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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das von einer Steuereinrichtung unterstützte Schalten
von handgeschalteten Getrieben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf ein Steuersystem/-verfahren für ein handgeschaltenes Getriebe,
das in einer bevorzugten Ausführungsform
(I) die Absicht eines Bedieners eine Schaltung vorzunehmen erkennt
und automatisch das Antriebsstrangdrehmoment auf ein Minimum reduziert,
das die Drehmomentblockierung auf ein Minimum reduziert und eine
einfache Umschaltung in den Leerlauf ermöglicht; und (II) beim Feststellen
einer Schaltung in den Hauptgruppenleerlauf eine Zielgetriebegangstufe
erkennt, veranlasst, dass der Motor mit einer zum Einlegen der Zielgangstufe
synchronen Drehzahl umläuft
und ein Schalten aus dem Leerlauf heraus so lange verhindert/sperrt
bis im Wesentlichen Synchronbedingungen zum Einlegen der Zielgangstufe
erkannt werden.
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Mehr
im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Steuersystem/-verfahren
für ein
von einem Steuergerät
unterstütztes
handgeschaltetes Getriebe, das das Motordrehmoment und/oder die
Motordrehzahl automatisch so steuert, dass der Fahrer eine Zielgangstufe
vollständig
einlegen kann.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Handgeschaltete
Getriebesysteme mit Steuergerätunterstützung sind
im Stand der Technik bekannt. Typischerweise beinhalten solche Systeme Sensoren,
Aktuatoren (Stellglieder) und ein Steuergerät auf Mikroprozessorbasis und
unterstützen
eine Handschaltung automatisch in der Weise, dass sie die Absicht
eines Bedieners zum Schalten erkennen und eine Verringerung des
Antriebsstrangdrehmoments bewirken und/oder dass sie eine beabsichtigte Zielgangstufe
erkennen und Synchronbedingungen zum Einlegen der Zielgangstufe
herstellen. Solche Systeme mit Steuergerätunterstützung können aus den
US-PS 4,593,580 ; 4,850,236; 4,676,115; 5,582,558;
5,755,639; 5,735,771; 6,015,366 und der veröffentlichten britischen Patentanmeldung
GB 2,335, 010 A entnommen werden.
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Getriebesysteme,
die Steuerelemente und/oder Sensoren in dem jeweiligen Schaltknauf enthalten,
sind im Stand der Technik bekannt, wie aus den
US-PS 4,723,642 ; 5,228,361 und 5,957,001 zu
entnehmen ist.
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Die
US-PS 5,508,916 veranschaulicht
ein automatisiertes Getriebesystem, das beim Einlegen eines Getriebegangs
ein geringfügiges
Hin- und Herpendeln um den echten Synchronismus erzeugt, um ein
durch Drehmomentblockierungszustände
hervorgerufenes, nur teilweises Kupplungseinrücken zu minimieren oder zu
verhüten.
Zwei oder drei Zyklen einer an der einrückenden Klauenkupplung hervorgerufenen
Drehmomentumkehr werden als ausreichend betrachtet, um sicherzustellen,
dass die Klauenkupplung nicht in einer teilweise eingerückten Stellung
eine Drehmomentblockierung erfährt.
Alternativ kann das Pendeln („dithering") der Motordrehzahl, zumindest
teilweise, in Abhängigkeit
von Positionsfühlern
gesteuert sein, die ein teilweises Einrücken der Klauenkupplung anzeigen.
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Die
bekannten Systeme waren deshalb nicht vollständig zufriedenstellend, weil
sie zusätzliche Kosten
für das
Bereitstellen einzelner oder Lastsynchronisiereinrichtungen erforderlich
machten, in beträchtlichem
Maße zusätzliche
Sensoren und/oder Aktuatoren benötigten,
es notwendig machten, dass der Fahrer ein eigenes Signal einer Zielgangstufe
abgibt, sie keinen großen
Widerstand gegen ein Herausspringen des Schalthebels bei gleichzeitiger
Gewährleistung
hoher Schaltqualität
boten, die Schaltzeiten nicht minimierten, die Kraftstoffversorgung
des Motors nicht so steuerten, dass ein volles Einrücken der
Klauenkupplung mit Leichtigkeit erreicht wird und/oder nicht mit
hoher Zuverlässigkeit
ein nicht synchrones Schalten verhüteten oder verhinderten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie jeweils in den unabhängigen Patentansprüchen 1,
4, 8 und 11 definiert ist, werden die Nachteile des Standes der
Technik durch die Schaffung eines handgeschalteten Getriebesystems
mit Steuergerätunterstützung beseitigt,
das ein einfaches Ausrücken
einer augenblicklich eingelegten Gangstufe erlaubt, nicht synchrone
Schaltungen und ein Schalthebelherausspringen verhindert und Bedingungen
erzeugt, die ein einfaches vollständiges Einlegen von einer Zielgangstufe
zugeordneten Klauenkupplungen ermöglicht und all dieses mit einem,
im Vergleich zu früher vorgeschlagenen
Systemen mit Steuergeräteunterstützung, Minimum
zusätzlicher
Kosten.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
wird das Vorstehende dadurch erreicht, dass ein Unterstützungssystem
für ein
handgeschaltetes Getriebe, vorzugsweise ein Splitter-Compoundgetriebe
geschaffen wird, das durch einen elektronisch gesteuerten Motor
angetrieben ist, welcher mit einem elektronischen Datenlink nach
einem Industriestandard, wie einem SAEJ 1939 oder J 1922 Datenlink
kommuniziert. Das System ist mit Sensoren und einer Logik ausgerüstet, um
eine Schaltabsicht zu erkennen und eine Zielgangstufe zu identifizieren
und es steuert automatisch die Kraftstoffversorgung des Motors,
um das Antriebsstrangdrehmoment beim Ausrücken einer gegenwärtig eingelegten
Gangstufe zu verringern und um eine Synchronisierung zum Einlegen
einer Zielgangstufe herzustellen, wenn das Getriebe im Leerlauf
steht.
