DE60118440T2

DE60118440T2 - Start- und antriebsstrangstossschutz-steuerverfahren und -system

Info

Publication number: DE60118440T2
Application number: DE60118440T
Authority: DE
Inventors: A. Thomas Dearborn GENISE
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2021-11-17
Also published as: KR20030051837A; DE60118440D1; WO2002042108A1; CN1280124C; BR0115670A; AU2002223926A1; JP2004514106A; CN1474756A; EP1335841B1; HUP0302082A3; BR0115670B1; EP1335841A1; PL361386A1; US6394931B1; HUP0302082A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren/-system zur Steuerung eines Fahrzeugstarts (d.h. eines Fahrzeuganfahrvorgangs) in einem wenigstens teilweise automatisierten mechanischen Getriebesystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Steuerung eines Startvorgangs in einem automatisierten mechanischen Fahrzeuggetriebesystem, bei dem das System einen Fahrzeugstart kennzeichnende Bedingungen, beispielsweise eine sehr niedrige Fahrzeuggrundgeschwindigkeit und eine weniger als voll eingerückte Hauptkupplung, erfasst und eine maximale Motordrehzahl begrenzt, bis eine im Wesentlichen vollständige Kupplungseinrückung erfasst wird.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Voll- oder teil automatisierte mechanische Getriebesysteme für Fahrzeuganwendungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 361 060, 4 648 290, 4 722 248, 4 850 236, 5 389 053, 5 487 004, 5 435 212 und 5 755 639 ersichtlich.
Steuerungen für automatisierte mechanische Getriebesysteme, insbesondere solche, in denen eine dynamische Schaltung unter Aufrechterhaltung der Hauptkupplung im eingerückten Zustand bewerkstelligt wird und/oder in denen die Hauptkupplung vom Fahrzeugführer gesteuert ist und lediglich zum Starten oder Stoppen des Fahrzeugs ausgerückt wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 576 065, 4 916 979, 5 335 566, 5 425 689, 5 272 939, 5 479 345, 5 533 946, 5 582 069, 5 582 558, 5 620 392, 5 489 247, 5 490 063 und 5 509 867 ersichtlich, auf die Bezug genommen wird.
Die Systeme nach dem Stand der Technik, insbesondere die herkömmlichen Systeme mit vom Fahrzeugführer gesteuerten Kupplungspedalen, die zum Starten verwendet werden, bieten die Möglichkeit eines falschen Gebrauchs des Antriebsstrangs, wenn der Fahrer beim Starten das Fahrpedal vollständig niederdrückt und anschließend die Kupplung schnell löst.
Ein derartiges „Zurückschnellen" der Kupplung könnte übermäßigen Verschleiß und/oder eine Beschädigung an den verschiedenen Komponenten des Fahrzeugsantriebsstrangs hervorrufen. Die DE 198 39 837 A1 und DE 198 39 838 , die den nächsten Stand der Technik bilden, offenbaren Verfahren zur Bestimmung einer geeigneten Gangstufe für einen Anfahrvorgang eines Fahrzeugs, das ein mechanisches Geschwindigkeitswechselgetriebe aufweist. Die Startgangstufe wird durch ein elektronisches Steuerungssystem in Abhängigkeit von der Fahrzeugmasse und von Betriebs- und Straßenbedingungen des Fahrzeugs bestimmt. In einer Steuerungsschleife werden Kupplungsschlupfzeit und Kupplungsbelastung, die von einer anfänglich festgelegten maximalen Startgangstufe herrühren, mit Schwellenwerten verglichen, und die anfänglich festgelegte maximale Startgangstufe wird erniedrigt, bis die Kupplungsschlupfzeit und Kupplungsbelastung unterhalb der Schwellenwerte liegen. Es sind keine Vorkehrungen für eine Situation beschrieben, in der aus einem bestimmten oder einem anderen Grund das Fahrzeuggewicht unbekannt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 bzw. 8 definiert ist, betrifft eine Steuerung für ein automatisiertes mechanisches Fahrzeuggetriebesystem, die einen Fahrzeugstart kennzeichnende Bedingungen erfasst und das Fahrzeug vor Stößen oder Erschütterungen schützt, bis die Hauptkupplung vollständig oder im Wesentlichen vollständig eingerückt ist. Das Vorstehende wird in einem System, in dem Betriebsbedingungen erfasst/bestimmt werden und die Motordrehzahl (ES) gesteuert bzw. geregelt ist, durch Erfassung von Fahrzeugstartbedingungen bewerkstelligt (d.h., falls die Fahrzeuggrundgeschwindigkeit niedrig ist (OS < REF), in dem Getriebe eine Gangstufe eingerückt ist, das Fahrpedal niedergedrückt ist (THL > REF) und falls die Hauptkupplung nicht vollständig eingerückt ist, wird die Motordrehzahl auf eine maximale Drehzahl von ungefähr 200–300 U/Min. oberhalb der Leerlaufdrehzahl gesteuert (ES < ES_LEERLAUF + 300 U/Min.)).
