten oder in Leerlauf (Neutral) schalten), die vorgewählt, aber noch nicht ausgeführt worden sind.
Die Steuerkonsole 210 ist in Fig. 2A gezeigt. Kurz gesagt wird ein Betriebsartwahlschalter 210 verwendet zur Auswahl von Rückwärts (R) 212, Neutral (N) 214, Fahren bzw. Drive (Automatik) (D) 216, Halten (Manuell) (H) 218 und Niedrig (L) 220. Der Betriebsartwahlschalter umfaßt einen Handgriff 222 mit einem Rückwärtsverriegelungslöseknopf 224 und Auswahlknöpfen zum Hochschalten 226 und zum Herunterschalten 228. Andere Arten von Steuerungen, wie beispielsweise Steuerungen, die Druckknöpfe und/oder Joysticks verwenden, können auch verwendet werden.
Um einen ausgewählten Schaltvorgang auszuführen, wird die Sammelleitung 112 vorgewählt um zu bewirken, daß der Betätiger 70 vorgespannt ist zum Schalten des Hauptgetriebeabschnitts 12 in Neutral. Dies wird erreicht, indem der Bediener eine Drehmomentunterbrechung oder -umkehr bewirkt durch manuelles momentanes Erhöhen und/oder Vermindern der Brennstoffversorgung an dem Motor und/oder durch manuelles Ausrücken der Hauptkupplung C. Wenn das Getriebe in Neutral geschaltet wird, wird die Neutralstellung von der ECU bestätigt (Neutral wird abgefühlt für eine Zeitperiode von beispielsweise 1,5 Sekunden). Wenn der ausgewählte Schaltvorgang ein zusammengesetzter bzw. Verbundschaltvorgang ist (d. h. ein Schaltvorgang von sowohl dem Hauptabschnitt 12 als auch dem Bereichsabschnitt 14, wie beispielsweise ein Schaltvorgang aus dem vierten in den fünften Gang gemäß Fig. 1), wird die ECU Befehlsausgabesignale an die Sammelleitung 12 ausgeben, um zu bewirken, daß der Hilfsabschnittsbetätiger 96 den Bereichsschaltvorgang durchführt, nachdem Leerlauf bzw. Neutral im vorderen Getriebe abgefühlt wurde.
Wenn der Bereichshilfsabschnitt im richtigen Gangverhältnis in Eingriff steht, wird die ECU einen Freigabebereich oder ein Band von Eingangswellendrehzahlen berechnen oder auf andere Weise bestimmen und fortgesetzt aktualisieren, und zwar basierend auf der abgefühlten Ausgangswellendrehzahl (Fahrzeuggeschwindigkeit) und dem Verhältnis, in das geschaltet werden soll, was einen ausreichend synchronen Eingriff des Gangs ergibt, in den geschaltet werden soll. Wenn der Bediener oder eine Steuereinheit durch Gaspedal- bzw. Brennstoffbetätigung und/oder die Verwendung der Eingangswellenbremse bewirkt, daß die Eingangsweflendrehzahl in den akzeptablen Bereich fällt, wird die ECU 106 Befehlsausgabesignale an die Sammelleitung 112 ausgeben, um zu bewirken, daß der Betätiger 70 den in Eingriff zu bringenden Hauptabschnittsgang in Eingriff bringt.
In den Steueralgorithmen hängt die Ausgabe von Befehlsausgabesignalen für den Eingriff eines Zielgangs davon ab, daß das Getriebe (d. h. die Eingangswelle) manuell in die Nähe eines ausreichend synchronen Punktes gebracht wird. Dieser synchrone Punkt ist üblicherweise ein Bereich von Umdrehungen (Fehlerband), der um eine Umdrehungszahl mit einem Fehler von Null herum zentriert ist (d. h. wenn die Eingangswellendrehzahl gleich dem Produkt der Ausgangswellendrehzahl mal dem numerischen Wert des Zielgangverhältnisses ist, IS=OS*GRT). Wenn die Steuerelektronik abfühlt, daß die Eingangswellendrehzahl in das Fehlerband fällt, wird es den Elektromagneten der Sammelleitung 112 betätigen, welcher bewirken wird, daß der Zielgang in Eingriff kommt. Die Fehlerbänder werden ausgewählt, um die beste Schaltqualität für jedes Gangverhältnis zu geben. Diese Fehlerbänder werden üblicherweise in Software in Form von Tabellen gespeichert, die indiziert sind als eine Funktion des Zielgangs. Wenn diese Tabellen aufgestellt werden für die beste Schaltqualität, müssen die Bänder klein gemacht werden, um ein Schlagen oder Krachen ("clunking") zu minimieren, wenn der Zielgang eingelegt wird. Bei kleinen Fehlerbändern ist es schwieriger für den Fahrer, das Getriebe auf den korrekten synchronen Punkt zu bringen, und er könnte ihn überhaupt verfehlen und in der Neutralstellung verbleiben.
