DE3513778C3 - Steuereinrichtung für ein selbsttätig schaltendes Geschwindigkeitswechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein selbsttätig schaltendes Geschwindigkeitswech­ selgetriebe von Fahrzeugen insbesondere Kraftfahr­ zeugen.

Aus der AT-PS 135 389 ist eine Antriebsanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der ein Drehmoment­ wandler mit einer direkten Kupplung bzw. einer Kupp­ lung für den direkten Gang derart zusammenwirkt, daß selbsttätig vom Betrieb mit Drehmomentwandlung auf Betrieb mit direkter Kupplung, also ohne Drehmoment­ wandlung umgeschaltet wird, wobei durch den Drehmo­ mentwandler der Betrieb dem wechselnden Widerstand der Fahrbahn angepaßt wird. Dabei erfolgt der Um­ schaltvorgang in Abhängigkeit von der Fahrgeschwin­ digkeit bzw. der Motordrehzahl sowie vom Drehmo­ mentwunsch des Fahrers, welcher beispielsweise durch die vollständige Auslenkung des Fahrpedals signalisier­ bar ist.

Aus der US 3 398 607 ist zudem eine Steuervorrich­ tung für ein Automatikgetriebe bekannt, bei der mit Hilfe von Sensoren die Leerlauf- und Vollgasstellung eines Fahrpedals gesondert erfaßt und zur Steuerung der Schaltglieder des Getriebes genutzt wird. Rück­ schaltvorgänge werden ausgelöst, wenn eine Betäti­ gungskraftschwelle am Fahrpedal überwunden wird oder wenn eine vorbestimmte Fahrpedalstellgeschwin­ digkeit erfaßt wird.

Automatisch schaltende Getriebe sind bei Kraftfahr­ zeugen beispielsweise in Form von hydrodynamisch­ mechanischen Getrieben mit hydraulisch betätigbaren Schaltgliedern oder in Form von mit Servostelleinrich­ tungen versehenen herkömmlichen Handschaltgetrie­ ben bekannt. Der Schaltpunkt eines solchen automa­ tisch schaltenden Kraftfahrzeuggetriebes ist dabei im allgemeinen abhängig von der Drehzahl und der Last. Dabei kann als Drehzahl die Motordrehzahl oder eine von der Fahrgeschwindigkeit abgeleitete Drehzahl ver­ wendet werden. Wird ein solcher durch Drehzahl und/­ oder Last bestimmter Schaltpunkt erreicht, schaltet das Getriebe automatisch in den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Gang. Da der Fahrer des Fahrzeugs jedoch nur indirekten Einfluß auf die Schaltpunkte hat, wird er vom Zeitpunkt des Schaltens und vom Schalt­ vorgang selbst häufig überrascht. Er kann die Schalt­ punkte höchstens dadurch beeinflussen, daß er zum Bei­ spiel durch Kick-down-Betätigung oder Freigabe des Fahrpedals die Schaltpunkte unterstützend abruft. Grö­ ßere Lasten in einem höheren Getriebegang bei kleinen Drehzahlen führen jedoch automatisch zum Herunter­ schalten des Getriebes, ebenso wie kleine Lasten in niedrigeren Gängen bei höheren Drehzahlen zum auto­ matischen Heraufschalten des Getriebes führen, wobei die jeweiligen Schaltpunkte vom Fahrer anhand des Fahrpedalwinkels nicht vorher genau erkannt werden können.

Fahrpedaländerungen oder Geschwindigkeitsände­ rungen können somit Schaltungen nach dem Schaltpro­ gramm auslösen, deren begleitender Schaltdruck den unvorbereiteten Fahrer eine größere Komforteinbuße empfinden läßt, als wenn er die Schaltung bewußt aus­ gelöst hätte. Darüberhinaus können sich aber auch kriti­ sche Situationen durch einen zu ungünstigen Zeiten ein­ tretenden Schaltvorgang ergeben.

