DE60207849T2

DE60207849T2 - Antriebsmittel für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE60207849T2
Application number: DE60207849T
Authority: DE
Inventors: Anders Eriksson; Marcus Steen
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: ES2254684T3; SE0101698L; DE60207849D1; SE0101698D0; EP1387778B1; SE519085C2; WO2002092378A1; EP1387778A1; ATE312000T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für Motorfahrzeuge, welche die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 besitzt und aus US-A-5024305 bekannt ist.
Antriebseinheiten dieser Art mit sogenannten Automatikgetrieben sind in Lastfahrzeugen mehr und mehr üblich geworden, da die Mikrocomputertechnologie sich entwickelt hat und es ermöglicht hat, mit Hilfe eines Steuercomputers und einer Anzahl von Steuermitteln, beispielsweise Servomotoren, die Motordrehzahl, das in Eingriffbringen und Lösen einer Scheibenkupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe und von Getriebekopplungsmitteln in Bezug zueinander mit Genauigkeit derart zu regeln, um stets ein sanftes Schalten bei der korrekten Drehzahl bereitzustellen. Der Vorteil eins Autoschaltgetriebes gegenüber einem herkömmlichen Automatikgetriebe, das durch eine Planetenradstufe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler auf der Eingangsseite ausgeführt ist, besteht einerseits, insbesondere wenn es in Schwerlastfahrzeugen verwendet wird, darin, dass es einfacher und zuverlässiger ist und zu beträchtlich niedrigeren Kosten als ein herkömmliches Automatikgetriebe hergestellt werden kann, und andererseits darin, dass es eine höhere Effizienz besitzt, was einen geringeren Kraftstoffverbrauch möglich macht.
Ein durch Planetenräder gebildetes Automatikgetriebe besitzt üblicherweise Freilaufkupplungen zwischen den Planetenstufen. Wenn der Motor in dem Automatikschaltmodus angetrieben wird, sind diese Kupplungen in Eingriff zur Drehmomentübertragung von dem Motor zu den angetriebenen Rädern, wenn es jedoch eine Drehmomentübertragung in der entgegengesetzten Richtung gibt, d.h. null Gas und das Fahrzeug in Bewegung, werden sie freigeben und es dem Fahrzeug ermöglichen, ohne Motorbremsen vorwärts zu rollen, was zu einem verminderten Kraftstoffverbrauch durch Nutzen der kinetischen Energie des Fahrzeugs führt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Autoschaltgetriebe der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, das derart konstruiert ist, um eine automatische Freilauffunktion entsprechend derjenigen in dem traditionellen Automatikgetriebe mit Planetenradstufen und Freilaufkupplungen bereitzustellen.
Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 erzielt.
Wenn der Fahrer den Fahrmodus des Fahrzeugs von einem Kraftantrieb von dem Motor verändern will, um dem Fahrzeug zu ermöglichen, frei ohne Motorbremsen zu rollen, lässt er das Gaspedal los, so dass es in den vorbestimmten Sektor kommt, in welchem die Antriebsverbindung von dem Motor unterbrochen ist. Falls Motorbremsen gewünscht ist, kann er das Gaspedal noch weiter loslassen, und zwar entweder vollständig oder in jedem Falle soweit, dass es aus dem vorbestimmten Sektor herauskommt, innerhalb dessen es den Freilauf gibt.
Die Antriebsverbindung kann durch die Steuereinheit entweder durch Lösen der Kupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe oder durch Setzen des Zahnrades, das gegenwärtig in dem Getriebe kämmt, in seine freie Position gelöst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform einer Antriebseinheit gemäß der Erfindung wird ein Getriebe eingesetzt, das aus einer Hauptgruppe und davor und in Reihe hierzu einer synchronisierten Splittergruppe mit zwei Rädern besteht, die drehbar auf der Antriebswelle montiert sind und gleichzeitig gelöst werden können und alternativ an der Antriebswelle mittels Eingriffs- und Synchronisiermitteln. Sie kämmen jeweils mit einem einzelnen Zahnrad an der Zwischenwelle. Die Steuereinheit ist hier vorgesehen, um in Antwort auf Eingabesignale, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gaspedalposition innerhalb des vorbestimmten Betätigungsbereichs angeben, das gegenwärtig gegenüber der Antriebswelle verriegelte Zahnrad zu lösen, in dem die Eingriffs- und Synchronisiermittel in eine neutrale Position gesetzt werden.
