DE60130693T2

DE60130693T2 - Methode und Einrichtung zur Synchronisation beim Schalten eines Verteilergetriebes

Info

Publication number: DE60130693T2
Application number: DE60130693T
Authority: DE
Inventors: Gary A. Oliveira; Richard T. Fosmoe; John R. Chesterfield Township Ficht
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: EP1118493A2; EP1118493B1; EP1118493A3; US6251045B1; DE60130693D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zweigang-(hoch-niedrig-)Verteilergetriebe und, genauer gesagt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schalten zwischen niedrig- und hoch-Getriebeanordnungen für ein Zweigang-Verteilergetriebe.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Verteilergetriebe finden in Fahrzeugen mit Vollzeit- und Teilzeit-Vierradantrieb Verwendung, um die über eine Eingangswelle vom Fahrzeuggetriebe empfangene Antriebsenergie auf ein Paar von Ausgangsantriebswellen zu verteilen. Eine der Antriebswellen treibt die Vorderräder des Fahrzeuges an, während die andere Antriebswelle die Hinterräder des Fahrzeuges antreibt. In Fahrzeugen, die ein Umschalten zwischen einem Zweiradantriebsmodus und einem Vierradantriebsmodus ermöglichen, sorgt die Eingangswelle des Verteilergetriebes für eine kontinuierliche Antriebskraft für eine ihrer Ausgangswellen und beaufschlagt die andere Ausgangswelle gezielt mit Antriebsenergie über irgendeinen Typ einer ausrückbaren oder in sonstiger Weise einstellbaren Kupplung, wie einer Viskokupplung, einer elektromagnetischen Kupplung oder einem positionierbaren Stirnradgetriebe. Manchmal sind auch andere Antriebsmodi vorgesehen, einschließlich einem Vierradantrieb hoch (4H) für höhere Vierradantriebsgeschwindigkeiten, einem Vierradantrieb niedrig (4L) für niedrigere Vierradantriebsgeschwindigkeiten, Neutral zum Trennen des Getriebes von der Vorderachse und der Hinterachse, um ein Abschleppen des Fahrzeuges zu ermöglichen, und einem blockierten Vierradantrieb zum Regeln des Radschlupfes. In der Vergangenheit wurden Verteilergetriebe so ausgebildet, dass das Fahrzeug vor dem Umschalten zwischen einem niedrigen und einem hohen Gang abgestoppt werden musste. Diese Notwendigkeit resultierte in der Regel aus dem Fehlen irgendeiner Synchronisationseinrichtung im Verteilergetriebe, um diesen Schaltvorgang zu erleichtern. In diesen Fällen wurde eine einstellbare Kupplung verwendet, um unter Verwendung einer mechanischen Schaltbetätigungsanordnung manuell zwischen den Antriebsmodi zu schalten.
Eine Synchronisation der Eingangswelle und Ausgangswelle des Verteilergetriebes vor dem Schalten zwischen einem niedrigen und einem hohen Gang und in einen Vierradantrieb oder aus diesem heraus erleichtert die Schaltvorgänge, während sich das Fahrzeug bewegt. Dieser Betriebsmodus wurde als „fliegender Schaltvorgang" bezeichnet. Zahlreiche Synchronisationsvorrichtungen sind im Stand der Technik vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist es bekannt, eine Kupplung zu verwenden, die Drehmoment entweder direkt zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle (hohe Geschwindigkeit) oder zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle über einen Planetenradsatz übertragen kann. Kupplungen dieses Typs können so federvorgespannt sein, dass der Schaltvorgang nicht vollständig beendet ist, bis die Relativgeschwindigkeiten der sich drehenden Elemente, die miteinander gekoppelt werden sollen, ein bestimmtes Synchronisationsniveau erreicht haben. Einige Synchronisationsvorrichtungen des Standes der Technik besitzen jedoch den Nachteil, dass sie komplex ausgebildet sind und zusätzliche Kosten für das Verteilergetriebe verursachen. Andere haben den Nachteil, dass sie vor dem Schaltereignis keine angemessene Synchronisation erzielen, was zu einem Rutschen und/oder zu nichtakzeptablen Geräuschen führt.
Mechanische Schaltstellglieder haben zu elektronisch gesteuerten Schaltstellgliedern geführt, insbesondere für Schaltstellglieder, die über eine Rotationsquelle, wie beispielsweise einen Elektromotor, betätigt werden können. Die Welsh am 12. Mai 1987 erteilte US-PS 4 664 217 offenbart ein derartiges elektrisches Schaltstellglied. Genauer gesagt lehrt dieses Patent '217 von Welsh die Verwendung eines reversiblen Gleichstrommotors, um ein mit Nocken versehenes Schaltstellglied zu drehen und den Antriebsmodus im Verteilergetriebe zwischen einer Neutralstellung, einem Zweiradantriebsmodus und einem Niedrig- und Hochgeschwindigkeitsvierradantriebsmodus gezielt zu schalten. Die Auswahl eines gewünschten Antriebsmodus wird durch Betätigung des Motors unter der Steuerung einer Steuerschaltung auf Mikroprozessorbasis erreicht. Der Mikroprozessor gibt einen Befehl an eine Motorantriebsschaltung ab, den Motor zu aktivieren, so dass sich dieser entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, um den gewünschten Antriebsmodus zu erreichen. Obwohl diese Art von elektronischer Schaltsteuerung eine Verbesserung im Stand der Technik darstellte, blieb das Problem einer effektiven und effizienten Synchronisation der Drehung der zu koppelnden Elemente während irgendeines vorgegebenen Schaltvorganges.
Die Showalter et al. am 23. Juni 1998 erteilte US-PS 5 771 477 schlug eine Lösung für dieses Problem vor. Genauer gesagt, offenbart dieses Patent '477 von Showalter ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Synchronisieren von Schaltvorgängen bei Verteilergetrieben von niedrig auf hoch unter Verwendung von Sensoren zum Abtasten der Drehzahl der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Verteilergetriebes. Ein Mikroprozessor findet dazu Verwendung, die Änderung der Drehzahl über die Zeit der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu messen und eine Vorhersage darüber zu machen, wann die Relativdrehzahlen der Wellen gleich sein werden. Der Mikroprozessor gibt dann einen Befehl für die Betätigung eines Schaltstellglieds zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor dem Synchronisieren der Wellen ab, so dass der Schaltvorgang durchgeführt wird, wenn die Drehzahlen der Eingangswelle und Ausgangswelle im Wesentlichen gleich sind.
Obwohl dieses Verfahren und diese Vorrichtung gemäß dem Patent '477 eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellten, bleibt immer noch die Notwendigkeit einer größeren Steuerung und einer genaueren Synchronisation vor dem Umschalten zwischen einer niedrigen und einer hohen Geschwindigkeit in einem Verteilergetriebe. Darüber hinaus muss solch eine Synchronisation auf eine effiziente, kostengünstige und relativ einfache Weise erreicht werden können.
