DE68904084T2

DE68904084T2 - Verfahren zum glatten aufwaertsschalten bei einem automatischen bzw. halbautomatischen mechanischen getriebesystem.

Info

Publication number: DE68904084T2
Application number: DE8989300994T
Authority: DE
Inventors: Michael William Dunkley; John Ernest Stainton
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1988-02-02
Filing date: 1989-02-01
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: EP0327350B1; DE68904084D1; BR8900583A; JPH028546A; JP2772965B2; ES2037408T3; US4913269A; EP0327350A1; GB8802284D0

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Glätten des überspringenden Hochschaltens eines automatischen bzw. halbautomatischen mechanischen Getriebesystems für Fahrzeuge und insbesondere ein Verfahren zum Glätten überspringenden Hochschaltens bei einem automatischen bzw. halbautomatischen mechanischen Getriebesystem, das kein die Drehzahl des Motors kennzeichnendes Eingangssignal erfordert.

Beschreibung des Standes der Technik

Automatische und halbautomatische mechanische Getriebesysteme für Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. Typischerweise haben derartige Systeme ein vielgangiges mechanisches Standrädergetriebe, eine zur Kraftübertragung zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnete Hauptreibungskupplung sowie eine zentrale Verarbeitungseinheit oder Steuerung, die von Sensoren gelieferte Eingangssignale empfängt und die Ausgangssignale an Betätigungsorgane ausgibt, um das System vorbestimmten logischen Regeln entsprechend zu betreiben. Systeme dieses Typs sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie dies aus den US-A-40 81 065, US-A-43 61 060, US-A-45 95 986 sowie der US-A-46 48 290 und der entsprechenden EP-A-0 170 465 ersichtlich ist.
Ebenfalls sind aus dem Stand der Technik logische Regeln zum Freigeben und/oder zum Anweisen eines überspringenden Schaltens bei einem automatischen bzw. halbautomatischen Getriebe, d.h. eines direkten Schaltens um mehr als eine Gangstufe bekannt, wie dies aus der US-A 45 76 065 ersichtlich ist.
Um, insbesondere nach einem dynamischen überspringenden Hochschalten, ein weiches Wiedereinkuppeln der Hauptreibungskupplung zu erreichen, sollte das Wiedereinkuppeln nur dann ausgelost werden, wenn der Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem (den) (sich mit Motordrehzahl drehenden) antreibenden Reibglied(ern) und dem (den) angetriebenen Reibglied(ern) (, die sich mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle drehen,) nicht großer als ein vorbestimmter Bezugswert ist. Dies gilt insbesondere für Systeme mit Bremseirichtungen für die Eingangswelle, wie bspw. Eingangswellenbremsen, bei denen während eines Hochschaltvorganges der Motor erheblich langsamer abtourt als die Getriebeeingangswelle. Bei automatischen bzw. halbautomatischen mechanischen Getriebesystemen nach dem Stand der Technik, insbesondere bei Systemen, die ein überspringendes Hochschalten freigeben oder auslösen, ist ein Sensor zum Feststellen der Drehzahl des Motors mit der ausgerückten Kupplung erforderlich, um ein weiches Hochschalten zu erreichen.
In dem Stand der Technik nach der EP-A-0 170 465 sind die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 offenbart; es ist halbautomatisches überspringendes Schalten ermoglicht und es ist eine konstante Zeitverzögerung zwischen dem Erreichen des Synchronismus und dem Einkuppeln der Hauptkupplung vorgeschlagen. Die Verzögerung ist unabhängig von der Anzahl der übersprungenen Gänge und dem Erreichen des gewünschten Ganges. Die FR-A-2 172 622 schlägt eine variable Verzögerung vor, die jedoch proportional zu der Schlupfdrehzahl der Kupplung ist, was zwei Drehzahlsensoren erfordert.
Bei der durch den Patentanspruch 1 beschriebenen Erfindung sind die Nachteile des Standes der Technik durch ein Verfahren zum ruckfreien Wiedereinrucken der Hauptreibungskupplung nach einem Hochschaltvorgang, einschließlich überspringender Hochschaltvorgänge, an einem automatischen bzw. halbautomatischen mechanischen Getriebesystem überwunden oder minimiert, wobei das Verfahren kein die Motordrehzahl bei ausgerückter Hauptkupplung kennzeichnendes Eingangssignal erfordert.