Die Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen gezeigte Beispiele beschrieben, wobei 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit gemäß der Erfindung zeigt, und 2 zeigt die Kupplung und das Getriebe aus 1 mit einem größeren Maßstab.
In 1 bezeichnet 1 einen Sechszylinderverbrennungsmotor, beispielsweise einen Dieselmotor, dessen Kurbelwelle 2 mit einer Einzelscheiben-Trockenscheibenkupplung gekoppelt ist, die allgemein mit 3 bezeichnet ist und in ein Kupplungsglocke, 4 eingeschlossen ist. Die Kurbelwelle 2 ist fest mit dem Kupplungsgehäuse 5 verbunden, während ihre Scheibe 6 fest mit einer Antriebswelle 7 verbunden ist, die drehbar in dem Gehäuse 8 eines Getriebes eingebaut ist, das allgemein mit 9 bezeichnet ist. Eine Hauptwelle 10 und eine Zwischenwelle 11 sind drehbar in dem Gehäuse 8 montiert.
Wie anhand von 2 am deutlichsten zu erkennen ist, ist ein Zahnrad 12 drehbar an der Antriebswelle 7 montiert und kann an der Welle mit Hilfe einer Betätigungshülse 13 arretiert werden, die mit Synchronisiermitteln ausgestattet ist. Die Betätigungshülse 13 ist nicht drehbar, jedoch axial verschiebbar an einer Nabe 14 montiert, die nicht drehbar mit der Antriebswelle verbunden ist. Mit Hilfe der Betätigungshülse 13 ist ein drehbar an der Hauptwelle 10 montiertes Zahnrad 15 in Bezug auf die Antriebswelle 7 arretierbar. Wenn die Betätigungshülse 13 in einer mittleren Position NS ist, sind beide Zahnräder 12 und 15 von ihren Wellen 7 bzw. 10 gelöst. Die Zahnräder 12 bzw. 15 kämmen jeweils mit Zahnrädern 16 bzw. 17, die nicht drehbar mit der Zwischenwelle 11 verbunden sind. Zusätzliche Zahnräder 18, 19 bzw. 20 sind nicht drehbar mit der Zwischenwelle 11 verbunden und kämmen mit Zahnrädern 21, 22 bzw. 23, die an der Hauptwelle getragen und zu dieser arretierbar sind, und zwar mit Hilfe der Betätigungshülsen 24 bzw. 25, die in dem gezeigten Beispiel keine Synchronisiermittel besitzen. An der Hauptwelle 10 ist ein zusätzliches Zahnrad 28 drehbar montiert und kämmt mit einem Zwischenzahnrad 30, das drehbar an einer separaten Welle 29 montiert ist. Das Zwischenzahnrad 30 kämmt wiederum mit einem Zwischenwellenzahnrad 20. Das Zahnrad 28 ist mit seiner Welle mit Hilfe einer Betätigungshülse 26 arretierbar.
