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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren/-system zur
Steuerung einer Herunterschaltung in einem wenigstens teilweise
automatisierten mechanischen Getriebesystem. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung die Steuerung der Herunterschaltung in
einem automatisierten mechanischen Fahrzeuggetriebesystem, wobei
das System eine Betätigung
einer Motorbremse und der (auch als Fußbremsen bezeichneten) Fahrzeugbetriebsbremsen
erfasst und in Abhängigkeit
hiervon Herunterschaltpunkte modifiziert.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Voll-
oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme zur Verwendung
in Kraftfahrzeugen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den
US-Patentschriften Nr. 4 361 060, 4 648 290, 4 722 248, 4 850 236,
5 389 053, 5 487 004, 5 435 212 und 5 755 639 ersichtlich. Die Verwendung
von Motorbremsen (die auch als Kompressionsbremsen, Auspuffbremsen
oder Jake-Bremsen bekannt sind) sowie Getriebesteuerungen, die diese
verwenden, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften
Nr. 5 409 432 und 5 425 689 ersichtlich.
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EP-A-O
270 708, die dem US-Patent Nr. 4 933 850 entspricht, beschreibt
den Gegenstand des Oberbegriffs des Anspruchs 1, nämlich ein
Verfahren und eine Steuerung zur Steuerung eines automatischen/teilautomatischen
mechanischen Getriebesystems, das eine vom Fahrzeugführer betätig te Motorkompressionsbremse
aufweist. Das System enthält
eine zentrale Verarbeitungseinheit, die Signale entgegennimmt, die
für die
Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrpedalstellung, Motorkompressionsbremsenbetätigung und
Fahrzeugbremsenbetätigung kennzeichnend
sind. Falls während
einer Verzögerung
des Fahrzeugs entweder die Fahrpedalstellung einen vorbestimmten
Referenzwert übersteigt und/oder
die Motorkompressionsbremse aktiviert ist, werden die Herunterschaltkennlinien
derart festgelegt, dass sie eine Herunterschaltung bei Motordrehzahlen
erzielen, die unter der Annahme einer verhältnismäßig konstanten Geschwindigkeit
während
des Schaltüberganges
eine Motordrehzahl ergeben, die bei Vollendung des Herunterschaltvorgangs
den Maximalwert aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Steuerung
für ein
automatisiertes mechanisches Fahrzeuggetriebesystem zu schaffen,
die eine vom Fahrzeugführer/von
einer Fahrzeugführerin
vorgenommene Betätigung
des Motorbrems- und/oder Fußbremssystems
erfasst und in Abhängigkeit
hiervon die Schaltpunkte des Getriebes modifiziert. Insbesondere
werden die Herunterschaltpunkte des Getriebes in einer Weise modifiziert,
die dem Fahrzeugführer/der
Fahrzeugführerin
eine Wahrnehmung des Grads der Motorbremsung ermöglicht, der durch seine/ihre
Betätigung
der Motorbrems- und/oder Fußbremssteuerung
angefordert wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich
beim Lesen der folgenden Be schreibung 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 automatisierten mechanischen
Getriebesystems, das die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet, in Form eines Blockschaltbilds.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung in Form eines Graphen, der Schaltpunktkennlinien
für das
Getriebesystem nach 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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3A und 3B zeigen
schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Steuerung in Form eines
Flussdiagramms.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Ein
wenigstens teilweise automatisiertes mechanisches Getriebesystem,
das für
die Kraftfahrzeuganwendung vorgesehen ist, ist in schematisierter
Weise in 1 veranschaulicht. Das automatisierte
Getriebesystem 10 enthält
einen durch Kraftstoffbelieferung gesteuerten/geregelten Motor 12 (beispielsweise
einen allgemein bekannten Dieselmotor oder dergleichen), ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe 14 und
eine nicht formschlüssige
Kupplung 16 (beispielsweise eine Reibungshauptkupplung),
die zwischen dem Motor und der Eingangswelle 18 des Getriebes
antriebsmäßig eingefügt ist.
Das Getriebe 14 kann von der Verbundbauart sein, die eine
Hauptgetriebegruppe aufweist, die mit einer Split- und/oder Range-Hilfsgruppe
in Reihe verbunden ist.