Dieses ist bei einer vorzugsweisen Ausführungsform dadurch erreicht, daß logische Regeln zum Erkennen von überspringenden Schaltvorgängen vorgesehen worden sind, bei denen eine, zwei, drei oder mehr Gangstufen übersprungen werden, und daß eine Zeitverzögerung als Funktion einer konstanten Verzögerungszeit, multipliziert mit der Anzahl der übersprungenen Gangstufen, vorgesehen ist. Weil der Unterschied zwischen der Motorverzögerung und der Verzögerung der gebremsten Getriebeeingangswelle bei höheren Gängen (d.h. bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten) stärker ausgeprägt ist, ist die Zeitverzögerung vorzugsweise außerdem eine Funktion des einzulegenden Ganges.
Bei der Anwendung des Verfahrens werden weichere überspringende Hochschaltvorgänge von automatischen bzw. halbautomatischen mechanischen Getriebesystemen, die nicht mit einem Motordrehzahlsensor ausgerüstet sind, oder bei fehlertoleranten Abläufen erreicht, bei denen das Motordrehzahlsignal als ungültig erkannt ist.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen logischen Ablauf zum ruckfreien überspringenden Hochschalten eines automatischen bzw. halbautomatischen mechanishen Getriebesystems anzugeben, wobei das Verfahren keine die Motordrehzahl bei ausgerückter Hauptkupplung kennzeichnenden Signale erfordern soll.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den zugehorigen Figuren hervor.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines halbautomatischen mechanischen Wechselgetriebesystems, das besonders gut zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung von Motor- und Eingangswellendrehzahlen bei einfachen und überspringenden Hochschaltvorgängen.
Fig. 3 stellt einen logischen Ablaufplan für das Verfahren der vorliegenden Erfindung dar.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Lediglich zum Zwecke der Beschreibung und ohne Einschrankungsabsicht ist in der vorliegenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform eine gewisse Terminologie angewendet. Die Begriffe "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" beziehen sich auf Richtungen in den Figuren, auf die Bezug genommen wird. Die Begriffe "nach innen" bzw. "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf die geometrische Mitte eines jeweils gerade beschriebenen Bauelementes oder eines Teiles davon zu bzw. von dieser weg. Das Obenstehende gilt für Ableitungen der oben speziell genannten Begriffe, im Sinne einer ähnlichen Bedeutung.
Der hier gebrauchte Begriff "Hochschalten" bedeutet das Schalten von einer niedrigeren Gangstufe in eine höhere Gangstufe. Der hier gebrauchte Begriff "Herunterschalten" bedeutet das Schalten von einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe. Der Abstand zwischen den Gängen bezieht sich auf die Anzahl auswählbarer Gänge zwischen zwei gegebenen Gängen, beispielweise ist der dritte Gang oder die dritte Schaltstufe jeweils in der Herunterschaltrichtung durch eine (1) bzw. zwei (2) Schaltstufen von dem vierten beziehungsweise dem fünften Gang getrennt. Als weiteres Beispiel ist ein Schalten von einem bisher eingelegten (PE) dritten Gang direkt in den einzulegenden (E) sechsten Gang ein Weiterschalten von drei (3) Gangstufen in der Hochschaltrichtung sowie ein Überspringen (N) von zwei Gangstufen in der Hochschaltrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist im Prinzip bei der automatischen oder halbautomatischen Steuerung irgendeines Typs eines mechanischen Wechselgetriebes anwendbar, bei dem eine Steuerung Ausgangssteuersignale an ausgewählte Betätigungselemente abgibt, um die Systemhauptkupplung und den Getriebeschaltmechanismus zu betätigen, um einen Gangwechsel im Getriebesystem vorzunehmen, der manuell oder automatisch ausgewählt werden kann. Automatische bzw. halbautomatische mechanische Getriebesysteme dieses Typs sind aus dem Stand der Technik bekannt und in den oben genannten US-A-40 81 065, US-A-43 61 060 sowie US-A-46 48 290 offenbart. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch im speziellen bei der Steuerung von automatischen bzw. halbautomatischen mechanischen Getriebesystemen vorteilhaft auzuwenden, die keine unmittelbaren Motordrehzahlsensoren verwenden und/oder Arbeitsmodi, wie bspw. fehlertolerante Arbeitsmodi, aufweisen, bei denen die Signale von einem Motordrehzahlsensor nicht benutzt werden.
