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Diese
Erfindung betrifft eine Getriebesteuervorrichtung zum Steuern mehrerer
Drehmomentübertragungsmechanismen
in einem Lastschaltgetriebe, und im Besonderen eine hydraulische
Vorrichtung zum Steuern der Übersetzungsverhältnisse
in einem Mehrgang-Planetengetriebe.
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Automatisch
schaltende Lastschaltgetriebe umfassen im Allgemeinen ein hydraulisches
Steuerungssystem, das die Antriebsübersetzungsverhältnisse
in dem Lastschaltgetriebe herstellt. Die Antriebsübersetzungsverhältnisse
werden durch fluidbetätigte
Reibungs-Drehmomentübertragungsmechanismen,
wie etwa Kupplungen und Bremsen, gesteuert. Diese Kupplungen und
Bremsen werden in spezifischen Abfolgen gesteuert, um die von einem automatisch
schaltenden Lastschaltgetriebe erforderliche Vielzahl von Antriebsübersetzungsverhältnissen
herzustellen.
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Die
Antriebsübersetzungsverhältnisse
werden gewechselt, indem ein oder mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen
in Eingriff gebracht werden, während
ein oder mehrere andere außer Eingriff
gebracht werden. Diese Übersetzungsverhältniswechsel
werden durch Schiebeventile gesteuert, und daher wird ein Getriebe
im Allgemeinen eine minimale Anzahl von Schiebeventilen erfordern,
die gleich dem "Logarithmus
zur Basis 2 der Gesamtzahl von Vorwärtsgängen" ist, wobei Bruchzahlen auf die nächste ganze
Zahl gerundet werden (d.h. ein Achtganggetriebe würde ein
Minimum von drei Schiebeventilen benötigen).
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Mit
der Zunahme der Anzahl von Übersetzungsverhältnissen,
die in einem Lastschaltgetriebe verfügbar gemacht werden, nimmt
die Komplexität und
Größe des Gehäuses oder
des Ventilkörpers,
in dem die hydraulische Steuerungsanordnung angeordnet ist, fortlaufend
zu und es erfordert mehr Raum in dem Getriebe, wodurch die Gesamtgröße des Getriebes
erhöht
wird.
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Typische
Automatikgetriebe verwenden eine einzige Pumpe, um sowohl Hydraulikdruck
für die Kupplungen
als auch die Schmierung bereitzustellen. Diese Pumpe wird gezwungen,
die gesamte Zeit mit erhöhten
Drücken
zu laufen, was Verluste erzeugt.
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Die
DE 195 46 630 A1 beschreibt
eine Getriebesteuerungsvorrichtung zum Steuern mehrerer Drehmomentübertragungsmechanismen
in einem Lastschaltgetriebe, die jeweils mehrere elektronisch gesteuerte
Ventile aufweisen, um mehrere Antriebsübersetzungsverhältnisse
in dem Lastschaltgetriebe herzustellen.
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Die
DE 195 46 629 A1 offenbart
eine elektrohydraulische Steuereinrichtung für Lastschaltgetriebe mit Schaltelementen,
die mit einem Systemdruck aus einer externen Druckmittelquelle betätigbar sind, wobei
zwischen der Druckmittelquelle und den Schaltelementen Schaltventile
angeordnet sind, die jeweils über
einen Vorsteuerdruck betätigbar
sind.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerungsvorrichtung
für ein hydraulisch
gesteuertes Lastschaltgetriebe bereitzustellen, um u. a. so die
Pumpverluste und die Leckageverluste zu minimieren und damit den
Gesamtwirkungsgrad des Systems zu verbessern.
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Diese
Erfindung verwendet ein abgedichtetes "hydrostatisches" System mit drei separaten Antrieben,
um Druck für
fünf unterschiedliche
Kupplungen bereitzustellen. Der Vorteil dieser Art von System ist
die Fähigkeit,
den Kupplungsdruck durch Schließen
eines Ventils einzufangen und dann die Leistung (elektrisch oder
mechanisch) für
die Druckquelle abzuschalten. Dies beseitigt Pumpverluste und verbessert
den Gesamtwirkungsgrad des Systems.