Um einen besseren Einfluß auf die Schaltvorgänge eines solchen automatisch schaltenden Getriebes zu ha­ ben, benutzen daher einige Fahrer von mit solchen Ge­ trieben ausgerüsteten Fahrzeugen die bei diesen Ge­ trieben üblicherweise vorgesehenen Wählhebelstellun­ gen "1" und "2", bei denen höhere Getriebegänge ge­ sperrt sind bewußt dazu, das automatische Getriebe "wie ein Handschaltgetriebe" zu schalten, wobei die Ausführung dieser Schaltvorgänge von dem Getriebe übernommen wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Steuereinrichtung für ein selbsttätig schaltendes Geschwindigkeitswechselgetriebe zu schaffen, die nur das bewußte Abrufen der Schaltvorgän­ ge durch den Fahrer ohne Betätigung des Wählhebels ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß erfolgt die Schaltung des automatisch schaltenden Ge­ triebes folglich nur noch, wenn der Fahrer sie durch entsprechende Betätigung des Fahrpedals bewußt ab­ ruft, indem er beispielsweise zum Heraufschalten in ei­ nen höheren Gang das Fahrpedal bis zur Nullgasstel­ lung entlastet oder zum Herunterschalten in einen nied­ rigeren Gang bis über einen zweckmäßigerweise durch eine Betätigungskraftschwelle gekennzeichneten obe­ ren Fahrpedalwinkel (Kickdown) durchtritt. Hält der Fahrer des Fahrzeugs das Fahrpedal dagegen in einer Zwischenstellung so erfolgt normalerweise, das heißt solange die Motordrehzahl innerhalb eines vorgegebe­ nen zulässigen Motordrehzahlbereiches zwischen etwa der Leerlaufdrehzahl und der maximal zulässigen Dreh­ zahl bleibt, keine Schaltung. Er kann also den jeweiligen Getriebegang beliebig weit "ausdrehen" bzw. durch ent­ sprechende Abrufung von Schaltvorgängen in einem günstigen oder ungünstigen Betriebspunkt fahren. Da­ bei zeichnet sich ein günstiger, nämlich kraftstoffsparen­ der Betriebspunkt durch kleine Drehzahlen bei hoher. Last und ein ungünstiger Betriebspunkt durch große Drehzahlen bei kleiner Last aus. Um hier den Fahrer zum Einhalten günstiger Betriebspunkte zu veranlassen, wäre es gegebenenfalls zweckmäßig, eine an sich be­ kannte Schaltanzeige, die dem Fahrer anzeigt, wann er sinnvollerweise in den nächsthöheren Gang schalten kann, in dem Fahrzeug vorzusehen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin­ dung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand eines schematischen Schaltbildes eines Kraftfahrzeugantriebes dargestellt und wird im folgen­ den näher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 ein bei­ spielsweise als Otto-Brennkraftmaschine ausgebildeter Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs bezeichnet, der un­ ter Zwischenschaltung einer beispielsweise automatisch betätigbaren Kupplung 4 mit einem Geschwindigkeits­ wechselgetriebe 2 verbunden ist. Eine mit 14 bezeichne­ te Getriebeausgangswelle ist über ein Achsgetriebe 15 mit zu den Antriebsrädern 16 führenden Antriebswellen 17 verbunden.

Das Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 ist hier als automatisch schaltendes Handschaltgetriebe ausgebil­ det und weist eine beispielsweise hydraulisch oder pneu­ matisch arbeitende Servostelleinrichtung 12 auf, die die für einen Gangwechsel erforderlichen Schaltvorgänge selbsttätig ausführt. Anstelle eines solchen automatisch schaltenden Handschaltgetriebes könnte aber auch ein herkömmliches hydrodynamisch-mechanisches Getrie­ be mit einer hydraulischen Steuerung zur Betätigung der dem Getriebe zugeordneten Schaltglieder vorgese­ hen sein. In diesem Fall würde die Kupplung 4 durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler ersetzt werden können.