Ein Beispiel einer automatischen Getriebesteuerung mit einem für Fehler des Motordrehzahlsensors toleranten Arbeitsmodus kann der EP-A-0 241 216 entnommen werden.
In Fig. 1 ist ein typisches halbautomatisches mechanisches Getriebe schematisch dargestellt, mit dem ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann. In den Getriebesystem 10 wird die Position des von dem Fahrer betätigten Gaspedals 24 mit einem Sensor 22 erfaßt und an eine zentrale Verarbeitungseinheit 38 geleitet, die außerdem von den Sensor 32 Eingangssignale bezüglich der Eingangswellendrehzahl, von dem Sensor 36 Einganssignale bezüglich der Ausgangswellendrehzahl sowie Eingangssignale empfängt, die von einem bedienerbetätigten Steuermechanismus, wie bspw. einem Gangschalthebel oder "Joy Stick" 1 stammen, der dazu verwendet werden kann, einfache oder überspringende Schaltvorgänge in einer ausgewählten Richtung anzufordern. Ein Sensor 28 zum Aufnehmen der Motordrehzahl und zum Bereitstellen von diese kennzeichnenden Eingangssignalen für die CPU 38 ist nicht erforderlich, kann aber vorgesehen sein. Es versteht sich, daß die Getriebeeingangswellendrehzahl die Motordrehzahl kennzeichnet, wenn die Kupplung 16 ohne Schlupf eingerückt ist.
Logische Steuerschaltungen, Sensoren und Betätigungsorgane für das Getriebesystem 10, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, konnen wie in den oben genannten US-A-40 81 065, US- A-43 61 060, US-A-45 95 986 und/oder US-A-46 48 290 offenbart ausgeführt sein. Im einzelnen empfängt die zentrale Verarbeitungseinheit 38 die angegebenen Eingangssignale, verarbeitet dieselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln und liefert Ausgangssteuersignale zu pneumatischen und/- oder elektrischen Betätigungselementen, um eine Eingangswellenbremse 18 zum schnellen Hochschalten oder eine automatische Kraftstoffdosiereinrichtung 26 zum zeitweisen Erhöhen oder Vermindern der Kraftstoffversorgung des Motors zu steuern, um synchrones Drehen im Vergleich zu einer Gangstufe zu erzielen, wobei die Steuerung der Kupplung über eine Kupplungsbetätigung 30 und das Gangschalten über eine Getriebebetätigung 34 erfolgt. Die zentrale Verarbeitungseinheit kann außerdem Ausganssteuersignale an ein Display 2 senden. Das halbautomatische mechanische Getriebe 10 kann außerdem ein übliches von Fahrer fußbetätigtes Kupplungssteuerorgan 3 aufweisen, das lediglich für das Anfahren und/oder für Kriechmanover mit geringer Geschwindigkeit erforderlich sein kann. Das halbautomatische mechanische Getriebesystem 10 weist außerdem (nicht dargestellte) Quellen für elektrische und/oder pneumatische Energie auf.
In gewissen Fahrzeugbetriebssituationen wird der Fahrzeugführer und/oder die Steuereinheit 38 einen Befehl zum übersringenden Hochschalten von einem bisher eingelegten Gang (PE) zu einen gewunschten einzulegenden Gang (E) geben. Typischerweise sind überspringende Hochschaltvorgänge in solchen Situationen erforderlich, bei denen das Fahrzeug relativ leicht beladen ist und nicht in einem starken Gefällen oder einer starken Steigung unterwegs ist und bei denen es gewünscht ist, Folgen von schnellen einzelnen Hochschaltvorgängen durch direktes Schalten in den gewünschten höheren Gang zu vermeiden. Bei den in Schwerlastfahrzeugen allgemein vorhandenen 9-, 10-, 12-, 13-, 16- und 18-stufigen Zahnradwechselgetrieben, ist es nicht unüblich, beim Hochschalten