DE102017120428A1

DE102017120428A1 - Steuersystem und verfahren für betrieb im neutralen leerlauf

Info

Publication number: DE102017120428A1
Application number: DE102017120428.8A
Authority: DE
Inventors: Guopeng Hu; Zhengyu Dai; Yang Xu; Weitian Chen; Hong Jiang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2018-03-08
Also published as: US20180066748A1; US9958059B2; CN107795680B; CN107795680A

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet einen Motor und angetriebene Räder, die jeweils eine zugehörige Reibungsbremse beinhalten. Ein Bremspedal ist dazu betriebsfähig, die Reibungsbremsen einzurücken. Das Fahrzeug beinhaltet ein Getriebe, das eine Eingangswelle, die antreibbar mit dem Motor verbunden ist, ein Ausgangselement, das antreibbar mit den angetriebenen Rädern verbunden ist, und einen Zahnradmechanismus, der dazu ausgelegt ist, mindestens einen Drehmomentflusspfad zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangselement festzulegen, aufweist. Das Getriebe beinhaltet ferner ein Schaltelement, das den Drehmomentflusspfad unterbricht, wenn es ausgerückt ist. Ein Gangwählhebel ist in der Fahrgastkabine angeordnet und beinhaltet mindestens eine Vorwärtsstellung, eine Rückwärtsstellung und eine Neutralstellung. Mindestens eine Fahrzeugsteuerung ist dazu konfiguriert, als Reaktion darauf, dass sich der Gangwählhebel in der Vorwärtsstellung befindet, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs null beträgt, sich das Fahrzeug innerhalb eines ersten vordefinierten Abstands zu einer Ampel befindet und das Bremspedal niedergedrückt wird, das Schaltelement auszurücken, um das Getriebe in den neutralen Leerlauf zu versetzen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug, das ein Getriebe beinhaltet, das einen Betrieb im neutralen Leerlauf aufweist. Der Betrieb im neutralen Leerlauf des Getriebes wird auf Grundlage von Straßendaten gesteuert.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Kraftfahrzeuge beinhalten einen Antriebsstrang, der Drehmoment an die angetriebenen Räder überträgt, um das Fahrzeug vorwärtszutreiben. Der Antriebsstrang beinhaltet einen Motor und ein Getriebe. Das Getriebe ist dazu betriebsfähig, ein Drehzahlverhältnis zwischen einem Eingang, der mit dem Motor verbunden ist, und einer Ausgangswelle, die mit den angetriebenen Rädern verbunden ist, zu verändern. Die Drehzahlverhältnisse werden durch Planetenradsätze erzeugt, die innerhalb des Getriebekastens angeordnet sind. Eine Reihe von Kupplungen und Bremsen steuern die Planetenradsätze, um einen oder mehrere Leistungsflusspfade zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle festzulegen.
Das Getriebe beinhaltet einen zugehörigen Gangschalthebel, der innerhalb einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet ist. Der Gangschalthebel beinhaltet eine Vielzahl von Stellungen, wie etwa PARKEN, RÜCKWÄRTS, NEUTRAL und DAUERBETRIEB. Eine Bewegung des Gangschalthebels führt dazu, dass eine oder mehrere der Kupplungen und Bremsen eingerückt oder ausgerückt werden, wodurch das Getriebe in den gewünschten Zustand versetzt wird. Wenn sich der Gangschalthebel in NEUTRAL befindet, werden alle steuerbaren Kupplungen des Getriebes ausgerückt, um die Eingangs- und Ausgangswelle voneinander zu isolieren.
