DE60032701T2

DE60032701T2 - Anfahrtssteuerung für ein servounterstütztes, manuell geschaltetes Splitter-Verbundgetriebe

Info

Publication number: DE60032701T2
Application number: DE60032701T
Authority: DE
Inventors: James Maurice Kalamazoo Walker
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: JP2001132830A; CN1291564A; DE60032701D1; EP1092894A3; EP1092894A2; US20020032100A1; EP1092894B1; US6463823B2; BR0004927A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Controller unterstütztes, manuell geschaltetes Fahrzeuggetriebesystem, das ein Verbundgetriebe der Split-Bauart enthält. Das System erfasst eine sehr niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Ausrückung der Hauptkupplung und eine Schaltung in den Hauptgruppenleerlauf und schaltet die Splitgruppe automatisch in den Leerlauf, wodurch ermöglicht wird, dass die Hauptgruppe in eine Zielanfahrgangstufe ohne übermäßigen Verschleiß an einer Kupplungsbremse oder der Notwendigkeit einer Kupplungsbremse eingerückt wird. Bei Erfassung der Vollendung der Hauptgruppenschaltung in eine Zielanfahrgangstufe wird die Splitgruppe veranlasst, in eine geeignete Split-Gangstufe einzurücken.
Insbesondere ist in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein synchronisiertes Verbundgetriebe einer Split- oder kombinierten Split-/Range-Bauart für Schwerlastfahrzeuge mit Steuerungen und Aktuatoren versehen, die zur manuell durchgeführten Schaltung der Anfahrgangstufe der Hauptgruppe dienen, ohne übermäßigen Verschleiß an oder die Verwendung einer Kupplungsbremse zu benötigen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Manuell geschaltete mechanische Verbundgetriebe der Range-, Split- und/oder kombinierten Range-/Split-Bauart sind in Schwerlastfahrzeugen weit verbreitet und aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, wie aus den US-Pa tentschriften Nr. 4 754 665, 5 272 929, 5 370 013 und 5 390 561, 5 546 823, 5 609 062 sowie 5 642 643 ersichtlich. Gewöhnlich enthalten derartige Getriebe eine Hauptgruppe, die unmittelbar oder ferngesteuert mittels eines manuellen Gangschalthebels geschaltet wird, sowie eine oder mehrere Hilfsgruppen, die mit dieser in Reihe verbunden sind. Die Hilfsgruppen werden meistens mittels eines abhängigen Slave-Aktuators geschaltet, der in Abhängigkeit von einer manuellen Betätigung eines oder mehrerer Haupt(Master)schalter gewöhnlich pneumatisch, hydraulisch, mechanisch und/oder elektrisch betrieben wird. Schaltsteuerungen für derartige Systeme sind aus den US-Patentschriften Nr. 4 455 883, 4 550 627, 4 899 607, 4 920 815, 4 974 468, 5 000 060, 5 272 931, 5 281 902, 5 222 404, 5 350 561 und 5 737 696 ersichtlich.
Split-Aktuatoren mit drei Stellungen und Getriebesysteme, die diese verwenden, sind in den US-Patentschriften Nr. 5 651 292 und 5 661 998 beschrieben.
Voll- oder teilautomatisierte Getriebesysteme, bei denen eine auf einem Mikroprozessor basierte elektronische Steuereinheit (ECU) Eingangssignale entgegennimmt, die verschiedene Systembetriebsbedingungen kennzeichnen, und diese gemäß logischen Regeln verarbeitet, um Ausgangsbefehlsignale an einen oder mehrere Systemaktuatoren auszugeben, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 361 060, 4 593 580, 4 595 986, 4 850 236, 5 435 212, 5 582 069, 5 582 558, 5 620 392, 5 651 292, 5 679 096, 5 682 790 und 5 735 771 ersichtlich.
US-Patentschrift 4 527 446 beschreibt ein vollautomatisiertes Sperrgetriebe, bei dem die Hauptgruppe während jeder Schaltung automatisch in den Hauptgruppenleerlauf geschaltet wird.
EP 0 867 643 beschreibt ein teilautomatisiertes System zur Schaltungsdurchführung für ein manuell geschaltetes Verbundgetriebe mit einem Ausgang der Split-Bauart. Das System erfasst einen Leerlaufzustand der Hauptgetriebegruppe, einen ausgerückten Zustand der Hauptkupplung und einen Zielgang und veranlasst automatisch die Split-Kupplung auszurücken, bis die Hauptgruppe wieder eingerückt ist, und den Systemmotor, eine zum Einrücken der Zielgangstufe im Wesentlichen synchrone Drehzahl zu erreichen oder um diese herum zu schwanken. In einer Ausführungsform wird während eines mittels eines Schalthebels veranlassten Hochschaltvorgangs der Hauptgruppe, falls sowohl die Hauptgruppe als auch die Hauptkupplung beide ausgerückt sind, zusätzlich zu dem Befehl, dass eine Motordrehzahl eine für eine Zielgangstufe synchrone Drehzahl einnimmt, die Split-Kupplung in einer für die Zielgangstufe geeignete Split-Gangstufe eingerückt und eine Eingangswellenbremse angewandt, um zu veranlassen, dass die Eingangswellendrehzahl gleich einer im Wesentlichen synchronen Drehzahl ist.