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Eine
Kolbenaktuatoranordnung spricht auf Befehlssignale an, um wahlweise
einen Rastkolben vorzuschieben oder zurückzuziehen, der mit Nuten an
einem Schaltelement zusammenwirkt, um wahlweise eine Y-Y-Schalthebelbewegung
zu verhindern und damit ein nicht synchrones Gangeinlegen zu vermeiden
und außerdem
eine Verrastung bei eingelegtem Gang zu schaffen, die einem durch
Peitschenwirkung hervorgerufenen Herausspringen des Schalthebels
einen Widerstand entgegensetzt.
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Beim
Einlegen einer Zielgangstufe wird, wenn die Schalthebel-Positionssensoren
ein lediglich teilweises Einrücken
der Klauenkupplung erkennen, während
einer bestimmten Zeitspanne der Motor veranlasst, um den Nullwert
des Antriebsstrangdrehmoments herum zu pendeln, wodurch ein Pendeln
um die echte Synchrondrehzahl herum während einer Zeitspanne erzeugt
wird, die sich mit dem Maß der Klauenkupplungseinrückung oder
mit der Größe und Richtung
der auf den Schalthebel ausgeübten
Kraft ändert,
um so einen Drehmomentblockierungszustand zu minimieren und ein
volles Einrücken
der Kupplung zu ermöglichen.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein neues, verbessertes
handgeschaltetes Getriebesystem mit Steuergerätunterstützung zu schaffen.
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Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im
Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen deutlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen handgeschalteten Getriebes
mit Steuergeräteunterstützung;
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2 ist
eine schematische Veranschaulichung der Positions- und Richtungskraftsensoren, die
bei dem Getriebesystem nach 1 eingesetzt sind;
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3 ist
eine schematische Veranschaulichung der Verriegelungs-/Rastkolbenanordnung,
die bei dem Getriebe nach 1 eingesetzt
ist;
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4A und 4B sind
schematische Veranschaulichungen in Flussdiagrammform des Steuerverfahrens-/systems
der vorliegenden Erfindung;
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4C ist
eine schematische Veranschaulichung in Flussdiagrammform des bevorzugten
Verfahrens zur Erzielung einer synchronen Motordrehzahl zum Einlegen
einer Zielgangstufe;
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4D, 4E, 4F sind
schematische Veranschaulichung jeweils in Flussdiagrammform, des
erfindungsgemäßen Steuerverfahrens-/systems zur
Ermöglichung
des vollen Einrückens
der einer Zielgangstufe zugeordneten Klauenkupplungen;
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5 veranschaulicht
den Aufbau der in dem Getriebesystem nach 1 eingesetzten
Rastkolbenanordnung;
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6 veranschaulicht
den Aufbau des bei dem Getriebesystem nach 1 eingesetzten (Schalthebel-)Kraftsensors;
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7A, 7B und C sind jeweils schematische Veranschaulichungen
einer minimalen, einer halben und einer vollen Einrückung der
Klauenkupplung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Der
Ausdruck „Compound-Getriebe" bezeichnet, so wie
er in der nachfolgenden Beschreibung verwendet wird, ein Geschwindigkeits-
oder Gangwechselgetriebe (Schaltgetriebe) mit einer Hauptgetriebestufe
und einer Hilfsantriebseinheit wie etwa einer Hilfsgetriebegruppe,
die in Reihe hintereinander geschaltet sind, wobei die jeweils gewählte Getriebeübersetzung
in der Hauptgetriebestufe durch eine weitere gewählte Getriebeuntersetzung oder
-untersetzung in der Hilfsgetriebegruppe compoundiert werden kann.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen, handgeschalteten
Kraftfahrzeug-Compoundgetriebesystems 10 mit Steuergeräteunterstützung ist
schematisch in 1 veranschaulicht. In dem System 10 steht
ein Schaltgetriebe 12 mit einer in Reihe mit einer Splitter-Hilfsgetriebegruppe 16 verbundenen
Hauptreibkupplung 14 über
eine bedienergesteuerte Hauptgetriebegruppe 20 oder eine
andere nicht formschlüssige
Kupplung in Antriebsverbindung mit einem bekannten Benzin- oder
Dieselmotor. Die Hilfsgetriebegruppe 16 ist vorzugsweise
in 3-Schicht-4-Geschwindigkeiten kombinierten Splitter-/Rangebauart,
wie sie in den US-Patentschriften 4.754,665 und 5,390,561 beschrieben ist,
deren Beschreibung durch Bezugnahme darauf hier mit eingeschlossen
ist.
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Der
Motor 18 weist eine Kurbelwelle 22 auf, die mit
einem Antriebselement 24 der Hauptkupplung 20,
das normalerweise im Reibeingriff mit einem angetriebenen Element 26 steht,
verbunden ist, welches mit der Eingangswelle 28 des Getriebes
drehfest verbunden ist. Von der Hilfsgetriebegruppe 16 geht
eine Getriebeausgangswelle 30 ab, die, etwa über eine
Antriebsachse oder dergleichen, in Antriebsverbindung mit dem Kraftfahrzeugantriebsrädern steht.
