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Technisches
Gebiet
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Anordnung in einem elektronisch gesteuerten mechanischen
Stufengetriebe entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 bzw. 3.
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Stand der
Technik
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Bei einem Getriebe entsprechend einem
Beispiel des Standes der Technik, das von einem elektrischen System
mit Servoeinrichtungen gesteuert ist, wird das Steuersystem bei
einem Gangwechselvorgang mit detaillierter Information von den verschiedenen
Gangwechselstufen im Hinblick auf eine erfolgreiche Vollendung der
Synchronisation versorgt. Dem Fahrer wird so bewusst gemacht, dass
der Gangwechselvorgang vollendet ist, d. h., dass der gewählte Gang
eingerückt
ist und dass die Kupplung, die während
der Gangwechselphase ausgerückt
war, somit wieder zwischen dem Motor und dem Getriebe eingerückt werden
kann. In der Praxis wird dies gemäß dem Beispiel des Standes
der Technik mittels Berührungssensoren
oder elektronischen Sensoren erreicht, die dazu ausgebildet sind,
die körperliche Bewegung
jedes Zahnradträgers
festzustellen, der eine Gangwechselgabel trägt. In diesem Zusammenhang
entspricht eine bestimmte Bewegungsgröße dem ausgeführten Synchronisationsprozess.
Zusätzlich
ist ein Drehzahlsensor auf der Getriebeausgangswelle dazu ausgebildet,
Information über
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu liefern. Alles in allem bedeutet
dies, dass eine große
Anzahl Sensoren benötigt
wird, damit zufriedenstellend ermittelt werden kann, ob der Synchronisiervorgang
vollendet und ob ein bestimmtes Zahnrad eingerückt ist.
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US,A,4 320 381 beschreibt einen Indikator, der
es dem Fahrer erleichtern soll, den richtigen Gang in einem Getriebe
zu wählen,
das Drehzahlsensoren sowohl auf der Eingangswelle wie auf der Ausgangswelle
hat. In diesem Fall teilt der Drehzahlsensor dem Fahrer die Drehzahlen
dieser Wellen mit, aber er gibt ihm keinen Hinweis, ob ein Gangwechselvorgang
beendet ist oder nicht, noch zeigt er ihm an, ob er die Kupplung
einrücken
kann oder nicht.
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Probleme mit
dem Stand der Technik
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Im Falle eines Getriebes für Schwerfahrzeuge
mit beispielsweise, nicht nur einem Hauptgetriebe mit drei Getriebeschaltstufen,
aber auch mit einem zweistufigen sogenannten verzweigten Getriebe
und einem zweistufigen sogenannten Bereichsgetriebe, erfordert der
Stand der Technik mindestens acht verschiedene Sensoren, um dem
Steuersystem genügend
Information zu liefern. Dies hat eine Anfälligkeit für Fehlfunktionen der vorhandenen
Sensoren und des Systems als ganzem zur Folge, und auch Probleme
des Zugangs für
einen etwaigen Austausch und Probelauf, mit der Folge, dass die
Wartung teuer ist. Das Vorhandensein einer Anzahl Sensoren, die
an verschiedenen Stellen im Getriebe angeordnet und an das Steuersystem
angeschlossen sein müssen, bedingt
eine von sich aus teure Konstruktion. Entsprechende Probleme treten
auch bei einer Anwendung mit nur einem Hauptgetriebe auf.
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Aufgabe und
wichtigste Kennzeichen der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es,
die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu beseitigen
und einer robustere und wirtschaftlichere Lösung aufzuzeigen.
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Dies wird bei einem Verfahren und
einer Anordnung der einleitend genannten Art mittels der Merkmale
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 3 erreicht.
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Ergebnis ist eine einfache und kostensparende
Ausrüstung,
die außerdem
wegen radikaler Verminderung der Anzahl beteiligter Bauteile verlässlicher
ist, da die Erfindung einerseits die Verwendung von nur zwei Sensoren
erfordert und andererseits die Benutzung von Sensoren ermöglicht,
deren Gestaltung robust und verlässlich
ist.