Die zum Ausführen eines Gangwechsels erforderli­ chen Schaltbefehle erhält die Servostelleinrichtung 12 von einer Steuereinrichtung 11, die ihrerseits mit einer einem Fahrpedal 5 des Fahrzeugs zugeordneten Signal­ erzeugungsvorrichtung 10 verbunden ist. Diese Signal­ erzeugungsvorrichtung 10 erfaßt dabei das Über- oder Unterschreiten vorgegebener Fahrpedalwinkel, meldet dies der Steuereinrichtung 11, die daraus die Schaltbe­ fehle zur Schaltung des Getriebes 2 ableitet.

Das Fahrpedal 5 ist in üblicher Weise über ein Betäti­ gungsgestänge 6 mit einem Leistungsstellglied der Brennkraftmaschine 1, bei dem hier gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel mit einer in einer Ansaugleitung 8 der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe 7, verbunden. Diese Drosselklappe 7 liegt in Strömungs­ richtung gesehen hinter einer hier als Vergaser ausge­ bildeten Gemischbildungsvorrichtung 9, die den Kraft­ stoff in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklap­ pe der durch die Ansaugleitung 8 angesaugten Luft zu­ mischt.

Die Steuereinrichtung 11 kann darüberhinaus mit ei­ nem die Drehzahl der Kurbelwelle 3 erfassenden Dreh­ zahlgeber 13 zur Erfassung und Berücksichtigung der Motordrehzahlen verbunden sein.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die von der Steuereinrichtung 11 an die Servostelleinrichtung 12 ge­ gebenen Befehle zum Schalten des Getriebes 2 im we­ sentlichen nur bei Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Fahrpedalwinkelbereiches abgegeben werden. So ergibt sich bei Unterschreitung eines unte­ ren vorgegebenen Fahrpedalwinkels, was beispielswei­ se von der Signalerzeugungsvorrichtung 10 bei Freiga­ be des Fahrpedals 5 (Nullgasposition) erfaßt wird, ein Befehl zum Heraufschalten des Getriebes in den nächst­ höheren Getriebegang. Wird dagegen das Fahrpedal über einen vorgegebenen oberen Fahrpedalwinkel hin­ aus betätigt (Kickdown-Stellung), was von dem Fahrer des Fahrzeugs durch eine dieser Stellung zugeordnete Betätigungskraftschwelle an dem Fahrpedal 5 festge­ stellt werden kann, dann wird daraus ein Befehl zum Herunterschalten des Getriebes in den nächstniedrige­ ren Gang abgeleitet. In allen Zwischenstellungen zwi­ schen dem oberen und unteren vorgegebenen Fahrpe­ dalwinkel bleibt das Getriebe dagegen in dem vorhan­ denen Gang, wodurch der Motor bis zu der maximal möglichen Motordrehzahl ausgedreht werden kann. Um Motorschäden zu verhindern, kann vorgesehen sein, daß bei Erreichen der maximal zulässigen Motor­ drehzahl entweder ein automatisches Hochschallen in den nächsthöheren Getriebegang oder, falls dies nicht erwünscht ist eine automatische Reduzierung des Mo­ tormoments, beispielsweise durch Reduzierung der Kraftstoffzufuhr, erfolgt (Abregelung).

Abweichend von der zuvor beschriebenen Möglich­ keit, bei Unter- oder Überschreitung des vorgegebenen Fahrpedalwinkelbereiches eine Herauf- bzw. Herunter­ schaltung des Getriebes in den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Getriebegang vorzunehmen, könnte auch daran gedacht werden, sofort in den höchstmögli­ chen oder niedrigstmöglichen Getriebegang zu schal­ ten. Dabei ergibt sich der höchstmögliche Getriebegang als derjenige Gang, in dem bei der jeweiligen Fahrge­ schwindigkeit des Fahrzeugs sich eine Motordrehzahl einstellt, die wenigstens etwa der Leerlaufdrehzahl ent­ spricht, während als niedrigstmöglicher Getriebegang derjenige anzusehen ist, in dem die Drehzahl wenigstens noch um einen festen Betrag von beispielsweise 1000 U/min. unterhalb der maximal möglichen Motordreh­ zahl bleibt.