Zu Zwecken der Veranschaulichung ist das Getriebe 12 als
ein (12 + 1) × (2)
Getriebe dargestellt, dass neun oder zehn wahlweise wählbare Vorwärtsgangstufen
aufweist, wie dies aus dem schematisch in 2 dargestellten
Schaltschema zu entnehmen ist. Getriebe dieser allgemeinen Bauart
sind im Stand der Technik bekannt und werden von der Inhaberin dieser
Patentanmeldung, der EATON CORPORATION unter der Handelsmarke „Super-10" vertrieben und können in
größeren Einzelheiten
aus den US-Patentschriften
6,015,366; 5,974,906 und 5,974,394 entnommen werden.
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Das
in 2 dargestellte Schaltschema 12A ist von
der bekannten „H"-Art, das zwei oder
mehr vertikale Gassen (R) und 1ster/2ter, 3ter/4ter und 5ter/6ter,
7ter/8ter und 9ter/10ter), die in der sogenannten „Y-Y" (oder Einrück-/Ausrück-)Richtung
sich erstrecken und eine horizontale Verbindungsgasse 12B aufweist,
die sich in der „X-X" (oder Wähl-)Richtung
erstreckt und in der „Y-Y" Richtung in einer
mittigen Leerlauf- oder Neutralstellung angeordnet ist.
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Das
Getriebesystem 10 mit Steuergeräteunterstützung beinhaltet Drehzahlsensoren 32 zum
Erfassen der Motordrehzahl (ES), 34 zum Erfassen der Eingangswellendrehzahl
(IS) und 36 zum Erfassen der Ausgangswellendrehzahl (OS)
und um dafür
jeweils kennzeichnende Signale abzugeben. Der Motor 18 kann
elektronisch gesteuert sein, wobei eine elektronisches Steuergerät 38 vorgesehen
ist, das über
ein elektronisches Datenlink (DL), welches unter einem Industriestandardprotokoll
wie SAEEJ-1922, SAEJ-1939, ISO 11898 oder dergleichen arbeitet,
kommuniziert. Ein bedienerbetätigtes (nicht
dargestelltes) Kupplungspedal oder ein (nicht dargestellter) Aktuator
können
dazu verwendet werden, die normalerweise eingerückte Hauptkupplung 20 wahlweise
ein- und auszurücken,
wie dies an sich bekannt ist.
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Zum
Schalten der Splittergangstufen der Hilfsgetriebegruppe und/oder
der Rangegangstufen ist ein Hilfsgruppenaktuator 40 vorgesehen.
Wenigstens der Splitteraktuator ist vorzugsweise ein Dreistellungsaktuator,
der es erlaubt, die Hilfsgruppe in eine hohe Splittergangstufe,
eine niedrige Splittergangstufe oder in eine Splitterleerlaufstufe
zu schalten und in dieser jeweils zu halten, wobei der Aufbau und
die Vorteile desselben in größeren Einzelheiten aus
den US-Patentschriften 5,651,292; 5,574,906 und 5,970,810 entnommen
werden können.
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Das
Getriebesystem 10 beinhaltet einen handbetätigten Gangschalthebel 42,
der einen Schalthebelknauf 44 trägt. Der Schalthebelknauf 44 kann
der in der oben erwähnten
US-Patentschrift 5,957,001 beschriebenen Art sein. Wie an sich bekannt,
wird der Gangschalthebel 42 von Hand in einem bekannten
Schaltschema (Vgl. 2) betätigt, um verschiedene Gangschaltstufen
einzulegen und auszurücken.
Ein Positions-(Stellungs)fühler 46 dient dazu
die X-Y-Stellung des Schalthebels in dem Schaltschema zu erfassen
und ein dafür
kennzeichnendes Signal (SL) abzugeben. X-Y-Positionsfühler dieser
Art sind im Stand der Technik bekannt und Beispiele dafür können aus
den US-Patentschriften 5,743,143; 5,894,758; 5,950,491 und 5,911,787
entnommen werden. Das System 10 beinhaltet außerdem eine
schematisch in 3 veranschaulichte Verriegelungs-/Rastkolbenanordnung 48,
deren Aufbau und Funktion in näheren
Einzelheiten im Nachstehenden beschrieben werden.
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Das
System 10 beinhaltet eine Steuereinheit und zwar vorzugsweise
eine Steuereinheit auf Mikroprozessorbasis der in den US-Patentschriften 4,595,986;
4,361,065 und 5.353,566 veranschaulichten Art, um Eingangssignale 54 zu
empfangen und diese nach vorbestimmten logischen Regeln zu verarbeiten,
um Ausgangsbefehlssignale 56 für Systemaktuatoren abzugeben.
Die Ausgangssignale 56 werden an Systemaktuatoren, wie
etwa einen Motorregler 38, einen Hilfsgruppenschaltaktuator 40 und eine
Blockier-/Sperrrastkolbenanordnung 50 übermittelt.
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Das
System 10 beinhaltet einen Kraft-Schwellwertdetektor 50,
der von dem Bediener entweder in der Vorwärts- oder in der Rückwärtsrichtung
auf den Schalthebel 42 ausgeübte Kräfte erfasst und dafür kennzeichnende
Signale abgibt. Bezugnehmend auf 2 ist zu
ersehen, dass der Schalthebelknauf 44 vorzugsweise über elastisch
verformbare Mittel, wie etwa eine elastische Buchse 50A oder
dergleichen auf dem Schalthebel 42 zentriert ist. Wenn
der Bediener auf den Schalthebelknauf 44 eine zur Verformung
des elastisch nachgiebigen Materials 50A ausreichende Kraft
ausübt,
wird bewirkt, dass entweder der Vorwärts-Kraftsensor 57 oder
der Rückwärts-Kraftsensor 58 einen
Kontakt herstellen und ein Vorwärts-Kraftsignal
(FF) oder ein Rückwärts-Kraftsignal
(FR) abgibt. Sensoren dieser grundsätzlichen Bauweise sind aus
der US-Patentschrift 5,228,361 zu entnehmen.
