DE69614013T2

DE69614013T2 - Einrichtung/Verfahren zur Steuerung des rollenden Anfahrens eines semi-automatischen, mechanischen Getriebes

Info

Publication number: DE69614013T2
Application number: DE69614013T
Authority: DE
Inventors: Ian Richard Joseph Bates; Kwok Wah Chan; John Ernest Stainton; Anthony Stasik
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1995-02-18
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: EP0727597A3; EP1016810A3; EP0727597B1; ES2180480T3; DE69623063D1; ES2160765T3; EP1016810B1; DE69623063T2; EP1016810A2; EP0727597A2; DE69614013D1; US5664458A

Description

Hintergrund der Erfindung

Verwandte Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung ist verwandt mit den folgenden Patentanmeldungen der Anmelderin dieser Anmeldung, nämlich der Eaton Corporation: EP-A-0 585 020, EP-A-0 584 984, EP-A-0 584 986 und EP-A- 0 584 985.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem und -verfahren für ein halbautomatisches, mechanisches Getriebesystem, das eine manuell betätigte Gangauswahleinrichtung umfaßt, die bewegbar ist in einer ersten Richtung zum Anfordern eines Hochschaltvorgangs und in einer zweiten Richtung zum Anfordern eines Runterschaltvorgangs, zum automatischen Steuern des Wechselns bzw. Schaltens der Getriebeübersetzungsverhältnisse bzw. Gänge an einem Fahrzeug während dem Fahrzeugfahrer oder -bediener ein Restmaß an Kontrolle verbleibt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuersystem und ein -verfahren für die halbautomatische Steuerung eines mechanischen Gangwechselgetriebes, das Mittel aufweist zum automatischen Durchführen von automatisch bestimmten und angezeigten erlaubbaren, vom Fahrer ausgewählten Getriebeverhältnis- Schaltvorgängen. Vorzugsweise umfaßt die automatische Schaltimplementierung von angetriebenen, ausgewählten Schaltvorgängen eine automatische Steuerung der Fahrzeughauptkupplung und in einem Ausführungsbeispiel ist ein Kupplungspedal vorgesehen und der Hauptkupplungsbetrieb ist automatisiert in allen Situationen außer den Anfahr- bzw. Start-von-Stopp-Situationen. Noch genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System und ein Verfahren zum Steuern eines halbautomatischen, mechanischen Getriebes, bei dem unter Rollbedingungen (d. h. die Fahrzeugbodengeschwindigkeit übersteigt einen minimalen Referenzwert und das Getriebe ist Neutral und alternativ ist die Hauptkupplung gelöst) eine einfache Hochschaltanforderung interpretiert wird als eine Anforderung für einen direkten Schaltvorgang in ein Rollstartverhältnis (GRRS) das bestimmt wird als eine Funktion der derzeitigen oder erwarteten Fahrzeugbodengeschwindigkeit.

Beschreibung des Standes der Technik

Vollautomatische Getriebesysteme sowohl für Schwerlastfahrzeuge, wie z. B. Schwerlast-Lkws und/oder Busse und für Automobile, die die Drosselöffnungen oder Positionen, die Fahrzeuggeschwindigkeiten, die Motordrehzahlen und ähnliches Abfühlen und automatisch das Fahrzeuggetriebe gemäß der abgefühlten Werte schalten, sind in der Technik bekannt. Solche vollautomatischen Gangwelchselgetriebe umfassen Getriebe, bei denen Druckfluid verwendet wird zum reibungsmäßigen in- Eingriff-Bringen von einem oder mehreren Gliedern mit anderen Gliedern oder mit einem Boden bzw. einer Basis, um ein ausgewähltes Übersetzungsverhältnis bzw. einen Gang zu erreichen und automatisierte, mechanische Getriebe verwenden elektronische, hydraulische und/oder pneumatische Logikeinrichtungen und Betätiger zum in-Eingriff-Bringen und Lösen mechanischer (d. h. positiver bzw. formschlüssiger) Kupplungen zum Erreichen eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses bzw. Gangs. Beispiele solcher Getriebe sind in den US Patenten Nr. 3,961,546; 4,081,065; 4,361,060; 5,050,079 und 5,109,729 zu sehen.
Solche vollautomatischen Gangwechselgetriebe können in inakzeptabler Weise teuer sein, insbesondere für die größten Schwerlastfahrzeuge, die typischerweise nicht mit hohen Volumen verkauft werden. Darüber hinaus wollen viele Fahrzeugbediener die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses bzw. des Gangs steuern, insbesondere da sie den Straßenzustand vorausschauend sehen und/oder kennen und/oder die zu befördernde Last.
Diese Nachteile wurden minimiert durch Vorsehen einer halbautomatischen, mechanischen Getriebesteuerung, bei der der automatische Wechsel zwischen einer Vielzahl von Gängen bzw. Übersetzungsverhältnissen vorgesehen wird, während dem Fahrer normalerweise erlaubt wird, auszuwählen wann ein bestimmter Gangwechsel durchgeführt wird, und ob sofort ein aufeinanderfolgendes Hoch- oder Runterschalten oder das Überspringen von einem oder mehreren Gängen ausgewählt wird. Beispiele solcher halbautomatischen, mechanischen Getriebesteuerungen sind in den US Patenten Nr. 4,648,290; 4,800,360; 4,930,081 und 4,930,078 zu sehen. EP-A-0 584 986 beschreibt den Oberbegriff der Erfindung insbesondere der Ansprüche 1 und 4.
Während die oben beschriebene halbautomatische, mechanische Getriebesteuerung eine sehr wünschenswerte halbautomatische Steuerung vorsieht, ist die Steuerung noch verbesserungswürdig. Wenn der Fahrer oder Bediener einen Schaltvorgang von Neutral in ein ausgewähltes Getriebe-Rollstartverhältnis auswählen will, während das Fahrzeug in Bewegung ist, mußte der Fahrer das geeignete Rollstartverhältnis identifizieren, die Anzahl von Schritten von Neutral bis zum geeigneten Rollstartverhältnis berechnen und dann den Auswahlhebel um die berechnete Anzahl in die Hochschaltrichtung bewegen. Dies ist insbesondere in modernen mechanischen Getrieben für Schwerlastfahrzeuge von Bedeutung, die 9, 10, 12, 13, 16 oder 18 Vorwärtsgänge besitzen und bei denen irgendeiner der ersten sieben Gänge unter bestimmten Bedingungen ein geeignetes Rollstartverhältnis bzw. einen Gang vorsieht. Beispiele solcher mehrgängigen mechanischen Getriebe sind in den US Patenten Nr. 4,735,109 und 4,754,665 zu sehen.

