DE10037547B4 - Automatisiertes Getriebesystem - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf automatisierte Getriebesysteme, bestehend aus einem Fluid-Druckkreis mit einem Fluiddruckspeicher, einem Steuerventil und einem oder mehreren Fluiddruck-Stellgliedern zur Steuerung einer Kupplung und/oder eines Gangschaltmechanismus des Getriebesystems, und elektronische Mittel zur Steuerung des Schaltens des Steuerventils.
- Derartige automatisierte Getriebesysteme, beispielsweise wie in
WO97/05 410 A1 WO97/40 300 A1 - In der
DE 17 50 114 A ist ein hydraulisches Schaltgerät für Zahnräderwechselgetriebe offenbart. Es umfasst im Wesentlichen eine motorisch angetriebene Hydraulikpumpe, mindestens einen hydraulischen Stellmotor für die Ausführung der Schaltbewegungen, sowie ein elektrisch ausgelöstes Steuerglied zwischen Pumpe und Stellmotor. Das Steuerglied ist dabei einem elektrischen oder elektronischen Kommandogeber zugeordnet, der die Schaltbefehle gibt. - Die Erhaltung des Fluiddruckes im ausgeschalteten System kann ein Risiko bedeuten, beispielsweise bei Zerlegen des Systems oder Eingriffen in die elektronischen Schaltkreise oder deren Ausfall, wodurch die Stellglieder unerwartet schalten. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die angesprochenen Probleme zu lösen. Die Aufgabe wird mit einem automatisierten Getriebesystem mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein automatisiertes Getriebesystem einen Fluid-Druckkreis mit einem Fluid-Druckspeicher, einem Steuerventil und einem oder mehreren Fluiddruck-Stellgliedern zur Steuerung einer Kupplung und/oder eines Gangschaltmechanismus des Getriebesystems, sowie elektronische Mittel zur Steuerung der Betätigung des Steuerventils, um Fluid unter Druck gemäß den Gangschaltanforderungen und/oder den Kupplungsbetätigungsanforderungen des Getriebesystems an die Stellglieder zu geben, und eine elektrische Pumpe zum Wiederaufladen des Druckspeichers, wobei die Stellglieder beim Abschalten des Systems nach Inaktivierung so geschaltet sind, daß sie sich entleeren; wobei die Steuermittel bei Inaktivierung vor Ausschalten des Systems eine Bestromung der Pumpe verhindern und ein zyklisches Schalten des Steuerventils steuern, um Fluid unter Druck vom Druckspeicher an ein oder mehrere Stellglieder abzugeben, und von dort zum Abfluß, damit der Druck im Druckspeicher unter einen vorbestimmten Wert gesenkt wird.
- In der oben beschriebenen Weise senkt eine zyklische Betätigung des Steuerventils bei gesperrter Pumpe den Druck im Druckspeicher unter den vorbestimmten Wert, bei dem der Druck nicht mehr ausreicht, um eine Bewegung der Stellglieder zu verursachen.