Kupplungsbremsen, die auch als Anfahrbremsen bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus der US-Patentschrift 5 713 443 ersichtlich. Kupplungsbremsen werden dazu verwendet, die schnelle Drehung der Getriebeeingangswelle, die durch die Massenträgheit und/oder eine zufällige Kupplungseinrückung, wenn die Hauptkupplung vollständig ausgerückt ist, bewirkt wird, abzubremsen, um ein Einrücken einer Anfahrgangstufe bei einem angehaltenen oder im Wesentlichen angehaltenen Fahrzeug zu ermöglichen. In manuellen Systemen wird eine Betätigung der Kupplungsbremse häufig durch einen Durchhub bzw. ein Durchtreten des Kupplungspedals bewerkstelligt.
Die Beschaffung, der Einbau, die Instandhaltung und/oder Einstellung einer Kupplungsbremse kann beträchtliche Zeit und beträchtlichen Aufwand umfassen. Die Kupplungsbremse kann als eine Hochschaltbremse missbraucht werden, um schnellere dynamische Hochschaltungen zu ermöglichen, die einen erhöhten Verschleiß und/oder eine Beschädigung an der Kupplungsbremse zur Folge haben können.
Um die obigen Unzulänglichkeiten zu mindern, weist das Fahrzeugverbundgetriebesystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 7 auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Rechner oder Computer unterstütztes mechanisches Verbundgetriebesystem, bei dem die Hauptgruppe mit Klauenkupplungen versehen ist und mittels eines von Hand gesteuerten Gangschalthebels geschaltet wird, während der Motor mit Kraftstoff beliefert wird und/oder die Hilfsgruppen durch Aktuatoren geschaltet werden, die wenigstens teilweise durch eine ECU gesteuert sind, um das Schalten zu verbessern. Die ECU verwendet erfasste und/oder berechnete Eingangssignale, die Systembetriebsparameter kennzeichnen, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Zustand der Hauptkupplung, die Position und/oder die Änderungsrate der Position des Gangschalthebels, die eingerückte Gangstufe, Motordrehzahl, Ausgangswellendrehzahl und/oder Fahrpedalstellung, um eine Schaltung durch Steuerung des drei Stellungen aufweisenden Split-Schaltaktuators und vorzugs weise ferner der Motorkraftstoffbelieferung und/oder des Betriebs des Range-Schaltaktuators zu unterstützen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik durch die Schaffung eines Steuerungsverfahrens/-systems auf ein Minimum reduziert oder überwunden, das Logikregeln oder einen Algorithmus enthält, die bzw. der eine Anzahl von Eingangssignalen verwenden bzw. verwendet, um zu bestimmen, wann sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, die Hauptkupplung ausgerückt ist und die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf steht, und um automatisch zu veranlassen, dass die Splitgruppe in den Splitgruppenleerlauf geschaltet wird. Dies minimiert den Verschleiß an und/oder den Bedarf nach einer Kupplungsbremse durch Verringerung der Massenträgheit der umlaufenden Elemente, die durch die Klauenkupplungen der Hauptgruppe angekuppelt sind, wodurch ermöglicht wird, dass die Hauptgruppe deutlich außerhalb der Synchronität in eine Anfahrgangstufe eingerückt wird, während kein unzulässiges Maß an Verschleiß oder Härte für den Fahrzeugführer verursacht wird.
Durch Verwendung der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung können Verschleiß, Missbrauch und Beschädigung der Kupplungsbremse auf ein Minimum reduziert oder die Notwendigkeit einer Kupplungsbremse beseitigt werden. Dies ergibt Einsparungen bei den Einführungskosten und den Einbau-, Instandhaltungs- und/oder Anpassungskosten.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ECU-Unterstützung für eine verbesserte Schaltung eines mechanischen Verbundgetriebes der Split-Bauart in eine Anfahrgangstufe bei minimaler oder keiner Anforderung für eine Kupplungsbremse zu erzielen.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus einem Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines ECU-unterstützten, nicht synchronisierten mechanischen Verbundgetriebesystems der Splitbauart, das vorteilhafterweise die Steuerungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des mechanischen Verbundgetriebes nach 1.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussdiagramms.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Rechner oder Computer unterstütztes (d. h. auf einem Mikroprozessor basiertes, durch eine Steuerungseinrichtung unterstütztes) mechanisches Fahrzeugverbundgetriebesystem 10, das besonders gut dazu geeignet ist, die Schaltsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden, ist aus den 1–2 ersichtlich, auf die Bezug genommen wird.
