DE60024757T2

DE60024757T2 - Unabhängige Motorsteuerung für X-Y- Gangschalteinrichtung

Info

Publication number: DE60024757T2
Application number: DE60024757T
Authority: DE
Inventors: John Allen Schoolcraft Steeby; Kurt Hardy Kalamazoo Oliver
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: DE60024757D1; US6227067B1; EP1096179B1; BR0007303A; EP1096179A3; EP1096179A2

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerungen für X-Y-Schalteinrichtungen und insbesondere Steuerungen für X-Y-Schalteinrichtungen, die eine unabhängige und gelegentlich simultane Steuerung der zur Steuerung der X-X- und Y-Y-Schaltpositionen eingesetzten Motoren verwenden.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Geschwindigkeitswechselgetriebe und sog. X-Y-Schaltvorrichtungen für diese sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Kurz gesagt, sind X-Y-Schalteinrichtungen Vorrichtungen, die die X-X- (oder richtungsabhängige Auswahl-) Position und die Y-Y- (oder eingerückte/nicht eingerückte richtungsabhängige-) Position eines Schaltelementes, beispielsweise eines Schaltfingers oder dergleichen, steuern. Gewöhnlich werden zwei gesonderte Fluid- oder Elektromotoren verwendet, um die X-X- und Y-Y-Positionen zu steuern. DE-A-198 23 050, die sämtliche Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 veranschaulicht, offenbart eine Getriebeschalteinrichtungssteuerung, die eine simultane Verschiebung in der X-X- und der Y-Y-Richtung ermöglicht. Die X-Y-Schalteinrichtungen sind an dem Getriebe montiert und werden als elektronische „Shift-by-Wire"-Slavevorrichtungen vom Fahrzeugführer gesteuert oder unterliegen der Steuerung eines Systemcontrollers eines voll- oder teilautomatisierten Getriebesystems.
Weitere X-Y-Schalteinrichtungen sind aus den US-Patentschriften Nr. 4 621 328, 4 784 007, 4 796 485, 4 817 468, 4 821 590 und 4 873 590 ersichtlich.
Die momentanen X-Y-Schalteinrichtungen verwenden meist diskrete Einzelwirkungssteuerungen, die eine Positionierung des Schaltelementes zu einem Zeitpunkt auf lediglich eine einzige Achse beschränken und Verzögerungen für Auslauf-, Stopp- und Zentrierungsfunktionen benötigen. Dies kann zu Schaltvorgängen führen, die zeitaufwendiger sind als erwünscht.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik durch die Schaffung einer Steuerung für eine X-Y-Schalteinrichtung, die eine schnellere Vollendung von Schaltvorgängen ermöglicht, auf ein Minimum reduziert oder überwunden.
Das Vorstehende wird durch Bereitstellung voneinander unabhängiger Steuerungen für jeden der X-Y-Schalteinrichtungsmotoren bewerkstelligt, was die Einleitung einer erforderlichen X-X-Bewegung ermöglicht, wenn die Y-Y-Position in einen gegebenen Bereich ihrer Zielposition gelangt, und die Einleitung einer erforderlichen Y-Y-Bewegung ermöglicht, wenn erfasst wird, dass die X-X-Position einen gegebenen Bereich ihrer Zielposition erreicht.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerungseinrichtung für eine X-Y-Schalteinrichtung zu schaffen, die eine schnellere Schaltreaktion ermöglicht.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines H-artigen Schaltschemas für das Schaltelement einer X-Y-Schalteinrichtung.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen herkömmlichen X-Y-Schalteinrichtung nach dem Stand der Technik.
3 zeigt eine schematische Darstellung der X-X- und Y-Y-Bewegungen der Schalteinrichtung nach 2 bei der Durchführung einer Schaltung aus der Position des ersten Gangs zu der Position des zweiten Gangs.
