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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und ein Verfahren zur automatischen Gangwahl in einem Getriebe,
das einen Teil eines Fahrzeugs bildet, abhängig von der vorhandenen bzw.
aktuellen Drehzahl einer Welle, die einen Teil des Getriebes bildet,
nach Anspruch 12. Die Merkmale des jeweiligen Oberbegriffs von Anspruch
1 und 12 sind aus US-B-6253139 bekannt.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Um
die Handhabung von Fahrzeugen zu erleichtern, sind sie, wo es geeignet
ist, mit automatischen Getrieben versehen. Der Begriff automatische Getriebe
betrifft alle Arten von Getrieben, in welchen Übersetzungsstufen bzw. Gänge ohne
den direkten Eingriff eines Bedieners oder Fahrers ausgewählt werden.
Ein Beispiel eines automatischen Getriebes, in welchem Gänge über eine
elektronische Steuerung ausgewählt
werden, ist in
EP 155043 gegeben. Wo
es angebracht ist, können
automatische Getriebe in einen Betriebsmodus versetzt werden, in
dem der Bediener oder Fahrer Gänge
durch Aktivierung eines Gangwählers
auswählt.
Ein Beispiel einer Gangauswahlvorrichtung ist in WO 01/55622 gegeben.
Die Erfindung kann auch in einer Ausführung eines Getriebes verwendet
werden, in welchem die in WO 01/55622 beschriebene Vorrichtung Verwendung
findet, in der Gänge
ohne den direkten Eingriff eines Bedieners oder Fahrers ausgewählt werden.
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Bei
bekannten elektronisch gesteuerten automatischen Getrieben wird
ein Herunterschalten in einen niedrigeren Gang so gesteuert, daß ein Steuerelement
eine Information über
die aktuelle Drehzahl bzw. Ist-Drehzahl des Getriebes empfängt, oder
alternativ die aktuelle Drehzahl einer mit dem Getriebe gekoppelten
Maschine. Ein Herunterschalten wird ausgeführt, um sicherzustellen, daß ein ausreichendes
Drehmoment zum Antrieb des Getriebes verfügbar ist. 1 zeigt
eine Drehmomentkurve, welche das gelieferte Drehmoment als eine
Funktion der Drehzahl einer Dieselverbrennungsmaschine darstellt.
Die Drehmomentkurve zeigt eine relativ steile Flanke von der Leerlaufdrehzahl
an, nach welcher das Drehmoment in einem Betriebsbereich gleichmäßig ist
und dann stark abfällt.
Um ein gutes Fahrverhalten bei einem Fahrzeug mit einer Verbrennungsmaschine
zu erhalten, wird ein Signal zum Herunterschalten in eine niedrigere
Gangstufe abgegeben, wenn die Verbrennungsmaschine in einem Betriebszustand
ist, welcher zu einer Maschinen- bzw. Motordrehzahl korrespondiert,
die ungefähr
in der Mitte längs
der steilen Flanke liegt. Für
herkömmliche
Dieselmotoren, die für
schwere Lastwagen vorgesehen sind, ist die Getriebesteuerungseinheit
mit einem höheren Übersetzungsverhältnis von
bis zu ungefähr 800
... 1200 U/min ausgelegt, welche zum Beispiel von der Last, Steigung
und Gaspedalstellung abhängt.
Eine übliche
Leerlaufdrehzahl für
Verbrennungsmaschinen, die für
Schwerlastwagen vorgesehen ist, beträgt in etwa 600 U/min.
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Getriebe
für schwere
Fahrzeuge sind normalerweise mit einer großen Anzahl von Gangstufen ausgerüstet. Eine
normale Anzahl von Gängen
für ein
Fahrzeug zur Vorwärtsbewegung
kann 12 bis 18 Gänge
aufweisen. Dieses bedeutet, daß die
Differenz im Übersetzungsverhältnis zwischen
zwei Gangstufen relativ so gering ist, daß eine große Anzahl von Gängen durchlaufen
wird, wenn mit variierender Geschwindigkeit oder variierendem Dreh moment
gefahren wird. Dieses ist normalerweise positiv, wenn ein schwer
beladenes Fahrzeug aus dem Stand bis auf die gewünschte Fahrgeschwindigkeit frei
beschleunigen kann. Andererseits hat es sich herausgestellt, daß ein Schalten
von Gängen
in Fahrsituationen problematisch ist, in denen ein Fahrer vorübergehend
den Gashebel losgelassen hat, bevor er unmittelbar danach wieder
beschleunigt, als wenn ein Fahrzeug verlangsamt, um um eine Ecke
zu biegen oder um zum Beispiel einen Kreisverkehr zu durchfahren.