Das System 10 ist von der Bauart, wie sie gewöhnlich in Schwerlastfahrzeugen, beispielsweise herkömmlichen Zug maschinen von Sattelkraftfahrzeugen mit Sattelschleppern und Sattelanhängern, verwendet wird, und enthält einen Motor, gewöhnlich einen Dieselmotor 12, eine Hauptreibungskupplung 14, die in einem Kupplungsgehäuse untergebracht ist, ein mehrgängiges Verbundgetriebe 16 und eine (nicht veranschaulichte) Antriebsachsanordnung. Das Getriebe 16 enthält eine Ausgangswelle 20, die über ein Kardangelenk mit einer Fahrzeugantriebswelle antriebsmäßig gekuppelt ist, um die Antriebsachsanordnung anzutreiben. Das Getriebe 16 ist in einem Getriebegehäuse untergebracht, auf das das Gangschaltungsgehäuse der Gangschalthebeleinrichtung 30 unmittelbar montiert ist. Das vorliegende System ist gleichfalls auf entfernt angebrachte Gangschalthebel anwendbar, wie sie bei Fahrzeugen mit oberhalb des Motors angeordneter Fahrerkabine (Cab-Over-Engine Type) gebräuchlich sind.
Während das System 10 in Zusammenhang mit einem manuell geschalteten Gangschalthebel und einem vom Fahrzeugführer betätigten Kupplungspedal veranschaulicht ist, dient dies lediglich Anschauungszwecken und soll nicht im beschränkenden Sinne aufgefasst werden.
Gewöhnlich weist die Gangschalthebeleinrichtung 30 einen (nicht veranschaulichten) Schaltfinger oder dergleichen auf, der nach unten in einen Gangschaltmechanismus, etwa eine Mehrschienen-Schaltstangengehäuseeinrichtung oder eine Einschaltwelleneinrichtung, eingreift, wie dies an sich bekannt und in den vorgenannten US-Patentschriften 4 455 883, 4 550 627, 4 920 815 und 5 272 931 veranschaulicht ist.
Die Schaltung des Getriebes 16, das eine in Reihe mit einer Hilfsgruppe 16B geschaltete, nicht synchronisierte Hauptgruppe 16A aufweist, wird durch das Kraftfahrzeugge triebesystem 10 halbautomatisch durchgeführt/unterstützt. Die Hauptgruppe 16A enthält eine Eingangswelle 26, die betriebsmäßig mit der Antriebs- oder Kurbelwelle 28 des Fahrzeugmotors 12 über eine Hauptkupplung 14 gekuppelt ist, während eine Ausgangswelle 20 der Hilfsgetriebegruppe 16B üblicherweise mittels einer Antriebswelle 24 mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs betriebsmäßig gekuppelt ist. Die Hilfsgruppe 16B ist von der Split-Bauart, vorzugsweise einer kombinierten Range- und Split-Bauart, wie sie in den US-Patentschriften 4 754 665 und 5 390 561 beschrieben ist.
Die bei der Hauptgetriebegruppe 16 zur Verfügung stehenden Gangstufen können von Hand dadurch ausgewählt werden, dass der Gangschalthebel entsprechend dem Schaltschema positioniert wird, das vorgeschrieben ist, um die bestimmte gewünschte Gangstufe einzulegen.
Das System kann Sensoren 30 (zur Erfassung der Motordrehzahl (ES)), 32 (zur Erfassung der Eingangswellendrehzahl (IS)) und 34 (zur Erfassung der Ausgangswellendrehzahl (OS)) und zur Abgabe hierfür kennzeichnender Signale aufweisen. Wie an sich bekannt, gilt bei eingelegter Kupplung 14 (d. h. kein Schlupf) und bei in einer Gangstufe mit bekannter Übersetzung stehendem Getriebe: ES = IS = OS·GR (vgl. US-Patentschrift 4 361 060). Demgemäß können bei eingerückter Kupplung 14 die Motordrehzahl und die Eingangswellendrehzahl als zueinander gleich betrachtet werden. Der Eingangswellendrehzarlsensor 32 kann weggelassen werden, und die Motordrehzahl (ES), wie sie von einem Sensor erfasst oder über einen Datenlink (DL) entnommen wird, kann dafür eingesetzt werden. Wie ferner bekannt ist, ist die Drehzahl (OS) der Ausgangswelle 20 für die Fahrzeuggrundgeschwindigkeit kennzeichnend.
Der Motor 12 ist elektronisch gesteuert, wozu ein elektronischer Controller 36 vorhanden ist, der über einen elektronischen Datenlink (DL) kommuniziert, der unter einem Industriestandardprotokoll, wie SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder dergleichen, arbeitet. Die Fahrpedal-/Drosselstellung (Anforderung durch den Fahrer) ist ein zweckmäßiger Parameter zur Wahl der Schaltpunkte und bei anderen Steuerlogiken. Es kann ein (nicht veranschaulichter) eigener Fahrpedal-/Drosselstellungssensor vorgesehen sein, oder die Fahrpedal-/Drcsselklappenstellung (THL) kann aus dem Datenlink entnommen werden. Über den Datenlink stehen auch das Bruttomotordrehmoment (T_E _G) und das allgemeine Motorreibungsdrehmoment (T_BEF) zur Verfügung.