Die obige Steuerungslogik minimiert große Antriebsstrangstöße oder -erschütterungen, die durch eine schnelle Einrückung (ein „Zurückschnellen") der Hauptkupplung bei hohen Motordrehzahlen hervorgerufen werden, und ergibt auch einen praktischen Motordrehzahlregler für Startvorgänge auf Steigungen. Wenn beispielsweise das Fahrzeug auf einer Steigung oder in anderen stark belasteten oder beladenen Situationen gestartet wird, könnte der Fahrer das Beschleunigungspedal vollständig niederdrücken und anschließend die Kupplung langsam kommen lassen. Wenn die Kupplung vollständig eingekuppelt wird, wird die Motordrehzahlsteuerung beendet und das Fahrzeug beschleunigt auf normale Weise. Dies ermöglicht dem Fahrer, eine höhere Motordrehzahl zu verwen den, um unter einer schwierigen Bedingung anzufahren, während die Vorteile der elektronischen Drehzahlbegrenzungssteuerung bewahrt bleiben. In einem Berganfahrzustand könnte der Fahrer ferner die Anhängerbremsen oder eine andere Berganfahrhilfe verwenden, um das Fahrzeug von einem Rückwärtsrollen während des Starts abzuhalten.
Demgemäß ist eine verbesserte Startsteuerung für automatisierte mechanische Getriebe geschaffen, die auf ein „Zurückschnellen" der Kupplung zurückzuführende Antriebsstrangstöße oder -erschütterungen auf ein Minimum reduziert und gute Leistung beim Anfahren auf einer Steigung erzielt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Bestimmung einer maximal zulässigen Startgangstufe des Systems basierend auf einem vorbestimmten Gewicht des Fahrzeugs, wenn das vorbestimmte Gewicht des Fahrzeugs für das System bekannt ist; und
(b) Begrenzung der maximalen Startgangstufe des Systems auf ein vollständig beladenes Fahrzeug, wenn das Gewicht des Fahrzeugs für das System nicht bekannt ist.

Darüber hinaus enthält das Verfahren die Schritte einer Bestimmung einer zulässigen Startgangstufe, wenn durch das System eine nicht ausreichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst wird, und einer Erzwingung einer Herunterschaltung des Getriebes, bis das System eine ausreichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst. Ferner enthält das Verfahren die Schritte einer Bestimmung der durch die Kupplung übertragenen Leistung unter Verwendung der Getriebeeingangsdrehzahl, der Motordrehzahl und des Drehmomentes an einem Schwungrad und eine Begrenzung entweder des Motordrehmomentes oder der Motordrehzahl, wenn durch das System eine zu hohe durch die Kupplung übertragene Leistung erfasst wird.
Das System gemäß der Erfindung enthält einen Mikroprozessor, der dazu dient, Eingangssignale gemäß logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlssignale an Getriebesystemaktuatoren auszugeben. Insbesondere empfängt der Mikroprozessor ein erstes Eingangssignal, das einem vorbestimmten Gewicht des Fahrzeugs entspricht, ein zweites Eingangssignal, das einer Startgangstufe des Systems entspricht, wenn das vorbestimmte Gewicht des Fahrzeugs für das System bekannt ist, und erzeugt ein Ausgangssignal, das die maximale Startgangstufe des Systems auf die eines vollständig beladenen Fahrzeugs begrenzt, wenn das vorbestimmte Gewicht des Fahrzeugs für das System nicht bekannt ist. Außerdem wird eine zulässige Startgangstufe des Systems bestimmt, wenn durch das System eine unzureichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst wird, und es wird eine Herunterschaltung des Getriebes erzwungen, bis das System eine ausreichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst. Das System bestimmt ferner die durch die Kupplung übertragene Leistung und begrenzt das Motordrehmoment und/oder die Motordrehzahl auf einen im Voraus festgelegten Wert, wenn durch das System eine zu hohe durch die Kupplung übertragene Leistung erfasst wird.