Die Zahnradpaare 12, 16 und 15, 17 und die Betätigungshülse 13 bilden eine Splittergruppe mit einer unteren Stufe LS und einer oberen Stufe HS. Das Zahnradpaar 15, 17 bildet zusammen mit den Zahnradpaaren 21, 18, 22, 19, 23, 20 und 28, 30 eine Hauptgruppe mit vier Gängen vorwärts und eine rückwärts. An dem Antriebsende der Haupttriebswelle 10 ist ein Zahnrad 31 nicht drehbar montiert, um das Sonnenrad in einer zweistufigen Gruppe vom Planetentyp zu bilden, die allgemein mit 32 bezeichnet ist, deren Planetenträger 33 nicht drehbar an der Welle 34 montiert ist, wodurch die Abtriebswelle des Getriebes gebildet wird. Die Planetenräder 35 der Bereichsgruppe 32 kämmen mit einem Zahnkranz 36, der mit Hilfe einer Betätigungshülse 34 in Bezug auf das Getriebegehäuse 8 für den unteren Bereich LR und in Bezug auf den Planetenträger 33 für den oberen Bereich HR arretiert werden kann. Die Betätigungshülse 37 besitzt ebenso eine mittlere Position NR, in der die Abtriebswelle 34 von der Hauptwelle 10 gelöst ist. Die Betätigungshülsen 13, 24, 25, 26 und 37 sind wie durch die Pfeile in 2 angegeben verschiebbar, wodurch die oberhalb der Pfeile angegebenen Gangpositionen bereitgestellt werden. Die Verschiebung wird durch Servomittel 40, 41, 42, 43 und 44 erzielt, die schematisch in 2 gezeigt sind, und die pneumatische betätigte Kolben-Zylindervorrichtungen der in einem Getriebe der oben beschriebenen Art verwendeten Art sein können, welche unter dem Namen Geartronic^® vermarktet werden.
Die Servomittel 40, 41, 42, 43 und 44 werden durch eine elektronische Steuereinheit 45 (1) gesteuert, die einen Mikrocomputer aufweist und zwar in Abhängigkeit von in die Steuereinheit zugeführten Signalen, die verschiedene Motor- und Fahrzeugdaten darstellen, einschließlich zumindest der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Position des Gaspedals 48 und gegebenenfalls dem Ein-/Auszustand der Motorbremse, wenn ein elektronischer Gangauswähler 46, der mit der Steuereinheit 45 gekoppelt ist, in seiner Automatikposition ist. Die Gaspedalposition wird von einem Winkelsensor 49 erhalten, der mit einem an einer Welle 50 angelenkten Gaspedalarm 51 gekoppelt ist. Wenn der Auswähler in seiner Position zum manuellen Schalten ist, tritt das Schalten auf den Befehl des Fahrers über den Gangauswähler 46 auf. Die Steuereinheit 45 steuert ebenso die Kraftstoffeinspritzung, d.h. die Motordrehzahl, in Abhängigkeit von der Gaspedalposition, und die Luftzufuhr zu einer pneumatischen Kolben-Zylindervorrichtung 47, durch welche die Kupplung 3 gelöst wird.
Die Steuereinheit 45 ist gemäß der Erfindung derart programmiert, dass die Freilauffunktion aktiviert ist, wenn der Fahrer, während sich das Fahrzeug bewegt und wirkliche Motorbremse, beispielsweise ein Abgasregulator oder eine Kompressionsbremse, deaktiviert ist, das Gaspedal 48 in eine Position innerhalb des vordefinierten Schwenkwinkelsektors α in 1 los lässt, wobei γ den Gesamtschwenksektor des Pedalarms 51 bezeichnet, und β bezeichnet einen vorbestimmten Sektor, innerhalb dessen der Motor leer läuft, indem es jedoch kein Freilaufen gibt, d.h. indem es Motorbremsen gibt.
Die Schwenkwinkel α und β betragen in dem gezeigten Beispiel etwa jeweils 5° des gesamten Schwenkwinkelbereichs des Pedalarm 51 von etwa 30°, jedoch kann der Winkel β in bestimmten Fällen als 0° ausgewählt werden. Dies bedeutet, dass wenn der Beschleuniger in einem Bereich zwischen 5° und ca. 10° von seiner nicht niedergedrückten Ruheposition losgelassen wird, wird die Freilauffunktion durch die Steuereinheit 45 aktiviert, wobei zuerst die Motordrehzahl derart gesteuert wird, dass kein Drehmoment zwischen der Antriebswelle 7 des Getriebe und der Hauptwelle 10 übertragen wird. Die Steuereinheit 45 findet dann ein Signal zu der Servoeinheit 40, um die Betätigungshülse 13 in ihre neutrale Position NS zu setzen, woraufhin der Motor auf Leerlaufdrehzahl gesteuert wird. Der Antriebsstrang wird nun entkoppelt, und das Fahrzeug kann frei rollen. Durch Lösen einer synchronisierten Splittergruppe wird die Freilauffunktion erzielt, indem dasselbe Getriebe gelöst wird, ungeachtet dessen, welches Zahnrad in der Hauptgruppe kämmt. Alternativ kann dieselbe Funktion erzielt werden, indem die Betätigungshülse 37 der Bereichsgruppe 32 in ihre neutrale Position NR gesetzt wird.