Das oben genannte US-Patent Nr. 5,063,511 hat einen Algorithmus zur Erholung von einem verfehlten Schaltvorgang vorgesehen, welcher auf einen zweiten Satz von Tabellen zugreift, und zwar eine kurze Zeit nachdem die Neutralstellung abgefühlt wurde (1 Sekunde). Bei einem normalen Schaftvorgang ist eine Sekunde reichlich Zeit für den Fahrer, um das Getriebe auf den synchronen Punkt gebracht zu haben. Wenn der Neutralzustand für mehr als die erlaubte Zeit bestand, werden die Algorithmen annehmen, daß der Fahrer den Schaltvorgang verpaßt hat und werden den neuen Satz von Tabellen aufrufen. Dieser zweite Satz von Tabellen wird die Fehlerbänder erweitern bzw. öffnen, um einen härteren Schaltvorgang zu gestatten, was die Wahrscheinlichkeit verbessert, daß die Anstrengungen des Fahrers einen Eingriff des Zielgangs ergeben, anstatt daß der Neutralzustand beibehalten wird.
In der automatischen Vorwählbetriebsart, die ausgewählt wird durch Bewegen des Auswahlhebels 210 in die "D"-Position wird die ECU basierend auf gespeicherten Logikregeln, dem derzeitigen Gangverhältnis (das aufgrund der Position abgefühlt werden kann und/oder berechnet werden kann durch Vergleichen der Drehzahlen von Eingangswelle und Ausgangswelle) und der Ausgangswellendrehzahl bestimmen, ob ein Hochschalten oder ein Herunterschalten erforderlich ist, und wird eine entsprechende Auswahl treffen.
In der "Halte"-Betriebsart, die ausgewählt wird durch Bewegen des Wahlhebels 210 in die "H"-Position, wird die ECU normalerweise keine Schaltvorgänge einleiten aus dem derzeit in Eingriff stehenden Gang, außer daß Hochschalt- oder Herunterschaltvorgänge von dem Bediener manuell angefordert werden unter Verwendung der Auswahlknöpfe für Hochschalten 226 und Herunterschalten 228.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dem in den Fig. 1, 2 und 2A gezeigten teilweise automatisierten mechanischen Getriebesystem beschrieben wird, ist sie auch auf andere Arten von mindestens teilweise automatisierten mechanischen Getriebesystemen anwendbar, beispielsweise auf die Systeme, die in den oben genannten US-Patenten Nr. 4,361,060; 4,648,290; 4,690,002 und 4,930,078 und der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung Nr. 0.585 020 dargestellt sind.
Die Fig. 3, 3A und 3B zeigen ein halbautomatisches mechanisches Getriebesystem 310, das ein Gangwechselgetriebe 312 mit einer Ausgangswelle 320 verwendet, einen Motor 314 und eine Hauptreibkupplung 316. Zum schnelleren Schalten kann eine Motorbremse 317 und/oder eine Eingangswellenbremse 318 vorgesehen sein. Diese Antriebsstrangkomponenten werden betätigt und/oder überwacht durch eine Brennstoffsteuereinrichtung 326, einen Motordrehzahlsensor 328, einen Kupplungsbediener bzw. -operator 330, einen Eingangswellendrehzahlsensor 323, einen Getriebebediener bzw. -operator und Positionssensor 334 und einen Ausgangswellendrehzahlsensor 336. Diese Betätiger und Sensoren empfangen Befehlssignale von der Systemsteuereinrichtung 342 und/oder liefern Eingangssignale dorthin.
Die Steuereinrichtung oder ECU 342 empfängt auch Signale von einem Drosselpositionssensor 322 zum Abfühlen der Position des Drossel- bzw. Gaspedals 324, einem Bremssensor 304 und einem Schaltauswahlhebel 301. Die Steuereinrichtung sendet vorzugsweise Befehlsignale an eine Anzeige 302 aus. Ein manuelles Kupplungspedal 303 kann auch vorgesehen werden für einen Start-Aus-Stopp-Betrieb.
Systeme ähnlich zu dem System 310 sind in größerer Einzelheit ersichtlich bei Bezug auf das oben genannte US-Patent Nr. 4,648,290.