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Getriebe
dieser Bauart, wie sie insbesondere bei Schwerlastfahrzeugen eingesetzt
werden, weisen gewöhnlich 9, 10, 12, 13, 16 oder 18 Vorwärtsgänge auf.
Beispiele für
derartige Getriebe sind aus den US-Patentschriften 5 390 561 und
5 737 978 ersichtlich.
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Eine
Getriebeausgangswelle 20 ragt von dem Getriebe 14 nach
außen
und ist antriebsmäßig, gewöhnlich mittels
einer Antriebs- oder Gelenkwelle 24, mit den Fahrzeugantriebsachsen 22 verbunden. Die
veranschaulichte Reibungshauptkupplung 16 enthält ein Antriebsteil 16A,
das mit der Motorkurbelwelle/dem Schwungrad verbunden ist, und ein
Abtriebsteil 16B, das mit der Getriebeeingangswelle 18 gekoppelt
und dazu eingerichtet ist, mit dem Antriebsteil 16A reibschlüssig in
Eingriff zu kommen. Eine (auch als Eingangswellenbremse oder Trägheitsbremse
bekannte) Hochschaltbremse 26 kann dazu verwendet werden,
die Drehzahl der Eingangswelle 18 für schnellere Hochschaltungen
wahlweise zu verzögern,
wie dies allgemein bekannt ist. Eingangwellen- oder Hochschaltbremsen sind aus dem Stand
der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 5 655 407
und 5 713 445 ersichtlich.
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Es
ist eine Mikroprozessor basierte elektronische Steuereinheit (oder
ECU, Electronic Control Unit) 28 vorgesehen, um Eingangssignale 30 zu empfangen
und diese gemäß vorbestimmten
logischen Regeln zu verarbeiten, um Ausgangsbefehlsignale 32 an
verschiedene Systemaktuatoren und dergleichen auszugeben. Mikroprozessor
basierte Controller dieser Art sind allgemein bekannt, und ein Beispiel
für diese
ist aus der US-Patentschrift 4 595 986 ersichtlich.
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Das
System 10 enthält
einen Drehzahlsensor 34 zur Erfassung der Drehzahl des
Motors und zur Bereitstellung eines hierfür kennzeichnenden Ausgangssignals
(ES), einen Drehzahlsensor 36 zur Erfassung der Drehzahl
der Eingangswelle 16 und zur Bereitstellung eines hierfür kennzeichnenden Ausgangssignals
(IS) sowie einen Drehzahlsensor 38 zur Erfassung der Drehzahl
der Ausgangswelle 20 und zur Bereitstellung eines hierfür kennzeichnenden Ausgangssignals
(OS). Es kann ein Sensor 40 vorgesehen sein, um die Einstellung
des Fahrpedals zu erfassen und ein hierfür kennzeichnendes Ausgangssignal
(THL) zur Verfügung
zu stellen. Eine Schaltsteuerkonsole 42 kann dazu vorgesehen
sein, dem Fahrzeugführer
zu ermöglichen,
einen Betriebsmodus des Getriebesystems auszuwählen, und ein hierfür kennzeichnendes
Ausgangssignal (GRT) zu liefern.
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Auf
bekannte Weise kann die Drehzahl des Motors aus der Drehzahl der
Eingangswelle, falls die Kupplung eingerückt ist, und/oder der Drehzahl
der Ausgangswelle und dem eingeschalteten Getriebeübersetzungsverhältnis bestimmt
werden.
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Alternativ
kann für
Systeme, in denen wenigstens einige der Schaltungen mittels eines
von Hand betätigbaren
Gangschalthebels 43 gesteuert werden, ein Sensor vorgesehen
sein, um ein die Stellung des Gangschalthebels kennzeichnendes Eingangssignal
(SL) zu liefern. Sensoren dieser Grundbauart sind aus der US-Patentschrift
Nr. 5 743 143 ersichtlich.
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Das
System 10 enthält
ferner Sensoren 44 und 46 zur Erfassung einer
Betätigung
der (auch als Betriebsbremse bezeichneten) Fahrzeugfußbremse bzw.
der Motorbremsen und zur Bereitstellung jeweils hierfür kennzeichnender
Signale FB (Foot Brake) bzw. EB (Engine Brake).