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Gelöst wird
die obige Aufgabe und erreicht werden die Vorteile durch eine Getriebesteuerung nach
Patentanspruch 1. Weitere Vorteile und eine vorteilhafte Ausgestaltung
ergeben sich aus dem Unteranspruch 2.
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Zeichnungskurzbeschreibung
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Die
Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines Teils einer hydraulischen
Steuerkreis und eine schematische Darstellung eines Lastschaltgetriebes,
das durch die hydraulische Steuerungsvorrichtung gesteuerte Reibungseinrichtungen
aufweist.
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Wie
es in der Zeichnung zu sehen ist, weist ein allgemein mit 10 gekennzeichnetes
Lastschaltgetriebe eine allgemein mit 12 bezeichnete hydraulische
Steuerungsvorrichtung auf. Das Lastschaltgetriebe 10 weist
drei Planetenradsätze 14, 16 und 18 auf,
die jeweils Sonnenräder 20, 22 bzw. 24 und Hohlräder 26, 28 bzw. 30 aufweisen.
Jedes der Sonnenräder 20, 22, 24 und
Hohlräder 26, 28 und 30 ist in
kämmender
Beziehung mit den Planetenrädern 32, 34 bzw. 36 angeordnet.
Die Planetenräder 32, 34 und 36 sind
an jeweiligen Planetenträgern 38, 40 und 42 drehbar
angebracht.
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Das
Getriebe 10 umfasst auch eine Antriebswelle 44,
eine Abtriebswelle 46, zwei rotierende Drehmomentübertragungsmechanismen
oder Kupplungen 48 und 50 und drei feststehende
Drehmomentübertragungsmechanismen
oder Bremsen 52, 54 und 56. Die Antriebswelle 44 steht
in kontinuierlicher Verbindung mit dem Sonnenrad 22 und
mit den Drehmomentübertragungsmechanismen 48 und 50. Die
Abtriebswelle 46 steht in kontinuierlicher Verbindung mit
dem Planetenträger 42 und
dem Hohlrad 26.
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Der
Planetenträger 38 und
das Hohlrad 28 sind mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus 48 und
mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus 54 verbunden.
Das Sonnenrad 20 ist mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus 50 und dem
Drehmomentübertragungsmechanismus 52 verbunden.
Das Sonnenrad 24 ist mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus 56 verbunden.
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Während des
Betriebes, wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 48 in
Eingriff steht, werden der Planetenträger 38 und das Hohlrad 28 durch
die Antriebswelle 44 angetrieben. Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 50 in
Eingriff steht, wird das Sonnenrad 20 durch die Antriebswelle 44 angetrieben.
Der Eingriff des Drehmomentübertragungsmechanismus 52 wird
das Sonnenrad 20 feststehend halten, der Eingriff des Drehmomentübertragungsmechanismus 54 wird
den Planetenträger 38 und
das Hohlrad 28 feststehend halten, und der Eingriff des
Drehmomentübertragungsmechanismus 56 wird
das Sonnenrad 24 feststehend halten.
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Wenn
das Getriebe arbeitet, wird ein gleichzeitiger Eingriff der Drehmomentübertragungsmechanismen 50 und 54 ein
Rückwärts-Übersetzungsverhältnis erzeugen,
ein gleichzeitiger Eingriff der Drehmomentübertragungsmechanismen 56 und 54 wird
ein erstes Vorwärts-Drehzahlverhältnis erzeugen,
ein gleichzeitiger Eingriff der Drehmomentübertra gungsmechanismen 52 und 56 wird
ein zweites Vorwärts-Drehzahlverhältnis erzeugen,
ein gleichzeitiger Eingriff der Drehmomentübertragungsmechanismen 50 und 56 wird
ein drittes Vorwärts-Drehzahlverhältnis bereitstellen,
ein gleichzeitiger Eingriff der Drehmomentübertragungsmechanismen 48 und 56 wird
ein viertes Vorwärts-Drehzahlverhältnis bereitstellen,
ein gleichzeitiger Eingriff der Drehmomentübertragungsmechanismen 50 und 48 wird
ein fünftes Vorwärts-Drehzahlverhältnis bereitstellen,
und ein gleichzeitiger Eingriff der Drehmomentübertragungsmechanismen 52 und 48 wird
ein sechstes Vorwärts-Drehzahlverhältnis bereitstellen.