Ein Fahrer betätigtes Kupplungspedal 40 steuert die Hauptkupplung 14, während ein Sensor 42 ein Signal (CL) liefert, das den eingerückten oder ausgerückten Zustand der Kupplung anzeigt. Der Zustand der Kupplung kann auch dadurch bestimmt werden, dass die Motordrehzahl mit der Eingangswellendrehzahl verglichen wird, falls beide Signale zur Verfügung stehen. Ein Hilfsgruppenaktuator 44, der einen Range-Schaltaktuator und einen Split-Aktuator 46 aufweist, ist dazu vorgesehen, die Range-Kupplung und die Kupplung der Split-Gruppe gemäß Ausgangsbefehlsignalen von der ECU 48 zu betätigen.
Eine Kupplungsbremse 27 kann dazu verwendet werden, wahlweise die Drehzahl der Eingangswelle 26 zu verlangsamen. Kupplungsbremsen sind gewöhnlich Reibvorrichtungen mit verhältnismäßig geringer Kapazität, die automatisch oder durch einen Durchhub bzw. ein Durchdrücken des Kupplungspedals betätigt werden. Die Kupplungsbremse ist zur Verwendung während des Einrückens einer Anfahrgangstufe bei im Stillstand befindlichem Fahrzeug vorgesehen.
Das Kupplungspedal 40 weist einen normalen Bereich des Hubs 40A zum Einrücken und Ausrücken der normalerweise eingerückten Kupplung 14 sowie einen Durchhubbereich 40B auf, durch den der Fahrer einen Betrieb der Kupplungsbremse 27 auswählen kann. Ein mechanischer Schalter 40C kann dazu verwendet werden, den Durchhub des Kupplungspedals 40 zu erfassen.
Das System enthält eine Steuereinheit oder ECU 48, vorzugsweise eine auf einem Mikroprozessor basierende Steuereinheit von der Art, wie sie in den US-Patentschriften Nr. 4 595 986, 4 361 056 und 5 335 566 veranschaulicht ist, die dazu dient, Eingangssignale 68 entgegenzunehmen und diese gemäß vorbestimmten logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlsignale 70 an Systemaktuatoren, wie beispielsweise den Split-Gruppen-Aktuator 46, den Motorcontroller 36, den Range-Schaltaktuator und/oder eine Anzeige, abzugeben. Es kann ein gesonderter Systemcontroller verwendet werden, oder aber es kann auch die über einen elektronischen Datenlink kommunizierende Motorsteuereinrichtung, ECU 36, benutzt werden.
Wie in den vorerwähnten US-Patentschriften Nr. 5 651 292 und 5 661 998 dargelegt, ist der Split-Aktuator 46 vorzugsweise eine Dreistellungs-Vorrichtung, die eine wählbare und aufrechterhaltbare Split-Gruppen-Leerlaufstellung ermöglicht. Alternativ kann ein „Pseudo"-Leerlauf des Splitters dadurch erreicht werden, dass der Split-Aktuator ent regt wird, wenn die Split-Kupplung in einer nicht eingerückten Zwischenstellung steht.
Der Aufbau des synchronisierten Getriebes 16 in der kombinierten Range- und Split-Bauart mit 10 Vorwärtsgängen ist schematisch in 2 dargestellt. Getriebe dieser generellen Art sind in den vorerwähnten US-Patentschriften Nr. 5 000 060, 5 370 013 und 5 390 561 offenbart.
Das Getriebe 16 enthält eine synchronisierte Hauptgruppe 16A und eine Hilfsgruppe 16B, die beide in einem Gehäuse untergebracht sind, das eine vordere Stirnwand 16C, die durch das Kupplungsgehäuse gebildet sein kann, und eine hintere Stirnwand 16D aufweist, jedoch (bei dieser speziellen Ausführungsform) keine Zwischenwand enthält.
Die Eingangswelle 26 trägt ein drehfest an dieser angebrachtes Eingangszahnrad 76. Die Hauptwelle 82 trägt synchronisierte Hauptwellenkupplungen 84 und 86 sowie die Hauptwellen-Split-Kupplung 88. Es sind (nicht veranschaulichte) Schaltgabeln zum Schalten der Kupplungen 84 und 86 vorgesehen, und diese werden durch einen Gangschalthebel 31 gesteuert, der auf die Schalteinrichtung 32 einwirkt. Die Hauptwelle 82 ist bezüglich der Eingangswelle 26 und der Ausgangswelle 20 unabhängig verdrehbar und vorzugsweise frei, eine begrenzte Radialbewegung relativ zu diesen auszuführen.
Wie allgemein bekannt ist, sind die Kupplungen 84 und 86 zweiseitig wirkende Vorrichtungen, die aus deren mittleren Stellungen heraus vor und zurück bewegbar sind, um eine gewählte Gangstufe der Hauptgruppe einzurücken. Beispielsweise ist eine erste Klauenkupplung 84A durch eine erste Gruppe Klauenzähne 84B gebildet, die von dem linken Ende des Kupplungsglieds 84 getragen sind und die mit einer zweiten Gruppe Klauenzähne 84C in Eingriff bringbar sind, die von dem Eingangszahnrad 78 getragen sind.