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In der Praxis wird der Speicher der
Steuereinheit mit den Getriebeübersetzungsverhältnissen innerhalb
jeder Stufe des Hauptgetriebes und einem etwa zugehörigen Verzweigungsgetriebe
und Bereichsgetriebe beladen. Im Falle eines zusammengesetzten Getriebes
mit einem Hauptgetriebe und zusätzlich
einem Verzweigungs- und/oder
Bereichsgetriebe, werden die Getriebeübersetzungsverhältnisse in
den verschiedenen Stufen so gewählt,
dass alle möglichen
Zahnradkombinationen ein einmaliges Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle
und der Ausgangswelle ergeben. So wird eine Verwechslung zwischen
verschiedenen Getriebeschaltzuständen
vermieden. Da solche Übersetzungsverhältnisse zwischen
der Eingangs- und Ausgangsdreh zahl die im Getriebe bestehende Zahnradstellungssituation unzweideutig
wiedergeben, kann die Steuereinheit somit anzeigen, wenn Gangwechsel
nicht nur im Hauptgetriebe sondern auch in einem etwa angeschlossenen
Verzweigungsgetriebe und/oder Bereichsgetriebe stattfinden. Die
Steuereinheit erhält somit
von einer Mindestanzahl Sensoren die erforderliche Information über die
in jedem Bereich des Getriebes herrschende Gangwechselsituation;
dies bedeutet, dass die Steuereinheit eine zutreffende Information
verwenden kann, um zu reagieren, wenn der nächste Gangwechselvorgang stattfindet.
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Die Merkmale der Erfindung ergeben
ein Signal, das für
den Fahrer als Information verwendet werden kann, ob er die Kupplung
freigeben oder eine automatische Kupplung auslösen kann, damit diese entsprechende
Vorgänge
durchführt.
Das System eignet sich auch für
Anwendungen, die eine weiterreichende automatische Steuerung verwenden,
beispielsweise mit Unterbrechung des Antriebsstranges ohne dass
die Scheibenkupplung ausgerückt
wird, wie in Systemen mit Anpassung der Motordrehzahl.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nun mit weiteren
Einzelheiten auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 ein
Getriebe mit einer Anordnung entsprechend der Erfindung darstellt
und 2 ein Flussdiagramm
einer Anzeigesequenz gemäß der Erfindung
ist.
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Kurze Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 ein Getriebe, das in einem Gehäuse untergebracht
ist und ein dreistufigen Hauptgetriebe 2, ein zweistufiges
Verzweigungsgetriebe 3 und ein Bereichsgetriebe 4 in
Form eines (nicht im einzelnen dargestellten) zweistufigen Planetengetriebes
umfasst. Der Einfachheit halber sind Zahnradträger, Zahnradversschiebegabeln,
Synchronisierkegel, Synchronisierringe usw. fortgelassen worden.
Das Getriebe 1 ist für Schwerfahrzeuge
vorgesehen, beispielsweise für
einen Lastwagen oder einen Omnibus.
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Auf der linken Seite der Zeichnung
bezeichnet 5 eine Kupplung, von der eine Hälfte mit
der Eingangswelle 6 des Getriebes 1 zu gemeinsamer
Drehung verbunden ist. Die andere Hälfte der Kupplung ist in üblicher
(nicht dargestellter) Weise mit dem Motor des Fahrzeugs verbunden.
Die Eingangswelle 6 ist mit einem ersten Geschwindigkeitssensor
versehen, der in diesem Fall aus einem ersten Zahnrad 7 und
einem mit ihm zusammenwirkenden Sensor 8 besteht, welcher
ein induktiver Sensor, ein Hallsensor oder ein anderer geeigneter üblicher
Sensor sein kann. Das Ausgangssignal des Sensors ist typischerweise
ein Rechtecksignal, das die Drehzahl der zugehörigen Welle 6 darstellt;
abhängig
von dem gewählten
Sensor können
auch andere Signalformen vorkommen. Ein zweites Zahnrad 10,
das mit einem zweiten Sensor 11 in gleicher Weise wie im
Fall der Eingangswelle zusammenwirkt, ist auf der Ausgangswelle 9 des
Getriebes angeordnet, die in (nicht dargestellter) üblicher
Weise mit den Antriebsrädern des
Fahrzeugs verbunden ist. Die Ausgangssignale der Sensoren werden
einer Steuereinheit 12 zugeführt, in der die empfangenen
Signale verarbeitet werden, und die dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal
für das
System abzugeben.
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Im Flussdiagramm in 2 bezeichnet 21 die Initiation
einer Anzeigesequenz; darauf folgt bei 22 die Drehzahl
der Eingangswelle, die ermittelt wird, damit ein erstes Drehzahlsignal
bei 23 erzeugt werden kann. Die Drehzahl der Ausgangswelle
wird bei 24 ermittelt, und ein entsprechendes zweites Drehzahlsignal
wird bei 25 erzeugt. Die Übernahme von den Drehzahlsignalen
zugeordneten Daten aus einem Speicher findet bei 26 statt,
und das Ausgangssignal des Systems wird bei 27 generiert.
Das Bezugszeichen 28 bezeichnet das Ende der Sequenz.
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Besonders bei Schwerfahrzeugen mit
elektronisch gesteuertem mechanischem mehrstufigen Schaltgetriebe
ist es von großer
Bedeutung, dass der Fahrer und ein etwa eingebautes automatisches Kupplungssystem
eine Anzeige, dass die Synchronisierung bei einem Gangwechselvorgang
abgeschlossen ist, so genau und so schnell wie möglich erhalten, so dass ohne
Verzögerung
die Scheibenkupplung oder ein Äquivalent
dazu wieder eingerückt
und der Motor dadurch wieder mit den Antriebsrädern verbunden werden kann.