Ein weiteres Beispiel für
eine Betriebsstörung
auf Grund von häufigem
Schalten der Gänge besteht
darin, wenn ein Fahrzeug in einem Verkehrsfluß fahren muß, in welchem eine Folge von
Schaltvorgängen
unter Drehmoment vorkommt, ungeachtet der Tatsache, daß der Fahrer
eigentlich die Geschwindigkeit seines Fahrzeugs beibehalten und
der Geschwindigkeit des Verkehrsflusses anpassen möchte. Ungewolltes
Schalten von Gängen
verleiht einem Fahrzeug Eigenschaften, die schwierig zu steuern
sind, erstens, da sich das Antriebsdrehmoment auf die Räder des
Fahrzeugs mit dem Übersetzungsverhältnis im
Getriebe ändert,
und zweitens, weil die Folge von Schaltvorgängen eine relative lange Zeit
in Anspruch nimmt, während
der Betrieb des Antriebszugs unterbrochen ist. Das Gesamtergebnis ist
ein Antriebsdrehmoment, das zum Nachteil der Handhabungseigenschaften
des Fahrzeugs schwierig steuerbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug, das eine Verbrennungsmaschine
und einen mit der Verbrennungsmaschine gekoppelten Antriebszug aufweist,
mit einem Getriebe und einer Kontrolleinheit bzw. Steuereinheit
zur automatischen Gangwahl abhängig
von der aktuellen Drehzahl einer Eingangswelle des Getriebes zu
schaffen, bei welchem die Steuerbarkeit des Antriebsdrehmoments
erhöht ist,
wenn das Fahrzeug unter niedriger Motorbelastung betrieben wird.
Diese Aufgabe wird von einem Fahrzeug nach dem kennzeichnenden Teil
von Anspruch 1 so gelöst,
daß es
zusätzlich
zu einem ersten Betriebmodus, der zu einem normalen Fahren mit einer
ersten Grenzen zum Herunterschalten korrespondiert, einen zweiten
Betriebsmodus mit einer zweiten Arbeitsdrehzahl mit einer zweiten
niedrigeren Grenze zum Herunterschalten in eine Gangstufe mit einem
höheren Übersetzungsverhältnis annehmen
kann, in welcher die zweite Grenze niedriger als die Leerlaufdrehzahl
der Verbrennungsmaschine und gleich einer niedrigeren Drehzahl als
die erste Grenze ist, wodurch ein größerer Arbeitsbereich ermöglicht wird,
in dem weniger Gangstufen durchlaufen werden, womit auf diese Weise
dem Fahrer eine verbesserte Drehmomentsteuerung gegeben wird. Mittels
der Erfindung kann das Fahrzeug deshalb mit Leerlaufdrehzahl gefahren
werden, während
immer ein ausreichendes Drehmoment vorhanden ist. In solchen Fällen ist
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch die Gangstufe festgelegt,
die im Eingriff ist.
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Das
Fahrzeug der Erfindung enthält
Elemente, die vorgesehenen sind, damit die Verbrennungsmaschine
ein ausreichend hohes Drehmoment zum Betrieb des Fahrzeugs bei einer
Betriebsgeschwindigkeit liefert, die der Drehzahl einer Getriebeeingangswelle
unter der ersten Grenze entspricht. Dieses Element stellt sicher,
daß ein
ausreichendes Drehmoment zum Betrieb in der höchsten zugelassenen Gangstufe
verfügbar
ist. Sollte ein ausreichendes Drehmoment nicht verfügbar sein,
stellt die Steuereinheit sicher, daß eine niedrigere Gangstufe
ausgewählt
wird.
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Der
Begriff Übersetzungsverhältnis bezieht sich
auf die Eingangsdrehzahl des Getriebes dividiert durch die Ausgangsdrehzahl
des Getriebes.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
enthält
die Kontrolleinheit eine Speichereinheit, in welcher eine Darstellung
des höchsten
erlaubten bzw. zulässigen
Ganges im zweiten Arbeitsgeschwindigkeitsbereich gespeichert wird.
Dieses gewährleistet,
daß der
richtige Gang im Eingriff ist und daß ein ausreichendes Drehmoment
verfügbar
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist die Kontrolleinheit an Elemente gekoppelt, die die Auswahl des
ersten oder zweiten Betriebsmodus angeben.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist die Kontrolleinheit so ausgeführt, daß der höchste erlaubte Gang gewählt wird,
wenn die Kontrolleinheit den zweiten Betriebsmodus eingenommen hat.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist das spezifizierte Drehmoment bei der Leerlaufdrehzahl durch einen
Leerlaufdrehzahlregler geregelt, der mit der Verbrennungsmaschine
des Fahrzeugs verbunden ist. Dies bedeutet, daß das Fahrzeug bei konstanter Geschwindigkeit
bzw. Drehzahl in einer von dem Fahrer leicht zu steuernden Art und
Weise gefahren werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung weist die Darstellung der höchsten erlaubten Gangstufe
eine Darstellung auf, die den höchsten
erlaubten Gang bei Leerlaufdrehzahl als eine Funktion des vorhandenen
Fahrzeuggewichts und der vorhandenen Steigung der Straße bzw.
des Wegs bestimmt, auf der das Fahrzeug gefahren wird. Ein Basieren
der Darstellung des höchsten
erlaubten Gangs auf Informationen über das Fahrzeug gewicht und
die Steigung der Straße
bedeutet, daß die
dynamischen Bedingungen des Fahrzeugs so gegeben sind, daß die Größe des erforderlichen
Drehmoments mit einem hohen Genauigkeitsgrad eingeschätzt werden
kann.