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Die
Hauptkupplung 16 kann durch ein Kupplungspedal 48 oder
durch einen Kupplungsaktuator 50 gesteuert sein, der auf
Ausgangssignale von der ECU 28 anspricht. Alternativ kann
ein auf Ausgangssteuerungssignale ansprechender Aktuator vorgesehen
sein, der durch eine Betätigung
des vom Fahrzeugführer
betätigbaren
Kupplungspedals außer Wirkung
gesetzt werden kann. Eine automatisierte Betätigung einer Fahrzeughauptkupplung
ist bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 081 065 und 5
630 773 ersichtlich. Das Getriebe 14 kann einen Getriebeaktuator 52 enthalten,
der auf Ausgangssignale von der ECU 28 anspricht und/oder Eingangssignale
zu der ECU 28 sendet, die seine ausgewählte Stellung kennzeichnen.
Schalteinrichtungen dieser Art, die häufig von einer sog. X-Y-Schaltungsbauart
ausgeführt
sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr.
5 305 240 und 5 219 391 ersichtlich. Der Aktuator 52 kann
die Haupt- und/oder die Hilfsgruppe des Getriebes 14 schalten.
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Die
Kraftstoffbelieferung des Motors ist vorzugsweise durch einen elektronischen
Motorcontroller 54 gesteuert, der Befehlssignale von der
ECU 28 akzeptiert und/oder Eingangssignale zu dieser liefert. Vorzugsweise
kommuniziert der Motorcontroller 54 mit einem industriestandardgemäßen Datenlink
DL, der allgemein bekannten Industrieprotokollen, wie beispielsweise
SAE J1922, SAE 1939 und/oder ISO 11898 entspricht. Die ECU 28 kann
in dem Motorcontroller 54 integriert sein.
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Die
Effektivität
der durch eine Motor- oder Auspuffbremse erzielten Fahrzeugverzögerung ist zum
Teil durch die Drehzahl des Motors und die eingerückte Getriebegangstufe
bestimmt. Kurz gesagt, ergibt ein Betrieb bei den oberen Drehzahlen
des Motors allgemein eine erhöhte
Fahrzeugverzögerung, während ein
wiederholter Wechsel der Gangstufe zu Drehmomentunterbrechungen
in einem mechanischen Getriebe führt,
die den Verzögerungseffekt
der Motorbremsung deutlich verringern.
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Die
erfindungsgemäße Herunterschaltsteuerung
zur Erzielung einer verbesserten Fahrzeugverzögerung in Abhängigkeit
von einer erfassten Aktivierung des Motorbrems- und/oder der Motor- und Fußbremssysteme
ist aus 2 ersichtlich. 2 zeigt eine
graphische Darstellung von Schaltpunktkennlinien, die verwendet
werden, um zu bestimmen, wann Schaltbefehle durch die ECU 28 an
den Schaltaktuator 52 ausgegeben werden sollten. Eine durchgezogene
Linie 60 zeigt die standardgemäße Hochschaltkennlinie, während eine
durchgezogene Linie 62 die standardgemäße Herunterschaltkennlinie
darstellt. Auf bekannte Weise sollte für den Fall, dass das Fahrzeug
rechts von der Hochschaltkennlinie 60 betrieben wird, eine
Hochschaltung bzw. Heraufschaltung des Getriebes 14 angewiesen
werden, während in
dem Fall, dass das Fahrzeug links von der Herunterschaltkennlinie 62 betrieben
wird, eine Herunterschaltung befohlen werden sollte. Falls das Fahrzeug zwischen
den Kennlinien 60 und 62 betrieben wird, ist keine
Schaltung des Getriebes erforderlich. Bei oder unterhalb einer bestimmten
Motordrehzahl, ESD/S, wird eine Herunterschaltung
befohlen. Wie in Einzelheiten in der vorerwähnten US-Patentschrift Nr.
4 361 060 beschrieben, können
die Schaltkennlinien in Abhängigkeit
von bestimmten erfassten Fahrzeugbetriebsbe dingungen modifiziert
bzw. verändert oder
bewegt werden, um ein verbessertes Antriebsstrangverhalten zu erzielen.