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Um
einstufige Übersetzungsverhältniswechsel
vorzunehmen, wird ein Drehmomentübertragungsmechanismus
außer
Eingriff gebracht, während
ein anderer in Eingriff gebracht wird. Beispielsweise wird bei einem
1.-2.-Übersetzungsverhältniswechsel
der Drehmomentübertragungsmechanismus 56 außer Eingriff
gebracht, während
der Drehmomentübertragungsmechanismus 52 in
Eingriff gebracht wird. Während
eines 2.-3.-Übersetzungsverhältniswechsels
wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 52 außer Eingriff
gebracht, während der
Drehmomentübertragungsmechanismus 50 in Eingriff
gebracht wird. Während
eines 3.-4.-Übersetzungsverhältniswechsels
wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 50 außer Eingriff
gebracht, während
der Drehmomentübertragungsmechanismus 48 in
Eingriff gebracht wird. Während
eines 4.-5.-Übersetzungsverhältniswechsels
wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 56 außer Eingriff
gebracht, während
der Drehmomentübertragungsmechanismus 50 in
Eingriff gebracht wird. Während
eines 5.-6.-Übersetzungsverhältniswechsels
wird der Drehmomentübertragungsme chanismus 50 außer Eingriff
gebracht, während
der Drehmomentübertragungsmechanismus 52 in
Eingriff gebracht wird.
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Das
Getriebe 10 umfasst auch einen Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus 58,
der in einer parallelen Beziehung mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus 54 angeordnet
ist, so dass ein erster Vorwärtsgang
ohne den Eingriff des Drehmomentübertragungsmechanismus 54 eingerückt werden
kann. Wenn diese Betriebsart angewandt wird, wird der Eingriff des
Drehmomentübertragungsmechanismus 52 bewirken,
dass der Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus 58 außer Eingriff
gelangt und eine Drehung des Planetenträgers 38 und des Hohlrads 28 zulässt.
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Das
Ineingriffbringen und Außereingriffbringen
der Drehmomentübertragungsmechanismen 48, 50, 52, 54 und 56 wird
durch drei Linearaktuatorvorrichtungen 60, 62 und 64 gesteuert.
Die Linearaktuatorvorrichtung 60 umfasst einen Linearaktuator 66, der
einen Elektromotor 68, einen herkömmlichen Kugelumlaufspindelaktuator 70 und
einen Kolben 72, der in einem Zylinder 74 angeordnet
ist, anwendet. Mit dem Zylinder 74 ist ein Hydraulikkanal 76 verbunden,
der wiederum mit einer Sammelleitung 78 verbunden ist.
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Die
Sammelleitung 78 ist mit elektronisch gesteuerten Ventilen 80, 82, 84, 86 und 88 verbunden. Jedes
dieser Ventile stellt eine Verbindung zwischen der Sammelleitung 78 und
einem der Drehmomentübertragungsmechanismen
her, wie es später
erläutert
wird. Die Sammelleitung 78 ist auch über ein Einwegventil 90 mit
einem Schmiermittelkreis oder -kanal 92 verbunden, der über eine
Hydraulikpumpe 94 mit Niederdruckfluid versorgt wird. Die
Hydraulikpumpe 94 zieht Fluid aus einem Reservoir 96 zur Verteilung
auf den Schmierkanal 92 ab. Ein herkömmliches Regelventil 98 hält den in
dem Kanal 92 erforderlichen niedrigen Fluiddruck aufrecht.
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Die
Linearaktuatorvorrichtung 62 umfasst einen Linearaktuator 100,
der einen Elektromotor 102, einen Kugelumlaufspindelaktuator
(nicht gezeigt), einen Kolben 104 und einen Hydraulikzylinder 106 aufweist.
