DE2532008C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung zur wahlweisen automatischen und halbautomatischen Steuerung eines Stufenwechselgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung unterscheidet sich von den Systemen, die allgemein unter der Bezeichnung "Automatisches Getriebe" bekannt sind. Diese weisen ein Getriebe auf, das besonders für die Automatik entworfen ist, z. B. ein Planetengetriebe mit elektromagnetischen Bremsen oder Kupplungen, das mit einem Schaltkonverter oder einer hydraulischen Schaltung ausgestattet ist. Im Gegensatz dazu soll die Erfindung ein herkömmliches Getriebe automatisieren, bei dem die Schaltung der Untersetzungsverhältnisse durch ein Verschieben von Zahnrädern erreicht wird und das im allgemeinen durch Gleitgabeln gesteuert wird.

Eine solche automatische Steuerung für ein herkömmliches Getriebe ist bereits aus dem nächstgelegenen Stand der Technik, der DE-OS 20 36 732, bekannt. Bei dieser automatischen Steuerung eines konventionellen Schaltgetriebes wirkt jedoch der Kickdown genauso wie bei den bekannten normalen automatischen Getrieben für PKW. Dies bedeutet, daß der niedrigere Gang nur dann festgehalten wird, wenn das Gaspedal voll oder nahezu voll durchgetreten bleibt. Ein Einschalten einer Motorbremswirkung mittels eines kurzen Kickdown-Impulses ist mit dieser Schaltung nicht möglich. Das bedeutet, daß zur Ausnutzung der Motorbremsung weiterhin im halbautomatischen Betrieb von Hand zurückgeschaltet werden muß. Es sind also weiterhin Eingriffe des Fahrers erforderlich, bei denen der Fahrer die Hände vom Lenkrad nehmen muß. Dies ist gerade auf Strecken bei denen die Motorbremsung dringend erforderlich ist, oft ein Handicap. Außerdem wird der halbautomatisch eingelegte kleinere Gang entsprechend dem Stand der Technik auch bei Überdrehen des Motors nicht mehr hochgeschaltet. Die entgegengehaltene Schaltung ermöglicht somit keinen vollständigen Schutz des Motors.

Auch die DE-OS 22 00 409 zeigt eine elektronische Steuerung für ein Stufenwechselgetriebe. Auch hier ist jedoch nicht vorgesehen, über den Kickdown-Zustand eine Betriebsart für den Motorbremsbetrieb auszulösen. Auch hier müßte der Fahrer von Hand einen kleineren Gang wählen, um die Bremswirkung des Motors auszunutzen. Der Kickdown dient auch hier lediglich dem Beschleunigen des Fahrzeugs.

In der DE-OS 22 37 193 wird bereits der Versuch gemacht, die Motorbremswirkung auch im automatischen Betrieb eines elektronisch gesteuerten automatischen Getriebes ausnutzen zu können, ohne ein Herunterschalten des Fahrers von Hand erforderlich zu machen. Dazu ist ein Leerlaufabtastschalter vorgesehen, der erkennt, wann das Gaspedal in Leerlaufstellung befindlich ist, und außerdem ein weiterer Schalter, der eine eventuelle Betätigung des Bremspedals mißt. Mit diesen zusätzlichen Schaltorganen wird dann in eine Bremsbetriebsart umgeschaltet. Dies hat jedoch den Nachteil, daß zwei zusätzliche Schaltorgane, nämlich für Leerlaufstellung des Gaspedals und für Bremsbetätigung erforderlich sind und die Schaltung eine recht komplizierte Logik aufweisen muß. Weiterhin wird dadurch die Motorbremswirkung nur dann aktiviert, wenn auch gleichzeitig vom Fahrer die Betriebsbremsen betätigt sind.

Demgegenüber war es Aufgabe der Erfindung, eine automatische Steuerung für ein konventionelles Stufenwechselgetriebe zu schaffen, bei der die Motorbremswirkung ausgenutzt werden kann, ohne daß zusätzliche Schaltorgane erforderlich sind, und ohne daß die Betriebsbremse dauernd betätigt werden muß, um die Motorbremswirkung zu aktivieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Die Wahl eines neuen Übersetzungsverhältnisses n′ am Anfang eines Schaltvorganges kann folgendermaßen bewirkt werden:

• - von Hand durch den Fahrer;
• - durch Initiative des Fahrers, dessen Fuß das Gaspedal niederdrückt für den Vorgang, der gewöhnlich als "Kickdown" bezeichnet wird,
• - oder automatisch durch die Initiative einer Fortschaltvorrichtung vom bekannten Typ, die sich vornehmlich auslöst, wenn die Tourenzahl des Motors im Begriff ist, unter eine vorher festgesetzte Grenze zu fallen, oder wenn das vom Motor gelieferte Drehmoment unter eine gewisse Schwelle sinkt.

Es ist erkennbar, daß die Erfindung sowohl bei einem Getriebe, dessen Zahnräder einzelne Synchronisiereinrichtungen besitzen, als auch bei einem Getriebe, das eine Sammelsynchronisiereinrichtung, wie zum Beispiel nach der Art einer Wirbelstrombremse, besitzt, angewendet werden kann.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß jedesmal, wenn der Fuß des Fahrers das Gaspedal ganz heruntertritt, für den üblichen Vorgang des besagten "Kickdown",

• a) dieser Vorgang beim halbautomatischen Betrieb von keinerlei Wirkung gefolgt wird,
• b) und daß im Gegensatz dazu bei automatischen Betrieb dieses die folgenden Vorgänge auslöst:
  • I. mit der "Wahlvorrichtung für das Übersetzungsverhältnis" wird der Befehl gegeben, den kleinstens zulässigen Gang auszuwählen, und dieser als "ausgewähltes Verhältnis n′ " weitergeleitet;
  • II. Dieser Befehl geht zum Komparator, wonach der Vorgang wie oben abläuft, d. h., entweder, daß dem vorerwähnten Zyklus ein Rückschaltvorgang folgt, oder der Zyklus beendet wird.

Wenn der Fahrer sein Gaspedal ganz heruntertritt, wird dieses "Kickdown", selbst wenn es nur kurze Zeit dauerte, gespeichert, d. h., daß danach, selbst wenn der Fahrer das Gaspedal wieder freigibt, das Verhältnis "zurückgeschaltet" eingeschaltet bleibt: dies ermöglicht, das Fahrzeug mittels dessen Motorbremsung zu bremsen, was eine Sicherheit darstellt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Wahl des kleinsten zulässigen Übersetzungsverhältnisses (Effekt des Kickdown) nur ausgelöscht werden, wenn

• a) der Motor eine solche Drehzahl erreicht hat, daß man sich an einem vorher bestimmten Punkt der Neigung der Unterbrechungskurve des Höchstgeschwindigkeitsreglers befindet (diese Kurve stellt die Variationen des Motordrehmoments in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Motors dar);
• b) oder wenn die Beschleunigung des Fahrzeuges im Hinblick auf das angewandte Untersetzungsverhältnis eine vorher bestimmte Schwelle überschreitet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt der vorher bestimmte Punkt der Abregelungskurve, die durch den Regler des Motors bestimmt wird, in der Mitte dieser Abregelungskurve, d. h., bei einem Drehzahlbereich des Motors, der das arithmetische Mittel zwischen dem Abregelungsbeginn und dem Abregelungsende ist.

Es ist auf jeden Fall feststellbar, daß sich das Betriebsverfahren des "Kickdown" gemäß der Erfindung sowohl auf Getriebe mit individuellen Synchronisierungseinrichtungen als auch auf Getriebe mit Sammelsynchronisierungseinrichtungen anwenden läßt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, die als nicht einschränkendes Beispiel der Erfindung wiedergegeben wird. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems, um ein Getriebe mit einzelnen Synchronisiereinrichtungen zu automatisieren und

Fig. 2 eine ähnliche schematische Darstellung des Falles eines Getriebes mit einer Sammelsynchronisierein­ richtung.

Im Fall der Fig. 1 ist ein Getriebe 1 durch eine Kupplung 2 mit einem Motor 3 verbunden.

Das Getriebe 1 ist von herkömmlicher Art. Jedes Untersetzungs­ verhältnis besitzt seine eigene Synchronisiereinrichtung. Die Kupplung 2 ist in bekannter Weise automatisiert. Eine Vor­ richtung 200 ist vorgesehen, um die Gänge ent­ weder automatisch oder durch Handsteuerung zu wählen. Eine Fortschalteinrichtung 300 ist vorgesehen, um die Gangänderung auszulösen. Eine Vorrichtung 400 steuert durch Zylinder die Gangschaltungselemente des Getriebes (z. B. die Führung der Ga­ beln der Zahnräder). Eine Detektorvorrichtung 500 stellt den Zu­ stand des Getriebes fest, d. h., denjenigen der Untersetzungsver­ hältnisse, der im berücksichtigten Augenblick eingeschaltet ist. Außerdem enthält die Vorrichtung eine Meßeinrichtung 4 für die Geschwindigkeit des Motors 3, eine Meßeinrichtung 5 für die Ge­ schwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes und eine Meßein­ richtung 6 für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder die Um­ drehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Getriebes oder An­ triebswelle des Fahrzeugs sowie einen Kontakt 7, der unter dem Gaspedal 8 für die Steuerung des "kickdown" angeordnet ist. Zusätzlich sind folgende Wirkungsorgane vorhanden, aber nicht in der Zeichnung dargestellt, da sie herkömmlicher Bauart sind:

• a) Für die Steuerung der Kupplung ist ein Magnetventil und ein Zylinder vorgesehen.
• b) Zur Regelung der Geschwindigkeit des Motors werden zwei Zylinder und zwei Magnetventile verwendet.
• c) Für die Steuerung der Gabeln und der Zahnräder des Getrie­ bes sind zwei Lösungen möglich:
  • - entweder bringt man auf dem Getriebe einen Deckel mit pneumatischen Zylindern an,
  • - oder man montiert anstelle des klassischen Handsteue­ rungsgestänges ein Wirkungssystem irgend eines bekannten Typs.

Alle elektronischen Bestandteile sind in einem Elektronen­ rechner gruppiert, der folgendes enthält:

• - eine automatische Kupplungssteuerung 100;
• - die Vorrichtung 200 für die automatische oder manuelle Wahl des Ganges;
• - die Fortschaltvorrichtung 300 für die Gangschaltung des Getriebes;
• - die Vorrichtung 400 für die Steuerung der Zahnräder des Getriebes;
• - die Detektorschaltung 500, um den Zustand des Getriebes festzustellen;
• - eine Anzeigevorrichtung 600 für die Anzeigen am Instrumen­ tenbrett des Fahrzeuges.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
Die Gangwahlvorrichtung 200 erhält die Geschwindigkeitsanga­ ben des Fahrzeuges sowie Anweisungen des Fahrers, die gemäß der Art des Betriebes variieren.

A - Halbautomatische Arbeitsweise

Der Fahrer wählt einen Gang durch Auswahl von Hand. Wenn die­ ser Gang entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeuges in diesem Augenblick zulässig ist, findet eine Aussendung des Codes des gewählten Ganges in dem Fortschalter 300 statt und die Ausführung wird sofort vollzogen. Wenn der gewählte Gang mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges nicht vereinbar ist, sendet das System 200 des Code "0000" aus, der niemals be­ rücksichtigt wird und es tritt solange keine Änderung ein, bis der gewählte Gang wechselt, oder wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges einen Wert annimmt, der mit diesem Gang verein­ bar ist.

B - Automatische Arbeitsweise:

Der Fahrer wählt die automatische Methode, und durch ein kur­ zes Heruntertreten (kick down) wählt er, den größten zulässi­ gen Gang oder den kleinsten zulässigen Gang zu verwenden. Im Hinblick auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der ausge­ wählte Gang, der von 200 nach 300 gesendet wird, wechselt mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Absicht des Fahrers, die Maximalleistung zu verwenden oder im Spargang zu fahren.

Die kurze Betätigung des "kick down", die es ermöglicht, mit der Maximalleistung zu fahren oder zurückzuschalten, wird so lange aufgespeichert, bis man auf einen höheren Gang über­ geht, oder bis die Beschleunigung des Fahrzeugs eine Schwel­ le im Zusammenhang mit dem eingekoppelten Gang überschreitet.

Der Fortschalter des Gangwechsels 300 erhält die Angaben der Gangwahlvorrichtung 200 und der Detektorvorrichtung des Ge­ triebes 500. Er steuert die Tätigkeiten der Getriebesteue­ rungsvorrichtung 400 und der automatischen Kupplung 100.

Die automatische Kupplung 100 gewährleistet die Steuerung der Kupplung zum Starten und das erforderliche Öffnen und Schließen für den Gangwechsel. Weiterhin, während des Wechsels der Gän­ ge, drückt sie die Geschwindigkeit des Motors auf die Geschwin­ digkeit der Eintrittswelle des Getriebes herab, um die Schließungs­ stöße am Ende des Gangwechselarbeitsganges zu reduzieren.

Im Fall der Fig. 2 ist das Getriebe vom Typ einer Sammelsyn­ chronisiereinrichtung. Diese Synchronisiereinrichtung 9 ist zwischen der Kupplung 2 und dem Getriebe 10 eingeschoben. Es handelt sich um eine elektrische Synchronisiereinrichtung mit Wirbelstrombremsung. Dahingegen gibt es keine individuellen Synchronisiereinrichtungen im Innern des Getriebes 10.

Ein Synchronisierungsdetektor 800 gibt dem Fortschalter 300 die Freigabe den Gang einzuschalten, sobald der Synchronismus er­ reicht ist.

Ein Steuerstromkreis der Sammelsynchronisiereinrichtung 700 ermöglicht es, den Synchronismus zu erreichen, indem er dem Motor 3, die Kupplung 2, oder die Wirbelstrombremse 9 (Sammel­ synchronisierer) steuert.

Die Arbeitsweise funktioniert folgendermaßen:
Bei einer ersten Hypothese wird man annehmen, daß man einen Gang hochschaltet, um von Gang n in den Gang n + 1 zu kommen. Sobald der Fortschalter 300 den Befehl des Gangwechsels aussen­ det, spielen sich nacheinander die folgenden Ereignisse ab:

• - Öffnung der Kupplung 2;
• - Vorhandensein der Information des Vorgehens (von n in den Gang n +Abb. 1);
• - Der Synchronisationsdetektor 800 sendet die Information (0) aus, denn man hat gerade bei seinem Eintritt den Code des vor­ geschriebenen Ganges gewechselt. Aus diesen Verhältnissen ergibt sich, daß das Tor 702 eine Information (1) an beiden Eingängen empfängt, denn der Signalumkehrer 701 kehrt die Information des Synchronisationsdetektors 800 um.

Das Durchgangstor 702 erregt die Wirbelstrombremse 9 schon bei Beginn des Gangwechselarbeitsganges. Die Wirkung dieser Bremse 9 ist nur erforderlich und wünschenswert, wenn sich das Getrie­ be im Ruhepunkt befindet. Aber die Zeit für das Stromanlegen an die Sammelbremse 9 und die Durchgangszeit am Ruhepunkt des Getriebes sind von gleicher Größe, und dank der besonderen Ge­ staltung der Vorrichtung ist es möglich, gleichzeitig zwei Ar­ beitsgänge auszuführen, die sonst reine Zeitverluste wären. Man verkürzt auf diese Weise den Gangwechsel.

Wenn die Verlangsamungswirkung der Bremse 9 die Synchronisation der Verzahnungen des Getriebes 10 herbeigeführt haben, wird der Synchronisationsdetektor 800 eine Information (1) aussenden, die die folgenden Wirkungen hervorbringt:

• - Freigabe für den Fortschalter 300 zur Einstellung des vor­ geschriebenen Ganges;
• - das Tor 702 hört auf durchlässig (offen) zu sein, weil der Umkehrer 701 das Signal (0) an einem der Eingänge von 702 anlegt;
• - die Bremse 9 wird nicht mehr erregt. Die Folge der Ereig­ nisse ist danach die gleiche wie bei der Lösung mit der individuellen Synchronisiereinrichtung, die im Zusammenhang mit Fig. 1 schon bereits beschrieben wurde.

Bei einer zweiten Hypothese kann angenommen werden, daß ein Gang zurückgeschaltet wird, um von einem Gang n auf einen Gang n - 1 zu kommen.

Aus den gleichen Gründen wie im vorhergehenden Fall sendet der Synchronisationsdetektor 800 eine Information (0) aus, die im Element 701 zu (1) wird und die das Tor 703 durchgängig macht, die von 300 die Rückschaltinformation (n-1) empfängt.

Am Anfang des Arbeitsganges ist die Kupplung normalerweise ge­ öffnet gewesen.

Die vom Tor 703 ausgegebene Information erzeugt die folgenden Wirkungen:

• - Befehl 4/4 oder Vollgas für den Motor durch eine ODER-Schal­ tung 704;
• - Befehl zur Schließung der Kupplung durch ODER-Schaltung 705.

Der Befehl zur Schließung der Kupplung hat Priorität gegenüber dem Öffnungsbefehl gemäß einer Anordnung der Vorrichtung 100. Die Zeiten des Durchgangs durch den Ruhepunkt für das Schließen der Kupplung und des Durchgangs in 4/4 sind von gleicher Größen­ ordnung und dank der Idee des Systems vergrößern sich diese nicht während der Gesamtdauer des Arbeitsganges.

Wenn der Motor die Synchronisation hervorgerufen hat, wird die durch 800 ausgesandte Information (0) beim Durchgang durch die Schaltung 701 zu (1), und das Tor 703 hört auf durchlässig (offen) zu sein. Die Kupplung öffnet sich von neuem und die Vorrichtung 300 erhält die Freigabe, den aus­ gewählten Gang einzustellen.

Der Motor wird nicht mehr in 4/4 Belastung gehalten. Der Ar­ beisgang des Gangwechsels wird normal beendet.

Die hauptsächlichen Vorteile der Erfindung sind die folgenden:

• - Die Synchronisiervorrichtungen werden nach dem Prinzip "alles oder nichts" gesteuert mit einem Zeitvorsprung für ihre Wirkung, der es ermöglicht, ihre Beantwortungsverzöge­ rungen mit der Dauer der Arbeitsgänge der mechanischen Ver­ bindung in dem Getriebe, die unbedingt erforderlich sind, zu paaren. Auf diese Weise werden tote Zeiten ausgeschaltet; der Gewinn wird mit 0,3 Sekunden geschätzt.
• - Die Erlangung der Synchronisation durch den Motor bewegt sich in der Größenordnung von 0,5 Sekunden und durch die Bremse in der Größenordnung von 0,3 Sekunden.
• - die mechanischen Bewegungen des Getriebes werden auf 0,15 Sekunden geschätzt.
• - Die bekannte Normalzeit eines Gangwechsels beträgt 0,8 bis 1,2 Sekunden: die beschriebene Vorrichtung gestattet es, diese Zeiten auf ungefähr 0,45 bis 0,65 Sekunden zu bringen.
• - Die vorgeschlagene Lösung enthält kein Verschleißteil und gestattet es, die Abmessung der Getriebegehäuse zu redu­ zieren oder in einem gleichen Gehäuse ein viel stabileres Getriebe zu konstruieren, als wenn man individuelle Syn­ chronisiereinrichtungen verwenden würde.

Claims (4)

1. Steuerschaltung zur wahlweisen automatischen und halbautomatischen Steuerung eines herkömmlichen einem Motor nachgeschalteten Stufenwechselgetriebes, insbesondere von Lastkraftwagen, mit folgenden Komponenten:

• - automatische Kupplungssteuerung;
• - Vorrichtung zur automatischen bzw. manuellen Gangauswahl;
• - Fortschaltvorrichtung für den Schaltablauf;
• - Betätigungseinrichtung für das Getriebe;
• - Detektorvorrichtung für den Getriebeschaltzustand;
• - Anzeigevorrichtung,

wobei diese in einem Elektronenrechner gruppiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollständiger Betätigung des Gaspedals (8) ("Kick down") durch Schließen eines Kontakts (7) ein Steuersignal zur Vorrichtung zur automatische bzw. manuellen Gangauswahl (200) geleitet wird, daß

• - bei halbautomatischer Betriebsstellung der Vorrichtung (200) die weitere Ablaufsteuerung nicht beeinflußt, und
• - bei automatischer Betriebsstellung der Vorrichtung (200) zum Einlegen der am stärksten untersetzten zulässigen Gangstufe durch die nachgeschaltete Fortschaltvorrichtung (300) führt, wobei selbst nach kurzzeitiger Dauer der vollständigen Betätigung des Gaspedals (8) die von der Fortschaltvorrichtung (300) eingelegte niedrigere Gangstufe auch bei Leerlaufstellung des Gaspedals (8) beibehalten wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung zur automatischen Gangauswahl (200) über eine Signalleitung (6) zugeführte Zustandsignale mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden und dabei die am stärksten untersetzte Gangstufe nur dann aufgehoben wird, wenn der Motor (3) eine Grenzdrehzahl erreicht hat oder die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung der momentanen Untersetzung einen festlegbaren Wert überschreitet.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festsetzbare Drehzahl etwa in der Mitte der Abregelungskurve eines Motorreglers festgelegt ist, oder daß diese Drehzahl durch ein Drehmoment bestimmt ist, welches sich als arithmetisches Mittel aus dem Drehmoment bei Beginn der Abregelungskurve und dem Drehmoment am Ende der Abregelungskurve ergibt.