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In
einer bevorzugten Ausführung
enthält
die Kontrolleinheit eine Darstellung, die den höchsten erlaubten Gang zum Anfahren
als Funktion des vorhandenen Fahrzeuggewichts und der vorhandenen
Steigung der Straße
bestimmt, auf der das Fahrzeug gefahren wird. Gemäß dieser
Ausführung
basiert die Darstellung, die den höchsten erlaubten Gang bei Leerlaufdrehzahl
bestimmt, auf der Darstellung, welche den höchsten erlaubten Gang zum Anfahren
bestimmt. Dies bedeutet, daß die
verfügbare
Information für
zwei Zwecke genutzt werden kann, wodurch Datenkapazität eingespart
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführung
besteht die Darstellung, die den höchsten erlaubten Gang bei Leerlaufdrehzahl
bestimmt, aus der Darstellung, die den höchsten erlaubten Gang zum Anfahren
bestimmt, und einer vorher festgelegten Anzahl von Schaltstufen.
Die bevorzugte Ausführung
schafft eine Gangauswahl, welche, wenn mit Leerlaufdrehzahl gefahren
wird, durch sehr einfache Einrichtungen ein ausreichendes verfügbares Drehmoment
bei Leerlaufdrehzahl gibt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
enthält
der Antriebszug bzw. Antrieb eine Kupplungsvorrichtung, die zwischen
der Verbrennungsmaschine und dem Getriebe angeordnet ist, und den
Antriebszug in einen ersten Teil vor der Kupplungseinheit, der die
Verbrennungsmaschine enthält,
und einen zweiten Teil hinter der Kupplungseinheit aufteilt, der
das Getriebe enthält.
Gemäß dieser
Ausführung
entspricht die zweite Untergrenze zum Herunterschalten einer niedrigeren
Drehzahl als der Leerlauf drehzahl der Verbrennungsmaschine, und
das Fahrzeug ist weiterhin mit einem Sensor zum Messen der vorhandenen
Drehzahl bzw. Ist-Drehzahl ausgestattet, wobei der Sensor für die Messung
der Drehzahl im zweiten Teil des Antriebs ausgelegt ist. Gemäß der Ausführung ist
die Kupplungseinheit zur Absorption eines Geschwindigkeitsunterschieds
zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Antriebszugs ausgelegt, wenn
die Verbrennungsmaschine ein zu niedriges Drehmoment geliefert hat,
wonach eine Drehzahl entsprechend der zweiten Untergrenze zum Herunterschalten
erreicht, und Herunterschalten erlaubt ist. Diese Ausführung schafft
höchst
zuverlässige
Elemente, die es der Verbrennungsmaschine ermöglichen, ein ausreichendes
Drehmoment zu liefern.
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In
einer bevorzugten Ausführung
ist die Kontrolleinheit so eingestellt, daß die Verbrennungsmaschine
genug Drehmoment liefert, indem die Kontrolleinheit einen Vergleich
zwischen einer Schätzung des
von der Verbrennungsmaschine im vorhandenen Betriebszustand gelieferten
Drehmoments und des Drehmoments, das von der Verbrennungsmaschine im
vorhandenen Betriebszustand für
den Betrieb des Fahrzeugs gefordert wird, ausführt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
weisen die Elemente zur Angabe einer Auswahl des ersten oder zweiten
Arbeitsmodus einen Gashebel auf, der einen Teil des Fahrzeugs bildet,
wobei die Kontrolleinheit für
das Einnehmen ihres zweiten Arbeitsmodus ausgestaltet ist, falls
der Gashebel während
der Bewegung in eine Leerlaufposition losgelassen werden sollte.
Durch Nutzung des Gashebels und angesichts der Tatsache, daß ein Fahrer
des Gashebels in einer gegebenen Betriebssituation loslässt, tritt
ein Eintritt in den zweiten Betriebsmodus in einem natürlichen Fahrzeugsbetriebszustand
auf, wodurch die Handhabungsfahreigenschaften des Fahrzeugs verbessert werden.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur automatischen Gangwahl
in einem Getriebe, das einen Teil eines Fahrzeugs bildet, abhängig von
der vorhandenen Drehzahl einer Welle, die einen Teil des Getriebes
bildet. Das Verfahren gemäß Anspruch
12 schafft ein Fahrzeug, in welchem ein Betrieb für den höchsten erlaubten
Gang innerhalb eines größeren Arbeitsbereichs
so ermöglicht
wird, daß weniger Schaltvorgänge ausgeführt werden,
wodurch der Fahrers eine verbesserte Steuerung bzw. Kontrolle über das
Antriebsdrehmoment erhält.