Die Hauptgruppe 16A enthält zwei im Wesentlichen gleiche Hauptgruppenvorgelegewelleneinrichtungen 84, von denen jede eine Hauptgruppenvorgelegewelle 96 aufweist, die drehfest aufgesetzte Vorgelegewellenzahnräder 98, 100, 102, 104 und 106 trägt. Die Zahnradpaare 98, 102, 104 und 106 stehen in Dauereingriff mit dem Eingangszahnrad 76, den Hauptwellenzahnrädern 108 und 110 bzw. einem (nicht veranschaulichten) leerlaufenden Zwischenzahnrad, das mit einem Rückwärtsgang-Hauptwellenzahnrad 112 kämmend in Eingriff steht. Das Vorgelegewellenzahnrad 100 ist zum Antrieb einer PTO (Abtriebseinrichtung, Zapfwelle) oder dergleichen bestimmt.
Die Hilfsgruppe 16B des Getriebes 16 enthält eine Split-Gruppe 16E und eine Range-Gruppe 16F. Die Hilfsgruppe 16B enthält zwei im Wesentlichen gleiche Hilfsvorgelegewelleneinrichtungen 114, von denen jede eine Hilfsvorgelegewelle 116 aufweist, die mit ihr umlaufende Hilfsvorgelegewellenzahnräder 118, 120 und 122 trägt. Die Hilfsvorgelegewellenzahnradpaare 118, 120 und 122 stehen in Dauereingriff jeweils mit dem Split-Zahnrad 124, dem Split-/Range-Zahnrad 126 bzw. dem Range-Zahnrad 128. Die Split-Kupplung 88 ist drehfest mit der Hauptwelle 82 verbunden, um wahlweise entweder das Zahnrad 124 oder das Zahnrad 126 mit dieser zu kuppeln, während eine synchronisierte Range-Kupplung 130 an der Ausgangswelle 20 fixiert ist, um wahlweise entweder das Zahnrad 126 oder das Zahnrad 128 an diese anzukuppeln.
Die Split-Klauenkupplung 88 ist eine zweiseitig wirkende, nicht synchronisierte Kupplungseinrichtung, die wahlweise in die äußerst rechte oder die äußerst linke Stellung, um das Zahnrad 126 bzw. das Zahnrad 124 an die Hauptwelle 82 anzukuppeln, oder in eine Zwischenstellung positioniert werden kann, in der weder das Zahnrad 124 noch das Zahnrad 126 mit der Hauptwelle gekuppelt ist. Die Split-Klauenkupplung 88 wird mittels einer Schaltgabel 98 axial positioniert, die durch einen Dreistellungsaktuator, etwa einen Kolbenaktuator, gesteuert ist, der auf einen Fahrer betätigten Wahlschalter, wie einen Druckknopf oder dergleichen auf dem Schalthebelknauf, wie dies beim Stand der Technik bekannt ist, und auf Steuersignale von der ECU 48 anspricht (vgl. US-Patentschrift 5 661 998). Die zwei Stellungen aufweisende, synchronisierte Range-Kupplungseinrichtung 130 ist eine Zweistellungskupplung, die wahlweise entweder in ihre ganz rechts liegende oder ganz links liegende Stellung positioniert werden kann, um wahlweise entweder das Zahnrad 128 oder das Zahnrad 126 an die Ausgangswelle 20 anzukuppeln. Die Kupplungseinrichtung 130 wird mittels einer (nicht dargestellten) Schaltgabel positioniert, die mittels einer Zweistellungs-Kolbenvorrichtung betätigt wird. Jeder Kolbenaktuator kann durch einen funktionsmäßig gleichwirkenden Aktuator, etwa einen Kugelspindelmechanismus, einen Kugelrampenmechanismus oder dergleichen, ersetzt werden.
Durch gezielte axiale Positionierung sowohl der Split-Kupplung 88 als auch der Range-Kupplung 130 in deren jeweilige vordere oder hintere Axialstellung können vier voneinander verschiedene Übersetzungsverhältnisse der Hauptwellendrehbewegung zur Ausgangswellendrehbewegung eingestellt werden. Demgemäß ist die Hilfsgetriebegruppe 16B eine drei Schaltebenen aufweisende Hilfsgruppe der kombinierten Range- und Split-Bauart, die vier wahlweise wählbare Gangstufen oder Antriebsübersetzungen zwischen ihrem Eingang (Hauptwelle 82) und ihrem Ausgang (Ausgangswelle 20) liefert. Die Hauptwelle 16A hat einen Rückwärtsgang und drei wahlweise wählbare Vorwärtsgänge. Einer der wählbaren Hauptgruppenvorwärtsgänge, nämlich die dem Hauptwellenzahnrad 110 zugeordnete untere Gangstufe, wird jedoch in dem hohen Range-Bereich nicht benutzt. Demgemäß wird das Getriebe 16 richtigerweise als ein „(2 + 1) × (2 × 2)"-Getriebe bezeichnet, das abhängig davon, ob ein Splitten der unteren Gangstufe erwünscht und praktikabel ist, neun oder zehn wählbare Vorwärtsgänge aufweist.