4 zeigt eine der 2 ähnliche schematisierte Darstellung der Steuerung für eine X-Y-Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine der 3 ähnliche schematisierte Darstellung der X-X- und Y-Y-Bewegungen der Schalteinrichtung nach 4.
6A und 6B veranschaulichen eine modifizierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 veranschaulicht ein typisches, fortschreitendes oder progressives H-Schaltschema 10 für ein Getriebe oder eine Hauptgetriebegruppe mit einem Rückwärtsgang und fünf Vorwärtsgängen. In dem Fall von Verbundgetrieben (vgl. beispielsweise US-Patentschriften Nr. 5 390 561 und 4 754 665) könnte jede der Hauptgruppenstellungen bis zu vier auswählbare Getriebegangstufen bereitstellen. Die vorliegende Erfindung ist auf X-Y-Schalteinrichtungssteuerungen sowohl für einfache Getriebe als auch für die Hauptgetriebegruppen von Verbundgetrieben anwendbar.
Wie bekannt ist, hat eine X-Y-Schalteinrichtung den Zweck, ein Schaltelement, beispielsweise einen Schaltfinger, in einer der ausgewählten Positionen richtig zu positionieren, indem sie dieses entlang der angezeigten, im Wesentlichen zueinander senkrechten Wege verschiebt.
Das Schaltelement kann in der X-X-Richtung bewegt werden, um mit der R/1-Gasse 12, der 2/3-Gasse 14 oder der 4/5-Gasse 16 ausgerichtet zu werden. Das Schaltelement kann anschließend in die Y-Y-Richtung zu der 1/3/5-Position 18, der N- (neutralen Leerlauf-)Position 20 oder der R/2/4-Position 22 bewegt werden, um eine bestimmte Gangstufe einzurücken oder auszurücken.
Wenn ein vollautomatisiertes Getriebe einbezogen ist, braucht das Schaltschema nicht wie in 1 veranschaulicht progressiv zu sein.
Beispielsweise muss, wie in der Technik allgemein bekannt, unter der Annahme, dass in dem Getriebe der erste Gang („1") eingerückt ist und eine Schaltung zu dem zweiten Gang („2") erforderlich ist (d. h. eine „1–2"-Schaltung), das Schaltelement zunächst in der Y-Y-Richtung entlang der Gasse 12 von der 1/3/5-Position 18 zu der neutralen („N") Position 20, um den ersten Gang herauszunehmen, anschließend in der X-X-Richtung entlang der neutralen Gasse 24 zu der 2/3-Gasse 14 und danach in der Y-Y-Richtung entlang der 2/3-Gasse 14 von der neutralen Position 20 zu der R/2/4-Position 22 bewegt werden, um den zweiten Gang einzulegen. Dieser Weg ist in 1 mit der Linie 26 gekennzeichnet. Die Beschränkungen der Schaltstangengehäuseanordnung oder Schaltwelle (vgl. US-Patentschriften Nr. 5 893 293, 4 920 815, 5 743 143 und 4 584 895) verhindern gewöhnlich einen direkten, geradlinigen Pfad, wie beispielsweise durch die Linie 28 in 1 angezeigt.
Eine gewöhnliche Steuerungseinrichtung 30 für eine X-Y-Schalteinrichtung nach dem Stand der Technik ist in den 2 und 3 veranschaulicht. Die Steuerungseinrichtung enthält einen ersten Motor 32 zur Bewegung des Steuerelementes 34, beispielsweise eines Schaltfingers oder dergleichen, in die X-X-Richtung und einen zweiten Motor 36 zur Bewegung des Steuerelementes 34 in die Y-Y-Richtung. Die Motoren 32 und 36 können Elektromotoren und/oder Fluidmotoren sein, die durch Magnetspulen oder dergleichen gesteuert werden. Sensoren 32A und 36A können Signale liefern, die die X-Y-Stellung des Schaltelementes 34 kennzeichnen. Eine einzige Führungseinrichtung 38 ist durch eine ECU 40 gesteuert, die ferner eine Schaltvorrichtung 42 steuert, die dazu dient, die Führungseinrichtung zu einem Zeitpunkt jeweils mit lediglich einem der Motoren 32 und 36 zu verbinden. Die ECU 40 basiert vorzugsweise auf einem Mikroprozessor und nimmt Eingangssignale 44 entgegen und verarbeitet diese gemäß logischen Regeln, um Ausgangsbefehlsignale 46 auszugeben (vgl. US-Patentschriften 4 361 060 und 4 595 986).