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Weitere
bevorzugte Ausführungen,
die Verfahren zur automatischen Gangwahl betreffen, weisen gemeinsame
Vorteile mit den vorher angegebenen bevorzugten Ausführungen
des Fahrzeugs auf.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung wird unten mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ausführlicher
beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 eine
Drehmomentkurve eines Dieselmotors, bei welchem die Erfindung vorteilhaft
genutzt werden kann;
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2 eine
schematische Darstellung eines Typs einer Verbrennungsmaschine mit
einem Antriebszug, bei welcher die Erfindung vorteilhaft genutzt
werden kann;
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3 eine
schematische Darstellung eines Getriebes einer Ausführung, bei
welcher die Erfindung vorteilhaft genutzt werden kann;
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4 eine
schematische Darstellung eines Antriebszugs;
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5 eine
schematische Darstellung eines Steueralgorithmus für die Getriebesteuereinheit;
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6 ein
Gangauswahldiagramm;
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7 ein
Gangauswahldiagramm in dem zweiten Betriebsmodus der Steuereinheit;
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8 eine
Darstellung einer Anfahrgangauswahl;
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9 ein
Flußdiagramm
für ein
Verfahren zur automatischen Gangwahl einer Schaltstufenstellung;
und
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10 ein
Detail aus dem Flußdiagramm nach 8.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Typs einer Verbrennungsmaschine
mit einem Antriebszug, bei welcher die Erfindung vorteilhaft genutzt
werden kann. 1 bezeichnet eine Sechszylinder-Verbrennungsmaschine,
zum Beispiel ein Dieselmotor, dessen Kurbelwelle 2 mit
einer Einscheiben-Trockenkupplung gekoppelt ist, die allgemein mit 3 bezeichnet
ist und von einer Kupplungsabdeckung 4 umgeben ist. Die
Kurbelwelle 2 ist drehbar an dem Kupplungsgehäuse 5 der
Kupplung 3 befestigt, während
deren Plattenscheibe 6 drehbar an einer Ein gangswelle 7 befestigt
ist, die in dem Gehäuse 8 eines
allgemein mit 9 bezeichneten Getriebes drehbar gelagert
ist. Eine Hauptwelle 10 und eine Zwischenwelle 11 sind
in dem Gehäuse 8 drehbar
angebracht. Eine elektrische Maschine 82, die als ein integrierter Anlassermotor
und Wechselstromgenerator ausgebildet ist, der so entweder als Motor
zum Antrieb der Kurbelwelle 2 der Verbrennungsmaschine
oder, getrieben von der Motorkurbelwelle, als Wechselstromgenerator
zur Erzeugung von elektrischem Strom steuerbar ist, ist zwischen
der Kurbelwelle 2 des Motors und der Kupplung verbunden.
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Wie
am besten aus 3 klar ersichtlich ist, ist
ein Zahnrad 12 drehbar auf der Eingangswelle 7 aufgebracht
und kann mit der Welle mittels einer Kupplungshülse 13 verriegelt
werden, die mit Synchronisierelementen versehen und so gestützt ist, daß sie nicht
rotieren kann, aber auf einer Nabe 14 axial verschiebbar
ist, welche drehbar auf der Eingangswelle befestigt ist. Mittels
der Kupplungshülse 13 kann
auch ein Zahnrad 15, das auf der Hauptwelle 10 drehbar
gelagert ist, in Bezug auf die Eingangswelle 7 festgestellt
bzw. verriegelt werden. Mit der Kupplungshülse 13 in einer mittleren
Position sind beide Zahnräder 12 und 15 außer Eingriff
von ihren jeweiligen Wellen 7 und 10. Die Zahnräder 12 und 15 kämmen jeweils
mit Zahnrädern 16 und 17,
welche drehbar auf der Zwischenwelle 11 befestigt sind.
Weitere Zahnräder 18, 19 und 20 sind
drehfest auf der Zwischenwelle 11 aufgebracht, diese Zahnräder kämmen mit
Zahnrädern 21, 22 und 23,
die drehbar auf der Hauptwelle 10 gelagert sind, welche
auf der Hauptwelle mittels Kupplungshülsen 24 und 25 verriegelt
werden können,
die in der beispielhaften Ausführung
ohne Synchronisiereinrichtungen gezeigt sind. Ein weiteres Zahnrad 28 ist
drehbar auf der Hauptwelle 10 gelagert und kämmt mit
einem Zwischenzahnrad 30, welches auf einer separaten Welle 29 drehbar
gelagert ist und seiner seits mit dem Zwischenwellenzahnrad 20 in
Eingriff steht. Das Zahnrad 28 kann auf seiner Welle mittels
einer Kupplungshülse 26 festgestellt
werden.
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Die
Zahnradpaare 12, 16 und 15, 17 bilden zusammen
mit der Kupplungshülse 13 eine
Verteilergruppe mit einer Niedrigschaltstufe LS und einer Hochschaltstufe
HS. Das Zahnradpaar 15, 17 bildet zusammen mit
den Zahnradpaaren 21, 18, 22, 19, 23, 20 und 28, 30 ein
Basisgetriebe mit vier Vorwärtsgängen und
einem Rückwärtsgang.
An dem Abtriebsende der Hauptwelle ist ein Zahnrad 31 drehfest aufgebracht,
welches das Sonnenrad in einem Teilübertragungsbereich des Planetengetriebes
mit dem Bezugszeichen 32 bildet, dessen Planetenradträger 33 mit
einer Welle 34 drehfest verbunden ist, welche die Getriebeausgangswelle
bildet. Planetenräder 35 des Übertragungsbereichs 32 kämmen mit
einem Innenzahnrad 36, welches mittels einer Kupplungshülse 37 in
Bezug auf das Getriebegehäuse 8 für einen niedrigen
Bereich LR und in Bezug auf den Planetenradträger 33 für einen
hohen Bereich HR verriegelt werden kann. Die Kupplungshülsen 13, 24, 25, 26 und 37 sind
verschiebbar angeordnet, wie durch die Pfeile in 3 angedeutet
ist, welche die Schaltpositionen neben den Pfeilen zeigen. Sie sind
durch Servoeinrichtungen 40, 41, 42, 43 und 44 verstellbar,
die in 3 schematisch angedeutet sind, welche als elektro-pneumatisch
betriebene Kolbenzylinderanordnungen des Typs ausgebildet sein können, der
in einem Getriebe der oben erwähnten
Ausführung
verwendet werden kann, vertrieben unter dem Namen Geartronic®.