Die GB 2326918 betrifft ein Synchrongetriebe, bei dem jeweilige Zahnräder des Getriebes vor einem vollständigen Eingriff in synchronisierter Drehung versetzt werden. Das Getriebe weist eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle auf, und eine Schaltgabel wirkt dahingehend, einen Synchronring gegen einen Kegelteil eines Zwischenrads zu drücken, wodurch die beiden Teile zur Synchronisation gebracht werden. Des Weiteren sind Sensoren zum Messen der jeweiligen Drehzahlen der Eingangs- und der Ausgangswelle vorgesehen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Synchronisation des Schaltens von niedrig auf hoch in einem Verteilergetriebe in einem Automobil bereit, das Folgendes umfasst:
Anregen eines Stellglieds zum Bewegen einer Kupplung außer Eingriff mit einem Zahnradsatz in eine vorbestimmte Neutralstellung und Messen der Drehzahl des Stellglieds;
Bestimmen der zusätzlichen Zeit, bis die Kupplung einen vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht, unter Verwendung der Drehzahl des Stellglieds und der verbleibenden Drehstrecke, durch die sich das Stellglied bewegen muss, damit die Kupplung den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht;
Bewegen der Kupplung, bis sie den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht hat, Anhalten des Stellglieds, wenn die Kupplung den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht hat, nicht länger als eine vorbestimmte Zeit;
Erfassen und Vergleichen der Drehzahlen der Verteilergetriebeeingangswelle und -ausgangswelle; und
Vollenden des Schaltens von niedrig auf hoch durch Bewegen der Kupplung zur Bereitstellung einer direkten Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Des Weiteren stellt die Erfindung ein Verteilergetriebe mit synchronisiertem Schalten von niedrig auf hoch bereit, das Folgendes umfasst:
eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und einen Zahnradsatz, der gezielt dahingehend betätigbar ist, um bei verringerten Drehzahlen Drehmoment zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu übertragen;
eine Kupplung, die dahingehend betätigbar ist, Drehmoment zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle entweder direkt oder durch den Zahnradsatz zu übertragen; ein Stellglied mit einer Drehausgabe, die an die Kupplung wirkgekoppelt ist, um die Kupplung zwischen vorbestimmten Stellungen zu bewegen;
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuereinheit vorgesehen ist, um die Drehzahl des Stellglieds zu berechnen, wenn es die Kupplung in eine Neutralstellung bewegt, wobei die Steuereinheit weiterhin dahingehend betätigbar ist, die zusätzliche Zeit, bis die Kupplung einen vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht, unter Verwendung der Drehzahl des Stellglieds und der verbleibenden Drehstrecke, durch die sich das Stellglied bewegen muss, damit die Kupplung den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht, zu bestimmen, wobei die Steuereinheit weiterhin dahingehend betätigbar ist, das Stellglied nicht länger als eine vorbestimmte Zeit anzuhalten, wenn die Kupplung den Synchronisationspunkt erreicht hat, und die Drehzahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu erfassen und zu vergleichen und dem Stellglied zu melden, das Schalten von niedrig auf hoch durch Bewegen der Kupplung zur Bereitstellung einer direkten Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu vollenden, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile der verwandten Technik in einem Verteilergetriebe mit synchronisierten niedrig-auf-hoch-Schaltfähigkeiten.
Das Stellglied kann eine Drehausgabe aufweisen, die an die Kupplung wirkgekoppelt ist, um die Kupplung zwischen vorbestimmten Stellungen zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung gestattet einen hohen Grad an Steuerung und eine genaue Synchronisation vor dem Schalten zwischen niedrigen und hohen Geschwindigkeiten. Des Weiteren werden diese Ziele mit dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auf effiziente, kostengünstige und relativ einfache Weise erreicht.
Weitere vorteilhafte Merkmale werden in den Unteransprüchen angeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugantriebszuges und von zugehörigen Komponenten eines Synchronschaltsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vollständige Seitenschnittansicht eines Verteilergetriebes für zwei Geschwindigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Abwicklungsdarstellung der lastübertragenden Kugeln und Rampe der Modulationskupplung des Verteilergetriebes der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine vergrößerte Teilquerschnittseitenansicht der elektromagnetischen Kupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Schaubild der Drehbewegung des Stellglieds der vorliegenden Erfindung über die Zeit; und
6a–6b sind ein Ablaufdiagramm, das das Verfahren zum Synchronisieren von Schaltvorgängen von niedrig auf hoch in einem Verteilergetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Ein Fahrzeug mit einem Vierradantriebssystem und einem Verteilergetriebe für zwei Geschwindigkeiten, bei dem die vorliegende Erfindung Verwendung findet, ist schematisch in 1 dargestellt und wird allgemein mit 10 bezeichnet. Dieses Fahrzeug 10 besitzt ein Paar von Vorderachsen (Sekundärachsen) 12, die mittig mit einem vorderen (sekundären) Differential 14 in Verbindung stehen. Die äußeren Enden der Vorderachsen (Sekundärachsen) 12 können mit einem entsprechenden Paar von Verriegelungsnaben 16 verbunden sein. Die Verriegelungsnaben 16 sind vorzugsweise unterdruckbetätigt und stehen in Strömungsmittelverbindung mit einer gesteuerten Unterdruckquelle (nicht gezeigt) über zugehörige Unterdruckleitungen (ebenfalls nicht gezeigt). Wenn ein Unterdruck in den Unterdruckleitungen vorhanden ist, verriegeln die Naben 16 die Vorderachsen (Sekundärachsen) 12 mit einem entsprechenden Paar von vorderen (sekundären) Rad/Reifenanordnungen 22 und koppeln dieselben. Es versteht sich, dass bei der vorliegenden Erfindung entweder elektrisch oder mechanisch betätigte Verriegelungsnaben 16 verwendet werden können. Als eine erste Alternative können Vorderachsen (Sekundärachsen) 12 mit einer Vorderachsen(Sekundärachsen)-Trennung (nicht gezeigt), die im vorderen (sekundären) Differential 14 angeordnet ist, verwendet werden. Ferner können die Vorderachsen (Sekundärachsen) 12 auch permanent mit beiden vorderen Rad/Reifenanordnungen 22 und dem vorderen Differential 14 gekoppelt sein und über dessen Eingang angetrieben werden. Das vordere Differential 14 wird von einer vorderen (sekundären) Antriebswelle 24 angetrieben, die wiederum von der vorderen (sekundären) Ausgangswelle 26 eines Verteilergetriebes angetrieben wird, das allgemein mit 28 bezeichnet wird.
Das Fahrzeug 10 besitzt ferner ein Paar von aufeinander ausgerichteten Hinterachsen (Primärachsen) 32. Die äußeren Enden der Achsen 32 sind mit hinteren (primären) Rad/Reifenanordnungen 34 gekoppelt, während ihre gegenüberliegenden Enden mit einem hinteren (primären) Differential 36 in Verbindung stehen und hiervon angetrieben werden. Das hintere Differential 36 wird wiederum von einer hinteren (primären) Antriebswelle 38 angetrieben, die von einer hinteren (primären) Ausgangswelle 40 des Verteilergetriebes 28 angetrieben wird. Es versteht sich, dass die verschiedenen vorstehend erwähnten Wellen, wie erforderlich über eine Vielzahl von Universalgelenken verbunden sind, wie dies bei den Antriebszügen von herkömmlichen Fahrzeugen der Fall ist. Ein Antriebsaggregat, wie zum Beispiel eine Brennkraftmaschine 42, treibt ein herkömmliches Getriebe 44 an, bei dem es sich entweder um ein manuell schaltbares Getriebe mit einer Kupplung oder um ein automatisches Getriebe handeln kann.