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6 veranschaulicht
einen anderen Aufbau eines in den Schaltknauf eingebauten Schaltkraftsensors 50.
Kurz gesagt, ist der Knauf 44 auf dem Schalthebel 42 mittels eines
Stiftes 51A schwenkbar gelagert. Zwischen Federtellern 51C, 51D ist
eine Druckfeder 51B vorgesehen, die den Knauf elastisch
nachgiebig auf dem Hebel zentriert. Eine Hall-Effekt-Sensoranordnung 51E dient
dazu, eine Bewegung des Schaltknopfes bezüglich des Hebels in der Vorwärts- oder
der Rückwärtsrichtung
zu erfassen. Die Sensoranordnung 51E weist drei auf einer
Leiterkarte 51K angeordnete Magnete 51F, 51G, 51H auf,
die in unmittelbarer Nähe
von Sensoren 51I, 51J stehen.
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Durch
Ausnutzen der Vorwärts-
und Rückwärts-Kraftsignale
in Kombination mit dem Schalthebelstellungssignal kann die jeweilige
Absicht des Bedieners festgestellt werden. Wenn bspw. der Schalthebel
in der 5ter/6ter Schaltschemastellung 60 steht, kann ein
Vorwärts-Kraftsignal
(FF) als Anzeige dafür benutzt
werden, dass der Fahrer die gegenwärtig eingelegte Gangstufe ausrücken und
in Leerlauf schalten will, während
ein Rückwärts-Kraftsignal
(FA) einfach ignoriert wird. Bei einer Leerlaufstellung 62 in dem
Schaltschema und einer Ausrichtung auf die 3ter/4ter und 5ter/6ter
Gasse 64 des Schaltschemas kann ein Vorwärts-Kraftsignal
als Absicht des Fahrers verstanden werden in die 3ter/4ter Schaltschemastellung 66 umzuschalten,
während
ein Rückwärts-Kraftsignal (FA)
als ein Hinweis auf den Wunsch des Fahrers verstanden werden kann,
in die 5ter/6ter Schaltschemastellung 60 zu schalten. Bei fehlendem
Richtungskraftsignal kann eine Bewegung von der Leerlaufstellung 62 aus
längs der Schaltschemagasse 64 in
eine von ihr beabstandete Stellung (wie etwa 68) als Hinweis
auf einen Wunsch des Bedieners verstanden werden, die 3ter/4ter Schaltschemastellung 66 einzulegen.
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Wie
im Stand der Technik an sich bekannt, ist der Schalthebel 42 längs der
Gasse 12B in der auch Wählrichtung
genannten X-X-Richtung und in der auch Einrück- und Ausrück richtung
genannten Y-Y-Richtung beweglich, wodurch wahlweise das Ein- oder
Ausrücken
der jeweils angewählten
Klauenkupplungen in der Hauptgetriebegruppe 14 des Getriebes 12 veranlasst
wird. Der Schaltmechanismus beinhaltet typischerweise eine oder
mehrere Schaltellen oder Schaltstangen 70, die eine oder mehrere
Schaltgabeln 72 tragen, welche jeweils mit einem Klauenkupplungselement
zusammenwirken, um die gewählte
Gangstufe ein- und auszurücken. Typischerweise
kann, wie in 3 angedeutet, die Schaltwelle 70 von
einer zentrierten oder Leerlaufstellung aus entweder vorwärts oder
rückwärts bewegt
werden, um ausgewählte
Gangstufen ein – bzw. auszurücken. Schaltstangengehäuseanordnungen und
Einzelschaltwellenanordnungen sind im Stand der Technik bekannt
und Beispiele dafür
sind aus den US-Patentschriften 4,550,627; 4,974,468; 4,873,881; 4,920,815
und 5,737,696 zu entnehmen.
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Die
Welle 70 ist mit nach innen zu abgeschrägten und/oder abgestuften Nuten 74, 76, 78 versehen,
die jeweils einzeln mit einer nach innen zu abgeschrägten Spitze 80 eines
Verriegelungs(Sperr-)-/Rastkolbens 82 in der vorgeschobenen
Stellung des Kolbens 82 zusammenwirken. Ein Kolbenaktuator 84,
vorzugsweise in Gestalt eines pneumatisch oder hydraulisch betätigten Kolbens 86, der
in einem Zylinder 88 verschieblich und abgedichtet aufgenommen
ist, spricht auf Befehlsausgangssignale des Steuergeräts 52 an.
Die Leerlaufnut 76 ist vorzugsweise (aber nicht notwendigerweise)
tiefer als die Nuten 74, 78 für eingelegte Gangstufen.
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Kurz
gesagt gilt, dass, wenn die Welle 70 in ihrer vordersten
Stellung steht, der Kolben 82 nach unten zum Eingriff in
der Nut 74 vorgeschoben werden kann, um eine Axialbewegung
der Welle 70 und der auf dieser sitzenden Schaltgabel 72 zu
sperren. In ähnlicher
Weise kann bei in der zentrierten oder Leerlaufstellung stehender
Welle 70 der Kolben 82 nach unten vorgeschoben
werden, so dass seine Spitze 80 in die Nut 76 eingreift,
die auf der Welle 70 dazu vorgesehen ist, eine Axialbewegung
der Welle aus ihrer Leerlaufstellung in entweder der Vorwärts- oder
der Rückwärtsrichtung
zu blockieren. Wie dargestellt, sind die Spitze 80 und
die Nuten 74, 76, 78 jeweils mit nach
innen geneigten Rampen versehen, die der Welle eine Axialbewegung
gegen die Vorspannung des Kolbens erlauben, wobei die Anordnung 48 eher
eine Hemmwirkung als eine verriegelnde Sperr- oder Rastwirkung ergibt.