- Eine Ausführung der Erfindung wird jetzt nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 ein halbautomatisiertes Getriebesystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt; -
2 einen hydraulischen Steuerkreis für ein automatisiertes Getriebesystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt, mit dem Hauptsteuerventil in einer ersten Stellung; -
3 einen Teil des hydraulischen Steuerkreises der2 darstellt, in dem das Hauptsteuerventil in einer zweiten Stellung ist; und -
4 einen Teil des hydraulischen Steuerkreises der2 darstellt, in dem das Hauptsteuerventil in einer dritten Stellung ist. -
1 der beiliegenden Zeichnungen stellt einen Motor10 mit Anlasser und zugehörigem Anlasserkreis10a dar, der über die Hauptreibungskupplung14 mit einem Getriebe, wie beispielsweise synchronisierten mehrgang Vorgelegewellengetriebe12 über eine Getriebe-Eingangswelle15 verbunden ist. Die Drossel16 mit dem durch Gaspedal19 betätigtem Drosselventil18 liefert Kraftstoff an den Motor. Die Erfindung gilt gleicherweise für Benzin- oder Dieselmotoren mit elektronischer oder mechanischer Kraftstoffeinspritzung. - Die Kupplung
14 wird durch eine von einem hydraulischen Servozylinder22 unter Kontrolle von Kupplungsstellglied-Steuermitteln38 angesteuerte Ausrückgabel20 betätigt. - Ein Gangwählhebel
24 arbeitet in einer Kulisse50 mit zwei Führungen51 und52 , die durch eine zwischen dem Ende von Führung52 und zwischen den Enden der Führung51 liegende Querführung53 verbunden sind. Die Kulisse50 definiert 5 Stellungen: ”R” am Ende von Führung52 ; ”N” zwischen den Enden der Querführung53 ; ”S” an der Verbindung von Führung51 mit Querführung53 ; und ”+” und ”–” an den Enden der Führung51 . In Führung51 ist der Hebel24 in Richtung der zentralen ”S”-Stellung vorgespannt. Die ”N”-Stellung des Wählhebels24 entspricht ”Neutral”; ”R” entspricht der Wahl des Rückwärtsganges; ”S” entspricht der Wahl einer Vorwärtsfahrt; die kurzzeitige Bewegung des Hebels in ”+”-Stellung gibt einen Befehl, mit dem das Getriebe in einen höheren Gang schaltet; die kurzzeitige Bewegung des Wählhebels24 Stellung gibt einen Befehl, mit dem das Getriebe in einen niedrigeren Gang schaltet. - Die Stellungen des Hebels
24 werden von einer Reihe von Sensoren erfaßt, beispielsweise von um die Kulisse50 angeordneten Mikroschaltern oder optischen Sensoren. Die Signale der Sensoren werden an eine elektronische Steuereinheit36 weitergeleitet. Ein Ausgang des Steuergerätes36 steuert einen Gangschaltmechanismus25 , der die Gänge des Getriebes12 entsprechend der Bewegung des Wählhebels24 durch den Fahrer schaltet. Der Gangschaltmechanismus25 kann beispielsweise hydraulische Schubzylinder und Steuer-Magnetventile umfassen, um die Schaltglieder zum Einschalten oder Ausschalten der verschiedenen Gänge zu bewegen, beispielsweise wie in PatentschriftWO97/05410 - Zusätzlich zu den vom Wählhebel
24 stammenden Signalen erhält das Steuergerät36 Signale von:
Sensor19a über den Grad der Betätigung des Gaspedals19 ;
Sensor30 über den Grad der Öffnung des Drosselsteuerventils18 ;
Sensor26 über die Motordrehzahl;
Sensor42 über die Drehzahl der Kupplungsdruckplatte;
Sensor34 über die Stellung des Kupplungs-Servozylinders; und
Sensor32 über den gewählten Gang. - Das Steuergerät
36 verwendet die Signale dieser Sensoren, um die Betätigung der Kupplung14 während Aktivierung aus Ruhe und bei Gangwechseln zu steuern, wie in PatentschriftenEP0038113 ,EP0043660 ,EP0059035 ,EP0101220 undWO92/13208 - Zusätzlich zu den oben beschriebenen Sensoren empfängt das Steuergerät