Einige Getriebe beinhalten einen Betrieb im neutralen Leerlauf, in dem die Fahrzeugsteuerung das Fahrzeug automatisch in NEUTRAL versetzt, wenn das Fahrzeug mit niedergedrücktem Bremspedal und mit dem Gangschalthebel in DAUERBETRIEB angehalten wird. Die Bereitstellung des Betriebs im neutralen Leerlauf verbessert die Kraftstoffeffizienz durch Reduzieren der Belastung des Motors, wenn das Fahrzeug bei eingelegtem Gang angehalten wird. Einige Systeme für den neutralen Leerlauf beinhalten einen Verzögerungszeitgeber, der neutralen Leerlauf beim Anhalten von kurzer Dauer unterbindet.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Motor und angetriebene Räder, die jeweils eine zugehörige Reibungsbremse beinhalten. Ein Bremspedal ist dazu betriebsfähig, die Reibungsbremsen einzurücken. Das Fahrzeug beinhaltet ein Getriebe, das ein Eingangselement, das antreibbar mit dem Motor verbunden ist, ein Ausgangselement, das antreibbar mit den angetriebenen Rädern verbunden ist, und einen Zahnradmechanismus, der dazu ausgelegt ist, mindestens einen Drehmomentflusspfad zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement festzulegen, aufweist. Das Getriebe beinhaltet ferner ein Schaltelement, das den Drehmomentflusspfad unterbricht, wenn es ausgerückt ist. Ein Gangwählhebel ist in der Fahrgastkabine angeordnet und beinhaltet mindestens eine Vorwärtsstellung, eine Rückwärtsstellung und eine Neutralstellung. Mindestens eine Fahrzeugsteuerung ist dazu konfiguriert, als Reaktion darauf, dass sich der Gangwählhebel in der Vorwärtsstellung befindet, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs null beträgt, sich das Fahrzeug innerhalb eines ersten vordefinierten Abstands zu einer Ampel befindet und das Bremspedal niedergedrückt wird, das Schaltelement auszurücken, um das Getriebe in den neutralen Leerlauf zu versetzen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug ein Getriebe, das ein Eingangselement, eine Ausgangswelle und ein Schaltelement, das den Drehmomentfluss zwischen den Wellen unterbricht, wenn es ausgerückt ist, aufweist. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs null beträgt, sich das Fahrzeug innerhalb eines vordefinierten Abstands zu einer davor befindlichen Ampel befindet und sich ein Gangwählhebel des Getriebes in einer Vorwärtsstellung befindet, das Schaltelement auszurücken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Motor und ein Getriebe, das antreibbar mit dem Motor verbunden ist und einen Vorwärtszustand und einen Neutralzustand beinhaltet. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs null beträgt, sich das Fahrzeug innerhalb eines vordefinierten Abstands zu einer davor befindlichen Ampel befindet, ein Gaspedal betätigt wird und sich ein Gangwählhebel in einer Stellung befindet, die das Getriebe in den Vorwärtszustand anweist, das Getriebe in den Neutralzustand zu schalten.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das ein Getriebe mit einem neutralen Leerlaufzustand aufweist, offenbart. Das Verfahren beinhaltet Schalten eines Getriebes in einen Vorwärtsgang als Reaktion darauf, dass sich ein Gangwählhebel in einer Dauerbetriebsstellung befindet. Das Verfahren beinhaltet ferner Einrücken eines Bremssystems gemäß den Eingaben von einem Bremspedal. Das Verfahren beinhaltet zudem als Reaktion darauf, dass das Bremssystem eingerückt wird, sich das Fahrzeug innerhalb eines vordefinierten Abstands zu einer Ampel befindet und sich der Gangwählhebel in DAUERBETRIEB befindet, Ausrücken eines Schaltelements, das dem Vorwärtsgang zugehörig ist, um das Getriebe in einen neutralen Leerlaufzustand zu versetzen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
3 ist ein schematisches Diagramm eines Abschnitts eines fahrzeugbasierten Rechensystems.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern von neutralem Leerlauf.
5 zeigt Verläufe, die Fahrzeugparameter während eines beispielhaften Halts an einer Ampel veranschaulichen.
6 zeigt Verläufe, die Fahrzeugparameter während eines beispielhaften Halts an einem Stoppschild veranschaulichen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert sein können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, welche nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Ein beispielhaftes Fahrzeug 20 mit Vorderradantrieb ist in 1 schematisch veranschaulicht. Es versteht sich jedoch, dass das Fahrzeug Hinterradantrieb, Vierradantrieb oder Allradantrieb aufweisen kann. Das Fahrzeug 20 beinhaltet einen Motor 22, der mit einem Getriebe 24 gekoppelt ist. Das Getriebe 24 überträgt Leistung von dem Motor mit einer Wellendrehzahl an ein Differential, die für den aktuellen Fahrzeugbedarf geeignet ist und schneller oder langsamer als die Wellendrehzahl sein kann, mit der der Motor 22 die Leistung erzeugt. Das Differential reduziert die Wellendrehzahl um eine festgelegte Achsübersetzung und überträgt die Leistung über vordere Halbwellen 26 an das linke und rechte angetriebene Rad 28.