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Die
Servoeinrichtungen 40, 41, 42, 43 und 44 werden
von einer elektronischen Steuereinheit 45 (2)
mit einem Mikroprozessor als eine Funktion von Signalen gesteuert,
welche verschiedene Motor- und Fahrzeugdaten repräsentieren,
die in die Steuereinheit eingespeist werden, welche zumindest Folgendes abdeckt:
die Motordrehzahl, Fahrgeschwindigkeit, Gaspedalstellung und, wo
geeignet, den Motorbremszustand aus/ein, wenn ein mit der Steuereinheit 45 gekoppelter
elektronischer Gangwähler 46 in
seiner automatischen Schaltstellung steht. Wenn der Wähler in
der manuellen Schaltstellung steht, wird ein Schalten durch die
Bedienungseingabe des Fahrers über
den Gangwähler 46 ausgeführt. Eine Managementeinheit 53,
die separat der Maschine zugeordnet ist, steuert auch die Kraftstoffeinspritzung, das
heißt
die Motordrehzahl, als eine Funktion der Gaspedalstellung und die
Luftzufuhr zu einer pneumatischen Kolben-Zylinderanordnung 97, mittels welcher
die Kupplung 3 getrennt wird.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines Antriebszugs. Der Antriebszug
weist Folgendes auf: die Verbrennungskraftmaschine 1, die
Kupplung 3 wo geeignet, das Getriebe 9, eine Antriebswelle 48,
die mit der Getriebeabtriebswelle gekoppelt ist, angetriebene Achse 49 und
Rad 50. Gemäß einer Ausführung der
Erfindung, die auch oben beschrieben worden ist, ist die Verbrennungskraftmaschine 1 mit
dem Getriebe 9 über
eine Kupplung 3 gekoppelt, welche eine Trockenscheibenausführung sein
kann. Der Antriebszug ist dadurch in einen ersten Abschnitt 51,
welcher sich bis zu der Kupplungseinheit erstreckt und die Verbrennungskraftmaschine
beinhaltet, und in einen zweiten Abschnitt 52 von der Kupplungseinheit 3 an
aufgeteilt, welcher das Getriebe 9 zusammen mit einer Steuereinheit 45 für automatische
Gangwahl als eine Funktion der aktuellen bzw. Ist-Drehzahl einer Getriebeeingangswelle
aufweist.
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Die
Verbrennungskraftmaschine wird in herkömmlicher Weise von einer Motormanagementeinheit 53 gesteuert,
welche unter anderem die Kraftstoffeinspritzmenge als eine Funktion
des aktuellen bzw. Ist-Betriebszustands des Fahrzeugs steuert.
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Die
Motormanagementeinheit 53 kann in der vorgenannten Steuereinheit 45 zur
automatischen Gangauswahl angeordnet sein, oder die Motormanagementeinheit
kann alternativ eine separate Einheit sein, die mit der Steuereinheit 45 in
Kommunikation steht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
weist das Fahrzeug weiterhin Elemente zur Einschätzung des Fahrzeuggewichts 76 und
Elemente 77 zur Einschätzung
der aktuellen Steigung der Straße
auf, auf welcher das Fahrzeug gefahren wird. Diese Elemente sind
auf eine Art ausgelegt, die dem Fachmann bekannt ist, zum Beispiel
können
die Elemente zur Einschätzung
des Fahrzeuggewichts die Gestalt von Druckbelastungszellen aufweisen,
welche in der pneumatischen Fahrzeugaufhängung angeordnet sind. Die
Elemente zur Einschätzung
der Straßensteigung
können
die Gestalt eines Kreisels besitzen.
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Der
Mikroprozessor, der in der Steuereinheit 45 zur automatischen
Gangwahl angeordnet ist, ist so ausgelegt, daß er nach einem Steueralgorithmus steuerbar
ist, der in 5 dargestellt ist. Eine erste Verarbeitungsstufe 55 fragt
die Auswahl eines ersten oder zweiten Betriebsmodus ab, wie durch
Betriebsmodusauswahlangabeelemente angegeben ist, welche gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der Erfindung aus dem Gashebel 54 bestehen. Gemäß einer bevorzugten
Ausführung
der Erfindung nimmt die Steuereinheit 45 den zweiten Betriebsmodus
ein, wenn ein Fahrer den Gashebel 54 bei Betrieb des Fahrzeugs
loslässt.
Die Steuereinheit wird in dem zweiten Betriebsmodus gehalten, bis
entweder das an dem Fahrzeug vorhandene Bremspedal 78 an dem
Fahrzeug vorhandene Bremsen 79 aktiviert, oder die Drosselklappenöffnung eine
spezifische obere Grenze überschreitet,
vorzugsweise korrespondierend zu einer Drosselöffnung von 25 bis 30 %. Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung verlässt
die Steuereinheit ihren zweiten Betriebsmodus, wenn ein Hochschalten
in eine Gangstufe vorgekommen ist, die außerhalb des Gangstufenbereichs
liegt, welcher durch das Intervall zwischen dem niedrigsten Gang und
dem höchsten
erlaubten Gang bei Leerlauf festgelegt ist. Wenn der erste Betriebsmodus 56 ausgewählt worden
ist, wird ein Schalten nach einem ersten Gangwahlalgorithmus ausgeführt, und
wenn der zweite Betriebsmodus 57 ausgewählt worden ist, wird ein Schalten
nach einem zweiten Gangwahlalgorithmus ausgeführt. Die Steuereinheit führt eine sich
wiederholende Aktualisierung der Betriebsmodusauswahl so durch,
daß das
Fahrzeug im Betrieb in dem korrekten Betriebsmodus ist.
