DE3019274A1 - Hydraulische steuereinrichtung fuer ein automatisches getriebe - Google Patents

Description

• Hydraulische Steuereinrichtung- für
• ein automatisches Getriebe Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuereinrichtung für ein automatisches Getriebe für Kraftfahrzeu-gegemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Aus der US-PS 3 978 743 ist eine derartige hydraulische Steuere inrichtung für Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, bei der die Ventilvorrichtung aus einem Kriechverhinderungs-rentil und einem Modulator besteht, die bei genügend niedriger Fahrgeschwindigkeit und niedrigem Fahrpe.daldruck den Hauptdruck der Getriebe steuerung auf Atmosphärendruck-absenken. Da mit diesem Hauptdruck die Schaltglieder, und insbesondere- auch die Vorwärtskupplung, beaufschlagt werden, ergibt sich durch die Absenkung des Atmosphärendruckes ein Ausrücken der Vorwärtskupplung und damit eine Unterbrechung der Zukraftverbindung zwischen dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers und den Antriebsrädern des Fahrzeugs. Dies soll jedoch im wesentlichen nur bei stehendem Fahrzeug erfolgen, um das mitunter lästige Kriechen eines mit einem derartigen automatischen Getriebe ausgerüsteten Fahrzeugs in der Leerstellung des Fahrpedals zu vermeiden. Mit der Absenkung des Eauptdruckes wird hierbei nicht nur die Vorwärtskupplung, sondern auch die beispielsweise im ersten Gang eingelegte Bremse ausgerückt, sowie sämtliche mit Hauptdruck beaufschbgten Schalt- und Steuerventile der Getriebesteuerung an Atmosphärendruck gelegt. Dies kann insofern nachteilig sein, als bei einer erneuten Betätigung des Fahrpedals zunächst der Hauptdruck im gesamten Steuersystem neu aufgebaut und die Schalt- und Steuerventile sowie die Bremse neben der Vorwärtskupplung in ihre Ausgangsstellung für den ersten Gang gebracht werden müssen, bevor ein Anfahren möglich ist.
• In einer älteren Patentanmeldung (DE-OS 28 33 641) ist bereits vorgeschlagen worden, die aus einem Schaltventil bestehende Ventilvorrichtung in der das Schaltglied unmittelbar beaufschlagenden Druckmittelleitung anzuordnen- so daß bei Freigabe des Fahr- oder Gaspedals nur die zu dem Schaltglied führende Druckmittelleitung, nicht aber gleichzeitig auch die Hauptdruckleitung auf Atmosphärendruck abgesenkt wird. Die Steuerung des Schaltventils erfolgte dabei auf hydraulischem Wege, indem der Kolben des Schaltventils entgegen einer Rückstellfeder von einem fahrpedalstellungsabhängigen Druck beaufschlagt wurde, der von einem von dem Fahrpedal betätigbaren Steuerventil erzeugt wurde das die Druckleitung bei freigegebenem Fahrpedal entlüftete.
• Obwohl in dieser Anmeldung eine Ausführung bevorzugt wurde, bei der der Kolben des Schaltventils zusätzlich auch noch von einem fahrgeschwindigkeitsabhängigen Druck beaufschlagt wird, der eine Umschaltung des Schaltventils nur dann in eine das Ausrücken des Schaltgliedes bewirkende Stellung zuläßt, wenn sowohl das Fahrpedal freigegeben, also nicht betätigt ist, als auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, wird grundsätzlich auch eine Ausführung umfaßt, bei der das Schaltventil nur von dem fahrpedalabhängigen Druck der Steuerdruckleitung abhängig ist, so daß bei jeder Freigabe des Fahrpedals unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs das Schaltglied ausrückt. Durch eine solche Betriebsweise, bei der durch Unterbrechen des Kraftflusses zwischen dem Motor und den Antriebsrädern sichergestellt ist, daß der Motor mit seiner Leerlaufdrehzahl weiterlaufen bzw. auch ganz abgeschaltet werden kann, während das Fahrzeug unter Ausnutzung seiner kinetischen Energie weiterrollt, ergeben sich erhebliche Vorteile durch Verringerung desKraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstößes in diesen Betriebszuständen.