Vorzugsweise wird die Split-Schaltung des Getriebes 16 in Abhängigkeit von der Auslösung durch einen Fahrer betätigten Split-Druckknopf oder dergleichen, gewöhnlich einen an dem Gangschalthebelknauf angeordneten Druckknopf, durchgeführt, während die Betätigung der Range-Kupplungsgangschalteinrichtung automatisch in Abhängigkeit von einer Bewegung des Gangschalthebels zwischen der mittleren und den äußerst rechts liegenden Gassen des Schaltschemas erfolgt, wie dies in 2 veranschaulicht ist. Alternativ kann die Split-Umschaltung auch automatisiert sein (vgl. US-Patentschrift 5 435 212). Range-Schaltvorrichtungen dieser allgemeinen Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und können aus den oben erwähnten US-Patentschriften Nr. 3 429 202, 4 455 883, 4 561 325 und 4 663 725 entnommen werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Schaltknauf einen Sensor oder einen Schaltabsichtsdruckknopf, mit dem der Fahrer anzeigt, dass er beabsichtigt, einen Schaltablauf mit dem Gangschalthebel auszulösen. Beim Empfang des Schaltabsichtssignals gibt die Steuerungseinrichtung Befehle an den Motorcontroller, um die Drehmoment induzierte Schaltblockade durch Steuerung der Kraftstoffbelieferung aufzuheben, und möglicherweise an den Hilfsgruppenaktuator ab, um die erforderliche Split-Umschaltung vorzuwählen. Dies ermöglicht ein einfaches Schalten aus der eingelegten Gangstufe heraus in den Leerlauf, ohne dass eine Betätigung des Fahrpedals oder ein Trennen der Kupplung durch den Fahrer erforderlich ist. Ein Motorbetrieb zur Aufhebung der Drehmoment induzierten Schaltblockade, ohne die Kupplung ausrücken zu müssen, ist in den oben erwähnten US-Patentschriften Nr. 4 850 236 und 5 105 357 in größeren Einzelheiten beschrieben.
Wenngleich die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einer Ausführungsform eines Verbundgetriebes veranschaulicht ist, das keine Zwischenwand aufweist, so kann die vorliegende Erfindung auch auf Getriebe der Bauweise angewandt werden, wie sie in den vorerwähnten US-Patentschriften Nr. 4 754 665, 5 193 410 und 5 368 145 veranschaulicht sind.
Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und wie detaillierter in der vorerwähnten US-Patentschrift 5 651 292 beschrieben, weisen die in Eingriff bringbaren Kupplungszähne, die an der Split-Kupplung 88 und an dem Split-Zahnrad 124 sowie an dem Split-/Range-Zahnrad 126 vorgesehen sind, ein relativ großes Zahnflankenspiel auf (d. h. ein Spiel von ungefähr 0,51–1,52 mm (0,020–0,060 Zoll) bei einer Kupplung mit einem Teilkreisdurchmesser von 91,4 mm (3,6 Zoll)), das si cherstellt, dass nahezu jede unter voller Kraft versuchte Split-Umschaltung zu Ende geführt wird.
Die Kupplung 88 wird durch eine Schaltgabel 98 bewegt, die an einer Kolbenstange der Kolbenaktuatoreinrichtung 44 befestigt ist. Die Aktuatoreinrichtung 44 kann ein üblicher Dreistellungsaktuator (vgl. US-Patentschrift Nr. 5 054 591) oder ein Aktuator der in den US-Patentschriften Nr. 5 682 790 oder 5 661 998 veranschaulichten Bauweise sein, bei dem eine Pulsweitenmodulation einer wahlweise mit Druck beaufschlagten und entlüfteten Kammer 144 dazu verwendet werden kann, die drei Split-Stellungen (L, N, H) der Schaltgabel einzustellen.
Vorzugsweise ist der Split-Kupplungsaktuator 44 in der Lage, eine veränderliche Kraft, beispielsweise durch Pulsweitenmodulation des Versorgungsdrucks, auszuüben. Eine Kraft, die kleiner ist als die volle Kraft, kann beim Ausrückvorgang und/oder dann verwendet werden, wenn synchrone Bedingungen nicht verifiziert werden können.
Die Position des Gangschalthebels oder eines sonstigen von diesem gesteuerten Schaltmechanismus kann durch eine Stellungssensorvorrichtung erfasst werden. Im Stand der Technik sind verschiedene Stellungsfühleinrichtungen bekannt, wobei eine bevorzugte Bauweise in der US-Patentschrift 5 743 143 veranschaulicht ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn erfasst wird, dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, die Hauptkupplung ausgerückt ist und die Hauptgruppe im Leerlauf steht, die Split-Gruppe in den Split-Leerlauf geschaltet und darin gehalten. Nachdem die Hauptgruppe in eine ge eignete Anfahrgangstufe eingerückt worden ist, wird die Split-Gruppe in die geeignete Split-Gangstufe geschaltet.