Um eine verbesserte bzw. gesteigerte Fahrzeugverzögerung zu
erreichen, wird die Herunterschaltkennlinie (d.h. die Motordrehzahl
ESD/S, bei der Herunterschaltungen befohlen werden)
in der nachstehend in Einzelheiten erläuterten Weise verschoben.
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Bei
einer Erfassung einer vom Fahrzeugführer vorgenommenen Aktivierung
der Motorbremse 46 reagiert das System, um ein frühzeitiges
Herunterschalten zu erzwingen, indem es die Herunterschaltkennlinie
nach rechts verschiebt (d.h. die Motordrehzahl, bei der eine Herunterschaltung
befohlen wird, erhöht,
wodurch die Drehzahl des Motors bei Vollendung einer Herunterschaltung
erhöht
wird). In dem in 2 veranschaulichten Beispiel
wird in dem Fall, dass ein Betrieb der Motorbremse EB festgesetzt
ist und/oder ein Betrieb der Motorbremse und ein Betrieb des Fußbremssystems
festgesetzt sind, die Herunterschaltkennlinie nach rechts verschoben,
wie dies durch die Schaltkennlinie 66 angezeigt ist. Die Schaltkennlinie 66 hat
ein frühzeitiges
Herunterschalten und eine im Verhältnis erhöhte Motordrehzahl bei Vollendung
der erzwungenen Herunterschaltung zur Folge. Falls, um ein Beispiel
anzugeben, bei niedrigen Fahrpedalstellungswerten der Standard-Herunterschaltwert
ungefähr
950 U/Min beträgt, beträgt der erzwungene
Herunterschaltwert der Kennlinie 66 ungefähr 1300-1400
U/Min.
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Falls
eine Motorbremsung, jedoch nicht eine Fußbremsung festgesetzt ist,
befiehlt die Steuerung beim Erzwingen einer Herunterschaltung eine
Herunterschaltung, um die Motordrehzahl auf ungefähr 1400-1700
U/Min zu bringen; falls eine Motorbremsung und eine Fußbremsung
festgesetzt sind, befiehlt die Steuerung eine Herunterschaltung,
um die Motordrehzahl auf einen Wert zwischen ungefähr 1700
und 2000 U/Min zu bringen. Ein Betrieb bei derart erhöhten Motordrehzahlen
führt zu
einer gesteigerten Motorbremseffektivität bei der Verzögerung der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Falls
eine Motorbremsung jedoch nicht eine Fußbremsung festgesetzt ist und
die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb eines gegebenen Wertes (d.h.
ungefähr
30 Meilen pro Stunde) liegt, nimmt die Herunterschaltkennlinie nach
einer erzwungenen Herunterschaltung (d.h. einer Herunterschaltung
von der Kennlinie 66 aus) wieder ihren Standardwert 62 ein.
Falls eine Motorbremsung jedoch nicht eine Fußbremsung festgesetzt ist und
die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb des festgelegten Wertes liegt
(d.h. OS < REF),
wird daraufhin veranlasst, dass die Herunterschaltkennlinie einen
Kennlinienwert 64 zwischen der Standardkennlinie 62 und
der erzwungenen Herunterschaltkennlinie 66 einnimmt. Falls
beispielsweise bei geringen Fahrpedalstellungen der Wert der Standardkennlinie 62 ungefähr 950 U/Min beträgt und der
Wert der erzwungenen Herunterschaltkennlinie 66 ungefähr 1300-1400
U/Min beträgt,
beträgt
der Wert auf der Kennlinie 64 ungefähr 1100 U/Min.
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Falls
sowohl eine Motorbremsung als auch eine Fußbremsung festgesetzt sind,
bleibt die erzwungene Herunterschaltkennlinie 66 wirksam.
Falls die Motorbremse aktiviert ist, hebt das System den Herunterschaltpunkt
auf ungefähr
1300-1400 U/Min an (der Wert befindet sich zwei Übersetzungsstufen bzw. -schritte
unterhalb der maximalen Motordrehzahl). Die ggf. unter diesen Bedingungen
vorgenommene Herunterschaltung bringt die Motordrehzahl auf einen
Wert zwischen 1400 und 1700 U/Min, wodurch dem Fahrer ein angemessener
Grad der Motorbremsung gestattet wird.