Die vorstehend erwähnten Begriffe „primär" und „sekundär" beziehen sich auf Antriebsstränge in einem Fahrzeug 10, die primär und sekundär dazu dienen, das Fahrzeug 10 anzutreiben. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein System erläutert, bei dem die hintere Antriebswelle 38 das gesamte Antriebsdrehmoment auf die Hinterräder 34 im Zweiradantriebsmodus überträgt und einen Teil des Drehmomentes im Vierradantriebsmodus abgibt. Daher kann bei dem Fahrzeug 10 die hintere Antriebswelle 38 allgemeiner als primäre Antriebswelle 38 bezeichnet werden, wobei diese Welle 38 und die zugehörigen Komponenten, die Achsen 32, die hinteren Rad/Reifenanordnungen 34 und das hintere Differential 36 den primären Antriebsstrang bilden. Demgegenüber ist die vordere Antriebswelle 24 im Zweiradantriebsmodus ausgerückt, überträgt jedoch Drehmoment im Vierradantriebsmodus. Somit kann die vordere Antriebswelle 24 allgemeiner als sekundäre Antriebswelle 24 bezeichnet werden, wobei diese Welle 24 und die zugehörigen Komponenten, Vorderachsen 12, das vordere Differential 14, die Verriegelungsnaben 16 und die vorderen Rad/Reifenanordnungen 22 den sekundären Antriebsstrang bilden.
Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeuges 10 zur Verwendung mit Fahrzeugantriebssystemen mit herkömmlich ausgebildetem Vorderradantrieb vollständig geeignet sind, wobei die vordere Antriebswelle 24 und die zugehörigen Komponenten den primären Antriebsstrang und die hintere Antriebswelle 38 mit zugehörigen Komponenten den sekundäre Antriebsstrang bilden.
In Verbindung mit 2 wird das Verteilergetriebe 28 der vorliegenden Erfindung nunmehr in näherer Einzelheit erläutert. Dieses Verteilergetriebe 28 besitzt ein allgemein mit 30 bezeichnetes Gehäuse, das vorzugsweise aus Metall in zwei passende Abschnitte gegossen ist und Öffnungen, Sacklöcher, Lager, Lageraufnahmeflächen und andere Merkmale aufweist, die speziell dazu vorgesehen sind, die Komponenten des Verteilergetriebes 28 aufzunehmen. Genauer gesagt besitzt das Verteilergetriebe 28 einen allgemein mit 48 bezeichneten Planetenradsatz, der von einer Eingangswelle 50 angetrieben wird, die drehbar im Verteilergetriebe 28 angeordnet ist. Die Eingangswelle 50 wird vom Ausgangs des Getriebes 44 angetrieben und steht damit in Verbindung. Die Eingangswelle 50 definiert eine Eintrittsbohrung 52, die eine Rollenlageranordnung 54 aufnimmt. Die Rollenlageranordnung 54 nimmt wiederum das Vorderende 56 der hinteren (primären) Ausgangswelle 40 des Verteilergetriebes 28 auf und lagert dieses drehbar. Eine Gerotorpumpe 57 ist um die Ausgangswelle 40 befestigt und dreht sich mit dieser, so dass Schmiermittel unter Druck einem Kanal 57A zugeführt wird, der sich axial außerhalb der Ausgangswelle 40 erstreckt und Schmiermittel auf die Komponenten des Verteilergetriebes 28 verteilt.
Die Außenfläche der Eingangswelle 50 definiert eine Vielzahl von Außenzähnen 58, die mit komplementär ausgebildeten Zähnen 60 an der inneren Umfangsfläche eines Sonnenrades 62 des Planetenradsatzes 48 in Eingriff stehen. Das Sonnenrad 62 ist daher mit der Eingangswelle 50 gekoppelt, um sich zusammen mit dieser zu drehen. Das Sonnenrad 62 besitzt eine Vielzahl von Zähnen 64, die um seinen Umfang herum angeordnet sind. Ein Ringrad 68 ist auf die Sonnenradzähne 64 ausgerichtet. Das Ringrad 68 besitzt einwärts gerichtete Zähne 70. Eine Vielzahl von Ritzeln 72 ist drehbar auf einer entsprechenden Vielzahl von Stummelwellen 74 angeordnet, die in einem Träger 76 montiert sind. Der Träger 76 besitzt eine Vielzahl von einwärts gerichteten Zähnen 78, die auf einer Fläche angeordnet sind, welche benachbart zu den von der Eingangswelle 50 gebildeten Außenzähnen 58 vorgesehen ist. Der Planetenradsatz 48 ist in näherer Einzelheit in der US-PS 4 440 042 beschrieben, die auf die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung übertragen ist und auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Eine Kupplung 84 ist um die Ausgangswelle 40 angeordnet und darauf gelagert, um eine axiale Gleitbewegung relativ zur Ausgangswelle 40 durchzuführen. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei der Kupplung 84 um eine Klauenkupplung. Die Kupplung 84 besitzt eine einwärts gerichtete Vielzahl von Zähnen 86, die komplementär zu einer entsprechenden Vielzahl von Außenzähnen 88, die auf der Ausgangswelle 40 angeordnet sind, ausgebildet und hieran angepasst sind. Die Klauenkupplung 84 dreht sich somit zusammen mit der Ausgangswelle 40, kann jedoch entlang dieser in Axialrichtung gleiten. Die Zähne 86 sind ebenfalls komplementär zu den Außenzähnen 58 auf der Eingangswelle 50 ausgebildet. Die Klauenkupplung 84 besitzt ferner eine Vielzahl von Außenzähnen 90, die komplementär zu den Zähnen 78, die auf dem Träger 76 angeordnet sind, ausgebildet sind und wahlweise hiermit in Eingriff gebracht werden können, wie nachfolgend in näherer Einzelheit beschrieben.
Die Klauenkupplung 84 ist axial in eine erste vordere Stellung verschiebbar, in der die Außenzähne 58 mit den Zähnen 86 gekoppelt sind und somit für eine direkte Drehmomentübertragung und somit einen Antrieb zwischen der Eingangswelle 50 und der Ausgangswelle 40 sorgen. Um den sanften Eingriff zwischen den Außenzähnen 58 an der Eingangswelle 50 und den Zähnen 86 der Klauenkupplung 84 zu erleichtern, kann das Verteilergetriebe 28 eine mechanische Synchronisationseinrichtung (nicht gezeigt) aufweisen, die die Drehzahl der Eingangswelle 50 so reduziert, dass sich diese der Drehzahl der Ausgangswelle 40 während Schaltvorgängen von niedrig auf hoch annähert, wie dies bekannt ist. Wenn andererseits die Klauenkupplung 84 vollständig translatorisch nach hinten verschoben worden ist, koppelt sie den Träger 76 mit der Ausgangswelle 40 über das Eingreifen der Zähne 78 und Außenzähne 90 an der Klauenkupplung 84. In dieser Stellung wird die Drehzahl der Ausgangswelle 40 relativ zur Eingangswelle 50 in Abhängigkeit vom ausgewählten Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes 48 reduziert. Ferner kann die Klauenkupplung 84 auch in eine dritte Neutralstellung in der Mitte zwischen der vorderen Stellung mit Direktantrieb und der hinteren Stellung mit Antrieb mit reduzierter Drehzahl bewegt werden. Diese Neutralstellung wird in 2 gezeigt. In der mittleren Neutralstellung ist die Eingangswelle 50 von der Ausgangswelle 40 getrennt, und es wird kein Drehmoment zwischen ihnen übertragen.