Die Steuereinheit ist programmiert, um die Freilauffunktion zu deaktivieren, wenn der Fahrer entweder das Gaspedal zu dem Sektor β loslässt oder Motorbremsen fordert, beispielsweise durch Aktivieren einer Abgasbremse oder einer Kompressionsbremse oder durch Niederdrücken des Gaspedals derart, dass es über den Sektor α hinaus bewegt wird. Die Steuereinheit steuert zuerst die Motordrehzahl auf eine Drehzahl, die eine Synchronisation möglich macht, und danach wird die Betätigungshülse 13 von ihrer früheren Eingriffsposition verschoben. Der Antriebsstrang ist nun hergestellt, und ein Antreiben oder ein Motorbremsen ist nicht unmöglich.
Eine Sicherheitsfunktion ist ebenso in der Steuereinheit 45 programmiert, falls der Motor aussetzen soll, wenn die Freilauffunktion aktiviert ist, wobei die Steuereinheit 45 dann ein Signal senden wird, um zuerst die Kupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe zu lösen und danach die Betätigungshülse 13 in ihrer neutralen Position zu ihrer vorherigen Eingriffsposition zu verschieben. Nach dem Eingriff des synchronisierten Zahnrades stellt die Steuereinheit 45 ein Signal bereit, um die Kupplung 3 wieder in Eingriff zu bringen. Wenn die Kupplung 3 in Eingriff ist, wird der Motor durch das Fahrzeug angetrieben, und jegliche Hilfseinheiten wie Servopumpen und Motorbremsen, die normalerweise durch den Motor angetrieben werden, werden nun durch das Fahrzeug über den Motor angetrieben.
Die Erfindung wurde oben unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, in der die physische Position des Gaspedals selbst erfasst wird und die Freilauffunktion steuert. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ist es selbstverständlich ebenso möglich, die Position jeglichen Gaspedalbauteils zu erfassen, das seine Einstellung oder Position verändert, wenn die Drosselöffnung verändert wird, und diesem zu ermöglichen, die Freilauffunktion zu steuern.

Claims

Antriebseinheit für Motorfahrzeuge, umfassend einen Verbrennungsmotor (1) und ein Automatikgetriebe (9) mit einer Antriebswelle (7) und einer Abtriebswelle (34), wobei die Antriebswelle (7) über eine Kupplung (3) mit einer Motorkurbelwelle (2) verbunden ist, wobei das Automatikgetriebe (9) mindestens eine in einem Gehäuse montierte Zwischenwelle (11) besitzt, wobei die Zwischenwelle mindestens ein Zahnrad (16) in Eingriff mit einem Zahnrad (12) an der Antriebswelle, eine Hauptwelle (10), die in dem Gehäuse montiert ist, und Zahnräder besitzt, die mit Zahnrädern an der Zwischenwelle kämmen, wobei mindestens ein Zahnrad in jedem Paar kämmender Zahnräder an der Zwischenwelle und der Hauptwelle drehbar an seiner Welle montiert ist und an seiner Welle durch Eingriffsmittel (13, 24, 25) verriegelbar ist, und Betätigungsmittel (40, 41, 42), die mit den Eingriffsmitteln zusammenwirken und durch eine Steuereinheit (45) in Abhängigkeit von zu der Steuereinheit zugeführten Signalen gesteuert werden, die verschiedene Motor- und Fahrzeugdaten darstellen, einschließlich zumindest der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Gaspedalposition, besitzt, wobei die Steuereinheit (45) angeordnet ist, um beim Empfangen von Signalen, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit angeben, und wenn der Fahrer das Gaspedal (48) innerhalb eines vorbestimmten Betätigungssektors (α) des Gaspedals (48) loslässt, der sich über einen kleinen Abschnitt des gesamten Betätigungssektors (☐) des Gaspedals erstreckt, die Antriebsverbindung zwischen dem Motor und der Abtriebswelle (34) des Automatikgetriebes zu entkoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Betätigungssektor (α) in einem Abstand (☐) von der Ruheposition des Gaspedals beginnt.