Das Fahrzeug 20 beinhaltet eine Steuerung 36. Die Steuerung 36 kann ein fahrzeugbasiertes Rechensystem sein, das eine oder mehrere Steuerungen beinhaltet, die über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren. Die Steuerung beinhaltet im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zusammenzuwirken, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Die Steuerung beinhaltet zudem vorbestimmte Daten oder „Lookup-Tabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten beruhen und in dem Speicher gespeichert sind. Die Steuerung kann über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung üblicher Busprotokolle (z. B. CAN und LIN) mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen kommunizieren. Wie in dieser Schrift verwendet, bezieht sich eine Bezugnahme auf „eine Steuerung“ auf eine oder mehrere Steuerungen. Ein Beispiel für ein fahrzeugbasiertes Rechensystem ist das SYNC-System, das von THE FORD MOTOR COMPANY hergestellt wird. Das SYNC-System ist in US-Patent Nr. 8,738,574 beschrieben, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
Das Getriebe 24 beinhaltet einen manuell betriebenen Gangwählhebel 30 (auch als ein Gangschalthebel bekannt), der mindestens die Stellungen PARKEN, RÜCKWÄRTS, NEUTRAL und DAUERBETRIEB beinhaltet. Der Gangwählhebel 30 ist (entweder elektrisch oder mechanisch) mit dem Getriebe 24 verbunden, um das Getriebe in den durch den Fahrer ausgewählten Modus zu versetzen. Bei dem beispielhaften Schalthebel 30 bewegt sich ein Hebel 33 innerhalb eines Moduskanals 31 und der Fahrer verschiebt den Hebel 33 innerhalb des Kanals 31, um den Hebel in der gewünschten Stellung (z. B. DAUERBETRIEB) zu platzieren. Die PRND-Modi können in Reihe angeordnet sein und erfordern, dass sich der Hebel durch einen oder mehrere dieser Modi bewegt, wenn ein Getriebemodus geändert wird. Zum Beispiel erfordert Schalten aus DAUERBETRIEB in PARKEN, dass sich der Hebel 33 durch NEUTRAL und RÜCKWÄRTS bewegt. Selbstverständlich existieren auch andere Arten von Gangschalthebeln, wie etwa Drucktasten, Lenkstockschaltung und Drehschalter. Der Gangschalthebel 30 kann einen Hebelpositionssensor 35 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, ein Signal an die Steuerung 36 zu senden, das die Stellung des Hebels 30 anzeigt.
Ein Gaspedal 32 stellt Eingaben des Fahrzeugführers zum Steuern einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs 20 bereit. Das Pedal 32 kann einen Pedalpositionssensor beinhalten, der ein Pedalpositionssignal an die Steuerung 36 bereitstellt, die dem Motor 22 Steuersignale bereitstellt.
Ein Bremspedal 34 stellt Eingaben des Fahrzeugführers zum Steuern der Reibungsbremsen des Fahrzeugs bereit. Die Bremssteuerung empfängt Eingaben des Fahrzeugführers durch das Bremspedal 34 und steuert ein Reibungsbremssystem, das dazu betriebsfähig ist, eine Bremskraft auf die Fahrzeugräder auszuüben. Das Pedal 34 kann einen Pedalpositionssensor beinhalten, der ein Pedalpositionssignal an die Steuerung 36 bereitstellt.
2 veranschaulicht ein repräsentatives Automatikgetriebe mit Vorderradantrieb. Das Getriebe ist in einem Gehäuse 40 enthalten, das an einer Fahrzeugstruktur angebracht ist. Eine Eingangswelle 42 wird durch den Motor 22 angetrieben. Die Eingangswelle 42 kann über einen Dämpfer, der das Getriebe gegen Motordrehmomentschwankungen isoliert, mit dem Motor verbunden sein. Ein Ausgangselement 44 treibt die Räder 28 an. Das Ausgangselement 44 kann über ein Endantriebsgetriebe und ein Differential antreibbar mit den Rädern 28 verbunden sein. Zwei Komponenten sind antreibbar verbunden, falls sie durch einen Leistungsflusspfad verbunden sind, der ihre Drehzahlen dahingehend einschränkt, dass sie direkt proportional sind. Das Endantriebsgetriebe überträgt die Leistung an eine parallele Achse und vervielfacht das Drehmoment um eine festgelegte Achsübersetzung. Das Endantriebsgetriebe kann Vorgelegeräder, eine Kette und Kettenräder und/oder ein Planetengetriebe beinhalten. Das Differential teilt die Leistung auf das linke und rechte Vorderrad auf, während es leichte Drehzahlunterschiede zulässt, wenn das Fahrzeug abbiegt. Einige Fahrzeuge können eine Zapfwelleneinheit beinhalten, die Leistung an Hinterräder überträgt.