Verschiedene Aspekte und Vorteile dieser Erfindung erschließen sich für einen Fachmann aus der folgenden detail lierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, wenn diese im Lichte der beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines automatisierten mechanischen Getriebesystems, das die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, in Form eines Blockschaltbilds.
2 zeigt eine schematisierte Darstellung der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussdiagramms.
3 zeigt eine schematisierte Darstellung eines weiteren Aspektes der erfindungsgemäßen Steuerung in Form eines Flussdiagramms.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen ist dort in schematisierter Weise in 1 ein wenigstens teilweise automatisiertes mechanisches Getriebesystem 10, das für eine Fahrzeuganwendung vorgesehen ist, veranschaulicht. Das automatisierte Getriebesystem 10 enthält einen durch Kraftstoffzufuhr gesteuerten/geregelten Motor 12 (beispielsweise einen allgemein bekannten Dieselmotor oder dergleichen), ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe 14 und eine nicht formschlüssige Kupplung 16 (beispielsweise eine Reibungshauptkupplung), die antriebsmäßig zwischen dem Motor und der Eingangswelle 18 des Getriebes eingefügt ist. Das Getriebe 14 kann von der Verbundbauart sein, die eine Hauptgetriebegruppe aufweist, die mit einer Hilfsgruppe, einer Split- und/oder Range-Bauart in Reihe verbunden ist. Getriebe dieser Art, wie sie insbesondere in Zusammenhang mit Schwerlastfahrzeugen verwendet werden, weisen gewöhnlich 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 16 oder 18 Vorwärtsgänge auf. Beispiele für derartige Getriebe sind aus den US-Patentschriften Nr. 5 390 561 und 5 737 978 ersichtlich.
Eine Getriebeausgangswelle 20 ragt aus dem Getriebe 14 nach außen vor und ist antriebsmäßig, gewöhnlich mittels einer Antriebs- oder Gelenkwelle 24, mit den Fahrzeugantriebsachsen 22 verbunden. Die veranschaulichte Reibungshauptkupplung 16 enthält einen Antriebsabschnitt 16A, der mit der Motorkurbelwelle/dem Motorschwungrad verbunden ist, sowie einen Abtriebsabschnitt 16B, der an die Getriebeeingangswelle 18 angekoppelt und dazu eingerichtet ist, mit dem Antriebsabschnitt 16A reibschlüssig in Eingriff zu kommen. Vgl. US-Patentschriften Nr. 5 634 541, 5 450 934 und 5 908 100. Eine (auch als Eingangswellenbremse oder Trägheitsbremse bezeichnete) Hochschaltbremse 26 kann dazu verwendet werden, die Drehzahl der Eingangswelle 18 für eine schnellere Hochschaltung wahlweise zu verzögern, wie dies allgemein bekannt ist. Eingangswellen- oder Hochschaltbremsen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 5 655 407 und 5 713 445 ersichtlich.
Eine auf einem Mikroprozessor basierende elektronische Steuereinheit (oder ECU, Electronic Controll Unit) 28 ist dazu vorgesehen, Eingangssignale 30 entgegenzunehmen und diese gemäß vorbestimmten logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlssignale 32 an verschiedene Systemaktuatoren und dergleichen auszugeben. Mikroprozessorbasierte Con troller dieser Art sind allgemein bekannt, und ein Beispiel für diese ist aus der US-Patentschrift 4 595 986 entnehmbar.
Das System 10 enthält einen Drehzahlsensor 34 zur Erfassung der Drehzahl des Motors und zur Bereitstellung eines hierfür kennzeichnenden Ausgangssignals (ES), einen Drehzahlsensor 36 zur Erfassung der Drehzahl der Eingangswelle 18 und zur Bereitstellung eines hierfür kennzeichnenden Ausgangssignals (IS) sowie einen Drehzahlsensor 38, der dazu dient, die Drehzahl der Ausgangswelle 20 zu erfassen und ein hierfür kennzeichnendes Ausgangssignal (OS) zu liefern. Es kann ein Sensor 40 vorgesehen sein, um die Einstellung des Fahrpedals zu erfassen und ein hierfür kennzeichnendes Ausgangssignal (THL) zur Verfügung zu stellen. Eine Schaltsteuerungskonsole 42 kann dazu vorgesehen sein, dem Fahrzeugführer zu ermöglichen, einen Betriebsmodus des Getriebesystems auszuwählen, und ein hierfür kennzeichnendes Ausgangssignal (GR_T) bereitzustellen.