Natürlich
kann der Mechanismus 48 durch Erhöhung der nach unten gerichteten
Kraft auf den Kolben 86 und/oder durch Veränderung
der Rampenwinkel an der Spitze 80 und/oder in den Nuten
mehr eine Sperrwirkung als eine Hemmwirkung entfalten.
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Wenn
er in einer Vorwärts-
oder Rückwärtsstellung
steht und der Kolben 82 nach unten vorgeschoben ist, ergibt
der Mechanismus 50 eine Rastwirkung bei eingelegter Gangstufe,
um einem peitschenartigen Herausspringen des Schalthebels oder anderen
unerwünschten
Axialbewegungen der Welle 70 entgegen zu wirken. Das Herausspringen
der Klauenkupplung und dessen Gründe
sind in weiteren Einzelheiten in der US-Patentschrift 5,758,543 erörtert.
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Wie
aus den 3 und 5 zu entnehmen,
ist der Kolben 86 ein Differenzialkolben mit einer kleineren
Stirnfläche 100,
die mit Druckluft in der Kammer 102 beaufschlagt ist, welche
dauernd mit der Quelle S (etwa dem pneumatischen Bordsystem eines
Kraftfahrzeugs) verbunden ist und mit einer größeren Stirnfläche 104,
die eine wahlweise mit Druck beaufschlagte und entlüftete Kammer 106 begrenzt.
Die Druckbeaufschlagung und Entlüftung
der Kammer 106 ist durch ein Magnetventil gesteuert, das
auf Befehlssignale von dem Systemsteuergerät anspricht.
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Eine
Feder 110 übt
eine verhältnismäßig kleine
nach unten gerichtete Kraft auf den Kolben aus, die kleiner ist
als die nach oben gerichtete Kraft der auf die Stirnfläche 100 einwirkenden
Druckluft aus der Kammer 102.
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Bei
laufendem Kraftfahrzeugmotor und unter Druck stehendem pneumatischen
Kraftfahrzeugsystem steht die Kammer 102 unter dauerndem
Druck, und der Kolben 86 ist nach oben zu vorgespannt,
um den Rastkolben 82 zurückzuziehen. Wird die Kammer 106 mit
Druck beaufschlagt, so überwindet
die nach unten gerichtete, auf die größere Stirnfläche 104 einwirkende
Druckluftkraft die nach oben wirkende Kraft der auf die kleinere
Stirnfläche 100 einwirkenden
Druckluft und der Kolben 86 wird nach unten zu beaufschlagt,
um den Kolben 82 in Eingriff mit einer auf ihn ausgerichteten
Nut an der Schaltwelle 70 zu bringen.
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Die
Feder 110 ist dann wirksam, wenn das Pneumatiksystem des
Kraftfahrzeugs (etwa beim Anlassen) nicht unter Druck steht, um
wenigstens eine kleine Rasthalterung in der Leerlaufstellung zu
bewirken bis das pneumatische System unter Druck gesetzt ist.
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Bezugnehmend
auf 5 verbindet die Leitung 102A die Kammer 102 mit
dem Pneumatiksystem des Kraftfahrzeugs (in der Regel eine gefilterte und
geregelte Quelle), eine Leitung 106A verbindet die Kammer 106 mit
einem Ventil 108 und ein Hohlraum 112 ist nach
außen
entlüftet,
um ein Ölpumpen oder
dergleichen zu verhindern. Die Anordnung ist mit geeigneten Dichtungen 114 versehen.
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Die
Betriebsweise von Differenzialkolbenvorrichtungen ist an sich im
Stand der Technik bekannt, wie bspw. aus der US-Patentschrift 5,231,895
zu entnehmen ist.
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Durch
Verwendung einer Pulsweitenmodulation oder einer äquivalenten
Steuertechnik und/oder durch sorgfältige Wahl der Winkel der Spitze 80 und der
Nuten 74, 76, 78 kann der Druck in der
Kammer 106 wahlweise so moduliert werden, dass er lediglich eine
geringe nach unten gerichtete Kraft auf den Rast-/Verriegelungkolben 82 ausübt, um so
dem Bediener ein „Gefühl" zu geben, wenn er
ordnungsgemäß Leerlauf
oder die Stellung einer eingerückten Gangstufe
gewählt
hat.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
ist lediglich eine Leerlaufnut 76 vorgesehen, die mit dem Kolben 82 zusammenwirkt.
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Im
Betrieb erkennt das System 10 die Absicht eines Bedieners
eine Gangumschaltung vorzunehmen, die das Schalten aus einer gegenwärtig eingelegten
Gangstufe in den Leerlauf und dann das Schalten von dem Leerlauf
in eine Zielgangstufe beinhaltet. Eine „Ganghebelschaltung" beinhaltet einen Wechsel
der Hauptgruppengangstufe und wird dadurch zustande gebracht, dass
der Gangschalthebel aus einer Schaltschemastellung in eine andere Schaltschemastellung überführt wird.
