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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebesystem, das eine
Fliehkrafthauptkupplung verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein automatisiertes Fahrzeuggetriebesystem, das einen Motor, ein
mehrgängiges
Getriebe, eine Fliehkraft betätigte
Hauptreibungskupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung des Motors
an das Getriebe und einen Controller zur Steuerung der Kraftstoffbelieferung
des Motors während
Fahrzeuganfahrbedingungen in Abhängigkeit
von der Drossel-/Fahrpedalstellung und weiteren erfassten Systembetriebsbedingungen,
wie beispielsweise wenigstens entweder der Motordrehzahl, der Getriebeeingangswellendrehzahl,
Getriebeausgangswellendrehzahl, dem Motordrehmoment und/oder der
eingerückten
Gangstufe, aufweist.
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Insbesondere
betrifft eine beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Startsteuerungsverfahren/-system
für ein
automatisiertes mechanisches Fahrzeuggetriebesystem, das eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung,
die lediglich durch die Motordrehzahl gesteuert ist, und einen Controller
zur Steuerung der Motorkraftstoffbelieferung während Fahrzeugstartbedingungen
verwendet.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Automatisierte
mechanische Getriebesysteme, bei denen der Fahrzeugfahrer oder -führer die Fahrzeughauptkupplung
nicht betätigen
muss (sog. „Zweipedalsysteme") sind aus dem Stand
der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 081 065,
4 361 060, 4 936 428, 5 439 428, 5 634 867, 5 630 773, 5 960 916
und 5 947 847 ersichtlich. Diese Systeme arbeiten nicht vollständig zufriedenstellend, da
gesonderte Kupplungsaktuatoren, Sensoren und/oder elektrische und/oder
Fluidenergieanschlüsse
(d.h. Druckluftanschlüsse
und/oder hydraulische Anschlüsse)
hierfür
erforderlich sind, was den Aufwand für die Schaffung, Montage und
Instandhaltung derartiger Systeme erhöht.
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Fliehkraft
betriebene Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik allgemein
bekannt und enthalten gewöhnlich
ein antreibendes Eingangselement, das durch eine Antriebsmaschine,
gewöhnlich
einen Elektromotor oder Verbrennungsmotor, angetrieben ist, sowie
mit dem Antriebselement gemeinsam umlaufende Gewichte, die sich
bei einer Rotation des Antriebselementes unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
radial nach außen
bewegen, um zu bewirken, dass das antreibende Eingangselement reibschlüssig mit
einem angetriebenen Ausgangselement in Eingriff gelangt. Beispiele
für Fliehkraft
betätigte
Kupplungen können
den US-Patentschriften Nr. 3 580 372, 3 696 901, 5 437 356, 3 810
533, 4 819 779, 5 441 137, 5 730 269 und 4 610 343 entnommen werden.
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Voll-
oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer
Bestimmung, dass eine dynamische Schaltung aus einer momentan eingelegten
Gangstufe in den Leerlauf und anschließend in eine Zielgangstufe
erwünscht
ist, unter Beibehaltung der Fahrzeughauptreibungskupplung in einem
eingerückten
Zustand eine automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung einleiten, um über den
auszurückenden
Klauenkupplungen ein vermindertes Drehmoment zu bewirken, sind aus
dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patent schriften Nr.
4 850 236, 5 820 104, 5 582 558, 5 735 771, 5 775 639, 6 015 366
und 6 126 570 ersichtlich. Diese Systeme enthalten Systeme, die
versuchen, den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um ein
anhaltendes Antriebsstrang-Nullmoment
zu erreichen, sowie Systeme, die Drehmomentumkehrungen erzwingen,
vgl. US-Patentschrift Nr. 4 850 236. Bei einer Erfassung einer Leerlaufbedingung
veranlassen diese Systeme unter Aufrechterhaltung der Hauptkupplung
im eingerückten
Zustand den Motor, mit einer Drehzahl umzulaufen, die bestimmt ist,
um synchrone Bedingungen zur Einrückung der Zielgangstufe zu
bewirken. US-Patentschrift Nr. 4 493 228, die momentan als der relevanteste
Stand der Technik in Bezug auf die unabhängigen Ansprüche 1 und
7 betrachtet wird, offenbart ein Fahrzeugsteuerungssystem zur automatischen
Schaltung eines Vorgelegewellengetriebes, bei dem die Leistungssteuerungseinrichtung
des Motors entsprechend einem vom Fahrzeugführer betätigten Beschleunigungspedal
und Schaltanforderungen gesteuert wird. Während eines Schaltbetriebsmodus
wird die Leistungssteuerungseinrichtung entsprechend den Schaltanforderungen
des Getriebes eingestellt. Sobald eine bestimmte Gangstufe in dem Getriebe
eingerückt
wird, wird die Leistungssteuerungseinstellung zurückgesetzt
bzw. zurück überführt, um
der Beschleunigungspedaleinstellung zu entsprechen, und zwar mit
einer von deren Differenz abhängigen
Rate. Es sind auch Mittel vorgesehen, um die Rücksetzrate zu modifizieren,
falls die Beschleunigungspedaleinstellung während der Rücksetzung bzw. Rücküberführung abrupt
eingestellt wird.
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Fahrzeugantriebsstrangsysteme,
insbesondere für
Schwerlastfahrzeuge, die Fliehkraftkupplungen verwenden, sind nicht
zufriedenstellend, weil die Motoren gewöhnlich durch die Position der
Drossel-/Fahrpedaleinrichtung, nicht auf der Grundlage einer geschlossenen
Regelschleife basierend auf einer Zielmotordrehzahl und/oder einem
Zielmotordrehmoment gesteuert sind und somit keine akzeptable Steuerung
für einen
sanften Fahrzeugstart ergeben.
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Fliehkraftkupplungen
sind zum Wesentlichen Teil mechanischer Natur. Als solche unterscheidet sich
jede Kupplung hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften von anderen
Kupplungen der gleichen Konstruktion. Leistungs- bzw. Verhaltensunterschiede
treten auch bei einer einzelnen Kupplung im Laufe der Zeit mit der
Nutzung der Kupplung auf, da Teile verschleißen und verschmutzen. Eine
derartige Änderung
kann gegebenenfalls zur Folge haben, dass Eingriffscharakteristika,
wie beispielsweise eine Klemmbelastung bei einer bestimmten Motordrehzahl,
im Laufe der Zeit oder von Kupplung zu Kupplung variieren.
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Eine
Fliehkraftkupplungseinrückung
ist durch Veränderung
der Drehzahl des Motors gesteuert. Eine plötzliche Erhöhung der Drossel-/Fahrpedalstellung
und eine zugehörige
Erhöhung
der Motordrehzahl führen
zu einem plötzlichen
In-Eingriff-Kommen
der Fliehkraftkupplung. Es ist erwünscht, raue Einrückungen
zu vermeiden, um den Antriebsstrang nicht rauen Stoßbelastungen
auszusetzen.
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Es
ist ferner erwünscht,
das Motordrehmoment beim vollständigen
Kupplungsschluss in Situationen hoher Anforderung zu erhöhen, um
einen übermäßigen Schlupf
zu verhindern.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 7 definiert ist,
werden die Nachteile des Standes der Technik durch die Schaffung
eines Verfahrens und Steuerungssystems zur Steuerung eines automatisierten
Fahrzeuggetriebesystems reduziert oder minimiert, das eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung
verwendet, wobei eine geschlossene Regelschleife unter Verwendung
des Controllers zur Begrenzung der Motordrehzahl zur Steuerung einer
Kupplungseinrückung
eingesetzt wird.
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Ein
Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems
zur Steuerung der Einrückung
einer Fliehkraftkupplung ist hier beschrieben. Das automatisierte
Getriebesystem enthält
einen Verbrennungsmotor mit einem Motorausgangselement, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe
mit einer Eingangswelle, die Fliehkraft-Reibungskupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung
des Motorausgangselementes an die Eingangswelle und eine Drossel/ein
Fahrpedal, die bzw. das auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung
eines Motorkraftstoffbelieferungsgrads anspricht. Der Systemcontroller
empfängt
Eingangssignale, zu denen zwei oder mehrere der Signale in Bezug
auf (i) die Motordrehzahl, (ii) Eingangswellendrehzahl, (iii) Drossel-/Fahrpedalstellung,
(iv) Fahrzeuggeschwindigkeit und (v) eingerückte Getriebegangstufe gehören. Der
Systemcontroller weist wenigstens einen Betriebsmodus zur wahlweisen
bzw. gezielten Steuerung der Motorkraftstoffbelieferung auf, um
wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment
zu steuern. Der Systemcontroller verarbeitet die Signale gemäß logischen
Regeln, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens des
Motorcontrollers, auszugeben. Das Verfahren enthält die Schritte:
- a) Erfassung einer Eingangswellendrehbewegung;
- b) bei einer Erfassung des Einsetzens einer Eingangswellendrehung,
Aufzeichnung einer Eingriffs- bzw. Berührungspunktdrehzahl, die der
Motordrehzahl beim Einsetzen einer Eingangswellendrehung entspricht;
- c) Festlegung einer Kurve eines Motordrehzahlgrenzwertes in
Abhängigkeit
von einer Drossel-/Fahrpedalstellung und der Eingriffs- bzw. Berührungspunktdrehzahl
und Abspeicherung der Kurve innerhalb des Systemcontrollers;
- d) Erfassung der Drossel-/Fahrpedalstellung;
- e) Festsetzung eines Zielmotordrehzahlgrenzwertes für die erfasste
Drossel-/Fahrpedalstellung unter Verwendung der gespeicherten Kurve;
- f) Erfassung der eingerückten
Getriebegangstufe;
- g) nach einer Erfassung einer Einrückung einer Antriebsgetriebegangstufe,
automatische Erhöhung
der Motordrehzahl unter der Steuerung durch eine Fahrzeugstart-ausdem-Stillstand-Routine,
bis der Zielmotordrehzahlgrenzwert erreicht ist; und
- h) nach einer Erfassung, dass die Kupplung eingerückt ist,
Freigabe der Steuerung der Motordrehzahl durch die Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine
bei der das Motor ausgangselement mit der Eingangswelle antriebsmäßig verbindenden
Fliehkraftreibungskupplung.