Wie bekannt ist, kann für den Fall, dass die Kupplung eingerückt ist, die Drehzahl des Motors aus der Drehzahl der Eingangswelle und/oder der Drehzahl der Ausgangswelle und der Getriebeübersetzung bei der eingelegten Gangstufe ermittelt werden (ES = IS = OS·GR_T).
Das System 10 kann auch Sensoren 44 und 46 zur Erfassung einer Betätigung der Fahrzeugfußbremse (die auch als Betriebsbremse bezeichnet wird) bzw. der Motorbremsen und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender Signale FB bzw. EB enthalten.
Die Hauptkupplung 16 kann über ein Kupplungspedal 48 oder durch einen Kupplungsaktuator 50 steuerbar sein, der auf von der ECU 28 herrührende Ausgangssignale anspricht.
Alternativ kann ein auf Steuerungsausgangssignale ansprechender Aktuator vorgesehen sein, der durch Betätigung des durch den Fahrzeugführer betätigbaren Kupplungspedals umgangen oder außer Kraft gesetzt werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplung durch den Fahrzeugführer steuerbar und wird lediglich dazu verwendet, das Fahrzeug in Bewegung zu setzen (vgl. US-Patentschriften Nr. 4 850 236, 5 272 939 und 5 425 689). Das Getriebe 14 kann einen Getriebeaktuator 52 enthalten, der auf von der ECU 28 herrührende Ausgangssignale anspricht und/oder an die ECU 28 Eingangssignale übermittelt, die seine gewählte Stellung kennzeichnen. Schalteinrichtungen dieser Art, die häufig von der Bauart der sog. X-Y-Schaltung ausgeführt sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 5 305 240 und 5 219 391 ersichtlich. Der Aktuator 52 kann die Haupt- und/oder die Hilfsgruppe des Getriebes 14 schalten. Der eingerückte oder ausgerückte (d.h. „nichteingerückte") Zustand der Kupplung 16 kann mittels eines Stellungssensors 16C erfasst werden oder lässt sich durch Vergleich der Drehzahlen des Motors (ES) und der Eingangswelle (IS) ermitteln.
Die Kraftstoffbelieferung des Motors wird vorzugsweise durch einen elektronischen Motorcontroller 54 gesteuert/geregelt, der Befehlssignale von der ECU 28 entgegennimmt und/oder Eingangssignale für diese zur Verfügung stellt. Vorzugsweise kommuniziert der Motorcontroller 54 über einen einem Industriestandard entsprechenden Datenlink DL, der gemäß einem allgemein bekannten Industrienormproto koll, wie beispielsweise SAE J1922, SAE J1939 und/oder ISO 11898 arbeitet. Die ECU 28 kann innerhalb des Motorcontrollers 54 integriert sein.
Bekanntermaßen muss die ECU 28 zur Ausführung automatisierter Umschaltungen bestimmen, wann Hochschaltvorgänge und Herunterschaltvorgänge erforderlich sind und ob ein einfacher oder ein Gangstufen überspringender Schaltvorgang erwünscht ist (vgl. US-Patentschriften Nr. 4 361 060, 4 576 065, 4 916 979 und 4 947 331).
Manuell geschaltete Lastwagengetriebe mit vom Fahrzeugführer betätigbaren Anfahrkupplungen bieten die Möglichkeit eines Missbrauchs des Antriebsstrangs durch den Fahrer. Beispielsweise ist der Fahrer in der Lage, (bei einem Start des Fahrzeugs aus dem Stillstand) das Beschleunigungspedal niederzudrücken und die Kupplung schnell freizugeben, wodurch zu viel Leistung durch die Kupplung geschickt und/oder in den Antriebsstrang eine überhöhte Drehmomentspitze eingeführt wird. Dies kann für verschiedene Komponenten des Antriebsstrangs sehr schädigend sein. Deshalb haben Hersteller von Antriebsstrangkomponenten ihre Komponenten derart konstruiert, dass sie diesem Missbrauch standhalten, wodurch überdimensionierte, kostspielige Komponenten erzeugt werden.
Automatisierte mechanische Getriebe mit einer vom Fahrzeugführer betätigbaren Kupplung können diesen Missbrauch mit dem Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, das beim Einrücken der Kupplung während der Startvorgänge keine maximalen Motordrehzahlen zulässt, weitgehend verhindern.
