DE3850937T2

DE3850937T2 - Automatisiertes, mechanische Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen.

Info

Publication number: DE3850937T2
Application number: DE3850937T
Authority: DE
Inventors: Fujio Momiyama
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2008-11-16
Also published as: EP0316869A3; EP0316869B1; EP0316869A2; JP2824643B2; DE3850937D1; US4856628A; JPH01131362A

Description

Diese Erfindung betrifft ein automatisiertes mechanisches Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen, eine Anlage zum elektro-hydraulischen Automatisieren einer Kombination einer mechanischen Reibkupplung und eines mechanischen Schaltgetriebes, und insbesondere ein automatisiertes mechanisches Getriebe, bei dem der Druck einer Kupplungsscheibe direkt durch Drucköl gesteuert wird, das Getriebe von der Art eines Vorgelegegetriebes ist und der ölhydraulische Kreislauf, mit dem diese gesteuert werden, von der mit einer ölhydraulischen Rückführung versehenen Art ist.
Gegenwärtig finden pneumatisch gesteuerte automatisierte mechanische Getriebe eine verbreitete Anwendung bei den Betriebssystemen städtischer Omnibusse.
In dem Getriebe ist die Kupplung eine Öleinspritz-Schraubenfederkupplung. Die Kupplungssteuerung ist eine Federkammersteuerung und wird pneumatisch betätigt. Das Getriebe ist ein Vorgelegegetriebe mit stetigem Eingriff und die Getriebesteuerung verwendet eine Verschiebe- und Wählstange, welche von einem Wählluftzylinder geschoben und gezogen und von einem Verschiebeluftzylinder gedreht wird.
Städtische Busse mit dieser Anlage werden von vielen Abnehmern in Japan eingesetzt. Ihre Kraftstoffersparnis ist gleich oder geringfügig besser als diejenige eines handgeschalteten Getriebes.
Bei Verwendung in städtischen Bussen ist die Laufruhe ausgezeichnet, während die Ansprechempfindlichkeit aufgrund der relativ großen Unterbrechung des Drehmoments beim Gangwechseln etwas gering ist.
Aus der EP-A-0 129 417 ist eine hydraulische Kupplung mit einer Kupplungsscheibe und einer Andrückplatte entnehmbar. Wenn die Kupplung eingerückt ist, liegt die Kupplungsscheibe zwischen der Andrückplatte und einer Schwungscheibe. Die Kupplung wird mittels eines Steuerkreises für die Hydraulikanlage betätigt, der eine hochdruckseitige und eine niederdruckseitige Steuerleitung für die hydraulische Kupplung, einen Steuerzylinder für die hydraulische Kupplung und mehrere Steuerventile umfaßt. Ferner ist eine nicht im einzelnen beschriebene mechanische Kraftübertragung vorgesehen.
Aus der EP-A-0 142 221 ist eine weitere hydraulische Kupplung zum In- und Außereingriffbringen einer Motorwelle mit einer Welle einer mechanischen Kraftübertragung bekannt, bei der die Bauweise der hydraulischen Kupplung und der mechanischen Kraftübertragung nicht im einzelnen erläutert wird. Diese hydraulische Kupplung wird von einem Steuerzylinder für die hydraulische Kupplung betätigt, welcher von mehreren Ventilen gesteuert wird.
Diese bekannten hydraulischen Kupplungen weisen die vorstehend erwähnten Nachteile auf.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes mechanisches Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen vorzusehen, bei dem eine Kombination aus einer mechanischen Reibkupplung und einer mechanischen Kraftübertragung durch Verkürzen der Getriebeschaltdauer ermöglicht wird, so daß die Wirksamkeit, die Kraftstoffversorgung und die Wirtschaftlichkeit verbessert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein automatisiertes mechanisches Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen vorzusehen, bei dem eine Kombination aus einer mechanischen Reibkupplung und einer mechanischen Kraftübertragung mittels einer elektro-hydraulischen Steuerung automatisiert ist und verschiedene Eigenschaften wie das Fahrverhalten und das Leistungsvermögen verbessert sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein automatisiertes mechanisches Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen vorzusehen, bei dem das Anfahren und das Gangwechseln ohne einen Kupplungshub reibungslos durchführbar sind.
Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein automatisiertes mechanisches Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen vorzusehen, bei dem die Kraft reibungslos übertragen wird.
Gegenüber den vorstehend erwähnten Aufgaben liegt der Schlüssel zum erfindungsgemäßen automatisierten mechanischen Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen in einer elektronischen Automatisierung einer Kombination aus einer Reibkupplung und einem Vorgelegegetriebe. Das Vorgelegegetriebe weist im Vergleich mit anderen Getrieben wie Planetengetrieben einen geringen Reibungsverlust auf, weil es mit weniger Zahnrädern und Lagern und keinen Mehrscheiben-Kupplungen/Bremsen versehen ist, die einen Widerstand verursachen. Es ist auch gut bekannt, daß die mechanische Reibkupplung eine sehr gute Leistungsfähigkeit ergibt. Folglich gibt es keine andere Kombination, welche dieser wirtschaftlich überlegen ist. Dennoch ist bei dieser Kombination die Gangschaltdauer länger, weil ein Schalten in den einen Gang nur nach dem Herausschalten aus einem anderen Gang durchführbar ist.