Ein Drehmomentwandler 39 weist ein an der Eingangswelle 42 befestigtes Pumpenrad 48 und ein an der Turbinenwelle 52 befestigtes Turbinenrad 50 auf. Der Drehmomentwandler 39 überträgt Drehmoment von der Eingangswelle 42 an die Turbinenwelle 52, während er es der Turbinenwelle 52 ermöglicht, sich langsamer zu drehen als die Eingangswelle 42. Wenn sich die Turbinenwelle 52 wesentlich langsamer dreht als die Eingangswelle 42, wird ein Leitrad 54 des Drehmomentwandlers durch die Freilaufkupplung 56 derart gegen Drehung gehalten, dass das auf die Turbinenwelle 52 angewandte Drehmoment ein Vielfaches des an der Eingangswelle 42 angewandten Drehmoments ist. Wenn sich die Drehzahl der Turbinenwelle 52 der Drehzahl der Eingangswelle 42 annähert, läuft die Freilaufkupplung 56 frei. Der Drehmomentwandler 39 beinhaltet zudem eine Überbrückungskupplung 58, die selektiv die Eingangswelle 42 mit der Turbinenwelle 52 koppelt.
Der Getriebekasten 37 legt eine Reihe von Drehzahlverhältnissen zwischen der Turbinenwelle 52 und dem Ausgangselement 44 fest. Konkret weist der Getriebekasten 37 drei Planetenradsätze und sechs Schaltelemente auf, die sechs Vorwärts- und ein Rückwärts-Drehzahlverhältnis festlegen. Die einfachen Planetenradsätze 70, 80 und 90 weisen jeweils ein Sonnenrad (72, 82, 92), einen Träger (74, 84, 94) und ein Hohlrad (76, 86, 96) auf, die sich um eine gemeinsame Achse drehen. Jeder Planetenradsatz beinhaltet zudem eine Reihe von Planetenrädern (78, 88, 98), die sich in Bezug auf den Träger drehen und sowohl mit dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad in Eingriff stehen. Der Träger 74 ist fest mit dem Hohlrad 96 und dem Ausgangselement 44 gekoppelt, der Träger 84 ist fest mit dem Hohlrad 76 gekoppelt, das Hohlrad 86 ist fest mit dem Träger 94 gekoppelt, und das Sonnenrad 82 ist fest mit der Turbinenwelle 52 gekoppelt.
Die verschiedenen Drehzahlverhältnisse werden durch Einrücken verschiedener Kombinationen von Schaltelementen festgelegt. Ein Schaltelement, das ein Getriebeelement selektiv gegen Drehung hält, kann als Bremse bezeichnet werden, wohingegen ein Schaltelement, das zwei sich drehende Elemente selektiv miteinander koppelt, als Kupplung bezeichnet werden kann. Die Kupplungen 102 und 104 koppeln die Turbinenwelle 52 selektiv mit dem Träger 94 bzw. dem Sonnenrad 92. Die Bremsen 106 und 108 halten das Sonnenrad 92 bzw. Sonnenrad 72 selektiv gegen Drehung. Die Bremse 110 hält den Träger 94 selektiv gehen Drehung. Schließlich hält die Freilaufkupplung 112 den Träger 94 in einer Richtung passiv gegen Drehung, wohingegen sie Drehung in der entgegengesetzten Richtung zulässt. Das höchste Drehzahlverhältnis (d. h. der erste Gang) wird festgelegt, indem die Kupplung 108 und die Freilaufkupplung 112 eingerückt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 kann die Steuerung 36 einen Hauptprozessor (CPU) 38 beinhalten, der mindestens einen Teil des Betriebs des fahrzeugbasierten Rechensystems steuert. Der Prozessor ist in dem Fahrzeug angeordnet und ermöglicht eine fahrzeuginterne Verarbeitung von Befehlen und Routinen. Ferner ist der Prozessor sowohl mit nicht dauerhaften als auch dauerhaften Speichern verbunden. Der nicht dauerhafte Speicher kann Direktzugriffsspeicher sein und der dauerhafte Speicher kann eine Festplatte oder ein Flash-Speicher sein.
Das Fahrzeug 20 kann ein Navigationssystem beinhalten, das ein Navigationsmodul 130 und ein Modul zur globalen Positionsbestimmung (GPS) 120 aufweist. Das Navigationsmodul 130 ist dazu betriebsfähig, auf Kartendaten einschließlich Informationen zur Lage der Straße sowie den Standorten von Verkehrssignalen zuzugreifen. Zum Beispiel kennzeichnen die Kartendaten den Standort von Stoppschildern und Ampeln. Unter Verwendung des GPS-Moduls 120 und des Navigationsmoduls 130 ist die Steuerung 36 dazu betriebsfähig, den Standort des Fahrzeugs auf der Karte, die Fahrtrichtung des Fahrzeugs und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie den Abstand des Fahrzeugs zu Stoppschildern und Ampeln zu bestimmen. Die Kartendaten können in einem Speicher der Steuerung oder in einem entfernten Netzwerk 132 gespeichert sein. Die Steuerung 36 kann unter Verwendung bekannter Techniken über ein Kommunikationsmodul 124 mit dem Netzwerk 132 kommunizieren. In einer Ausführungsform beinhaltet das Navigationssystem Electric Horizon als Teil seines Kartierungssystems. Es können jedoch auch andere Kartierungsprodukte verwendet werden, um die Kartierungsinformationen bereitzustellen.