• Um bei einem derartigen Betriebsverfahren die beim Wiedereinkuppeln des durch die Vorwärtskupplung gebildeten Schaltgliedes, insbesondere bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, auftretenden Schaltstöße zu vermeiden, ist bereits durch eine andere ältere Patentanmeldung (P 28 44 665.3) vorgeschlagen worden, den Schaltventilkolben auf einer der vom fahrpedalabhängigen Druck beaufschlagten Wirkfläche entgegengerichteten zweiten Wirkfläche mit einem geschwindigkeitsabhängigen Druck zu beaufschlagen. Durch diese Maßnahme wird dem Schaltventil eines sich in Fahrt befindlichen Fahrzeugserst dann bei der Betätigung des Gaspedals nach einer Zeit der Fahrpedalfreigabe eine Umschaltung zur erneuten Druckbeaufschlagung des Schaltgliedes ermöglicht, wenn ein der erhöhten Fahrgeschwindigkeit entsprechender höherer fahrpedalabhängiger Druck auf der ersten Wirkfläche vorhanden ist. Das bedeutet, daß der Einkuppelvorgang erst bei stärker betätigtem Fahrpedal erfolgt, der Motor also bei entsprechender Auslegung der Wirkflächen und Drücke bis etwa zu der Synchronisierdrehzahl frei hochlaufen kann.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine hydraulische Steuereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Bauart zu schaffen, die zum einen die Nachteile der bekannten Steuereinrichtung vermeidet und bei der Freigabe des Fahrpedals auch bei mit höheren Geschwindigkeiten fahrenden Fahrzeugen nur ein den jeweiligen Vorwärtsfahrgängen eingerücktes Schaltglied zur Unterbrechung des Kraftflusses zwischen dem Antriebsmotor und den Antriebsrädern ausrückt Außerdem soll nach Beendigung dieses Freilaufbetriebs durch erneute Betätigung des Gaspedals eine möglichst ruckfreie Zuschaltung des Schaltgliedes erfolgen.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß die aus einem Schaltventil bestehende Ventilvorrichtung direkt in der das Schaltglied unmittelbar beaufschlagenden Druckmittelleitung angeordnet ist,wird bei seiner Betätigung analog zu den Ausführungen der älteren Anmeldungen nur diese Druckmittelleitung belüftet und nicht gleichzeitig auch die Eauptdruckleitung mit den daran angeschlossenen Schaltgliedern und Ventilen. Darüberhinaus wird durch die Betätigung des Schaltventils mittels eines beispielsweise durch einen von einer Steuereinheit ansteuerbaren Elektromagneten gebildeten Stellgliedes eine vereinfachte und genauere Möglichkeit der Steuerung gegeben, wobei beim Ausfall dieses Stellgliedes der Steuerkolben des Schaltventils durch seine Rückstellfeder in die Ausgangsstellung verstellt wird, in der die Druckmittelleitung direkt an die Druckmittelquelle, insbesondere also an den Eandschieber, angeschlossen ist, so daß der Betrieb des Fahrzeugs in herkömmlicher Weise, also lediglich ohne automatisches Ausrücken der Kupplung und Einschaltung des Freilaufbetriebs, aufrecht erhalten bleibt. Ein Ausfall des Stel-lgliedes oder dessen Steuerung führt damit noch nicht zum Ausfall des Getriebes.
• Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindun-g ergeben sich gemäß den Unteransprüchen und werden im nachfolgenden näher beschrieben.
• , Die Zeichnung zeigt in einem schematischen Schaltbild ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist mit 1 ein den Vorwärtsfahrgängen eines hydrodynamisch-mechanischen Kraftfahrzeug-Getriebes zugeordnetes, beispielsweise durch eine Vorwärtskupplung gebildetes Schaltglied bezeichnet, dessen Druckbeaufschlagungsraum mit 2 und dessen Betätigungskolben mit 3 angedeutet sind. An den Druckbeaufschlagungsraum 2 ist eine Druckmittelbeaufschlagungsleitüng 4 angeschlossen, deren Verbindung mit einer von einem hier nicht gezeigten Handsteuerventil kommenden Druckmittelleitung 6 in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals des Fahrzeugs sowie gegebenenfall.s weiterer Informationen über den Betriebszustand des Fahrzeugs von einem Schaltventil 5 gesteuert wird.
• Die Druckmittelleitung 6 führt dabei in allen durch einen herkömmlichen Getriebegangwählhebel eingestellten Vorwärtsfahrstufen des Getriebes Hauptdruck, das heißt den in der Getriebesteuerung verwendeten, höchsten, von einer Zahnradpumpe erzeugten und von dem sogenannten Hauptdruckschieber motorlastabbängig einregulierten Druck.