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Es
ist auch ein Steuerungssystem zur Steuerung eines automatisierten
Fahrzeuggetriebesystems, um eine Einrückung einer Fliehkraftkupplung zu
steuern, hier beschrieben. Das automatisierte Getriebesystem enthält einen
Verbrennungsmotor mit einem Motorausgangselement, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe
mit einer Eingangswelle, die Fliehkraftkupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung
des Motorausgangselementes an die Eingangswelle und eine Drossel/ein
Fahrpedal, die bzw. das auf einen vom Fahrzeugführer angeforderten Motorkraftstoffbelieferungsgrad
anspricht. Der Systemcontroller empfängt Eingangssignale, einschließlich zweier
oder mehrerer Signale in Bezug auf (i) die Motordrehzahl, (ii) Eingangswellendrehzahl,
(iii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iv) Fahrzeuggeschwindigkeit und
(v) eingelegte Getriebegangstufe. Der Systemcontroller weist wenigstens
einen Betriebsmodus zur wahlweisen bzw. gezielten Steuerung der
Kraftstoffbelieferung auf, um wenigstens entweder die Motordrehzahl
und/oder das Motordrehmoment zu steuern. Der Systemcontroller verarbeitet
die Signale gemäß logischen
Regeln, um Ausgangsbefehlsignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens
des Motorcontrollers, auszugeben. Der Controller ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Systemcontroller logische Regeln aufweist, die dazu dienen:
- a) eine Eingangswellendrehbewegung zu erfassen;
- b) bei Erfassung eines Einsetzens der Eingangswellendrehbewegung,
eine Eingriffspunkt- bzw. eine Berührungs punktdrehzahl, die der
Motordrehzahl beim Einsetzten der Eingangswellendrehbewegung entspricht,
aufzuzeichnen;
- c) eine Kurve eines Zielmotordrehzahlgrenzwertes in Abhängigkeit
von einer Drossel-/Fahrpedalstellung und der Eingriffs- bzw. Berührungspunktdrehzahl
festzulegen und die Kurve in dem Systemcontroller abzuspeichern;
- d) die Drossel-/Fahrpedalstellung zu erfassen;
- e) den Zielmotordrehzahlgrenzwert für die erfasste Drossel-/Fahrpedalstellung
unter Verwendung der gespeicherten Kurve festzusetzen;
- f) die eingelegte Getriebegangstufe zu erfassen;
- g) nach einer Erfassung des Einrückens einer Antriebsgetriebegangstufe
die Motordrehzahl unter der Steuerung durch eine Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine
automatisch zu erhöhen,
bis der Zielmotordrehzahlgrenzwert erreicht ist; und
- h) nach einer Erfassung, dass die Kupplung eingerückt ist,
die Steuerung der Motordrehzahl durch die Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine
mit der das Motorausgangselement mit der Eingangswelle antriebsmäßig verbindenden Fliehkraftreibungskupplung
freizugeben.
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Die
Erfindung ergibt vorteilhafterweise ein Antriebsstrangsystem, das
eine Fliehkraftkupplung mit einer annehmbaren Steuerung für einen
sanften Fahrzeugstart verwendet.
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Die
Erfindung gleicht vorteilhafterweise Schwankungen der Einrückungseigenschaften,
die im Laufe der Zeit auftreten, aus.
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Die
Erfindung steuert eine Kupplungseinrückung, um raue Einrückungen
zu vermeiden.
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Die
Erfindung erhöht
das Drehmoment beim vollständigen
Kupplungsschluss in Situationen hoher Anforderung, um einen übermäßigen Schlupf
zu verhindern.
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Die
Erfindung begrenzt die Motordrehzahl, um eine raue Belastung des
Antriebsstrangs zu verhindern.
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Die
Motordrehzahl wird in Abhängigkeit
von der Drossel-/Fahrpedalstellung begrenzt, um die verfügbare Drehmomentübertragungskapazität für stärkere Drossel-/Fahrpedalanwendungen,
die wahrscheinlich Gegebenheiten mit höherer Anforderung zugeordnet
sind, zu erhöhen,
während
eine raue Belastung weiterhin vermieden wird.
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Der
Motordrehzahlgrenzwert wendet eine Linie mit zwei Steigungen an,
um eine Kupplungseinrückung
für variierende
Drossel-/Fahrpedalanwendungen weiter zu optimieren.
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Der
Motordrehzahlgrenzwert wird mit der Motordrehzahl, bei der eine
Kupplungseinrückung eingeleitet
wird, verschoben, um Veränderungen
in dem System zu kompensieren. Wenn die Drehzahl, bei der eine Einrückung eingeleitet
wird, steigt oder abnimmt, wird die Drehzahlgrenzwertkurve angehoben
oder abgesenkt.
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Diese
und weiteren Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich
beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs, der
eine Fliehkraftkupplung und eine Motorkraftstoffsteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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2 zeigt
eine schematisierte Darstellung der Klemmkrafteigenschaften der
Fliehkraftkupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung bei unterschiedlichen Motordrehzahlen in graphischer Form.
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3 zeigt
eine schematisierte Darstellung der Zielmotordrehzahlen für unterschiedliche
Drossel-/Fahrpedalstellungen beim Fahrzeugstart für das System
gemäß der vorliegenden
Erfindung, in graphischer Form.
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4 zeigt
eine teilweise Draufsicht auf den Deckel und Fliehkraftmechanismus
der erfindungsgemäßen Kupplung
in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung.
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5 zeigt
eine zum Teil aufgeschnittene Ansicht des Mechanismus mit Rollen,
Rampen und Federn zur Klemmkraftbegrenzung, wie er gemeinsam mit
dem Fliehkraftmechanismus verwendet wird.
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6A und 6B zeigen
Ausschnittsdarstellungen, die die Stellung der Fliehgewichte in
der vollständig
radial inneren Position bei ausgerückter Kupplung bzw. der vollständig radial äußeren Position
bei vollständig
eingerückter
Kupplung veranschaulichen.
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7 zeigt
eine schematisierte Teilschnittansicht der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt eine schematisierte Darstellung der
durch den Controller eingesetzten Logik um festzulegen, ob es geeignet
ist, die Motordrehzahl zu begrenzen, um einen Kupplungseinriff zu
verhindern oder ob dies nicht geeignet ist, in Form eines Flussdiagramms.
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9A, 9B und 9C zeigen
schematisierte Darstellungen der durch den Controller eingesetzten
Logik, um einen Zahn-an-Zahn-Stoß-Zustand
zu identifizieren und zu überwinden,
in Form eines Flussdiagramms.
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10 zeigt
eine schematisierte Darstellung eines Graphen einer für die Kupplung
gewünschten Motordrehzahl
bzw. Kupplungs-Sollmotordrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit, wie
sie durch die Logik festgelegt wird, die durch den Controller eingesetzt wird,
um einen Zahnstoßzustand
zu überwinden.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Ein
wenigstens teilweise automatisiertes Fahrzeugantriebsstrangsystem 10,
das die Fliehkraft betätigte
Reibungshauptkupplung und Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet, ist in einer schematisierten Darstellung in 1 veranschaulicht.
Das System 10 kann ein vollautomatisiertes, wie beispielsweise
aus der US-Patentschrift 4 361 060 ersichtlich, ein teilautomatisiertes,
wie beispielsweise aus den US-Patentschriften Nr. 4 648 290 und
5 409 432 ersichtlich, oder ein manuell geschaltetes System mit
Hilfsunterstützung
durch einen Controller sein, wie es beispielsweise aus den US-Patentschriften
Nr. 4 850 236, 5 582 558, 5 735 771 und 6 015 366 ersichtlich ist.
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In
dem System 10 ist ein Geschwindigkeitswechselgetriebe 12,
das eine Hauptgetriebegruppe 14 aufweist, die mit einer
Hilfsgetriebegruppe 16 der Split-Bauart in Reihe verbunden
ist, mit einem Verbrennungsmotor 18, beispielsweise einem
allgemein bekannten Benzin- oder Dieselmotor, über eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung antriebsmäßig verbunden.
Das Getriebe 12 kann, um ein Beispiel anzugeben, von der
Art sein, die im Stand der Technik allgemein bekannt ist und durch
die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, die EATON CORPORATION,
unter der Handelsmarke „Super-10" und „Lightning" vertrieben wird
und die in größeren Einzelheiten
in den US-Patentschriften
Nr. 4 754 665, 6 015 366, 5 370 013, 5 974 906 sowie 5 974 354 veranschaulicht
ist. Derartige Getriebe 12 können alternativ ohne eine Hilfsgetriebegruppe 16 der
Split-Bauart ausgeführt
sein.
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Der
Motor 18 enthält
eine Kurbelwelle 22, die an einem Antriebselement 60 der
Fliehkraft-Hauptkupplung 20 angebracht ist, das mit einem
Abtriebselement 62 in Eingriff oder außer Eingriff kommt, das an
der Eingangswelle 28 des Getriebes befestigt ist. Eine
Getriebeausgangswelle 30 ragt von der Hauptgetriebegruppe 16 weg,
um beispielsweise über
eine Antriebsachse 31 oder ein Verteilergetriebe eine Antriebsverbindung
zu den Antriebsrädern
des Fahrzeugs zu schaffen.
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Die
Ausdrücke „eingerückt" oder „in Eingriff" und „ausgerückt" oder „außer Eingriff", wie sie in Verbindung
mit einer Hauptreibungskupplung verwendet werden, beziehen sich
auf die Fähigkeit
bzw. mangelnde Fähigkeit
der Kupplung, ein Drehmoment einer wesentlichen Stärke zu übertragen.
Ein eher zufälliger
Kontakt der Reibungsflächen
wird, wenn nicht wenigstens eine minimale Klemmkraft auftritt, nicht als
eingerückter
oder Eingriffszustand betrachtet.
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Wie
aus der 1 ersichtlich, benötigt die Fliehkraftkupplung 20 keinen
externen Kupplungsaktuator und wird in Abhängigkeit von der Drehzahl (ES)
des Motors betätigt.
Die Fliehkraftkupplung 20 benötigt auch keine Verbindungen
zu funktionsgemäßen Gestängen, Befehlssignaleingängen, zu
einer Leistungselektronik und/oder zu Druckluft- und/oder Hydraulikleitungen.
Während
die wirtschaftlichste Anwendung der vorliegenden Erfindung mit einer
trocken laufenden Kupplung erreicht wird, ist die vorliegende Erfindung
ebenfalls auf die Technologie von nass laufenden Kupplungen anwendbar.
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Das
Getriebesystem 10 enthält
ferner Drehzahlsensoren 32 zur Erfassung der Motordrehzahl (ES), 34 zur
Erfassung der Eingangswellendrehzahl (IS) und 36 zur Erfassung
der Ausgangswellendrehzahl (OS) und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender
Signale. Ein Sensor 37 liefert ein Signal THL, das die
Stellung des Fahrpedals 39 oder die Drehmomentanforderung
kennzeichnet. Das Signal ist gewöhnlich
ein prozentualer Anteil (zwischen 0% und 100%) des vollständigen Fahrpedal-/Drosselstellwegs.