Eine Verkürzung dieser Gangschaltdauer ist somit das wesentliche Problem, das zu lösen ist, wenn die Leistungsfähigkeit der automatisierten mechanischen Kraftübertragung maximiert werden soll.
Fig. 7 zeigt die Notwendigkeit einer Verkürzung der Gangschaltdauer und die tatsächlichen Zeitdauern in Sekunden, die bei einer statistischen Studie einer Handschaltung von Getrieben ermittelt worden sind. Ein Lkw benötigt eine kürzere Schaltdauer als ein Omnibus, und ein mittelschwerer Lkw benötigt eine geringere als ein schwerer Lkw. Verfahren, die zum Verkürzen der Gangschaltdauer anwendbar sind, sind in der Tabelle 1 dargestellt.
Das erste Verfahren besteht darin, die Motorgeschwindigkeit rasch mit der Geschwindigkeit der nächsten Gangschaltstufe zu synchronisieren. Das zweite besteht darin, die Vorgänge "Auslassen der Kupplung, Ausrücken des Ganges, Wählen des Ganges, Einrücken des Ganges und Einlassen der Kupplung" zu beenden, bevor die Synchronisierung der Motorgeschwindigkeit vollendet ist.
Die zur Durchführung des ersten Verfahrens erforderlichen Mittel bestehen aus einer Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit der Motorgeschwindigkeit (insbesondere bei Verlangsamung der Geschwindigkeit), einer Verringerung der Drehträgheit der Kupplung und einer Verkleinerung des Geschwindigkeitsbereiches, in dem die Motorgeschwindigkeit zwecks eines Wechselns zur nächsten Gangschaltstufe zu beschleunigen oder zu verringern ist. Die Mittel zur Durchführung des zweiten Verfahrens bestehen aus einer Beschleunigung des Kupplungshubes, einer Verkürzung des eigentlichen Kupplungshubes, einer Erhöhung der Gangschalt- und -wählgeschwindigkeit und der Verwendung eines neuen Schaltmechanismus, der ein gleichzeitiges Einlegen/Herausnehmen des Ganges durchzuführen vermag.
Das automatisierte mechanische Getriebe der vorliegenden Erfindung verwendet eine Kupplung kleineren Durchmessers zum Reduzieren des Trägheitsmomentes, um das erste vorstehende Verfahren durchzuführen. Das unzulängliche Drehmoment der Kupplung, welches sich aus der Wahl eines geringeren Durchmessers ergibt, ist durch die Verwendung von hydraulischem Druck anstelle von Schraubenfedern ausgeglichen worden.
Die Verwendung der durch hydraulischen Druck gesteuerten Kupplung hat einen Wegfall des Kraftübertragungsdrehmoments ohne einen Kupplungshub und nur durch eine Verringerung des Drucks ermöglicht. Die Wahl der hydraulischen Kraft öffnete den Weg für eine hydraulische Steuerung nicht nur der Kupplung, sondern auch der Stell- und Wählzylinder. Die hydraulische Steuerung erleichtert ein wirkungsvolleres Steuern der Schaltkraft, wodurch die Schaltdauer verkürzt wird. In anderen Worten, die Wahl einer Kupplung geringeren Durchmessers führte zur Wahl einer hydraulischen Steuerung, welche wiederum zur Durchführung des zweiten, vorstehend erwähnten Verfahrens zum Verkürzen der Gangschaltdauer diente. Tabelle 1 Verfahren zum Verkürzen der Gangschaltdauer Verkürzen der Gangschaltdauer Rasches Synchronisieren der Motorgeschwindigkeit Verbessern der Ansprechempfindlichkeit der Motorgeschwindigkeit Verringern der Trägheit der Kupplung Verkürzen des Bereiches der Synchronisierung der Motorgeschwindigkeit Rasches Bedienen der Betätiger Erhöhen der Geschwindigkeit des Kupplungshubes Verkürzen des Kupplungshubes Erhöhen der Schalt-/Wählgeschwindigkeit Verwenden eines neuen Mechanismus zur Schnellschaltung das Vermögen gleichzeitig ein- und auszurücken
Tabelle 2 zeigt Daten für einen mittelschweren Lkw, in welchem das erfindungsgemäße automatisierte mechanische Getriebe eingebaut ist. Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße automatisierte mechanische Getriebe, das in dem mittelschweren Lkw installiert ist. Tabelle 2 Fahrzeugdaten Gesamtbreite (m) Gesamthöhe (m) Tragfähigkeit (kg) Nutzlast Motor Modell Max. Leistung Kupplung Typ Mit hydraulischem Druck gesteuert/Öleinspritztyp Scheibengröße Getriebe Typ Vorgelege Geschwindigkeiten 6 Geschwindigkeiten
Zur Erleichterung eines Verständnisses der Erfindung soll jetzt eine spezifische Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, in denen
Fig. 1 ein elektrisches Schaltdiagramm eines automatisierten mechanischen Getriebes zur Verwendung in Nutzfahrzeugen ist, welches bei einem mittelschweren Lkw angewendet wird;
Fig. 2 eine schematische Ansicht des automatisierten Getriebes der Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung einer mit hydraulischem Druck gesteuerten Kupplung mit Öleinspritzung ist, welche in dem automatisierten Getriebe verwendet wird;