Da es jedoch nicht immer zweckmäßig ist, sofort in den höchstmöglichen bzw. niedrigstmöglichen Getrie­ begang umzuschalten, könnte eine solche extreme Schaltung nur bei Erreichung zusätzlicher Bedingungen vorgesehen sein. So könnte beispielsweise zur Rück­ schaltung in den niedrigstmöglichen Getriebegang die Überschreitung eines zweiten, zweckmäßigerweise mit einer zweiten Betätigungskraftschwelle ausgestatteten oberen Fahrpedalwinkels erforderlich sein, während die Hochschaltung in den größtmöglichen Getriebegang beispielsweise nur dann erreicht wird, wenn die Null­ gasstellung des Fahrpedals 5 über eine bestimmte Zeit­ spanne von z. B. 2 bis 3 Sekunden gehalten wird.

Beim Betrieb eines mit einer erfindungsgemäßen Ein­ richtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs ergibt sich dann, daß beim Start des Fahrzeugs zunächst automa­ tisch der kleinste Getriebegang zum Anfahren des Fahr­ zeugs eingelegt wird. Dieser Getriebegang kann nur verlassen werden, wenn das Fahrpedal vollständig ent­ lastet wird und dadurch eine Hochschaltung, vorzugs­ weise um einen Getriebegang, abgerufen wird. Auf die­ se Weise kann der Fahrer das Fahrzeug beschleunigen, wobei er bewußt hohe Drehzahlen zum Erreichen maxi­ maler Beschleunigungen einsetzen kann. Ebenso ist es ihm möglich, das Fahrzeug beispielsweise bei der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit auf der Landstraße oder der Autobahn mit einem großen Getriebegang, das heißt mit kleinen Drehzahlen und hoher Last zu betrei­ ben, um so einen günstigen Kraftstoffverbrauch zu er­ reichen. Bei plötzlich auftretendem Beschleunigungsbe­ darf kann das Rückschalten des Getriebes unmittelbar durch Durchtreten des Fahrpedals abgerufen werden.

Während der Hoch- und Rückschaltvorgänge kann, wie dies oben bereits erwähnt wurde, auch eine Schal­ tung in den niedrigst- bzw. höchstmöglichen Getriebe­ gang ausgeführt werden. Diese extremen Getriebegän­ ge ergeben sich dann aus der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung der zulässigen Motordrehzahlen so, daß die Motordrehzahl nach dem Umschalten wenigstens etwa der Leerlaufdrehzahl und höchstens einer Drehzahl entspricht, die um einen be­ stimmten Betrag unterhalb der maximal möglichen Mo­ tordrehzahl liegt Droht der Motor während des Be­ triebs des Fahrzeugs durch Erhöhung des Fahrwider­ standes, zum Beispiel bei der Fahrt an einer steilen Stei­ gung, infolge eines zu hohen Getriebeganges abzuwür­ gen, so kann bei Unterschreitung einer Mindestmotor­ drehzahl, die beispielsweise der Leerlaufdrehzahl oder einer um einen festen Betrag von beispielsweise 200 U/min unter dieser liegenden Drehzahl entspricht, eine automatische Rückschaltung des Getriebes 2 in einen niedrigeren Getriebegang erfolgen. Das bei Überschrei­ ten oder Unterschreiten der vorgegebenen zulässigen Motordrehzahlbereiche erfolgende automatische Schal­ ten der Gänge soll jedoch nur als Notfall zur Vermei­ dung kritischer Betriebszustände vorgesehen werden. Im übrigen soll die Steuervorrichtung 11 die Servostell­ einrichtung 12 zur Schaltung des Getriebes 2 nur dann mit einem Schaltbefehl beaufschlagen, wenn dies von der Signalerzeugungsvorrichtung 10 durch Unter- oder Überschreitung der vorgegebenen Fahrpedalwinkel, al­ so auf Veranlassung des Fahrers des Fahrzeugs, ange­ zeigt wird.