Der Motor 18 ist elektronisch gesteuert. In einer beispielhaften
Ausführungsform enthält der Motor 18 einen
elektronisch ansprechenden Motorcontroller 38.
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Ein
X-Y-Schaltaktuator 40, der beispielsweise nach einer der
in den US-Patentschriften Nr. 5 481 170, 5 281 902, 4 899 609 und
4 821 590 veranschaulichten Arten ausgebildet sein kann, kann vorgesehen
sein, um die Hauptgruppe und/oder die Hilfsgruppe des Getriebes
automatisiert oder elektrisch betätigt (Shift-by-Wire) zu schalten.
Ein beispielhafter Aktuator weist ein Paar elektrisch betätigter Motoren
oder Servomotoren auf, die das Getriebe über eine mechanische Verbindung
schalten. Eine Schaltauswahlvorrichtung 42 ermöglicht dem
Fahrzeugführer,
einen Betriebsmodus auszuwählen,
und liefert ein Signal GRT, das die Gangübersetzung
des gewünschten
Ganges oder eine Zielgangstufe kennzeichnet. Die Schaltauswahlvorrichtung 42,
wie sie in 1 veranschaulicht ist, weist
mehrere Gangbereichsknöpfe
auf, die durch den Fahrzeugführer
ausgewählt
werden können.
Die Schaltauswahlvorrichtung 42 könnte alternativ andere, nicht
veranschaulichte Formen, beispielsweise die eines Gangschalthebels,
der einen Schaltknauf aufweist, einnehmen. Der Hebel kann zwischen
Stellungen, die Gangbereichen entsprechen, gekippt bzw. hin- und
hergeschaltet werden.
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Der
Motorcontroller 38 und der X-Y-Schaltaktuator 40 tauschen
durch das System über
eine elektronische Steuereinheit (ECU) 44 und eine Getriebe-ECU 46 sowie
eine System-ECU 50 Daten aus. Die Motor-ECU 44 und
die System-ECU 50 kommunizieren miteinander über einen
ersten Multiplexdatenbus 52, der ein geeignetes Kommunikationsprotokoll,
wie beispielsweise SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder dergleichen,
einsetzt. Die Getriebe-ECU 46 und die System-ECU 50 kommunizieren in ähnlicher
Weise über
einen zweiten Multiplexdatenbus 53 miteinander. Es sollte
verständlich
sein, dass die Erfindung gleich gut funktioniert, falls eine oder
mehrere der ECUs 44, 46 und 50 miteinander kombiniert
werden.
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Die
ECUs 44, 46 und 50 sind vorzugsweise Mikroprozessor
basierte Steuereinheiten von der Art, wie sie in den US-Patentschriften
Nr. 4 595 986 und 4 361 065 veranschaulicht ist. Die ECUs 44, 46, 50 empfangen
Eingangssignale von dem Drossel-/Fahrpedalstellungssensor 37,
den Drehzahlsensoren 32, 34 und 36 über herkömmliche
elektrische Signale und Leistung leitende Elemente 54,
beispielsweise Kabel. Die ECUs 44, 46, 50 verarbeiten
derartige Signale entsprechend vorbestimmen logischen Regeln, um
Ausgangsbefehlsignale an Systemaktuatoren, beispielsweise den Motorcontroller 38,
den Schaltaktuator 40 und dergleichen, über die Leitungselemente 54 auszugeben.
Die ECUs 44, 46, 50 können ferner einander anweisen,
Befehlssignale auszugeben. Das Kommunikationsprotokoll kann eine
Priorität
derartiger Befehle festlegen. Die ECUs speichern Steuerungsalgorithmen
oder Programme zur Steuerung des Motors, des Getriebes und der Kupplung.
Details des Kupplungsalgorithmus sind nachstehend beschrieben.
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Auf
bekannte Weise ist es zur Ausrückung einer
Klauenkupplung in einem mechanischen Fahrzeuggetriebe, insbesondere
in einem Schwerlastfahrzeug, erforderlich, die Drehmoment induzierte Schaltblockade
an der eingerückten
Klauenkupplung aufzuheben. Falls ein Öffnen der Hauptreibungskupplung 20 nicht
erwünscht
ist, kann die Drehmoment induzierte Schaltblockade aufgehoben werden, indem
der Motor derart mit Kraftstoff versorgt wird, um ein angenommenes Antriebsstrang-Nullmoment zu
bewirken, und/oder indem Drehmomentumkehrungen erzwungen werden,
die zwangläufig Übergänge durch
den Nullmomentwert des Antriebsstrangs ergeben.
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Voll-
oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer
Ermittlung, dass ein Schaltvorgang aus einer momentan eingelegten Gangstufe
in den Leerlauf und anschließend
in eine Zielgangstufe erwünscht
ist, unter Beibehaltung der Hauptreibungskupplung des Fahrzeugs
im eingerückten
Zustand eine automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung einleiten, um über der
auszurückenden Klauenkupplung
ein reduziertes Drehmoment zu bewirken, sind ebenfalls aus dem Stand
der Technik bekannt, wie aus den oben erwähnten US-Patentschriften Nr.
4 850 236, 5 582 558, 5 735 771, 5 775 639, 6 015 366 und 6 126
570 ersichtlich. Eine Schaltung bei eingerückt bleibender Hauptkupplung
wird in vielen Situationen bevorzugt, da derartige Schaltungen dazu
neigen, eine höhere
Schaltqualität
zu bieten und/oder weniger Verschleiß in dem Antriebsstrang zu
verursachen. Zu diesen Systemen gehören Systeme, die versuchen,
den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um ein Antriebsstrang-Nullmoment
zu erreichen und aufrechtzuerhalten, vgl. US-Patentschrift Nr. 4
593 580, sowie Systeme, die den Motor derart mit Kraftstoff versorgen,
dass eine oder mehrere Drehmomentumkehrungen erzwungen werden, vgl. US-Patentschrift
4850 236. Bei einer Erfassung eines Leerlaufzustands des Getriebes
wird die Kupplung 20 im eingerückten Zustand gehalten und
die Motordrehzahl angewiesen, eine für das Einlegen einer gewünschten
Gangstufe oder Zielgangstufe im Wesentlichen synchrone Drehzahl
anzunehmen (ES = OS × GRT).
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Eine
Steuerung des Motordrehmomentes, um ein gewünschtes Ausgangs- oder Motorschwungradmoment
zu erreichen, ist bekannt, wie aus der US-Patentschrift 5 620 392
ersichtlich. Das Motordrehmoment bezieht sich in dem hier verwendeten Sinne
auf einen Wert, der ein Motordrehmoment, gewöhnlich das Gesamtmotormoment,
kennzeichnet und von dem aus ein Ausgangs- oder Schwungradmoment
berechnet oder geschätzt
werden kann. Die Beziehung zwischen dem Gesamtmotormoment und dem
Schwungradmoment ist in den US-Patentschriften Nr. 5 509 867 und
5 490 063 erläutert.
Ein Motordrehmomentwert kann unter Verwendung mehrerer Betriebsparameter,
einschließlich
der Kraftstoffströmungsrate,
Luftströmungsrate
und Lufttemperatur, geschätzt
bzw. berechnet werden.
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Um
ein Beispiel anzugeben, ermöglichen Datenlinks,
die SAE J-1939 oder einem ähnlichen Protokoll
entsprechen, der ECU 50, über den Datenlink Befehlssignale
auszugeben, damit der Motor gemäß einem
beliebigen von verschiedenen Modi mit Kraftstoff versorgt wird,
wie beispielsweise
- i) entsprechend der vom
Fahrzeugführer
vorgegebenen Einstellung des Fahrpedals oder der Drossel,
- ii) derart, um eine befohlene Motordrehzahl oder Zielmotordrehzahl
zu erreichen (ES = EST),
- iii) derart, um ein befohlenes Motordrehmoment oder Zielmotordrehmoment
zu erreichen (ET = ETT) und
- iv) derart, um die Motordrehzahl oder das Motordrehmoment unterhalb
von Grenzwerten zu halten (ES < ESMAX und/oder ET < ETMAX).
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Es
können
viele Eingangs-/Datensignale, wie beispielsweise die Motordrehzahl
(ES), das Motordrehmoment (ET) und dergleichen, ebenfalls durch
den Bus 52 und die Leitungselemente 54 übertragen
werden.
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Der
Aufbau der Fliehkraftkupplung 20, wie er am besten in den 4–7 veranschaulicht
ist, ist nachstehend in größeren Einzelheiten
beschrieben. Die Kupplung 20 enthält das Eingangs- oder Antriebselement 60,
das drehfest an der Motorkurbelwelle 22 (gewöhnlich an
dem Motorschwungrad) angebracht ist, und das Ausgangs- oder Abtriebselement 62,
das auf der Getriebeeingangswelle 28 drehfest angebracht
ist. Auf bekannte Weise führt
eine Rotationsbewegung des Eingangselementes 60 dazu, dass
die Kupplung 20 einrückt
und den Motorausgang, gewöhnlich
ein Motorschwungrad oder dergleichen, an die Getriebeeingangswelle 28 antriebsmäßig ankuppelt.
Die Klemmkraft und somit die Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung 20 sind eine
Funktion der Drehzahl (ES) des Motors 18 und des Kupplungseingangselementes 60.
Die Kupplung 20 sollte einen anfänglichen Eingriffszustand bei
einer Motordrehzahl erreichen, die größer ist als die Motorleerlaufdrehzahl.
Die Kupplung 20 sollte bei einer Motordrehzahl vollständig einrücken, die
kleiner ist als die Motordrehzahl, bei der ein erstes Hochschalten
erforderlich ist. Im Unterschied zu typischen Federspeicher-Hauptreibungskupplungen,
die normalerweise eingerückt
sind, ist die Kupplung 20 bei niedrigen Motordrehzahlen
ausgerückt.
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Um
einen einwandfreien Fahrzeugstart und eine dynamische Schaltung
bei eingerückter
Hauptkupplung 20 zu ermöglichen,
sollte die Kupplung 20, wenn sie einmal vollständig eingerückt ist,
bei Motordrehzahlen, die größer sind
als (i) die höchste
erwartete Drehzahl, bei der Herunterschaltvorgänge eingeleitet werden, und
(ii) die minimal erwartete Motordrehzahl nach einem Hochschaltvorgang,
in dem eingerückten
Zustand verbleiben. Der anfängliche
Eingriffszustand ist die Anfangsberührung der Kupplungsreibflächen, wie
dies den US-Patentschriften Nr. 4 646 891 und 6 022 295 zu entnehmen
ist. Eine Logik, die dazu dient, lediglich einfache oder Gangstufen überspringende
Hochschaltungen nur dann einzuleiten, wenn die erwartete Motordrehzahl
bei Vollendung des Schaltvorgangs einen minimalen Referenzwert übersteigt,
ist aus den US-Patentschriften 6 113 516 und 6 149 545 entnehmbar.