36 auch Signale von einem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor62 , dem Zündschloß54 und dem zum Hauptbremssystem gehörenden Bremsschalter56 , beispielsweise der Fußbremse58 des Fahrzeuges. - Mit dem Steuergerät
36 ist ein Summer verbunden, um den Fahrer zu warnen/zu informieren, wenn bestimmte Betriebsbedingungen auftreten. Zusätzlich oder anstelle des Summers50 können eine blinkende Kontrolllampe oder andere Anzeigemittel verwendet werden. Außerdem ist eine Ganganzeige60 für die Anzeige des jeweils gewählten Ganges vorgesehen. - Wie in
2 bis4 dargestellt, umfaßt ein Hydraulikkreis für die oben dargestellte Steuerung der Kupplung14 und des Gangschaltmechanismus25 des Getriebesystems ein durch ein Haupt-Magnetventil gesteuertes Wegeventil120 für den selektiven Anschluß des Kupplungs-Servozylinder22 und/oder der hydraulischen Gangschalt-Stellglieder114 und115 an einen Hydraulik-Druckspeicher124 oder einen Behälter126 . Der Druckspeicher124 wird von einer elektrisch angetriebenen Pumpe123 über ein Rückschlagventil124a auf einen festgelegten Druck geladen, wenn das System aktiviert wird, und wird auf diesem Druck gehalten. Ein Druckaufnehmer160 überwacht den Druck im Druckspeicher124 , und die Pumpe123 wird vom Steuergerät36 so gesteuert, daß der Druck im Druckspeicher124 über dem festgelegten Mindestbetriebsdruck liegt. - Das Haupt-Wegeventil
120 hat einen Schieber150 , der von einer Magnetwicklung120a gegen eine Feder151 bewegt wird. Der Schieber150 kann von der Magnetwicklung120a unter Steuerung durch Steuergerät36 in eine von drei Stellungen gebracht werden. - In einer ersten Stellung des Wegeventils
120 , wie in2 dargestellt, wird die Arbeitskammer des Kupplungs-Servozylinders22 über die Zone155 des Schiebers150 über den Weg Z zum Behälter126 belüftet, und die Versorgungsleitung165 ist zwischen den Zonen157 und158 mit dem Behälter126 verbunden - In einer zweiten Stellung des Wegeventils
120 ist der Schieber150 nach rechts verschoben, wie in3 dargestellt. Die Arbeitskammer des Kupplungs-Servozylinders22 bleibt über Weg Z zum Behälter126 drucklos. Die Leitung165 ist jedoch durch Zone158 vom Behälter126 getrennt und zwischen Zonen157 und158 mit dem Druckspeicher124 verbunden. - In einer dritten Stellung des Wegeventils
120 ist der Schieber150 noch weiter nach rechts verschoben, wie in4 dargestellt. Der Weg Z ist gesperrt, die Arbeitskammer des Kupplung-Servozylinders22 ist zwischen den Zonen156 und157 an den Druckspeicher124 angeschlossen. Die Leitung165 bleibt mit dem Druckspeicher124 verbunden. - Die Leitung
165 verbindet je nach Stellung des Haupt-Wegeventils120 den Gangschaltmechanismus25 mit dem hydraulischen Fluiddruckspeicher124 oder dem Behälter126 . Der Gangschaltmechanismus25 umfaßt ein Wählelement110 , das in drei axial bewegliche Schaltschienen111 ,112 und113 eingreifen kann, um die Zahnräder des Getriebes15 in Eingriff zu bringen. Typisch ist, daß Schaltschiene111 den ersten und den zweiten Gang schaltet; Schaltschiene112 schaltet den dritten und den vierten Gang; Schaltschiene113 schaltet den fünften Gang und den Rückwärtsgang ”R”. - Das Wählelement