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Falls
die Motorbremse niedergedrückt
ist und die Fuß-/Betriebsbremse
niedergedrückt
ist oder falls die beiden gemeinsam niedergedrückt werden, hebt das System
den Herunterschaltpunkt auf ungefähr 1300-1400 U/Min an. Das
System nimmt erforderlichenfalls eine Herunterschaltung vor, um
die Motordrehzahl auf einen Wert zwischen 1700 und 2000 U/Min zu
bringen, um einen maximalen Grad der Motorbremsung zu ergeben. Wenn
das Fahrzeug langsamer wird, wird das System erneut herunterschalten,
wenn der angehobene Herunterschaltpunkt (von 1300-1400 U/Min) erreicht
wird, und eine Gangstufen überspringende
Herunterschaltung vornehmen, um die Motordrehzahl auf ungefähr 2000
U/Min. zu steigern.
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Solange
der Fahrer seinen Fuß auf
der Motorbremse belässt
(er kann die Fußbremse
freigeben, wenn er es wünscht),
bleibt das System in diesem Zustand. Wenn der Fahrer in diesem Modus
seinen Fuß von
der Fußbremse
wegnimmt, bleibt das System in diesem Modus. Wenn der Fahrer anschließend unter
Aufrechterhaltung der eingeschalteten Motorbremse die Fußbremse
erneut anwendet, nimmt das System, falls dies möglich ist, eine Herunterschaltung
(gewöhnlich
eine einzelne oder einfache Herunterschaltung) vor, um die Motordrehzahl
so weit wie möglich
zu steigern. Dies unterstützt
die Maximierung der Motorbremsleistung bei Bergabfahrten.
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Kurz
gesagt, gibt es zwei verbesserte bzw. verfeinerte Bremszustände, nämlich Nur-Motorbremse
und Motorbremse-plus-Fußbremse.
Nur-Motorbremse ergibt moderate Motordrehzahlen und einen moderaten
Grad der Motorbremsung (einzelne Schaltungen, Gangstufen überspringende
Schaltungen bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten). Motorbremse-plus-Fußbremse
ergibt höhere
Motordrehzahlen für
einen maximalen Grad der Motorbremsung (Gangstufen überspringende
Schaltungen, obwohl die erste Schaltung eine einfache Schaltung sein
kann, um eine Motordrehzahl in dem Bereich von 1700-2000 U/Min, beispielsweise
bei 1800-1900 U/Min zu erhalten). Der Fahrer kann sehr einfach zwischen
den beiden Zuständen
umschalten, wobei beispielsweise eine Berührung des Fußpedals
in dem Nur-Motorbremse-Modus einen Wechsel zu dem Motorbremse-plus-Fußbremse-Modus
bewirkt. Außerdem
kehrt der Fahrer, wenn er sich in dem Motorbremse-plus-Fußbremse-Modus befindet (der
Fuß ist weg
von der Fußbremse)
und er die Motorbremse kurzzeitig löst, zu dem Nur-Motorbremse-Modus zurück.
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Die
Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in Form eines Flussdiagramms in den 3A und 3B veranschaulicht.
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Demgemäß ist ersichtlich,
dass ein verbessertes Steuerungssystem/-verfahren für ein wenigstens
teilweise automatisiertes mechanisches Getriebesystem in einem Fahrzeug,
das vom Fahrzeugführer
betätigte
Motorbrems- und Fußbremssysteme aufweist,
geschaffen ist. Das System modifiziert die Motordrehzahlen, bei
denen Herunterschaltungen befohlen werden, und reagiert auf eine
Erfassung des Betriebs des Fußbremssystems
und/oder des Motorbremssystems, um die Fahrzeugverzögerungseffektivität des Motorbremssystems
zu verbessern bzw. zu steigern.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit einem gewissen Grad an Einzelheiten
beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
lediglich zu Beispielszwecken angegeben ist und dass zahlreiche
Veränderungen
in Bezug auf die Form und im Detail möglich sind, ohne den Schutzumfang
der Erfindung zu berühren,
wie er nachfolgend beansprucht ist.