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2 zeigt
eine graphische Darstellung der Klemmkraft einer beispielhaften
Ausführungsform der
Kupplung 20 und somit die Drehmomentübertragungskapazität bei unterschiedlichen
Motordrehzahlen.
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In
dem veranschaulichten Beispiel bildet das System 10 einen
Antriebsstrang für
Schwerlastfahrzeuge, während
der Motor 18 ein elektronisch gesteuerter Dieselmotor ist,
der eine Leerlaufdrehzahl von ungefähr 600 U/Min bis 700 U/Min,
Punkt 64, und eine abgeregelte Spitzendrehzahl von ungefähr 1800 U/Min
bis 2000 U/Min aufweist. In der beispielhaften Ausführungsform
kommt die Kupplung 20 in anfänglichen Eingriff bei einer
Drehzahl von ungefähr
750 U/Min, Punkt 66 (ESIE), die
geringfügig über der
Leerlaufdrehzahl liegt, und weist eine bei steigender Motordrehzahl
zunehmende Klemmkraft auf, Linie 70. Die Kupplung ist bei
oder unterhalb der gekappten maximalen Klemmkraft von 17,9 kN (4000
Pfund) bei ungefähr
1400 U/Min vollständig
eingerückt,
Punkt 72. Bei der maximalen Klemmbelastung, die ausgewählt ist,
um die Kupplung unter extremen Bedingungen vollständig zu
schließen
oder zu verriegeln (d.h. im Wesentlichen kein Schlupf bei Drehmomentbelastungen,
die größer sind
als die erwarteten Drehmomentbelastungen) bleibt die Kupplung 20 geschlossen,
Linien 74 und 76, bis die Motordrehzahl auf einen
Wert unterhalb von 850 U/Min abfällt
und den Freigabepunkt 78 erreicht. An dem Freigabepunkt 78 rückt die
Kupplung 20 bei sinkender Motordrehzahl sehr schnell aus,
Linie 80, um ein Abwürgen
des Motors zu verhindern.
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Die
Drehzahl von 850 U/Min liegt unterhalb (i) der minimalen Motordrehzahl,
bei der Herunterschaltungen angefordert werden, und (ii) der minimalen
erwarteten Motordrehzahl bei Vollendung einer Hochschaltung, bei
der ein Hochschaltvorgang, ein einfacher oder Gangstufen überspringender
Hochschaltvorgang, eingeleitet wird, vgl. US-Patentschrift Nr. 6
149 545. Demgemäß ermöglicht eine
Fliehkraftkupplung 20, die die in 2 angezeigten
charakteristischen Verhaltenseigenschaften aufweist, einen sanften
gesteuerten Fahrzeugstart und stellt sicher, dass die Kupplung für dynamisches
Hochschalten und Herunterschalten eingerückt bleibt.
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Der
Aufbau einer beispielhaften Ausführungsform
der Fliehkraftkupplung 20 ist aus den 4, 5, 6A, 6B und 7 ersichtlich, auf
die Bezug genommen wird. Die Kupplung 20 enthält eine
Kupplungsdeckelanordnung 100, eine Reibscheibenanordnung 102,
eine Zwischendruckplatte 104 und eine Reibscheibeneinrichtung 106.
Wie von herkömmlichen
Kupplungen allgemein bekannt, sind die Deckelanordnung 100,
eine Hauptdruckplatte 130 und eine Zwischendruckplatte 104 an
einem Schwungrad 136 mit diesem drehfest montiert und weisen
den Antriebsabschnitt 60 der Kupplung auf. Die Reibscheibeneinrichtungen 102 und 106 sind
gewöhnlich über eine Keilverzahnung
an der Getriebeeingangswelle 28 befestigt und umfassen
den Abtriebsabschnitt 62 der Kupplung.
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Ein
kuppelnder Abschnitt 20A der Kupplung 20 ist hinsichtlich
des Aufbaus und der Funktion entsprechenden Abschnitten existierender
Zweiplattenkupplungen ähnlich.
Im Unterschied zu herkömmlichen
Zweiplattenkupplungen enthält
die Deckeleinrichtung 100 jedoch vier Fliehgewichte 110,
die über Schwenkzapfen 112 schwenkbar
an der Deckeleinrichtung 100 gelagert sind. Rückstellfedern 114 spannen
die Fliehgewichte 110 radial nach innen vor, damit diese
an Anschlägen 116 ruhen
(vgl. 6A). Ein Anschlagselement 118 begrenzt
die radial nach außen
gerichtete Bewegung der Fliehgewichte 110 (vgl. 6B).
Wenn der Motor und die Deckeleinrichtung 100 rotieren,
führt die
Wirkung der Fliehkraft dazu, dass sich die Fliehgewichte 110 entgegen
der Vorspannkraft der Federn 114 von der Stellung gemäß 6A zu
der Stellung gemäß 6B bewegen.
Die Fliehgewichte 110 tragen jeweils eine oder mehrere Rollen 120 oder
funktionsmäßig ähnliche
Keilverbindungselemente, die zwischen einer Auflagedruckfläche und
einer Rampe wirken, um eine axiale Klemmkraft zur Einrückung der
Hauptreibungskupplung 20 zu liefern. 7 zeigt
eine schematische Darstellung der Betriebselemente, auf die die
Rollen 120 einwirken. Die Verwendung von zwei in Axialrichtung
ausgerichteten Rollen 120 ist insofern vorteilhaft, weil
sie die axiale Reaktionskraft der Fliehgewichte an den Schwenkzapfen 112 im
Wesentlichen beseitigt. Die Glieder der Kupplung 20 sind
ausschnittsweise in 7 veranschaulicht, wie sie um
die Drehachse 122 der Eingangswelle 28 rotieren.
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Die
Rollen 120 sind zwischen einer im Wesentlichen ebenen Fläche 124 einer
ortsfesten Druckaufnahmeplatte 125 und einer rampenförmigen Fläche 126 einer
axial verschiebbaren Rampenplatte 128 aufgenommen. Alternativ
kann die Fläche 124 rampenförmig gestaltet
sein und/oder das Keilverbindungselement eine keilförmige Konfiguration
aufweisen. Es können
andere Keilverbindungskonfigurationen verwendet werden. Die Druckaufnahmeplatte kann
manuell und/oder automatisch mittels einer Einstelleinrichtung 125A einstellbar
sein, um Verschleiß oder
dergleichen auszugleichen. Die Rampenplatte 128 wirkt auf
eine axial verschiebbare Hauptdruckplatte 130 über ein
vorgespanntes Federelement 132 ein, das die von der Rampenplatte 128 der
Druckplatte 130 zugeführte
Axialkraft begrenzt. Die Hauptdruckplatte 130 übt eine
Klemmkraft CF auf die Reibbelege 134 der Reibscheiben 102, 106 aus,
die zwischen einer Fläche 130A der
Hauptdruckplatte 130 und der Zwischendruckplatte 104 sowie
zwischen der Zwischendruckplatte 104 und einer Fläche 136A des
Motorschwungrads 136 festgelegt sind. Die Nabenabschnitte 140 und 142 der
Reibscheiben 102 bzw. 106 sind geeignet eingerichtet,
um über
eine Keilverzahnung an der Eingangswelle 28 drehfest befestigt
zu werden, während
die Platten 125, 128, 130 und 104 gemeinsam
mit dem Motorschwungrad 136 rotieren.
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Im
Ruhezustand steht eine der Rollen 120 mit dem vertieften
Abschnitt 146 der Fläche 126 in Verbindung
und übt
keine nach links wirkende axiale Klemmkraft auf die Reibbelege aus.
Sobald sich die Rolle ausreichend radial nach außen bewegt und auf den rampenartigen
Abschnitt 148 der Rampenfläche 126 auftrifft,
wird eine zunehmende axiale Klemmkraft ausgeübt (vgl. Linie 70 in 2).
Wenn sich die Rolle weiter radial nach außen auf dem flach ausgedehnten
Abschnitt 150 der Rampenfläche 126 bewegt, bleibt
die Klemmkraft bei einem gekappten, oberen Wert (vgl. Linien 74 und 76 in 2),
wie er durch die Vorspannfeder 132 begrenzt ist. Die Fliehgewichte 110 stoßen an den
Anschlägen 118 an,
bevor die Federn 132 vollständig zusammengedrückt sind.
Die Anwendung einer Kraft durch eine Feder zur Begrenzug der maximal
ausgeübten
Kraft ist aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus der US-Patentschrift
Nr. 5 901 823 ersichtlich.
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Um
die Rollen 120 den Rampenabschnitt 148 hinauf
bis zu dem ebenen Abschnitt 150 zu verlagern, ist eine
größere Fliehkraft 152 als
diejenige erforderlich die notwendig ist, um die Rollen 120 auf dem
ebenen Abschnitt gegen die Wirkung der Federkraft 154 von
den Rückstellfedern 114 zu
halten. Dies ist der Grund für
die Differenz zwischen dem Wert der Motordrehzahl bei der anfänglichen
maximalen Klemmkraft, Punkt 72 in 2, und dem
Motordrehzahlwert zum Ausrücken,
Punkt 78 in 2. Hintere Abschrägungen und/oder
Ausnehmungen können der
Fläche 150 und/oder
der Neigungsfläche
der Rampe 148 und/oder dem ebenen Abschnitt 150 hinzugefügt werden,
und die relevanten Massen und/oder die Federkonstante der Feder 114 können verändert werden,
um die Motordrehzahl des Ausrückens,
Punkt 78 in 2, zu verändern.
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Auf
bekannte Weise ist zum Start eines Schwerlastfahrzeugs, der gewöhnlich in
einer Startgangstufe (d.h. bei einem relativ hohen Übersetzungsverhältnis zwischen
der Eingangswellendrehzahl und der Ausgangswellendrehzahl) stattfindet,
an der Eingangswelle weniger Drehmoment erforderlich (z.B. 814–1220 Nm
(600–900
Fußpfund),
abhängig von
der Steigung) als benötigt
wird, um das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten in Bewegung zu
halten. Gewöhnliche
Dieselmotoren für
Schwerlastfahrzeuge weisen ein maximales Aus gangsdrehmoment von
ungefähr
1898–2983
Nm (1400–2200
Fußpfund) bei
einer Drehzahl des maximalen Drehmoments auf.