Fig. 4 eine Darstellung ist, welche die Kennlinien beim Anlaufen des automatisierten Getriebes zeigt;
Fig. 5 eine Darstellung ist, welche den logischen Ablaufplan für die Beschleunigung/Bergfahrt des automatisierten Getriebes zeigt;
Fig. 6 eine Darstellung ist, welche den logischen Ablaufplan für die Temperatur bei einer adaptiven Steuerung des automatisierten Getriebes zeigt; und
Fig. 7 eine Darstellung ist, welche die Notwendigkeit einer Verkürzung der Gangschaltdauer bei großen Fahrzeugen zeigt.
Fig. 1 bis 6 erläutern eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen automatisierten mechanischen Getriebes 10, welches in einem mittelschweren Lkw eingebaut ist.
Das automatisierte mechanische Getriebe 10 umfaßt eine ölhydraulische Öleinspritzkupplung 11, ein Vorgelegegetriebe 12 einschließlich eines Stellzylinders 13 und eines Wählzylinders 14 zum Betätigen einer Gangschalt- und -wählstange (Gangschalt- und -wählhebel) und solenoidbetätigbare Stellventile 15 und 16 und solenoidbetätigbare Wählventile 17, 18 und 19 zum Steuern der Strömungsrichtung eines in dem Stellzylinder 13 bzw. dem Wählzylinder 14 strömenden Drucköls, einen Steuerkreislauf 20 für die hydraulische Anlage einschließlich einer hochdruckseitigen Steuerleitung 21 für die hydraulische Kupplung und einer niederdruckseitigen Steuerleitung 22 für die hydraulische Kupplung und eine Steuerleitung 23 für die hydraulische Kraftübertragung, und umfaßt zusätzlich ein Strömungssteuerventil 24, einen Einspritzkreislauf 25 für das Kupplungsöl, der mit einem Einspritzölsteuerventil 26 versehen ist, ein Wählventil 27 für die Kupplung/Kraftübertragung, ein Drucksteuerventil 28, das mit einem Druckvorsteuerventil 29 versehen ist, ein Rückschlagventil 30, ein Gegendruckventil 31, ein Sperrventil 32 und ein Überbrückungsventil 33, welches am Steuerkreislauf 20 für die hydraulische Anlage angeordnet ist, ein solenoidbetätigbares überbrückendes und absperrendes Ventil 34 zum Betätigen des Sperrventils 32 und des Überbrückungsventils 33 und ein elektronisches Steuergerät 35. In diesem automatisierten Getriebe 10 wird das Drucksteuerventil 28 von dem Druckvorsteuerventil 29 betätigt, um den Öldruck des Steuerkreislaufes 20 für die hydraulische Anlage einzustellen, die hydraulische Kupplung 11 zu verbinden oder zu lösen und die Geschwindigkeit des Getriebes 12 zu verändern, wobei das Einspritzölsteuerventil 26 die Strömungsgeschwindigkeit des Öles einstellt, welches entsprechend dem Betriebszustand der ölhydraulischen Kupplung 11 zu einer Kupplungsscheibe 45 hin eingespritzt wird.
In diesem automatisierten mechanischen Getriebe 10 ist auch das elektronische Steuergerät 35, wie aus Fig. 1 hervorgeht, elektrisch verbunden mit einer Eingangsschaltung mit einem Sensor für die Stellung eines Wählhebels, einem Sensor für die Stellung eines Beschleunigers, einem Sensor für die Motorgeschwindigkeit, einem hydraulischen Sensor für Bremsöl, einem hydraulischen Sensor 60 für Kupplungsöl, einem Sensor für die Gangstellung, einem Sensor für die Fahrzeuggeschwindigkeit usw.; sie verbindet elektrisch eine Ausgangsschaltung mit einer Solenoidspule der solenoidbetätigbaren Stellventile 15 und 16, der solenoidbetätigbaren Wählventile 17, 18 und 19, des Druckvorsteuerventils 29 und des solenoidbetätigbaren überbrückenden und absperrenden Ventils 34, und steuert einen elektrischen Strom, welcher in den Solenoidspulen fließt, ansprechend auf Signale von den Sensoren bei Betätigung eines Wählhebels, wobei das solenoidbetätigbare überbrückende und absperrende Ventil 34, das Drucksteuerventil 28, die solenoidbetätigbaren Stellventile 15 und 16 und die solenoidbetätigbaren Wählventile 17, 18 und 19 gemäß einer Stellung des Wählhebels betätigt werden, um ein Verbinden oder Lösen der ölhydraulischen Kupplung 11 zu gestatten und dem Getriebe 12 das Durchführen einer Stellbewegung aufgrund eines vorbestimmten Stellplanes für das Getriebe 12 zu gestatten. Das elektronische Steuergerät 35 ist selbstverständlich elektrisch verbunden und steht in Verbindung mit einem elektronischen Steuergerät zum Steuern des Motors 80, so daß die Kupplung 11 funktionsgerecht verbunden oder gelöst und das Getriebe 12 funktionsgerecht gemäß dem Fahrzustand des Motors 30 geschaltet werden kann.