Mit der Steuerungseinrichtung 30 werden die Motoren 32 und 36 lediglich jeweils einzeln zu einem Zeitpunkt, nie simultan gesteuert.
In 3 kennzeichnet eine Linie 48 die Y-Y-Position, während eine Linie 50 die X-X-Position des Schaltelementes 34 zu verschiedenen Zeitpunkten während einer 1–2-Schaltung (entlang der Linie 26) unter Verwendung der Steuerungseinrichtung 30 nach 2 repräsentiert.
Zum Zeitpunkt null ist der erste Gang („1") eingerückt, und das Element 34 befindet sich in der 1/3/5-Y-Y-Position 18 und der R/1-X-X-Position. Der Y-Y-Motor 36 wird angesteuert, um das Schaltelement 34 in die neutrale Y-Y-Position 20 zu überführen, und das Schaltelement 34 nimmt diese Position 52 zu einem Zeitpunkt T₁ ein. Es ist zu bemerken, dass eine Zeitspanne 54 erforderlich ist, damit das Schaltelement eine zentrierte, neutrale Position einnehmen kann. Zum Zeitpunkt T₁ wird der Schalter angewiesen, zu veranlassen, dass der X-X-Motor 32, gesteuert wird, und das Schaltelement 34 wird von seiner anfänglichen R/1-X-X-Position 56 in die 2/3-X-X-Position 58 zum Zeitpunkt T₂ überführt. Es ist zu bemerken, dass eine Zeitspanne 60 erforderlich ist, damit das Schaltelement die 2/3-X-X-Position einnehmen kann. Zum Zeitpunkt T₂ wird der Schalter 42 angewiesen zu veranlassen, dass der Y-Y-Motor 36 gesteuert wird, und das Schaltelement 34 wird zu der R/2/4-Y-Y-Position 62 bewegt, um den 1–2-Schaltvorgang zum Zeitpunkt T₃ zu Ende zu führen. Somit benötigt eine 1/2-Schaltung unter Verwendung von X-Y-Schaltsteuerungen nach dem Stand der Technik eine Zeitdauer, die wenigstens gleich T₃ ist.
4 und 5 veranschaulichen in schematisierter Weise die erfindungsgemäße Steuerung einer X-Y-Schalteinrichtung. Den Elementen nach 4 und 5, die mit den Elementen der in den 2 und 3 veranschaulichten Steuerung nach dem Stand der Technik strukturell und funktionell identisch oder im Wesentlichen identisch sind, sind gleiche Bezugszeichen zugewiesen.
Die Steuerungseinrichtung 68 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ebenfalls einen X-X-Steuerungsmotor 32, einen Y-Y-Steuerungsmotor 36, ein Schaltsteuerungselement 34 sowie Positionssensoren 32A und 36A. Die Steuerungseinrichtung 68 unterscheidet sich von dem Stand der Technik dadurch, dass zwei unabhängige Antriebs- oder Führungseinrichtungen 70 und 72 vorgesehen sind, um die Motoren 32 bzw. 36 zu steuern. Eine ECU 74 empfängt Eingangssignale 76 und verarbeitet diese gemäß logischen Regeln, um Ausgangsbefehlsignale 78 auszugeben. Die Verwendung zweier gesonderter Antriebs- oder Führungseinrichtungen 70 und 72 ermöglicht eine unabhängige und simultane Steuerung der Positionierungsmotoren 32 und 36.