zwei Gänge zu überspringen, beispielweise bei einem 16-Ganggetriebe direkt von dem 13. Gang in den 16. Gang zu schalten. In derartigen Situationen, speziell wenn die Eingangswelle mit einer Eingangswellenbremse versehen ist, ist die Drehzahldifferenz zwischen den antreibenden und den angetriebenen Reibgliedern der Hauptreibungskupplung, nach der Beendigung des Gangwechsels in dem Getriebe 12, für das unmittelbare Einrükken der Hauptreibungskupplung unakzeptabel groß, und es sollte das Einkuppeln für ein annehmbares ruckarmes Schalten verhindert werden, bis die Drehzahldifferenz innerhalb annehmbarer Grenzen liegt.
In Fig. 2 sind die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle und des Fahrzeugmotors veranschaulicht. Es versteht sich, daß sich die antreibenden und die angetriebenen Reibungsglieder der Hauptkupplung mit Motor- bzw. Eingangswellendrehzahl drehen. Linie 100 veranschaulicht die Verringerung der Motordrehzahl während die Hauptkupplung 16 ausgerückt und die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor 14 verringert ist. Linie 102 veranschaulicht die Verzögerung der Getriebeeingangswelle bei ausgerückter Hauptkupplung und Anwendung der Eingangswellenbremse 18. Es sei angemerkt, daß unter diesen Bedingungen die Eingangswelle beträchtlich schneller verzogert wird, als der Motor. Linien 104, 106 bzw. 108 veranschaulichen die jeweilige Drehzahl sowohl des Motors 14 als auch der Getriebeeingangswelle, während die Hauptkupplung 16 ohne Schlupf voll eingerückt ist, bei einer im wesentlichen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit nach einem einzelnen Hochschalten, sowie nach einem ein bzw. zwei Gänge überspringenden Hochschalten. Die vertikale Linie 110 veranschaulicht die Größe des Drehzahlunterschiedes zwischen der Motordrehzahl (ES) und der Eingangswellendrehzahl (IS), bei der ein annehmbares weiches Wiedereinkuppeln der Hauptkupplung erfolgen kann. Die Punkte 112, 114 und 116 bezeichnen den jeweiligen Zeitpunkt und die Eingangswellendrehzahl zu dem Zeitpunkt des Einlegens des zum Einlegen ausgewählten Ganges (E) bei einem einfachen, einfach überspringenden bzw. zweifach überspringenden Hochschaltvorgang. Der Punkt 118 kennzeichnet die Bedingung zu dem Zeitpunkt des Ausrückens der Hauptkupplung zu dem von dem bisher eingelegten (PE) Gang ausgehenden Schalten.
Wie erkennbar ist, ist im Falle des einfachen Hochschaltens bei dem Punkt 112, wenn die Getriebeklauenkupplungen des ausgewählten Ganges in Eingriff gebracht sind, die Größe des Unterschiedes zwischen der Motordrehzahl und der Eingangswellendrehzahl innerhalb des annehmbaren Bereiches 110 und die Hauptkupplung kann unmittelbar wiedereingerückt werden. Im Falle eines einfach überspringenden Hochschaltens ist an dem Einrückpunkt der Kupplung der Betrag der Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Eingangswellendrehzahl 120 beträchtlich größer als der akzeptable Wert 110, und es ist eine Zeitspanne 122 erforderlich, damit der Drehzahlunterschied akzeptable Grenzen erreicht. Im Falle eines doppelt überspringenden Hochschaltens ist zum Zeitpunkt 116 des Gangeinlegens die Größe des Unterschiedes zwischen der Motor- und der Eingangswellendrehzahl 124 beträchtlich größer als das akzeptable Maximum 110 und es ist eine Zeitspanne 124 erforderlich, damit der Drehzahlunterschied ausgehend von dem inakzeptablen Wert 124 den akzeptablen maximalen Grenzwert 110 erreicht.
Unter der Annahme konstanter Gangabstände und im wesentlichen konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit, sind die erforderlichen Zeitspannen 122 und 124 Funktionen einer konstanten Zeitspanne, wie die Zeitspanne 122, multipliziert mit der Anzahl der übersprungenen Gangschritte.