Die Stellung der Klauenkupplung 84 wird von einem Stellglied 100 festgelegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Stellglied um einen elektrischen Schaltsteuermotor 100. Dieser elektrische Schaltsteuermotor 100 dreht eine Antriebswelle 102 über einen Schneckenradantrieb, der allgemein mit 104 bezeichnet ist. Die Antriebswelle 102 ist in geeigneter Weise zur Drehung mit dem Gehäuse 30 des Verteilergetriebes 28 gelagert. Die Stellung der Antriebswelle 102 wird von einer Codieranordnung überwacht und gelesen, die allgemein mit 106 bezeichnet wird und Informationen über die momentane Stellung der Antriebswelle 102 und der Klauenkupplung 84 liefert.
Die Antriebswelle 102 endet in einem Arm 108, der mit einer Federanordnung 110 verbunden ist. Die Federanordnung 110 ist um die Antriebswelle 102 gewickelt und steht ferner mit einem Arm 112 in Eingriff, der sich axial von einem zylindrischen Nocken 114 aus erstreckt. Die Federanordnung 110 funktioniert als elastische Kupplung zwischen der Antriebswelle 102 und dem zylindrischen Nocken 114, um die Verzögerung zwischen der vom Antriebsmotor 100 und den Antriebskomponenten eingeleiteten Bewegung zu absorbieren, so dass der Schaltmotor 100 seine angeforderte Endstellung erreichen kann. Die Federanordnung 110 ermöglicht ein sanftes und schnelles Ansprechen auf eine angeforderte Neupositionierung der Klauenkupplung 84 in Situationen, in denen die einwärts gerichteten Zähne 86 der Klauenkupplung 84 nicht sofort mit den Zähnen 58 der Eingangswelle 50 in Eingriff treten. Wenn eine Synchronisation der Eingangswelle 50 und der Klauenkupplung 84 im Wesentlichen erreicht worden ist, dreht die in der Federanordnung 110 gespeicherte potentielle Energie den zylindrischen Nocken 114 in seine angeforderte Stellung und beendet auf diese Weise den Schaltvorgang.
Der zylindrische Nocken 114 definiert eine schraubenförmige Bahn 116, die sich über etwa 270° um den Nocken 114 erstreckt. Diese schraubenförmige Bahn 116 nimmt einen Stift und Nockenfolger 118 auf, der mit einer Gabelanordnung 120 verbunden ist. Die Gabelanordnung 120 ist für eine bidirektionale Bewegung auf einer festen Welle 122 gelagert und steht mit dem Umfang der Klauenkupplung 84 in Eingriff. Die bidirektionale Bewegung der Gabelanordnung wird durch den Nockenfolger 118 induziert, wenn sich dieser entlang der schraubenförmigen Bahn 116 bewegt. Genauer gesagt, durch die Drehung der Welle 102 wird die Nockenfolgeranordnung 118 axial neupositioniert und positioniert somit die Klauenkupplung 84 in Axialrichtung durch die Gabelanordnung 120 in einer der drei vorstehend beschriebenen Stellungen.
Auf die 2 und 4 Bezug nehmend, besitzt das Verteilergetriebe 28 ferner eine elektromagnetisch betätigte Scheibenpackungs-Kupplungsanordnung 124. Diese Kupplungsanordnung 124 ist um die Ausgangswelle 40 angeordnet und besitzt ein kreisförmiges Antriebselement 126, das mit der Ausgangswelle 40 über eine Keilverbindung 128 verbunden ist. Das kreisförmige Antriebselement 126 hat eine Vielzahl von mit Umfangsabstand angeordneten Ausnehmungen 130A in der Form eines schiefen Schnittes durch einen Schraubentorus, wie in 3 gezeigt. Jede der Ausnehmungen 130A nimmt eine aus einer entsprechenden Vielzahl von Lastübertragungskugeln 132 auf.
Ein kreisförmiges angetriebenes Element 134 ist benachbart zum kreisförmigen Antriebselement 126 angeordnet und besitzt eine entsprechende Vielzahl von gegenüberliegenden Ausnehmungen 130B, die die gleiche Form wie die Ausnehmungen 130A besitzen. Die schiefen Seitenwände der Ausnehmungen 130A und 130B wirken als Rampen oder Nocken und wirken mit den Kugeln 132 zusammen, um die kreisförmigen Elemente 126, 134 in Abhängigkeit von einer Relativdrehung dazwischen voneinander weg zu treiben. Für den Durchschnittsfachmann liegt jedoch auf der Hand, dass die Ausnehmungen 130A und 130B sowie die Lastübertragungskugeln 132 auch durch andere analoge mechanische Elemente ersetzt werden können, die eine axiale Verschiebung der kreisförmigen Antriebselemente und angetriebenen Elemente 126, 134 in Abhängigkeit von einer Relativdrehung dazwischen bewirken. Beispielsweise können auch konische Rollen Verwendung finden, die in komplementär ausgebildeten konischen Schraubengängen angeordnet sind. Das kreisförmige angetriebene Element 134 erstreckt sich radial nach außen und ist an einem Rotor befestigt, der auch als Gehäuse 136 für eine elektromagnetische Spule dient. Das Spulengehäuse 136 enthält eine Fläche 138, die gegenüber einer Kupplungsfläche 140 an einem Anker 142 angeordnet ist. Das Spulengehäuse 136 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und umgibt eine elektromagnetische Spule 144 auf drei Seiten.
Diese elektromagnetische Spule 144 wird mit inkrementell eingestellten Pegeln an elektrischer Energie von einer Pulsbreitenmodulationssteuerung (PBM-Steuerung) (nicht gezeigt) versorgt. Das bei der vorliegenden Erfindung benutzte Pulsbreitenmodulationsschema ist herkömmlicher Art und erhöht oder erniedrigt den der Spule 144 der elektromagnetischen Spulenanordnung 124 zugeführten Durchschnittsstrom und somit den Drehmomentdurchsatz, indem die EIN-Zeit (Tastverhältnis) eines Signals von 33 Hz erhöht oder erniedrigt wird. Es versteht sich jedoch für den Durchschnittsfachmann, dass auch andere Modulationssteuertechniken Verwendung finden können, um ein inkrementelles Einrücken und Ausrücken der modulierenden Kupplungsanordnung 124 zu bewirken.
Durch die Zuführung von elektrischer Energie zur elektromagnetischen Spule 144 wird der Anker 142 magnetisch an das Spulengehäuse 136 angezogen. Diese magnetische Anziehung führt zu einem Reibkontakt des Ankers 142 mit dem Spulengehäuse 136. Wenn sich die Ausgangswelle 40 mit einer anderen Drehzahl dreht als der Anker 142, der sich mit der gleichen Drehzahl wie die sekundäre Ausgangswelle 26 dreht, führt dieser Reibkontakt zur Übertragung eines Reibungsdrehmoments von der Ausgangswelle 40 über das kreisförmige Antriebselement 126 und über die Lastübertragungskugeln 132 bis zum kreisförmigen angetriebenen Element 134. Durch das resultierende Reibungsdrehmoment laufen die Kugeln 132 die Rampen der Ausnehmungen 130A und 130E hinauf und bewirken eine axiale Verschiebung des kreisförmigen Antriebselementes 126. Diese Axialverschiebung des kreisförmigen Antriebselementes 126 verschiebt eine Beaufschlagungsplatte 146 und eine zwischen dem Anker 142 und der Beaufschlagungsplatte 146 angeordnete Unterlegscheibe 148 in Axialrichtung zu einer Scheibenpackungskupplungsanordnung, die allgemein mit 150 bezeichnet wird. Eine Druckfeder 151 sorgt für eine Rückstellkraft, die das kreisförmige Antriebselement 126 in Richtung auf das kreisförmige angetriebene Element 134 vorspannt und die Lastübertragungskugeln 132 in mittlere Stellungen in den kreisförmigen Ausnehmungen 130A und 130B zurückführt, um für ein maximales Spiel und eine minimale Reibung zwischen den Komponenten der elektromagnetischen Kupplungsanordnung 124 zu sorgen, wenn diese deaktiviert ist.