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (45) angeordnet ist, um die Antriebsverbindung durch Lösen der Kupplung (3) bei Eingabe von Signalen zu lösen, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gaspedalposition innerhalb des vorbestimmten Betätigungssektors (☐) angeben.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (45) angeordnet ist, um die Antriebsverbindung durch Setzen eines gegenwärtig kämmenden Zahnrades in dem Getriebe (9) in seine freie Position beim Empfangen von Signalen zu entkoppeln, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gaspedalposition innerhalb des vorbestimmten Betätigungssektors (☐) angeben.
Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (45) angeordnet ist, um nach dem Entkoppeln der Antriebsverbindung zwischen dem Motor (1) und der Abtriebswelle des Getriebes (34) bei nachfolgender Verschiebung des Gaspedals (4) in eine Position außerhalb des vorbestimmten Betätigungssektors (☐) zuerst die Drehzahl des Motors auf eine geeignete Drehzahl zum Eingriff eines Zahnrades, das auf die Fahrzeuggeschwindigkeit abgestimmt ist, zu steuern, und danach den Betätigungsmitteln ein Signal zu geben, das Zahnrad in Eingriff zu bringen.
Antriebseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Zahnräder (12, 15), die drehbar an der Antriebswelle (7) montiert sind, gleichzeitig lösbar und alternativ mit der Welle durch Eingriffs- und Synchronisiermittel (13) verriegelbar sind, die durch die Betätigungsmittel (40) gesteuert sind und jeweils ein einzelnes Zahnrad (16, 17) der Zwischenwelle (11) betätigen, und die Steuereinheit vorgesehen ist, um beim Empfangen von Signalen, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gaspedalposition innerhalb des vorbestimmten Betätigungssektors (☐) angeben, das gegenwärtig gegenüber der Antriebswelle verriegelte Zahnrad zu lösen, indem die Eingriffs- und Synchronisiermittel in eine neutrale Position gesetzt werden.
Antriebseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (9) eine Hauptgruppe mit einer Anzahl von Zahnrädern (1 bis 4 und R) und einen Bereichsabschnitt mit einem unteren Bereich (NR) und einem oberen Bereich (HR) für jedes Zahnrad in der Hauptgruppe umfasst, und der Bereichsabschnitt besitzt Kupplungsmittel (37) mit Synchronisierfunktion, die zusätzlich zu einer unteren Position und einer oberen Position eine mittlere neutrale Position (NR) besitzt, und dass die Steuereinheit vorgesehen ist, um beim Empfangen von Signalen, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gaspedalposition innerhalb des vorbestimmten Betätigungssektors (☐☐☐☐angeben, das gegenwärtig kämmende Zahnrad durch Setzen des Bereichsauswählers in seine neutrale Position zu lösen.
Antriebseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Zahnrad (15, 21, 22, 23) in jedem Paar miteinander kämmender Zahnräder an der Zwischenwelle (11) und an der Hauptwelle (10) an seiner Welle mittels Eingriffsmitteln (24, 25) verriegelbar ist, denen eine Synchronisierfunktion fehlt.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaspedal ein schwenkbar montiertes Gaspedal (48) mit einem Pedalarm (51) ist, der mit einem Sensor (49) koordiniert ist, welcher ein von dem Schwenkwinkel des Pedalarms abhängiges Signal zu der Steuereinheit (45) sendet.