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Für eine Ausführungsform
der Hauptreibungskupplung 20 ergibt eine Klemmkraft von
4482 Newton (1000 Pfund) eine Drehmomentübertragungskapazität von ungefähr 814–2200 Nm (600–700 Fußpfund),
während
eine Klemmkraft von 17,8 kN (4000 Pfund) eine Drehmomentübertragungskapazität von 4,1
kNm (3000 Fußpfund)
ergibt, die weit über
der Drehmomentlieferkapazität
des Motors und der Übertragungskapazität des Antriebsstrangs
liegt und eine größere Sicherheitsreserve
zur Verfügung
stellt, wenn sich die Kupplung in dem obersten, gekappten Klemmbelastungszustand,
Linien 74 und 76 nach 2, befindet.
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Während eines
Anfahrvorgangs eines Fahrzeugs, d.h. beim Starten des Fahrzeugs
aus dem Stillstand, sollte die Kupplung 20 bei einer Drehzahl zwischen
ungefähr
750 U/Min und 950 U/Min vollständig
schließen,
wobei die genaue Drehzahl von Faktoren, wie beispielsweise, ob das
Fahrzeug auf einer steilen Steigung in Bewegung gesetzt wird, abhängig ist.
Ein Kupplungsschluss tritt auf einer steilen Steigung bei einem
höheren
Drehmomentniveau auf. In dem Fahrzeuganfahrmodus bzw. Fahrzeugstartmodus,
d.h. wenn das Fahrzeug angehalten ist oder sich mit einer sehr niedrigen
Fahrzeuggeschwindigkeit bewegt, ist die Kupplung 20 nicht
vollständig
eingerückt,
wobei eine Startgangstufe (gewöhnlich
der Rückwärtsgang,
der erste oder zweite Gang in einem Getriebe mit zehn Vorwärtsgängen) eingelegt
ist. Die Steuerungslogik gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet in einem nachstehend beschriebenen Anfahr- bzw.
Startmodus.
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Ein
Kupplungssteuerungsalgorithmus wird dazu verwendet, das Einrücken der
Kupplung 20 zu steuern. Der Kupplungssteuerungsalgorithmus
hilft, einen Fahrzeugstart und Schaltvorgang zu erleichtern. Obwohl
er als der Kupplungssteuerungsalgorithmus bezeichnet wird, wirkt
er wechselweise mit dem Getriebealgorithmus und dem Motoralgorithmus zusammen,
um den Motor unter bestimmten Umständen zu steuern, da die Einrückung der
Kupplung in erster Linie von der Motordrehzahl abhängt. Unter derartigen
Umständen
kann der Kupplungsalgorithmus die anderen Algorithmen, wie auch
Fahrereingaben, außer
Kraft setzen.
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Im
Allgemeinen steuert der Kupplungssteuerungsalgorithmus aktiv den
Motor und steuert dadurch das Wiedereinrücken der Kupplung, wenn entweder
die Kupplung ausgerückt
ist oder sich das Fahrzeug nicht bewegt. Eine Ausnahme von diesem ist,
wenn der Parameter FAHRERAUSWAHL = LEERLAUF, d.h. wenn der Fahrer
den Leerlauf als den Gangbereich auswählt und der LEERLAUF erreicht
ist. Wenn der Leerlauf ausgewählt
ist, gibt das System 10 den Motor von der Steuerung durch
den Kupplungsalgorithmus frei, da die Einrückung oder Ausrückung der
Kupplung 20 ohne Einfluss ist. Eine Ausnahme zu dieser
Ausnahme findet jedoch dann statt, wenn eine Eingangswellendrehbewegung
beim anfänglichen
Systemstart (Power-Up) nicht detektiert wird. Beim anfänglichen
Systemstart ist der Leerlauf immer der ausgewählte Gangbereich. Falls eine
Eingangswellenrotation nicht detektiert wird, d.h. falls EINGANGSWELLENDREHZAHL
(IS) < 100 U/Min, dann
soll der Kupplungsalgorithmus eine Steigerung der Motordrehzahl
in der gleichen Weise anfordern, wie sie nachstehend in der Stoßschutzsteuerungsroutine
eingesetzt wird. Das System fährt
fort, die MOTORDREHZAHL (ES) zu erhöhen, bis der Parameter EINGANG ÜBER MINIMUM
(eine Statusmeldung, die anzeigt, ob die Eingangswellendrehzahl (IS)
größer ist
als 100 U/Min) gleich WAHR ist. Dies wird getan, um zu helfen, die
Motordrehzahl (ES), bei der eine Kupplungseinrückung eingeleitet wird, festzusetzen
und um sicherzustellen, dass der Eingangswellendrehzahlsensor 34 funktionsfähig ist.
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Beim
Starten oder Anfahrvorgang eines Fahrzeugs aus dem Stillstand ist
es erforderlich, das Getriebe in einem Antriebsgangbereich zu platzieren und
eine der Klauenkupplungen in Eingriff zu bringen. Jedoch ist es
verständlich,
dass in einem Zustand eines angehaltenen Fahrzeugs die Einrückung einer
Klauenkupplung in einem Getriebe 12, das eine Fliehkraftkupplung 20 verwendet,
eine Begrenzung der Drehzahl des Motors erfordern kann, um sicherzustellen,
dass die Kupplung 20 ausgerückt ist. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn das Motorsteuerungssystem den Motor 18 als
Reaktion auf eine Bedingung, beispielsweise einen Kaltstart, bei
einer erhöhten
Drehzahl betreibt.
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Wenn
der Versuch, in einen Gang zu schalten, unter einer Fahrzeugstillstandbedingung
vorgenommen wird, muss die Motordrehzahl unter derjenigen liegen,
bei der die Kupplung 20 beginnt, in Eingriff zu kommen,
um sicherzustellen, dass die Eingangswelle und die Klauenkupplungen
in der Lage sind, aufzuhören
umzulaufen. Der Kupplungsalgorithmus entsprechend der in dem Flussdiagramm nach 8 veranschaulichten beispielhaften Logik begrenzt
die Motordrehzahl, falls die folgenden Bedingungen vorliegen:
- i) GEWÜNSCHTER
GANG ≠ LEERLAUF
(der Gangauswahlhebel befindet sich nicht in der „Leerlauf"-Stellung); UND
- ii) EINGELEGTER GANG = FALSCH (es wird angezeigt, dass ein Gang
nicht eingelegt ist); UND
- iii) FAHRZEUGBEWEGUNG = FAHRZEUG NICHT IN BEWEGUNG; UND
- iv) Pedal 39 befindet sich oder befand sich kürzlich in
einer Position, die geringer ist als eine vorbestimmte Pedalposition,
die den Bereich der Drossel-/Fahrpedalstellung anzeigt, bei dem
ein Leerlaufzustand angenommen wird (z.B. 5% der Drosselverstellung);
UND
- v) STEUERUNGSSCHALTZUSTAND ≠ SCHIEBT
IN GANG (der X-Y-Schaltaktuator 40 schiebt
bzw. drückt
das Getriebe nicht in einen Gang).
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Der
Motordrehzahlgrenzwert unter einer derartigen Bedingung ist der
kleinere Wert aus einer vorbestimmten maximalen Motordrehzahl für einen Nichtleerlaufzustand
(750 U/Min in einer beispielhaften Ausführungsform) und einem Motordrehzahlzielgrenzwert
für einen Übersetzungsbereich
ohne Gas und nicht im Leerlauf und einen Modus mit ausgerückter Kupplung
(oder einfacher gesagt die KUPPLUNG-MOTORLEERLAUFDREHZRHL), die
kleiner ist als eine vorbestimmte Leerlauf-Versatzdrehzahl des Motors
(von 10 U/Min in einer beispielhaften Ausführungsform).
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Wenn
bestimmt ist, dass ein Begrenzen der Motordrehzahl nützlich ist,
wird der Pedalstellungsparameter ignoriert, so dass selbst in dem
Fall, dass die Pedalstellung durch den Fahrzeugführer bis über den vorbestimmten Grenzwert
hinaus erhöht
wird, die Motordrehzahl auf die niedrigere Drehzahl begrenzt wird,
die erforderlich ist, um die Kupplung in einem freigegebenen Zustand
zu platzieren und dadurch das Einlegen eines Ganges zuzulassen.
Falls sich jedoch ein beliebiger der anderen Parameter verändert, beispielsweise
das Getriebe in den Leerlauf überführt wird
oder ein Gang eingelegt wird oder das Fahrzeug beginnt, sich in
Bewegung zu setzen, oder der X-Y-Schaltaktuator 40 das
Getriebe in einen Gang schiebt, dann wird der Motordrehzahlgrenzwert nicht
mehr benötigt
und wird deshalb aufgehoben. Es ist verständlich, dass, nachdem der Motordrehzahlgrenzwert „aufgehoben" worden ist, die
Motordrehzahl sich weiterhin unter der Steuerung durch den Kupplungsalgorithmus
befinden kann. Beispielsweise kann die Motordrehzahl augenblicklich
in der nachstehend beschriebenen Weise erhöht werden, falls eine Zahnstoßbedingung
erfasst wird. Außerdem,
falls erfasst wird, dass eine sofortige Rückgabe der Drossel-/Fahrpedalsteuerung
an den Fahrer zu einer rauen Kupplungseinrückung führen würde, behält der Kupplungsalgorithmus
die Steuerung der Motordrehzahl bei, um die Motordrehzahl allmählich ansteigen
zu lassen und eine entsprechende allmählich zunehmende Kupplungseinrückung zu
erreichen. Eine derartige nachfolgende Steuerung der Motordrehzahl
ist durch die 8 nicht vollständig wiedergegeben.
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Falls
das Getriebe in einem angehaltenen Zustand nicht in einen Gang geschaltet
werden kann, kann dies auf ein Aufeinanderstoßen von Zahnrädern oder
Zähnen
zurückzuführen sein.
Bei einem Versuch, einen Gang beim angehaltenen Fahrzeug einzulegen,
können
die Zähne
der in Eingriff kommenden Kupplungsmuffe gegen die Flachstellen
an dem Ende der bestimmten aufnehmenden Verzahnungen des Zahnrades,
das Ziel der Einrückung
ist, anschlagen oder anstoßen.
Dieser Zustand ist als Zahn-an-Zahn-Stoßen oder Zahnstoßen bekannt und
rührt von
dem relativ engen Spiel zwischen den in Eingriff kommenden Zähnen, der
zur Minimierung eines Ausschlags zwischen den zueinander passenden
Teilen erforderlich ist, sowie von der Gestalt der Stirnenden der
Zähne her.