Die Scheibenpackungskupplungsanordnung 150 enthält eine Vielzahl miteinander verschachtelter Reibplatten oder Scheiben 152. Eine erste Vielzahl von Scheiben 152A ist über miteinander in Eingriff stehende Keile 154 mit einer Kupplungsnabe 155 verbunden, die drehbar mit der Ausgangswelle 40 verbunden ist. Eine zweite Vielzahl von Scheiben 152B ist über miteinander in Eingriff stehende Keile 158 drehfest mit einem ringförmigen Gehäuse 156 verbunden.
Das ringförmige Gehäuse 156 ist frei drehbar um die Ausgangswelle 40 angeordnet und über eine Vielzahl von miteinander in Eingriff stehenden Nasen und Ausnehmungen 162 mit einem Antriebskettenrad 160 verbunden. Das Antriebskettenrad 160 ist ebenfalls drehbar auf der Ausgangswelle 40 angeordnet. Wenn die Kupplungsanordnung 124 eingerückt ist, überträgt sie Energie von der Ausgangswelle 40 auf das Antriebskettenrad 160. Eine Antriebskette 164 ist auf den Zähnen des Antriebskettenrades 160 angeordnet und steht mit einem angetriebenen Kettenrad 166 in Eingriff und überträgt Rotationsenergie auf dieses. Das angetriebene Kettenrad 166 ist über miteinander in Eingriff stehende Keile 168 mit der vorderen (sekundären) Ausgangswelle 26 des Verteilergetriebes 28 gekoppelt.
Für den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass die Konstruktion und die Geometrie der Ausnehmungen 130A, 130B sowie der Kugeln 132, die Konstruktion der Unterlegscheibe 148 und der Druckfeder 151 sowie das Spiel in der Kupplungsanordnung 124 sicherstellen, dass sich die Kupplungsanordnung 124 nicht selbst verriegelt. Die elektromagnetische Kupplungsanordnung 124 darf nicht selbstverriegelnd sein, sondern muss vielmehr in der Lage sein, das Festklemmen der Kupplungsscheiben 152 und die Drehmomentübertragung als direkte Reaktion auf eine Erhöhung oder Erniedrigung der schrittweise arbeitenden PBM-Steuereinheit zu modulieren. Ferner ist dem Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass, obwohl die vorstehend beschriebene elektromagnetische Kupplungsanordnung 124 elektromagnetische Aktivierungseinrichtungen aufweist, die Kupplungsanordnung auch in der gleichen Weise über hydraulische oder pneumatische Stellglieder betätigt werden kann, welche mit einem gesteuerten unter Druck stehenden Hydraulikfluid oder Druckluft arbeiten.
Besonders auf 2 Bezug nehmend, umfasst das Verteilergetriebe 26 ferner ein Eingangstonrad 174, das mit der vorderen Eingangswelle 50 gekoppelt ist und sich mit dieser dreht. Ein erster Hallsensor 170 ist in enger abtastender Beziehung zu einer Vielzahl von Zähnen 172 auf dem Tonrad 174 angeordnet. Das Ausgangssignal des ersten Hallsensors wird in elektrischen Leitern 176 geführt. In entsprechender Weise ist ein Ausgangstonrad 184 auf der hinteren (primären) Ausgangswelle 40 angeordnet. Ein zweiter Hallsensor 180 ist in enger abtastender Beziehung zu einer Vielzahl von Zähnen 182 auf dem Ausgangstonrad 184 angeordnet. Das Ausgangssignal des zweiten Hallsensors 180 wird in elektrischen Leitern 186 geführt. Vorzugsweise entspricht die Zahl der Zähne 172 auf dem Tonrad 174 der Zahl der Zähne 182 auf dem Tonrad 184, so dass identische Wellendrehzahlen zur gleichen Zahl von Impulsen pro Zeitanordnung von den Hallsensoren 170 und 180 führen. Dies vereinfacht die Berechnungen in Bezug auf die Wellendrehzahlen und verbessert die Genauigkeit aller Logikentscheidungen auf der Basis dieser Daten und Berechnungen. Die tatsächliche Zahl der Zähne 172 auf dem Tonrad 174 und der Zähne 182 auf dem Tonrad 184 kann in Abhängigkeit von den Drehzahlen und der Sensorkonstruktion von 25 bis 50 oder mehr oder weniger variieren.
Der erste und zweite Hallsensor 170 und 180 erfassen die entsprechenden Zähne 172 und 182 und erzeugen eine Reihe von Impulsen, die dazu verwendet werden können, um die momentanen Drehzahlen der Eingangswelle 50 und der hinteren Ausgangswelle 40 zu berechnen. Diese Drehzahlen der Eingangswelle 50 entsprechen den Drehzahlen des Ausganges des Getriebes 44. In entsprechender Weise entspricht die Drehzahl der hinteren Ausgangswelle 40 der Drehzahl der hinteren Antriebswelle 38.
Hallsensoren werden bevorzugt, da sie ein Ausgangssignal erzeugen, das beim Passieren der erfassten Zähne zwischen einem genau definierten hohen und niedrigen Signalwert variiert. Es versteht sich jedoch für den Durchschnittsfachmann, dass auch andere Erfassungsvorrichtungen verwendet werden können, wie beispielsweise Sensoren mit variabler Reluktanz. Derartige Sensoren liefern jedoch nicht die von den Hallsensoren erzeugte saubere Wellenform, insbesondere bei niedrigen Wellendrehzahlen, und können somit eine gesonderte Eingangskonditionierung erforderlich machen, um verwertbare Daten zu liefern. Es versteht sich ferner, dass die Hallsensoren 170 und 180 und die entsprechenden benachbarten Zähne 172 und 182 auf dem Tonrad 174, 184 vorzugsweise im Gehäuse 30 des Verteilergetriebes 28 angeordnet sind. Sie können jedoch auch an irgendeiner anderen bequemen Stelle entlang der Getriebeausgangs-/Verteilergetriebeeingangswelle 50 und der hinteren (primären) Ausgangswelle 40 sowie dem primären Antriebsstrang angeordnet sein. Es ist auch möglich, die Drehzahl von einer Welle oder von beiden Wellen über eine Reduktionsgetriebeeinheit, wie beispielsweise das hintere Differential 36, zu erfassen, wenn der Signalprozessor geeignete Skalierungsfaktoren zur Kompensation des Übersetzungsverhältnisses der Einheit aufweist. Somit können die in geeigneter Weise umgerechneten Ausgangssignale von Hinterraddrehzahlsensoren, beispielsweise bei einem Antiblockierbremssystem, Verwendung finden und gemittelt werden, um die Drehzahl der Ausgangswelle 40 zur Verfügung zu stellen, und zwar unter dem vorstehend genannten Vorbehalt, was die Drehzahlabtastung an diversen Stellen entlang den Antriebssträngen betrifft.