110 kann durch ein erstes fluiddruckgesteuertes Stellglied114 in eine erste Richtung X bewegt werden, um Wählelement110 einer der Schaltschienen111 ,112 oder113 zuzuordnen und damit das dieser Schaltschiene zugeordnete Zahnradpaar zu wählen. Das Wähl-element110 kann dann durch ein zweites Fluiddruckgesteuertes Stellglied115 in eine zweite Richtung Y bewegt werden, um die Schaltschiene111 ,112 oder113 axial in eine der beiden Richtungen zu bewegen, um eines der ihr zugeordneten Zahnradpaare in Eingriff zu bringen - Die Stellglieder
114 und115 haben einen doppeltwirkenden Hub und eine Schubstange114a bzw.115a , die kraftschlüssig mit Wählelement110 verbunden ist. Die Schubstange114a ist eine einseitige Verlängerung eines Kolbens116 des Stellgliedes114 , so daß die Arbeitsfläche an der Stangenseite des Kolbens116 kleiner ist als die der entgegengesetzten Seite. In gleicher Weise ist bei Stellglied115 eine Schubstange115a eine einseitige Verlängerung eines Kolbens117 , wobei die Arbeitsfläche an der Stangenseite des Kolbens117 kleiner ist als die der entgegengesetzten Seite. Aufgrund der Flächenunterschiede der Seiten der Kolben116 und117 werden die Kolben116 und117 entlang den Stellgliedern114 bzw.115 bewegt, um die entsprechenden Schubstangen114a bzw.115a auszufahren, wenn beide Seiten mit dem Druckspeicher124 verbunden sind. Wenn jedoch die Kopfseiten der Kolben116 und117 mit dem Behälter126 verbunden werden, während die Schubstangenseiten der Kolben116 und117 mit dem Druckspeicher124 verbunden sind, verschiebt sie die Druckdifferenz an den Kolben116 und117 entlang den Stellgliedern114 bzw.,115 , um die entsprechenden Schubstangen114a und115a einzufahren. - Die Versorgung der Stangenenden der Kolben
116 und117 mit Hydraulikfluid wird direkt durch das Haupt-Wegeventil120 gesteuert. Die Versorgung der Kopfseiten der Kolben116 und117 mit Hydraulikfluid wird stromabwärts vom Haupt-Wegeventil120 durch zwei weitere proportional arbeitende Magnet-Wegeventile121 bzw.122 gesteuert. Die Ventile121 und122 verbinden die Kopfseiten der Kolben116 und117 mit dem Haupt-Wegeventil120 oder dem Behälter126 . - Die proportional arbeitenden Magnet-Wegeventile
120 ,121 und122 werden vom elektronischen Steuergerät36 gesteuert, um die geeigneten Drücke auf entgegengesetzte Seiten der Kolben116 und117 aufzubringen, um die Bewegung der Kolben116 und117 und der dazugehörenden Schubstangen114a und115a zu steuern, um den gewünschten Gang zu wählen und einzulegen, wie inWO97/05410 WO97/40300 - An die Schubstangen
114a und115a sind Potentiometer127 und128 angeschlossen, um ein die Stellung der zugehörigen Schubstangen darstellendes Signal abzugeben. Die Signale der Potentiometer127 und128 werden an das Steuergerät36 geführt, um eine Information über die Stellung der Schubstangen114a und115a für jeden der Getriebegänge zu geben, und auch die Stellung der Schubstange115a zu melden, wenn Wählelement110 in der neutralen Ebene steht. Das Getriebesystem kann somit so kalibriert werden, daß vorbestimmte Positionssignale von den Potentiometern127 und128 dem Eingreifen der einzelnen Gänge des Getriebes15 entsprechen. - Die Messungen der Potentiometer
127 und128 können dann durch einen Regelkreis zur Steuerung der Ventile120 ,121 und122 verwendet werden, um die Schubstangen114a und115a in die vorbestimmte Stellung zu bringen, um den gewünschten Gang einzulegen. - Wenn das Haupt-Wegeventil
120 in der in1 dargestellten Stellung steht, die dem stromlosen Zustand der Wicklung120a entspricht, sind sowohl Kupplungs-Servozylinder22 wie Gangschaltmechanismus25 über Leitung165 an den Behälter126 angeschlossen. Der Kupplungs-Servozylinder22 und die Stellglieder114 und115 sind damit drucklos. - Wenn sich das Wegeventil