Der Auswahlhebel 301 und die Anzeige 302 sind bei Bezug auf die Fig. 3A und 3B ersichtlich. Kurz gesagt kann der Auswahlhebel 301 ein oder mehrere Male aus seiner mittigen oder "Halte"-Position entweder in die Hochschalt- oder Herunterschaltrichtung bewegt werden, um einzelne Schaltvorgänge oder mehrere bzw. Übersprungsschaltvorgänge aus dem derzeit in Eingriff stehenden Gang bzw. Gangverhältnis auszuwählen, welches im Abschnitt 302''' der Anzeige angezeigt ist, und zwar in einen erlaubten Zielgang. Die Abschnitte 302' und 302" der Anzeige zeigen die Anzahl der unter den aktuellen Fahrzeugsbetriebbedingungen erlaubten höheren bzw. niedrigeren Gänge an.
Für das System 310 und das in den Fig. 1, 2 und 2A gezeigte System, bleiben die Getriebe 10 bzw. 312, bei Betrieb in der Halte-Betriebsart ("H") und unter den vorher gültigen Logikregeln, in dem aktuell eingelegten Gang, solange von dem Bediener keine Schaltanforderung gegeben wird unter Verwendung eines manuellen Schaltauswahlhebels (d. h. dem Hebel 301 bzw. den Knöpfen 226 und 228).
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde bestimmt, daß es unter bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen zweckmäßig ist, das übliche manuelle Schalteinleitungserfordernis bei einer Halte-Betriebsart zu übersteuern und eine automatische Schalteinleitung und -durchführung zu erzwingen.
Ein Beispiel solcher Übersteuerbedingungen (override) ist, wenn fortgesetzter Fahrzeugbetrieb in dem aktuell eingelegten Gangverhältnis bewirken wird, daß die Motordrehzahl (Es) aus einem vorbestimmten Bereich herausfällt, der durch eine erlaubte maximale Motordrehzahl (ESMAX) und eine erlaubte minimale Motordrehzahl (ESMIN) definiert ist. Die Maximal- und Minimalwerte können eingestellt werden, um den Motor vor Abwürgen bzw. Stehenbleiben, untertourigem Drehen und/oder Überdrehen zu schützen, um Brennstoffwirtschaftlichkeit zu erreichen, um eine gewünschte Motorleistung zu erreichen oder aus irgendwelchen anderen Kriterien.
Ein weiteres Beispiel solcher Bedingungen ist der Betrieb bei der Wiederaufnahmebetriebsart einer Fahrsteuerung (cruise control). Es sei angenommen, daß der Bediener einen Fahrsteuerbetrieb bei 65 mph (105 km/h) ausgewählt hat, daß eine Halte-Betriebsart im zwölften Gang eines Getriebes mit 12 Vorwärtsgängen ausgewählt ist, daß der Bediener auf 25 mph (40 km/h) verlangsamt. und. dann "Wiederaufnahme" ("resume") auswählt, um zu seiner ausgewählten Geschwindigkeit zurückzukehren. Fortgesetzter Betrieb im zwölften Gang wird bewirken, daß der Motor abgewürgt wird oder untertourig fährt und wird eine nichtakzeptable Beschleunigung auf die ausgewählte Geschwindigkeit ergeben. Unter diesen Umständen ist es zweckmäßig, ein automatisches Herunterschalten in einen akzeptablen Gang, wahrscheinlich dem siebten oder achten Gang, zu erzwingen und dann die geeigneten Hochschaltvorgänge zu erzwingen, bis das Fahrzeug zum Betrieb bei 65 mph (105 km/h) im zwölften Gang zurückgekehrt ist.
Andere Beispiele von Betriebsbedingungen, in denen die Halte-Betriebsart übersteuert werden sollte und eine erzwungene Schaltvorgangseinleitung auftreten sollte, wie beispielsweise bei der Beibehaltung einer ausgewählten Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Fahrsteuerung (cruise control) bei Steigungen und Gefällen, sind möglich und fallen in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
Das Steuersystem/-verfahren der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 schematisch im Flußdiagrammformat dargestellt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines automatischen mechanischen Fahrzeugwechselgetriebesystems, welches folgendes aufweist:

einen brennstoffdrosselgesteuerten Motor (E), ein mechanisches Mehrfachwechselganggetriebe (10), eine manuell betätigte Schaltwählvorrichtung (226/228, 301), eine zentrale Verarbeitungseinheit (106) zum Empfang von Eingangsgrößen, welche die Fahrzeugbetriebsbedingungen anzeigen und zur Verarbeitung derselben entsprechend vorbestimmter Logikregeln, um Befehlsausgangssignale an nicht-manuell gesteuerte Operatoren bzw. Betätiger auszugeben einschließlich eines Getriebeoperators bzw. -betätigers (112), wobei das Getriebesystem in einer Haltebetriebsart betreibbar ist, in der das Getriebe in dem derzeit in Eingriff befindlichen Verhältnis (GRC) gehalten wird, bis eine Schaltung aus dem derzeit in Eingriff stehenden Verhältnis in ein Ziel- Gangverhältnis (GRT) manuell durch die erwähnte Wählvorrichtung eingeleitet wird, wobei,

wenn Betrieb in der erwähnten Haltebetriebsart erfolgt, hinsichtlich der Existenz eines vorbestimmten Übersteuer-(Override-)zustandes abgefühlt wird,

wobei beim Abfühlen des Vorhandenseins des Overridezustandes oder der Overridebedingung ein akzeptables Getriebe- oder Gangverhältnis (GRD) als eine Funktion der abgefühlten Betriebsbedingungen oder Zustände bestimmt wird und die erwähnte Haltebetriebart übersteuert (override) wird und eine automatische Einleitung eines direkten Schaltvorgangs aus dem derzeit in Eingriff befindlichen Gang bzw. Gangverhältnis in das akzeptable Gang- bzw. Getriebeverhältnis bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner zusätzlich folgendes vorgesehen ist: Vorbestimmen einer maximalen erwünschten Motordrehzahl (Solldrehzahl) (ESMAX), und wobei die Eingangsgrößen ein Signal als Anzeige für die aktuelle Motordrehzahl (Es) aufweisen, und wobei die Übersteuer-(Override-)bedingungen umfassen, daß die aktuelle Motordrehzahl die erwähnte maximale erwünschte Motordrehzahl übersteigt (ES > ESMAX).

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zusätzlich folgendes vorgesehen ist: Vorbestimmen einer minimalen erwünschten Motordrehzahl (ESMIN), und wobei die Eingangsgrößen ein Signal als Anzeige für die aktuelle Motordrehzahl (Es) aufweisen, und wobei die Übersteuer- (Override-)bedingungen umfassen, daß die aktuelle Motordrehzahl kleiner ist als die erwähnte minimale erwünschte Motordrehzahl (ES < ESMIN).

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zusätzlich folgendes vorgesehen ist: Vorbestimmen einer maximalen erwünschten Motordrehzahl (ESMAX) und wobei die Übersteuerbedingungen zusätzlich umfassen, daß die aktuelle Motordrehzahl die erwähnte maximale erwünschte Motordrehzahl übersteigt (Es > ESMAX).