Wenn sich das Fahrzeug in einem Zustand eines Starts aus dem Stillstand befindet (d.h. die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, ein Gang eingelegt ist, die Kupplung ausgerückt ist, das Fahrpedal niedergedrückt ist, etc), wird die Motordrehzahl (über J1939-Befehle oder über einen ähnlichen Datenbus) auf eine kleine Spanne (von 200–300 U/Min.) oberhalb der Leerlaufdrehzahl begrenzt. Bei einem gewöhnlichen Dieselmotor, der bei einer maximalen Drehzahl von ungefähr 2100 U/Min. abgeregelt wird, beträgt die Leerlaufdrehzahl ungefähr 600 U/Min. Die Regelung ergibt zwei Vorteile: (1) Sie verhindert starke Stöße in dem Antriebsstrang, die vom schnellen Einrücken („Zurückschnellen") der Kupplung bei hohen Motordrehzahlen herrühren; und (2) sie schafft einen zweiten nützlichen Motordrehzahlregler für das Anfahren auf Steigungen. Wenn beispielsweise das Fahrzeug auf einer Steigung in Bewegung gesetzt wird oder andere Situationen mit hoher Last vorliegen, kann der Fahrer das Beschleunigungspedal vollständig niederdrücken und dann langsam die Kupplung kommen lassen. Wenn die Kupplung vollständig geschlossen wird, wird die Motordrehzahlsteuerung/-regelung beendet, und das Fahrzeug beschleunigt auf normale Weise. Eine Beendigung der Motordrehzahlsteuerung ermöglicht dem Fahrer, eine höhere Motordrehzahl zu verwenden, um unter einer schwierigen. Bedingung in Bewegung zu kommen, und gleichzeitig die Vorteile der elektronischen Drehzahlbegrenzungssteuerung zu behalten. In einem Bergstartzustand könnte der Fahrer ferner die Anhängerbremsen oder eine andere Hilfsunterstützung für das Anfahren am Berg nutzen, um das Fahrzeug während des Anfahrvorgangs an einem Rückwärtsrollen zu hindern.
Falls, um ein Beispiel zu geben, das Fahrzeug angehalten ist oder mit sehr niedriger Geschwindigkeit (von weni ger als 3–5 Meilen pro Stunde) fährt, das Fahrpedal verstellt ist (THL > 20–50 % des vollständigen Stellwegs), in dem Getriebe eine Gangstufe eingelegt ist und die Kupplung nicht vollständig eingerückt ist, wird die Motorkraftstoffzufuhrsteuerung angewiesen, den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, dass die Motordrehzahl nicht größer ist als die Leerlaufdrehzahl (ES_LEERLAUF) zuzüglich einem vorbestimmten Drehzahlwert (von ungefähr 300 U/Min.), d.h. ES < ES_LEERLAUF + 300 U/Min.. Vorzugsweise wird der Motor über einen elektronischen Datenlink gesteuert/geregelt, der dem SAE J1939 oder einem ähnlichen Protokoll entspricht.
Die erfindungsgemäße Steuerung ist in Form eines Flussdiagramms in 2 veranschaulicht. Der Prozess beginnt in Schritt 2.1. Als nächstes empfängt die Steuerungseinrichtung 28 in Schritt 2.2 Eingangssignale, einschließlich eines oder mehrerer die Motordrehzahl, Getriebeeingangsdrehzahl, Getriebeausgangsdrehzahl, vom Bediener vorgenommene Fahrpedaleinstellung, Kupplungseinrückung und/oder Gangstufe kennzeichnender Signale, und verarbeitet die Eingangssignale gemäß logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale an die Getriebesystemaktuatoren auszugeben. Danach bestimmt das System 10 in Schritt 2.3, ob das die Drehzahl der Eingangswelle 16 kennzeichnende Ausgangssignal (OS) kleiner ist als ein Referenzwert. Falls dies nicht der Fall ist, endet die Steuerung danach in Schritt 2.8.
Falls die Drehzahl der Eingangswelle 16 kleiner ist als der Referenzwert, bestimmt das System 10 anschließend in Schritt 2.4, ob das Ausgangssignal (THL), das die Verstellung des Fahrpedals kennzeichnet, größer als ein Referenzwert ist. Falls dies nicht der Fall ist, endet die Steuerung danach in Schritt 2.8.