Wenn sowohl die Hauptgruppe 16A als auch die Split-Gruppe 16B im Leerlauf stehen, ist die Hauptwelle von der Eingangswelle 26 und zugehörigem Räderwerk (Zahnräder 76, 98, 102, 104, 106, 108, 110 und 112) abgekuppelt und auch von der Ausgangswelle 20 sowie dieser zugeordnetem Räderwerk (Zahnräder 118, 120, 122, 124, 126 und 128) getrennt.
Falls der Splitter die Hauptwelle 82 nicht von der Fahrzeuglast trennen würde, würden die Kupplungen der Massenträgheit der Vorgelegewellen, des Räderwerks, der Eingangswelle und bestimmter Hauptkupplungskomponenten ausgesetzt sein. Diese Trägheit würde ungefähr 0,28 Nm/s² (0,21 Fußpfund/Sekunde²) betragen, während bei der vorliegenden Erfindung die Trägheit der Hauptwelle, der Hauptwellendichtungen und der durch die Hauptwelle getragenen Teile der Synchronisiereinrichtungen lediglich ungefähr 9,5·10^–3Nm/s² (0,007 Fußpfund/Sekunde²) ausmacht.
Mit einer eine verhältnismäßig geringe Massenträgheit aufweisenden Hauptwelle kann eine Klauenkupplung der Hauptgruppe, die einer Zielanfahrgangstufe zugeordnet ist, deutlich außerhalb der Synchronität eingerückt werden, ohne dass ein unzulässiger Verschleiß, eine Beschädigung oder Härte bewirkt wird. Demgemäß wird die Notwendigkeit einer Kupplungsbremse 27 auf ein Minimum reduziert oder beseitigt.
Wie bekannt ist (vgl. US-Patentschrift 5 052 535) ist die zulässige relative Drehzahl, bei der die formschlüssigen Kupplungen ordnungsgemäß in Eingriff kommen (es also zu einem ausreichenden Eindringen der Kupplungszähne kommt) von dem gesamten wirksamen Spiel in dem Kupplungssystem direktproportional abhängig.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, und wie in der US-Patentschrift 5 651 292 ausführlicher beschrieben, deren Offenbarung hiermit durch ausdrücklichen Verweis mit aufgenommen ist, weisen die in Eingriff bringbaren Kupplungszähne, die an wenigstens der Kupplung 86 und dem Zahnrad 110 vorgesehen sind, ein relativ großes Zahnflankenspiel auf (d. h. ein Spiel von ungefähr 0,51–1,52 mm (0,020–0,060 Zoll) bei einer Kupplung mit einem Teilkreisdurchmesser von "91,4 mm (3,6 Zoll)), das sicherstellt, dass nahezu jede versuchte Schaltung zu Ende geführt wird. Dies führt nicht zu übermäßig rauen Gangschaltungen, da, nachdem sich die Hauptgetriebegruppe und die Split-Gruppe im Leerlauf befinden, die Hauptwelle 82 weder mit der Eingangswelle 26 und zugehörigem Räderwerk (den Zahnrädern 76, 98, 102, 104, 106, 108, 110 und 112) noch mit der Ausgangswelle 20 und dieser zugeordnetem Räderwerk (den Zahnrädern 118, 120, 122, 124, 126 und 128) verbunden ist.
Bei einer Erfassung, dass die Hauptgruppe in einer ausgewählten Gangstufe eingerückt ist, veranlasst der Controller 48, dass die Split-Gruppe 16E in die geeignete Split-Gangstufe eingerückt wird. Die geeignete Gangstufe kann aus den Wellendrehzahlen, der erfassten Gangschalthebelstellung und/oder aus Signalen eines Schalters ermittelt werden, der Auf-/Ab- und/oder Splitter-Hoch-/Splitter-Niedring-Schaltsignale liefern kann.
Die erfindungsgemäße Steuerung ist in Form eines Flussdiagramms aus 3 ersichtlich, auf die Bezug genommen wird.
Demgemäß ist ersichtlich, dass eine neue und verbesserte Schaltsteuerung für ein hilfsunterstütztes mechanisches Verbundgetriebe der Split-Bauart geschaffen ist, die den Bedarf nach einer Kupplungsbremse reduziert oder eliminiert.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit einem gewissen Grad an Einzelheiten beschrieben worden ist, ist es verständlich, dass die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform lediglich Beispielszwecken dient und dass zahlreiche Veränderungen in Bezug auf die Form und im Detail möglich sind, ohne dass dadurch der Schutzumfang der Erfindung berührt wird, wie er hier nachfolgend beansprucht ist.