Wieder auf 1 Bezug nehmend, wird das Signal vom ersten Hallsensor 170 in den Leitern 176 zu einer Steuereinheit, wie zum Beispiel zu einem Mikroprozessor 200, geführt. In entsprechender Weise wird das Signal vom zweiten Hallsensor 180, das in den Leitern 186 geführt wird, dem Mikroprozessor 200 zugeführt. Des Weiteren empfängt der Mikroprozessor 200 Eingangssignale von dem vom Bediener gesteuerten Gangwählhebel 202, wodurch eine manuelle Wahl durch den Bediener entweder des niedrigen oder des hohen Gangbereichs des Verteilergetriebes 28 gestattet wird. Signale, die die Wahl des vom Bediener gewählten Gangbereichs befehlen, werden dem Stellglied vom Mikroprozessor 200 über die elektrischen Leiter 204 zugeführt, bei dem es sich in diesem Fall um den Schaltsteuermotor 100 handelt.
Nunmehr auf die 5, 6A und 6B Bezug nehmend, wird das Verfahren zum Synchronisieren von Niedrig-Hoch-Schaltvorgängen in einem Verteilergetriebe der vorliegenden Erfindung in näherer Einzelheit erläutert. Das Verfahren wird in Verbindung mit dem Ablaufdiagramm 206 beschrieben, das im Wesentlichen ein Unterprogramm des Mikroprozessors 200 umreißt. Für den Durchschnittsfachmann versteht sich, dass dieses von dem Ablaufdiagramm 206 dargestellte Unterprogramm nur eines aus zahlreichen anderen Programmen oder Unterprogrammen sein kann, die im Mikroprozessor 200 betrieben werden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie es im Ablaufdiagramm 206 (6 und 6B) dargestellt ist, steuert den Schaltsteuermotor oder das Stellglied 100, um einen praktisch nicht wahrnehmbaren fliegenden Schaltvorgang des Getriebes im Verteilergetriebe 28 zu erreichen. Somit steuert das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen Schaltvorgang aus einem niedrigen Bereich, in dem Drehmoment von der Eingangswelle 50 zur Ausgangswelle 40 über den Planetenradsatz 48 übertragen wird, in einen hohen Bereich, in dem Drehmoment direkt zwischen der Eingangswelle 50 und der Ausgangswelle 40 über die Klauenkupplung 84 übertragen wird. Das Verfahren beginnt bei 208. Vor Eintreten in das Unterprogramms wird jedoch in ein Abfrage- oder Entscheidungspunkt 210 eingetreten. Dieser Entscheidungspunkt 210 bildet in der Regel einen Teil eines Hauptsteuersystems oder einer großen Regelschleife in einem Mikroprozessor-Fahrzeugmanagementsystem und überwacht oder erfasst, ob der Gangwählhebel 202 in eine niedrige oder hohe Stellung bewegt worden ist, so dass ein Schaltvorgang angefordert worden ist. Wenn kein Schaltvorgang angefordert wurde, kann das entsprechende Hauptsteuersystem oder Unterprogramm mit anderen Befragungen, Berechnungen und Aktionen, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht relevant sind, fortfahren. Der Entscheidungspunkt 210 wird jedoch kontinuierlich überwacht, um zu erfassen, wann ein Schaltvorgang gewählt worden ist, wie durch die Feedback-Schleife 212 angedeutet.
Wenn andererseits ein Schaltvorgang gewählt wurde, erhält der Bediener ein visuelles Signal, dass ein Schaltvorgang fortschreitet, wie durch den Prozessschritt 214 angedeutet. Bei dieser Anzeige kann es sich um ein Blinklicht im Innenraum des Kraftfahrzeuges handeln, oder sie kann die Form irgendeiner geeigneten visuellen oder Audio-Anzeige annehmen. Nach Anzeige eines Schaltvorgangs wird in den Entscheidungspunkt 216 eingetreten. Hier ermittelt der Mikroprozessor 200, ob eine Schaltung von niedrig auf hoch angefordert worden ist. Wenn die Antwort Nein ist, was bedeutet, dass die Schaltung von hoch auf niedrig erfolgt, wird der Entscheidungspunkt bei NEIN verlassen. Danach wird in den Entscheidungspunkt 218 eingetreten, und der Mikroprozessor 200 ermittelt, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeuges geringer ist als 16 km/h. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als 16 km/h, wird der Entscheidungspunkt 218 bei NEIN verlassen und kehrt das Unterprogramm zum Entscheidungspunkt 216 zurück. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges andererseits geringer ist als 16 km/h, wird der Entscheidungspunkt 218 bei JA verlassen, und der Schaltvorgang ist beendet, wie beim Prozessschritt 220 angedeutet. Danach endet das Unterprogramm, wie bei 222 angedeutet. Um den Schaltvorgang zu beenden, bewegt der Schaltsteuermotor oder das Stellglied 100 die Klauenkupplung 84 aus ihrer Hoch-Stellung, das heißt der Stellung, in der sie links von der in 2 gezeigten Stellung angeordnet ist, in die Neutralstellung, das heißt die Stellung, in der die Klauenkupplung 84 in dieser Figur dargestellt ist. Danach, und wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges geringer ist als 16 km/h, wird dann der Schaltvorgang beendet, wenn der Schaltsteuermotor 100 die Klauenkupplung 84 vollständig von der in 2 gezeigten Stellung nach rechts bewegt, so dass Drehmoment der Eingangswelle 50 über den Radsatz 48 und die Kupplungskammer auf die Ausgangswelle 40 übertragen wird.
Wenn als Alternative die Schaltanzeige 202 einen Schaltvorgang von niedrig auf hoch anzeigt, wird der Entscheidungspunkt 216 bei JA verlassen. In diesem Fall tritt das Unterprogramm 206 in den Entscheidungspunkt 222 ein und ermittelt der Mikroprozessor 200, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeuges geringer ist als 35 km/h. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Entscheidungspunkt 224 bei NEIN verlassen und kehrt das Unterprogramm zum Entscheidungspunkt 216. Somit muss bei der bevorzugten Ausführungsform das Fahrzeug mit weniger als 35 km/h laufen. Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird das Fahrzeuggetriebe 28 zuerst auf neutral geschaltet, bevor der Schaltvorgang von niedrig auf hoch im Verteilergetriebe 28 beendet wird. Wenn der Mikroprozessor 200 ermittelt, dass das Fahrzeug mit weniger als 35 km/h läuft, wird der Entscheidungspunkt 224 bei JA verlassen und das Schaltzeitglied gelöscht und gestartet, wie bei Prozessschritt 226 gezeigt. Wie bei Prozessschritt 228 gezeigt, löst der Mikroprozessor 200 danach das Stellglied, in diesem Fall einen Elektromotor 100, aus, um die Kupplung 84 außer Eingriff mit dem Radsatz 48 in eine Neutralstellung (in 2 dargestellt) zu bewegen, und misst die Drehzahl des Stellglieds 100. Insbesondere umfasst dieser Schritt Messen der vergangenen Zeit (n), die in 5 graphisch dargestellt ist, während der Bewegung der Kupplung in die Neutralstellung sowie der während dieser Zeit von dem Motor 100 zurückgelegten Drehstrecke.
