DE19907141A1

DE19907141A1 - Elektronisch gesteuertes Schaltsystem für ein manuelles Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE19907141A1
Application number: DE19907141A
Authority: DE
Inventors: Eric A Bansbach; Randy W Adler; Robert S Zucker; Sankar K Mohan; Christopher W Phelan
Original assignee: New Venture Gear Inc
Current assignee: New Venture Gear Inc
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 1999-08-26
Also published as: US6145398A; FR2775325B1; ITMI990301A1; GB2338761A; GB9902892D0; GB2338761B; FR2775325A1; IT1308699B1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisch gesteuertes Schaltsystem für ein manuelles Schaltgetriebe eines Motorfahrzeugs. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein elek tronisch gesteuertes Schaltsystem zum Bestimmen einer Synchronisationskraft und zum Zuführen variabler Kraftwerte zum Einlegen eines ausgewählten Ganges eines synchronisierten manuellen Schaltgetriebes.

Elektronik ist in viele kraftfahrtechnische Systeme integriert worden, seit die Vorteile dieser Systeme bemerkt worden sind. Im Bereich des Radantriebs hat Elektronik Motorsteuersysteme, automatische Getriebesysteme (Hydraulikgetrie be) und Vierradantriebssysteme entscheidend verbessert. In der Vergangenheit ist Elektronik auch in Kupplungssystemen angewendet worden. Viele dieser Systeme waren anfangs wegen fehlender Möglichkeiten im Steuerbereich nicht erfolgreich. Seit dem Aufkommen von Mikroprozessoren und anderen fortschritt lichen elektronischen Technologien sind jetzt viele Systeme zu realisieren, die früher nicht möglich waren. Automatische Kupplungssysteme sind gegenwärtig Produktionsmerkmale mehrerer europäischer Kleinwagenentwicklungen.

Das manuelle Schaltgetriebe ist ebenfalls zum Ziel der elektronischen Revolution geworden, aber erst in letzter Zeit. Zwar herrschen mechanische, manuelle Schaltgetriebe noch immer vor, aber einige automatische, manuelle Schaltgetrie be stoßen auf den Markt vor. Die meisten dieser Entwicklungen konzentrieren sich auf Europa, wo die Antriebsfaktoren, wie Treibstoffökonomie und Emission am relevantesten sind.

Dementsprechend besteht ein Bedürfnis nach einem Getriebe, dessen Schaltbe tätigung vollständig elektronisch gesteuert ist, so daß keine mechanische Verbin dung zwischen dem Fahrer und dem Getriebe besteht (abgesehen von der Kupplung). Das Schalten des Getriebes ist durch einen dem Fahrer zugänglichen elektronischen Schalthebel zu steuern. Zu den Vorteilen dieses elektronisch ge steuerten Schaltsystems zählen verringerter Lärm und geringere Vibrationen im Passagierbereich, größerer Schutz vor Schaltfehlern des Fahrers, leichteres Aus arbeiten des Schalthebelgefühls, leichteres Anordnen des Schalthebels und ein Verringern der Anzahl der Getriebekomponenten. Darüber hinaus bietet ein elektronisch gesteuertes Schaltsystem eine größere Kontrolle des Gangeingriffs derart, daß die optimale Schaltkraft zur Schaltzeit bestimmt werden kann, Schalt bemühungen können die Motortemperatur kompensieren und variable Schalt kräfte können zum Schalten der Gänge angewandt werden.

Durch die Erfindung wird ein elektronisch gesteuertes Schaltsystem für ein syn chronisiertes, manuelles Schaltgetriebe eines Motorfahrzeugs angegeben. Das Schaltsystem soll eine bessere Kontrolle des Gangeingriffs durch Bestimmen ei ner optimalen Schaltkraft zur Schaltzeit ermöglichen, indem diese Schaltkraft entsprechend der Motortemperatur eingestellt wird, und indem veränderbare Schaltkräfte zum Beenden eines Gangwechsels angewandt werden.

Ein elektronisch gesteuertes Schaltsystem als ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung hat einen manuell betätigbaren Schalthebel zum Auswählen eines Ganges und eine mit dem Schalthebel verbundene Antriebssteuereinheit, die entspre chend einem ausgewählten Gang elektrische Eingangssignale empfängt. Ein zweifach bewegbares Betätigungsorgan empfängt Betätigungssignale von der Antriebssteuereinheit zum Betätigen einer Schaltstange des Getriebes zum Einle gen des ausgewählten Ganges. Die Antriebssteuereinheit hat eine Ausrückroutine zum axialen Bewegen der Schaltstange aus einer gegenwärtigen eingerückten Position in eine Leerlaufstellung, eine Querschaltroutine zum Drehen der Schaltstange (falls nötig) aus der ersten Leerlaufstellung in eine zweite Leer laufstellung, die mit der eingerückten Position des ausgewählten Ganges fluchtet, und eine Einlegeroutine zum Betätigen der Schaltstange in die ausgewählte eingerückte Position. Im einzelnen führt die Einrückroutine eine Anfangskraft zum Überwinden des Synchronisatorspiels zu, bestimmt eine Synchronisationskraft und führt diese zu und führt eine geringere Endkraft zum sanften Einrücken der Schaltstange in die eingerückte Position zu.

Die Antriebssteuereinheit hat außerdem ein Auswahlmodul, ein Schutzmodul und ein Kupplungsverriegelungsmodul. Das Auswahlmodul ermöglicht dem Fahrzeug fahrer den nächsten gewünschten Gang mit dem Schalthebel auszuwählen, wenngleich das System mit dem Schaltvorgang nicht fortfährt, bis die Kupplung ausgerückt ist. Das Schutzmodul bestimmt die Wellendrehzahl und die Fahr zeuggeschwindigkeit und ermittelt dann eine Schaltbedingung durch Vergleichen dieser Werte mit vorbestimmten Drehzahl- und Geschwindigkeitswerten für den ausgewählten Gang. Während einer unannehmbaren Schaltbedingung verhindert das Schutzmodul das Schalten. Das Kupplungsverriegelungsmodul letztlich überwacht die Schaltstange und verhindert ein Einkuppeln, bis die Schaltstange in den ausgewählten Gang einrückt, indem eine Kupplungsverriegelungseinheit gesteuert wird, die zwischen dem Kupplungspedal und der Kupplung angeordnet ist.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unter ansprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Grundkomponenten eines elektronisch ge steuerten Schaltsystems für ein manuelles Getriebe nach der Erfin dung,

Fig. 2 eine Darstellung der Fahreranzeige, die zusammen mit dem Schalt system nach der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines synchronisierten, manuellen Ein stangenschaltgetriebes, das bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Schaltsystems verwendet wird,

Fig. 4A eine Schaltkraft für das Schalten des Getriebes aus einem Gang in eine Leerlaufstellung unter Verwenden des Schaltsystems nach der Erfindung,

Fig. 4B eine Schaltkraft zum Schalten des Getriebes aus der Leerlaufstel lung in eine eingerückte Position unter Verwenden des Schaltsy stems nach der Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm der Kraftsteuerung eines Betätigungsorgans unter Verwenden von Pulsbreitenmodulation bei dem Schaltsystem nach der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockdiagramm der Hauptkomponenten eines Antriebssteuer moduls des Schaltsystems nach der Erfindung,

Fig. 7 ein Flußdiagramm der Schritte, die das Antriebssteuermodul nach der Erfindung in der Hauptschleife durchführt,

Fig. 8 ein Flußdiagramm der Schritte der Schaltvorwahl und der Schutz messungen, die das Antriebssteuermodul nach der Erfindung durchführt,

Fig. 9 ein Flußdiagramm der Schritte zum Gangausrücken, die das An triebssteuermodul ausführt,

Fig. 10 ein Flußdiagramm der Schritte zum Querverschieben, die das An triebssteuermodul nach der Erfindung ausführt,

Fig. 11, 12 und 13 Flußdiagramme der Schritte, die das Antriebssteuermodul zum Ein rücken der Gänge ausführt,

Fig. 14 ein Flußdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen Bereich der Schritte, die das Antriebssteuermodul zum Einrücken der Gänge durchführt,

Fig. 15 ein Flußdiagramm der Schritte, die das Antriebssteuermodul für den Schaltvorgang ausführt, und

Fig. 16 ein Flußdiagramm der Schritte eines proportional abgeleiteten Steuerschemas, das von dem Schaltsystem nach der Erfindung verwen det wird.

Ein elektronisch gesteuertes Schaltsystem 10 für ein manuelles Getriebe in einem Motorfahrzeug ist in Fig. 1 dargestellt. Das elektronisch gesteuerte Schaltsystem 10 hat ein Antriebssteuermodul 20, ein zweifach bewegbares Betätigungsorgan 24, einen elektronischen Schalthebel 26, eine Fahreranzeige 30 und ver schiedene Meßfühler.

Ein elektronischer Schalthebel (d. h. joystick) 26 ist der primäre Schaltsteuerme chanismus und wird vom Fahrer zum Auswählen des gewünschten Ganges be nutzt. Der Schalthebel 26 ist mechanisch von dem Getriebe isoliert. Dadurch kann er überall im Fahrzeugbereich angeordnet werden. Durch Anordnen von Positionssensoren in der Hebelanordnung wird die Verstellung der Hebelposition voll elektronisch von dem Antriebssteuermodul 20 überwacht. Mechanisches Einwirken auf den Schalthebel begrenzt dessen Bewegung auf das für heutige manuelle Schaltgetriebe typische Doppel-H-Muster. Der Schalthebel 26 ist frei von den manchmal hohen Schaltkräften, und es treten auch nicht die diversen Vi brationen auf, die durch den Schaltturm in den Schalthebel dringen, wie z. B. Rupfen, Doppelschlag, Krachen und andere allgemeine Antriebsstrangvibratio nen. Das Nachahmen der gleichen Schaltmethode wie bei einem mechanischen manuellen Schaltgetriebe (Doppel-H-Schalthebelmuster) ermöglicht es dem Fah rer, die gleiche einleuchtende Steuerung auszuüben wie bei dem üblichen ma nuellen Schaltgetriebe, ohne daß Fahranpassungen benötigt werden.

Bei einem alternativen zweiten Ausführungsbeispiel können Druckschalter auf dem Steuerrad als Gangauswahlmechanismus von dem Fahrer verwendet wer den. Druckschalter können den Schalthebel 26 ersetzen oder als eine zweite Gangauswahloption dienen. Ein Satz Druckschalter bewirkt ein Hochschalten in den nächsthöheren Gang, und ein zweiter Satz bewirkt ein Schalten in den nächstniedrigeren Gang. Ein separater Leerlauf/Rückwärtsschalter schaltet in den Leerlauf, wenn er einmal gedrückt wird, und er schaltet in den Rückwärtsgang, wenn er ein zweites Mal gedrückt wird. Es ist auch vorstellbar, andere ver schiedene (physikalische) Anordnungen eines elektronischen Gangauswahlme chanismus bei dem Schaltsystem 10 nach der Erfindung zu verwenden.

Die Fahreranzeige 30 versorgt den Fahrer mit visuellen Anzeigen der Schalthe belposition 32, empfohlenen Kuppelvorgängen 34 und einem Auftreten eines Schaltfehlers 36. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Anordnung für die Fahreranzeige 30, die am Armaturenbrett eines Motorfahrzeugs angeordnet sein kann. Nach Fig. 1 hat das Schaltsystem 10 außerdem weitere Eingaben/Ausgaben, die elektrische Signale zu/von von dem Antriebssteuermodul 20 übertragen/empfangen. Dazu gehören ein Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 42, ein Wellendrehzahlfühler 44, ein Temperaturfühler 46 zum Bestimmen der Öltemperatur, ein Zündstatusfühler 48, ein Anzeiger 49 für das Schaltende, der dem Fahrer beim Beenden eines gewünschten Schaltvorganges ein hörbares Signal liefert, und ein Fühler 56 für die Position des Betätigungsorgans.

Eine mechanisch betätigte Kupplung 50 (nicht gezeigt) mit einem Kupplungspedal 52 arbeitet in gleicher Weise wie bei einem üblichen mechanischen, manuellen Schaltgetriebe. Damit der Fahrer in den nächsten gewünschten Gang schalten kann, muß das Kupplungspedal 52 vollständig durchgetreten sein. Wenn der Schalthebel 26 aus einem Gang bewegt wird, ohne daß die Kupplung ausgekup pelt ist, verbleibt das Getriebe in dem Gang, wobei die Fahreranzeige 30 diesen Schaltfehler anzeigt. Sobald die Kupplung ausgekuppelt wird, wird der Schaltvor gang entsprechend dem Befehl des Schalthebels 26 fortgeführt. Die Kupplung muß ausgekuppelt bleiben bis der Schaltvorgang vollendet ist. Eine Fehlbedie nung dabei bewirkt, daß eine Kupplungsverriegelungseinheit 54 eingreift (im fol genden näher beschrieben).

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 3 gezeigt, ist das Schaltsystem 10 bei dem manuellen Schaltgetriebe 60 New Venture Gear Modell NV3500 an gewendet, das ein Einstangengetriebe ist, bei dem alle Vorwärtsgänge synchroni siert sind. Die Einstangenanordnung dieses Schaltgetriebes erleichtert das An ordnen des Betätigungsorgans 24. Durch Anordnen des einfach, zweifach be wegbaren (linear/drehbar) Betätigungsorgans 24 direkt an der Schaltstange 62 können die Schaltturmkomponenten weggelassen werden, was zu einer verrin gerten Anzahl Teile führt (und zu geringeren Kosten). Die Zielgruppe der mit die sem Getriebe herzustellenden Fahrzeuge beinhaltet hinterradangetriebene Autos, leichte Lastwagen und Nutzfahrzeuge. Dieses erste Ausführungsbeispiel ist in ei nem-Chevrolet 6-Zylinder, 2WD C Pickup-Lastwagen eingesetzt worden.

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel kann das zweifach bewegbare Betäti gungsorgan 24 um +/- 9 mm linear verschoben und um +/- 12° gedreht werden. Die Drehkraft hat einen verhältnismäßig kleinen Wert (d. h. 6 N m), weil die Quer bewegung der Getriebeschaltstange (Bewegung zwischen den Schaltebenen) eine geringe Kraft erfordert. Die lineare Komponente des Betätigungsorgans lie fert eine größere Kraft (d. h. bis zu 1800 N), um die höheren Kräfte zu liefern, die während des Synchronisierens und des Einlegens der Gänge benötigt werden. Nach sorgfältiger Überlegung verwendet das Schaltsystem 10 des Ausführungs beispiels ein elektromechanisches Betätigungsorgan im Gegensatz zu einem hy draulischen Betätigungsorgan, weil eine ausreichende Hydraulikquelle in dem Fahrzeug fehlt (die Versorgung der Kupplung reicht nicht für beide Systeme aus), um den Pumplärm zu minimieren (auch wenn es nur ein Demonstrationsfahrzeug ist, kann dieser Lärm immer noch für einen Kunden störend während einer Test fahrt sein) und um ein flüssigkeitsloses Zusatzsystem anzugeben. Es können aber genausogut hydraulische Betätigungsorgane oder andere Typen verwendet werden.

Wichtige Aspekte aus der Sicht des Fahrers für das Durchführen eines vollstän digen Schaltvorganges (von einem Gang über die Neutralstellung in den nächsten ausgewählten Gang) sind die Schaltzeit und das Schaltgefühl. Damit das Schalt system 10 für den Fahrer akzeptabel ist, muß die Schaltzeit gleich oder kürzer sein als die Zeit eines normalen, fahrerbetätigten, mechanischen Schaltvorgangs. D.h. das Getriebe muß ohne Verzug entsprechend der Schalthebelbewegung folgen, wenn der Fahrer den Schalthebel bewegt. Für das erste Ausfüh rungsbeispiel ist ursprünglich als Ziel ein Maximalwert (im schlimmsten Fall) von 400 ms gewählt worden, um dem Rechnung zu tragen. Diese Gesamtzeit setzt sich aus folgenden Teilzeiten zusammen:

Längste Teilzeiten

Schalten aus einem Gang in die Neutralstellung:	70 ms
Querschalten (falls nötig):	50 ms
Neutralstellung zum Beginn der Synchronisation:	20 ms
Synchronisation des ausgewählten Ganges:	200 ms
Einrücken des ausgewählten Ganges:	60 ms

Die Synchronisationszeit von 200 ms entspricht dem ungünstigsten Fall wie ei nem Schaltsprung vom fünften in den ersten Gang. Die meisten Synchronisati onszeiten bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind kürzer als 200 ms. Ein Schalten vom vierten in den fünften Gang ist mit einer vollständigen Schaltzeit von einem Gang in den anderen unter 200 ms durchgeführt worden. Zu dem Schaltgefühl zählt nicht allein die für einen Schaltvorgang benötigte Zeit sondern auch die Leichtigkeit des Schaltens. Schnelle Synchronisationszeiten lassen sich durch vollständiges Zuführen der Synchronisationskräfte erzielen, aber als Kon sequenz ergeben sich verschiedene harte Einrückgeräusche (Krachen) und ein Abnutzen der Synchronisatoren. Die während des Schaltvorgangs auftretenden Fahrzeugbedingungen bestimmen die zugeführte Schaltkraft.

Das Antriebssteuermodul 20 steuert die Betätigungsorgansteuerung und die Schaltsteuerung und führt gleichfalls die Schaltkraftberechnung und die Schutz routinen durch. Das Antriebssteuermodul 20 ist ein auf einem Mikrocontroller basierendes Modul, das entsprechende ND-Kanäle, Zeitzähler, digitale Eingän ge, Pulsweitenmodulatoren (PWMs) und EPROM enthält. Auf der Platine ange ordnete MOSFET H Brückentreiber gewährleisten bidirektionale Steuerung der linearen und der Drehbereiche des Betätigungsorgans. Zum Testen ist eine SCI- Schnittstelle zum Kommunizieren mit einem Laptopcomputer vorgesehen, der ein einfaches Testen, Kalibrieren und Modifizieren der Parameter im Fahrzeug ge stattet.

Das Antriebssteuermodul 20 berechnet die optimale Schaltkraft, die das Betäti gungsorgan 24 zum Synchronisieren des Ganges in der vorgegebenen Zeit be nötigt. Die für die Berechnung verwendete Standardformel ist:

wobei:

F_s = Synchronisationskraft
I_r = rückwirkende Trägheit des ausgewählten Ganges
µ= dynamischer Reibungskoeffizient
Φ = Konuswinkel des Synchronisators
R_C = Hauptkonusradius des Synchronisators
S1 = ausgewählte Ganggeschwindigkeit vor der Synchronisation (Eingangswellengeschwindigkeit geteilt durch das Übersetzungsver hältnis)
S2 = ausgewählte Ganggeschwindigkeit nach der Synchronisation (Ausgangswellengeschwindigkeit)
K_t = Temperaturkompensationsterm
t_s = gewünschte Synchronisationszeit.

Für das NV3500 manuelle Schaltgetriebe 60 nach dem ersten Ausführungsbei spiel ist der Konuswinkel Φ des Synchronisators gleich 6,5° und R_c für die fünf synchronisierten Gänge ist 41,61 mm. Abhängig von den Fahrzeugbedingungen und dem gewünschten Operationsmodus kann der Wert t_s zwischen längstens 200 ms bis hinunter zu dem kürzesten Wert variieren, der durch die Kombination der Materialkonstanten der Synchronisatoren und das Einrücken der Gänge be stimmt wird.

K_t ist üblicherweise eine lineare Variable, die umgekehrt proportional der Öltem peratur in dem Getriebegehäuse ist. Weil ein analoger Temperaturmeßfühler teu rer ist als ein Thermoschalter, wird die Temperaturänderung in zwei Bereiche aufgeteilt, über und unter -1°C. Unter dieser Temperatur nimmt die Viskosität des Öls zu, und der K_t-Wert wird auf 1,25 gesetzt, um die zusätzliche Schaltkraft be reitzustellen, die für die Synchronisation innerhalb des gewünschten Zeitfensters benötigt wird. Über -1°C wird der Wert 1,0 für K_t verwendet. Es können auch mehr als zwei Temperaturbereiche verwendet werden. Es ist auch denkbar, einen diskreten Temperaturfühler zu verwenden, wodurch die genaue Temperatur in die Berechnung der Kraft eingeführt werden kann.

Wenn man eine Formel für die gesamte Schaltzeit entsprechend der program mierten Schaltkraft haben möchte, kann Formel 1 folgendermaßen nach t_s aufge löst werden:

Optimiert man die Schaltzeit auf Geschwindigkeit, kann diese Gleichung mit der programmierten Schaltkraft F_s zum Berechnen der gesamten Synchronisations zeiten verwendet werden.

Fig. 4A zeigt eine typische Schaltkraft, die nach der Erfindung zum Schalten des Getriebes aus einem eingelegten Gang in den Leerlauf verwendet wird. Diese Schaltkraft ist eine Konstante über die vollständige Distanz von der Position, in der der Gang eingelegt ist, bis in den Leerlauf. Das kommt von der geringen Be lastung, die während dieser Art des Schaltens auftritt. Fig. 4B zeigt ein Diagramm der Schaltkraft, die beim Schalten aus dem Leerlauf in eine Position auftritt, in der ein Gang eingelegt ist. Die Stärke der Kraft ändert sich entsprechend den Bedin gungen des Fahrzeugs und des Getriebes, hingegen ist die Form der Kurve kon sistent für alle synchronisierten Schaltvorgänge. Anfänglich wirkt das Betäti gungsorgan 24 mit einer Eingangskraft (z. B. 100 N) auf die Schaltstange 62, um die Schaltnut und die Synchronisatoren so zu bewegen, daß das Spiel der Syn chronisatoren (die ersten 2 mm der Bewegung der Schaltstange) überwunden wird. Danach wird die berechnete Synchronisationskraft für den größten Teil der Fertigstellung des Schaltvorganges verwendet. Eine geringere Endkraft (z. B. 220 N) wird nahe dem Ende der Bewegung angewandt, um zu verhindern, daß die Schaltstange in ihre Begrenzung läuft. Die Synchronisationskraft, wie in Fig. 4B gezeigt (zwischen 2 mm und 8,25 mm), wird von dem Antriebssteuermodul vor je dem Schaltvorgang berechnet. Ein proportionaler Betrag der Kraft wird dann dem Betätigungsorgan 24 unter Verwenden der PWM (Pulsweitenmodulation) zuge führt, wie in Fig. 5 gezeigt. Die volle Betätigungskraft (100% Arbeitszyklus) wird bei dem Schaltsystem 10 niemals verwendet.

Fig. 6 zeigt eine Übersicht über die primären Komponenten des Antriebssteuer moduls 20. Ein Ausrückmodul 92 empfängt ein elektrisches Eingangssignal ent sprechend einem ausgewählten Gang von dem Schalthebel 26. Zum Durchführen eines vollständigen Schaltvorganges muß die Schaltstange 62 zunächst aus ihrer gegenwärtigen eingerückten Position in eine neutrale Position entsprechend einem von dem Ausrückmodul 92 übermittelten elektrischen Signal geschaltet werden. Im folgenden übermittelt (falls notwendig) ein Querschaltmodul 94 ein elektrisches Signal zum Drehen der Schaltstange 62 in eine andere Neutralstel lung, die mit der eingerückten Position des ausgewählten Ganges fluchtet. Ein Einrückmodul 96 übermittelt ein elektrisches Signal zum Schalten der Schalt stange 62 in die ausgewählte eingerückte Position. Wie vorstehend beschrieben beinhaltet das Schalten spezifisch drei Betätigungskräfte. Deshalb verändert sich die Pulsweitenmodulation entsprechend einem ersten elektrischen Signal be zeichnend für eine Eingangskraft, einem zweiten Signal bezeichnend für die be rechnete Synchronisationskraft und einem dritten elektrischen Signal bezeichnet für eine Endkraft.

Ein mit der Kupplung 50 verbundenes Vorwahlmodul 97 verhindert die Übertra gung dieser Betätigungssignale so lange, bis das Kupplungspedal 52 getreten worden ist. Zusätzlich überwacht ein Schutzmodul 98 die Wellendrehzahlen und die Fahrzeuggeschwindigkeit und bestimmt durch Vergleichen dieser Werte mit vorbestimmten Drehzahl- und Geschwindigkeitswerten eine Schaltbedingung. Das Schutzmodul 98 verhindert während einer unannehmbaren Schaltbedingung die Übertragung der Betätigungssignale an das Betätigungsorgan 24. Außerdem ist ein Kupplungsverriegelungsmodul 99 mit einer Kupplungsverriegelungseinheit 54 verbunden, die das Betätigen der Schaltstange 62 überwacht und damit das Ein kuppeln verhindert, bis die Schaltstange 62 in den ausgewählten Gang eingerückt ist.

Die Schaltvorwahl, die Schutzmessungen und die Kupplungsverriegelung werden jeweils näher erläutert. Die Schaltvorwahl ermöglicht dem Fahrer, den als näch stes gewünschten, einzulegenden Gang unter Verwenden des Schalthebels 26 auszuwählen. Der vorgewählte Gang wird durch Verschieben des Gangschalthe bels in die gewünschte Position ausgewählt, ohne daß das Kupplungspedal getre ten wird. Weil die Kupplung damit noch nicht betätigt ist, nimmt das Schaltsystem 10 von dem gewünschten Gang Kenntnis und wartet auf das Kupplungssignal, welches das Trennen der Kupplung bezeichnet. Diese Vorwahl kann jederzeit er folgen, während sich das Fahrzeug in einem beliebigen Gang und mit einer be liebigen Geschwindigkeit bewegt. Diese Option ist hinzugefügt worden, um das Einfügen eines automatischen, manuellen Schaltgetriebes zu unterstützen.

Sobald der neue Gang ausgewählt ist, zeigt die Fahreranzeige 30 den gegenwär tig eingerückten Gang und zeigt gleichzeitig den neuen, ausgewählten Gang durch eine blinkende Anzeige. Wird die Kupplung ausgekuppelt, führt das Schalt system 10 automatisch den gewünschten Schaltvorgang bis zum Ende durch. Wird das Kupplungspedal 62 nur halb getreten, weist das Vorwahlmodul 97 das Betätigungsorgan 24 zum Schalten aus dem Gang in den Leerlauf an. Sobald das Kupplungspedal 62 ganz durchgetreten ist, wird der Schaltvorgang durch Einrücken in den vorgewählten Gang beendet. Während dieser Abfolge über wacht das Schutzmodul 98 permanent das Fahrzeug und das Getriebe (d. h. Fahrzeuggeschwindigkeit und Wellendrehzahl), um sichere Arbeitsbedingungen zu gewährleisten.

Ein hörbarer Piepton zeigt dem Fahrer das Beenden des Schaltvorgangs an. Der Fahrer weiß dann, daß er die Kupplung 50 einkuppeln kann. Die Schaltsequenz läßt sich deshalb bereits bei nur halbgetretenem Kupplungspedal 52 beginnen, um den Anschein eines schneller empfundenen Schaltens zu geben. Das Her ausschalten aus einem Gang bei losgelassener Kupplung 50 stellt keine Gefahr für den Fahrer oder das Getriebe dar.

Mit einer Methode der softwareseitigen Steuerung lassen sich die Schutzmessun gen einfach in das Antriebssteuermodul 20 implementieren. Die Hauptaufgabe für ein manuell betätigtes Schaltsystem ist das Schalten in Gänge, wenn die Be dingungen entweder für den Fahrer oder die Mechanik des Getriebes nicht sicher sind. Mit kräftigen Betätigungsorganen hat der Fahrer wenig Möglichkeiten, wenn ein Schaltvorgang erst einmal angewählt worden ist.

Herunterschalten ist ein Hauptgrund für das Abnutzen der Synchronisatoren und unverhältnismäßigen Verschleiß. Z.B. würde ein Herunterschalten vom 5. Gang in den 1. Gang bei 90 km/h die Synchronisatoren überlasten und möglicherweise zerstören. Das Schutzmodul 98 überwacht die Fahrzeuggeschwindigkeiten und die ausgewählten Gänge, um ein Einleiten unsicherer Schaltvorgänge zu verhin dern. Dabei werden Schalthebelkommandos übergangen. Nach der Erfindung gestattet das Antriebssteuermodul 20 das Einrücken der folgenden Gänge nur dann, wenn sich die Getriebeausgangswelle in den folgenden Bereichen befindet:

Sicherer Gangeinrückbereich (Ausgangswelle U/min)
1. Gang: 0 bis 1250 U/min
2. Gang: 0 bis 2150 U/min
3. Gang: 575 bis 3575 U/min
4. Gang: 800 bis 5000 U/min
5. Gang: 1100 bis 6850 U/min
Rückwärtsgang:0 bis 300 U/min

Eine elektronische Steuerung ermöglicht eine Sperre für den Rückwärtsgang, oh ne daß weitere mechanische Komponenten benötigt werden. Die traditionellen Feder- und Nockenkomponenten werden nicht weiter benötigt. Diese Funktion wird durch Überwachen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Wellengeschwin digkeiten des Antriebs erfüllt. Wenn sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit der hinteren Ausgangswelle von mehr als 300 U/min vorwärts bewegt, verhindert die Steuerlogik ein Einlegen des Rückwärtsgangs durch das Betätigungsorgan.

Bei einigen Getrieben ist der Rückwärtsgang zwecks Kosteneinsparung nicht synchronisiert. Beim schnellen Schalten beim Anhalten in den Rückwärtsgang tritt dementsprechend ein Krachen auf, weil sich die Ausgangswelle oder die Ein gangswelle immer noch geringfügig dreht. Das Antriebssteuermodul 20 überwacht beide Wellengeschwindigkeiten (Eingang und Ausgang), um sicherzustellen, daß während solcher Bedingungen nicht in den Rückwärtsgang geschaltet wird, bei denen ein Krachen auftritt.

Eine Kupplungsverriegelungsfunktion ist dem System ebenfalls eingefügt worden, um ein versehentliches, gleichzeitiges Einkuppeln und Gangeinrücken zu verhin dern. Weil der Fahrer die Steuerung der Kupplung 50 durchführt, muß das Modul sicherstellen, daß Fehler des Fahrers nicht die Sicherheit des Systems gefähr den. Als Kupplungsverriegelungseinheit 54 ist eine Zylinderspule zwischen dem Kupplungspedal 52 und der Kupplung 50 angeordnet. Zwei Kupplungsschalter werden verwendet, um zu bestimmen, wann das Kupplungspedal 52 ungefähr halb getreten ist, und ebenfalls wann die Kupplung 50 nahezu vollständig ausge kuppelt ist. Die Kupplungsverriegelungseinheit kann auch ein hydraulisches Ventil mit einem Einwegbypass oder einer ähnlichen Einrichtung sein, die dem Fahrer ein weiteres Treten der Kupplung bei betätigter Verriegelung gestattet.

Das Kupplungsverriegelungsmodul 99 bestimmt kontinuierlich die Position der Schaltstange und aktiviert die Kupplungsverriegelungseinheit 54. Es gestattet ein Einleiten des Gangwechsels nur dann, wenn das Kupplungspedal 52 vollständig getreten ist. Wenn das Kupplungspedal 52 losgelassen wird, nachdem das Ein rücken des Ganges eingeleitet worden ist, verhindert die Kupplungsverriege lungseinheit 54 entweder das Einkuppeln der Kupplung oder verlangsamt dieses, damit der Schaltvorgang beendet werden kann. Diese Einheit hat ein Rück schlagventil, damit die Kupplung 50 auch bei aktivierter Kupplungsverriegelungs einheit 54 getreten werden kann. Sie wird das Betätigen der Kupplung 50 durch den Fahrer nicht stören.

Fig. 7 bis 16 sind Flußdiagramme und zeigen die Wirkung des Antriebssteuermo duls 20 nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Anfangsschritt 100 bezeichnet den Beginn der Ausführung der Hauptschleife. Schritt 102 gibt den aktuellen Gang an. In Schritt 104 wird bestimmt, ob ein neuer Gang entsprechend einem elektrischen Eingangssignal vom Schalthebel 26 ausgewählt worden ist. Wenn das der Fall ist, wird im Schritt 106 der Hochschaltpfeilanzeiger in der Fahreranzeige 30 abgeschaltet und anschließend die Schutzroutine 120 durchgeführt. Ist kein neuer Gang ausgewählt worden, wird im Schritt 108 bestimmt, ob ein Hochschalten not wendig ist. Wenn die Wellendrehzahl einige vorbestimmte Kriterien überschreitet, die die Notwendigkeit zum Schalten in den nächsthöheren Gang angeben, wird in Schritt 110 der Hochschaltpfeilanzeiger eingeschaltet. Andernfalls wird in Schritt 112 der Hochschaltpfeilanzeiger ausgeschaltet. In beiden Fällen wird zurück zum Beginn der Hauptschleife in Schritt 100 verzweigt.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm der Schutzroutine 120 mit den Schritten für das Schutzmodul 98 und das Vorwahlmodul 97. In Schritt 122 wird die visuelle Anzei ge für den ausgewählten Gang eingeschaltet, wodurch der Ring um den entspre chenden Gang auf der Fahreranzeige 30 blinkt. In Schritt 124 wird bestimmt, ob ein neuer Gang ausgewählt worden ist. Ist dies der Fall, werden in Schritt 126 der Summer für das Ende des Schaltvorgangs und andere Schaltwarnungen abge schaltet. Anschließend wird zurück zum Schritt 122 verzweigt. Wenn andererseits kein neuer Gang ausgewählt worden ist, wird in Schritt 128 der Status der Fahrzeugzündung bestimmt. Bei eingeschalteter Zündung werden im Schritt 130 Schutzmessungen ausgeführt. Wie vorstehend beschrieben, werden in den Schutzmessungen in Schritt 130 die Schaltbedingungen durch Vergleichen der Wellendrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit mit vorbestimmten Werten für den ausgewählten Gang bestimmt. Falls Wellendrehzahl und Fahrzeugge schwindigkeit in den geeigneten, vorbestimmten Bereichen sind, werden in Schritt 132 der Summer für das Schaltende und andere Fehlerwarnungen abgeschaltet, bevor der Schaltvorgang fortgesetzt werden kann. Andernfalls wird in Schritt 133 das visuelle Fehlersymbol eingeschaltet und das Symbol für das Auskuppeln auf der Fahreranzeige 30 ausgeschaltet. Wegen dieser unannehmbaren Schaltbedingung wird von Schritt 133 zurück zu Schritt 124 verzweigt.

Nach Schritt 132 wird der Schaltvorgang in Schritt 134 fortgesetzt, in dem der Status der Kupplung bestimmt wird. Weil der Schaltvorgang nicht durchgeführt wird, bis das Kupplungspedal getreten ist (bei annehmbaren Schaltbedingungen), kann ein Fahrer den nächsten gewünschten Gang unter Verwenden des Schalthebels vorwählen. Wenn die Kupplung nicht getreten ist und eine akzepta ble Schaltbedingung vorliegt, wird in Schritt 136 das Blinken des Symbols Kupp lungtreten veranlaßt und es wird anschließend zurück zu Schritt 124 verzweigt. Diese Schleifenlogik ermöglicht dem Fahrer, den nächsten gewünschten Gang vorzuwählen. Wenn andernfalls bei annehmbaren Schaltbedingungen das Kupp lungspedal getreten worden ist, wird in Schritt 138 das Symbol Kupplungtreten abgeschaltet und die Kupplungsverriegelungseinheit betätigt. Der physikalische Schaltvorgang beginnt in Schritt 150 mit dem Ausrücken.

Wenn in Schritt 128 die Zündung als ausgeschaltet erkannt wird, werden in Schritt 140 der Summer für das Schaltende und andere Schaltwarnungen ausge schaltet. Als nächstes wird in Schritt 142 bestimmt, ob der nächste gewählte Gang der Leerlauf ist, und falls das der Fall ist, wird zur Hauptschleife in Schritt 100 zu rückverzweigt. Wenn der nächste ausgewählte Gang nicht der Leerlauf ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht Null ist, wird von Schritt 144 zurück zur Schutz routine in Schritt 120 geführt. Ist hingegen die Fahrzeuggeschwindigkeit Null, dann folgt als nächstes in Schritt 150 das Ausrücken.

Die Ausrückroutine 150 erzeugt, wie in Fig. 9 gezeigt das Signal zum Betätigen der Schaltstange aus ihrer gegenwärtigen eingerückten Stellung in eine Leer laufstellung. In Schritt 152 wird bestimmt, ob die Schaltstange in einer Leerlauf stellung ist. Ist das der Fall, folgt die Querschaltroutine in Schritt 160. Ist die Schaltstange nicht in einer Leerlaufstellung, wird in Schritt 154 ein elektrisches Signal zum Bewegen der Schaltstange in eine Leerlaufstellung übertragen. In Schritt 156 wird überprüft, ob die Schaltstange ihre bezweckte Leerlaufstellung erreicht hat, bevor in Schritt 158 das an das Betätigungsorgan 24 übertragene elektrische Signal unterbrochen wird. Ein entsprechend abgeleitetes Kontroll schema, wie in Fig. 16 gezeigt, wird dazu verwendet, um das Betätigungsorgan auf die gewünschte Leerlaufstellung zu positionieren. Nach Schritt 158 folgt bei dem Schaltvorgang die Querschaltroutine in Schritt 160.

In Fig. 10 überträgt die Querschaltroutine 160 ein elektrisches Signal (falls not wendig), um die Schaltstange in eine andere Leerlaufstellung zu drehen, die mit der Einrückposition für den ausgewählten Gang fluchtet. Wenn z. B. die Schalt stange gegenwärtig in der Leerlaufstellung B (zum und 3. und 4. Gang gehörig) ist, muß sie im Uhrzeigersinn in die Leerlaufstellung A gedreht werden, wenn der ausgewählte Gang entweder der 1. oder 2. Gang ist. In Schritt 162 wird bestimmt, ob der ausgewählte Gang der Leerlauf ist. Ist das der Fall, folgt als nächstes die Einrückroutine 190 (weil die Schaltstange nicht betätigt zu werden braucht). Wenn die Schaltstange hingegen nicht in einer Leerlaufstellung ist, wird in Schritt 164 bestimmt, ob der neu ausgewählte Gang der 1. oder der 2. Gang ist. Ist das der Fall, dann wird in Schritt 166 bestimmt, ob die Schaltstange in der Leerlaufstellung A ist. Befindet sich die Schaltstange gegenwärtig in der Leerlauf stellung A, folgt als nächstes die Einrückroutine 190. Andernfalls wird in Schritt 168 die Leerlaufstellung auf (X=)A gesetzt und es folgt als nächstes Schritt 180. Ist der ausgewählte Gang nicht der erste oder der zweite Gang, wird in Schritt 170 bestimmt, ob der ausgewählte Gang der 3. oder der 4. Gang ist. Ist das der Fall, wird in Schritt 172 bestimmt, ob die Schaltstange in der Leerlaufstellung B ist. Befindet sich die Schaltstange gegenwärtig in der Leerlaufstellung B, folgt als nächstes die Einrückroutine 190. Andernfalls wird in Schritt 174 die Leerlaufstellung auf (X=)B gesetzt, und es folgt als nächstes Schritt 180. Wenn der ausgewählte Gang nicht der 3. oder 4. Gang ist, wird in Schritt 176 der ausge wählte Gang als der 5. oder Rückwärtsgang angenommen. In Schritt 178 wird als nächstes bestimmt, ob die Schaltstange in der Leerlaufposition C ist. Ist das der Fall, folgt als nächstes die Einrückroutine 190. Andernfalls wird in Schritt 179 die Leerlaufstellung auf (X=)C gesetzt, und es folgt als nächstes der Schritt 180.

In Schritt 180 wird ein elektrisches Signal übertragen, wodurch die Schaltstange in die vorgegebene Position X gedreht wird. In Schritt 182 wird überprüft, ob die Schaltstange bereits in die Stellung X gedreht worden ist. Ist das nicht der Fall, wird zurück zu Schritt 180 verzweigt. Wieder wird ein von dem in Fig. 16 gezeig ten proportional abgeleitetes Steuerschema verwendet, um das Betätigungsorgan in seine gewünschte Leerlaufstellung zu stellen. Nachdem die Schaltstange die Stellung X erreicht hat, wird in Schritt 184 das Betätigungsorgan abgeschaltet. Anschließend folgt die Einrückroutine 190.

Nach Fig. 11 erzeugt die Einrückroutine 190 ein Signal zum Betätigen der Schaltstange in die ausgewählte Einrückposition. In Schritt 192 wird bestimmt, ob der ausgewählte Gang der Leerlauf ist. Ist das der Fall, folgt als nächstes in Schritt 270 eine Routine für das Schaltende (weil die Schaltstange nicht betätigt werden muß). Ist der ausgewählte Gang hingegen nicht der Leerlauf, wird in Schritt 194 die Drehzahl der Eingangswelle (ISS) und die Drehzahl der Aus gangswelle (QSS) berechnet. Abhängig von dem ausgewählten Gang wird in Schritt 196 bestimmt, ob die Schaltgabel des Betätigungsorgans zum Einlegen des Ganges vorwärts oder rückwärts bewegt werden muß. In Schritt 198 wird die Schaltgabel zurückbewegt (wenn der ausgewählte Gang der 1., 3. oder 5. ist). Hingegen wird in Schritt 200 die Schaltgabel vorwärts bewegt. In beiden Fällen folgt als nächstes Schritt 202. In Schritt 202 werden verschiedene Konstanten kontrolliert, u. a. die Geschwindigkeitskonstante (K1), die Kraftkonstante oberhalb -1° (K2), die Kraftkonstante unterhalb -1° (K3), die minimale Synchronisationskraft usw. Diese Konstanten sind in einem dem Antriebssteuermodul 20 zugeordneten EPROM gespeichert. In Schritt 204 wird die Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle berechnet, bevor der Ablauf in Schritt 206 in Fig. 12 fortgesetzt wird.

Nach Schritt 206 wird in Schritt 208 die Öltemperatur des Fahrzeugmotors be stimmt. Ist die Öltemperatur größer als -1°C, wird in Schritt 210 die Synchronisati onskraft unter Verwenden von K2 berechnet. Danach wird in Schritt 212 bestimmt, ob diese berechnete Synchronisationskraft einen vorbestimmten Minimalwert für die Kraft überschreitet. Ist das der Fall, folgt als nächstes Schritt 222. Andernfalls wird die Synchronisationskraft in Schritt 214 auf diese Minimalkraft gesetzt, bevor der Schritt 222 folgt. Entsprechend wird in Schritt 216 die Synchronisationskraft unter Verwenden von K3 berechnet, wenn die Öltemperatur unter -1°C ist. In Schritt 218 wird bestimmt, ob die berechnete Synchronisationskraft einen Minimalwert für die Kraft übersteigt. Ist das der Fall, folgt Schritt 222. Andernfalls wird die Synchronisationskraft in Schritt 220 auf die Minimalkraft gesetzt, bevor Schritt 222 folgt. In Schritt 222 wird ein Zeitmesser für das Einrücken gestartet, die Schaltstangenbremse wird gelöst und der Pulsweitenmodulator wird angesteuert, um das lineare Betätigen der Schaltstange mit einer vorbestimmten Anfangskraft zu beginnen. In Schritt 224 wird die Position der Schaltstange von einem Sensor ermittelt, um in Schritt 226 die Schaltstangenposition in Bezug auf eine vorbestimmte Anfangsstrecke zu bestimmen. Wenn die Schaltstange diese Anfangsstrecke zurückgelegt hat, folgt der Schritt 230. Andernfalls wird in Schritt 228 die vergangene Einrückzeit bestimmt. Wenn die vergangene Zeit kleiner als 12 ms ist, wird zurück zu Schritt 224 verzweigt. Ist die vergangene Zeit größer als 12 ms, wird als nächstes der Schritt 230 ausgeführt. In Schritt 230 wird damit be gonnen, die berechnete Synchronisationskraft durch Setzen des Pulsweitenmodu lators auf den entsprechenden Ausgangswert auf die Schaltstange auszuüben. Schritt 232 stellt den Übergang zu Fig. 13 dar.

In Schritt 234 bestimmt ein Meßfühler die Position der Schaltstange, um diese in Schutt 236 mit einer vorbestimmten Synchronisationsstrecke zu vergleichen. Wenn die Schaltstange diese Strecke noch nicht zurückgelegt hat, wird in Schritt 238 die vergangene Einrückzeit bestimmt. Wenn die vergangene Einrückzeit klei ner als 400 ms ist, wird zurück zu Schritt 234 verzweigt. Andernfalls zeigt die ver gangene Zeit einen Fehler im Schaltvorgang, und es folgt Schritt 240. Wenn in Schritt 240 die vergangene Einrückzeit kleiner als 480 ms erkannt wird, wird in Schritt 242 das Ausgangssignal des Pulsweitenmodulators unterbrochen, und es folgt Schritt 234. Eine 480 ms überschreitende Einrückzeit läßt Schritt 244 folgen. Wieder wird die vergangene Einrückzeit bestimmt, und wenn sie kleiner als 860 ms ist, wird in Schritt 246 das Ausgangssignal des Pulsweitenmodulators auf ei nen Maximalwert gesetzt. Danach wird zurück zu Schritt 234 verzweigt. Andern falls folgt der Schritt 264, in dem der Pulsweitenmodulator abgeschaltet, die Bremse angezogen, die Kupplungsverriegelungseinheit gelöst und der Einrück zeitgeber und der Endzeitgeber zurückgesetzt werden. Danach wird zurück zur Hauptschleife in Schritt 100 verzweigt.

Sobald die Schaltstange die Synchronisationsstrecke zurückgelegt hat, wird in Schritt 250 ein Endzeitgeber gestartet und der Pulsweitenmodulator zum Erzeu gen einer Endkraft angesteuert, die die endgültige Kraft zum Bewegen der Schaltnut in den Gang ist. Ein Meßfühler ermittelt in Schritt 252 die Stellung der Schaltstange, um in Schritt 254 zu bestimmen, ob die Schaltstange in den ausge wählten Gang eingerückt ist. Wenn der ausgewählte Gang eingerückt ist, wird in Schritt 256 der Pulsweitenmodulator abgeschaltet, die Bremse angezogen und die Zeitgeber für die Einrückzeit und für die Endzeit zurückgesetzt. Danach folgt in Schritt 270 die Routine für das Beenden des Schaltvorgangs. Wenn der aus gewählte Gang nicht eingerückt ist, wird in Schritt 258 die vergangene Einrückzeit bestimmt. Wenn diese Zeit 980 ms überschreitet, folgt Schritt 264. Andernfalls wird in Schritt 260 die Endzeit bestimmt. Wenn die vergangene Endzeit 100 ms überschreitet, wird in Schritt 262 der Pulsweitenmodulator zum Erzeugen einer höheren Endkraft (d. h. 900 N) angesteuert, wodurch sichergestellt wird, daß der Gang eingerückt wird. Danach wird zu Schritt 252 zurückverzweigt. Andernfalls wird direkt zu Schritt 252 zurückverzweigt.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel für den vorstehend beschriebenen Ablauf nach Fig. 13 ist in Fig. 14 gezeigt. Der Ablauf stimmt bei diesem Ausführungsbei spiel abgesehen von den Schritten 266 und 268 (ähnlich den Schritten 234 und 236 nach Fig. 13) mit dem Vorgenannten überein. Anstelle der Überwachung der Schaltstangenstellung wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Drehzahl der Eingangswelle mit der Drehzahl der Ausgangswelle verglichen, um dadurch zu bestimmen, wann die Synchronisation erfolgt. Ein Meßfühler bestimmt die Dreh zahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle in Schritt 266. In Schritt 268 werden diese Werte miteinander verglichen. Der übrige Ablauf entspricht dem an hand Fig. 13 beschriebenen.

Obwohl der Gangwechsel damit physikalisch beendet ist, müssen, wie in Fig. 15 gezeigt, noch einige Funktionen in der Schaltendroutine 270 beendet werden. In Schritt 272 wird die Kupplungsverriegelungseinheit abgeschaltet, wird die Fehler anzeige abgeschaltet, wird ein hörbares Signal von dem Summer für das Schalt ende erzeugt, wird die sichtbare Anzeige für den vorhergehend ausgewählten Gang abgeschaltet und eine sichtbare Anzeige für den gegenwärtig ausgewählten Gang eingeschaltet. In Schritt 274 wird bestimmt, ob ein neuer Gang ausgewählt worden ist. Bei Auswahl eines neuen Ganges wird in Schritt 276 die Einkuppel warnung abgeschaltet, und es folgt die Schutzroutine 120. Andernfalls wird in Schritt 278 der Status der Kupplung überprüft. Wenn die Kupplung nicht einge kuppelt ist, wird in Schritt 280 die Einkuppelwarnung dem Fahrer mit einem Blink licht übermittelt, und es folgt dann der Schritt 274. Ist die Kupplung hingegen ein gekuppelt, wird in Schritt 282 die Einkuppelwarnung ausgeschaltet. Wenn der vormals ausgewählte Gang in Schritt 284 als Leerlauf bestimmt wird, kehrt der Ablauf zur Hauptschleife in Schritt 100 zurück. Andernfalls wird in Schritt 286 eine Wartezeit vorgegeben, damit die Kupplung einkuppeln und der Antriebsstrang antreiben kann. Wenn ein neuer Gang während dieser Wartezeit ausgewählt worden ist, wird in Schritt 288 die Wartezeit abgebrochen, und es wird zurück zur Hauptschleife in Schritt 100 verzweigt. Falls kein neuer Gang ausgewählt worden ist, wird die Wartezeit nicht abgebrochen, und es wird in Schritt 290 überprüft, ob die Eingangs- und Ausgangsgeschwindigkeiten dem eingelegten Gang entspre chen. Bei korrektem Betrieb werden in Schritt 292 die Fehlerwarnungen abge schaltet, und es folgt die Hauptschleife in Schritt 100. Bei nicht korrektem Betrieb werden in Schritt 294 die Fehlerwarnungen eingeschaltet, bevor zurück zur Hauptschleife in Schritt 100 geführt wird.

Letztlich muß das Synchronisatordesign sorgfältig bei jedem automatisierten Schaltschema berücksichtigt werden und im einzelnen auch bei dem Schaltsy stem nach der Erfindung. Ein Getriebe für normales mechanisches Schalten ist für die spezifischen typischen Schaltkräfte und die Schaltkräfte entwickelt, die im- ungünstigsten Fall durch den Fahrer und den Schalthebel erzeugt werden kön nen. Das zusätzliche Einfügen von hydraulischen oder elektromechanischen Be tätigungsorganen kann Schaltkräfte über und unter denen erzeugen, die bei dem Originalaufbau auftreten. Fehlerhafte Berücksichtigung der am Synchronisator auftretenden Kräfte und der Energiedichten kann zu vorzeitiger Abnutzung der Synchronisatoren und zu einem krachenden Schalten führen.

Die idealen Schaltzeiten für das Schaltsystem 10 wären so klein wie möglich z. B. < 50 ms. Dadurch würde sich ein System ergeben, bei dem kein Versatz zwischen den mit dem Schalthebel gegebenen Fahreranweisungen und der Reaktion des Antriebs empfunden wird. Bei vollautomatisierten manuellen Schaltgetriebesy stemen sind Unterbrechungen des Drehmoments stark merkbar, besonders im Vergleich mit einem konventionellen Automatikgetriebe. Um diesen mehr oder weniger idealen Schaltzeiten nahezukommen, müßten die Synchronisationszeiten (nur ein Teil der gesamten Schaltzeit) sehr klein sein. Das Verwenden eines kraftvollen (hydraulischen) Betätigungsorgans könnte dieses Ziel mit oder ohne rauhe Einrückgeräusche erfüllen. Wenn ständig hohe Energiedichten an den Koni der Synchronisatoren bei allen Schaltvorgängen auftreten, ist eine übermäßige Axialabnutzung der Synchronisatoren die Folge, was zu einer verringerten Lebensdauer und Leistung führt.

Die Synchronisatorabnutzung hängt vorrangig von dem Typ des Reibungsüber zugsmaterials der Synchronisatoren und von der Energiedichte der auftretenden Reibung ab. Einige verwendete typische Materialien sind Kupfer, Papier, Molyb dän und gesinterte Reibungsüberzüge. Wenn höhere Schaltkräfte bei dem Schaltsystem 10 auftreten als üblich, sollte der Typ des Synchronisatormaterials überdacht werden. Kupfer hat Verschleißwerte am unteren Ende der Leistungs kurven, während gesintertes Material sehr gute Verschleißcharakteristik hat. Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet die gleichen Synchronisato ren wie die Serienversion des Getriebes. Diese sind aus gesinterter Bronze. Keine weiteren Besonderheiten traten aufgrund der möglicherweise höheren Schaltkräfte auf, die das Schaltsystem 10 verwendet. Wenn Papier verwendet worden wäre, müßte der Synchronisatoraufbau überdacht werden.

Weil das Schaltsystem funktionell als mechanisches, manuelles Schaltgetriebe arbeitet, gibt es damit keine dem System zugeordnete elektronische Motorsteue rung oder elektronische Kupplungssteuerung. Deshalb muß der Fahrer beim Schalten nicht nur die Kupplung steuern, sondern er muß außerdem das Gaspe dal beim Schalten bedienen. Beim Auskuppeln muß der Fahrer immer noch vom Gaspedal gehen, um ein Aufheulen des Motors zu verhindern. Es ist denkbar, das Schaltsystem 10 nach der Erfindung mit einem automatischen Kuppelsystem und anderen Motorsteuersystemen zu versehen.

Das Schaltsystem 10 läßt sich bei vielen verschiedenen Typen manueller Schalt getriebe verwenden. Z.B. kann für ein Getriebe mit drei Schaltstangen der gleiche Steuerablauf mit geringfügiger Abänderung verwendet werden, um die Betäti gungssignale zu den drei mit den entsprechenden Schaltstangen jeweils verbun denen Betätigungsorganen zu übertragen. Die Anzahl und der Typ der verwen deten Betätigungsorgane kann genau so wie die Einbeziehung der Kupplung für das Schaltsystem nach der Erfindung abhängig von der Anordnung des Antriebs variieren. Zusätzlich lassen sich mechanische Abwandlungen zum Verbessern der Schaltgeschwindigkeiten an dem Getriebe vornehmen, wie z. B. das Verwen den von Doppelkonussynchronisatoren und verbesserten Betätigungsorganen. Für die meisten automatisierten manuellen Anwendungen werden kleinere Getrie begehäuse als das für das Schaltsystem nach dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet. Obwohl dieses Getriebe zu einem Kleinlaster gehört als Anwendung für ein Nutzfahrzeug, betreffen die meisten automatisierten manuellen Anwen dungen die kleinen und mittleren Autogruppen. Diese Verringerung der Getriebe größe bedeutet eine geringere Getriebe-, Wellen- und Kupplungsträgheit, wo durch sich geringere Synchronisationsbelastungen ergeben. Außerdem verringert sich die Größe des Betätigungsorgans.

Claims

1. Vorrichtung zum Unterstützen eines elektronisch gesteuerten Schaltsystems für ein Getriebe (60) eines Motorfahrzeugs, mit einem Schalthebel (26) zum Auswählen eines Ganges, mit einem Betätigungsorgan (24), mit einem mit dem Schalthebel (26) verbundenen Einleitmodul, das von diesem ein elektrisches Eingangssignal entsprechend dem ausgewählten Gang emp fängt und das ein erstes elektrisches Signal entsprechend einer An fangskraft überträgt, mit einem mit dem Einleitmodul verbundenen Syn chronisationsmodul, das eine Synchronisationskraft bestimmt und das ent sprechend dieser Synchronisationskraft ein zweites elektrisches Signal überträgt, und mit einem mit dem Synchronisationsmodul verbundenen Ab schlußmodul, das ein drittes elektrisches Signal entsprechend einer Endkraft überträgt, wobei das Betätigungsorgan (24) eine Schaltstange (62) des Ge triebes (60) entsprechend dem ersten Signal, dem zweiten Signal und dem dritten Signal betätigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ge triebe eine Kupplung (50) verbunden ist, die ein Kupplungspedal (52) und zwischen diesem und der Kupplung (50) damit verbunden eine Kupplungs verriegelungseinheit (54) hat, und daß mit der Kupplungsverriegelungsein heit (54) ein Kupplungsverriegelungsmodul (99) verbunden ist, das das Einkuppeln solange verhindert, bis die Schaltstange (62) in den ausgewähl ten Gang eingerückt ist, indem die Betätigung der Schaltstange (62) über wacht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Betä tigungsorgan (24) und mit der Kupplung (50) ein Vorwahlmodul (97) ver bunden ist, das das Übertragen des ersten Signals, des zweiten Signals und des dritten Signals verhindert, bis das Kupplungspedal (52) getreten ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Getriebe (60) ein Schutzmodul (98) verbunden ist, das mindestens eine Wellendrehzahl des Getriebes und eine Fahrzeugge schwindigkeit des Fahrzeugs überwacht, das durch Vergleichen der Wellen drehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer vorbestimmten Wel lendrehzahl und mit einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit für den ausgewählten Gang eine Schaltbedingung bestimmt und das das Übertra gen des ersten Signals, des zweiten Signals und des dritten Signals wäh rend einer unannehmbaren Schaltbedingung verhindert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutz modul (98) durch Vergleichen der Wellendrehzahl und der Fahrzeugge schwindigkeit mit einem vorbestimmten Akzeptanzbereich von Wellendreh zahlen für den ausgewählten Gang und mit einem vorbestimmten Ak zeptanzbereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten für den ausgewählten Gang eine Schaltbedingung bestimmt und das das Übertragen des ersten Signals, des zweiten Signals und des dritten Signals verhindert, wenn die Wellendrehzahl außerhalb des vorbestimmten Akzeptanzbereichs der Wel lendrehzahlen liegt oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit außerhalb des vorbestimmten Akzeptanzbereichs der Fahrzeuggeschwindigkeiten liegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Schalthebel (26) ein Ausrückmodul (92) verbunden ist, das das elektrische Eingangssignal empfängt und das ein Ausrücksignal überträgt, dem entsprechend das Betätigungsorgan (24) die Schaltstange (62) aus einem aktuellen Gang in eine erste Leerlaufstellung schaltet, und daß mit dem Ausrückmodul (92) ein Querschaltmodul (94) verbunden ist, das ein Querschaltsignal überträgt, dem entsprechend das Betätigungsor gan (24) die Schaltstange (62) aus der ersten Leerlaufstellung in eine zweite Leerlaufstellung schaltet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betäti gungsorgan (24) die Schaltstange (62) in Axialrichtung aus einem aktuellen Gang in eine erste Leerlaufstellung entsprechend dem Ausrücksignal ver schiebt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Getriebe ein manuelles Mehrganggetriebe (60) ist, daß der Schalthebel (26) manuell betätigbar ist, und daß das Betätigungsorgan (24) zweifach bewegbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kupplung (50) mechanisch betätigbar ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Synchronisationskraft unter Verwenden eines ersten Temperaturkompensationsterms bestimmt wird, wenn die Öltemperatur über einem Grenzwert liegt, und daß ein zweiter Temperaturkompensationsterm verwendet wird, wenn die Öltemperatur unter dem Grenzwert ist.

11. Verfahren zum Schalten eines elektronisch gesteuerten Schaltsystems für ein Getriebe (60) eines Motorfahrzeugs, bei dem eine Synchronisationskraft zum Verschieben einer Schaltstange (62) des Getriebes (60) aus einer Leerlaufstellung in einen ausgewählten Gang bestimmt wird, bei dem eine Anfangskraft zum Bewegen der Schaltstange (62) aus der Leerlaufstellung in eine Vorsynchronisationsstellung zugeführt wird, wodurch das Synchroni satorspiel aufgenommen wird, bei dem die Synchronisationskraft zum Betä tigen der Schaltstange (62) zugeführt wird, um diese aus der Vorsynchroni sationsstellung in den ausgewählten Gang zu schalten, und bei dem zum Erleichtern des Einrückens der Schaltstange (62) in den ausgewählten Gang eine Endkraft zugeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem ma nuell betätigbaren Schalthebel (26) ein Gang ausgewählt wird, dem der Gang entspricht, den die Schaltstange (62) des Getriebes (60) einlegt, und daß vor dem Bestimmen einer Synchronisationskraft eine mechanisch betä tigte Kupplung (50) ausgekuppelt wird, um den Schaltvorgang einzuleiten.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mecha nisch betätigte Kupplung (50) einen Kupplungsverriegelungsmechanismus hat, der das Einkuppeln verhindert, so lange die Schaltstange (62) noch nicht in den ausgewählten Gang eingerückt ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellendrehzahl des Getriebes (60) und eine Fahrzeuggeschwin digkeit des Fahrzeugs überwacht wird, daß durch Vergleichen der Wellen drehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer vorbestimmten Wel lendrehzahl und mit einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit für den ausgewählten Gang eine Schaltbedingung bestimmt wird, und daß der Gangwechsel während einer nicht annehmbaren Schaltbedingung verhindert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstange (62) aus einem aktuellen Gang in eine erste Leerlauf stellung geschaltet wird, und daß die Schaltstange (62) in eine zweite Leer laufstellung geschaltet wird, aus der die Schaltstange (62) in den ausge wählten Gang geschaltet werden kann, bevor die Anfangskraft zugeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bestimmen der Synchronisationskraft außerdem eine Öltemperatur bestimmt wird, und daß die Synchronisationskraft unter Verwenden eines ersten Temperaturkompensationsterms berechnet wird, wenn die Öltempe ratur über einem Grenzwert liegt, und daß ein zweiter Temperaturkompen sationsterm verwendet wird, wenn die Öltemperatur unter dem Grenzwert liegt.