Falls die Verstellung des Fahrpedals größer ist als der Referenzwert, bestimmt das System 10 anschließend in Schritt 2.5, ob der Fahrzeugführer einen Betriebsmodus des Getriebesystem ausgewählt hat (ob in diesem eine Gangstufe eingelegt ist). Falls dies nicht der Fall ist, endet die Steuerung dann in Schritt 2.8.
Falls der Fahrzeugführer eine Gangstufe eingelegt hat, bestimmt das System 10 anschließend, ob der Fahrzeugführer die Kupplung nicht vollständig eingerückt hat. Falls dies nicht der Fall ist, endet die Steuerung dann in Schritt 2.8.
Falls die Kupplung nicht vollständig eingerückt ist, weist das System 10 die Motorkraftstoffzufuhrsteuerung anschließend an, den Motor derart mit Kraftstoff zu versorgen, dass die Motordrehzahl die Leerlaufdrehzahl (ES_LEERLAUF) zuzüglich eines vorbestimmten Drehzahlwertes (von etwa 300 U/Min) nicht übersteigt, d.h. ES < ES_LEERLAUF + 300 U/Min. Die Steuerung endet dann in Schritt 2.8.
Wie vorstehend beschrieben, verhindert oder minimiert die Steuerungslogik gemäß der vorliegenden Erfindung Antriebsstrangstöße, die durch ein „Zurückschnellen" der Kupplung verursacht werden, wodurch die Verwendung von kostengünstigeren Antriebsstrangkomponenten ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße Steuerungslogik verbessert auch das Anfahren eines Fahrzeugs, wenn sich dieses auf einer Steigung befindet. Demgemäß ist ersichtlich, dass ein verbessertes Steuerungssystem/-verfahren zur Steuerung von Anfahrvorgängen bei einem wenigstens teilweise automatisierten mechanischen Getriebesystem geschaffen ist.
Automatisierte mechanische Getriebe mit einer vom Fahrzeugführer betätigbaren Kupplung sind auch wirksam, um durchwegs sanfte Schaltvorgänge zu bewerkstelligen und einen Missbrauch des Getriebekastens aufgrund einer Schaltung auf ein Minimum zu reduzieren. Darüber hinaus reduzieren automatisierte mechanische Getriebe ferner den Verschleiß der vom Fahrzeugführer betätigten Hauptstartkupplung aufgrund der reduzierten Anzahl von Kupplungseinrückungen und -ausrückungen. Da jedoch die Hauptkupplung weiterhin vom Fahrer betätigt wird und das automatisierte mechanische Getriebe in vielen unterschiedlichen Gangstufen aus dem Stillstand gestartet werden kann, besteht weiterhin eine große Gefahr eines Kupplungsmissbrauchs aufgrund eines Startvorgangs in dem bei dem aktuellen Zuggesamtgewicht (GCW, Gross Combination Weight) und unter den herrschenden Straßenbedingungen (d.h. Steigung, Rollwiderstand und dergleichen) falschen Gang.
Wie vorstehend beschrieben, schützt das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung die Kupplung vor übermäßigem Verschleiß und Missbrauch, indem es den richtigen Startgang erzwingt, wenn das Fahrzeug aus dem Stillstand in Bewegung gesetzt wird. Wie in 3 veranschaulicht, verwendet eine weitere Ausführungsform des Steuerungssystems eine Reihe von Regeln, um die Hauptkupplung während eines Anfahrvorgangs aus dem Stillstand zu schützen. Zuerst beginnt das Steuerungssystem in Schritt 3.1. Als nächstes bestimmt das System 10 in Schritt 3.2, ob das automatisierte mechanische Getriebe das GCW des Fahrzeugs kennt. Falls ein gültiges GCW für das System 10 bekannt ist, fährt das System 10 anschließend in Schritt 3.3 fort, die maximale Startgangstufe zu berechnen, um die Kupplung unter normalen Straßenlastbe dingungen, beispielsweise einem ebenen Grund, bis zu Straßenlastbedingungen mit erhöhtem Widerstand, z.B. Matsch, Schnee, Sand, milde Steigung (bis zu 2–3 %), und dergleichen zu schützen.
Falls, um ein Beispiel anzugeben, das GCW des Fahrzeugs ungefähr 36.287 kg (80.000 Pfund) beträgt, ermittelt das System 10 die höchste Startgangstufe, die eine angemessene Startfähigkeit ergibt, ohne dass der Kupplung 16 während des Anfahrvorgangs aus dem Start-aus-Stillstand-Zustand eine zu hohe Energie zugeführt werden muss. Diese Berechnung kann ausgehend von einer Tabelle, beispielsweise einer Nachschlagetabelle, mit standardgemäßen Startfähigkeits-/Steigfähigkeitswerten für das spezielle Fahrzeug durchgeführt werden.