Im Allgemeinen gibt es eine ausreichende Relativdrehung zwischen
den in Eingriff kommenden Elementen, so dass die Kupplungsmuffe
sich aus dem Zahnstoßzustand
heraus weiter verdreht, um ein Einrücken zu ermöglichen. Unter gewissen Umständen und
insbesondere, wenn sich das Fahrzeug in einem vollständigen Stillstand befindet,
kann jedoch kein Drehzahlunterschied zwischen den Teilen gegeben
sein. Das Fehlen einer Relativdrehung kann dazu führen, dass
die Muffe in einem anstoßenden
Zustand verbleibt und die Schalteinrichtung nicht in der Lage ist,
den gewünschten
Gang einzurücken.
Bei einer in herkömmlicher
Weise vom Fahrzeugführer
steuerbaren Hauptkupplung kann eine derartige Situation überwunden werden,
indem die Hauptkupplung augenblicklich eingerückt wird, um eine Verdrehung
der Eingangswelle und der drehfest an dieser angekuppelten Elemente
herbeizuführen.
Bei einer Fliehkraft betätigten Hauptkupplung
kann jedoch nicht einfach damit begonnen werden, die Kupplung einzurücken, da
man keine genaue Kontrolle über
die Kupplungseinrückung
hat, weil die Einrückung
mit der Motordrehzahl variiert.
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Wenn
der X-Y-Schaltaktuator 40 beginnt, in Richtung auf eine
Gangeinrückung
zu drücken, überwacht
das System 10 durch seine Sensoren und Steuereinheiten
die Einrückung,
um zu bestimmen, ob das Getriebe 12 eine Hilfsunterstützung braucht, um
ein Zahn-an-Zahn-Stoßen
zu überwinden.
Wenn in dem Getriebe 12 ein Gang eingelegt worden ist, führt das
System einen normalen Fahrzeugstart aus dem Stillstand durch. Die
Flussdiagramme nach 9A, 9B und 9C veran schaulichen
eine beispielhafte Ausführungsform
der Logik einer Stoßschutzroutine,
die verwendet wird, um ein Zahn-an-Zahn-Stoßen zu identifizieren
und zu überwinden.
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Die
Stoßschutzroutine
innerhalb des Kupplungssteuerungsalgorithmus übernimmt die Steuerung des
Motors, um die Motordrehzahl ES in einer gesteuerten Weise zu erhöhen. Eine
derartige Steuerung wird ausgeführt,
wenn bestimmte, nachstehend identifizierbare Zahnstoßbedingungen
erfüllt sind:
- i) das Fahrzeug bewegt sich nicht (Bedingung
1); und ii) es wird angezeigt, dass ein Gang nicht eingelegt ist
(Bedingung 2); und
- iii) der gewünschte
Gang ist nicht der Leerlauf (Bedingung 3); und
- iv) der X-Y-Schaltaktuator 40 drückt in eine Gangstellung (Bedingung
4).
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Falls
die obigen Bedingungen alle erfüllt sind,
weist die Stoßschutzroutine
des Kupplungssteuerungsalgorithmus den Motor an, seine Drehzahl zu
steigern, wie dies in 10 veranschaulicht ist. Bis
zu drei Motordrehzahlerhöhungszyklen
oder -stöße werden
bei einem Versuch, ein Einrücken
herbeizuführen,
eingesetzt. Die Stoßschutzroutine
wird beendet, wenn der Indikator GANG EINGELEGT (innerhalb der ECU 50)
anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist (Bedingung 5) oder dass die
EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) > =
25 U/Min (Bedingung 6) ist. Falls die drei Motordrehzahlerhöhungszyklen zu
Ende geführt
sind, ohne dass der Gang eingelegt wird, wird die Drossel-/Fahrpedalsteuerung
wieder an den Fahrer zurückgegeben.
Der Fahrer hat dann die Möglichkeit,
selbst das Einlegen eines Ganges durch Steuerung des Fahrpedals
zu unterstützen. Wenn
der gewählte
Startgang geändert
wird oder der gewünschte
Gang in den Leerlauf und zurück
in einen Gang geändert
wird, soll die Zyklusroutine zurückgesetzt
und erneut aktiviert werden, wenn sie gebraucht wird, um den Startgang
einzulegen.
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Wenn
die Startbedingungen für
die Stoßschutzsteuerungsroutine
erfüllt
sind, beginnt der erste Motordrehzahlerhöhungszyklus nach einer vorbestimmten
Verzögerungszeit,
die als „ERSTE
STOßVERZÖGERUNG" bezeichnet ist.
Die ERSTE STOßVERZÖGERUNG beträgt ungefähr 0,25
Sekunden und stellt eine Zeit für
ein ordnungsgemäßes In-Eingriff-Kommen
der Kupplung 20 zur Verfügung, bevor die erste Drehzahlrampe
(der erste Drehzahlanstieg) beginnt. Die Motordrehzahl wird entsprechend
der Darstellung der „KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL" nach 10 rampenartig
von ihrem anfänglichen
Wert (der gleich der KUPPLUNG-MOTOR-LEERLAUFDREHZAHL abzüglich des
MOTOR-LEERLAUF-OFFSET-WERTES ist, wobei der MOTOR-LEER-LAUF-OFFSET-WERT
in einer beispielhaften Ausführungsform
10 U/Min beträgt)
mit einer HOHEN STOßRATE
(hohen Steigerungsrate) erhöht,
bis sie größer ist
als ein Zielwert (WENIG GAS – NIEDRIGE
DREHZAHL 160 + EINGRIFFSPUNKT-OFFSET-MITTELWERT (wie nachstehend bei
der Beschreibung der Routine für
den Fahrzeugstart aus dem Stillstand und der 3 erläutert))
(Bedingung 7) und steigt anschließend mit einer langsameren
NIEDRIGEN STOßRATE
(niedrigen Steigerungsrate) an. Die HOHE STOßRATE beträgt ungefähr 300 U/Min/Sek. Die NIEDRIGE
STOßRATE
beträgt
ungefähr
100 U/Min/Sek. Die Drehzahlerhöhung
wird angehalten, wenn entweder die EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) > ZIELEINGANGSDREHZAHL
(Bedingung 8), die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) > (EINGRIFFSPUNKT-REFERENZDREHZAHL + EINGRIFFSPUNKT-OFFSET-MAXIMUM
(in einer beispielhaften Ausführungsform
gleich 100 U/Min) + STOB-OFFSET-DREHZAHL) (Bedingung 9) oder ein
Timer die Zykluszeit übersteigt
(Bedingung 10). Falls es in dem ersten Zyklus nicht zu einem Eingriff
kommt, erhöhen nachfolgende
Stöße den gemessenen
Motordrehzahlgrenzwert und den Timergrenzwert, um auf eine aggressivere
Weise das Einrücken
zu unterstützen. Zwischen
den Stößen wird
eine STOßINTERVALL-Verzögerungszeit
von ungefähr
1 Sekunde zugelassen, damit es zu einem Einrücken kommt. Wie oben erwähnt, wird
für den
Fall, dass ein Eingriffszustand nach dem dritten Stoß nicht
erreicht wird, die Steuerung der Motordrehzahl an den Fahrer zurückgegeben.
Wenn die Motordrehzahlsteuerung wieder an den Fahrer zurück übertragen
ist, reagiert das Kraftstoffzufuhrsystem auf die durch den Fahrer
vorgenommenen Fahrpedaleinstellungen. Dies kann unmittelbar durch
ein Kabelsystem (nicht veranschaulicht) oder weniger direkt mit
einem Drive-by-Wire-System erzielt werden, das elektrische Signale von
dem Drossel-/Fahrpedalstellungssensor 37 zur Steuerung
der Kraftstoffzufuhr verwendet.
-
Wenn
die Drosselsteuerung wieder an den Fahrzeugführer zurück übergeben wird, bevor die Fliehkraftkupplung 20 eingerückt ist,
muss aufgepasst werden, um den Fahrer an einem abrupten Einrücken der
Kupplung 20 zu hindern. Um ein derart abruptes Einrücken zu
verhindern, erhöht
der Kupplungssteuerungsalgorithmus rampenartig den Motordrehzahlgrenzwert
mit einer mäßigen Rate,
die zu der Drossel-/Fahrpedalstellung proportional ist, anstatt
diesen unmittelbar auf den Vollgaswert zurückzubringen.
-
Falls
die gemessene FAHRPEDALSTELLUNG kleiner ist als ein vorbestimmter
KUPPLUNGSPEDALLEERLAUF-Wert, der in einer beispielhaften Ausführungsform
5% beträgt,
begrenzt der Kupplungsalgorithmus die Drehzahl des Motors auf einen
Wert, der gerade unterhalb des Leerlaufwertes liegt. Die Drehzahl
wird vorzugsweise auf den Minimalwert aus der MAXIMALEN MOTORLEÉRLAUFDREHZAHL
(gleich 750 U/Min in einer beispielhaften Ausführungsform) und dem zuvor beschriebenen
anfänglichen
Wert der KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL (KUPPLUNGS-MOTOR-LEERLAUFDREHZAHL – MOTORLEERLAUF-OFFSET-WERT)
begrenzt.
-
Wenn
der Fahrer mehr Gas gibt, wird der Motordrehzahlgrenzwert mit einer
Rate der NORMAL GESTEUERTEN RAMPENFÖRMIG ERHÖHTEN DREHZAHL (von 200 U/Min/Sek
in einer beispielhaften Ausführungsform)
oder mit einer Rate der durch RTD (Ride Through Detent, Überwindung
der Raste) GESTEUERTEN RAMPENDREHZAHL (von 250 U/Min/Sek in einer
beispielhaften Ausführungsform) erhöht, falls
die GEMESSENE PEDALSTELLUNG (des Fahrpedals) größer ist als der Wert von KUPPLUNGSPEDAL-RTD
(von 90% der Drosselverstellung in einer beispielhaften Ausführungsform).
Die Erhöhung
dauert fort, bis entweder:
- i) sich die Eingriffsbedingungen
verändern,
beispielsweise
a) GANG EINGELEGT = WAHR oder
b) STEUERUNGSSCHALTZUSTAND ≠ SCHIEBEN
IN GANG oder
c) FAHRZEUGBEWEGUNG ≠ FAHRZEUG NICHT IN BEWEGUNG ODER
- ii) GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) < KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL – KUPPLUNGS-OFFSET-RESERVE
(in einer beispielhaften Ausführungsform
25 U/Min) ODER
- iii) KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL = J1939-KONFIGURATIONSMAP-MOTORDREHZAHL
[6] (in einer beispielhaften Ausführungsform gleich der HOHEN
MOTORLEERLAUFDREHZAHL (Governor + Droop), wie durch das J1939-Protokoll
festgesetzt.