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfaßt die ölhydraulische Kupplung 11 ein an einer hinteren Fläche eines Zylinderblocks des Motors angeschraubtes Schwungradgehäuse 40, ein Kupplungsgehäuse 41, das an einer vorderen Fläche eines Getriebegehäuses des Getriebes 12 an das Schwungradgehäuse 40 angeschraubt ist, ein Schwungrad 42 im abgedichteten Zustand, das in einem vom Schwungradgehäuse 40 und Kupplungsgehäuse 41 umschlossenen Raum drehbar auf einer Antriebswelle 61 des Getriebes 12 aufgesetzt ist, eine Kupplungsabdeckung 44, die drehbar auf eine Antriebswellenabdeckung 43 aufgesetzt ist, so daß die zuerst genannte Abdeckung um die zuletzt genannte Abdeckung drehbar ist, und die am Schwungrad 42 angeschraubt ist, die Kupplungsscheibe 45, die zwischen dem Schwungrad 42 und der Kupplungsabdeckung 44 mit der Antriebswelle 61 kerbverzahnt ist, eine Andrückplatte 46, einen Steuerzylinder 47 für die ölhydraulische Kupplung und eine federnde Platte 48 zum Befestigen des Schwungrades 42 auf eine Kurbelwelle 81 des Motors 80, wobei ein unterer Teil der ölhydraulischen Kupplung 11 als Ölwanne 49 verwendet wird und die Antriebswellenabdeckung 43 mit einer Öleinspritzöffnung 59 ausgebildet ist, so daß Öl durch die Öleinspritzöffnung 59 hindurch zur Kupplungsscheibe 45 hin eingespritzt werden kann.
Die ölhydraulische Kupplung 11 umfaßt ölhydraulische Pumpen 36 und 37, die an einer inneren Fläche des Kupplungsgehäuses 41 angeschraubt sind, und ein Pumpenzahnrad 51, das mit einem Antriebszahnrad 50 kämmt, welches an der Kupplungsabdeckung 44 angeschraubt ist, wobei Öl aus der Ölwanne 49 unter Druck gesetzt und dem Steuerkreislauf 20 der Anlage und dem Einspritzkreislauf 25 für das Kupplungsöl zugeführt wird.
Der Steuerzylinder 47 für die ölhydraulische Kupplung ist in das Schwungrad 42 eingebaut, um die Andrückplatte 46 zu halten, die Andrückplatte 46 gegen eine Fläche der Kupplungsscheibe 45 anzudrücken, die Kupplungsscheibe 45 zwischen der Kupplungsabdeckung 44 und der Andrückplatte 46 aufzunehmen und die Andrückplatte 46 von der Kupplungsscheibe 45 zu trennen, um die Kupplungsscheibe zu verbinden oder zu lösen.
Der Steuerzylinder 47 für die ölhydraulische Kupplung umfaßt einen auf dem Schwungrad 42 ausgebildeten Kreiszylinder 52, einen Scheibenkolben 55, der hin und her gleitbar in den Kreiszylinder 52 eingepaßt ist, um eine hochdruckseitige Zylinderkammer 53 und eine niederdruckseitige Zylinderkammer 54 innerhalb des Kreiszylinders 52 zu bilden, und mehrere in der niederdruckseitigen Zylinderkammer 54 angeordnete Auslösefedern 56, wobei der Scheibenkolben 55 mit mehreren Verbindungsdurchlässen 57 ausgebildet ist, die die hochdruckseitige Zylinderkammer 53 mit der niederdruckseitigen Zylinderkammer 54 verbinden, und jeder Verbindungsdurchlaß 57 mit einer Drossel 58 versehen ist, so daß das Drucköl ständig von der hochdruckseitigen Zylinderkammer 53 in die niederdruckseitige Zylinderkammer 54 fließt, und daß Blasen, die mit dem Drucköl vermischt sind, aus dem Öldruckkreislauf 20 ausgetragen werden. Wird der Verbindungsdurchlaß 57 als enger Durchlaß ausgeführt, kann selbstverständlich die Drossel 58 an dem engen Durchlaß weggelassen werden.
Bei der vorstehend erwähnten Kupplung 11 sind der Scheibenkolben (Kupplungskolben) 55, die Andrückplatte 46 und die Kupplungsscheibe 45 innerhalb der Kupplungsabdeckung 44 eingeschlossen und werden mittels der federnden Platte 48, die wie in Fig. 3 dargestellt am Ende der Kurbelwelle 71 befestigt ist, vom Motor 80 angetrieben. Wenn die Kupplungsscheibe 45 vom Kupplungskolben 55 zwischen der Andrückplatte 46 und der Kupplungsabdeckung 44 eingeklemmt gehalten wird, wird ein Antriebsdrehmoment auf die Getriebeseite übertragen.
Der Kupplungskolben 55 ist mittels der Auslösefedern 56 eingepaßt, welche kurz vor dem Beginn des Kupplungseingriffes den hydraulischen Druck um eine Stufe erhöhen. Diese Änderung des hydraulischen Druckes (Auslösedruck) wird vom Drucksensor 60 überwacht, der in der hochdruckseitigen Steuerleitung 21 für die hydraulische Kupplung eingebaut ist und wird in das elektronische Steuergerät 35 eingegeben.
Dies stellt einen der Faktoren dar, der es dem Lkw ermöglicht, ohne eine Hubbewegung der Kupplung 11 sich in Bewegung zu setzen oder seine Geschwindigkeit zu ändern.
Das Getriebe 12 ist ein vollsynchronisiertes Vorlegegetriebe. Die Gangschalteinheit, welche den Stellzylinder 13, den Wählzylinder 14, die solenoidbetätigbaren Stellventile 15 und 16 und die solenoidbetätigbaren Wählventile 17, 18 und 19 umfaßt und sich am Gangschaltungsgehäuse eines Getriebekastens befindet, bedient sich einer Anordnung, bei der die Stell- und Wählstangen quer übereinanderliegen und deren Schub- und Zugbewegung vom Stellzylinder 13 und Wählzylinder 14 bewirkt werden kann. Der Stellzylinder 13 und der Wählzylinder 14 sind mit kleinem Durchmesser ausgebildet. Das Erfordernis einer Höhe, die geringer als die des Fahrgestellrahmens ist, bedingte diese Anordnung, welche den gesamten Zusammenbau kompakt gestaltet.
Die Zylinder 13 und 14 geringeren Durchmessers weisen jeweils ein kleineres Hubvolumen auf, was die folgenden zwei technischen Wirkungen ergibt. Die eine ist eine Erhöhung der Hubgeschwindigkeit jeder der Zylinder 13 und 14, weil das kleinere Hubvolumen rasch mit Öl gefüllt werden kann. Die andere technische Wirkung ist das größere Ausgleichsvermögen der Stellkraft, wobei einer Änderung der Drucksteuerung eine geringere, zu bewirkende Kraftänderung entspricht.