Der Hydraulikzylinder 106 führt einer Sammelleitung 110 über einen
Kanal 108 Fluid zu, wobei die Sammelleitung 110 mit
fünf elektronisch
gesteuerten Ventilen 112, 114, 116, 118 und 120 verbunden
ist. Die Sammelleitung 110 steht über ein herkömmliches Einwegventil 122 mit
dem Schmiermittelkanal 92 in Verbindung.
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Die
Linearaktuatorvorrichtung 64 umfasst einen Linearaktuator 124,
der einen Elektromotor 126, einen Kolben 128,
einen Kugelumlaufspindelaktuator (nicht gezeigt) und einen Zylinder 130 umfasst,
in welchem der Kolben 128 verschiebbar angeordnet ist.
Der Zylinder 130 verteilt Fluid durch einen Kanal 132 und
eine Sammelleitung 134, die mit fünf elektronisch gesteuerten
Ventilen 136, 138, 140, 142 und 144 in
Verbindung steht. Mit der Sammelleitung 134 steht auch
ein herkömmliches
Einwegventil 146 in Verbindung, das wiederum mit dem Schmiermittelkanal 92 in
Verbindung steht. Der Schmiermittelkanal 92 verteilt auch
Fluid auf einen Getriebeschmierkreis 148. Bekanntlich wird
der Schmierkreis 148 Fluid auf die Lager und Zahnräder in dem
Getriebe verteilen, um die Auswirkungen von Reibung zu verringern.
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Die
elektronisch gesteuerten Ventile 112, 114, 116, 118 und 120 sowie
die elektronisch gesteuerten Ventile 136, 138, 140, 142 und 144 sind
jeweils mit einem der Drehmomentübertragungsmechanismen 48, 50, 52, 54 bzw. 56 verbunden.
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Die
Drehmomentübertragungsmechanismen 48 und 50 weisen
jeweils rotierende Antriebs- und Abtriebselemente mit feststehenden
Betätigungskolben 150 bzw. 152 auf.
Die Kolben 150 und 152 sind in einem Getriebegehäuse 154 verschiebbar
angeordnet und weisen Finger auf, die sich durch eine rotierende
Nabe 156 erstrecken. Die Finger sind von den jeweiligen
Kolben durch Lagermechanismen getrennt, die eine Relativdrehung
dazwischen zulassen. Die Verwendung von feststehenden Kolben in rotierenden
Drehmomentübertragungsmechanismen erübrigt die
Verwendung von rotierenden Dichtungsgrenzflächen, die im Allgemeinen eine
geringfügige Undichtigkeit
aufweisen. Das vorliegende System erfordert ein im Wesentlichen
abgedichtetes Hydrauliksystem und strebt an, eine Null betragende
oder absolut minimale Fluidleckage an den Dichtungen der Betätigungskolben
für jeden
der Drehmomentübertragungsmechanismen
vorbei bereitzustellen. Die Linearaktuatoren 66, 100 und 124 weisen
einen begrenzten Hub auf und besitzen daher eine begrenzte Menge
Fluid, die unter Druck auf die verschiedenen Drehmomentübertragungsmechanismen
verteilt werden kann.
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Die
elektronisch gesteuerten Ventile 80, 112 und 136 stehen
jeweils mit einem Kanal 156 in Verbindung, der wiederum
mit dem Betätigungskolben 152 des
Drehmomentübertragungsmechanismus 50 in
Verbindung steht. Die elektronisch gesteuerten Ventile 82, 114 und 138 stehen
jeweils mit einem Kanal 158 in Verbindung, der wiederum
mit dem Kolben 150 des Drehmomentübertragungsmechanismus 48 in
Verbindung steht. Die elektronisch gesteuerten Ventile 84, 116 und 140 stehen
jeweils mit einem Kanal 160 in Verbindung, der wiederum
mit einem Kolben 162 des Drehmomentübertragungsmechanismus 52 in
Verbindung steht. Die elektronisch gesteuerten Ventile 86, 118 und 142 stehen
jeweils mit einem Kanal 164 in Verbindung, der wiederum
mit einem Kolben 166 des Drehmomentübertragungsmechanismus 54 in
Verbindung steht. Die elektronisch gesteuerten Ventile 88, 120 und 144 stehen
jeweils mit einem Kanal 168 in Verbindung, der wiederum
mit einem Kolben 170 des Drehmomentübertragungsmechanismus 56 in
Verbindung steht.