-
Falls
sich die Eingriffsbedingungen verändern, reagiert das System
durch die Auswahl einer geeigneten nächsten Routine, beispielsweise
einer nachstehend beschriebenen Routine für den Fahrzeugstart aus dem
Stillstand. Wenn die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) nicht mit dem
Grenzwert mithält,
wird die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL gleich GEMESSENE MOTORDREHZAHL
+ KUPPLUNGS-OFFSET-RESERVE (von 25 U/Min in einer beispielhaften
Ausführungsform)
gesetzt, bevor die rampenartige Erhöhung fortgesetzt wird, um zu
verhindern, dass ein zu weiter Bereich zugelassen wird, in dem eine
unkontrollierte Motorbeschleunigung auftreten kann. Wenn die GEMESSENE
MOTORDREHZAHL (ES) mit einer im Vergleich zu der Verringerung des
Grenzwertes schnelleren Rate abnimmt, wird die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL
gleich der GEMESSENEN MOTORDREHZAHL + KUPPLUNGS-OFFEET-RESERVE gesetzt,
um eine unkontrollierte Beschleunigung zu vermeiden. Falls der Grenzwert
der in KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL die J1939-KONFIGURATIONSMAP-MOTORDREHZAHL
erreicht, wird er ohne eine weitere Erhöhung aufrechterhalten. Dies
ermöglicht
dem Fahrer die Flexibilität
bei seiner Drossel-/Fahrpedalsteuerung, ohne dass die automatische
Steuerung vollständig
herausgenommen wird.
-
Eine
rampenförmige
Erhöhung
der Motordrehzahl kann auch angewandt werden, um eine Kupplung einzurücken, wenn
sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, die Kupplung ausgerückt ist
und eine vorbestimmte Ausgangswellendrehzahl erreicht wird. Ein
derartiger Umstand tritt auf, wenn das Fahrzeug bergab rollt. Wenn
eine vorbestimmte Drehzahl erreicht ist, wird die Motordrehzahl
rampenartig erhöht,
um die Kupplung einzurücken.
Ein weiterer derartiger Umstand tritt auf, wenn das Getriebe bei
einer Bewegung des Fahrzeugs in den Leerlauf geschaltet wird und
in einen Antriebsgang zurückgeschaltet wird,
während
sich das Fahrzeug weiterhin in Bewegung befindet.
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Es
wird nun eine Routine für
den Fahrzeugstart aus dem Stillstand (Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine)
oder Fahrzeug-Anfahrvorgang-Routine beschrieben. Wie es für eine Fliehkraftkupplung
kennzeichnend ist, stellt die Kupplung 20 bei einer Erhöhung der
Motordrehzahl eine erhöhte
Klemmkraft und Drehmomentübertragungskapazität bereit.
Es ist deshalb wichtig, die Rate, mit der die Motordrehzahl steigt,
zu steuern, um die Anwendung der Klemmkraft zu kontrollieren bzw. zu
steuern. Wenn eine derartige Steuerung in einem System, das das
J1939-Protokoll verwendet, durch den Kupplungssteuerungsalgorithmus
angewandt wird, wird ein J1939-Befehl „Drehzahl-/Drehmomentgrenzwert" ausgegeben, wobei
diesem die höchste Prioriät innerhalb
der Hierarchie der Befehle zugeteilt wird. Bei Anwendung der Drosselsteuerung
bzw. des Fahrpedals wird ein Motordrehzahlzielwert für diese Drossel-/Fahrpedaleinstellung
bestimmt. Die Motordrehzahl wird von der Leerlaufdrehzahl auf diese
Motordrehzahl (eine KUPPLUNGSZIELDREHZAHL) mit einer gesteuerten
Rate erhöht,
um eine Steigerung des Kupplungsdrehmomentes mit einer Rate, die größer ist
als die Eigenfrequenz des Antriebsstrangs, zu verhindern.
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3 zeigt
zwei einander schneidende Linien, eine Wenig-Gas-Ziellinie 156 und
eine Viel-Gas-Ziellinie 158, die Zielmotordrehzahlen über dem
vollen Bereich der Drossel-/Fahrpedalstellungen, von 0% bis 100%
der Drosselverstellung, veranschaulichen. Die vier Endpunkte dieser
beiden Linien (in denen die prozentuale Drosseleinstellung 0 und 100%
entspricht, werden experimentell festgesetzt und folgendermaßen bezeichnet:
wenig Gas – niedrige
Drehzahl 160; wenig Gas – hohe Drehzahl 162; viel
Gas – niedrige
Drehzahl 164 und viel Gas – hohe Drehzahl 166,
die in einer beispielhaften Ausführungsform
725 U/Min, 990 U/Min, 740 U/Min bzw. 975 U/Min betragen. Eine Kupplungszieldrehzahl 168 ist durch
die untere der beiden Linien für
eine gegebene Drossel-/Fahrpedalstellung definiert. Die Kupplungszieldrehzahl-Linie 168 ist
zur Unterscheidung mit einer stärkeren
Linie eingezeichnet. Die Kupplungszieldrehzahl-Linie 168 legt
eine Kurve oder Beziehung zwischen der Drossel-/Fahrpedalstellung
und der Sollmotordrehzahl fest, die als die Kupplungszieldrehzahl
dienen soll.
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Wie
in 3 veranschaulicht, ist die Kupplungszieldrehzahl 168 eine
Funktion der Drosselstellung. Beispielsweise beträgt die Kupplungszieldrehzahl 168 bei
einer Drosselstellung von 20% 778 U/Min. Für eine Drosselstellung von
100% beträgt der
Zielwert 975 U/Min. Eine Anwendung der beiden Linien 156 und 158,
um eine KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 mit zwei Steigungen festzulegen, ergibt
einen auf eine geeignetere Weise abgestimmten Kupplungsalgorithmus.
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Während der
Entwicklung des Algorithmus ist festgestellt worden, dass die Zweisteigungsbeziehung
gegenüber
einer Linie mit einer einzigen Steigung überlegen ist. Obwohl die etwas
steilere Wenig-Gas-Ziellinie 156 von der Viel-Gas-Ziellinie 158 nicht
weit entfernt ist, ist der Unterschied ausreichend, um bei der Drossel-/Fahrpedalreaktion
einen wahrnehmbaren Unterschied zu erzielen. Das Fahrzeug schien
reaktionsempfindlicher, wenn eine Zweisteigungslinie 168 angewandt
worden ist. Im umgekehrten Fall erschien das Fahrzeug mit einer
Einzelsteiungslinie bei Startvorgängen mit kleinen Drosselwinkeln
träger.
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Die
Linie oder Kurve 168 wird zum großen Teil auf einer subjektiven
Basis unter Berücksichtigung
derartiger Eigenschaften wie das „Gefühl" der Kupplungseinrückungen für den Fahrzeugfahrer festgelegt.
Jedoch gibt es einige Richtlinien, die bei der Festlegung der Linie 168 hilfreich
sind. Es ist festgestellt worden, dass ein bevorzugter Wert für die wenig Gas – niedrige
Drehzahl 164 etwa 15–30
U/Min unterhalb der Motordrehzahl liegt, bei der die Kupplung 20 beginnt,
ein Drehmoment zu übertragen.
Ferner sollte die Linie 168 über dem gesamten Drosseleinstellbereich
akzeptable Startvorgänge
ergeben. Der Wert für
die viel Gas – hohe
Drehzahl 166 ist vorzugsweise gleich einer Motordrehzahl,
die ungefähr
25% bis 30% der Drehmomentspitzenübertragungskapazität der Kupplung
ergibt.
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Bevor
die normale Routine für
den Fahrzeugstart aus dem Stillstand eingeleitet wird, müssen die folgenden
Bedingungen erfüllt
sein: die Fahrpedalstellung muss größer sein als eine vorbestimmte Fahrpedalstellung,
von der angenommen wird, dass sie dafür kennzeichnend ist, dass der
Fahrer das Fahrpedal nicht niederdrückt (5% der Drossel verstellung
in der beispielhaften Ausführungsform);
der gewünschte
Gang, wie er durch den Steuerungsalgorithmus bestimmt wird, ist
nicht der Leerlauf (der Gangauswahlhebel befindet sich nicht in
dem neutralen Bereich); ein Antriebsgang ist eingelegt; und die Kupplung
ist ausgerückt.
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Die
Routine erhöht
die Motordrehzahl mit einer gesteuerten Rate, um den Drehzahlgrenzwert, der
durch die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 festgelegt ist, zu
erreichen. Die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 bildet lediglich
einen Grenzwert und zwingt den Motor nicht, mit einer Drehzahl umzulaufen,
die höher
ist als diejenige, die die Drosseleinstellung anfordert. Dieser
Grenzwert wird über J1939-Befehle übermittelt.
Die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL bildet einen Motordrehzahlsteuerungsparameter,
der durch eine Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine
definiert wird. Die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL verändert sich
von einem anfänglichen
Punkt, der einer MOTORLEERLAUFDREHZAHL DER KUPPLUNG (der Zieldrosselstellung
für den
Drehzahlgrenzwert von 0% in einer Nichtleerlauf-Gangstellung und
bei ausgerückter
Kupplung) abzüglich
eines MOTORLEERLAUF-OFFSET-WERTES (von 10 U/Min in der beispielhaften
Ausführungsform)
entspricht, bis zu einer Zwischendrehzahl, die dem wenig Gas – niedrige
Geschwindigkeit-Punkt 160 (von 725 U/Min in der beispielhaften
Ausführungsform)
zuzüglich
einem EINGRIFFSPUNKT-OFFSET-MITTELWERT
entspricht, der nachstehend definiert ist.
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Die
Motordrehzahl wird mit einer gesteuerten Rate in Richtung auf die
ZIELDREHZAHL 168 verändert.
Die gesteuerte Rate nimmt ab, wenn die Motordrehzahl steigt. Die
gesteuerte Rate, mit der die Motordrehzahl zunächst bis zu einer Zwischendrehzahl, die
kleiner ist als die KUPPLUNGSZIEL DREHZAHL, verändert wird, entspricht einem
NORMALEN SCHNELLEN RAMPENFÖRMIGEN
ANSTIEG VOM LEERLAUF oder beträgt
300 U/Min/Sek. Die gesteuerte Erhöhungsrate zwischen der Zwischendrehzahl und
der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 fällt auf einen NORMAL GESTEUERTEN
RAMPENANSTIEG oder auf 200 U/Min/Sek in der bevorzugten Ausführungsform
ab. Der gesteuerte Rampenanstieg dauert fort, bis die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL
erreicht ist, solange die Motordrehzahl dem rampenförmigen Anstieg
innerhalb eines Bereiches von, in der beispielhaften Ausführungsform,
(25 U/Min + (Fahrpedalstellung (%)) in U/Min) folgt. Es sollte verständlich sein,
dass Einheiten in der vorstehenden Bereichsberechnung miteinander
vermischt werden, wobei jedoch bei Tests erwiesen worden ist, dass
die Gleichung bei einem Versuch, die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 zu
erreichen, einen geeigneten Motordrehzahlbetriebsbereich liefert.