Der Grund dafür
ist der in vielen Situationen bestehende Wunsch, den Zustand möglichst
kurz zu halten, in dem der Motor nicht mit den Antriebsrädern verbunden
ist.
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Gemäß der Erfindung werden somit
die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen verglichen, um festzustellen,
ob der Gangwechselvorgang und somit der Synchronisationsprozess
abgeschlossen sind. Wenn das Verhältnis zwischen diesen Drehzahlen während einer
bestimmten Zeitspanne gleichgeblieben ist, stellt das Steuersystem
fest, dass die Synchronisation erfolgreich abgeschlossen ist. Darauf folgt
im Falle einer manuellen Kupplung, dass der Fahrer die Information
erhält,
dass der Gang eingerückt
ist, sodass er anschließend
sofort das Kupplungspedal freigeben und die Fahrt des Fahrzeugs fortsetzen
kann. Im Falle einer automatischen Kupplung wird das entsprechende
Signal dem Kupplungsfreigabemechanismus zugeführt. Die Länge des dafür gewählten Zeitintervalls kann entsprechend
der Anwendung variieren und hängt
beispielsweise von der Größe des Getriebes
und den Massen ab, die voraussichtlich an der Synchronisierung beteiligt
sind. Es ist vorteilhaft, diese Zeitspanne im Einzelfall empirisch
zu testen. Im ungewöhnlichen
Fall, dass die Synchronisation noch nicht abgeschlossen ist, obwohl
das Drehzahlverhältnis
während
der vorgeschriebenen Zeitspanne konstant geblieben ist, erhält die Steuereinheit
grundsätzlich
diese Situation betreffende Signale unmittelbar, nachdem der Fahrer die
Kupplung freigegeben hat. In dieser Situation beginnt ein neuer
Synchronisiervorgang.
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Bei einer weiteren Abwandlung der
Erfindung vergewissert sich das Steuersystem einer erfolgreichen
Vollendung der Synchronisation, indem es die Veränderung des Drehzahlverhältnisses
während
des Synchronisiervorgangs analysiert. In dieser Hinsicht ist das
Steuersystem so gestaltet, dass, wenn das Verhältnis einen bestimmten konstanten Wert
erreicht oder nahezu erreicht hat, das Steuersystem auf der Grundlage
von Charakteristiken der Veränderung
von Drehzahlverhältnissen
entscheidet, ob dieser Wert einer richtig ausgeführten Synchronisation entspricht,
beispielsweise abhängig
von der Geschwindigkeit, mit der sich das Verhältnis diesem Wert nähert.
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Die Erfindung kann innerhalb des
Umfangs der beigefügten
Patentansprüche
variiert werden und ist beispielweise auch auf andere Getriebe anwendbar,
bei denen ein Synchronisiervorgang statt findet, einschließlich beispielsweise
mechanische Getriebe mit nur drei oder vier Stufen, Getriebe mit
einem Hauptgetriebe und einem Verzweigungsgetriebe und Getriebe
mit einem Hauptgetriebe und einem Bereichsgetriebe.
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Die Erfindung schafft die Möglichkeit,
Gangwechsel mittels eines Hebels in Form eines Joystick zu steuern,
der somit den Schalthebel eines mechanisch betätigten Getriebes simulieren
kann. Andere Arten, diese Steuerung zu erreichen, können ebenfalls
vorkommen.
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Die Erfindung ist auch besonderes
gut anwendbar in Fällen,
in denen dem Gangwechselvorgang eine Steuerung der Motordrehzahl
vorangeht, oder allgemein wo eine Unterbrechung der Antriebsleistung
im Antriebsstrang vorkommt, wie in Systemen mit weitreichender Automatisierung,
beispielsweise bei Gangwechselvorgängen, die ohne Ausrücken der
Scheibenkupplung ausgeführt
werden.
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Ein erwähnenswertes Beispiel eines
Getriebes der in den Zeichnungen dargestellten Art umfasst zwölf zulässige Vorwärtsgänge und
zwei Rückwärtsgänge, was
vermuten lässt,
dass bei abwechslungsreichen Fahrbedingungen viel geschaltet wird.
In solchen Fällen
ist überdies
das gesamte Getriebeübersetzungsverhältnis 1
: 16 im niedrigsten Gang und 1 : 1 im höchsten Gang.
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Die Endung ist auf Sequenzgetriebe
anwendbar, bei denen sequenzielle Gangwechselbefehle nach oben oder
nach unten vom Fahrer mittels entsprechender Vorwärts- bzw.
Rückwärtsbewegungen
z. B. eines Hebels gegeben werden.