In 5, die die gleiche Art einer graphischen Darstellung wie 3 zeigt, kennzeichnet eine Linie 80 die Y-Y-Position, während eine Linie 82 die X-X-Position des Schaltelementes 34 zu unterschiedlichen Zeiten während einer 1-2-Schaltung (ebenfalls entlang der Linie 26) unter Verwendung der Steuerungseinrichtung nach 4 repräsentiert.
Zum Zeitpunkt null, T₀, ist der erste Gang eingelegt, und das Element 34 befindet sich in der 1/3/5-Y-Y-Position und der R/1-X-X-Position. Der Y-Y-Motor wird angesteuert, um das Schaltelement 34 in die neutrale Y-Y-Position 20 zu überführen, und dieses nimmt die mittlere Position 52 zum Zeitpunkt T₁ nach einer Anlaufzeitdauer 54 ein. Wenn das Steuerungselement in ein Band oder einen Bereich 84 der neutralen Y-Y-Position an eine Position 86 gelangt (was zum Zeitpunkt T₄ stattfindet), wird jedoch der X-X-Motor 32 unabhängig von dem Motor 36 dazu veranlasst, eine Bewegung des Steuerelementes zu der 2/3-X-X-Position auszulösen. In der Tat steuert der X-X-Motor 32 die X-X-Bewegung des Steuerelementes simultan mit der Zentrierung des Schaltelementes 34 in der neutralen Y-Y-Position durch den Y-Y-Motor 36.
Wenn der X-X-Motor das Schaltelement 34 veranlasst, an einer Position 88 in der 2/3-X-X-Position zentriert zu werden, gelangt dieses in ein Band oder einen Bereich 92 (das bzw. der gleich dem Band oder Bereich 84 sein kann) der 2/3-X-X-Position an der Position 88. Zum Zeitpunkt T₅, wenn die X-Y-Position 90 erreicht wird, löst der Y-Y-Motor eine Bewegung des Schaltelementes 34 in Richtung auf die R/2/4-Y-Y-Position aus, und beim Erreichen einer Position 94 zum Zeitpunkt T₆ ist der 1-/2-Schaltvorgang abgeschlossen.
Bei gegebenen gleich ansprechenden Aktuatoren ist die Zeitdauer von T₀ bis T₆ in 5 wesentlich kürzer als die Zeitdauer von T₀ bis T₃ in 3.
Durch Einleitung einer gesteuerten Bewegung in der X-X-Richtung, wenn die Y-Y-Position des Schaltelementes 34 in ein Band oder einen Bereich um die Y-Y-Zielposition ge langt, kann die zur Beendigung eines Schaltvorgangs erforderliche Zeitdauer um eine Zeitdauer, die gleich der für das Schaltelement zum endgültigen Einnehmen der zentrierten Stellung in der Y-Y-Zielposition erforderlichen Zeitdauer ist, d. h. um die Zeitdauer 54 verkürzt werden. Eine ähnliche Zeitersparnis kann durch Einleitung einer Y-Y-Bewegung verwirklicht werden, wenn das Schaltelement in der Mitte um eine X-X-Zielposition eingestellt wird.
Die Bänder oder Bereiche 84 und 92 werden im Hinblick auf die Eigenschaften der durch das Schaltelement 34 gesteuerten Schaltwellen- oder Schaltstangeneinrichtung, das Ansprechverhalten des Systems und andere Variablen ausgewählt. Es wird angenommen, dass Bänder von ungefähr +/– 5 % bis +/– 10 % des Abstands zwischen den Gassen 12, 14 und 16 oder zwischen den Positionen 18 und 20 oder 20 und 22 ein zufriedenstellendes Verhalten ergeben.