Vormals neigte eine Erhöhung der Stellgeschwindigkeit oder Stellkraft dazu, die Haltbarkeit eines Synchronisierringes zu beeinträchtigen. Die beiden vorstehend erwähnten technischen Wirkungen vergrößerten jedoch die Drucklast auf dem Synchronisierring und den PV-Wert (Druck·Geschwindigkeit) in einem derartigen Ausmaß, daß die Schaltdauer ohne einen Verlust an Haltbarkeit des Synchronisierringes minimalisiert wurde.
Der Steuerkreislauf 20 für die hydraulische Anlage umfaßt das Strömungssteuerventil 24 zum Steuern der hochdruckseitigen und der niederdruckseitigen Steuerleitung 21 und 22 für die hydraulische Kupplung, der Steuerleitung 23 für die hydraulische Übertragung, einer ölhydraulischen Pumpe 36 und der Strömungsgeschwindigkeit des aus der ölhydraulischen Pumpe 36 ausgetragenen Drucköls.
Die hochdruckseitige Steuerleitung 21 für die hydraulische Kupplung ist mit der Austragsseite der ölhydraulischen Pumpe 36 und der hochdruckseitigen Zylinderkammer 53 des Steuerzylinders 47 für die ölhydraulische Kupplung verbunden, wobei das Wählventil 27 für die Kupplung/Kraftübertragung an der stromaufwärtsliegenden Seite davon angeordnet ist, das Rückschlagventil 30 an der stromaufwärtsliegenden Seite des Wählventils 27 für die Kupplung/Kraftübertragung angeordnet ist, und das Sperrventil 32 an der stromabwärts liegenden Seite des Wählventils 27 für die Kupplung/Kraftübertragung angeordnet ist.
Die niederdruckseitige Steuerleitung 22 für die hydraulische Kupplung ist mit der Austragsseite der ölhydraulischen Pumpe 36 und der niederdruckseitigen Zylinderkammer 54 des Steuerzylinders 47 für die ölhydraulische Kupplung verbunden, wobei das Drucksteuerventil 28 an der stromaufwärts liegenden Seite davon angeordnet ist, die stromabwärts liegende Seite des Drucksteuerventils 28 verzweigt ist und das Gegendruckventil 31 an einer Zweigleitung 62 angeordnet ist.
Die hochdruckseitigen und niederdruckseitigen Steuerleitungen 21 und 22 für die hydraulische Kupplung verbinden die stromabwärts liegenden Seiten des Sperrventils 32 und des Drucksteuerventils 28 miteinander und die Verbindungsstelle ist mit dem Überbrückungsventil 33 versehen.
Die Steuerleitung 23 für die hydraulische Übertragung verbindet die Austragsseite der ölhydraulischen Pumpe 36 mit dem Stellzylinder 13 über die solenoidbetätigbaren Stellventile 15 und 16 und verbindet die Austragsseite der ölhydraulischen Pumpe 36 mit dem Wählzylinder 14 über die solenoidbetätigbaren Wählventile 17, 18 und 19.
Das Strömungssteuerventil 24 ist an der stromaufwärts liegenden Seite einer Drossel 63 angeordnet und wird von einem Öldruck angetrieben, der von einer Druckleitung 64 von der stromabwärts liegenden Seite der Drossel 63 zugeführt wird, und führt überschüssiges Drucköl zur Ansaugseite der ölhydraulischen Pumpe 36 über eine Pumpenüberbrückung 65 zurück, steuert die Strömungsgeschwindigkeit von Drucköl, welches in den hydraulischen Steuerleitungen 21, 22 und 23 fließt und begrenzt die Druckschwankungen der hydraulischen Steuerleitungen 21, 22 und 23, die von der Schwankung der Strömungsgeschwindigkeit des Drucköls herrühren, welches entsprechend der Drehzahl des Motors 80 von der ölhydraulischen Pumpe 36 zugeführt wird.
Das Wählventil 27 für die Kupplung/Kraftübertragung wird vom Öldruck an der stromabwärts liegenden Seite der Drossel 63 betätigt, welche von dem solenoidbetätigbaren überbrückenden und absperrenden Ventil 34 und dem Öldruck an der stromabwärts liegenden Seite des Drucksteuerventils 28 geschaltet wird, und verhindert das Fließen von Drucköl in der hochdruckseitigen Steuerleitung 21 für die hydraulische Kupplung und leitet Drucköl in die Steuerleitung 23 für die hydraulische Kraftübertragung, da eine Übertragung des Drehmoments von der ölhydraulischen Kupplung 11 unterbrochen wird, wenn der Gang des Getriebes 12 von dem Stellzylinder 13 und dem Wählzylinder 14 gewechselt wird. In anderen Worten, das Wählventil 27 für die Kupplung/Kraftübertragung ermöglicht es, daß die ölhydraulische Kupplung 11 verbunden und gelöst und der Gang des Getriebes 12 von nur einer einzigen hydraulischen Pumpe 36 geschaltet wird.
Das Sperrventil 32 und das Überbrückungsventil 33 werden von der Drossel 63 betätigt, die von dem solenoidbetätigbaren überbrückenden und absperrenden Ventil 34 geschaltet wird, und es wird das Sperrventil 32 geschlossen und das Überbrückungsventil 33 geöffnet, wenn das Übertragen des Drehmoments von der ölhydraulischen Kupplung 11 unterbrochen wird, und es werden als Ergebnis die hochdruckseitigen und die niederdruckseitigen Steuerleitungen 21 und 22 für die hydraulische Kupplung miteinander kurzgeschlossen, wodurch die ölhydraulische Kupplung 11 sofort gelöst wird.