Eine Schaltung lediglich des Splitters (wie etwa vom fünften in
den sechsten) erfordert nicht die Benutzung des Schalthebels 42 und
wird automatisch oder in Abhängigkeit von
der Betätigung
eines Splitter-Gangstufenwahlschalters 90 vorgenommen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Absicht aus einer gegenwärtig eingelegten Gangstufe
herauszuschalten dadurch erkannt, dass eine auf den Gangschalthebel
in der Y-Y-Richtung zur Leerlaufstellung hin ausgeübte Kraft
erfasst wird. Wenn z. B. die dritte oder vierte Gangstufe (Gangschaltschemastellung 66)
eingelegt ist, wird eine Kraft in der Rückwärtsrichtung, die eine vorbestimmte
Schwellwertkraft von ca. 2,27 bis 4,53 Kg (etwa 5 bis 10 Pounds) übersteigt
als Anzeige dafür
genommen, dass der Fahrer aus der gegenwärtig eingelegten Gangstufe
in Leerlauf schalten will. Wenn diese Absicht erkannt wird, antwortet
das System darauf in der Weise, dass es dem Splitteraktuator 40 befiehlt,
den Splitter zu dessen Leerlaufstellung hin zu beaufschlagen, wobei
es auch die automatische Steuerung der Kraftstoffversorgung des Motors übernimmt,
um zu erreichen, dass das Antriebsstrangdrehmoment einen Minimalwert
erreicht, wodurch die Drehmomentblockierungsneigung auf ein Minimum
reduziert und den eingerückten
Klauenkupplungen ein leichtes Ausrücken ermöglicht wird. Wie in der oben
erwähnten
US-Patentschrift 4,850,236 erläutert,
wird der Motor vorzugsweise so mit Kraftstoff versorgt, dass das
Motordrehmoment auf ein Minimum reduziert und sodann zunächst ein positives
und dann ein negatives Drehmoment an der auszurückenden Klauenkupplung erzeugt
wird (d. h. ein „Pendeln" zwischen positivem
und negativem Antriebsstrangdrehmoment). Wenn eine Absicht, die gegenwärtige eingelegte
Gangstufe auszurücken, festgestellt
wird, wird der Rastkolben 82 zurückgezogen (bei der Darstellung
in 3 nach oben bewegt). Zu diesem Zeitpunkt ist es
verhältnismäßig einfach und
erfordert es wenig Aufmerksamkeit von dem Bediener aus der eingerückten Gangstufe
in der Y-Y-Richtung 62 in das Leerlaufband umzuschalten. Sobald
es feststellt, dass entweder die Hauptgruppe oder die Hilfsgruppe
im Leerlauf steht, hört
das Steuergerät
auf, dem Motor ein Pendeln um einen Null-Drehmomentwert zu befehlen
und befiehlt dem Motor vorzugsweise Leerlaufdrehzahl oder das Anstreben
einer Synchrondrehzahl zum Einlegen einer angenommenen Zielgangstufe.
Bei Feststellung, dass die Hauptgruppe im Leerlauf steht, was üblicherweise
dadurch ermittelt wird, dass der X-Y-Stellungssensor 46 feststellt,
dass der Gangschalthebel in der Y-Y-Richtung in dem Leerlaufband 62 steht,
befiehlt das Steuergerät
dem Splitter-Aktuator eine automatisch oder von Hand gewählte Splitter-Gangstufe
einzunehmen. Die Splitter-Gangstufe
kann unter Verwendung eines Splitter-Schalters 90 gewählt werden,
der üblicherweise
auf dem Schalthebelknauf angeordnet ist oder sie kann automatisch
gewählt
werden (Vgl. US-Patentschrift 5,435,212, deren Offenbarung durch
Bezugnahme hier eingeführt
wird) und der Verriegelungs-/Rastkolben 82 wird
in seine vorgeschobene Stellung gedrückt, in der die Spitze 80 an den
Wänden
der Nut 76 anliegt, um damit einer Axialbewegung der Schaltwelle 70 elastisch
nachgiebig entgegen zu wirken. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt das
System die Identität
der wahren Zielgangstufe (GRT) auf der Basis
des X-Y-Stellungssensors, der angibt, ob der Gangschalthebel in
der „R
und 1ter/2ter" Gasse
oder mit der „3ter/4ter
und 5ter/6ter" Gasse
oder mit der „7ter/8ter
und 9ter/10ter" Gasse des
Schaltschemas fluchtet und ob die Richtung der auf den Gangschalthebel
ausgeübten
Kraft vorwärts oder
rückwärts weist.
Bei einem Compound-Gruppengetriebe wird die Splitter-Schalttastenstellung auch
dazu verwendet die Zielgangstufe zu bestimmen.
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Wenn
z. B. der Gangschalthebel mit der 7ter/8ter und 9ter/10ter Gasse
des Schaltschemas fluchtet, zeigt eine Kraft in der Vorwärtsrichtung
an, dass die siebte oder achte Gangstufe die Zielgangstufe ist,
während
eine Kraft in der Rückwärts-Richtung
angibt, dass die Zielgangstufe die neunte oder zehnte ist. Nach
Identifizierung der Zielgangstufe veranlasst das Steuergerät den Motor
auf der Grundlage der vorhandenen Motorbetriebsbedingungen eine
im Wesentlichen synchrone Drehzahl zum Einlegen der Zielgangstufe
anzunehmen. Typischerweise ist diese im Wesentlichen synchrone Drehzahl
das Produkt der Ausgangswellendrehzahl multipliziert mit dem numerischen Übersetzungsverhältnis der
Zielgangstufe. Im Stand der Technik ist es natürlich bekannt, dass bei der
Berechnung der synchronen Zieldrehzahl ein gewisser Versatz (Offset)
erlaubt oder eingebaut sein kann. Unter Berücksichtigung der Reaktionszeit
des Motors und der Rastkolbenanordnung bei der Annäherung der
Motordrehzahl an die Zielsynchrondrehzahl wird das Zurückziehen
des Kolbens 82 befohlen, so dass die Welle 70 axial
in der richtigen Richtung zum Einlegen einer Zielgangstufe bewegt
werden kann.