Die Steuerungslogik für die Steuerungseinrichtung 68 kann wie folgt zusammengefasst werden:

(a) Beim Ausrücken und innerhalb von +/– 10 % der neutralen Position 20 wird bedarfsweise ein Stangenwechsel (eine X-X-Bewegung) ausgelöst; und
(b) Beim Einrücken und innerhalb von +/– 10 % einer Stangenzielposition (12, 14 oder 16) wird bedarfsweise eine Gang einrückende Bewegung (Y-Y-Bewegung) ausgelöst.

Ein alternativer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in den 6A und 6B veranschaulicht. 6A veranschaulicht die gewöhnliche Bewegung eines Schaltfingers während eines 1-2-Schaltvorgangs. Falls die Toleranzen richtig vorgesehen sind, kann eine Schaltfingerbewegung wie diejenige, die in 6B veranschaulicht ist, verwendet werden. Die in der 6B veranschaulichte Bewegung vermeidet die völligen Stopps in der X-X- und/oder der Y-Y-Richtung und die damit verbundenen Energieverluste.
Demgemäß ist ersichtlich, dass eine neue und verbesserte Steuerung für eine X-Y-Schalteinrichtung geschaffen ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit einem gewissen Grad an Einzelheiten beschrieben ist, versteht es sich, dass die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform lediglich Beispielszwecken dient und dass zahlreiche Änderungen in Bezug auf die Form und im Detail möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu berühren, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Steuerungseinrichtung für eine X-Y-Schalteinrichtung mit einem ersten Motor (32), der eine X-X-Bewegung eines Schaltelementes (34) steuert, und einem zweiten Motor (36), der eine Y-Y-Bewegung des Schaltelementes längs eines H-förmigen Schaltschemas steuert, das eine neutrale Y-Y-Stellung (34) und eine oder mehrere X-X-Auswahlstellungen (12, 14, 16) enthält, einem ersten Motorcontroller (70) zur Steuerung des Betriebs des ersten Motors, einem zweiten Motorcontroller (72) zur Steuerung des Betriebs des zweiten Motors, wobei der erste und der zweite Motorcontroller eine voneinander unabhängige und simultane Steuerung des ersten und des zweiten Motors zulassen, Sensoren (32A, 36A) zur Erfassung einer Stellung des Schaltelementes, einem Systemcontroller (74), der dazu dient, Eingangssignale (76), einschließlich die Stellung des Schaltelementes kennzeichnender Signale, entgegenzunehmen und diese entsprechend logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlssignale (78), einschließlich Signale für den ersten und den zweiten Motorcontroller, auszugeben, wobei die logischen Regeln Regeln enthalten, die dazu dienen, einen gleichzeitigen Betrieb des ersten und des zweiten Motors herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, dass: ein erstes Band (84) der neutralen Y-Y-Stellung als ein vorbestimmter begrenzter Teil des Abstands zwischen einer eingerückten Y-Y-Stellung und der neutralen Y-Y-Stellung des Schaltelementes ausgewählt ist; ein zweites Band (92) einer X-X-Auswahlstellung als ein vorbestimmter begrenzter Teil des Abstands zwischen X-X-Auswahlstellungen des Schaltelementes ausgewählt ist; wobei die logischen Regeln Regeln zur Bewegung des Schaltelementes in einer Y-Y-Richtung und zur Einleitung einer erforderlichen X-X-Bewegung des Schaltelementes enthalten, wenn die erfasste Y-Y-Stellung des Schaltelementes innerhalb des ersten vorbestimmten Bandes (84) liegt; und wobei die logischen Regeln Regeln enthalten, die dazu dienen, eine erforderliche Y-Y-Bewegung des Schaltelementes einzuleiten, wenn die erfasste X-X-Stellung des Schaltelementes innerhalb des zweiten vorbestimmten Bandes (92) einer X-X-Zielauswahlstellung liegt.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Band ungefähr 5 % bis 10 % des Abstands (94) zwischen der eingerückten und der neutralen Y-Y-Stellung beträgt und das zweite Band ungefähr 5 % bis 10 % des Abstands (94) zwischen den X-X-Auswahlstellungen beträgt.