Der Einspritzkreislauf 25 für das Kupplungsöl ist in der Weise ausgelegt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des von der ölhydraulischen Pumpe 37 ausgetragenen und zur Kupplungsscheibe 45 der Öldruckkupplung 11 hin eingespritzen Drucköls druckventil 68.
Das Einspritzölsteuerventil 26 ist über eine Druckleitung 69 mit der stromabwärts liegenden Seite des Wählventils 27 für die Kupplung/Kraftübertragung der hochdruckseitigen Steuerleitung 21 für die hydraulische Kupplung verbunden, um einen Steueröldruck von der hochdruckseitigen Steuerleitung 21 für die hydraulische Kupplung einzuführen. Selbstverständlich ist die Druckleitung 69 mit dem hydraulischen Sensor 60 für die Kupplungshydraulik versehen.
Das Einspritzölsteuerventil 26 ist in der Weise ausgelegt, daß eine Öleinspritzhilfsleitung 70 verwendet werden kann, um die Strömungsgeschwindigkeit der Öleinspritzung zu reduzieren, wenn die ölhydraulische Kupplung 11 gelöst wird. Das heißt, daß das Einspritzölsteuerventil 26 von dem Steueröldruck betätigt wird und die Strömungsgeschwindigkeit gemäß den verschiedenen Zuständen der ölhydraulischen Kupplung 11 wie dem gelösten Zustand, dem halbverbundenen Zustand und dem verbundenen Zustand regelt.
Wie bereits angegeben, besteht der hydraulische Kreislauf des automatisierten mechanischen Getriebes 10 aus zwei Teilen: dem Steuerkreislauf 20 für die hydraulische Anlage und dem Einspritzkreislauf 25 für das Kupplungsöl. Die ölhydraulischen Pumpen 36 und 37 beider Kreisläufe 20 und 25 werden von dem Antriebszahnrad 50 angetrieben, welches an der Kupplungsabdeckung angebracht ist, um das Öl immer zuzuführen, wenn der Motor 80 läuft. Zum Verhindern einer Störung der Steuerung des Drucksteuerventils 28 durch Änderungen der Motorgeschwindigkeit wird auch die Strömungsgeschwindigkeit zum Steuerkreislauf 20 der Anlage von dem Strömungssteuerventil 24 konstant gehalten.
Das Einspritzvolumen wird auch vom Einspritzölsteuerventil 26 geregelt, so daß es vergrößert wird, wenn die Kupplung 11 halb eingerückt ist, und verkleinert wird, wenn diese voll eingerückt oder ausgerückt ist.
In dem Steuerkreislauf 20 der Anlage sind die Solenoidstell- und Solenoidwählventile und das Überbrückungsventil 15, 16 17, 18, 19 und 33 normalerweise geschlossen, während das Drucksteuer-, Kupplungs/Kraftübertragungswähl- und Sperrventil 28, 27 und 32 geöffnet sind. Unter diesen Bedingungen fließt das Öl über den Weg (A), (B), (C), (D), (E) und (F) und wird bei (A), (B) und (C) von dem Rückschlagventil 30-(Y) und dem Gegendruckventil 31-(Z) geringfügig unter Druck gesetzt. Das geringfügig unter Druck gesetzte Öl schiebt den Scheibenkolben 55 bei (C) zurück, um die Kupplung 11 auszurücken.
Der Druck bei (A) wird vom Drucksteuerventil 28 geregelt. Der Druck, welcher das Wählventil 27 für die Kupplung/Kraftübertragung öffnet, indem (G) ein Steuerdruck erteilt wird, fließt nach (D) über (E), um die Kupplung 11 einzurücken. Der Druck bei (E), welcher dem umzuwandelnden Drehmoment proportional ist, wird vom Drucksensor 60 zurück zum elektronischen Steuergerät 35 übermittelt. Wenn das Überbrückungsventil 33 geöffnet und das Sperrventil 32 geschlossen ist, wobei das solenoidbetätigbare überbrückende und absperrende Ventil 34 nach rechts verschoben wird, fällt das umzuwandelnde Drehmoment ohne einen Hub der Kupplung 11 und nur aufgrund des ausgleichenden Drucks bei (C) und (D) weg. Unter diesen Bedingungen läßt sich ein Wählen oder Wechseln des Gangs durch Öffnen und Schließen der Ventile 15, 16, 17, 18 und 19 durchführen. Bei dem Wechseln der Gänge wird der Druck (A), welcher der Verschiebekraft proportional ist, von dem Drucksteuerventil 28 gesteuert.
Der Druck bei (E) wirkt als Steuerdruck für das Einspritzölsteuerventil 26. Wenn der Druck gering ist, d. h. wenn die Kupplung 11 ausgerückt ist, wird das Einspritzvolumen des Öls verringert, um den Widerstand des Öls in der Kupplung 11 zu reduzieren. Wenn der Druck ansteigt, d. h. wenn ein Schlupf der Kupplung 11 eintritt, wird das Volumen vergrößert, um einen Verschleiß des Kupplungsbelags zu verhindern und ein reibungsloses Gleiten zu gewährleisten.
Das Drucksteuerventil 28, welches von dem vom elektronischen Steuergerät 35 angetriebenen Druckvorsteuerventil 29 geregelt wird, erfüllt bei dem Betätigen der Kupplung und des Getriebes 11 und 12 die wichtigste Aufgabe.
Bei dieser Aufgabenerfüllung werden der Strom, der Druck und die Geschwindigkeit der Ausgangswelle des Getriebes 12 zum elektronischen Steuergerät 35 rückgemeldet. Das elektronische Steuergerät 35 steuert auch in aktiver Weise die Anlage 10 durch Ändern der Parameter entsprechend der Öltemperatur und anderen Betriebsbedingungen.