• Das Schaltventil 5 weist einen Kolben 7 auf, der durch eine auf einen Kolbenbund 10 einwirkende Feder 13 belastet ist. Neben dem Kolbenbund 10 weist der Steuerkolben 7 zwei weitere Kolbenbünde 11 und 12 mit zwischengescshaltete Kolbenabsätzen 8 und 9 auf,die je nach Stellung des Kolbens 7 den mit der Druckbeaufschlagungsleitung 4 verbundenen Ringraum 18 entweder mit der von dem Eandsteuerventil kommenden Druckmittelleitung 6 oder aber mit einem zur Atmosphäre führenden Auslaß 17 verbinden.
• Der Kolbenbund 12 an dem der Rückstellfeder 13 entgegengesetzten Ende des Steuerkolbens 7 weist eine Ausnehmung 14 zum Eingriff eines Stö-Bels-16 eines beispielsweisedurch einen Elektromagneten gebildeten Stellgliedes 15 auf, dessen Strombeaufschlagung über die Leitung 19 von einer beispielsweise elektronischen Steuereinheit 20 gesteuert wird. Der Elektromagnet 15 ist dabei so ausgebildet daß er bei Strombeaufschlagung über den Stößel 16 den Steuerkolben 7 aus der in der Zeichnung gezeigten Mittelstellung entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 13 nach links in eine Stellung verstellt, in der der mit der Druckbeaufschlagungsleitung 4 verbundene Ringraum 18 über den Kolbenabsatz 9 mit dem Atmosphärenauslaß 17 verbunden ist. In dieser Stellung wird der Druckbeaufschlagungsraum 2 der Vorwärtskupplung 1 entlüftet, so daß die als Lamellenkupplung ausgebildete Kupplung ausrückt.
• Bei Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem Elektromagneten 15 wird dagegen der Steuerkolben 7 von der Rückstellfeder 13 in der Zeichnung nach rechts in seine Ausgangsstellung verstellt, in der der Ringraum 18 über den Kolbenabsatz 8 mit der von dem Handsteuerventil kommenden Druckmittelleitung 6 verbunden ist. In dieser Stellung wird der Druckbeaufschlagungsraum 2 der Vorwärtskupplung 1 mit Hauptdruck versorgt, so daß die Kupplung eingedrückt wird.
• Der Zustand der Vorwärtskupplung 1 ist damit im wesentlichen abhängig von dem Zustand des -Elektromagneten 15 bzw. davon, ob dieser mit Strom versorgt wird oder nicht. Gesteuert wird dies mittels der Steuereinheit 20, die dabei Informationen von verschiedenen Gebern 21 bis 27 erhält. So ist mit 21 ein beispielsweise durch einen Schalter-gebildeter Stellungsgeber am Gas- oder Fahrpedal vorgesehen, der bei Freigabe des Gaspedals ein Signal an die Steuereinheit zur Strombeaufschlagung des Elektromagneten 15 abgibt.
• Mit 22 ist ein Drehzahlgeber für die Motordrehzahl und mit 23 ein beispielsweise durch einen elektrisohen Tachometer gebildeter Fahrgegchwindigkeit sgeber bezeichnet, der zusammen mit einem den jeweiligen eingeschalteten Getriebegang meldenden Geber 24 zur Ermittlung der Drehzahl hinter der Vorwärtskupplung 1 verwendet wird. Erfindungsgemäß soll nämlich die Steuereinheit nach einem Ausrücken der Kupplung 1 während der Fahrt des Fahrzeugs ein Signal zum Kupplungseinrücken durch Unterbrechung der Stromzufuhr zum Elektromagneten erst dann geben, wenn die Drehzahlen vor und hinter-der Vorwärtskupplung im wesentlichen gleich sind. Zu diesem Vergleich wird die von dem Drehzahlgeber 22 ermittelte Motordrehzahl sowie die aus dem Meßwert des Fahrgeschwindigkeitsgebers 23 unter Berücksichtigung der dem von dem Ganganzeige geber 24 angezeigten Getriebe gang zugeordneten tibersetzung ermittelte Drehzahl hinter der Vorwärtskupplung 1 herangezogen. Dadurch, daß jetzt die Steuereinheit 20 die Stromzufuhr zu den Elektromagneten 15 nach einer Kupplungsausrückphase erst dann unterbricht, wenn vor und hinter der Vorwärtskupplung 1 im wesentlichen Drehzahlgleichheit herrscht, wird ein sonst spürbarer EinEchaltstoB sowie ein vergrößerter Verschleiß der Kupplungslamellen vermieden, so daß trotz erhöhter Zahl der Kuppe lungsbetätigungen gegenüber herkömmlichen Getriebeausführungen kaum eine Vergrößerung des Verschleißes festzustellen sein wird.