Das Fahrzeug 20 kann zudem automatische Abstandsregelung (adaptive cruise control – ACC) beinhalten. ACC verwendet fahrzeuginterne Sensoren (wie etwa RADAR, LIDAR, Ultraschallsensoren, optische Systeme und/oder weitere Sensoren), um den Abstand zwischen dem Hostfahrzeug und umgebenden Objekten wie etwa anderen Fahrzeugen oder Vorrichtungen zur Verkehrssteuerung einschließlich Stoppschildern und Ampeln zu erkennen. Die ACC kann durch ein ACC-Modul 128 gesteuert werden, das dazu betriebsfähig ist, das Fahrzeug 20 unter Verwendung von Informationen von diesen Sensoren automatisch zu steuern. Zum Beispiel kann die ACC 128 automatisch die Bremsen betätigen, falls das System erkennt, dass sich das Fahrzeug einer roten Ampel oder einem Stoppschild nähert.
Das Fahrzeug 20 beinhaltet ein System für den neutralen Leerlauf, das das Getriebe automatisch in NEUTRAL versetzt, wenn das Fahrzeug angehalten wird und bestimmte Parameter erfüllt sind. Das System für den neutralen Leerlauf wird durch ein Modul für den neutralen Leerlauf 122 gesteuert, das in die Steuerung 36 integriert ist. Das Modul für den neutralen Leerlauf 122 steuert in Verbindung mit einem oder mehreren anderen Modulen den Betrieb des Getriebes 24 auf Grundlage von Signalen von einem oder mehreren von dem ACC-Modul 128, dem Navigationsmodul 130, dem Bremspedal 34, dem Gaspedal 32 und dem Gangwählhebel 30.
Die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs kann erhöht werden, indem das Getriebe in den neutralen Leerlauf versetzt wird, wenn das Fahrzeug angehalten wird. Die Vorzüge des neutralen Leerlaufs hängen von der Länge des Halts ab. Relativ kurze Halte, wie etwa an Stopp- oder Vorfahrt-achten-Schildern, stellen kaum Gelegenheit zur Kraftstoffeinsparung bereit. Im Gegensatz dazu stellen längere Halte, wie etwa an Ampeln, eine größere Gelegenheit zur Kraftstoffeinsparung bereit. Demnach können Systeme für den neutralen Leerlauf das Getriebe in den neutralen Leerlauf versetzen, wenn das Fahrzeug an einer Ampel angehalten wird, und es nicht in den neutralen Leerlauf versetzen, wenn es an einem Stoppschild angehalten wird.
Versetzen des Getriebes in den neutralen Leerlauf kann unter bestimmten Bedingungen zu Problemen beim Fahrverhalten führen, wie etwa verzögerter Beschleunigung. Die verzögerte Beschleunigung wird durch reduziertes Motordrehmoment vor dem erneuten Einrücken der Vorwärtskupplung verursacht. Diese Probleme beim Fahrverhalten sind an Stoppschildern tendenziell deutlicher wahrnehmbar als an Ampeln, da Fahrer typischerweise damit rechnen, an Stoppschildern lediglich für einen Moment anzuhalten.
Da das Einlegen des neutralen Leerlaufs an Stoppschildern kaum Kraftstoffeinsparung bereitstellt und Probleme beim Fahrverhalten aufweist, kann die Steuerung dazu programmiert sein, das Getriebe nicht in den neutralen Leerlauf zu schalten, wenn es an einem Stoppschild angehalten wird. Mit einem Navigationsmodul oder ACC-System ausgestattete Fahrzeuge können diese Systeme verwenden, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug an einem Stoppschild oder an einer Ampel angehalten wird, und den Betrieb im neutralen Leerlauf dementsprechend steuern.
Die Steuerlogik oder die von der Steuerung 36 ausgeführten Funktionen können durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme dargestellt sein, wie zum Beispiel das Ablaufdiagramm 150 in 4. 4 stellt eine repräsentative Steuerstrategie und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien umgesetzt werden können, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Wenngleich sie nicht immer ausdrücklich dargestellt sind, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der bestimmten verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die in der vorliegenden Schrift beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern soll die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung 36, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung in Software kann die Steuerlogik in einer bzw. einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen darstellen, der bzw. die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird bzw. werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe von bekannten physikalischen Vorrichtungen beinhalten, die ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen elektronisch, magnetisch und/oder optisch speichern.