Was die Anlaufsoftware der Anlage 10 betrifft, zeigt Fig. 4 die Druckänderungen beim Vorgang des Einrückens der Kupplung 11. Der Druck am Anstiegspunkt kurz vor dem Beginn des Einrückens der Kupplung ist der Auslösedruck, den das elektronische Steuergerät 35 erkennen muß. Zwecks eines prompten Starts wird der Druck zum Steuern der Kupplung normalerweise bei dem Auslösepunkt gehalten, so daß, sobald das Beschleunigungspedal zum Starten niedergedrückt wird, die Kupplung 11 mit der Erhöhung des Druckes sofort einzurücken beginnt.
Ferner ist die Gangschaltsoftware des Getriebes 10 wie folgt.
Zwecks einer raschen Schaltung der Gänge wird die Kupplung 11 ohne Hub ausgerückt, und es wird auch die Schaltkraft auf den wirksamsten Wert der Größe "Schaltdruck multipliziert mit der Schlupfgeschwindigkeit des Synchronisierringes" gesteuert eingestellt. Ferner wird auch ein logischer Ablauf für die Beschleunigung und ein logischer Ablauf für die Bergauffahrt angewendet (Fig. 5). Gemäß dem logischen Ablauf für die Beschleunigung wird der Gangschaltpunkt zum niederen Bereich der Lkw-Geschwindigkeit hin verschoben, wenn die Beschleunigung des Lkw größer ist, und zum höheren Bereich hin, wenn sie geringer ist, um einen besseren Ausgleich von Wirtschaftlichkeit und Leistung zu erzielen. Der logische Ablauf für die Bergauffahrt entscheidet, ob das nächste Heraufschalten durchgeführt werden soll oder nicht, indem der Überschuß des Motordrehmomentes berechnet wird. Dieser logische Ablauf kann eine Wiederholung von nicht notwendigen Gangschaltvorgängen verhindern.
Ein logischer Ablauf für ein Schaltüberspringen, bei welchem nicht in die nächste Gangstufe, sondern in einen anderen Gang herauf- oder heruntergeschaltet wird, wählt den am meisten beschleunigenden Gang und überspringt die Gangstufe, wenn das Beschleunigungspedal tiefer als normal herabgedrückt wird. Ein logischer Ablauf für das Vor-Herunterschalten bereitet die Steuerung für die nächste Beschleunigung vor, indem vor dem Herabdrücken des Beschleunigungspedals heruntergeschaltet wird. Diese logischen Abläufe erfüllen die besonderen Bedürfnisse mittelschwerer Lkw nach rascher Ansprechempfindlichkeit der Beschleunigung.
Für ein ansprechempfindliches Fahren eines Fahrzeuges ist nicht nur eine Beschleunigung, sondern auch eine einwandfreie Verlangsamung notwendig. Ein schwacher Punkt einer automatischen Kraftübertragung mit einem Drehmomentwandler besteht darin, daß eine Verlangsamung ohne einen Verlangsamer unzulänglich ist.
Im Falle des Anlage 10 ist jedoch die Verlangsamung ausreichend, weil der jeweils eingelegte Gang beibehalten wird, wenn das Beschleunigungspedal freigegeben wird, und die Kupplung 11 überträgt ein Motorbremsdrehmoment ohne Schlupf. Hierdurch wird eine lange Bergabfahrt sicherer und einfacherer.
Obwohl ferner die durch hydraulischen Druck steuerbare Anlage 10, wie vorstehend erwähnt, viele Vorteile aufweist, benötigt diese Anlage 10 adaptive Steuerungen, um die Änderungen der Ölviskosität mit der Temperatur zu kompensieren. Aus diesem Grund berücksichtigt die Anlage 10 die Temperatur, wie in Figur 6 gezeigt ist. Z. B. dient die Steuerung (1) in Fig. 6 zwei Zwecken: der eine ist das rasche Erwärmen von Kupplungsöl und der andere ist das Verhindern eines Startstoßes, der durch ein verzögertes Hineinfließen des Öls in die Kupplung 11 verursacht wird. Die Steuerung (3) in Fig. 6 bezweckt ein Verhindern von Gangschaltgeräuschen im unteren Bereich der Öltemperatur.
Dieser logische Ablauf ergibt kurz nach einem Motorstart in extrem kalten Gegenden ein besseres Fahrverhalten als ein handgeschaltetes Getriebe.
Ferner wird die Anlage 10 bezüglich einer leichten Bedienbarkeit und Wirtschaftlichkeit beurteilt. Zwecks Beurteilung der leichten Bedienbarkeit wird vom Erfinder das Maß der leichten Bedienbarkeit definiert als das Maß, welches angibt, wieviel einfacher die Bedienbarkeit geworden ist. Es ist der Prozentsatz an Bedienungsvorgängen.
Das Maß leichter Bedienbarkeit des Getriebes 10 erreicht ein Niveau, das sogar besser ist als dasjenige eines elektronisch gesteuerten Schaltgetriebes.
Zwecks Beurteilung der Wirtschaftlichkeit wird vom Erfinder der Kraftstoffverbrauch als Maß für die Beurteilung gewählt.
Der Kraftstoffverbrauch der Anlage 10 entspricht praktisch demjenigen eines handgeschalteten Getriebes.
Wie vorstehend ausgeführt worden ist, wird es aus dem konkreten Beispiel verständlich, welches unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben worden ist, daß verschiedene Modifikationen und Abänderungen der Ausführung von Personen mit Durchschnittskenntnissen des Fachgebietes, auf dem die vorliegenden Erfindung liegt, leicht durchgeführt werden können. Ferner erscheint es verständlich, daß insofern der Inhalt der Erfindung zur Verwirklichung deren Gegenstandes für ihre Struktur wesentlich ist und für deren technische Substanz benötigt wird, eine Ausführungsform, die objektiv als den Inhalt der Erfindung beinhaltend erachtet wird, gegen diese ausgetauscht werden kann.