• Mit 25 ist ein die Stellung des Getriebewählhebels bzw. des von diesem betätigten Handschiebers angebender Stellungsgeber bezeichnet, der ein Signal zur Strombeaufschlagung des Elektromagneten 15 an die elektronische Steuereinheit 20 nur dann abgibt, wenn der Getriebewählhebel in der Normalfahrtstellung D steht. In allen anderen Stellungen, insbesonder also in den Vorwärtsfahrstufen 1 und 2 sowie in der Rückwärtsfahrstuf.e R, wird damit ein Ausrücken der Vorwärtskupplung und damit ein Freilaufbetrieb des Fahrzeugs ausgeschlossen. Die Vorwärtsfahrstufen 1 und 2 dienen ja auch üblicherweise zur Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs unter besonderen Lastbedingungen, in denen der dritte Getriebegang gesperrt wird und nur in den beiden unteren bzw. nur in dem ersten Getriebegang gefahren wird. In diesen Betriebszuständen, wie insbesondere bei der Fahrt im Gebirge, wird im allgemeinen auch die durch das Ausrücken der Vorwärtskupplung beseitigte Motorbremswirkung zur Unterstützung der Fahrbremsen bewußt herangezogen, so daß hier ein Ausrükken der Kupplung unerwünscht, unter Umständen sogar gefährlich ist.
• Mit 26 ist ein die Stellung des Bremspedals anzeigender Geber bezeichnet, der beispielsweise durch den Bremslichtschalter gebildet sein kann und der bei Betätigung des Bremspedals an die elektronische Steuereinheit 20 ein Signal zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Elektromagneten 15 abgibt. Damit wird das Ausrücken der Vorwärtskupplung 1 beendet, wobei davon ausgegangen wird, daß während eines Bremsvorganges die Motorbremswirkung mit herangezogen werden sollte, was nur dann möglich ist, wenn die Vorwärtskupplung 1 auch eingerückt ist.
• Die Steuereinheit 20 kann dabei so ausgebildet sein, daß die Stromzufuhr zum Elektromagneten 15 nur so lange unterbrochen wird, wie die Bremse betätigt wird, oder auch in der Weise, daß nach einer einmaligen Bremsung die Stromzufuhr zum Elektromagneten auch nach der Freigabe des Bremspedals unterbrochen bleibt. Die zum Ausrücken der Vorwärtskupp lung erforderliche Stromzufuhr zum Elektromagneten wird erst dann wieder zugelassen, wenn nach zwischenzeitlicher Betätigung des Gaspedals erneut durch Freigabe desselben ein Freilaufbetrieb eingestellt werden soll.
• Schließlich ist noch mit 27 ein von der Stellung der Motorhaube des Fahrzeugs abhängiger Schalter angedeutet, der bei geöffneter Motorhaube an die Steuereinheit 20 ein Signal abgibt, das eine Unterbrechung der Stromzufuhr zum Elektromagneten und damit ein Wiedereinrücken der Vorwärtskupplung verhindert. Diese Maßnahme dient Sicherheitsaspekten und soll verhindern, daß beispielsweise bei Wartungsarbeiten bei laufendem Motor und stehendem Fahrzeug durch versehentliche oder bewußte Betätigung des Gaszuges sich das Fahrzeug infolge Einrückens der Vorwärtskupplung plötzlich in Bewegung setzt. Soloh plötzliches Anfahren des Fahrzeugs könnte nämlich zu gefährlichen Situationen für das das Fahrzeug wartende Personal führen.
• Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird also eine einfache Mögli¢hkeit gegeben, sowohl während des Stands des Fahrzeugs als auch während der Fahrt den Kraftschluß zwischen dem Antriebsmotor und den Antriebsrädern zu unterbinden, so daß zum einen das mitunter als lästig empfundene Kriechen eines mit einem automatischen Getriebe ausgestatteten Fahrzeugs unterbunden und gleichzeitig auch eine erhebliche Kraftstoffeinsparung während der Fahrt des Fahrzeugs, insbesondere in Schubbetriebsphasen, herbeigeführt wird. Diese Einsparungen ergeben sich dadurch, daß nach dem Abkuppeln des Motors von den Antriebsrädern der Motor nur noch mit seiner gegenüber der Betriebsdrehzahl herabgesetzten Leerlaufdrehzahl dreht, gegebenenfalls sogar ganz abgeschaltet wird, und daß gleichzeitig die Energieverluste darstellende Motorbremswirkung aufgehoben wird, so daß das Fahrzeug eine längere Ausrollstrecke aufweist. Dadurch, daß der Elektromagnet unter Stromzufuhr seinen Stößel ausstoßend und dabei das Schaltventil in seine die Kupplung ausrückende Stellung verstellend ausgebildet ist, ergibt sich bei einem Ausfall des Elektromagneten bzw. dessen Stromzufuhr oder Steuerung automatisch der bei herkömmlichen Ausführungen übliche Zustand, bei dem die Druckbeaufschlagungsleitung der Kupplung ständig mit ihrer Druckmittelquelle verbunden ist.
• Die Steuerung der Stromzufuhr des Elektromagneten kann von einer Vielzahl von Kriterien abhängig gemacht werden, also nicht nur von der Stellung des Gaspedals, sondern z.B. auch von den Drehzahlen vor und hinter der Kupplung, was zu einem sanften Einrückender Kupplung unter Vermeidung von Schalt stößen führen kann.

Claims (7)

1. AN SPRÜCHE 9 Hydraulische Steuereinrichtung für ein automatisches Getriebe für Kraftfahrzeuge, das zwischen dem Antriebsmotor und den Antriebsrädern angeordnet ist und ein mechanisches Planetengetriebe mit zur wahlweisen Zuschaltung der Getriebeglieder vorgesehenen, hydraulisch betätigbaren Schaltgliedern aufweist, von denen wenigstens eines bei Vorwärtsfahrgängen des Getriebes zugeschaltet ist, mit einer von der Stellung des Fahrpedals abhängigen Ventilvorrichtung, die in ausgesuchten Betriebszuständen den das Schaltglied beaufschlagenden Druck zur Unterbrechung des Kraftflusses zwischen dem Antriebsmotor und den Antriebsrädern auf Atmosphärendruckniveau absenkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung aus einem in der das Schaltglied unmittelbar beaufschlagenden Druckmittelleitung (4, 6) angeordneten Schaltventil (5) mit einem seiner Rückstellfeder (1 ) belasteten Steuerkolben (w) besteht, der bei freigegebenem Gaspedal von einem Stellglied (1-5) entgegen der Wirkung der Feder aus einer die Druckmittelbeaufschlagungsleitung (4) mit der Druckmittelquelle verbindenden Ausgangsstellung in eine die Druckmittelbeaufschlagungsleitung mit einem Atmosphärenanschluß (17) verbindenden Stellung verstellbar ist.
2. Z. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) in Abhängigkeit von den Drehzahlen der Wellen vor und hinter dem Schaltglied (1) in der Weise steuerbar ist, daß es bei Betätigung des Gaspedals den Steuerkolben (7) erst bei annähernder Drehzahlgleichheit zur Rückstellung in die Ausgangsstellung freigibt.
3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) in Abhängigkeit von der Stellung des Bremse pedals steuerbar ist.
4. 4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) bei betätigtem Bremspedál zur Freigabe des Steuerkolbens (7) ansteuerbar ist.
5. 5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) in der Weise in Abhängigkeit von der Stellung des Getriebegangwählhebels steuerbar ist, daß es nur in der Wählhebelstellung D zur Verstellung des Steuerkolbens (7) aus seiner Ausgangsstellung heraus beaufschlagbar ist.
6. 6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (15) in der Weise in Abhängigkeit von der Stellung der Motorhaube steuerbar ist. daß es nur bei geschlossener Haube zur Verstellung des Steuerkolbens (7) aus seiner Ausgangsstellung heraus beaufschlagbar ist.
7. 7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied durch einen von einer Steuereinheit (20) ansteuerbaren Elektromagneten (15) gebildet ist, dessen Stößel (16) bei Stromzufuhr den Steuerkolben (7) zur Verstellung aus seiner Ausgangsstellung heraus beaufschlagt.