Wenn der Fahrer versucht, das Fahrzeug aus dem Stillstand in der gewählten zulässigen Startgangstufe in Bewegung zu setzen, erfasst das System 10 in Schritt 3.4 den Fall, dass eine ausreichende Fahrzeugbeschleunigung aus dem berechneten Drehmoment an dem Schwungrad nicht hervorgebracht wird, weil sich das Fahrzeug auf einer Steigung befindet oder ein hoher Rollwiderstand vorherrscht. Dann erzwingt das System 10 in Schritt 3.5 eine Herunterschaltung und macht diesen neuen niedrigeren Gang vorübergehend zu dem maximalen Startgang, bis der Fahrer erreicht, dass das Fahrzeug schneller als mit einer Schwellengeschwindigkeit rollt. Ein ausreichendes Maß einer Beschleunigung ist als die Beschleunigung definiert, die erforderlich ist, um das Fahrzeug aus dem Stillstand in Bewegung zu setzen. Das ausreichende oder akzeptable Beschleunigungsmaß kann zu dem GCW des Fahrzeugs umgekehrt proportional sein, d.h. das ausreichende Beschleunigungsmaß wäre kleiner für ein Fahr zeug mit einem größeren GCW im Vergleich zu einem Fahrzeug mit einem kleineren GCW. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis eine zufriedenstellende maximale Startgangstufe durch das System 10 ermittelt ist. Somit kann der neue niedrigere Gang der nächst niedrigere Startgang oder ein beliebiger niedrigerer Startgang sein.
Falls das GCW noch nicht bekannt ist, wird anschließend in Schritt 3.6 der maximale Startgang auf denjenigen für ein vollständig beladenes Fahrzeug, z.B. 36.287 kg (80.000 Pfund), begrenzt. Falls ferner das System 10 in Schritt 3.3 bestimmt, dass für das entsprechende Drehmoment an dem Schwungrad bei einem Start in diesem Gang eine ausreichende Beschleunigung nicht erreicht wird, erzwingt das System 10 anschließend in Schritt 3.4 eine Herunterschaltung, die diesen neuen niedrigeren Gang zu dem maximalen Startgang macht, bis das Fahrzeug eine Schwellengeschwindigkeit erreicht.
Wie vorstehend beschrieben, kann selbst in dem Fall, wenn der Fahrer in dem richtigen Gang einen Startvorgang vollzieht, durch eine zu aggressive Niederdrückung des Beschleunigungspedals und/oder Einrückung der Kupplung 16 eine zu hohe Leistung über die Kupplung übertragen werden. Zum Schutz gegen eine zu hohe Leistungsübertragung durch die Kupplung 16 wird in Schritt 3.7 die durch die Kupplung 16 übertragene Leistung bestimmt. Die durch die Kupplung 16 übertragene Leistung kann mittels der Getriebeeingangsdrehzahl, der Motordrehzahl und des Drehmomentes an dem Schwungrad ermittelt werden. Ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehmomentes an dem Schwungrad ist in der US-Patentschrift 5 509 867 beschrieben. Das Motordrehmoment kann (über J1939-Befehle oder einen ähnlichen Datenbus) be grenzt werden, um einen Wert voreinzustellen, der dazu führt, dass die durch die Kupplung 16 übertragene Leistung unterhalb eines voreingestellten Grenzwertes bleibt. Außerdem wird die Motordrehzahl in Schritt 3.8 (über J1939-Befehle oder einen ähnlichen Datenbus) auf einen voreingestellten Wert von ungefähr 200–300 U/Min. oberhalb der Leerlaufdrehzahl begrenzt. Die Steuerung endet dann in Schritt 3.9.