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Der
Betrieb der Linearaktuatoren und der elektronisch gesteuerten Ventile
wird jeweils durch eine nicht gezeigte herkömmliche elektronische Steuereinheit
(ECU) gesteuert. Die ECU umfasst bekanntlich einen digitalen Computer,
der vorprogrammierbar ist, um die Schaltabfolge und somit das Ineingriffbringen
und Außereingriffbringen
der Drehmomentübertragungsmechanismusvorrichtungen
und somit die gewünschten Übersetzungsverhältnisse
in dem Lastschaltgetriebe herzustellen.
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Um
beispielsweise das Rückwärts-Drehzahlverhältnis in
dem Getriebe herzustellen, wird die Linearaktuatorvorrichtung 64 ebenso
wie das elektronisch gesteuerte Ventil 136 betätigt, um
zuzulassen, dass Fluiddruck an den Drehmomentübertragungsmechanismus 50 geliefert
wird, wodurch ein Eingangsantrieb für das Sonnenrad 20 hergestellt
wird. Ebenso wird die Linearaktuatorvorrichtung 62 zusammen
mit dem elektronisch gesteuerten Ventil 118 betätigt, um
das Ineingriffbringen des Drehmomentübertragungsmechanismus 54 und
somit die Festlegung des Planetenträ gers 38 an der Fahrzeugmasse zu
bewirken. Dies führt
zu einer Drehrichtungsumkehr zwischen der Antriebswelle 44 und
der Abtriebswelle 46.
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Unter
der Annahme, dass der Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus 58 nicht
verwendet wird, wird ein Rückwärts/Vorwärts-Gangwechsel bereitgestellt,
indem die Linearaktuatorvorrichtung 64 betätigt wird,
um den Drehmomentübertragungsmechanismus 50 zu
lösen,
während
die Linearaktuatorvorrichtung 60 gleichzeitig den Drehmomentübertragungsmechanismus 56 über das
elektronisch gesteuerte Ventil 88 betätigt. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 54 wird
durch die Linearaktuatorvorrichtung 62 in Eingriff gehalten.
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Um
einen 1.-2.-Gangwechsel vorzunehmen, wird die Linearaktuatorvorrichtung 62 betätigt, um den
Eingriff des Drehmomentübertragungsmechanismus 54 zu
vermindern, während
die Linearaktuatorvorrichtung 64 betätigt wird, um das Ineingriffbringen
des Drehmomentübertragungsmechanismus 52 zu
steuern, wodurch das zweite Vorwärts-Drehzahlverhältnis hergestellt
wird.
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Um
das dritte Vorwärts-Drehzahlverhältnis herzustellen,
wird der Linearaktuator 62 ebenso wie das elektronisch
gesteuerte Ventil 112 betätigt, um das Ineingriffbringen
des Drehmomentübertragungsmechanismus 50 zu
erzwingen, während
der Drehmomentübertragungsmechanismus 52 außer Eingriff gebracht
wird. Während
des 3.-4.-Übersetzungsverhältniswechsels
wird die Linearaktuatorvorrichtung 62 betätigt, um
den Drehmomentübertragungsmechanismus 50 außer Eingriff
zu bringen, während
die Linearaktuatorvorrichtung 64 betätigt wird, um das Ineingriffbringen des
Drehmomentübertragungsmechanismus 48 durch
das elektronisch betätigte
Ventil 138 zu steuern.
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Der
4.-5.-Übersetzungsverhältniswechsel wird
mit dem Außereingriffbringen
des Drehmomentübertragungsmechanismus 56 durch
die Linearaktuatorvorrichtung 60 und das Ineingriffbringen
des Drehmomentübertragungsmechanismus 50 durch die
Linearaktuatorvorrichtung 62 über die Betätigung des elektronisch gesteuerten
Ventils 112 hergestellt.
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Der
5.-6-Übersetzungsverhältniswechsel wird
mit dem Außereingriffbringen
des Drehmomentübertragungsmechanismus 50 unter
der Steuerung der Linearaktuatorvorrichtung 62 und das
gleichzeitige Ineingriffbringen des Drehmomentübertragungsmechanismus 52 über die
Betätigung
der Linearaktuatorvorrichtung 60 und die Betätigung des
elektronisch gesteuerten Ventils 84 bewerkstelligt.
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Ein
Schaltvorgang mit Überspringen
eines Übersetzungsverhältnisses
ist mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich. Wenn ein Schalten mit Überspringen
eines Übersetzungsverhältnisses
von 6. nach 4. oder umkehrt erwünscht
ist, wird die elektronische Steuereinheit (ECU) dies erkennen und das
Außereingriffbringen
des Drehmomentübertragungsmechanismus 52 über die
Verwendung der Linearaktuatorvorrichtung 60 und das Ineingriffbringen des
Drehmomentübertragungsmechanismus 56 über die
Betätigung
der Linearaktuatorvorrichtung 62 und das elektronisch gesteuerte
Ventil 120 herstellen. Obwohl diese Anordnung sich von
der oben beschriebenen Anordnung unterscheidet, lässt die Steuerung
solche Freiheiten innerhalb des Systems zu, da jede der Linearaktuatorvorrichtungen 60, 62 und 64 eingerichtet
werden kann, um die Betätigung von
jedem der Drehmomentübertragungsmechanismen 48, 50, 52, 54 und 56 zu
steuern.
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Es
ist anzumerken, dass wenn jedes Übersetzungsverhältnis hergestellt
wird, einer der Linearaktuatoren 70, 100, 124 während dieses
Vorgangs im Leerlauf ist. Dies lässt
zu, dass die elektronische Steuereinheit (ECU) zwei Dinge vornehmen
kann, nämlich
entweder den leer laufenden Linearaktuator 70, 100, 124 benutzen,
um das Ineingriffbringen des herankommenden Drehmomentübertragungsmechanismus 48, 50, 52, 54, 56 herzustellen,
oder die Plätze
mit einem der anderen Linearaktuatoren 70, 100, 124 tauschen,
was zulassen wird, dass der Druck des Austauschaktuators 70, 100, 124 weggenommen
werden kann, falls dies erwünscht
ist, um ein Schalten mit Überspringen
vorzubereiten, wenn die elektronische Steuereinheit (ECU) vermutet,
dass eine derartige Betätigung
oder ein derartiges Manöver
erwünscht
ist. Der leer laufende Linearaktuator 70, 100, 124 kann
auch als "Sicherheitsnetz" dienen, um den Druck
in dem Fall einer schleichenden Undichtigkeit wiederherzustellen,
die bewirkt, dass der primäre
Linearaktuator 70, 100, 124 seine maximale Wegstrecke
durchläuft
und schließlich
die Fähigkeit verliert,
den Solldruck zu erreichen. Dieses Sicherheitsnetz kann ein Durchrutschen
der Kupplung verhindern, welches das Getriebe beschädigen würde. Wenn
dieses Sicherheitsnetz einmal aktiviert wird, ist es wünschenswert,
den Fahrer zu warnen, damit er das Getriebe warten lässt, bevor
die Probleme zunehmen.
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Zusammengefasst
umfasst eine Steuerungsvorrichtung für ein Lastschaltgetriebe drei
Linearaktuatorvorrichtungen 60, 62, 64,
die betreibbar sind, um einem jeden von fünf Drehmomentübertragungsmechanismen 48, 50, 52, 54, 56 in
einem Lastschaltgetriebe 10 Fluiddruck zuzuführen. Die
Linearaktuatorvorrichtungen 60, 62, 64 sind
betreibbar, um den Übersetzungsverhältniswechsel
in dem Lastschaltgetriebe 10 sowohl während des Hochschaltens als
auch während
des Herunterschaltens zu steuern.