Die Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen bekannter Teil in der EP-A- 0 584 986 beschrieben ist, und dessen erfinderischer Teil in den Ansprüchen 1 und 4 beschrieben ist, wurden die Nachteile der bekannten halbautomatischen, mechanischen Getriebesteuerungen minimiert oder eliminiert durch Vorsehen eines Steuersystems und eines Steuerverfahrens bei dem dann, wenn sich das Fahrzeug in einer Vorwärtsbewegung oberhalb einer minimalen Bezugsgeschwindigkeit befindet und das Getriebe in Neutral ist, eine einzelne Bewegung des Steuerhebels in die Hochschaltrichtung als eine Anforderung für ein direktes Schalten in ein Rollstartverhältnis interpretiert und ausgeführt wird, das als eine Funktion der derzeitigen Fahrzeugbodengeschwindigkeit bestimmt wird.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein neues und verbessertes Steuersystem/-verfahren für halbautomatische, mechanische Getriebe vorzusehen mit einer Steuerung zum automatischen Bestimmen erlaubbarer Hoch- und Runterschaltvorgänge aus einem vorgegebenen Gang, vorzugsweise zum automatischen Anzeigen derselben, zum automatischen Ausführen solcher erlaubbaren Schaltvorgänge bei einer manuellen Auswahl durch einen manuellen Auswahlhebel durch den Fahrzeugbediener und wobei der Bediener ein automatisches Schalten aus Neutral in ein geeignetes Rollstartverhältnis bzw. einen Gang anfordern kann, das bzw. der bestimmt wird als eine Funktion der derzeitigen Fahrzeugbodengeschwindigkeit, und zwar durch eine einzelne Bewegung des Auswahlhebels in die Hochschaltrichtung, wenn die Fahrzeugbodengeschwindigkeit größer ist als ein minimaler Bodengeschwindigkeitsreferenzwert.
Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des halbautomatischen, mechanischen Schaltgetriebesystems der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Steuersystems des halbautomatischen Getriebes der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der manuellen Schaltsteuerung und Anzeigevorrichtung des Fahrers;
Fig. 3A, 3B vergrößerte Ansichten von Teilen der in Fig. 3 dargestellten Anzeige;
Fig. 4 eine schematische Darstellung im Flußdiagrammformat des Steuersystems/-verfahrens der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Bei der vorliegenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird eine bestimmte Terminologie für Beschreibungszwecke verwendet, die nicht einschränkend sein soll. Die Begriffe "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" beziehen sich auf Richtungen in der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Die Begriffe "nach innen" und "nach außen" beziehen sich jeweils auf Richtungen zu und weg von der geometrischen Mitte der Vorrichtung oder des davon beschriebenen Teils. Das obige ist auch auf Ableitungen der speziell oben genannten Begriffe und Begriffe ähnlicher Herkunft anwendbar.
Der Begriff "einfaches Getriebe" wird verwendet um ein Gangwechsel- bzw. Schaltgetriebe zu bezeichnen, bei dem der Bediener eines aus einer Vielzahl von einzelnen Getriebereduktionsverhältnissen bzw. Gängen auswählen kann. Der Begriff "Verbundgetriebe" wird verwendet um ein Schaltgetriebe zu bezeichnen mit einem Hauptgetriebeteil und einem Hilfsgetriebeteil, die in Serie verbunden sind, wobei das ausgewählte Getriebereduktionsverhältnis bzw. der Gang in dem Hauptgetriebeteil zusammengebracht werden kann mit einem weiteren ausgewählten Gang im Hilfsgetriebeteil. Der Begriff "Verbundgetriebe des Splitter- bzw. Verteilertyps" bezeichnet so wie er hier verwendet wird ein Verbundgetriebe, bei dem das Hilfsgetriebe verwendet wird zum Vorsehen unterschiedlicher ausführbarer Schritte für Unterteilungen der in dem Hauptgetriebeteil ausgewählten Übersetzungsverhältnisse bzw. Gänge. In einem Verbundgetriebe des Splittertyps ist der Hauptgetriebeabschnitt typischerweise mit relativ breiten Schritten versehen, die durch den Hilfsabschnitt aufgeteilt oder unterteilt werden. Der Begriff "Hochschalten" bedeutet so wie er hier verwendet wird, das Schalten von einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis oder Gang in ein höheres Übersetzungsverhältnis bzw. einen höheren Gang. Der Begriff "Herunterschalten" bedeutet so wie er hier verwendet wird, das Schalten von einem höheren Übersetzungsverhältnis oder Gang zu einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis oder Gang. Die Begriffe "niedriges Übersetzungsverhältnis", "niedriger Gang" und/oder "erster Gang" bezeichnen so wie sie hier verwendet werden das Übersetzungsverhältnis bzw. den Gang der verwendet wird für den Betrieb mit der niedrigsten Vorwärtsgeschwindigkeit an einem Getriebe oder Getriebeabschnitt (d. h. den Satz von Gängen bzw. Zahnrädern mit dem höchsten Reduktionsverhältnis relativ zur Eingangswelle des Getriebes).
Eine "ausgewählte Schaltrichtung" bezieht sich auf die Auswahl entweder eines einzelnen oder mehrerer Hochschalt- oder Runterschaltvorgänge aus einem bestimmten Gang. Der "Versatz" zwischen Verhältnissen bzw. Gängen bezieht sich auf die Anzahl von auswählbaren Verhältnissen oder Gängen zwischen zwei gegebenen Gängen bzw. Verhältnissen; z. B. ist der dritte Gang oder das dritte Übersetzungsverhältnis um ein bzw. zwei Gänge bzw. Verhältnisse zu dem vierten bzw. fünften Gang in Runterschaltrichtung versetzt.
Der Begriff "blockiertes Getriebe" oder "blockierter Getriebeabschnitt" bezeichnet ein konstant in Eingriff stehendes Schaltgetriebe oder einen Getriebeabschnitt bei dem ein ausgewähltes einer Vielzahl von axialbewegbaren Rädern bzw. Zahnrädern nicht drehbar mit einer Welle gekoppelt ist, in Folge einer Axialbewegung des ausgewählten Rades aus der neutralen zu der Eingriffsposition desselben und das mittels einer elastisch vorgespannten positiven bzw. formschlüssigen Kupplung und einem Blockierelement bzw. einem Blocker verwendet wird, um einen solchen Eingriff zu verhindern bis die Glieder der positiven Kupplung sich im wesentlichen synchron drehen, wobei ein solcher synchroner Zustand erreicht wird durch manuelle und/oder automatische Manipulation der Getriebeeingangs- und/oder -ausgangswellen, um ein Verkreuzen des Synchronzustands dazwischen zu bewirken, wobei der Synchronzustand aber typischerweise nicht erreicht wird durch Reibungskontakt der ausgewählten Kupplungsglieder, der ausreichen würde, um zu bewirken, daß sich eines der Kupplungsglieder und die damit assoziierte Vorrichtung mit dem anderen Kupplungsglied dreht. Blockierte Getriebe und/oder Getriebeabschnitte sind in den US Patenten Nr. 3,799,002; 3,924,484; 4,192,196 und 4,440,037 dargestellt.
Die vorliegende Erfindung ist im Prinzip anwendbar auf die halbautomatische Steuerung irgendeiner Art eines mechanischen Schaltgetriebes, das geeignet ist zum Vorsehen von Eingangssignalen und zum Empfang von Befehlssignalen von elektropneumatischen Steuereinrichtungen. Das halbautomatische Steuersystem der vorliegenden Erfindung ist jedoch besonders vorteilhaft geeignet für ein Verbundgetriebe des Splittertyps der Bauart mit einem nicht-synchronisierten, nicht-blockierten Hauptgetriebeabschnitt, der in Serie verbunden ist mit einem Hilfsabschnitt des blockierten Splittertyps. Solche Getriebe sind in der Technik bekannt und werden als "halbblockierte" Getriebe bezeichnet und sind in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 82303586.2 veröffentlicht am 9. Februar 1993 (EP-A-0 071 353) und der Europäischen Patentanmeldung Nr 83307061.8 veröffentlicht am 5. September 1984 (EP-A-0 117 342) und dem US Patent Nr. 4,735,109 beschrieben und dargestellt. Getriebe des in dem oben genannten US Patent Nr. 4,754,665 dargestellten Getriebe können auch vorteilhaft in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das halbautomatische Getriebesystem auf das sich die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft bezieht, ist in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 85305072.2 veröffentlicht am 5. Februar 1986 (EP-A- 0 170 465) und US Patent Nr. 4,648,290 beschrieben und dargestellt.