Dem Fahrer des Fahrzeugs wird damit das Abrufen der einzelnen Getriebegänge und damit auch die Be­ triebsweise, nämlich ob sportlich oder kraftstoffsparend gefahren werden soll, überlassen. Der bei herkömmli­ chen automatischen Getrieben auftretende Überra­ schungseffekt bei der automatischen Durchführung des Schaltens und die damit einhergehende Komforteinbu­ ße wird dadurch vermieden, daß der Fahrer auf die von ihm abgerufenen Schaltungen vorbereitet ist. Dabei kann der Fahrer die Schaltungen nach seinen Wünschen und der von ihm durch Beobachtung der befahrenen Strecke erkannten Notwendigkeiten abrufen, indem er beispielsweise eine möglicherweise bei gerader Strecke zweckmäßige Heraufschaltung des Getriebes wegen Auftauchens einer starken Kurve, einer Steigung oder weil beispielsweise ein Überholvorgang unmittelbar be­ vorsteht unterläßt und statt dessen gegebenenfalls so­ gar in einen niedrigeren Gang zurückschaltet.

Auch auf dem Nutzfahrzeugsekter kann eine derarti­ ge Einrichtung eine erhebliche Schalthilfe darstellen und den Fahrer entlasten, da er dann zwar die einzelnen Gänge nach seinem Belieben abrufen, die eigentliche Schaltarbeit jedoch nicht mehr selbst erledigen muß.

Gegebenenfalls könnte bei einem automatisch schal­ tenden Getriebe die hier beschriebene Betriebsweise auch in einer besonderen Stellung des Wahlhebels an­ wählbar sein, während in einer anderen Stellung bei­ spielsweise das herkömmliche Getriebeschaltpro­ gramm mit automatischer Schaltung der Getriebegänge in Abhängigkeit von Last und Drehzahl erfolgen kann.

Zumindest für das Programm zur willkürlich auslös­ baren Schaltbetätigung kann es sinnvoll sein, den je­ weils eingelegten Fahrgang zur zusätzlichen Fahrinfor­ mation z. B. in einen Leuchtzifferndisplay oder einer ähnlich gearteten Anzeige im Blickfeld des Fahrers an­ zuzeigen.

Claims (7)

1. Steuereinrichtung für selbsttätig schaltende Stufenwechselgetriebe (2) von Kraftfahrzeugen, bei denen die Leistungsabgabe eines Antriebsmotors (1) durch die willkürliche Betätigung eines Fahrpedals (5) steuerbar ist und Schaltungen durch entsprechende Betätigung des Fahrpedals bewußt abgerufen werden, mit einer Signalerzeugungsvorrichtung (10), die die Fahrpedalwinkel erfaßt und an die Steuereinrichtung (11) weiterleitet, welche unter Berücksichtigung eines zulässigen Motordrehzahlbereiches nur beim Überschreiten eines vorgegebenen oberen Fahrpedalwinkels (Auslenkung in Richtung Vollgas) einen Befehl zum Herunterschalten und nur beim Unterschreiten eines anderen vorgegebenen unteren Fahrpedalwinkels (Auslenkung in Richtung Leerlauf) einen Befehl zum Heraufschalten des Getriebes abgibt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest dem oberen vorgege­ benen Fahrpedalwinkel eine Betätigungskraft­ schwelle zugeordnet ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) bei Ab­ gabe des Schaltbefehls in den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Getriebegang schaltbar ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) bei Ab­ gabe des Schaltbefehls in den jeweils unter Berück­ sichtigung der zulässigen Motordrehzahlen höchst- bzw. niedrigstmöglichen Getriebegang schaltbar ist.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeu­ gungsvorrichtung (10) bei Unterschreitung des vor­ gegebenen unteren Fahrpedalwinkels über eine vorgegebene Mindestzeitspanne hinaus zur Abga­ be eines Befehls zur Schaltung in den höchstmögli­ chen Getriebegang ausgebildet ist.

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeu­ gungsvorrichtung (10) bei Überschreitung eines zweiten oberen vorgegebenen Fahrpedalwinkels zur Abgabe eines Schaltbefehls in den niedrigst­ möglichen Getriebegang ausgebildet ist.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrich­ tung zur Anzeige des jeweils eingeschalteten Ge­ triebeganges vorgesehen ist.