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Als
ein Minimum weisen Eingabedaten für jeden Betriebsmodus Informationen über die
Drosselöffnung 58,
welche durch den Gashebel 54 gegeben ist, und Informationen über die
Ist-Drehzahl 59 der Verbrennungskraftmaschine
oder des Antriebszugs auf. Bei einigen bekannten Ausführungen
von Steuersystemen für
Fahrzeuge gibt es eine Anzahl von Sensoren, welche die Drehzahl
und/oder die Drehzahl von Wellen registrieren, die Teil des Getriebes 9 bilden.
In der beispielhaften Ausführung,
die in 4 gezeigt ist, liefert ein induktiver Sensor 60,
der mit der Zwischenwelle 11 in dem Getriebe 9 gekoppelt
ist, eine Information über
die Drehzahl der Zwischenwelle. Von den vorgenannten Informationen,
die Daten über
die Drosselöffnung 58 und
die Drehzahl 59 enthalten, liefert der jeweilige Steueralgorithmus
in dem ersten und zweiten Betriebsmodus Ausgabedaten 61 in
der Form einer ausgewählten
Gangstufe. Diese Ausgabedaten steuern ihrerseits Servoeinrichtungen 40, 41, 42, 43 und 44,
die einen Teil des Getriebes 9 bilden, wobei das Getriebe 9 durch
die geforderte Gangstufe ein Drehmoment überträgt.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einer Gangauswahlstrategie zum Hochschalten
und Herunterschalten. Die Gangauswahlstrategie, welche in dem ersten
Normalmodus benutzt wird, ist durch durchgezogene Linien dargestellt,
und die Gangauswahlstrategie, die in dem zweiten Modus benutzt wird,
ist durch gestrichelte Linien dargestellt. Die Gangauswahlstrategie
ist in einem Diagramm mit Gaspedalstellung auf der horizontalen
Achse und mit der Motordrehzahl auf der vertikalen Achse beschrieben.
Die untere Kurve 62 korrespondiert zu einer unteren Grenze
zum Herunterschalten in einen Gang mit einem höheren Übersetzungsverhältnis. Wenn die
untere Kurve 62 mit absinkender Motordrehzahl unterschritten
wird, wie durch den Pfeil 66 angezeigt, tritt ein Herunterschalten
auf. Die obere Kurve 63 korrespondiert zu einer oberen
Grenze zum Hochschalten in einen Gang mit einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis. Wenn
die obere Kurve 63 mit steigender Motordrehzahl wie durch
den Pfeil 67 überschritten
wird, tritt ein Hochschalten auf. Ebenfalls wird mit gestrichelten
Linien ein zweiter Arbeitsdrehzahl- bzw. -geschwindigkeitsbereich
dargestellt, der durch eine zweite untere Grenze 69 zum
Herunterschalten in einen Gang mit einem höheren Übersetzungsverhältnis festgelegt
ist. Die zweite Grenze ist niedriger als die Leerlaufdrehzahl der
Verbrennungskraftmaschine, welche durch eine gestrichelte Linie 80 angegeben
ist. Wenn die Steuerung ihren zweiten Betriebsmodus eingenommen
hat, welcher gemäß einer
bevorzugten Ausführung
auftritt, wenn der Fahrer das Gaspedal loslässt, sobald das Getriebe den höchsten erlaubten
Gang zum Fahren bei Leerlaufdrehzahl eingenommen hat, wird ein Herunterschalten
nicht eher stattfinden, bis daß die
Drehzahl in dem Getriebe gleich einer Drehzahl ist, die geringer als
die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist. Wenn die
Drehzahl gleich der der zweiten unteren Grenze 69 ist,
liefert die Verbrennungskraftmaschine kein ausreichendes Drehmoment,
um Fahren bei Leerlaufdrehzahl zu gestatten, so daß ein Herunterschalten
erfolgt. In einer Ausführung
der Erfindung wird die Fahrzeugstrategie zum Hochschalten auch modifiziert,
mit dem Ergebnis, daß eine
obere Grenze 71 höher
als die obere Grenze 63 eingerichtet ist. In diesem Fall
ist in dem zweiten Modus ein Betrieb ohne Hochschalten in einem
Arbeitsbereich mit einer oberen Grenze 71 erlaubt, welche über der oberen
Grenze für
einen Betrieb in dem ersten Modus liegt.
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Der
erste Betriebsmodus 56 legt einen ersten Arbeitsdrehzahlbereich
mit einer ersten Grenze 68 zum Herunterschalten in einen
Gang mit einem höheren Übersetzungsverhältnis fest.
Diese untere Grenze wird durch die niedrigste Drehzahl repräsentiert,
die für
eine leichte oder nicht vorhandene Drosselöffnung annehmbar ist. Die untere
Grenze bezieht sich auf die niedrigste akzeptierte Herunterschaltdrehzahl,
wenn ein Herunterschalten durch eine Schaltstufe erfolgt. Gemäß der dargestellten
bevorzugten Ausführung
ist diese Grenze 68 bei einer Drosselöffnung von weniger als 30 %
festgelegt.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung einer Gangwahlstrategie für jeweiliges
Hochschalten und Herunterschalten, wobei diese Strategien in dem zweiten
Betriebsmodus benutzt werden. Wenn die Steuereinheit 45 den
zweiten Betriebsmodus 57 eingenommen hat, sucht die Steuereinheit
den höchsten
erlaubten Gang in einem zweiten Arbeitsdrehzahlbereich 70,
welche eine zweite Grenze 69 zum Herunterschalten besitzt.