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Wenn
das Einlegen der Zielgangstufe erkannt wird, wird veranlasst, dass
der Verriegelungs-Rastkolben wieder entweder in die Nut 74 oder in
die Nut 78 eingeschoben wird, um eine unbeabsichtigte Axialbewegung
der Schaltwelle 70 zu verhindern, wie sie bei einem peitschenartigen
Herausspringen des Gangschalthebels oder dergleichen auftreten könnte. Sobald
das Einlegen der Zielgangstufe erkannt ist, wird die Kraftstoffversorgung
des Motors wieder an den Bediener zurückgegeben.
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Die 4A, 4B sind
schematische Darstellungen, in Flussdiagrammform, des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens/systems.
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Der
Kolben 82 kann auch dazu verwendet werden, die Hauptgruppe
während
Schaltvorgängen bei
der Range-Gruppe im Leerlauf zu verriegeln.
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Alternativ
können
eine Absicht zum Umschalten und/oder eine Zielgangstufe auch lediglich auf
der Basis des Signals SL von dem Gangschalthebelpositionsfühler bestimmt
werden, wenn das Spiel zwischen der Kolbenspitze 80 und
den Seitenwänden
der Nuten 74, 76 oder 78 in der Welle 70 so
vergrößert wird,
dass sich für
den Gangschalthebel in dem Schaltschema ein gewisses Maß an Totweg
ergibt, das ausreicht eine feststellbare Bewegung des Gangschalthebels
in dem Schaltschema auszuführen,
die es erlaubt, entweder eine Absicht umzuschalten und/oder eine
Zielgangstufe zu erkennen.
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Um
die Gefahr einer falschen Bestimmung der wahren Zielgangstufe (GRT) zu verringern und die Zeit zu minimieren, die
erforderlich ist eine im Wesentlichen synchrone Motordrehzahl/Eingangswellendrehzahl
zum Einlegen der wahren Zielgangstufe (bei eingelegter Kupplung 20 ESSynch = ISSynch =
((OS × GRT) ± offset))),
zu erreichen, benutzt die bevorzugte Ausführungsform die nachstehende
Steuerungstechnik (vgl. 4C).
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Unter
Verwendung von Eingangssignalen von den Schaltknaufkraftsensoren
(FF/FA), dem X-Y-Gangschalthebelstellungsfühler (SL) und/oder von einem
Schaltabsichts-Schalter bestimmt das System, ob gerade eine Gangschalthebelschaltung vorgenommen
wird. Wenn erkannt wird, dass eine Gangschalthebel-Schaltung gerade
durchgeführt wird,
werden ein Leerlauf-Timer 52A initiiert und eine Timer-Marke
(Flag) gesetzt, um eine Verzögerungszeitspanne
TDelay in Gang zu setzen. Die Verzögerungszeitspanne
TDelay ist so gewählt, dass sie dem Bediener
eine Bewegung von der gegenwärtig
eingelegten Gangstufe (GRC) in eine bedeutungsvolle Schaltschemastellung
zur Bestimmung der wahren Zielgangstufe (GRT)
ermöglicht.
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Die
Größe von TDelay ist eine empirisch gewählte Größe (etwa
150 bis 300 ms, vorzugsweise etwa 225 ms) und kann zu Anpassungszwecken
verändert
werden.
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Während der
Verzögerungszeit
wird eine Zielgangstufe angenommen (GRASSUMED)
und nachdem erkannt ist, dass die Hauptgruppe im Leerlauf steht,
dazu verwendet, zunächst
die Motordrehzahl entsprechend zu steuern (d. h. der Motor wird
so mit Kraftstoff versorgt, dass er ES zu OS*GRASSUMED hin bringen
will).
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Wenn
kein wichtiger Grund für
das Gegenteil vorliegt, wird angenommen, dass ein einziger Hochschaltvorgang
stattfindet (d. h. GRASSUMED = GRC + 1). So wie hier verwendet, bedeutet die „gegenwärtig eingelegte
Gangstufe" (GRC) die gegenwärtig eingelegte Getriebestufe
oder wenn das Getriebe gegenwärtig
nicht in Eingriff steht, die zuletzt eingelegte Getriebestufe.
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Die
angenommene Getriebestufe wird dazu verwendet, dem Motor einen „Vorsprung" beim Erreichen der
synchronen Zieldrehzahl zu geben und damit die Schaltzeiten zu verkürzen. Normalerweise wird
ein Hochschaltvorgang angenommen, weil ohne Motorbremsen oder dergleichen,
das Hochlaufenlassen eines Motors wesentlich schneller erfolgt als
die Drehzahlabsenkung eines Motors.
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Bedingungen,
die gegen eine Hochschalt-Annahme sprechen, beinhalten (i) sehr
niedrige Motordrehzahlen (Drehzahlen bei oder nahe der Leerlaufdrehzahl),
(ii) Umschaltungen von der höchsten
Gangstufenstellung 64A (d. h. GRC =
9ter oder 10ter) und (iii) eine Gangschalthebelstellung links von
der Stellung der gegenwärtigen
Gangstufe in dem Schaltschema. Unter solchen Bedingungen wird ein
einziger Herunterschaltvorgang angenommen (GRASSUMED =
GRC – 1).