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug mit einem Fahrsteuer- oder Cruise-Control-System ausgestattet ist mit einer auswählbaren Wiederaufnahmebetriebsart zum Bewirken, daß das Fahrzeug zu einer vorgewählte Straßengeschwindigkeit zurückkehrt und wobei die Übersteuer- oder Overridebedingungen den Betrieb dieses Fahrsteuersystems in der Wiederaufnahmebetriebsart davon umfassen.

6. System zum Steuern eines automatischen mechanischen Fahrzeugwechselganggetriebesystems, wobei folgendes vorgesehen ist:

ein brennstoffdrosselgesteuerter Motor (E), ein mechanisches Mehrfachwechselganggetriebe (10), eine manuell betätigte Schaltwählvorrichtung (226/228, 301), eine zentrale Verarbeitungseinheit (106) zum Empfang von Eingangsgrößen, welche eine Anzeige bilden für die Fahrzeugbetriebsbedingungen und zur Verarbeitung derselben gemäß vorbestimmter Logikregeln, um Befehlsausgangssignale an nicht-manuell gesteuerte Operatoren bzw. Betätiger einschließlich eines Getriebeoperators bzw. -betätigers (112) auszugeben, wobei das Getriebesystem in einer Haltebetriebsart betreibbar ist, wo das Getriebe in einem derzeit in Eingriff befindlichen Verhältnis (GRD) gehalten wird, bis manuell ein Schaltvorgang aus dem derzeit in Eingriff befindlichen Verhältnis in ein Zielgetriebeverhältnis (GRT) manuell durch die Verwendung der erwähnten Wählvorrichtung eingeleitet wird, wobei das System folgendes aufweist:

Mittel, die dann effektiv sind, wenn der Betrieb in der erwähnten Haltebetriebsart erfolgt, zum Abfühlen der Existenz eines vorbestimmten Übersteuer-(Override-)zustands und, auf das Abfühlen des Vorhandenseins eines Overridezustands hin, zum Bestimmen eines akzeptablen Gangverhältnisses (GRD) als eine Funktion der abgefühlten Betriebsbedingungen und zum Übersteuern der erwähnten Haltebetriebsart und zum Bewirken einer automatischen Einleitung eines direkten Schaltvorgangs aus dem derzeit in Eingriff befindlichen Verhältnis in das erwähnte akzeptable Gangverhältnis.

7. System nach Anspruch 6, wobei zusätzlich Mittel vorgesehen sind zur Vorherbestimmung einer maximal gewünschten (oder Soll-) Motordrehzahl (ESMAX) und wobei die Eingangsgrößen ein Signal aufweisen, welches eine Anzeige für die aktuelle Motordrehzahl (Es) bildet und wobei die Übersteuer- bzw. Overridebedingungen umfassen, daß die aktuelle Motordrehzahl die erwähnte maximal erwünschte Motordrehzahl übersteigt (ES > ESMAX).

8. System nach Anspruch 6, wobei zusätzlich Mittel zum Vorherbestimmen einer minimal erwünschten Motordrehzahl (ESMIN) vorgesehen sind und wobei die Eingangsgrößen ein Signal aufweisen, welches eine Anzeige für die aktuelle Motordrehzahl (Es) bildet, und wobei die Übersteuerbedingungen umfassen, daß die aktuelle Motordrehzahl kleiner ist als die erwähnte minimale erwünschte Motordrehzahl (ES < ESMIN).

9. System nach Anspruch 8, wobei zusätzlich Mittel zum Vorherbestimmen einer maximal erwünschten Motordrehzahl (ESMAX) vorgesehen sind und wobei die Übersteuerbedingungen zusätzlich aufweisen, daß die laufende Motordrehzahl die erwähnte maximale erwünschte Motordrehzahl übersteigt (ES > ESMAX).

10. System nach Anspruch 6, wobei das erwähnte Fahrzeug mit einem Fahrsteuer- bzw. Cruise-Control-System ausgestattet ist, welches eine auswählbare Wiederaufnahmebetriebsart aufweist, um zu bewirken, daß das Fahrzeug zu einer vorgewählten Straßengeschwindigkeit zurückkehrt, und wobei die Übersteuerbedingungen das Abfühlen des Betriebs des erwähnten Fahrsteuersystems in der Wiederaufnahmebetriebsart davon umfassen.