4 veranschaulicht ein Verfahren 150 zum Betreiben des Systems für den neutralen Leerlauf. Das Verfahren beginnt bei Vorgang 152, bei dem die Steuerung 36 bestimmt, dass das Bremspedal 34 betätigt wird. Bei Vorgang 152 kann die Steuerung zudem bestimmen, ob das Fahrzeug tatsächlich abbremst, um dazwischen zu unterscheiden, dass ein Fahrer das Fahrzeug abbremst sowie ein Fahrer zweifüßig fährt und das Bremspedal leicht niederdrückt, aber das Fahrzeug nicht abzubremsen versucht. Falls die Bedingungen aus Vorgang 152 vorliegen, geht die Steuerung zu Vorgang 154 über und die Steuerung bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit null beträgt (d. h. das Fahrzeug ist angehalten).
Falls ja, bestimmt die Steuerung, ob sich ein Stoppschild oder ein Vorfahrt-achten-Schild vor dem Fahrzeug 20 innerhalb eines vordefinierten Abstands zu dem Fahrzeug befindet. Der Abstand kann 10 bis 50 Fuß betragen. Die Steuerung kann Informationen von dem Navigationsmodul 130, dem ACC-Modul 128 oder beiden verwenden, um den Standort des Stopp- oder Vorfahrt-achten-Schilds in Bezug auf das Fahrzeug 20 zu bestimmen. Falls sich das Stopp- oder Vorfahrt-achten-Schild innerhalb des vordefinierten Abstands zu dem Fahrzeug befindet, dann wird das Getriebe nicht in den neutralen Leerlauf geschaltet und die Steuerung kehrt zum Start zurück.
Die Steuerung rückt zu Vorgang 158 vor, falls sich ein Vorfahrt-achten- oder Stoppschild nicht innerhalb des vordefinierten Abstands befindet. Bei Vorgang 158 bestimmt die Steuerung, ob sich eine Ampel vor dem Fahrzeug innerhalb eines vordefinierten Abstands zu dem Fahrzeug befindet. Der Abstand kann 30 bis 120 Fuß betragen. Die Steuerung kann Informationen von dem Navigationsmodul 130, dem ACC-Modul 128 oder beiden verwenden, um den Standort der Ampel in Bezug auf das Fahrzeug 20 zu bestimmen.
Falls sich die Ampel nicht innerhalb des vordefinierten Abstands zu dem Fahrzeug befindet, dann geht die Steuerung bei Vorgang 159 zur Routine B für den neutralen Leerlauf über. Die Routine B kann einen Verzögerungszeitgeber beinhalten, der anläuft, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit null beträgt. Sobald der Zeitgeber abgelaufen ist, wird das Getriebe in den neutralen Leerlauf geschaltet, solange alle anderen Bedingungen weiterhin erfüllt sind. Wenngleich sie als separate Routine gezeigt ist, kann die Routine B in einigen Ausführungsformen in die Steuerungen 150 integriert sein.
Bei Vorgang 160 bestimmt die Steuerung, ob sich der Gangschalthebel 30 in einem Vorwärtsgang (z. B. DAUERBETRIEB) befindet und ob das Bremspedal 34 niedergedrückt wird. Falls beide dieser Bedingungen erfüllt sind, geht die Steuerung zu Vorgang 162 über. Falls beide dieser Bedingungen nicht erfüllt sind, kehrt die Steuerung zum Start zurück. Bei Vorgang 162 bestimmt die Steuerung, ob eine Bedingung zum Unterbinden des neutralen Leerlaufs vorliegt. Zu Unterbindungsbedingungen können Folgende gehören: die Motorkühlmitteltemperatur liegt unter einer Schwellentemperatur, Getriebeausfallbedingungen, Bremsenausfallbedingungen oder das Fahrzeug befindet sich auf einer Straßensteigung, die einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt (z. B. an einem Berg angehalten). Falls eine der Unterbindungsbedingungen vorliegt, kehrt die Steuerung zum Start zurück und das Getriebe wird nicht in den neutralen Leerlauf geschaltet.