Die zweite Grenze korrespondiert zu einer niedrigeren Drehzahl als
die erste Grenze 68. In einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung ist die zweite Grenze 69 auf eine Drehzahl eingestellt,
die niedriger als die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungsmaschine 1 ist.
In diesem Fall muß die Drehzahl
in dem Antriebszug auf der Seite der Kupplungseinheit gemessen werden,
auf welcher das Getriebe 9 angeordnet ist. Gemäß einer
Ausführung,
die oben beschrieben worden ist, wird eine Messung an der Zwischenwelle 11 mittels
eines induktiven Sensors ausgeführt.
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Die
Gangwahlstrategie besitzt auch eine Hochschaltgrenze 71,
welche gleich einer hohen Motordrehzahl ist. Gemäß einer Ausführung der
Erfindung kann die obere Grenze 71 zum Beispiel auf 1400
U/min gesetzt werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
erlaubt der zweite Betriebsmodus 57 nur eine Drosselöffnung,
wobei eine höhere
Drosselöffnung
das Verlassen des zweiten Modus 57 und Einnehmen des ersten
Modus 56 zur Folge hat. Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird
diese Drosselöffnungsgrenze
durch eine Drosselöffnung
von 30 % repräsentiert.
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Die
Steuereinheit 45 weist eine Speichereinheit 72 auf,
in welcher eine Darstellung des höchsten erlaubten Gangs in dem
zweiten Arbeitsdrehzahlbereich gespeichert ist. Eine bevorzugte
Ausführung dieser
Darstellung 73 ist in 8 gezeigt.
Die Darstellung 73 legt den höchsten erlaubten Anfahrgang als
eine Funktion des Ist-Gewichts des Fahrzeugs und der Ist-Steigung
der Straße
fest, auf welcher das Fahrzeug gefahren wird. Die Steigung ist auf
der vertikalen Achse gegeben, wobei eine positive Neigung eine Steigung
bergauf angibt. Das Gewicht des Fahrzeugs ist auf der horizontalen
Achse gegeben. Der höchste
erlaubte Gang ist für
die in der Figur dargestellten Bereiche vorgegeben. Informationen über das
Fahrzeuggewicht und die Steigung der Straße werden von Elementen zur
Einschätzung
des Fahrzeuggewichts 76 und Elementen zur Einschätzung der
Straßensteigung 77 geliefert.
Von dieser Darstellung 73 wird eine Darstellung 74 des
höchsten
erlaubten Gangs zum Fahren bei Leerlaufdrehzahl der Verbrennungsmaschine
gebildet und in dem zweiten Arbeitsdrehzahlbereich durch die Addition
einer vorher festgelegten Anzahl von Schaltstufen gespeichert, zum
Beispiel 4, wenn ein Getriebe mit zwölf Gängen verwendet wird. Wenn der
zweite Betriebsmodus aktiviert ist, empfängt die Steuereinheit 45 Informationen über den
höchsten
ausgewählten
Gang, wobei diese Gangschaltungsstellung in dem im Wesentlichen
größeren Arbeitsbereich 70 beibehalten wird.
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Die
Motormanagementeinheit 53 enthält einen Leerlaufdrehzahlregler 75,
welcher sicherstellt, daß die
Leerlaufdrehzahl der Verbrennungsmaschine unter unterschiedlichen
Motorbelastungen beibehalten wird. Es ist aus 1 ersichtlich,
daß die
Verbrennungsmaschine bei Leerlaufdrehzahl, das heißt ungefähr 600 U/min,
ein verfügbares
Drehmoment aufweist, das ungefähr
gleich 50 % des maximalen Drehmoments ist. Dies bedeutet, daß der Motor
die Fähigkeit
besitzt, das Fahrzeug bis zur Leerlaufdrehzahl herunter anzutreiben,
vorausgesetzt, daß ein ausreichend
niedriger Gang verwendet wird. Wenn die zweite Grenze 69 auf
eine Drehzahl eingestellt ist, die gleich der Leerlaufdrehzahl ist
oder niedriger, kann der Leerlaufdrehzahlregler so für einen
stabilen Betrieb des Fahrzeugs bei einer relativ konstanten Reisegeschwindigkeit
benutzt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der Erfindung weist das Fahrzeug Elemente auf, die dazu vorgesehen
sind, daß die
Verbrennungsmaschine ein ausreichendes Drehmoment zum Betrieb des Fahrzeugs
in dem zweiten Arbeitsdrehzahlbereich bzw. Arbeitsgeschwindigkeitsbereich 70 liefert.