Gemäß Fig. 1 wird die Position einer fahrerbetätigten Drossel bzw. eines Gaspedals 24 am Sensor 22 abgefühlt und an eine zentrale Prozessoreinheit 38 weitergeleitet, die auch Eingänge bezüglich der Motordrehzahl (ES) vom Sensor 28 und/oder eine Getriebeeingangswellendrehzahl (IS) vom Sensor 32, eine Getriebeausgangswellendrehzahl (OS) vom Sensor 36 und positive oder negative Betätigungen des Gangschalthebels oder "Joysticks" 1 des Fahrers empfängt, was noch in größerer Einzelheit nachfolgend beschrieben wird. Es sei bemerkt, daß die Getriebeausgangswellendrehzahl eine Anzeige der Fahrzeugbodengeschwindigkeit ist und die Motordrehzahl eine Anzeige der Getriebeeingangswellendrehzahl und umgekehrt ist, insbesondere wenn die Kupplung 16 nichtrutschend im Eingriff steht.
Der Drosselpositionssensor 24 kann von dem Typ sein, der in dem US Patent Nr. 4,922,425 beschrieben ist, der das Vorhandensein oder die Abwesenheit des Fußes des Bedieners auf dem Gaspedal sowie den Versatz des Gaspedals anzeigt.
Steuerlogikschaltungen, Sensoren und Betätiger für das Getriebesystem 10 wie es in den Fig. 1 und 2 offenbart ist, können des Typs sein, der in den zuvor genannten US Patenten Nr. 4,361,060; 4,648,290; 4,930,081 und 4,930,078 offenbart ist. Die zentrale Prozessoreinheit 38 empfängt Eingänge und verarbeitet dieselben gemäß vorbestimmter Logikregeln und sieht Befehlsausgangssignale vor für pneumatische und/oder elektrische Betätiger für eine Steuerung einer Abgasbremse 17 und/oder einer Eingangswellenbremse 18 für rasche Hochschaltvorgänge, und für automatische Brennstoffsteuerung 26 zum Steuern der Brennstoffversorgung an dem Motor 14, und für eine Kupplungssteuerung über den Betätiger 30 und für Schaltvorgänge über den Getriebebetätiger 34. Der Getriebebetätiger 34 kann des "X-Y"-Typs sein, wie er in den US-Patenten Nr. 4,873,881 und 4,899,607 beschrieben ist.
Die zentrale Prozessoreinheit sendet auch Befehlsausgangssignale an die Anzeige 2, die nachfolgend noch näher beschrieben wird. Das halbautomatische Getriebesystem 10 kann zusätzlich eine übliche fußbetätigte manuelle Kupplungssteuerung 3 aufweisen, die nur zur Verwendung für Anfahr- bzw. Start-aus-Ruhestand und/oder Kriechmanöver- Situationen mit niedriger Geschwindigkeit vorgesehen ist. Die Steuerung 38 empfängt Signale, welche die Position der manuellen Kupplungssteuerung 3 und eine Betätigung der Fahrzeugbremsen 4 anzeigen. Das halbautomatische, mechanische Getriebesystem 10 umfaßt Quellen elektrischer, hydraulischer und/oder pneumatischer Leistung (nicht gezeigt).
Die zentrale Prozessoreinheit kann des Typs sein, der in dem US-Patent Nr. 4,595,986 dargestellt ist und kann eine Fehlerdetektier- und Toleranzlogik des Typs beinhalten, die in den US-Patenten Nr. 4,849,899; 4,899,279 und 4,945,484 dargestellt ist. Der Motor 14 kann elektronisch gesteuert sein und einen dedizierten Mikroprozessor 14A umfassen, der mit der Steuerung 38 kommuniziert über eine elektronische Datenverbindung, die einem Protokoll entspricht, wie z. B. ISO 11898, SAE J1922 oder SAE J1939.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 zu sehen ist, kann die zentrale Prozessoreinheit 38 in einer Box oder einem Gehäuse 38A enthalten sein, wobei das Gehäuse folgendes trägt: Die Anzeigetafel 2 mit einer Hochschaltindikatoranzeige 2' einer Runterschaltindikatoranzeige 2" und einer derzeitigen Übersetzungsverhältnis- bzw. Ganganzeige 2''', den Schaltauswahlhebel 1, einen optionalen Rückwärtsfreigabeknopf 1A sowie eine zentrale Prozessoreinheitelektronikschaltung 38B.
Die Schematik des Steuersystems des halbautomatischen, mechanischen Getriebesystems 10 ist auch in Fig. 2 dargestellt.