Es ist herausgefunden worden, daß in hoheren Gängen eine größere Bremsung der Eingangswelle erfolgt, so daß demgemäß zusätzlich zu der erforderlichen Zeitverzögerung, die eine Funktion einer vorbestimmten Zeit, multipliziert mit der Anzahl der bei einem Hochschalten übersprungenen Gangschritte, ist, die Größe der geforderten zeitlichen Verzogerung eine Funktion einer Konstanten CE sein sollte, die spezifisch für jeden einzulegenden Gang ist. Der Anwender hat beispielsweise an einem 12-Gang-Getriebe, das ein viergängiges Grundgetriebe und eine dreigängige Splitgruppe aufweist, herausgefunden, daß ein Zeitverzug T zwischen dem Einlegen der jeweiligen Schaltkupplung und dem Wiedereinrücken der Fahrzeughauptkupplung ein akzeptables weiches überspringendes Hochschalten ermöglicht der näherungsweise der Anzahl (N) der übersprungenen Gänge, multipliziert mit einer Konstanten (K) von 200 Millisekunden entspricht, wobei zu dem Produkt eine Konstante (CE) addiert ist, die gleich 10 ms mal der numerischen Bezeichnung des eingelegten Ganges ist.
Eine symbolische Veranschaulichung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Flußbild der Fig. 3 entnommen werden. Kurzum, das Verfahren umfaßt zunächst das Feststellen des Auslösens eines überspringenden Hochschaltens, das als ein Hochschalten um wenigsten N Gangstufen, wobei N gleich oder großer als 1 ist, und wobei N der numerische Wert des einzulegenden Ganges E abzüglich des numerischen Wertes des bisher eingelegten Ganges minus 1 ist. Beispielsweise sind beim direkten Hochschalten von dem neunten zu dem zwölften Gang E gleich 12, PE gleich 9, und N ist gleich 3-1 gleich 2. Von dem Feststellen der Beendigung des überspringenden Hochschaltens in dem Getriebe an, ist das Wiedereinrücken der Hauptkupplung für eine Zeitspanne T verzögert, wobei T gleich N mal eine konstante (K) Zeitspanne ist, und wobei zu diesem Produkt eine Konstante CE addiert wird, die von der Nummer des einzulegenden Ganges abhängt.
Selbstverständlich können die Werte der Konstanten K und der Konstanten CE im Hinblick auf die spezifische Ausbildung des Antriebs und/oder des Fahrzeuges modifiziert werden, in den das automatische bzw. halbautomatische mechanische Getriebe einzubauen ist, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines automatisierten mechanischen Wechselgetriebe-Systems (10), das einen kraftstoffdrosselgesteuerten Motor (14), ein vielgängiges mechanisches Wechselgetriebe (12), eine zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordneten Hauptreibungskupplung (16) und eine zentrale Verarbeitungseinheit (38) zum Empfangen von Eingangssignalen und zur Verarbeitung derselben entsprechend vorbestimmter logischer Regeln aufweist, um Ausgangssignalkommandos an nicht-manuell gesteuerte Betätigungselemente auszugeben, die eine Kupplungsbetätigungseinrichtung (30) und eine Getriebebetätigungseinrichtung (34) einschließen, wobei die Ausgangssignalkommodos Befehle für das Ausrücken der Hauptreibungskupplung und Befehle für überspringende Hochschaltvorgänge enthalten, um einen neuen Getriebegang (E) einzulegen, der von dem bisher eingelegten Getriebegang (PE) durch N Gänge getrennt ist, wobei N um Eins geringer ist als die Differenz aus der Nummer des bisher eingelegten Ganges und dem einzulegenden Gang (E) (N=(E-PE)-1); gekennzeichnet durch:

das Feststellen des Eingriffes des ausgewählten Ganges (E) in dem Getriebe;

das Verzögern des Wiedereinrückens der Hauptkupplung um eine Zeitspanne (T), die direkt proportional zu dem Wert von N ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Wert der Zeitspanne T eine Funktion einer Konstanten (K), multipliziert mit den Wert von N ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Wert von T gleich (N*K) + CE ist, wobei N = [(E-PE)-1]

K = einer vorbestimmten Konstanten und

CE= eine von E abhängige Konstante ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das automatische Getriebe zusätzlich eine Eingangswellenbremse (18) aufweist, die von den Ausgangssignalkommandos der zentralen Verarbeitungseinheit (38) gesteuert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das automatisierte Getriebesystem keine Sensormittel zum direkten Feststellen der Motordrehzahl enthält.