120 in die zweite Stellung bewegt, bleibt der Kupplungs-Servozylinder drucklos, der Gangschaltmechanismus25 erhält dagegen Druck. Eine entsprechende Ansteuerung der Wicklungen121a und122a durch das Steuergerät36 , wie inWO97/05410 WO97/40300 114 und115 betätigen, um den entsprechenden Gang zu wählen und einzulegen. - Die Bewegung des Haupt-Wegeventils
120 in seine dritte Stellung verbindet die Arbeitskammer des Kupplungs-Servozylinders22 mit Druckspeicher124 , wodurch die Kupplung ausgerückt wird. - Kupplungs-Servozylinder
22 und Gangschaltmechanismus25 können so durch geeignete Verwaltung der Wicklungen120a ,121a und122a durch das Steuergerät36 angesteuert werden, um Gangschaltungen aus dem Ruhezustand oder während der Fahrt des Fahrzeuges auszuführen. - Wenn das Getriebesystem abgeschaltet wird, werden die Wicklungen
120a ,121a und122a stromlos, damit werden Kupplungs-Servozylinder22 und Gangschaltmechanismus-Stellglieder114 und115 drucklos. Der Druck im Druckspeicher124 , der über einem festgelegten Mindestarbeitsdruck gehalten wurde, solange das System aktiv war, bleibt jedoch über dem Mindestarbeitsdruck. - Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird die Pumpe
123 abgeschaltet, wenn das System vor dem Ausschalten abgeschaltet wird, während die Wicklung120a weiter bestromt wird, um das Wegeventil120 zyklisch zwischen der ersten und der dritten Stellung zu schalten. Die Arbeitskammer des Kupplungs-Servozylinders22 wird dadurch wiederholt mit Druckspeicher124 und Behälter126 verbunden, wodurch Hydraulikfluid vom Druckspeicher124 in den Behälter126 gepumpt wird. Dies wird wiederholt, bis der Druck im Druckspeicher124 unter den festgelegten Wert fällt, bei dem der Druck im Druckspeicher124 nicht mehr zur Betätigung des Kupplungs-Servozylinders22 oder der Gangschaltmechanismus-Stellglieder114 oder115 ausreicht. - In einer alternativen Ausführung wird nach Ausschalten des Systems und Deaktivierung der Pumpe
123 die Wicklung120a bestromt, um das Wegeventil120 in die zweite Stellung zu bringen, und Wicklung121a wird zyklisch bestromt, um Stellglied114 zu schalten, so daß es sich zwischen seinen Extremstellungen bewegt und dadurch Hydraulikfluid vom Druckspeicher124 in den Behälter126 pumpt. Die Bewegung des Stellglieds114 wird wiederholt, bis der Druck im Druckspeicher124 unter den festgelegten Wert fällt. - In einer weiteren Ausführung kann die Betätigung beider, des Kupplungs-Servozylinders
22 und des Gangschaltmechanismus25 , durch zyklisches Schalten des Wegeventils120 zwischen den Stellungen2 und3 und zyklisches Schalten des Ventils121 zum Druckabbau in Druckspeicher124 verwendet werden. - Beim nachfolgendem Einschalten des Systems und nach geeigneten Sicherheitsprüfungen kann die Pumpe
123 bestromt werden, um den Druckspeicher124 wieder auf Mindest-Arbeitsdruck zu bringen. - Verschiedene Änderungen können ohne Verlassen des Erfindungs-gedankens durchgeführt werden. Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ein halbautomatisiertes Getriebesystem beschrieben wurde, in dem sowohl Kupplung wie Gangschaltmechanismus hydraulisch gesteuert werden, kann die Erfindung beispielsweise auch für vollautomatisierte Getriebesysteme oder manuelle Schaltgetriebe mit automatischer Kupplungsbetätigung verwendet werden.
- Außerdem kann bei solchen Systemen nur die Kupplung oder der Gangschaltmechanismus durch hydraulische Mittel gesteuert werden.