Gemäß der Fig. 3A umfaßt die Anzeige 2 einen Hochschaltindikatorabschnitt 2', einen Runterschaltindikatorabschnitt 2" und einen derzeitigen Gangindikatorabschnitt 2'''. Wie es dargestellt ist, zeigt der derzeitige Gangabschnitt 2''' eine "6" an, was anzeigt, daß das Fahrzeuggetriebe im sechsten Gang arbeitet. Der Hochschaltanzeigeabschnitt 2' besitzt drei Linien, die die maximale Anzahl der erlaubbaren aufeinanderfolgenden Hochschaltvorgänge anzeigt, die gemäß der abgefühlten Eingangsparameter erlaubt sind, wie beispielsweise der abgefühlten Motor oder Eingangswellendrehzahl und der abgefühlten Ausgangswellendrehzahl, wie sie gemäß der vorbestimmten Logikregeln oder dem Programm bearbeitet werden. In der vorliegenden Situation zeigen die drei Linien an, daß ein einfacher, ein doppelter oder ein dreifacher Hochschaltvorgang erlaubt ist. Demgemäß kann der Fahrer einen Schaltvorgang direkt zu dem entweder siebten, achten oder neunten Gang auswählen. Der Runterschaltanzeigeabschnitt 2" besitzt zwei Linien, was anzeigt, daß die maximale Anzahl erlaubter aufeinanderfolgender Runterschaltvorgänge, gemäß der abgefühlten Parameter, wie sie durch die vorbestimmte Logik oder das Programm bearbeitet wurden, erlaubt ist. In der vorliegenden Situation zeigen die zwei Linien in der Anzeige 2' an, daß das Getriebe in erlaubter Weise zu entweder dem fünften oder vierten Gang runtergeschaltet werden kann.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 3B zu sehen ist, kann die Anzeige Hoch- und Runterpfeile oder andere Symbole anstelle der Linien verwenden.
Die Erlaubbarkeit eines möglichen Hochschalt- oder Runterschaltvorgangs wird bestimmt durch Vergleichen der erwarteten Motordrehzahl bei Beendigung eines solchen Hochschalt- oder Runterschaltvorgangs unter der Annahme einer im wesentlichen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer berechneten, erwarteten Fahrzeuggeschwindigkeit und einer voll in Eingriff stehenden Hauptkupplung mit einem festen Bereich maximaler und minimaler erlaubter Motordrehzahlen. Die zentrale Prozessoreinheit 38 wird keine Befehlssignale ausgeben, um einen ausgewählten, nicht-erlaubten Gangwechsel bzw. Schaltvorgang durchzuführen. Vorzugsweise wird eine zentrale Prozessoreinheit den am nächsten liegenden erlaubten Gangwechsel zu dem durch den Bediener ausgewählten Gangwechsel ausführen. Nimmt man beispielsweise die gemäß Fig. 3A durch die Anzeige 2 angezeigten Bedingungen an, würde dann, wenn der Bediener einen Runterschaltvorgang zum dritten Gang auswählt ein solcher Runterschaltvorgang nicht durch die zentrale Prozessoreinheit 38 ausgeführt werden, da er nicht erlaubt ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die zentrale Prozessoreinheit 38 jedoch Befehlsausgangssignale für einen doppelten Runterschaltvorgang vom sechsten Gang zum vierten Gang ausgeben. Ein nicht-erlaubter Gangwechsel wird nicht nur verweigert sondern der Fahrer wird normalerweise schon durch die Anzeige 2 darauf hingewiesen, daß dieser Gang niemals versucht oder hätte ausgewählt werden sollen.
Die Anzeige 2 sieht für den Bediener eine Anzeige vor, welche Hochschaltvorgänge und Runterschaltvorgänge erlaubt sind und welche Hoch- und Runterschaltvorgänge nicht erlaubt sind. Sollte der Fahrer die Warnung nicht beachten, wird die zentrale Prozessoreinheit 38 keine unerlaubten Schaltbefehle erzeugen, obwohl eine Synchronisierung der mechanischen Klauenkupplungselemente durch das System erreicht werden könnte.
Zum Schalten des Getriebes 12 bewegt der Fahrer den Hebel 1 nach vorne (zum Hochschalten) und nach hinten (zum Runterschalten) aus der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Position. Um einen einzelnen Hochschaltvorgang (d. h. einen Schaltvorgang zum siebten Gang) auszuwählen, bewegt der Bediener den Hebel 1 einmal nach vorne und der Hebel kehrt dann unter Vorspannung zu der neutralen oder zentrierten Position zurück. Wenn der sechste Gang eingelegt ist, wie gezeigt und der Bediener den Hebel dreimal rasch hintereinander nach vorne bewegt, und dann dem Hebel erlaubt zur Ruheposition zurückzukehren wird er zwei Gänge überspringen und einen überspringenden Schaltvorgang direkt in den neunten Gang erreichen und zwar fast sofort (d. h. die siebten und achten Gänge werden nicht in Eingriff gebracht). Demgemäß können mehrfache oder überspringende Schaltvorgänge durch die Verwendung der halbautomatischen Steuerung der vorliegenden Erfindung befohlen werden. Das Lösen