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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Verbesserungen der Funktionsweise von
Fahrzeuggetrieben. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen bei
den Getriebeschaltstrategien und gleichermaßen die Verbesserung von Leistungsmerkmalen
des Getriebes über
einem relativ weiten Bereich von Fahrgeschwindigkeiten und Bergsteigungen.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Automatisch
geschaltete elektromechanische Getriebe enthalten integrierte Software-Schaltmodule,
die im Allgemeinen Datenverbindungen zu Motorsteuermodulen enthalten.
Ihre automatischen Schaltstrategien basieren meist auf Protokollen,
die auf die Funktionen der Fahrpedalanforderung durch den Fahrer,
der Motordrehzahl und des Drehmomentes beschränkt sind. Verschiedene Ergebnisse
stehen aber bei einer derartigen Beschränkung im Widerspruch zu einer
idealen Getriebeleistung und einem idealen Getriebebetrieb. Beispielsweise
stellt der Betrieb des Getriebes im Wesentlichen eine Balance oder
Mischung zwischen der wirtschaftlichen Verwendung von Kraftstoff
und optimalen Leistungsanforderungen dar. Zu einer offensichtlichen
Beschränkung gehört, dass
das herkömmliche
Steuermodul keine Auswahlmöglichkeiten
in Bezug auf eine wahlweise Optimierung des Kraftstoffverbrauchs
gegenüber
einer Optimierung des Leistungseinsatzes als gesonderte Auswahlmodi
bietet.
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Ferner
erfüllt
eine Lösung,
die darauf basiert, Kraftstoffverbrauchs- und Leistungsoptimierungsziele
miteinander in Gleichgewicht zu bringen, in der Tat zu wenig die
von den meisten Fuhrparkbesitzern und Fahrern gewünschten
Zielsetzungen. Soweit für
den Fernverkehr vorgesehene Transportfahrzeuge ungefähr neunzig
Prozent (90%) ihres Betriebs in den oberen Gangstufen verbringen,
sind heutzutage Getriebe erhältlich,
die relativ kleine durchschnittliche Übersetzungssprünge zwischen
den höchsten
Gängen
aufweisen. Ein solches Getriebe ist umfassend in dem US-Patent Nr.
6 085 606 beschrieben, das
am 11. Juli 2000 im Namen von Stine et al. erteilt wurde und das
durch ausdrücklichen
Verweis hier mit aufgenommen ist. Der Lösungsansatz, die Übersetzungssprünge zwischen
den höchsten
Gängen
verhältnismäßig klein
zu machen, berücksichtigt,
dass während
des Betriebs des Fahrzeugs auf ebenen Flächen oder relativ geringen
Steigungen kleinere Übersetzungsänderungen
den Gesamtwirkungsgrad und das Betriebsverhalten des Fahrzeugs verbessern können. Auf
der anderen Seite ist im Falle größerer Bergsteigungen normalerweise
ein eher optimaler Leistungsmodus erwünscht. Eine Verbesserung, bei der
die Auswahlmöglichkeit
zwischen einem Kraftstoffverbrauchsmodus und einem leistungsoptimierten
Modus vorgesehen ist, wird als vorteilhaft angesehen und liegt vollständig innerhalb
der praktischen Grenzen und/oder der Ausführbarkeit bei heutigen Fahrzeugsystemen,
speziell solchen von Fernlastern.
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Beide
Strategien sind in unmittelbarer Abhängigkeit von der entwickelten
Motorleistung, dem Motordrehmoment, der Getriebeeingangswellendrehzahl
und der Fahrgeschwindigkeit gesteuert und überwacht.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische
Darstellung eines Fahrzeugkraftübertragungssystems,
das ein verbessertes Getriebebetriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet.
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2 zeigt eine schematische
Ansicht einer Ausführungsform
eines elektronischen Steuermoduls, das in dem Fahrzeugkraftübertragungssystem nach 1 verwendet wird.
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3 zeigt eine Draufsicht
auf eine Steuerkonsole für
einen Fahrer unter Veranschaulichung der Auswahlmöglichkeiten
der Getriebegangstufen, die bei dem Betrieb des Kraftübertragungssystems nach 1 verwendet werden.
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4 zeigt eine schematische
Ansicht eines Fahrpedalstellungssensors und eines zugehörigen Fahrpedals,
die bei dem Betrieb des Kraftübertragungssystems
nach 1 eingesetzt werden.
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5 zeigt ein Diagramm mit
drei Kurven, die einem Beispiel des Betriebs des erfindungsgemäßen Kraftübertragungssystems
zugeordnet sind, wobei die Motorleistung, das Motordrehmoment und
der Kraftstoffverbrauch gesondert veranschaulicht sind, wobei diese
jeweils einzeln in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl dargestellt sind.
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6 zeigt eine graphische
Darstellung des Kraftstoffverbrauchs in Abhängigkeit von dem Motordrehmoment
und als Funktion der Motordrehzahl, wobei zwei unterschiedliche
ideale Bereiche oder "Sweet-Spots" für den Betrieb
veranschaulicht sind, abhängig
davon, ob die ausgewählte
Strategie Kraftstoffoptimierung oder maximale Leistung lautet.
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7 zeigt eine Schaltstrategie
in einer graphischen Darstellung, die insbesondere Herunterschaltvorgänge in einem
Modus der optimalen Leistung/des optimalen Verhaltens des verbesserten
Getriebebetriebssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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8 zeigt einen dem Schaltstrategiegraphen
nach 7 zugeordneten
Schaltstrategieentscheidungsplan, der insbesondere eine Folge von Zuständen/Entscheidungen
veranschaulicht, die bei der Durchführung strategischer Herunterschaltvorgänge in einem
Modus der optimalen Leistung/des optimalen Verhaltens des verbesserten
Getriebebetriebssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten sind.
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9 zeigt einen Schaltstrategiegraphen unter
Veranschaulichung von Hochschaltvorgängen in einem Modus der optimalen
Leistung/des optimalen Verhaltens des verbesserten Getriebebetriebssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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10 zeigt einen dem Schaltstrategiegraphen
nach 9 zugeordneten
Schaltstrategieentscheidungsplan, der insbesondere eine Folge von Zuständen/Entscheidungen
veranschaulicht, die bei der Durchführung strategiegemäßer Hochschaltvorgänge in einem
Modus der optimalen Lei stung/des optimalen Verhaltens des verbesserten
Getriebebetriebssystems der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
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11 zeigt eine Schaltstrategie
in einer graphischen Darstellung, die Hochschaltvorgänge in einem
Modus des optimalen Kraftstoffverbrauchs/der optimalen Wirtschaftlichkeit
des verbesserten Getriebebetriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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12 zeigt einen dem Schaltstrategiegraphen
nach 11 zugeordneten
Schaltstrategieentscheidungsplan, der insbesondere eine Folge von Zuständen/Entscheidungen
veranschaulicht, die bei der Durchführung strategiegemäßer Hochschaltvorgänge in einem
Modus des optimalen Kraftstoffverbrauchs/der optimalen Wirtschaftlichkeit
des verbesserten Getriebebetriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung
enthalten sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Indem
zunächst
auf 1 Bezug genommen
wird, ist eine Fahrzeugkraftübertragung 10 veranschaulicht,
die zur Verwendung in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug vorgesehen
ist und zu der ein Motor 12 sowie ein elektronisch betätigtes mechanisches
Getriebe 14 gehören.
Der Motor 12 und das Getriebe 14 sind über eine
automatisch betätigte Fliehkraftkupplung 16 miteinander
gekuppelt. Die spezielle Konfiguration des Kraftübertragungssystems 10 ist
insbesondere für
Fernverkehrlastwagen geeignet, obwohl der Umfang der Erfindung ausreichend
ist, um auch andere Fahrzeuge zu umfassen.
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Der
Motor 12 enthält
eine Motorausgangswelle 18, die mit dem Eingangsteil 16A der
Kupplung 16 betriebsmäßig verbunden
ist, wie sich dies einem gewöhnlichen
Fachmann erschließt.
Mit dem Ausgangsteil 16B der Kupplung 16 ist eine
Getriebeeingangswelle 20 verbunden; und eine Getriebeausgangswelle 22 ragt
wiederum von dem gegenüberliegenden
Ende des Getriebes 14 weg. Die Welle 22 ist auf
herkömmliche
Weise mit einem Ausgleich eines Differentialgetriebes 24 verbunden.
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Indem
nun auch auf 2-4 Bezug genommen wird, ist
ein Motorcontroller 26 veranschaulicht, der eine Motorsignalsende-
und -empfangseinrichtung 27 aufweist, die dazu eingerichtet
ist, Befehlssignale von einem Steuermodul 36 der Kraftübertragung
zu empfangen und folglich mit diesem zu kommunizieren. Auf ähnliche
Weise enthält
ein Kupplungsaktuator 28 einen Signalempfänger 29,
während
ein Getriebeaktuator 30 einen Signalempfänger 31 enthält, wobei
beide Empfänger
dazu eingerichtet sind, mit dem Kraftübertragungssteuermodul 36 zu kommunizieren.
Das Modul 36 liefert auch Befehlsausgangssignale 32 an
die Motorsignalsende- und -empfangseinrichtung 27, um gewünschte Ausgaben zu
erzielen. Spezielle Befehlseingaben werden dem Kraftübertragungssteuermodul 36 durch
den Fahrzeugführer
zugeführt
und durch einen geeigneten, nicht veranschaulichten Mikroprozessor
in elektrische Signale umgesetzt. Schließlich liefern auch Drehzahlsensoren 38, 40 und 42 der
jeweils erwähnten
Wellen 18, 20 und 22 geeignete Daten
zu dem Modul 36, um auch die Erzeugung von Echtzeitdaten/-antworten
und das Verhalten des Kraftübertragungssystems
zu optimieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung und unter Bezugnahme nunmehr insbesondere auf 3 und 4 ist das Fahrzeugkraftübertragungssystem 10 im
Wesentlichen durch den Be trieb seines elektromechanischen Getriebes 14 beeinflusst.
Das Getriebe 14 ist in erster Linie durch das Kraftübertragungssteuermodul 36 gesteuert.
Der Fahrzeugführer
kann jedoch das Verhalten und den Betrieb durch manuelle Bedienung
einer Getriebekonsole 44 in dem Fahrerhaus des Fahrzeugs
beeinflussen. In dem Maße, als
das Getriebe dazu eingerichtet ist, tatsächliche Schaltvorgänge der
Gänge durch
automatische Mittel zu bewerkstelligen, kann der Fahrer darauf nur
im Wesentlichen durch die Auswahl der angezeigten Wahlstellungen
für Vorwärts-, Rückwärts- und
Leerlaufgänge
begrenzt Einfluss nehmen. Der Fahrer kann jedoch, wie veranschaulicht,
in der Lage sein, den Gangschalthebel nach links oder nach rechts
zu "stoßen", um den nächst höheren bzw.
nächst
niedrigeren Gang einzulegen. Schließlich enthält ein schwenkbares Fahrpedal 43 einen
Fahrpedalstellungssensor 46, der in einer für eine technisch
versierte Person verständlichen
Weise ein Fahrpedalstellungssignal 45 an das Kraftübertragungssteuermodul 36 liefert.
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Unter
diesem Hintergrund und unter Bezugnahme nunmehr insbesondere auf 5 sind in dieser eine Leistungskurve,
eine Drehmomentkurve und eine Kraftstoffverbrauchskurve in der angegebenen Reihenfolge
veranschaulicht, wobei jede Kurve über der Motordrehzahl aufgetragen
ist. Es ist leicht einzusehen, dass jeder Motor seinen eigenen allgemeinen Satz
Betriebsmerkmale aufweist und dass die hier veranschaulichten Daten
unter unterschiedlichen Motoren möglicherweise wesentlich variieren
können.
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Indem
zunächst
auf die Leistungskurve P verwiesen wird, ist die Größe der Leistung
längs der vertikalen
Achse in Kilowatt (kW) aufgetragen und liegt, wie veranschaulicht,
innerhalb des beispielhaften Bereiches von 195 bis ungefähr 350 kW.
Die horizontale Achse stellt, wie erwähnt, die Motordrehzahl dar
und liegt in einem Bereich von 1000 bis ungefähr 1900 U/min. Es ist zu ersehen,
dass kennzeichnenderweise Drehmomentwerte T (gemessen in Newtonmeter)
dazu neigen, an dem oberen Ende des Leistungsbereiches, das, wie
dargestellt, einer erhöhten
Motordrehzahl zugeordnet ist, abzufallen. Die untere Kurve F repräsentiert
den Kraftstoffverbrauch, der in Gramm pro Kilowattstunde gemessen
wird. Die Kraftstoffkurve ist, wie weiter oben erwähnt, ebenfalls über der
Motordrehzahl aufgenommen. Bei dem bestimmten Motor fällt die
Kraftstoffverbrauchsgröße innerhalb
eines relativ schmalen Bereiches von bis ungefähr 1600 U/min und steigt dann
in dem Bereich zwischen 1600 und 1800 U/min messbar an.
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6 zeigt eine graphische
Darstellung, in der mehrere der vorstehend beschriebenen Beziehungen
integriert sind. Insbesondere zeigt 6 ein Schaubild
mit mehreren birnenförmigen "Kraftstoffverbrauchsinseln", z.B. 50,
die über
den Primärkoordinaten,
nämlich
dem Motordrehmoment gegenüber der
Motordrehzahl, eingezeichnet sind. Die durchgehend eingezeichneten
Isobaren F kennzeichnen Linien konstanten Kraftstoffverbrauchs,
während
die punktierten Isobaren P Linien gleichbleibender Leistung repräsentieren.
Das Kennfeld zeigt insbesondere einen Wirtschaftlichkeits"Sweet-Spot" oder idealen Wirtschaftlichkeitsbereich 52,
der Kraftstoffverbrauchs- und Leistungsanforderungswerte kennzeichnet,
die für
einen gegebenen Satz von Motordrehzahl- und Motordrehmomentwerte
optimiert sind. Das Kennfeld zeigt gleichermaßen einen optimierten Leistungs-"Sweet-Spot" oder idealen Leistungsbereich 54,
der entsprechend höhere
Kraftstoffverbrauchs- und Leistungsanforderungswerte bei geringfügig höheren Motordrehzahl-
und größeren Motordrehmomentwerten
kennzeichnet.
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Ein
als aufsteigende punktierte Linie dargestellter Pfad 56 verbindet
die beiden Sweet-Spots und repräsentiert
einen herkömmlichen Übergangsbereich
oder einen normalen Betriebsbereich des Motors, der die zuvor erwähnten unterschiedlichen Strategien
der vorliegenden Erfindung "auszubalancieren" versucht. Somit
ist die graphische Darstellung hier speziell dazu vorgesehen, die
in einzigartiger Weise gesonderten Strategien zum Schalten der Getriebegänge zu demonstrieren,
die dazu dienen, um entweder einen optimalen Kraftstoffverbrauch
oder eine optimale Leistungsanforderung aufrechtzuerhalten, wie
dies im Folgenden beschrieben ist.
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Es
sollte zu Beginn betont werden, dass die zu beschreibenden Schaltschemas
in Abhängigkeit von
den Merkmalen der speziellen Motoren, die in dem Kraftübertragungssystem 10 eingesetzt
werden, variieren können.
Ferner ist zu verstehen, dass für eine
optimale Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs
sämtliche
Schaltvorgänge
in einer solchen Weise durchgeführt
werden, um in den Bereich um den Sweet-Spot 52 des optimalen
Kraftstoffverbrauchs herum zu fallen. Im Gegensatz hierzu ist der
Ablauf sämtlicher
leistungsorientierter Hochschaltvorgänge und Herunterschaltvorgänge in der Weise
gesteuert, um den Motor nahe an dem maximalen Leistungsbedarf zu
halten. Es ist offensichtlich, dass die aufrechterhaltbare Bergauffahrtfähigkeit
auf dem jeweiligen Drehmoment- und Leistungsvermögen und somit der Fähigkeit
eines gegebenen Motors, Anforderungen unter jedem gegebenen Satz von
Bedingungen zu erfüllen,
beruht. Schließlich
sind die hier beschriebenen Strategien insbesondere für mechanische
Getriebe mit in den oberen Gängen
reduzierten Übersetzungssprüngen geeignet.
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Es
wird nun auf 7 verwiesen,
in der ein so genannter "die
Leiter erklimmender" Lösungsansatz
zum Schalten des Getriebes in einem Gangschaltdiagramm veranschaulicht
ist, das die Motordrehzahl als Funktion der Fahrgeschwindigkeit
darstellt. Jedesmal, wenn die Fahrzeugmotorlast hoch wird, wie beispielsweise,
wenn ein Fahrzeug sich einer beträchtlichen Bergauffahrt ausgesetzt
sieht, neigt die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs dazu abzusinken,
falls der Fahrer in dem gleichen Gang bleibt. Somit wird jeder,
der mit der Technik vertraut ist, verstehen, dass es erforderlich
wird, die Gangstufen herunterzuschalten, was wiederum die Motordrehzahl
mit jedem nachfolgenden Herunterschaltvorgang größer werden lässt (daher
der Ausdruck "die
Leiter erklimmen").
Soweit die kleineren Übersetzungsänderungen
den oberen Gängen
7–12 zugeordnet
sind, ergibt die erfindungsgemäße Gangschaltstrategie,
immer wenn das Getriebe in seinen oberen Gängen betrieben ist, ein simuliertes
Verhalten eines stufenlos regelbaren Getriebes.
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Ein
Diagramm für
eine optimal leistungsorientierte Gangschaltung und ein zugehöriger Gangschaltstrategieplan
sind in den 7 und 8 dargestellt, um eine Gangschaltstrategie
wiederzugeben, die versucht, den leistungsbedarfsgemäßen Sweet-Spot 54 zu
optimieren, wie er vorstehend im Zusammenhang mit 6 identifiziert worden ist. Aufgetragen
in dem Diagramm sind die Leistungsanforderungskurven 58, 60, 62.
Die Kurve 58 ist eine Leistungskurve, die die minimale
Leistung wiedergibt, die erforderlich ist, um die Geschwindigkeit
auf einer relativ flachgeländigen
Straße
aufrechtzuerhalten. Die Kurve 60 gibt eine repräsentative
Größe der Leistung
wieder, um die Geschwindigkeit auf einer leichten bis mittelmäßigen Steigung
aufrechtzuerhalten. Schließlich
zeigt die Kurve 62 den minimalen Betrag der Leistung, um
die Geschwindigkeit auf einer beträchtlichen Steigung aufrechtzuerhalten.
Jeder, der mit der Technik vertraut ist, wird verstehen, dass all
diese zu Beispielszwecken hier angegebenen repräsentativen Werte relativ sind.
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Die
Leistungsanforderungskurven 58, 60, 62 sind
durch sanft nach oben gekrümmte
Linien gebildet; die gezackte Kurve 64 gibt eine Reihe
von Gangstellungen wieder, die sowohl in rautenförmigen als auch in dreieckigen
Knoten dargestellt sind. Jeder Knoten kennzeichnet eine Getriebegangstellung;
die rautenförmigen
Stellungen geben die Gänge
1 bis 12 wieder, wie sie in der Tat als wirtschaftliche Schaltpunkte
auf einer flachen Straße
beim Beschleunigen oder Abbremsen vorkommen. Die vertikalen Abschnitte
zwischen den jeweiligen Gangstellungen kennzeichnen Gangstufenwechsel
oder physikalische Gangschaltungen, wie sie durch die Strategiesoftware
befohlen werden. Der sogenannte "die
Leiter erklimmende" Abschnitt
des Diagramms ist durch die Gangwechsel angezeigt, die innerhalb
des punktierten Kreises in dem oberen rechten Eck des Diagramms
enthalten sind. Es ist ersichtlich, dass, wenn es zu Herunterschaltvorgängen kommt,
z.B. beim Auftreffen auf eine beträchtliche Bergsteigung, die Motorleistung
steigt, während
die Fahrgeschwindigkeit in gleichem Maße abnimmt. Die Strategie bewirkt jedoch,
dass das Betriebsverhalten des Motors so nahe wie möglich an
dem vorstehend beschriebenen leistungsorientierten Sweet-Spot 54 liegt.
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Beim
Auftreffen auf eine beträchtliche
Steigung wird eine Folge von Herunterschaltungen der Reihe nach
von dem Gang 12' zu
dem Gang 11', anschließend von
dem Gang 11' zu
dem Gang 10' und so
weiter durchgeführt.
Bei relativ sanf ten Steigungen erniedrigt die Schaltstrategie die
Gangstufen lediglich bis zu dem Gang 7', was bedeutet, dass somit innerhalb
des Getriebes zwischen den relativ kleinen Übersetzungssprüngen der
höchsten
Getriebegangstufen geschaltet wird. Es ist offensichtlich, dass
bei einer sehr beträchtlichen
Steigung das Getriebe eventuell in sogar niedrigere Gänge geschaltet
werden muss, um eine Bergauffahrt zu ermöglichen. Die besondere Leistungsoptimierungsstrategie
ist jedoch derart entwickelt, um innerhalb der beschriebenen Betriebsparameter
in wenigstens achtzig Prozent (80%) der voraussehbaren Bergauffahrten
zu funktionieren.
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Es
wird nun insbesondere auf den Schaltstrategieentscheidungsplan gemäß 8 Bezug genommen, in dem
veranschaulicht ist, dass die erforderlichen Softwareeingaben Datenabbildungen des
maximalen Motordrehmoments als Funktion der Motordrehzahl, der maximalen
Motorleistung als Funktion der Motordrehzahl, des Kraftstoffverbrauchs
als Funktion der Drehzahl und der Leistung und die verfügbaren Getriebegangstufen
enthalten. Zusätzlich
liest die Strategie Eingaben, die momentane Fahrpedalstellung und
Motordrehzahl, momentane Motorleistung, momentane Fahrzeuggeschwindigkeit,
momentanen bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch sowie momentane
Gangstufenauswahl enthalten, ein und reagiert auf diese. Für die strategischen
Berechnungen ist es von grundsätzlicher
Bedeutung, dass die erforderliche Motorleistung in jedem beliebigen
gegebenen Betriebspunkt eine Funktion der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit,
der momentanen Bergsteigung und des momentanen Fahrwiderstandes
ist, wie sie angezeigt werden. Schließlich sind Geschwindigkeitsänderungen
eines Fahrzeugs während
eines gegebenen Gangwechsels eine Funktion der momentanen Fahrpedalstellung,
der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Fahrwiderstandes und der Zeit,
die erforderlich ist, um den Schaltvorgang durch das automatische
Getriebe durchzuführen.
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Basierend
auf den vorerwähnten
Parametern kann die vorgeschlagene tatsächliche Strategie in einer
beispielhaften Weise wie folgt beschrieben werden. Es wird angenommen,
dass das Fahrzeug auf stationäre
Weise bei ungefähr
105 Kilometer pro Stunde in seinem obersten (12.) Gang auf einer
relativ flachen Steigung fährt.
Wenn das Fahrzeug einer relativ beträchtlichen Bergaufsteigung begegnet,
beginnt das Fahrzeug zu diesem Augenblick langsamer zu werden. In
dem Maße,
in dem die fortgesetzte Verlangsamung hinderlich ist, mag der Fahrer
wünschen,
die Fahrzeuggeschwindigkeit soweit wie möglich aufrechtzuerhalten. Dies
wird durch eine Reihe von Herunterschaltvorgängen des Getriebes erreicht.
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Wie
aus dem oben erwähnten
punktierten Kreisbereich der 7 ersichtlich
und unter der Annahme, dass das Fahrzeug bis auf eine Geschwindigkeit
von ungefähr
102 Kilometer pro Stunde langsamer geworden ist, löst die unmittelbare
Schaltstrategie einen Herunterschaltvorgang von dem Gang 12' zu 11' aus, wodurch die
Geschwindigkeit gemäß dem Diagramm
nach 7 von 102 Kilometer
pro Stunde auf ungefähr
98 Kilometer pro Stunde vermindert wird. Die Motordrehzahl steigt
augenblicklich von ungefähr
1150 auf 1200 U/min an. Nachfolgende Erniedrigungen der Gangstufen,
d.h. von 11' bis
zu 7' minimieren
ferner Geschwindigkeitsverluste, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit
in dem dargestellten Beispiel ungefähr 92 Kilometer pro Stunde
erreicht und die Motordrehzahl zu diesem Zeitpunkt bei ihrem angezeigten
Betriebsgrenzwert von 1800 U/min liegt. Deshalb erhöhen die
sogenannten "die
Leiter erklimmenden" Gangwechsel,
wie vorstehend erläutert,
die Motordrehzahl, während
ein Verfall oder eine Verminderung der Fahrzeuggeschwindigkeit optimalerweise minimiert
wird, wie dies durch die Schaltfolge wiedergegeben ist, die in dem
punktierten Kreisabschnitt des oberen rechten Eckes des Schaltdiagramms
gezeigt ist.
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Zusammengefasst
optimiert die Strategie zum Herunterschalten eines Getriebes das
Motorleistungsanforderungsverhalten eines Kraftfahrzeugs, in dem
für jede
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gemäß dem tatsächlichen Motordrehzahlwert
und -drehmomentwert eine Getriebegangstufe für optimale Leistung festgelegt
worden ist. Die Schaltstrategie enthält die Schritte:
- a) Auswahl einer nächst
niedrigsten Gangstufe auf der Grundlage einer angestrebten Motordrehzahl
für das
Herunterschalten, wenn sich die momentane Motordrehzahl einem Wert
unterhalb der angestrebten Motordrehzahl nähert;
- b) fortgesetzte Auswahl nachfolgender nächst niedrigster Gangstufen
auf der Grundlage einer Reihe niedrigerer angestrebter Motordrehzahlen für das Herunterschalten,
in einer Weise, die ein Einlegen einer nächst niedrigsten Gangstufe
ermöglicht,
wenn sich die momentane Motordrehzahl einem Wert unterhalb einer
nächstfolgenden niedrigeren
angestrebten Motordrehzahl nähert, und
- c) Berechnung einer nächsten
Getriebegangstufe für
optimale Leistung vor jedem nachfolgendem Herunterschaltvorgang.
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Es
wird nun auf die 9 und 10 Bezug genommen, in der
ein anderes Diagramm für
leistungsorientiertes Schalten sowie ein zugehöriger Schaltstrategieentscheidungsplan
dar gestellt sind, um eine Folge von Hochschaltvorgängen eines
nachgeahmten stufenlos regelbaren Getriebes unter Beschleunigungsbedingungen
wiederzugeben. Der beschriebene besondere Betriebsmodus ist derjenige, der
auftreten kann, wenn beispielsweise ein Fahrzeug auf einer relativ
ebenen Fläche
schnell beschleunigt, z.B. wenn ein Fahrzeugführer wünscht, ein anderes Fahrzeug
auf einer Schnellstraße
zu überholen.
Wenn auf die durch die gezackte Schaltkurve 64' repräsentierte
Schaltfolge Bezug genommen wird, ist es klar, dass das Ziel die
Aufrechterhaltung der höchsten
verfügbaren
Motorleistung zwischen sämtlichen
Gangwechseln ist. Die bestimmte Schaltfolge, die veranschaulicht
ist, zeigt, dass unter der Annahme, dass das Fahrzeug auf einer
Horizontalebene oder ohne auf eine wesentliche Bergsteigung zu treffen
betrieben wird, der Fahrzeugführer
in der Lage ist, das Leistungsverhalten bei oder fortdauernd nahe
dem Sweet-Spot 54 aufrechtzuerhalten. Die Schaltstrategie
setzt den zeitlichen Ablauf der Hochschaltvorgänge entsprechend den Leistungsanforderungsparametern
fest. Sämtliche
Schaltvorgänge
laufen automatisch, entsprechend der Strategie und sicherlich ohne
das Erfordernis eines Eingriffs durch den Fahrer oder selbst bei
einem solchen ab.
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Indem
insbesondere auf den Hochschaltstrategieplan gemäß 10 Bezug genommen wird, bleiben die früheren Datenabbildungen
anwendbar und sind in der bei dem vorherigen Strategiebeispiel beschriebenen
Software enthalten. Die leistungsorientierte Strategie für flache
Straßen
ist jedoch gegenüber
derjenigen, die im Zusammenhang mit der leistungsorientierten Strategie
für beträchtliche
Bergsteigungen beschrieben ist, derart modifiziert, dass das Getriebe
den Versuch unternimmt, leistungsorientierte Schaltvorgänge nach
oben durchzuführen,
während
die maximale Leistung auf rechterhalten wird. Im Gegensatz hierzu
werden bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel für beträchtliche
Bergsteigungen die leistungsorientierten Schaltvorgänge nach unten
derart durchgeführt,
um Geschwindigkeitsverluste unter einer wesentlichen Leistungsanforderung zu
minimieren.
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Es
wird nun auf die 11 und 12 Bezug genommen, in denen
ein Diagramm für
eine wirtschaftliche Hochschaltstrategie sowie ein zugehöriger Schaltstrategieentscheidungsplan
unter Bedingungen, bei denen die Fahrpedalanforderung durch den Fahrer
relativ niedrig ist, dargestellt sind. Zu den für diese Strategie geeigneten
Bedingungen gehören ebenfalls
relativ ebene Straßenflächen oder
leichte Bergsteigungen. Bezugnehmend zunächst auf das Gangschaltdiagramm
gibt die gezackte Schaltkurve 64'' einen
Wirtschaftlichkeitsmodus wieder, bei dem der optimale Motordrehzahlbereich
bei einem relativ niedrigen Wert im Vergleich zu der vorstehend
beschriebenen Leistungsstrategie gehalten wird. In einem gewissen
Sinne ist diese Strategie insofern etwas mehr komplex, als anstatt
ständig
nach der maximalen Motordrehzahl zu streben, die in die Strategie
aufgenommenen unterschiedlichen Kraftstoffverbrauchsvariablen in
einer Weise verwendet werden müssen,
um einen wirtschaftlichen Betrieb zu erreichen, bei dem versucht
wird, stets in einem Bereich um den Kraftstoffverbrauchs-Sweet-Spot 52 herum zu
gelangen, wie weiter oben beschrieben. In der Tat wird bei den höchsten Gangstufen
7–12 erzwungen, dass
die Motordrehzahl in dem dargestellten Beispiel in dem Bereich von
1000 bis 1200 U/min bleibt.
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Wenn
insbesondere auf den verbrauchsorientierten Strategieentscheidungsplan
für das
Hochschalten nach 12 verwiesen
wird, wird bemerkt, dass die Entscheidungs punkte und -prozesse der Strategie
alle einen Versuch wiederspiegeln, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren,
während
wenigstens eine minimal akzeptable vorwärtsbeschleunigende Antriebskraft
des Fahrzeugs aufrechterhalten wird. Einem gewöhnlichen Fachmann erschließen sich
die Ziele, die mit den beschriebenen gesonderten Strategien verfolgt
werden, von selbst.
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Schließlich können die
unterschiedlichen Strategien entweder unabhängig voneinander eingesetzt
werden, wie beschrieben, oder sie können kombiniert werden, um
das gesamte Verhalten eines Fahrzeugs wesentlich zu verbessern.
In einem kombinierten Modus erfasst die Strategie Fahrbedingungen,
um zu bestimmen, ob ein Wirtschaftlichkeitsmodus geeignet ist oder
ob ein Leistungsmodus auszuwählen
ist. Beispielsweise würde
eine kombinierte Strategie es ermöglichen, eine kraftstoffverbrauchsorientierte
Strategie normalerweise als Standardmodus auszuführen, der umgangen werden würde, wenn
die Leistungsanforderungen derart sind, dass der Wirtschaftlichkeits-Sweet-Spot 52 nicht
aufrechterhalten werden könnte,
beispielsweise weil auf eine beträchtliche Bergsteigung gestoßen wird.
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Eine
akzeptable Strategie kann beispielsweise vorsehen, dass jedes Mal,
wenn die Fahrpedalstellung sehr hoch ist, z.B. wenigstens zu fünfundneunzig
Prozent (95%) verstellt ist oder mehr, ein Modusumschalter automatisch
neu gesetzt wird, um einen Betrieb unter der Strategie des leistungsorientierten
Modus sicherzustellen. Immer dann, wenn die Fahrpedalstellung weniger
als fünfundneunzig
Prozent beträgt,
würde der
Umschalter neu gesetzt werden, um den Wirtschaftlichkeitsmodus sicherzustellen.
Somit würde
der Modusumschalter strikt auf der Grundlage der Fahrpedalstel lung
zwischen den Modi wählen.
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Selbstverständlich soll
die obige Beschreibung lediglich zur Veranschaulichung und nicht
zur Beschränkung
der Erfindung dienen. Viele Ausführungsformen
erschließen
sich einem gewöhnlichen Fachmann,
wenn er die obige Beschreibung liest. Der Schutzumfang der Erfindung
sollte jedoch nicht aus der obigen Beschreibung sondern gemäß den beigefügten Ansprüchen unter
Einbeziehung äquivalenter
Formen, die unter die Ansprüche
fallen, bestimmt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bietet einen verbesserten Betrieb eines Fahrzeuggetriebesteuermoduls
an, indem sie für
den Fahrzeugführer
eine Auswahl von Schaltstrategien, insbesondere in Abhängigkeit
von den auftretenden Fahrbedingungen, zur Verfügung stellt. Bei der beschriebenen
Ausführungsform
werden zwei gesonderte Schaltstrategien vorgestellt; eine ist auf
wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch gerichtet, während die
andere auf Leistungsoptimierung abzielt. Das Steuermodul ist derart
konfiguriert, um das Verhalten eines in den oberen Gängen des
Getriebes stufenlos regelbaren Getriebes zu simulieren oder "nachzubilden"/"nachzuahmen". Somit sind die beiden Schaltstrategien
besonders zur Verwendung in einem elektromechanisch betätigten Kraftfahrzeuggetriebe
geeignet, das in seinen oberen Gangstufenbereichen reduzierte Übersetzungssprünge aufweist.
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In
einer beschriebenen Ausführungsform umfasst
ein 12-gängiges Lastwagengetriebe
eine Hauptgruppe mit fünf
Gängen
und eine Hilfsgruppe mit Split- und Range-Untergruppen, die dazu
eingerichtet sind, die 12 Gangstufen bereitzustellen. Beide Strategien
zielen lediglich auf die oberen Gangstufen ab, die diejenigen Gangstufen
kennzeichnen, die erfahrungsgemäß in ungefähr neunzig
Prozent (90%) der Betriebszyklen von für den Fernverkehr vorgesehenen
Lastwagen verwendet werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform
gehören
zu den anwendbaren Gangstufen die Gänge 7–12, die relativ kleine Übersetzungsänderungen
zwischen einander aufweisen, und die Schaltstrategien werden durch eine
integrierte Software realisiert, die dem Befehl eines elektronischen
Steuermoduls eines zugehörigen Fahrzeugmotors
unterliegt.