Falls keine der Unterbindungsbedingungen vorliegt, geht die Steuerung zu 164 über und die Steuerung schaltet das Getriebe 24 in den neutralen Leerlauf. Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann das Getriebe 24 durch Ausrücken der Kupplung 108 in den neutralen Leerlauf versetzt werden. Der Drehmomentflusspfad zwischen der Turbinenwelle 52 und dem Ausgangselement 44 ist unterbrochen, wenn die Kupplung 108 ausgerückt ist. Die Kupplung 108 kann eine hydraulisch betätigte Kupplung sein, die durch einen Ventilkörper des Getriebes gesteuert wird. Die Steuerung 36 steuert den Betrieb des Ventilkörpers. Die Steuerung 36 kann das Getriebe 24 in den neutralen Leerlauf versetzen, indem es den Ventilkörper dazu anweist, einen Fluiddruck zuzuführen, der zum Einrücken der Kupplung 108 unzureichend ist. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der erste Gang eine einzelne steuerbare Kupplung 108 und eine Freilaufkupplung 112. Andere Getriebe können das Einrücken mehrerer steuerbarer Kupplungen zum Erreichen des ersten Gangs erfordern. Bei diesen Getrieben wird der neutrale Leerlauf durch Ausrücken einer oder mehrerer der steuerbaren Kupplungen erreicht. Das Verfahren 150 gilt auch für Getriebe, die nicht-hydraulisch betätigte Schaltelemente aufweisen. Zum Beispiel kann das Getriebe Servomotoren zum Steuern der Schaltelemente verwenden.
Das System tritt als Reaktion darauf, dass eine oder mehrere der Austrittsbedingungen vorkommen, aus dem neutralen Leerlauf aus. Bei Vorgang 166 ermittelt die Steuerung, ob eine Bedingung zum Austritt aus dem neutralen Leerlauf vorliegt. Zu Austrittsbedingungen können Folgende gehören: das Bremspedal 34 wird freigegeben, das Gaspedal wird niedergedrückt, das Fahrzeug wird AUS geschaltet und der Gangschalthebel wird in eine andere Stellung bewegt. Als Reaktion darauf, dass eine oder mehrere Austrittsbedingungen vorkommen, tritt die Steuerung bei Vorgang 168 aus dem neutralen Leerlauf aus. Aus dem neutralen Leerlauf kann ausgetreten werden, indem das Fahrzeug wieder in einen Vorwärtsgang geschaltet wird, indem die freigegebene(n) Kupplung oder Kupplungen wieder eingerückt wird bzw. werden.
Ein typisches System für den neutralen Leerlauf verwendet zum Betrieb des Getriebes keine Kartendaten. Das Fahrzeug 20 ist dazu in der Lage, die Vorzüge des neutralen Leerlaufs zu optimieren, indem es Eingaben von dem ACC-Modul 128 und dem Navigationsmodul 130 verwendet. Eingaben von dem ACC-Modul 128 und dem Navigationsmodul 130 ermöglichen, dass das Fahrzeug 20 den neutralen Leerlauf unterbindet, wenn dies vorteilhaft ist, und ohne Verwendung eines Verzögerungszeitgebers in den neutralen Leerlauf eintritt, was zu erhöhter Kraftstoffeinsparung führt.
5 veranschaulicht einige beispielhafte Vorteile von Systemen für den neutralen Leerlauf, die ACC-Eingaben und/oder Navigationseingaben beinhalten, durch Vergleich des Fahrzeugs 20 mit einem Fahrzeug (in dieser Schrift als „Fahrzeug X“ bezeichnet), das keine Informationen von einem Navigationssystem oder einem ACC-System verwendet. Es ist zu beachten, dass die Zeitskala (x-Achse) nicht linear ist. Zu Zeitpunkt T₀ bewegen sich beide Fahrzeuge mit einer Geschwindigkeit ungleich null die Straße entlang, wobei die Radbremsen ausgerückt sind. Zu Zeitpunkt T₁ werden als Reaktion darauf, dass sich die Fahrzeuge einer ROTEN Ampel nähern, die Bremsen beider Fahrzeuge betätigt, was dazu führt, dass die Fahrzeuge bis Zeitpunkt T₂ abbremsen, zu dem die Fahrzeuge vollständig angehalten sind. Zu Zeitpunkt T₂ schaltet die Steuerung des Fahrzeugs 20 das Getriebe in den neutralen Leerlauf, indem ein Fluiddruck reduziert wird, der einer oder mehreren der Vorwärtskupplungen zugeführt wird. Im Gegensatz dazu tritt das Fahrzeug X erst zu Zeitpunkt T₃ in den neutralen Leerlauf ein. Das Fahrzeug X beinhaltet einen Verzögerungszeitgeber, der das Schalten des Getriebes in Neutral um einen vorbestimmten Zeitraum wie etwa 1 bis 3 Sekunden verzögert. Das Fahrzeug 20 verwendet keinen Verzögerungszeitgeber, da das System für den neutralen Leerlauf des Fahrzeugs 20 Straßendaten verwendet, um zu ermitteln, ob das Fahrzeug an einer Ampel oder einem Stoppschild angehalten wird. Dies ermöglicht es dem System für den neutralen Leerlauf des Fahrzeugs 20, die Kraftstoffeffizienz stärker zu erhöhen als das System für den neutralen Leerlauf des Fahrzeugs X.
6 veranschaulicht einen weiteren beispielhaften Vorteil von Systemen für den neutralen Leerlauf, die ACC-Eingaben und/oder Navigationseingaben beinhalten, durch Vergleich des Fahrzeugs 20 mit einem Fahrzeug (in dieser Schrift als „Fahrzeug Y“ bezeichnet), das keine Informationen von einem Navigationssystem oder einem ACC-System verwendet. Zu Zeitpunkt T₀ bewegen sich beide Fahrzeuge mit einer Geschwindigkeit ungleich null die Straße entlang, wobei die Reibungsbremsen ausgerückt sind. Zu Zeitpunkt T₁ werden als Reaktion darauf, dass sich die Fahrzeuge einem Stoppschild nähern, die Bremsen beider Fahrzeuge betätigt, was dazu führt, dass die Fahrzeuge abbremsen und zu Zeitpunkt T₂ vollständig anhalten. Zu Zeitpunkt T₂ schaltet das Fahrzeug Y das Getriebe in den neutralen Leerlauf, indem der Kupplungsdruck zu einer oder mehreren der Vorwärtskupplungen reduziert wird. Im Gegensatz dazu schaltet das Fahrzeug 20 das Getriebe nicht in den neutralen Leerlauf, da das Fahrzeug an einem Stoppschild angehalten wird. Demnach bleibt der Kupplungsdruck konstant, und die Kupplung bleibt eingerückt, um das Getriebe in DAUERBETRIEB zu halten. Zu Zeitpunkt T₃ gibt der Fahrer in beiden Fahrzeugen die Bremse frei und betätigt wieder das Gaspedal. Das Fahrzeug 20 beschleunigt unverzüglich, da das Fahrzeug 20 während des gesamten Halts im DAUERBETRIEB verblieb. Im Gegensatz dazu ist die Beschleunigung des Fahrzeugs Y verzögert, bis die Vorwärtskupplung zu Zeitpunkt T₄ eingerückt wird. Diese Verzögerung ist für den Fahrer wahrnehmbar und stellt ein unbefriedigendes Fahrerlebnis dar. Das intelligente System für den neutralen Leerlauf aus Fahrzeug 20 ist besser dazu in der Lage, zur Verbesserung des Fahrerlebnisses Fahrgewohnheiten vorherzusagen, als zum Beispiel das Fahrzeug X und Fahrzeug Y.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein könnten, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Demnach liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8738574 [0017]

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen Motor; angetriebene Räder, die jeweils eine zugehörige Reibungsbremse beinhalten; ein Bremspedal, das dazu betriebsfähig ist, jede Reibungsbremse einzurücken; ein Getriebe, das ein Eingangselement, das antreibbar mit dem Motor verbunden ist, ein Ausgangselement, das antreibbar mit den angetriebenen Rädern verbunden ist, und einen Zahnradmechanismus, der dazu ausgelegt ist, mindestens einen Drehmomentflusspfad zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement festzulegen, beinhaltet, wobei das Getriebe ferner ein Schaltelement beinhaltet, das den Drehmomentflusspfad unterbricht, wenn es ausgerückt ist; einen Gangwählhebel, der mindestens eine Vorwärtsstellung, eine Rückwärtsstellung und eine Neutralstellung beinhaltet; und mindestens eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass sich der Gangwählhebel in der Vorwärtsstellung befindet, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs null beträgt, sich das Fahrzeug innerhalb eines ersten vordefinierten Abstands zu einer Ampel befindet und das Bremspedal niedergedrückt wird, das Schaltelement auszurücken, um das Getriebe in den neutralen Leerlauf zu versetzen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass das Bremspedal freigegeben wird, das Schaltelement einzurücken.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, Ausrücken des Schaltelements zu unterbinden, falls sich das Fahrzeug innerhalb eines zweiten vordefinierten Abstands zu einem Stoppschild befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei der zweite vordefinierte Abstand geringer ist als der erste vordefinierte Abstand.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der erste vordefinierte Abstand ein Abstand vor dem Fahrzeug ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der erste vordefinierte Abstand zwischen 10 und einschließlich 120 Fuß beträgt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass ein Gaspedal niedergedrückt wird, das Schaltelement einzurücken.