der Hauptkupplung 16 und das Synchronisieren der ausgewählten Klauenkupplungsglieder, die mit dem ausgewählten Übersetzungsverhältnis bzw. Gang assoziiert sind, wird automatisch und rasch erreicht durch automatische Drossel- und Kupplungssteuerung und bremsen der Eingangswelle und/oder des Motors. Das Steuersystem ist halbautomatisch und der Fahrer muß seine Diskretion hinsichtlich der Frage wann Hoch- oder Runtergeschaltet wird und wie viele Gänge Hoch- oder Runtergeschaltet werden ausüben, aber er braucht nicht einen Schalthebel-, ein Gaspedal- und eine Kupplungsbetätigung zu koordinieren. Sobald der Fahrer einen erlaubten Gang ausgewählt hat wird die Drossel bzw. das Gaspedal angehoben, um eine notwendige Synchronisierung während eines Runterschaltvorgangs zu erreichen oder niedergedrückt zum Erreichen einer notwendigen Synchronisierung während eines Hochschaltens, was alles automatisch für den Fahrer durch die zentrale Prozessoreinheit durchgeführt wird.
Typischerweise wird die Rückwärtsbetriebsart nur aus der neutralen, im wesentlichen Ruheposition erreicht und wird dann erreicht, durch Bewegen des Steuerhebels 1 nach hinten aus der derzeitig in Eingriff stehenden Neutralposition. Um ein unbeabsichtigtes Runterschalten in einen Rückwärtsgang zu verhindern, kann ein Rückwärtsknopf 1A vorgesehen sein, der heruntergedrückt werden muß, bevor die zentrale Prozessoreinheit eine Rückwärtsbewegung des Steuerhebels 1, wenn er in der neutralen Position ist, als eine Anforderung für einen Rückwärtsbetrieb interpretiert. Natürlich kann irgendeine Art eines Kippschalters oder Knopfs an dem Ende des Schalthebels anstelle des Rückwärtsfreigabeknopfs 1A verwendet werden.
Hochschalt- und/oder Runterschaltvorgänge, die sowohl den Haupt- als auch den Hilfsabschnitt betreffen (d. h. Verbundschaltvorgänge) sind für den Fahrer in gleicher Weise einfach zu erreichen wie solche, die nur den Hilfsabschnitt beinhalten (d. h. ein Split-Schaltvorgang). Bei solchen Getrieben, die mit mehreren Rückwärtsgängen versehen sind, kann das Getriebe in niedrigere Rückwärtsgänge heruntergeschaltet werden und in höhere Rückwärtsgänge hochgeschaltet werden durch Bewegung des Steuerhebels nach hinten und nach vorne, wie es angezeigt ist.
Es sei bemerkt, daß ein einzelner Steuerhebel, der nach vorne und nach hinten in eine vorgegebene Richtung bewegbar ist, zum Auswählen einer Vorwärts- und Rückwärtsbetriebsart und der dann in einer Querrichtung zum Auswählen von einzelnen oder mehrfachen Hochschalt- und Runterschaltvorgängen (des Typs der in US-Patent Nr. 4,442,730 offenbart ist) für den dargestellten Steuerhebel 1 eingesetzt werden kann. Der Steuerhebel 1 kann auch durch irgendeine andere Art einer Auswahleinrichtung mit einem nicht-versetzten Zustand und zwei unterschiedlichen versetzten Zuständen ersetzt werden, wie z. B. einem Kipp- oder Wippschalter, ein Paar Knöpfen oder ähnlichem. Es sei auch bemerkt, daß mindestens einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf Getriebesysteme ähnlich dem System 10 anwendbar sind, die aber vollautomatische Kupplungsbetätiger aufweisen.
Es ist ein bevorzugtes Merkmal des halbautomatischen Steuersystems der vorliegenden Erfindung, daß immer dann, wenn das Fahrzeug zu einem vollständigem Stopp gebracht wird, die Kupplung 16 gelöst wird und das Getriebe in einem relativ hohen Gang in Eingriff steht, und dann der Hebel 1 einmal in die Runterschaltrichtung bewegt wird, die Steuerung automatisch das Getriebe 12 zu vorzugsweise Neutral oder alternativ einem vorgewählten Startgang schaltet, was das überspringende Schalten über eine große Vielzahl von dazwischen liegenden Gängen umfassen kann. Beispielsweise sind bei einem zwölf Vorwärtsgänge aufweisenden Getriebe die erlaubten Anfahr- bzw. Start-von-Stopp-Gänge die ersten fünf Gänge. Nachdem sich das Getriebe in dem vorgewählten Startgang befindet bewirkt eine weitere Hebelbewegung in die Runterschaltrichtung, daß sich das Getriebe in einen niedrigeren Gang schaltet und eine andere Bewegung in die Raufschaltrichtung wird das Getriebe in einen höheren Gang schalten. Der Bediener kann im Ruhezustand des Fahrzeugs oder im Bewegungszustand jeweils einen Gang aus den erlaubten Gängen auswählen. Das manuelle Kupplungspedal ist dann, wenn es verwendet wird, nur vorgesehen, für die vorbereitende Verwendung beim Anhalten, um das Getriebe außer Eingriff zu bringen bzw. zu lösen und ein Abwürgen zu vermeiden und während des Startens aus der Ruheposition in irgendeinem der erlaubten Startgänge.