Wie bei Entscheidungspunkt 230 angedeutet, bestimmt der Mikroprozessor 200 des Weiteren, wann die Kupplung 84 die vorbestimmte Neutralstellung erreicht hat. Wenn die Kupplung 84 die Neutralstellung nicht erreicht hat, wird der Entscheidungspunkt 230 bei NEIN verlassen und erreicht erneut den Entscheidungspunkt 230, bis die Neutralstellung erreicht worden ist. Schließlich wird die Zeit (n) die vergangen ist, bis sich die Kupplung 84 in die Neutralstellung bewegt, bei Prozessschritt 232 gespeichert.
Wie in den Prozessschritten 234 und 236 in 6B angedeutet, ermittelt der Mikroprozessor danach die Zeit (x), die in 5 graphisch dargestellt ist, bis die Kupplung 84 einen vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht. Dazu verwendet der Mikroprozessor 200 die Drehzahl des Stellglieds 100 und die verbleibende Drehstrecke, durch die sich das Stellglied 100 bewegen muss, damit die Kupplung 84 den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht. Dann meldet der Mikroprozessor 200 dem Stellglied 100, die Kupplung zu bewegen, bis sie den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht hat, wie bei Entscheidungspunkt 238 angedeutet. Dann stoppt der Mikroprozessor 200 das Stellglied nach der Zeit (t) und wenn die Kupplung 84 den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht hat, nicht länger als eine vorbestimmte Zeit (s), wie bei Prozessschritt 240 angedeutet.
Unter Verwendung der Eingangs- und Ausgangs-Hallsensoren 170, 180 erfasst der Mikroprozessor 200 dann die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangswelle 50 bzw. 40 des Verteilergetriebes, wie durch den Prozessschritt 242 angedeutet. Dann wird der Entscheidungspunkt 244 aktiviert, wenn der Mikroprozessor 200 ermittelt, ob die Drehzahl der Eingangswelle 50 kleiner gleich der Drehzahl der Ausgangswelle 40 ist. Wenn dies der Fall ist, dann wird der Schaltvorgang von niedrig auf hoch beendet, wie in 6A bei Prozessschritt 220 angedeutet, indem die Kupplung 84 bewegt wird, um eine direkte Drehmomentübertragung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 50 bzw. 40 bereitzustellen. Der Schaltvorgang wird jedoch nur beendet, wenn die Different der Drehzahl der Eingangswelle 50 und der Ausgangswelle 40 kleiner ist als ein vorbestimmter Wert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Differenz kleiner sein als 100 U/min. Als Alternative dazu wird der Entscheidungspunkt 224 auch bei JA verlassen, um den Schaltvorgang von niedrig auf hoch zu beenden, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle 50 bzw. 40 für eine vorbestimmte Zeit größer ist als ein vorbestimmter Wert. Insbesondere kann der Schaltvorgang beendet werden, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangs- und der Ausgangswelle 50 bzw. 40 für einen vorbestimmten Teil der vergangenen Zeit (T) ab Einleitung des Schaltvorgangs größer ist als 100 U/min, wie in 5 dargestellt. Bei einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung kann dieser vorbestimmte Teil 20% der vergangenen Zeit (T) ab Einleitung des Schaltvorgangs darstellen. Ansonsten und bei Fehlen irgendeiner dieser Bedingungen, wird der Entscheidungspunkt 244 bei NEIN verlassen, und das Unterprogramm tritt wieder in diesen Entscheidungspunkt ein.
Wenn die Klauenkupplung 84 darüber hinaus bei Einleitung des Schaltereignisses nicht außer Eingriff mit dem Planetenradsatz 48 in die Neutralstellung bewegt werden kann (hier als „eingefangener" Zustand bezeichnet), bricht der Mikroprozessor 200 die Schaltanforderungen ab. Dem Bediener wird dieser Zustand mitgeteilt, indem die bei Prozessschritt 214 dargestellte Anzeige „fortschreitender Schaltvorgang" beendet wird.
Demgemäß handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren und um eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Synchronisation von Schaltvorgängen von niedrig auf hoch in einem Verteilergetriebe, wodurch ein hohes Maß an Steuerung und eine genaue Synchronisation vor dem Schalten zwischen niedrigen und hohen Drehzahlen gestattet wird. Des Weiteren werden diese Ziele mit dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auf wirksame, kostengünstige und relativ einfache Weise erreicht.
Die Erfindung wurde auf beispielhafte Weise erläutert. Es versteht sich, dass die verwendete Terminologie lediglich beschreibender Natur ist und in keiner Weise eine Beschränkung darstellt. Viele Modifikationen und Variationen der Erfindung sind angesichts der vorstehend wiedergegebenen Lehren möglich. Innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche kann daher die Erfindung auch anders ausgeführt werden als hier speziell beschrieben.

Claims

Verfahren zur Synchronisation des Schaltens von niedrig auf hoch in einem Verteilergetriebe (28) in einem Automobil (10), das Folgendes umfasst: Anregen eines Stellglieds (100) zum Bewegen einer Kupplung (84) außer Eingriff mit einem Zahnradsatz (48) in eine vorbestimmte Neutralstellung und Messen der Drehzahl des Stellglieds (100); Bestimmen der zusätzlichen Zeit, bis die Kupplung (84) einen vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht, unter Verwendung der Drehzahl des Stellglieds (100) und der verbleibenden Drehstrecke, durch die sich das Stellglied (100) bewegen muss, damit die Kupplung (84) den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht; Bewegen der Kupplung (84), bis sie den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht hat, Anhalten des Stellglieds (100), wenn die Kupplung (84) den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht hat, nicht länger als eine vorbestimmte Zeit; Erfassen und Vergleichen der Drehzahlen der Verteilergetriebeeingangswelle (50) und -ausgangswelle (40); und Vollenden des Schaltens von niedrig auf hoch durch Bewegen der Kupplung (84) zur Bereitstellung einer direkten Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40), wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Hessens der Drehzahl des Stellglieds (100) das Messen der vergangenen Zeit während der Bewegung der Kupplung (84) in die vorbestimmte Neutralstellung und der von dem Stellglied (100) während dieser Zeit zurückgelegten Drehstrecke ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin mit dem Schritt des Bestimmens, wann die Kupplung (84) die vorbestimmte Neutralstellung erreicht hat, und Speichern der für das Stattfinden dieser Bewegung vergangenen Zeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit dem Schritt des Vollendens des Schaltens, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) weniger als 100 U/min beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit dem Schritt des Vollendens des Schaltens von niedrig auf hoch, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) für eine vorbestimmte Zeit größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Vollendens des Schaltens von niedrig auf hoch durchgeführt wird, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) für einen vorbestimmten Teil der vergangenen Zeit (T) ab Einleiten des Schaltens größer als 100 U/min ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Vollendens des Schaltens von niedrig auf hoch durchgeführt wird, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) für 20% der vergangenen Zeit ab Einleiten des Schaltens größer als 100 U/min ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit dem Schritt des Schaltens des Fahrzeuggetriebes (44) in Neutral vor Einleiten des Schaltens von niedrig auf hoch des Verteilergetriebes (28).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schalten durch Betätigen eines Gangwählhebels (202) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit dem Schritt des Bereitstellens von Rückkopplung, dass gerade ein Schalten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit dem Schritt des Bestimmens, ob das Schalten von einer niedrigen Drehzahl auf eine hohe Drehzahl im Verteilergetriebe (28) als Reaktion auf die Betätigung des Gangwählhebels (202) durchgeführt werden soll.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit dem Schritt des Bestimmens, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) weniger als 35 Kilometer pro Stunde beträgt, und Löschen und Starten eines Schaltzeitglieds vor Anregen des Stellglieds (100) zum Bewegen der Kupplung (84) außer Eingriff mit dem Zahnradsatz (48) in die Neutralstellung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit dem Schritt des Bestimmens, ob das Schalten von einer hohen Drehzahl auf eine niedrige Drehzahl im Verteilergetriebe (28) als Reaktion auf die Betätigung des Gangwählhebels (202) erfolgen soll.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin mit den Schritten des Bestimmens, ob die Drehzahl des Fahrzeugs (10) weniger als 16 Kilometer pro Stunde beträgt, und Anregens des Stellglieds (100) zum Bewegen der Kupplung (84) aus direkter Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) in Eingriff mit dem Zahnradsatz (48).