Claims

Fahrzeugverbundgetriebesystem (10), zu dem gehören: ein mechanisches Verbundgetriebe (16) der Split-Bauart mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle mit einem Motor (12) über eine Hauptreibungskupplung (14) verbunden ist, wobei das Getriebe eine Hauptgetriebegruppe (16A) aufweist, die mit einer Hilfsgruppe (16B) der Split-Bauart in Reihe verbunden ist, wobei die Hauptgetriebegruppe mehrere wählbare Gangstufen aufweist, die durch Klauenkupplungen in Eingriff bringbar sind, wobei die Hilfsgetriebegruppe (16B) zwischen der Hauptgetriebegruppe (16A) und der Ausgangswelle eingefügt ist; ein Split-Aktuator (46), der dazu dient, wahlweise zu veranlassen, dass die Split-Gruppe in eine aus einer ersten Split-Gangstufe, einer zweiten Split-Gangstufe und einer Split-Leerlaufstellung ausgewählte Stufe bzw. Stellung geschaltet wird; und ein Controller (48, 36), der dazu dient, Eingangssignale (68) entgegenzunehmen und diese gemäß logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlsignale (70) an Systemaktuatoren, einschließlich des Split-Aktuators (44), auszugeben, wobei die logischen Regeln Regeln enthalten, die dazu dienen, die Fahrzeuggeschwindigkeit (OS), den eingerückten oder ausgerückten Zustand der Hauptkupplung und eine Schaltung in eine Gangstufe der Hauptgetriebegruppe sowie in den Leerlauf der Hauptgetriebegruppe zu erfassen und eine Split-Umschaltung in den Leerlauf nur dann zuzulassen, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als ein bestimmter Referenzwert, und die wirksam sind, um bei einer Erfassung, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als der Referenzwert, dass die Hauptkupplung ausgerückt ist und einer Schaltung in den Leerlauf der Hauptgetriebegruppe zu veranlassen, dass die Split-Gruppe in die Split-Leerlaufstellung geschaltet wird.
System nach Anspruch 1, wobei die logischen Regeln ferner logische Regeln zur Bestimmung einer geeigneten einzurückenden Gangstufe der Split-Gruppe sowie Regeln enthalten, die dazu dienen, eine Einrückung der geeigneten einzurückenden Gangstufe der Split-Gruppe zu veranlassen, sobald erfasst ist, dass eine Gangstufe der Hauptgetriebegruppe eingerückt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Hauptgetriebegruppe mittels eines Gangschalthebels (30) von Hand geschaltet wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Referenzwert kleiner ist als 4,8 km/h (3 MPH).
System nach Anspruch 1, wobei der Referenzwert ungefähr 0 km/h (0 MPH) beträgt.
System nach Anspruch 1, wobei die logischen Regeln Regeln zur Bestimmung der Motordrehzahl enthalten und wobei zur Veranlassung einer Schaltung der Split-Gruppe in den Split-Leerlauf eine Erfassung erforderlich ist, dass die Motordrehzahl größer als null ist.
Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugverbundgetriebesystems (10), zu dem gehören: ein mechanisches Verbundgetriebe (16) der Split-Bauart mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle mit einem Motor (12) über eine Hauptreibungskupplung (14) verbunden ist, wobei das Getriebe eine Hauptgetriebegruppe (16A) aufweist, die mit einer Hilfsgruppe (16B) der Split-Bauart in Reihe verbunden ist, wobei die Hauptgetriebegruppe mehrere wählbare Gangstufen aufweist, die durch Klauenkupplungen eingeschaltet werden können, wobei die Hilfsgetriebegruppe (16B) zwischen der Hauptgetriebegruppe (16A) und der Ausgangswelle (20) eingefügt ist; ein Split-Aktuator (46), der dazu dient, wahlweise zu veranlassen, dass die Split-Gruppe in eine aus einer ersten Split-Gangstufe, einer zweiten Split-Gangstufe oder einer Split-Leerlaufstellung ausgewählte Stufe bzw. Stellung geschaltet wird; und ein Controller (48, 36), der dazu dient, Eingangssignale (68) entgegenzunehmen und diese gemäß logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlsignale (70) an Systemaktuatoren, einschließlich des Split-Aktuators (44), auszugeben, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit (OS), des eingerückten oder ausgerückten Zustands der Hauptkupplung und einer Schaltung in eine Gangstufe der Hauptgetriebegruppe sowie in den Leerlauf der Hauptgetriebegruppe und Zulassung einer Split-Schaltung in den Leerlauf nur dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als ein bestimmter Referenzwert; bei einer Erfassung, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als der Referenzwert, die Hauptkupplung ausgerückt ist und eine Schaltung in den Leerlauf der Hauptgetriebegruppe stattfindet, Veranlassen, dass die Splitgruppe in die Split-Leerlaufstellung geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die Schritte aufweist, dass eine geeigneterweise einzurückende Gangstufe der Split-Gruppe ermittelt und eine Einrückung der geeigneterweise einzurückenden Gangstufe der Split-Gruppe veranlasst wird, sobald erfasst wird, dass eine Gangstufe der Hauptgetriebegruppe eingerückt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Referenzwert kleiner ist als 4,8 km/h (3 MPH).
Verfahren nach Anspruch 7, das den zusätzlichen Schritt der Bestimmung der Motordrehzahl aufweist, wobei der Schritt der Veranlassung einer Schaltung der Split-Gruppe in den Split-Leerlauf eine Erfassung erfordert, dass die Motordrehzahl größer ist als null.