Der vorgewählte Start-von-Stopp-Gang kann voreingestellt und festgelegt sein, aber er kann auch durch den Bediener auswählbar sein, er kann durch die elektronische Steuereinheit bestimmt werden unter Betrachtung von Eingangssignalen und vorbestimmter Logikregeln oder er kann einfach der letzte tatsächlich verwendete Startgang sein.
Eine einzelne Bewegung oder einem Puls des Hebels ist eine Bewegung des Hebels aus der zentrierten Position zu einer versetzten Position in entweder die Hochschalt- oder Runterschaltrichtung, wobei der Hebel dann im wesentlichen sofort losgelassen wird, um dem Hebel zu erlauben zur zentrierten Position zurückzukehren. Wenn der Steuerhebel 1 in der versetzten Position für länger als eine vorbestimmte Zeitperiode gehalten wird (z. B. für länger als ein oder zwei Sekunden) kann eine alternative Steuerlogik verwendet werden.
Wie schematisch im Flußdiagrammformat in Fig. 4 dargestellt ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn das Fahrzeug in einer "Rollstart"-Betriebsart ist (d. h. wenn die Bodengeschwindigkeit größer als ein minimaler Bezugswert (OS > REF wobei REF gleich z. B. ungefähr 50 Umdrehungen pro Minute ist)), das Getriebe in Neutral ist (GR = N), die Steuerung 38 eine einzelne Bewegung der Gangauswahleinrichtung 1 in die Hochschaltrichtung als eine Anforderung für ein direktes Schalten von Neutral in einen vorbestimmten Rollstartgang (GRRS) interpretieren und ausführen, wobei der Rollstartgang eine Funktion der derzeitigen Fahrzeugeschwindigkeit ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Rollstartgang so ausgewählt, daß die Eingangswellendrehzahl (IS = OS * GRRS) gleich oder etwas größer ist als die derzeitige Motorgeschwindigkeit (Es ≤ OS * GRRS) oder alternativ größer ist als die Motorleerlaufdrehzahl (ESLEERLAUF ≤ OS * GRRS), was sicherstellt, daß ein Eingriff der Kupplung und/oder der Rollstartgang keine unerwartete und unerwünschte Fahrzeugbeschleunigung bewirkt.
Bei einem Ausführungbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Abfühlen eines manuellen Lösens der Hauptkupplung 16 eine Vorbedingung zum Abfühlen von Rollstartbedingungen, während bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Zustand der Hauptkupplung kein Steuerparameter ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Rollstartgang ausgewählt zum Vorsehen einer Eingangswellendrehzahl, die der Motordrehzahl am nächsten angepaßt ist und die etwas größer oder etwas geringer sein kann als die Motordrehzahl (ES &sim; OS * GRRS).
Alternativ kann, wie es separat in der Ausscheidungsanmeldung EP 1016810 beansprucht ist, die Auswahl des Rollstartganges eine Funktion der erwarteten Ausgangswellendrehzahl (OSE) zum Zeitpunkt des Eingriffs des Startgangs sein, wobei die erwartete Ausgangswellendrehzahl bestimmt wird als eine Funktion der derzeitigen Ausgangswellendrehzahl (OSC), der Veränderungsrate der derzeitigen Ausgangswellendrehzahl (dOS/dt) und der Reaktionszeit der Systembetätiger.
In dem Flußdiagramm gemäß Fig. 4 sind Alternativen in Klammern angezeigt.
Bei den oben beschriebenen Vorgängen kann der Fahrzeugführer mit einer einzelnen Bewegung des Steuerhebels einen direkten Schaltvorgang in einen geeigneten Rollstartgang (GRRS) aus Neutral anfordern, wobei diese Anforderung automatisch implementiert wird durch das halbautomatische, mechanische Getriebesystem 10.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines halbautomatischen mechanischen Schalt- oder Wechselgetriebesystems (10), wobei folgendes vorgesehen ist:

ein brennstoffdrosselgesteuerter Motor (14) mit einer bekannten Leerlaufdrehzahl (ESLEERLAUF),

ein mehrere Drehzahlen vorsehendes mechanisches (Mehrgang) Wechselgetriebe (12),

eine Hauptreibungskupplung (16) angeordnet zwischen Motor und Getriebe,

ein manuell betätigter Schaltwahlhebel (1) bewegbar aus einer zentrierten Position in eine erste Richtung um Aufwärtsschaltungen auszuwählen und bewegbar in eine zweite Richtung aus der zentrierten Position um Herabschaltungen vom derzeit in Eingriff stehenden Drehzahlverhältnis bzw. Gang vorzusehen,

eine zentrale Verarbeitungseinheit (38) zum Empfang von Eingangsgrößen die eine Anzeige bilden für das in Eingriff stehende Motordrehzahl- (engine speed = ES) Getriebeverhältnis, für die Getriebeausgangswellendrehzahl (output shift speed = OS) und für den Betrieb des manuellen Schaltwahlhebels, und zur Verarbeitung dieser Eingangsgrößen entsprechend vorbestimmten Logikregeln um Befehlsausgangssignale abzugeben, und zwar an nicht manuell gesteuerte Operatoren (Betätigungsvorrichtungen) einschließlich eines Kupplungsoperators (Kupplungsbetätigungsvorrichtung) (30), eines Brennstoffdrosseloperators (26) (Brennstoffdrosselsteuervorrichtung) und eines Getriebeoperators (Getriebebetätiger) (34), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist daß:

dann, wenn sich das Getriebe in Neutral (GR = N) befindet und die erwähnte Fahrzeugdrehzahl bzw. Geschwindigkeit einen minimalen Bezugswert (OS > REF) übersteigt, automatisch der Betrieb in einem rollenden Startmodus des Betriebs ausgewählt wird, wobei eine einzige Bewegung des erwähnten Schaltwahlhebels in der Heraufschaltrichtung als eine Operatorauswahl für eine direkten Schaltung von Neutral in ein geeignetes Rollstartgetriebeverhältnis (GRRS) interpretiert wird, wobei das geeignete Rollstartverhältnis als eine Funktion der laufenden Fahrzeuggeschwindigkeit oder Drehzahl derart bestimmt wird, daß das numerische Verhältnis davon gleich oder größer ist als der Quotient der laufenden Motordrehzahl dividiert durch die laufende Abtriebs- oder Ausgangswellendrehzahl (GRRS ≥ ESLEERLAUFf/OS).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System einen manuellen Kupplungsoperator (3) aufweist, und wobei die Eingangssignale ein Signal aufweisen, welches ein manuelles Lösen der Kupplung anzeigt, und wobei der Betrieb in dem Rollstartmodus ferner das Abfühlen des manuellen Lösender Kupplung erfordert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erwähnte geeignete Rollstartverhältnis ebenfalls als Funktion der Änderungsrate der derzeitigen Fahrzeugdrehzahl oder Geschwindigkeit bestimmt wird.

4. Maschine zum Steuern eines halbautomatischen mechanischen Schalt- oder Wechselgetriebesystems (10), wobei folgendes vorgesehen ist:

ein brennstoffdrosselgesteuerter Motor (14) mit einer bekannten Leerlaufdrehzahl ESLEERLAUF,

ein mechanisches Mehrgeschwindigkeitsgangwechselgetriebe (12), eine Hauptreibungskupplung (16) zwischen Motor und Getriebe, ein manuell betätigter Schaltwahlhebel (1) bewegbar in einer ersten Richtung von einer zentrierten Position zum Auswählen von Heraufschaltungen und in einer zweiten Richtung von der zentrierten Position zum Auswählen von Herabschaltungen aus dem derzeit in Eingriff stehenden Getriebeverhältnis oder Gang, eine zentrale Verarbeitungseinheit (38) zum Empfang von Eingangsgrößen welche eine Anzeige bilden für das Getriebeeingriffsverhältnis oder den Gang, die Motordrehzahl (engine speed = ES) der Getriebeausgangswellendrehzahl (output shift speed = OS) und der Betätigung des manuellen Schaltwahlhebels, und ferner zur Verarbeitung dieser Eingangsgrößen entsprechend vorbestimmter Logikregeln, um Befehlsausgangssignale abzugeben, und zwar an nicht manuell gesteuerte Operatoren oder Betätigungsvorrichtungen einschließlich eines Kupplungsoperators (30), eines Brennstoffdrosselsteueroperators (26), und eines Getriebeoperators (34), wobei die Maschine dadurch gekennzeichnet ist, daß die Logikregeln Logikregeln für folgendes aufweisen:

automatische Auswahl des Betriebes in einem Rollstartmodus, wenn sich das Getriebe in Neutral (GR = N) befindet und die Fahrzeugeschwindigkeit einen minimalen Bezugswert (OS > REF) übersteigt, wobei eine einzige Bewegung des Schaltwahlhebels in Heraufschaltrichtung als eine Operatorauswahl einer einen direkten Schaltung von Neutral in ein geeignetes Rollstartgetriebeverhältnis bzw. -gang (GRRS) interpretiert wird, wobei das geeignete Rollstartverhältnis als eine Funktion der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit oder Drehzahl derart bestimmt wird, daß das numerische Verhältnis davon gleich oder größer ist als der Quotient der laufenden Motordrehzahl dividiert durch die derzeitige Ausgangswellendrehzahl (GRRS ≥ ES/OS).

5. Maschine nach Anspruch 4, wobei das System einen manuellen Kupplungsoperator (3) aufweist, wobei die Eingangssignale ein Signal aufweisen welches das manuelle Lösen der Kupplung anzeigt, und die automatische Auswahl des Betriebs im Rollstartmodus ferner das Abfühlen des manuellen Lösens der Kupplung umfaßt.

6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei das geeignete Rollstartverhältnis auch als Funktion der Änderungsrate der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird.