DE69303804T2

DE69303804T2 - Verfahren zur Fehlerbeseitigung bei erfolglosen Schaltversuchen aus dem Leerlauf in automatischen oder halbautomatischen mechanischen Getriebesystemen

Info

Publication number: DE69303804T2
Application number: DE69303804T
Authority: DE
Inventors: Paul Mark Menig
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2013-12-03
Also published as: DE69303804D1; US5261288A; CA2110780A1; JP3528093B2; ES2089737T3; ATE140772T1; CA2110780C; JPH06257667A; EP0602849A1; EP0602849B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Gegenstand der Erfindung sind halbautomatische mechanische Getriebesysteme für Kraftfahrzeuge und insbesondere halbautomatische mechanische Getriebesysteme der Bauart, bei der manuell oder automatisch ausgewählte Wechsel- oder Schaltvorgänge von Gangstufen des mechanischen Getriebes teilweise automatisch ausgeführt werden.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuerungssystem, bei dem die Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit nach erfolglosen Schaltversuchen bei einem halbautomatisch ausgeführten Schaltvorgang verbessert ist, der es erfordert, daß der Fahrzeugführer oder die Systemsteuerung synchrone oder weitgehend synchrone Bedingungen zum Einrücken der nichtsynchronisierten Klauen-Schaltkupplungen des Getriebes schafft.

Beschreibung des Standes der Technik

Vollautomatische Getriebesysteme sowohl für Schwerlastfahrzeuge als auch für Schwerlast-LKWS und für Automobile, bei denen die Drosselöffnungen oder -stellungen die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl und ähnliches erfaßt wird, und bei denen das Fahrzeuggetriebe demgemäß geschaltet wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche vollautomatischen Gangwechselgetriebesysteme enthalten automatische Getriebe, bei denen Druckmittel verwendet wird, um ein oder mehrere Elemente mit anderen Elementen oder mit einem Gehäuse (Steg) reibungsmäßig zu kuppeln, um eine ausgewählte Gangstufe zu erreichen, als auch automatische mechanische Getriebe mit elektronischer und/oder pneumatischer Logik und Aktuatoren, um mechanische (d.h. formschlüssige) Kupplungen ein- und auszurücken, um eine gewünschte Gangstufe zu erreichen. Beispiele solcher Getriebe sind aus den US-Patenten 3.961.546, 4.081.065 und 4.361.060 ersichtlich, auf die hiermit verwiesen ist.
Solche vollautomatischen Gangwechselgetriebe können insbesondere für die größten Schwerlastfahrzeuge, die typischerweise nicht in hohen Stückzahlen verkauft werden, inakzeptabel teuer sein. Zusätzlich neigen solche Druckmittel und/oder Drehmomentwandler nutzende Gangwechselgetriebe dazu, im Hinblick auf die zwischen ihrer Eingangswelle und ihrer Ausgangswelle umgesetzte Energie relativ ineffizient zu arbeiten.
Halbautomatische Getriebesysteme mit elektronischen Steuereinheiten, die die Drosselstellung, die Motordrehzahl, die Eingangswellendrehzahl, die Ausgangswellendrehzahl und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit erfassen, sowie mit automatisch gesteuerten Kraftstoffdrosseleinrichtungen, Gangschalteinrichtungen und/oder Betätigungseinrichtungen für die Hauptkupplungen zum im wesentlichen vollautomatischen Ausführen eines vom Fahrer manuell gewählten Getriebegangwechsels, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele solcher halbautomatischen Getriebesysteme sind aus den US-Patenten 4.425.620, 4.631.679 und 4.648.290 ersichtlich, auf die hiermit verwiesen ist.
Solche halbautomatischen mechanischen Getriebesysteme sind deshalb sehr gut angekommen, weil sie etwas weniger teuer als vollautomatische Getriebesysteme sind, weil sie eine manuelle Kupplungsbetätigung bei Betrieb mit langsamer Fahrt gestatten und/oder weil sie nicht eine automatische Auswahl der Betriebsgangstufe erfordem, jedoch sind sie für gewisse Anwendungsfälle zu teuer, weil eine relativ große Anzahl von Sensoren und automatisch steuerbaren Aktuatoren, wie bspw. ein Aktuator für die Hauptkupplung und/oder ein Aktuator für eine Kraftstoffdrosseleinrichtung erforderlich, zu installieren und zu warten ist.
Es sind bereits Systeme/Verfahren zum halbautomatischen Ausführen von Schaltvorgängen bei mechanischen Getriebesystemen für Kraftfahrzeuge mit einem lediglich manuell gesteuerten Motordrosselmittel und einer lediglich manuell gesteuerten Hauptkupplung vorgeschlagen worden. Solche Systeme sind aus den US-Patenten 5.053.959, 5.053.961 und 5.053:962 ersichtlich, auf die hiermit verwiesen ist.
Diese Systeme können ein Steuer-/Anzeigefeld oder eine Konsole zur Auswahl von Hochschaltvorgängen, Zurückschaltvorgängen und Schaltvorgängen in den Leerlauf durch den Fahrer, eine elektronische Steuereinheit (ECU), die die Getriebeeingangswellen- und Ausgangswellendrehzahlen kennzeichnende Signale und manuell ausgewählte Schaltvorgänge kennzeichnende Signale empfängt und die dieselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln verarbeitet, um Befehlsausgangssignale auszugeben, sowie einen Getriebeaktuator aufweisen, um das Getriebe gemäß den Befehlsausgangssignalen zu schalten. Die Steuer-/Anzeigeeinrichtung gestattet es dem Fahrer, einen Schaltvorgang in eine höhere Gangstufe, eine niedrigere Gangstufe oder in den Leerlauf zu wählen/vorzuwählen, und sie zeigt sowohl den ausgewählten, jedoch noch nicht ausgeführten Schaltvorgang als auch den gegenwärtigen Getriebestatus an.
Es ist bei solchen automatischen und halbautomatischen Systemen, insbesondere bei halbautomatischen mechanischen Getriebesystemen, bei denen der Fahrer das Getriebe in einen akzeptablen Bereich von Synchronbedingungen bringen muß, bevor die Steuerung ein Einrücken einer Zielgangstufe gestattet oder befiehlt, ein Anliegen, daß die Bereiche relativ eng eingestellt werden, um die Schaltqualität zu erhöhen, wodurch es passieren kann, daß der Fahrer den Bereich verfehlt und, was nur zu verständlich ist, im Leerlauf hängenbleibt.
Gemäß der Steuerung nach der US-PS 5.063.511, die die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 offenbart, nimmt die Steuerlogik, wenn der ausgewählte Schaltvorgang nicht innerhalb einer gegebenen Zeitspanne ausgeführt worden ist, an, daß der Fahrer den Schaltvorgang verpaßt hat und vergrößert die Bänder oder Bereiche, um einen härteren Schaltvorgang zu gestatten, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die Bemühungen des Fahrers ein Ausführen des ausgewählten Schaltvorganges ergeben.
Das System/Verfahren des o.g. US-Patentes 5.063.511 erhöht die Wahrscheinlichkeit der Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit bei verfehlten Schaltvorgängen wesentlich, aber es kann vorkommen, daß kein Schaltvorgang in die ausgewählte Zielgangstufe erreicht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren/System zur Fehlerbeseitigung bei erfolglosem Schaltversuch vorgesehen, das eine Alternative und/oder einen Ersatz für das System/Verfahren zur Fehlerbeseitigung bei erfolglosem Schaltversuch gemäß der o.g. US-PS 5.063.511 bietet.
Bei dem erfindungsgemäßen System/Verfahren zur Fehlerbeseitigung bei erfolglosem Schaltversuch bestimmt die Systemsteuerung, wenn ein Schaltvorgang aus dem Leerlauf heraus in eine gewünschte Zielgangstufe nicht innerhalb einer gegebenen Zeitspanne eingelegt worden ist, weil keine weitgehend synchronen Zustände erzielt worden sind, eine Zielgangstufe zur Fehlerbeseitigung bei einem erfolglosen Schaltversuch als eine Funktion der aktuellen Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit und sie versucht dann, diese Gangstufe einzulegen.
Bekanntermaßen sind bei vielgängigen mechanischen Schwerlastgetrieben mit 9, 10, 12, 13, 16, 19 oder 20 auswählbaren Vorwärtsgangstufen (GR) bei vielen Fahrzeugbetriebsbedingungen 3, 4 oder 5 Gangstufen zulässigerweise einlegbar (d.h. bei gegenwärtiger Fahrzeuggeschwindigkeit, die üblicherweise durch die Ausgangswellendrehzahl (OS) bestimmt wird, und bei eingerückter Hauptkupplung liegt die berechnete Motordrehzahl (ES=GR*OS) oberhalb eines Minimalwertes (ESMIN) und unterhalb eines Maximalwertes (ESMAX).) Der Minimalwert (ESMIN) ist üblicherweise ungefähr die Mindestdrehzahl des Motors, während der Maximalwert (ESMAX) etwas unterhalb einer Gefahrendrehzahl liegt. Motoren haben üblicherweise eine zweckmäßige Drehzahl oder einen Drehzahlbereich, in dem sowohl eine vorbestimmte Leistung als auch Kraftstoffausnutzung erreicht wird. Bei einem typischen Schwerlastdieselmotor liegt die Minimaldrehzahl üblicherweise bei ungefähr 600 U/min., die Maximaldrehzahl liegt bei ungefähr 2200 U/min. und der zweckmäßige Bereich liegt bei ungefähr 1400 - 1800 U/min.
Während die gewünschte zielgangstufe üblicherweise so ausgewählt ist, daß die Motordrehzahl bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit in dem zweckmäßigen Bereich bleibt, wird die Gangstufe zur Beseitigung eines Schaltfehlers (GRMSR) 50 ausgewählt, daß die berechnete Motordrehzahl bei aktueller Fahrzeuggeschwindigkeit und eingerückter Hauptkupplung (ESCALC=OSCURRENT*GRMSR) in dem Bereich der zulässigen Motordrehzahlen liegt (ESMIN< ESCALC< ESMAX) und den Absolutwert des Ausdruckes ESCURRENT-ESCALC minimiert.
Der Versuch, anstelle der gewünschten Zielgangstufe GRD zur Schaltfehlerbeseitigung den Zielgang GRMSR einzulegen, erhöht, insbesondere wenn die in der o.g. US-PS 5.063.511 beschriebenen erweiterten Synchronbereiche genutzt werden, die Wahrscheinlichkeit, daß aus dem Leerlauf in eine zulässige Gangstufe geschaltet wird, in solchen Situationen wesentlich, in denen beim Schalten in eine ausgewählte gewünschte Zielgangstufe, keine Synchronzustände erreicht worden sind. Während eine weniger gewünschte Gangstufe eingerückt werden und/oder ein signifikantes Rucken des Fahrzeuges erfolgen kann, wird der in hohem Maße unerwünschte Zustand des Hängenbleibens im Leerlauf schneller und vorhersagbar korrigiert.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden durch das Studium der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung des mechanischen Fahrzeuggetriebesystemes, das durch das erfindungsgemäße System teilweise automatisiert ist.
Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung des erfindungsgemäßen halbautomatischen Schaltausführungssystemes für ein mechanisches Getriebesystem.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Gangstufe eines dreizehngängigen Getriebes bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten, bei einem gegebenen Motor.
Die Fig. 4B und 4B sind schematische Veranschaulichungen der vorliegenden Erfindung als Flußbild.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der folgenden Beschreibung wird lediglich zur bequemeren Bezugnahme und ohne beschränkende Wirkung eine gewisse Terminologie verwendet. Die Worte "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte "nach vorn", "nach hinten" beziehen sich entsprechend auf das vordere und hintere Ende eines herkömmlich in einem Fahrzeug montierten Getriebes und sind entsprechend die linke und rechte Seite des Getriebes, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf die geometrische Mitte der Einrichtung und bezeichneter Teile derselben zu bzw. von dieser weg. Die Terminologie beinhaltet die oben speziell genannten Worte, Ableitungen von diesen und Worte ähnlicher Bedeutung.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird verwendet, um ein Geschwindigkeits- oder Gangwechselgetriebe mit einer mehrere Vorwärtsgänge aufweis enden Hauptgetriebegruppe und einer vielgängigen Hilfsgetriebegruppe zu bezeichnen, die in Reihe angeordnet sind, wobei die ausgewählte Getriebeuntersetzung der Hauptgruppe mit einer weiter ausgewählten Getriebeuntersetzung der Hilfsgetriebegruppe kombiniert oder verbunden werden kann. "Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Worte ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine zum drehfesten Kuppeln eines ausgewählten Zahnrades mit einer Welle mittels einer formschlüssigen Kupplung verwendete Kupplungsanordnung, bei der ein versuchtes Einrücken der Kupplung verhindert wird, bis die Kupplungshälften im wesentlichen synchron drehen, wobei an den Kupplungshälften Reibmittel relativ hoher Leistungsfähigkeit verwendet werden und ausreichend sind, um bei Beginn eines Kupplungseinrückvorganges die Kupplungshälften und alle mit diesen rotierende Glieder zu veranlassen, mit im wesentlichen synchroner Drehzahl umzulaufen. Der Begriff "Hochschaltvorgang" bezeichnet, wie er hier verwendet ist, einen Schaltvorgang aus einer Gangstufe niedrigerer Geschwindigkeit in eine Gangstufe höherer Geschwindigkeit. Der Begriff "Zurückschalten" bezeichnet, wie er hier verwendet ist, einen Schaltvorgang aus einer Gangstufe höherer Geschwindigkeit in eine Gangstufe niedrigerer Geschwindigkeit. Die Begriffe "langsamer Gang", "niedriger Gang" und/oder "erster Gang" bezeichnen, wie sie hier verwendet sind, die zum Betrieb mit niedrigster Vorwärtsgeschwindigkeit in einem Getriebe oder Getriebegruppe verwendete Gangstufe, d.h. denjenigen Zahnradsatz, der in Bezug auf die Eingangswelle des Getriebes die höchste Untersetzung aufweist.
In Fig. 1 ist ein Range-Verbundgetriebe 10 der Bauart veranschaulicht, die durch das erfindungsgemäße, halbautomatische mechanische Getriebesystem automatisiert ist. Das Verbundgetriebe 10 weist eine vielgängige Hauptgetriebegruppe 12 auf, die mit einer Hilfsgruppe 14 vom Rangetyp in Reihe angeordnet ist. Das Getriebe 10 ist von einem Gehäuse H aufgenommen und weist eine Eingangswelle 16 auf, die über einen Primärantrieb wie einen Dieselmotor E über eine wahlweise ausgekuppelte, normalerweise eingekuppelte Reibungshauptkupplung C angetrieben ist, die einen treibend mit der Motorkurbelwelle 20 verbundenen Eingangs- oder Antriebsabschnitt 18 und einen drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 gekuppelten getriebenen Abschnitt 22 aufweist.
Der Motor E ist durch eine manuell oder automatisch gesteuerte (nicht dargestellte) Drosseleinrichtung durch Kraftstoffzumessung gesteuert und die Hauptkupplung C wird manuell durch ein Kupplungspedal (nicht dargestellt) oder automatisch über einen Kupplungsaktuator oder ähnliches gesteuert. Üblicherweise wird mittels eines Kupplungspedales eine Eingangswellenbremse B betätigt, die, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vorzugsweise vorgesehen ist, um ein schnelleres Hochschalten zu erbringen.
Dem mechanischen Getriebe 10 ähnliche Getriebe sind aus dem Stand der Tecbnik bekannt und können den US- Patentschriften 3.105.395, 3.283.613 und 4.754.665 entnommen werden. Ein Sensor 10 dient der Erfassung der Drehzahl des Motors und dazu, ein diese kennzeichnendes Signal zu liefern.
In der Hauptgetriebegruppe 12 trägt die Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24, um gleichzeitig eine Gruppe im wesentlichen identischer Vorgelegewellenanordnungen 26 und 26A mit im wesentlichen identischen Drehzahlen anzutreiben. Die beiden im wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind an einander diametral gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle 28 angeordnet, die mit der Eingangswelle 16 im wesentlichen koaxial fluchtend ausgerichtet ist. Jede der Vorgelegewellenanordnungen weist eine durch Lager 32 und 34 in dem lediglich abschnittsweise und schematisch veranschaulichten Gehäuse H gelagerte Vorgelegewelle 30 auf. Jede Vorgelegewelle ist mit einer identischen Gruppierung von Vorgelegewellenzahnrädem 38, 40, 42, 44, 46 und 48 versehen, die mit dieser drehfest verbunden sind. Eine Gruppe von Hauptwellenzahnrädem 50, 52, 54, 56 und 58 sitzt auf der Hauptwelle 28 und sie sind selektiv zeitlich einander ausschließend durch verschiebbare Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 mit der Hauptwelle 28 drehfest kuppelbar, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffe 60 kann außerdem dazu genutzt werden, das Eingangszahnrad 24 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln, um eine direkte Antriebsbeziehung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28 zu schaffen.
Typischerweise werden die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 mittels Schaitgabeln axial positioniert, die mit der Schaitgehäuseanordnung 70 verbunden sind, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können von der bekannten, doppelt wirkenden, nicht synchronisierten Klauenkupplungsbauart sein.
Das Schaitgehäuse oder der Aktuator 70 kann durch unter, Druck stehendes Fluid, wie bspw. Druckluft, betätigt und von der Bauart sein, die durch eine Steuereinheit automatisch steuerhar ist, wie durch Verweis auf die US-PS Nrn. 4.445.393, 4.555.959, 4.361.060, 4.722.237 und 2.931.237 ersichtlich ist.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist das Rückwärtsgangzahnrad und steht über konventionelle (nicht dargestellte) Zwischen- oder Faulenzerzahnräder in ständigem kämmenden Eingriff mit Vorgelegewellenzahnrädem 48. Es sollte außerdem angemerkt werden, daß die Hauptgetriebegruppe 12 fünf auswählbare Vorwärtsgänge liefert, wobei jedoch die niedrigste Vorwärtsgangstufe, nämlich diejenige, die durch treibende Verbindung des Hauptwellenantriebszahnrades 56 mit der Hauptwelle 28 erreicht wird, von einer solch hohen Untersetzung ist, daß sie als niedriger oder "Kriech-" Gang angesehen wird, der nur zum Anfahren des Fahrzeuges bei schweren Bedingungen verwendet und üblicherweise in dem oberen Getriebebereich nicht verwendet wird. Die Hauptgetriebegruppe 12 liefert fünf Vorwärtsgänge und sie wird dementsprechend üblicherweise als eine "Vier plus Eins"-Hauptgruppe bezeichnet, weil lediglich vier der Vorwärtsgänge mit der Hilfsgetriebegruppe 14 verbunden werden. Ahnliche Getriebe erbringen 10, 13, 16 oder 18 Vorwärtsgänge&sub1; wie aus den US-Patentschriften 4.754.665 und 4.974.468 ersichtlich ist.
Die Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind dahingehend Dreipositionskupplungen, als sie mittels des Aktuators 70 in eine zentrale, wie dargestellt nichteingerückte, oder in eine ganz nach rechts eingerückte oder eine ganz nach links eingerückte Position überführbar ist. Bekanntermaßen ist zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich eine der Kupplungen 60, 62 und 64 einrückbar und es ist ein Hauptgruppenverriegelungsmittel (nicht dargestellt) vorgesehen, um die anderen Kupplungen in dem Leerlaufzustand zu verriegeln.
Die Hilfsgetriebe-Rangegruppe 14 enthält zwei im wesentlichen identische Hilfsgruppen-Vorgelegewellenanordnungen 74 und 74A, die jeweils eine Hufsgruppen-Vorgelegewelle 76 aufweisen, die durch Lager 78 und 80 in dem Gehäuse H gelagert sind und zwei Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82 und 84 drehfest tragen. Die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit dem Range-/Ausgangszahnrad 86 und stützen dieses, während die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 84 in ständigem kämmenden Eingriff mit dem Ausgangszahnrad 88 stehen, das an der Getriebeausgangswelle 90 befestigt ist.
Eine synchronisierte Klauenkupplungsanordnung 92 mit zwei Positionen, die mittels einer (nicht dargestellten) Schaltgabel axial positioniert wird, und die Schaltaktuatoranordnung 96 für die Rangegruppe sind vorgesehen, um entweder zum Betrieb im niedrigen Rangebereich das Zahnrad 86 mit der Hauptwelle zu kuppeln oder um zum direkten Betrieb oder zum Betrieb im hohen Rangebereich des Verbundgetriebes 10 das Zahnrad 88 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln.
Der Rangegruppenaktuator 96 kann von der in den US- Patentschriften 3.648.546, 4.440.037 und 4.614.126 veranschaulichten Bauart sein&sub4;
Obwohl die Hilfsgruppe 14 der Rangebauart als eine zweigängige Gruppe mit einem schräg- oder schraubenverzahnten Getriebe veranschaulicht ist, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung außerdem auf Getriebe der Rangebauart anwendbar ist, die kombinierte Splitter/Range-Hilfsgruppen mit drei oder mehreren auswählbaren Gangstufe aufweisen und/oder Planetengetriebe nutzen. Außerdem kann eine beliebige oder mehrere der Kupplungen 60, 62 oder 64 von der synchronisierten Klauenkupplungsbauart sein und die Getriebegruppen 12 und/oder 14 können von der Bauart mit einer einzelnen Vorgelegewelle sein.
Um ein halbautomatisches Ausführen des Schaltvorganges des Getriebes 10 zu erbringen, werden ein Eingangswellendrehzahlsensor und ein Ausgangswellendrehzahlsensor 100 verwendet. Alternativ zu dem Ausgangswellendrehzahlsensor 100 kann ein Sensor 102 zur Erfassung der Drehzahl des Vorgelegewellenzahnrades 82 der Hilfsgruppe verwendet werden. Die Drehzahl des Zahnrades 82 ist selbstverständlich eine bekannte Funktion der Drehzahl der Hauptwelle 28 und, wenn die Kupplung 92 in einer bekannten Position eingerückt ist, eine Funktion der Drehzahl der Ausgangswelle 90.
In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Steuerungssystem 104 für ein mechanisches Getriebesystem zur halbautomatischen Ausführung eines Schaltvorganges schematisch dargestellt. Das Steuerungssystem 104 weist zusätzlich zu dem oben beschriebenen mechanischen Getriebesystem 10 eine vorzugsweise auf einem Mikroprozessor basierende elektronische Steuereinheit 106 auf, die Eingangsimpulse von dem Motordrehzahlsensor 11, von dem Eingangswellendrehzahlsensor 98, von dem Ausgangswellendrehzahlsensor 100 (oder alternativ von dem Hauptwellendrehzahlsensor 102) und von dem Fahrersteuerfeld 108 empfängt. Die ECU 106 kann außerdem Eingangssignale von einem Sensor 110 für die Hilfsgruppenposition empfangen.
Die ECU dient dazu, die Eingangssignale gemäß vorbestimmter logischer Regeln zu verarbeiten, um Befehlsausgangssignale an eine Getriebestelleinrichtung, wie einen magnetspulengesteuerten Verteiler 112, die den Hauptgruppenaktuator 70 und den Hilfsgruppenaktuator 96 steuert, und an das Fahrerbedienfeld 108 zu geben.
Das Fahrerbedienfeld gestattet es dem Fahrer, einen Schaltvorgang aus der aktuell eingerückten Gangstufe in einer gegebenen Richtung oder in den Leerlauf manuell auszuwählen oder eine Betriebsart mit halbautomatischer Vorwahl auszuwählen, und es erbringt eine Anzeige, um den Fahrer über die aktuelle Betriebsart (automatische oder manuelle Vorauswahl von Schaltvorgängen), den aktuellen Getriebebetriebszustand (vorwärts, rückwärts oder Leerlauf) und jeden Gangwechsel oder Schaltvorgang (Hochschalten, Zurückschalten oder Schalten in den Leerlauf) zu informieren, der vorausgewählt, jedoch noch nicht ausgeführt worden ist.
Das Bedienfeld 108 enthält drei Anzeigelampen 114, 116 und 118, die leuchten um anzuzeigen, daß das Getriebe 10 in einer Vorwärts-, Leerlauf- oder Rückwärtsbetriebsart befindlich ist. Das Bedienfeld enthält außerdem drei selektiv leuchtende Druckknöpfe 120, 122 und 124, die es dem Fahrer gestatten, einen Hochschaltvorgang, eine automatische Vorwahlbetriebsart oder einen Zurückschaltvorgang auszuwählen. Ein Druckknopf 126 gestattet die Auswahl eines Schaltvorganges in den Leerlauf.
Eine durch Tippen oder Drücken einer der Tasten 120, 122, 124 oder 126 vorgenommene Auswahl kann (im Falle der Taster 120, 124 und 126 vor der Ausführung) durch nochmaliges Drücken der Taster gelöscht werden. Alternativ kann mehrfaches Drücken der Taster 120 und 124 als Befehl für überspringende Schaltvorgänge genutzt werden. Selbstverständlich können die Taster und Leuchtknöpfe durch andere Auswahlmittel wie Wippschalter und/oder mit einer Lampe oder anderen Anzeigeelementen kombinierte Wippschalter ersetzt werden. Ein separater Taster oder Schalter zur Auswahl des Rückwärtsganges kann vorgesehen sein, oder es kann der Rückwärtsgang als ein Zurückschalten aus dem Leerlauf ausgewählt werden. Außerdem kann der Leerlauf als ein Hochschaltvorgang aus dem Rückwärtsgang oder als ein Zurückschaltvorgang aus dem ersten Gang ausgewählt werden.
In Betrieb drückt der Fahrer, um Hochschaltvorgänge und Zurückschaltvorgänge manuell auszuwählen, entsprechend entweder den Taster 120 oder den Taster 124. Der ausgewählte Taster leuchtet dann, bis der ausgewählte Schaltvorgang ausgeführt oder bis die Auswahl gelöscht ist.
Alternativ kann der Hochschalttaster bei einer gegebenen Motordrehzahl (wie bspw. oberhalb 1700 U/min.) aufleuchten und weiterleuchten, bis ein Hochschaltvorgang durch Drücken des Tasters ausgewählt wird.
Um einen ausgewählten Schaltvorgang auszuführen, wird der Verteiler 112 vorgewählt, um den Aktuator 170 zu veranlassen, darauf vorgespannt zu werden, die Getriebehauptgruppe 12 in den Leerlauf zu schalten. Dies wird vollbracht, indem der Fahrer durch manuelles, zeitweiliges Vermindern und/oder Erhöhen der Kraftstofflieferung zu dem Motor und/oder manuelles Ausrücken der Hauptkupplung eine Drehmomentumkehr veranlaßt. Wenn das Getriebe in den Leerlauf geschaltet und von der ECU Leerlauf verifiziert ist (Leerlauf wird für eine Zeitspanne, wie bspw. 1,5 Sekunden, erfaßt), leuchtet der Leerlaufanzeigeknopf 116. Wenn der ausgewählte Schaltvorgang ein Verbundschaltvorgang ist, d.h. ein Schaltvorgang sowohl der Hauptgruppe 12 als auch der Rangegruppe 14, wie bspw. ein Schal.tvorgang aus dem vierten in den fünften Gang, wie er in Fig. 1A veranschaulicht ist, gibt die ECU an den Verteiler 112 Befehlsausgangssignale ab, um den Hilfsgruppenaktuator 96 zu veranlassen, den Rangeschaltvorgang zu beenden, nachdem in dem vorderen Getriebe Leerlauf erfaßt worden ist.
Wenn die Rangehilfsgruppe in der richtigen Gangstufe eingerückt ist, berechnet die ECU einen Freigabebereich oder ein Freigabeband von Eingangswellendrehzahlen auf der Basis einer erfaßten Ausgangswellendrehzahl (Fahrzeuggeschwindigkeit) und des eingelegten Ganges oder bestimmt diese anderweitig und aktualisiert diese fortgesetzt, was ein akzeptabel synchrones Einrücken der einzurückenden Gangstufe erbringt. Wenn der Fahrer oder eine Steuereinheit durch Manipulation der Drossel und/oder Nutzung der Eingangswellenbremse verursacht, daß die Eingangswellendrehzahl in den akzeptablen Bereich fällt, gibt die ECU 106 Ausgangssignale an den Verteiler 112 ab, um den Aktuator 70 zu veranlassen, die einzurückende Hauptgruppengangstufe einzurücken. Vorzugsweise reagiert der Aktuator sehr schnell, was es nicht erforderlich macht, daß der Fahrer die Eingangswellendrehzahl über eine längere Zeitspanne in dem akzeptablen Bereich hält. Um einen Schaltvorgang in den Getriebeleerlauf auszuwählen, wird der Auswahltaster 126 gedrückt. Die Anzeigelampe 116 blinkt, bis die ECU bestätigt, daß der Leerlauf erreicht ist, wobei die Lampe 116 zu diesem Zeitpunkt einen dauernd leuchtenden Zustand einnimmt, während das Getriebe im Leerlauf verbleibt.
Bei den Steueralgorithmen ist die Abgabe von Befehlsausgangssignalen zum Einrücken einer Zielgangstufe davon abhängig, daß das Getriebe (d.h. die Eingangswelle) manuell in einen akzeptablen Synchronpunkt gebracht wird. Dieser Synchronpunkt ist üblicherweise ein Drehzahlbereich (Fehlerband), das zentrisch zu einer Abweichung von null U/min. ausgerichtet ist. Wenn die Steuerelektronik feststellt, daß die Eingangswellendrehzahl in das Fehlerband fällt, steuert sie die Magnetspule des Verteilers 112 an, wodurch der Zielgang eingerückt wird. Die Fehlerbändei sind so ausgewählt, daß für jede Gangstufe die beste Schaltqualität erreicht wird. Diese Fehlerbänder sind vorzugsweise in der Software in Form von Tabellen gespeichert, die als eine Funktion des Zielganges indiziert sind. Wenn diese Tabellen auf beste Schaltqualität eingestellt sind, müssen die Bänder schmal sein, um ein "Krachen" beim Einrücken des Zielganges zu minimieren. Bei schmalen Fehlerbändern ist es für den Fahrer schwieriger, das Getriebe zu dem richtigen Synchronpunkt zu bringen, und er kann ihn letztendlich verpassen und im Leerlauf enden.
Die o.g. US-PS 5.063.511 erbringt einen Algorithmus zur Schaltfehlerkorrektur bei erfolglosen Schaltversuchen, der eine kurze Zeit, nachdem der Leerlauf erfaßt worden ist (eine Sekunde) auf einen zweiten Tabellensatz zugreift. Bei einem normalen Schaltvorgang ist eine Sekunde für den Fahrer eine reichliche Zeit, um das Getriebe zum Synchronpunkt zu bringen. Wenn der Leerlaufzustand länger als eine zulässige Zeit vorgelegen hat, nimmt der Algorithmus an, daß der Fahrer den Schaltvorgang verpaßt hat und ruft den neuen Tabellensatz auf. Dieser zweite Tabellensatz öffnet das Fehlerband, um einen rauheren Schaltvorgang zuzulassen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die Bemühungen des Fahrers ein Einrücken des Zielganges ergeben, anstatt im Leerlaufzustand zu bleiben.
Bspw. sind in der Hauptgruppe 12 des Getriebes 10 Schaltvorgänge zwischen dem ersten und dem zweiten Gang und zwischen dem zweiten und dem dritten Gang manuell bei ± 40 U/min. akzeptabel, während Schaltvorgänge zwischen dem dritten und vierten Gang normalerweise bei ± 80 U/min. Abweichung von der wirklichen Synchronität akzeptabel sind. Jedoch werden bei der erweiterten Betriebsart der o.g. US-PS 5.063.511 zur Schaltfehlerkorrektur die vergleichbaren Bereiche auf ± 60 U/min. bzw. ± 100 U/min. erweitert.
Bei der durch Verwendung des Leuchttasters 122 ausgewählten automatischen Vorwahlbetriebsart bestimmt die ECU auf der Basis gespeicherter logischer Regeln, des aktuell eingerückten Ganges (der durch Vergleich der Eingangswellendrehzahl mit der Ausgangswellendrehzahl errechenbar ist) und der Ausgangswellendrehzahl, ob ein Hochschaltvorgang oder Zurückschaltvorgang erforderlich ist, und wählt denselben aus. Der Fahrer wird darüber informiert, daß ein Hochschaltvorgang oder ein Zurückschaltvorgang ausgewählt ist und halbautomatisch ausgeführt wird, indem ein Befehlsausgangssignal von der ECU 106 abgegeben wird&sub1; das entweder den Leuchttaster 120 oder den Leuchttaster 124 veranlaßt, zu blinken und/oder ein hörbares Schaltbenachrichtigungssignal abgibt. Der Fahrer kann das halbautomatische Ausführen des automatisch vorgewählten Schaltvorganges, wie oben angedeutet, einleiten oder die automatische Betriebsart durch Drücken des Drucktasters 122 löschen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren/System zur Schaltfehlerbeseitigung bei erfolglosem Schaltversuch geschaffen, das eine alternative und/oder eine Ergänzung zu dem System/Verfahren zur Schaltfehlerbeseitigung bei erfolglosem Schaltversuch nach der o.g. US-PS 5.063.511 liefert.
Bei dem erfindungsgemäßen System/Verfahren zur Schaltfehlerkorrektur bei erfolglosem Schaltversuch bestimmt die Systemsteuerung, wenn ein Schaltvorgang aus dem Leerlauf in eine gewünschte Zielgangstufe infolge des Nichterzielens weitgehend synchroner Bedingungen nicht innerhalb einer gegebenen Zeitspanne beendet worden ist, eine Zielgangstufe zur Schaltfehlerkorrektur bei verpaßtem Schaltvorgang als eine Punktion der aktuellen Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit und versucht dann, diese Gangstufe einzurücken. Die Zeitspanne kann von einem anfänglichen Versuch, die gewünschte Zielgangstufe einzurücken, an gemessen werden, oder lediglich bestimmt werden, nachdem das Verfahren/System zur Schaltfehlerkorrektur bei verpaßtem Schaltvorgang gemäß der o.g. US-PS 5.063.511 erfolglos geblieben ist.
Wie es bekannt ist, sind bei einem mehrgängigen mechanischen Schwerlastgetriebe mit 9, 10, 12, 13, 16, 19 oder 20 auswählbaren Vorwärtsgangstufen (GR) bei vielen Fahrzeugbetriebsbedingungen 3, 4 oder 5 der Gangstufen zulässigerweise einrückbar (d.h. bei einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, üblicherweise bestimmt durch die Ausgangwellendrehzahl (OS) und bei eingerückter Hauptkupplung (C)), wobei die berechnete Motordrehdzahl (ES=GR*OS) oberhalb eines Minimalwertes (ESMIN) und unterhalb eines Maximalwertes (ESMAX) liegt. Der Minimalwert (ESMIN) ist üblicherweise ungefähr die Mindestdrehzahl des Motors, während der Maximalwert (ESMAX) leicht unterhalb einer Zerstörungsdrehzahl liegt.
Verbrennungsmotoren haben üblicherweise eine gewünschte Drehzahl oder Drehzahlbereiche, in denen eine vorbestimmte Kombination von Leistung und Kraftstoffökonomie erreicht wird. Bei einem typischen Schwerlastdieselfahrzeugmotor liegt die Minimaldrehzahl bei üblicherweise 600 U/min., die Maximaldrehzahl beträgt ungefähr 2200 U/min. und der gewünschte Bereich beträgt ungefähr 1400-1800 U/min.
Während die gewünschte Zielgangstufe üblicherweise automatisch oder manuell ausgewählt wird, um die Motordrehzahl bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit in dem gewünschten Bereich zu halten, wird die Schaltfehlerkorrekturgangstufe (GRMSR) so ausgewählt, daß die berechnete Motordrehzahl bei aktueller Fahrzeuggeschwindigkeit und eingekuppelter Hauptkupplung (ESCALK)=OSCURRENT*GRMSR) innerhalb des Bereiches zulässiger Motordrehzahlen (ESMIN< ESCALK< ESMAX) liegt und daß der Betrag des Ausdruckes ESCURRENT-ESCALC minimiert wird.
In Fig. 3 ist ein typisches Gangstufendiagramm für ein Getriebe mit dreizehn (13) Vorwärtsgängen veranschaulicht. Das zu Illustrationszwecken verwendete Getriebe ist ein RTO 11613 der Eaton Corporation, der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, und es weist eine Untersetzung des niedrigen Ganges von 12,56.1 und einen oberen Gang (Overdrive) von 0,87:1 auf.
In Fig. 3 stellt die dunkel durchgezogenen Linie 150 die gewünschten Gangstufen bei unterschiedlichen Fahrzeuggrundgeschwindigkeiten dar. Bspw. soll bei Punkt 150 bei ungefähr 23 MPH (37 km/h) ein siebter (7.) Gang eingerückt sein und, wenn sich die Geschwindigkeit auf 25 MPH (40 km/h) erhöht, ist eine neue zu wünschende Zielgangstufe (GRDES) die achte (8.) Gangstufe, um die Motordrehzahl in einem gewünschten Band 154 guter Leistung und Kraftstoffökonomie zu halten.
Bei ungefähr 37 MPH (60 km/h) (Linie 156) kann, angenommen, das Fahrzeug wurde beschleunigt, ein Schaltvorgang aus der 10. Gangstufe in die gewünschte Zielgangstufe 11. Gang manuell und/oder automatisch gewählt oder vorgewählt werden. Jedoch sind bei dieser Fahrzeuggeschwindigkeit, 60 km/h (37 MPH), der 9., der 10., der 11., der 12. oder der 13. Gang zulässigerweise einrückbar, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Wenn im wesentlichen synchrone Zustände zum Einrücken einer gewünschten Zielgangstufe manuell oder automatisch nicht erreichbar sind, insbesondere, wenn das System/Verfahren der o.g. US-PS 5.063.511 zur Schaltfehlerkorrektur bei erfolglosem Schaltversuch versucht worden ist, wird durch den Versuch, den Schaltfehlerkorrekturgang GRMSR anstelle der gewünschten Zielgangstufe GRD einzurücken, insbesondere, wenn die erweiterten, in der o.g. US-PS 5.063.511 beschriebenen Synchronbedingungsbereiche verwendet werden, die Wahrscheinlichkeit eines Schaltvorganges aus dem Leerlauf heraus in eine zulässige Gangstufe in solchen Situationen erhöht, in denen keine Synchronbedingungen zum Schalten in eine ausgewählte gewünschte Zielgangstufe erfolgt sind. Während eine weniger gewünschte Gangstufe eingerückt werden kann und/oder ein merkliches Rucken des Fahrzeuges erfolgen kann, wird die höchst unerwünschte Situation des Hängenbleibens im Leerlauf schneller und mit höherer Wahrscheinlichkeit korrigiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren/System zur Schaltfehlerkorrektur ist in den Fig. 4A und 4B als Flußbild schematisch veranschaulicht.

Claims

1. Steuersystem (104) zum Steuern des Ausführens gewählter Schaltvorgänge eines mechanischen Gangwechselgetriebesystemes, mit, einem durch Kraftstoffzumessung oder -drosselung gesteuerten Motor (E) der eine vorbestimmte Minimaldrehzahl (ESMIN) und eine Maximaldrehzahl (ESMAX) hat, mit einem mehrgängigen mechanischen Gangwechselgetriebe (10), das eine Gruppe wahlweise einrückbarer Gangstufen aufweist, mit einer Reibungshauptkupplung (C), die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist, mit einem ersten Sensor (11), der ein erstes, die Motordrehzahl (ES) kennzeichnendes Signal liefert, mit einem zweiten Sensor (100) der ein zweites, die Getriebeausgangswellendrehzahl (OS) kennzeichnendes Signal liefert, und mit einem Getriebeaktuator (112, 70, 96) zum Steuern des Schaltens des Getriebes mit:

Mitteln (120, 122, 124, 106) zur Auswahl eines Hochschaltens oder eines Zurückschaltens aus einer aktuell eingerückten Getriebegangstufe oder aus dem Leerlauf heraus in eine ausgewählte Zielgangstufe (GR) und um ein drittes, die Auswahl kennzeichnendes Eingangssignal zu liefern;

einer zentralen Verarbeitungseinheit (106) zum Empfang des ersten, zweiten und dritten Eingangssignales und zur Verarbeitung derselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale auszugeben, wobei die zentrale Verarbeitungseinheit

Mittel aufweist, die darauf reagieren, daß (i) ein Schaltvorgang aus einer gegenwärtig eingelegten Gangstufe oder aus dem Leerlauf heraus in eine gewählte Zielgangstufe (GR) ausgewählt und daß (ii) ein Getriebeleerlaufzustand bestätigt wird, um (i) den Start eines Zeitgeberelementes auszulösen, wobei (ii) danach die wenigstens grobe Synchronisierung des Getriebes erfaßt und (iii) danach Befehlsausgangssignale an den Aktuator ausgegeben werden, um dem Getriebe zu ermöglichen, in die gewählte Zielgangstufe geschaltet zu werden, wobei das Mittel die wenigstens grobe Synchronisation des Getriebes erfaßt, indem das erste Signal (ES) mit einem ersten, als eine Funktion der ausgewählten Zielgangstufe (GR) und des zweiten Signales (OS) bestimmten Vergleichsbereich verglichen wird, wobei das Steuersystem gekennzeichnet ist, durch

Mittel, die auf (i) eine Auswahl eines Schaltvorganges einer aktuell eingerückten Gangstufe oder aus dem Leerlauf heraus in eine zweite Gangstufe und auf (ii) die Bestätigung eines Getriebeleerlaufzustandes reagieren, um (i) das Starten einer Zeitgebereinrichtung auszulösen, und (ii) danach, wenn keine wenigstens grobe Synchronisierung des Getriebes nach einer vorbestimmten Zeitspanne festgestellt wird, (i) die Auswahl einer Schaltfehlerkorrekturgangstufe (GRMSR) gemäß der folgenden Regeln zu veranlassen:

(a) ESMAX> OS*GRMSR> ESMIN, und

(b) ESCURRENT-OS*GRMSR ist ein Minimum, und

(ii) manuell herbeigeführte, wenigstens grobe Synchronisation des Getriebes zu erfassen und

(iii) nachfolgend Befehlsausgangssignale an den Aktuator auszugeben, um das Getriebe zu veranlassen, in die ausgewählte Schaltfehlerkorrekturgangstufe (GRMSR) geschaltet zu werden.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Vergleichszeitspanne wenigstens eine Sekunde beträgt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Bereich ein Bereich von Werten des ersten Eingangssignales (ES) ist, der einen Durchschnittswert hat, der im wesentlichen gleich dem erwarteten Wert des ersten Eingangssignales ist, wenn die Klauenkupplungen der ausgewählten einzurückenden Gangstufe hinsichtlich ihrer Drehung im wesentlichen synchronisiert sind.