Verteilergetriebe (28) mit synchronisiertem Schalten von niedrig auf hoch, das Folgendes umfasst: eine Eingangswelle (50), eine Ausgangswelle (40) und einen Zahnradsatz (48), der gezielt dahingehend betätigbar ist, um bei verringerten Drehzahlen Drehmoment zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) zu übertragen; eine Kupplung (84), die dahingehend betätigbar ist, Drehmoment zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) entweder direkt oder durch den Zahnradsatz (48) zu übertragen; ein Stellglied (100) mit einer Drehausgabe, die an die Kupplung wirkgekoppelt ist, um die Kupplung (84) zwischen vorbestimmten Stellungen zu bewegen; dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, um die Drehzahl des Stellglieds (100) zu berechnen, wenn es die Kupplung (84) in eine Neutralstellung bewegt, wobei die Steuereinheit weiterhin dahingehend betätigbar ist, die zusätzliche Zeit, bis die Kupplung (84) einen vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht, unter Verwendung der Drehzahl des Stellglieds (100) und der verbleibenden Drehstrecke, durch die sich das Stellglied (100) bewegen muss, damit die Kupplung (84) den vorbestimmten Synchronisationspunkt erreicht, zu bestimmen, wobei die Steuereinheit weiterhin dahingehend betätigbar ist, das Stellglied (100) nicht länger als eine vorbestimmte Zeit anzuhalten, wenn die Kupplung (84) den Synchronisationspunkt erreicht hat, und die Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) zu erfassen und zu vergleichen und dem Stellglied (100) zu melden, das Schalten von niedrig auf hoch durch Bewegen der Kupplung (84) zur Bereitstellung einer direkten Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) zu vollenden, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 15, weiterhin mit einem ersten Drehzahlsensor (170) zum Zuführen eines Drehzahlsignals der Eingangswelle (50) zur Steuereinheit.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 16, weiterhin mit einem zweiten Drehzahlsensor (180) zum Zuführen eines Drehzahlsignals der Ausgangswelle (40) zur Steuereinheit.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 17, wobei der erste (170) und der zweite (180) Drehzahlsensor im Verteilergetriebe (28) gestützt werden und die Drehzahlen der Eingangswelle (50) bzw. der Ausgangswelle (40) erfassen.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der erste Drehzahlsensor (170) einen Eingangs-Hallsensor (170) und ein Eingangstonrad (174) enthält, wobei das Eingangstonrad (174) drehfest auf der ersten Eingangswelle (50) angebracht ist und mehrere Zähne (172) enthält, wobei der Hallsensor (170) im Verteilergetriebe (28) neben dem Eingangstonrad (174) und in unmittelbarer Nähe dazu zur Erfassung der Zähne (172) am Eingangstonrad (174) gestützt wird.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 17 oder 18, wobei der zweite Drehzahlsensor (180) einen Ausgangs-Hallsensor (180) und ein Ausgangstonrad (184) enthält, wobei das Ausgangstonrad (184) drehfest auf der Ausgangswelle (40) angebracht ist und mehrere Zähne (182) enthält, wobei der Ausgangs-Hallsensor (180) im Verteilergetriebe (28) neben dem Ausgangstonrad (184) und in unmittelbarer Nähe dazu zur Erfassung der Zähne (182) am Ausgangstonrad (184) gestützt wird.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Zahnradsatz (48) ein Planetenradsatz (48) ist, der im Verteilergetriebe angebracht und dahingehend betätigbar ist, Drehzahlen zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) zu reduzieren.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei die Kupplung (84) eine Klauenkupplung (84) ist, die drehfest auf der Ausgangswelle (40) angebracht ist, wobei die Kupplung (84) axial entlang der Ausgangswelle (40) zwischen einer ersten Stellung, in der die Kupplung (84) den Zahnradsatz (48) in Eingriff nimmt und Drehmoment zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) bei reduzierten Drehzahlen überträgt, der Neutralstellung, in der kein Drehmoment zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) übertragen wird, und einer zweiten Stellung, in der Drehmoment durch die Kupplung (84) zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) direkt übertragen wird, translatorisch verschiebbar ist.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 22, wobei sich der Synchronisationspunkt zwischen der Neutralstellung und der zweiten Stellung befindet.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 22 oder 23, wobei das Stellglied (100) einen elektrischen Gangschaltmotor (100) mit einer Drehausgabe enthält, die an die Kupplung (84) wirkgekoppelt ist, um die Kupplung (84) in die erste Stellung, die zweite Stellung, die Neutralstellung und zum Synchronisationspunkt zu bewegen.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei die Steuereinheit bestimmt, wann die Kupplung (84) die vorbestimmte Neutralstellung erreicht hat und die zum Stattfinden dieser Bewegung vergangene Zeit speichert.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei die Steuereinheit dem Stellglied (100) befiehlt, die Kupplung (84) zur Vervollständigung des Schaltens von niedrig auf hoch zu bewegen, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) kleiner als 100 U/min ist.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Steuereinheit dem Stellglied (100) befiehlt, die Kupplung (84) zur Vervollständigung des Schaltens von niedrig auf hoch zu bewegen, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) für eine vorbestimmte Zeit größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 27, wobei die Steuereinheit dem Stellglied (100) befiehlt, die Kupplung (84) zum Vollenden des Schaltens von niedrig auf hoch zu bewegen, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) für einen vorbestimmten Teil der vergangenen Zeit (T) ab Einleitung des Schaltens größer als 100 U/min ist.
Verteilergetriebe (28) nach Anspruch 28, wobei die Steuereinheit dem Stellglied (100) befiehlt, die Kupplung (84) zum Vollenden des Schaltens zu bewegen, wenn die Differenz der Drehzahlen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) für mindestens 20 Prozent der vergangenen Zeit (T) ab Einleitung des Schaltens größer als 100 U/min ist.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 15 bis 29, wobei die Steuereinheit vor Anregen des Stellglieds (100) zum Bewegen der Kupplung außer Eingriff mit dem Zahnradsatz (48) zum Synchronisationspunkt bestimmt, ob die Drehzahl des Fahrzeugs (10) weniger als 35 km pro Stunde beträgt.
Verteilergetriebe (28) nach einem der Ansprüche 15 bis 30, wobei die Steuereinheit vor Anregen des Stellglieds (100) zum Bewegen der Kupplung (84) aus direkter Drehmomentübertragung zwischen der Eingangswelle (50) und der Ausgangswelle (40) in Eingriff mit dem Zahnradsatz (48) beim Schalten des Verteilergetriebes (28) von hoch auf niedrig bestimmt, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) weniger als 16 km pro Stunde beträgt.