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Nachdem
die eingestellte Timerzeit abgelaufen ist (T > TDelay), wird
die Marke (Flag) weggenommen und die wahre Zielgangstufe (GRT) wird aus den Positions- und Kraftsignalen
berechnet und zur Steuerung der Kraftstoffversorgung des Motors
verwendet. Bei Annäherung
der erkannten Motordrehzahl an die synchrone Zieldrehzahl (ES =
((OS*GRT) ± offset))) werden der Verriegelungs-/Rastkolben
zurückgezogen
und das synchrone Einlegen der Zielgangstufe GRT gestattet.
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Beabsichtigt
ist, dass das System 10, mit Ausnahme des Anfahrens und
Anhaltens des Kraftfahrzeugs, mit eingerückter Hauptkupplung 20 betrieben
wird. Sollte das System (mittels eines nicht dargestellten) Kupplungsstellungssensors
oder wenn ES nicht gleich IS ist) feststellen, dass die Hauptkupplung 20 während einer
dynamischen Gangschaltung ausgerückt
ist, arbeitet das System vorzugsweise wie oben beschrieben, mit
dem Unterschied, dass der Splitter-Aktuator 40 den Splitter
so lange in Leerlauf schaltet bis erkannt ist, dass bei der Hauptgruppe
die Zielgangstufe eingelegt ist, zu welchen Zeitpunkt dann bei dem
Splitter die richtige Splitter-Gangstufe eingelegt wird.
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Erfindungsgemäß wird nach
dem anfänglichen
Einlegen der Zielgangstufe GRT die Steuerroutine
zur Rückgabe
der Steuerung der Kraftstoffversorgung an den Bediener nicht sofort
ausgelöst, wenn
die Positionsanzeigesignale (SL) lediglich ein teilweises Einrücken der
der Zielgangstufe zugeordneten Hauptgruppen-Klauenkupplungen anzeigen.
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Drosselklappenrückführungstechniken,
bei denen die Steuerung der Kraftstoffversorgung zur Bedienersteuerung
zurückgegeben
wird, sind im Stand der Technik an sich bekannt, wie aus den US-Patentschriften
4,792,901 und 4,493,228 zu entnehmen ist.
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Wie
aus den 7A bis 7C zu
entnehmen, weist eine Klauenkupplung 200 zwei Klauenkupplungsteile 202, 204 auf,
die miteinander in Eingriff bringbare Profilverzahnungen 202A bzw. 204A aufweisen,
die axial voneinander getrennt oder axial zusammenbewegt werden
können,
um die Kupplung auszurücken
bzw. um die Kupplung einzurücken.
Bei der schematischen Darstellung wird das Kupplungsteil durch eine
einer Schaltstange 70 zugeordnete Schaltgabel 72 axial
bezüglich
des Kupplungsteils 202 bewegt.
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In 7A ist
die Kupplung 200 lediglich geringfügig eingerückt (vgl. die Spitzenberührung bei 206).
In diesem Zustand ruft volles Drehmoment eine Drehmomentblockierung hervor,
die ein vollständiges Einrücken verhindert
und möglicherweise
zu einer Beschädigung
der Spitzen der Kupplungsverzahnungen führt.
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In 7B beträgt das Maß des Kupplungseinrückens etwa
50%, und es können
etwa 50% bis 80% des Grenzdrehmoments übertragen werden, ohne dass
eine Beschädigung
der Kupplungsverzahnungen auftritt.
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In 7C ist
die Kupplung 60 vollständig eingerückt. Wenn
bei weniger als vollständiger
Einrückung
volle Beaufschlagung eingeleitet wird, kann ein Drehmomentblockierzustand
eintreten, der den Fahrer daran hindert, die Klauenkupplung im Weiteren
voll einzurücken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wenn die Systemsensoren (wie etwa die Schalthebelpositionssignale
(SL)) anzeigen, dass der Fahrer die Klauenkupplungselemente der
Zielgangstufe lediglich teilweise eingerückt hat, eine Routine ausgelöst, mit
der das Antriebstrangdrehmoment zwischen positiven Werten und Null
oder negativen Werten hin- und herpendeln lassen wird, um die Drehmomentblockierung
aufzuheben und auf verhältnismäßig einfache
Weise (d. h. mit kleiner Kraft) das volle Einrücken der im Einrücken begriffenen
Kupplung zu ermöglichen.
Vergleiche die vorgenannten US-Patentschriften 4,850,236; 5,582,558
und 5,508,916 zu einer Erörterung
des „Pendelns". Das Pendeln hält während einer
Bezugszeitspanne an.
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Die
Zeitspanne, während
der das Pendeln vor der Rückgabe
der Kraftstoffsteuerung an den Bediener anhält, verändert sich mit dem Maß des Einrückens und/oder
mit den auf den Schaltknauf ausgeübten Kräften.
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Die 4D, 4E und 4F sind
schematische Darstel lungen in Flussdiagrammform von anderen Steuersystemen-/Verfahren,
die aber keinen Teil der Erfindung bilden, zur Ermöglichung
eines verhältnismäßig einfachen,
vollständigen
Einrückens der
Hauptgruppen-Klauenkupplungen, die einer Zielgangstufe zugeordnet
sind.
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Demgemäß ist zu
ersehen, dass ein neues und verbessertes Steuersystem-/Verfahren
für ein handgeschaltetes
Getriebesystem mit Steuergeräteunterstützung geschaffen
worden ist.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung mit einem bestimmten Maß von Einzelheiten
beschrieben worden ist, so versteht sich doch, dass die Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
lediglich beispielhaft ist und dass zahlreiche Änderungen hinsichtlich der
Form und im Detail möglich
sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er im
Nachfolgenden beansprucht ist.