- Ein automatisiertes Getriebesystem hat einen Druckfluidkreis mit einem Druckspeicher
124 , einem Wegeventil120 und einem oder mehreren Fluiddruck-Stellgliedern22 ,114 und115 zur Steuerung einer Kupplung14 und/oder eines Gangschaltmechanismus110 ,111 ,112 ,113 des Getriebesystems, sowie elektronische Steuermittel36 zur Steuerung der Betätigung des Wegeventils120 , um Fluid unter Druck in Übereinstimmung mit den Gangwechselforderungen des Getriebesystems an die Stellglieder22 ,114 ,115 zu liefern, und einer elektrischen Pumpe123 zum Wiederaufladen des Druckspeichers124 , wobei die Stellglieder22 ,114 ,115 beim Abschalten des Systems nach Ausschalten an den Abfluß angeschlossen sind; wobei die Steuermittel beim Ausschalten und vor Abschalten die Bestromung der Pumpe123 sperren und ein zyklisches Schalten des Wegeventils120 steuern, um Fluid unter Druck aus dem Druckspeicher124 an einen oder mehrere Stellglieder22 ,114 ,115 abzugeben, und von da in den Abfluß, um den Druck im Druckspeicher124 auf einen festgelegten Wert zu senken.
Claims (5)
- Ein automatisiertes Getriebesystem, bestehend aus einem Fluid-Druckkreis mit einem Fluiddruckspeicher (
124 ), einem Steuerventil (120 ) und einem oder mehreren Fluiddruck-Stellgliedern (22 ,114 ,115 ) zur Steuerung einer Kupplung (14 ) und/oder eines Gangschaltmechanismus (110 ,111 ,112 ,113 ) des Getriebesystems, und elektronische Mittel (36 ) zur Steuerung des Schaltens des Steuerventils (120 ), damit Fluid unter Druck an die Stellglieder (22 ,114 ,115 ) gemäß den Gangschaltanforderungen und/oder Kupplungsbetätigungsanforderungen des Getriebesystems abgegeben wird, und eine elektrische Pumpe (123 ) zum Wiederaufladen des Druckspeichers (124 ), wobei die Stellglieder (22 ,114 ,115 ) beim Ausschalten des Systems an einen Abfluß angeschlossen sind; die Steuermittel sperren beim Abschalten des Systems vor dem Ausschalten die Bestromung der Pumpe (123 ) und schalten das Steuerventil (120 ) zyklisch, um Druckfluid vom Druckspeicher (124 ) an ein oder mehrere Stellglieder (22 ,114 ,115 ), und von dort in den Abfluß zu leiten, damit der Druck im Druckspeicher (124 ) unter einen festgelegten Wert fällt. - Ein automatisiertes Getriebesystem gemäß Anspruch 1, in dem das Steuermittel (
36 ) so eingerichtet ist, daß beim Ausschalten des Systems Kupplungsbetätigungsmittel die Kupplung wiederholt aus- und einrücken, bis der Druck im Druckspeicher (124 ) unter einen festgelegten Mindestwert fällt. - Ein automatisiertes Getriebesystem gemäß Anspruch 1, in dem das Steuermittel (
36 ) so eingerichtet ist, daß der Gangschaltmechanismus (110 ,111 ,112 ,113 ) beim Ausschalten des Systems zwischen seinen beiden Extremstellungen geschaltet wird, bis der Druck im Druckspeicher (124 ) unter einen festgelegten Mindestwert fällt. - Ein automatisiertes Getriebesystem gemäß Anspruch 3, in dem der Gangschaltmechanismus (
110 ,111 ,112 ,113 ,114 ,115 ) ein Selektorelement und hydraulische Stellglieder (114 ,115 ) umfaßt, um den Selektor in eine erste Richtung zur Wahl eines geeigneten Getriebeganges und in eine zweite Richtung zum Einlegen des gewählten Ganges zu bewegen, wobei das Steuermittel (36 ) beim Ausschalten des Systems zur Bewegung des Selektors in besagte erste Richtung eingerichtet ist. - Ein automatisiertes Getriebesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Steuereinheit (
36 ) bei nachfolgendem Einschalten des Systems zur Ausführung von Sicherheitsprüfungen am System ausgerüstet ist und nur nach erfolgreichem Ablauf dieser Prüfungen die Pumpe (123 ) bestromt, um den Druckspeicher (124 ) auf einen festgelegten Arbeitsdruck zu bringen.
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