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Falls
die Pedalstellung größer ist
als, in der bevorzugten Ausführungsform,
90% und der Motor sich unterhalb der Zwischendrehzahl befindet,
dann wird die SOLLMOTORDREHZAHL DER KUPPLUNG mit einer SCHNELLEN
RAMPENRATE BEI RASTENÜBERBRÜCKUNG (RIDE-THROUGH-DETENT)
erhöht,
die in einer beispielhaften Ausführungsform
300 U/Min/Sek beträgt.
Wenn der Motor sich oberhalb der Zwischendrehzahl befindet, wird die
Rampenrate auf eine GESTEUERTE RAMPENRATE BEI RASTENÜBERWINDUNG
erniedrigt, die in einer beispielhaften Ausführungsform 250 U/Min/Sek beträgt. Die
Motordrehzahlerhöhung
dauert fort, solange die Motordrehzahl in dem Bereich bleibt, der
(25 U/Min + (Fahrpedalstellung (%)) in U/Min) entspricht. Die Kalibrierungen
der RAMPENRATE BEI RASTENÜBERWINDUNG
ergeben einen etwas schnelleren Fahrzeugstart, wenn viel Gas gegeben
wird.
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Wenn
die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL bis auf die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 erhöht worden
ist, bleibt sie bei diesem Wert, bis entweder die Drosseleinstellung
verändert wird
oder die Kupplung eingerückt
wird. Eine Ausnahme hierzu ist dann gegeben, wenn über die ÜBERWINDUNG
DER RASTE (RIDE THROUGH DETENT, KICK-DOWN-RASTE) hinausgegangen wird.
Dies bedeutet, dass in dem Fall, wenn die Fahrpedalstellung größer ist
als 90% und sich die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL in der Nähe der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL
für eine
vorbestimmte Zeitdauer (von 1,5 Sekunden in einer beispielhaften
Ausführungsform)
befindet, die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL anschließend mit
einer langsameren Rate einer ERHÖHUNGSRATE
BEI HOHEM WIDERSTAND (Widerstand gegen das Anfahren) erhöht wird,
die in der bevorzugten Ausführungsform
50 U/Min/Sek beträgt,
bis das Fahrpedal losgelassen, die Fahrpedalstellung verringert
wird oder die Kupplung einrückt.
Beispiele für
einen hohen Widerstand bei Startbedingungen, die derartige Umstände herbeiführen können, umfassen
einen Versuch eines Anfahrvorgangs im Schlamm sowie einen Versuch
eines Anfahrvorgangs auf einer steilen Steigung.
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Falls
die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 kleiner ist als entweder
die momentane Motordrehzahl oder die momentane KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL
(wenn beispielsweise die Drossel-/Fahrpedaleinstellung verringert
wird, nachdem die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL bis auf die oder in
die Nähe
der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL erhöht
worden ist), wird die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL unmittelbar auf
die neue KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 ohne eine rampenartige
Verzögerung
vermindert.
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Wegen
der mechanischen Beschaffenheit der Komponenten der offenbarten
Fliehkraftkupplung 20 kann die Beziehung zwischen der Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung
und der Motordrehzahl aufgrund vieler Faktoren variieren. Zu diesen
Faktoren gehören
Federermüdung,
Verschleiß des
Kupplungsreibmaterials und erhöhte
Reibung, die durch Staub und Schmutz hervorgerufen ist, sowie ggf.
weitere Faktoren. Derartige Faktoren können dazu führen, dass die Kurve des Drehmomentes über der
Drehzahl sich in Bezug auf die Drehzahl nach oben oder nach unten
verschiebt. Während
dies die Kupplung nicht unbedingt an einer Einrückung und Ausrückung hindern
muss, können
sich ihr qualitatives Verhalten, die Reaktion auf die Drossel etc. ändern, was Änderungen
der Betriebseigenschaften nach sich zieht. Unter extremen Umständen kann
der Anfahrvorgang aus dem Stillstand rau sein, oder es kann ungewöhnlich viel
Gas erforderlich sein, um das Startverhalten zu erzielen, das aus
einer geringen Anwendung des Fahrpedals resultieren sollte. Deshalb
wird eine einfache adaptive Routine verwendet, um die Kurve der
Kupplungszieldrehzahl gegenüber der
Drosseleinstellung nach oben oder nach unten anzupassen, um das
Verhalten wieder auf ein Optimum zu bringen.
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Die
Kupplungszieldrehzahlkurve 168 nach 3 ist in
der Weise gemäß dem vorstehenden
Absatz empirisch abgeleitet worden. Wenn die Kurve 168 festgelegt
und in der Kalibrierung einprogrammiert ist, kann sie bei einer
gegebenen Konfiguration der Fliehkraftkupplung für jede beliebige Anwendung verwendet
werden. Die folgende adaptive Routine wird verwendet, um die Kurve
nach oben und unten anzupassen oder zu verschieben, um Verschleiß, Reibung,
etc. auszugleichen.
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Um
die Kurve 168 für
eine bestimmte Fliehkraftkupplung zu „adaptieren" oder anzupassen, muss
eine Berührungspunkt- bzw. Eingriffspunkt-Drehzahl
der Kupplung bestimmt werden. Eine Eingriffspunkt-Drehzahl für eine Fliehkraftkupplung ist
die Motordrehzahl, bei der die Kupplung gerade beginnt, Drehmoment
zu entwickeln. Die Eingriffspunkt-Drehzahl wird bestimmt, indem
die Motordrehzahl vom Leerlauf aus langsam erhöht und der Punkt aufgezeichnet
wird, an dem die Eingangswelle des Getriebes gerade umzulaufen beginnt.
Die Eingriffspunktdrehzahl kann während zwei Teilbereichen des Fliehkraftkupplungsbetriebs
ermittelt werden. Die erste eventuelle Möglichkeit, die Eingriffspunktdrehzahl
festzulegen, ist gegeben, wenn versucht wird, einen Gang einzulegen,
wenn das Fahrzeug angehalten ist. Wenn die Zahn-an-Zahn-Stoß-Schutzroutine aufgerufen
ist, wird die Motordrehzahl, bei der die Eingangswellendrehzahl
25 U/Min übersteigt,
als die Eingriffspunkt-Drehzahl aufgezeichnet. Die zweite Möglichkeit
liegt dann vor, wenn eine Eingangswellendrehzahl oberhalb von 100
U/Min beim Systemeinschalten (Power-Up) nicht detektiert worden
ist. Unter derartigen Umständen
wird die Zahn-an-Zahn-Stoß-Schutzroutine
ebenfalls aufgerufen.
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Es
wird ein Eingriffspunkt-Offset-Wert berechnet, der gleich der aufgezeichneten
Eingriffspunktdrehzahl abzüglich
einer Referenzeingriffspunktdrehzahl ist (die in der beispielhaften
Ausführungsform
765 U/Min beträgt).
Die Referenzeingriffspunktdrehzahl ist als die Drehzahl auf der
Wenig-Gas-Ziellinie 156 definiert, die einem prozentualen
Referenzeingriffspunkt-Drosseleinstellwert entspricht, der in der
beispielhaften Ausführungsform 15%
beträgt.
Der Eingriffspunkt-Offsetwert wird bei einem Maximalwert auf ein
Eingriffspunkt-Offset-Maximum und bei einem Minimalwert auf ein
Eingriffspunkt-Offset-Minimum begrenzt, die in der beispielhaften
Ausführungsform
100 U/Min bzw. –100
U/Min be tragen. Ein Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert wird von dem
Eingriffspunkt-Offsetwert berechnet, indem dieser mit einem Mittelwert
früherer
Messungen des Eingriffspunkt-Offsetwertes
gemittelt wird. Beispielsweise kann der zuletzt berechnete Eingriffspunkt-Offsetwert
zu dem mit 7 multiplizierten vorherigen Wert des Eingriffspunkt-Offset-Mittelwertes addiert
werden, wobei die Summe durch 8 geteilt wird, um den neuen Wert
des Eingriffspunkt-Offset-Mittelwertes
zu berechnen. Alternativ kann ein anderer Wert für die Mittelung gewählt werden.
Beispielsweise kann der alte Mittelwert mit 19 multipliziert und
die Summe aus dem neu berechneten Eingriffspunkt-Offsetwert und dem
19fachen alten Mittelwert durch 20 dividiert werden, um den neuen
Mittelwert zu erhalten. In einer weiteren Alternative kann der Mittelwert
berechnet werden, indem nur die letzten 8 oder 10 berechneten Werte
des Eingriffspunkt-Offsetwertes verwendet werden. Der neue Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert wird
anschließend
zu dem Zieldrehzahlgrenzwert hinzu addiert, um die Linie je nach
Umständen
nach oben oder nach unten zu verschieben.
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Beim
Abschalten des Systems (Power-Down) wird der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert in
der ECU 50 gespeichert. Beim Einschalten des Systems (Power-Up)
wird der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert von der ECU 50 abgerufen.
Falls der gespeicherte Wert verfälscht
wird oder die ECU neu ist oder neu programmiert wird, wird ein Ablauf
des Kupplungsalgorithmus bei einem Systemstart erzwungen, wobei
der anfänglich
berechnete Eingriffspunkt-Offsetwert unmittelbar als der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert
verwendet wird.
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Demgemäß ist ersichtlich,
dass ein neues und verbessertes Steuerungsverfahren/-system für ein Getriebesystem
und eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung geschaffen ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit einem gewissen Grad an Genauigkeiten
beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
lediglich Beispielszwecken dient und dass zahlreiche Änderungen
in Bezug auf die Form und im Detail möglich sind, ohne den Schutzumfang
der Erfindung, wie er nachfolgend beansprucht ist, zu berühren. Beispielsweise
kann die beschriebene Kupplung in anderen, auch außerhalb
eines Fahrzeugantriebsstrangs liegenden Anwendungen verwendet werden.
Ferner kann die Kupplung auch dazu verwendet werden, andere als die
hier speziell angegebenen antreibenden und angetriebenen Vorrichtungen
miteinander zu verbinden.