Gemäß einer
Ausführungsform
weisen diese Elemente die Steuer- bzw. Kontrolleinheit 45 auf,
welche das verfügbare
Drehmoment berechnet und dieses mit einer Drehmomentanforderung,
die auf dem ausgewählten
Gang basiert, mit dem Fahrzeuggewicht und der Straßensteigung
vergleicht. Gemäß einer
zweiten Ausführurg
der Erfindung weisen diese Elemente die Fahrzeugkupplung 3 auf,
welche in diesem Fall so ausgelegt sein muß, daß eine differentielle Drehzahl über der
Kupplung auftritt, wenn der Motor nicht dazu in der Lage ist, das
Drehmoment zu liefern, welches in dem aktuellen Betriebszustand
erforderlich ist. In diesem Fall ist die zweite Grenze zum Herunterschalten
unterhalb der Leerlaufdrehzahl angeordnet, wobei ein Rutschen der
Kupplung auftritt, wenn kein ausreichendes Drehmoment verfügbar ist.
Dann erfolgt ein graduelles Auskuppeln dergestalt, daß die zweite
Grenze 69 erreicht wird und ein Herunterschalten stattfindet.
In diesem Fall verlässt
die Steuereinheit den zweiten Betriebsmodus nicht, sondern verbleibt
vorzugsweise darin mit einem neuen höchsten akzeptierbaren Gang.
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9 zeigt
ein Flussdiagramm für
ein Verfahren zur automatischen Gangwahl in einem Getriebe, das
einen Teil eines Fahrzeugs bildet, abhängig von der vorhandenen Drehzahl
einer Welle, die einen Teil des Getriebes bildet. Das Verfahren
weist eine erste Stufe 100 auf, wobei Erstellen eines ersten
Betriebsmodus einer Kontrolleinheit erfolgt, in welcher der erste
Betriebsmodus einen ersten Betriebsgeschwindigkeitsbereich bzw.
Arbeitsdrehzahlbereich mit einer ersten unteren bzw. Untergrenze
zum Herunterschalten zu einem Gang mit höherer Übersetzung aufweist. In einer
zweiten Stufe 110 des Verfahrens wird ein zweiter Betriebsmodus
der Kontrolleinheit gebildet, in welchem der zweite Betriebsmodus einen
zweiten Arbeitsdrehzahl- bzw. Betriebsgeschwindigkeitsbereich mit
einer zweiten unteren Grenze zum Herunterschalten in einen Gang
mit einem höheren Übersetzungsverhältnis aufweist.
In einer dritten Stufe 120 des Verfahrens wird eine Darstellung
des höchsten
erlaubten Gangs in dem zweiten Arbeitsdrehzahlbereich der Steuereinheit
gebildet. In einer vierten Stufe 130 des Verfahrens wird entweder
der erste oder der zweite Betriebsmodus der Steuereinheit ausgewählt. In
einer fünften
Stufe 140 des Ver fahrens wird ein Signal zum Herunterschalten
für ein
Getriebe bei einem Durchgang durch die erste Grenze erzeugt, sollte
die Steuereinheit ihren ersten Betriebsmodus eingenommen haben.
In einer sechsten Stufe 150 des Verfahrens wird das Fahrzeug
in dem höchsten
erlaubten Gang in dem zweiten Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsbereich
angetrieben. In einer siebenten Stufe 160 des Verfahrens
wird ein Signal zum Herunterschalten für ein Getriebe beim Durchlaufen
der zweiten Grenze erzeugt, wenn notwendig, sollte die Steuereinheit
ihren zweiten Betriebsmodus eingenommen haben. Nach einem Herunterschalten
behält
die Steuereinheit normalerweise ihren zweiten Betriebsmodus 110 bei.
In jeder Stufe des Verfahrens ist es möglich, von dem zweiten in den
ersten Betriebsmodus zurückzukehren. 10 zeigt
eine schematische Darstellung der sechsten Stufe 150 des
Verfahrens, in welcher aus Eingabedaten, die das Fahrzeuggewicht 58 und
die Straßensteigung 59 betreffen,
Ausgabedaten über den
höchsten
erlaubten Gang 61 von einer Darstellung 73 ausgegeben
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung
des oben beschriebenen Verfahrens wird von dem höchsten erlaubten Gang bei Leerlaufdrehzahl
heruntergeschaltet, wenn ein Rutschen in der Kupplungsvorrichtung
bzw. -einheit auftritt, die einen Teil des Antriebszugs bildet,
wobei das Rutschen als Folge der Tatsache auftritt, daß das Drehmoment,
das benötigt
wird, um das Fahrzeug im vorhandenen Betriebszustand zu fahren bzw.
anzutreiben, größer ist,
als eine vorher festgelegte Drehmomenthöhe des Leerlaufdrehzahlreglers
der Verbrennungsmaschine.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung des
oben beschriebenen Verfahrens nimmt die Kontrolleinheit ihren zweiten
Arbeitsmodus ein, wenn ein Gashebel, der einen Teil des Fahr zeugs
bildet, während
des Betriebs des Fahrzeugs gelöst
bzw. losgelassen wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungen
beschränkt,
sondern kann frei modifiziert werden, ohne den Rahmen der folgenden
Ansprüche
zu verlassen. Zum Beispiel können
der Motor und das Getriebe auf alternative Weisen ausgelegt werden,
die einem Fachmann bekannt sind. Der Antriebszug muss keine Trockenscheibenkupplung
aufweisen, sondern kann mit einem Drehmomentwandler in einer Weise
ausgelegt werden, die dem Fachmann bekannt ist. Insbesondere kann
die Erfindung auch Verwendung in komplexeren Gangauswahlstrategien
Anwendung finden, als in denjenigen, die oben beschrieben sind,
solche Gangauswahlstrategien, welche zum Beispiel vielfache Hochschalt-
und Herunterschaltstufen aufweisen.