Es sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass innerhalb der Leere dieser Erfindung bestimmte Modifikationen möglich sind. Deshalb sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Rahmen und Schutzbereich der Erfindung zu bestimmen.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems (10) für ein Fahrzeug, das einen durch Kraftstoffbelieferung gesteuerten/geregelten Motor (12), eine Motorkraftstoffzufuhrsteuerungsvorrichtung (54), ein mehrgängiges Getriebe (14), das durch eine Hauptreibungskupplung (16) an den Motor ankuppelbar ist, und einen Controller (28) aufweist, der dazu dient, Eingangssignale (30), einschließlich eines oder mehrerer Signale, die die Motordrehzahl (ES), Getriebeeingangsdrehzahl (IS), Getriebeausgangsdrehzahl (OS), durch den Fahrzeugführer vorgenommene Drossel-/Fahrpedaleinstellung (THL), Kupplungseinrückung und/oder Gangstufe (GR_T) kennzeichnen, entgegenzunehmen und diese Signale entsprechend logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlsignale (32) an Getriebesystemaktuatoren, einschließlich der Kraftstoffzufuhrsteuerungsvorrichtung, auszugeben, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, dass: (a) eine maximal zulässige Startgangstufe des Systems auf der Grundlage eines vorbestimmten Gewichtes des Fahrzeugs bestimmt wird, wenn das vorbestimmte Gewicht des Fahrzeugs für das System bekannt ist; und (b) die maximale Startgangstufe des Systems auf die eines voll beladenen Fahrzeugs begrenzt wird, wenn das Gewicht des Fahrzeugs für das System unbekannt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt einer Bestimmung einer niedrigeren zulässigen Startgangstufe enthält, wenn durch das System eine unzureichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt der Erzwingung einer Herunterschaltung des Getriebes enthält, bis das System eine ausreichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt der Bestimmung der über die Kupplung übertragenen Leistung enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die über die Kupplung übertragene Leistung mittels der Getriebeeingangsdrehzahl, der Motordrehzahl und des Drehmomentes an einem Schwungrad bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner den Schritt der Begrenzung entweder des Motordrehmomentes oder der Motordrehzahl enthält, wenn durch das System eine über die Kupplung übertragene zu hohe Leistung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zu hohe Leistung über der Kupplung mittels der Getriebeeingangsdrehzahl, der Motordrehzahl und des Drehmomentes an einem Schwungrad bestimmt wird.
Steuerungssystem (10) zur Steuerung eines automatisierten mechanischen Fahrzeuggetriebesystems, das aufweist: einen Motor (12), eine Motorkraftstoffzufuhrsteuerungseinrichtung (54), ein mehrgängiges Getriebe (14), das über eine Hauptreibungskupplung (16) an den Motor angekuppelt wird, und einen Controller (28) zur Entgegennahme von Eingangssignalen, einschließlich eines oder mehrerer Signale, die die Motordrehzahl (ES), Getriebeeingangsdrehzahl (IS), Getriebeausgangsdrehzahl (OS), vom Fahrzeugführer vorgegebene Drossel-/Fahrpedaleinstellung (THL), Kupplungseinrückung und Gangstufe (GR_T) kennzeichnen, und einen Mikroprozessor (28), der dazu dient, die Eingangssignale entsprechend logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlsignale an Getriebesystemaktuatoren auszugeben; wobei ein erstes Eingangssignal einem vorbestimmten Gewicht (GCW) des Fahrzeugs entspricht; wobei ein zweites Eingangssignal einer Fahrzeugbeschleunigung entspricht; wobei der Mikroprozessor ein erstes Ausgangssignal, das einer maximal zulässigen Startgangstufe entspricht, basierend auf einem vorbestimmten Gewicht des Fahrzeugs an das Getriebe ausgibt, wenn das vorbestimmte Gewicht des Fahrzeugs für das System bekannt ist; und wobei der Mikroprozessor ein zweites Ausgangssignal, das einer maximalen Startgangstufe eines vollkommen beladenen Fahrzeugs entspricht, an das Getriebe ausgibt, wenn das vorbestimmte Gewicht des Fahrzeugs für das System nicht bekannt ist.
System nach Anspruch 8, wobei der Mikroprozessor eine niedrigere zulässige Startgangstufe des Systems bestimmt, wenn durch das System eine unzureichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst wird.
System nach Anspruch 9, wobei der Mikroprozessor ein Signal ausgibt, um eine Herunterschaltung des Getriebes zu erzwingen, bis das System eine ausreichende Fahrzeugbeschleunigung erfasst.
System nach Anspruch 8, wobei der Mikroprozessor eine über die Kupplung übertragene Leistung auf der Grundlage der Getriebeeingangsdrehzahl, der Motordrehzahl und des Drehmomentes an einem Schwungrad bestimmt.
System nach Anspruch 11, wobei der Mikroprozessor entweder das Motordrehmoment oder die Motordrehzahl auf einen vorbestimmten Wert begrenzt, wenn durch das System eine zu hohe durch die Kupplung übertragene Leistung detektiert wird.