Claims

1. Automatisiertes mechanisches Getriebe zum Einsatz in Nutzfahrzeugen, mit:

einer ölhydraulischen Öleinspritzkupplung (11), die einen Steuerzylinder (47) für die ölhydraulische Kupplung aufweist, der an einer Schwungscheibe (42) angeordnet ist, so daß eine Kupplungsscheibe (45) zwischen einer Andrückplatte (46) und einer Kupplungsabdeckung (44) liegt;

einer mechanischen Übertragung (12) mit einem Stellzylinder (13), einem Stellventil (15, 16), einem Wählzylinder (14) und einem Wählventil (17, 18, 19);

einem Steuerkreislauf (20) für die hydraulische Anlage, einschließlich einer hochdruckseitigen und einer niederdruckseitigen Steuerleitung (21, 22) für die hydraulische Kupplung, einer Steuerleitung (23) für die hydraulische Übertragung, die mit dem Stellzylinder (13) und dem Wählzylinder (14) über das Stellventil (15, 16) und das Wählventil (17, 18, 19) verbunden ist, und einem Strömungssteuerventil (24) zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit von Drucköl, welches aus einer ölhydraulischen Pumpe (36) geliefert wird;

einem Einspritzkreislauf (25) für das Kupplungsöl, der ein Einspritzölsteuerventil (26) zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit von Öl aufweist, welches zur Kupplungsscheibe (45) hin eingespritzt wird;

einem Wählventil (27) für die Kupplung/Übertragung, welches an der hochdruckseitigen Steuerleitung (21) für die hydraulische Kupplung angeordnet ist; und

einem Drucksteuerventil (28), welches an der niederdruckseitigen Steuerleitung (22) für die hydraulische Kupplung angeordnet ist und ein Druckvorsteuerventil (29) aufweist.

2. Automatisiertes mechanisches Getriebe wie im Anspruch 1 beansprucht, bei dem der Steuerzylinder (47) für die ölhydraulische Kupplung eine Auslösefeder (56) aufweist.

3. Automatisiertes mechanisches Getriebe wie im Anspruch 1 oder 2 beansprucht, bei dem der Steuerzylinder (47) für die ölhydraulische Kupplung einen Kolben (55) umfaßt, der einen Verbindungsdurchlaß (57) zum Verbinden einer hochdruckseitigen Zylinderkammer (53) mit einer niederdruckseitigen Zylinderkammer (55) und eine an dem Verbindungsdurchlaß (57) angeordnete Drossel (58) aufweist.

4. Automatisiertes mechanisches Getriebe wie im Anspruch 1 oder 2 beansprucht, bei dem der Steuerzylinder (47) für die ölhydraulische Kupplung einen Kolben umfaßt, der einen engen Durchlaß zum Verbinden einer hochdruckseitigen Zylinderkammer (53) mit einer niederdruckseitigen Zylinderkammer (55) aufweist.

5. Automatisiertes mechanisches Getriebe wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, bei dem die ölhydraulische Kupplung (11) eine federnde Platte (48) zum festen Verbinden der Schwungscheibe (42) mit einer Kurbelwelle (81) eines Motors (80) aufweist.

6. Automatisiertes mechanisches Getriebe wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, bei dem die hochdruckseitige Steuerleitung (21) für die hydraulische Kupplung ein Rückschlagventil (30) an einer stromaufwärtsliegenden Seite des Wählventils (27) für die Kupplung/Übertragung umfaßt, und die niederdruckseitige Steuerleitung (22) für die hydraulische Kupplung an einer stromabwärtsliegenden Seite des Drucksteuerventils (27) eine Abzweigung aufweist, wobei die abzweigende Leitung (62) ein Gegendruckventil (31) aufweist.

7. Automatisiertes mechanisches Getriebe wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, bei dem die hochdruckseitige Steuerleitung (21) für die hydraulische Kupplung ein Sperrventil (32) an einer stromabwärtsliegenden Seite des Wählventils (27) für die Kupplung/Übertragung, ein Überbrückungsventil (33) an einer Stelle, an der die stromabwärtsliegende Seite des Sperrventils (27) der hochdruckseitigen Steuerleitung (21) für die hydraulische Kupplung mit der stromabwärtsliegenden Seite des Drucksteuerventils (28) der niederdruckseitigen Steuerleitung (22) für die hydraulische Kupplung verbunden ist, und ein von einem Solenoid betätigbares überbrückendes und absperrendes Ventil (34) zum Betätigen des Sperrventils (32) und des Überbrückungsventils (33) umfaßt.

8. Automatisiertes mechanisches Getriebe wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, bei dem das Einspritzölsteuerventil (26) von dem Öldruck der hochdruckseitigen Steuerleitung (21) für die hydraulische Kupplung betätigbar ist.