SE521540C2 - Drivaggregat för motorfordon - Google Patents

Description

20 25 het till lägre bränsleförbrukning. I en växellåda bestående av en osynkroniserad stegväxlad basväxellåda och en rangeväxellåda bidrar frånvaron av synkroniseringar till att ytterligare reducera kostnaden. Frånvaron av synkroniseringsorgan gör det möjligt att göra växellådan kortare eller alternativt att med en given längd göra kugghjulen bredare än i en synkroniserad växellåda med motsvarande längd för att därigenom möjliggöra överföring av högre moment.

I en dylik växellåda sker växlingen till skillnad från i en automatväxellåda av pla- nettyp under kraftavbrott. Detta är ett skäl till att ~ om vagnslast och vägbeskaffen- het så tillåter - vid uppväxling åtminstone på de lägre växlama hoppa över några växlar, t ex gå direkt från ettans till treans eller t o m till fyrans växel. Problemet är emellertid att motorstyrenheten styr motorvarvtalet till ett lägsta varvtal, som är tomgångsvarvtalet, typiskt ca 600 rpm. Risken är då att om flera växelsteg hoppas över den valda växeln kräver ett lägre varvtal än tomgångsvarvtalet för att synkroni- sera motorvarvtalet mot varvtalet på den ingående axeln, som ju är direkt beroende av vagnshastigheten. I synnerhet vid växling i motlut är risken stor att vagnshastig- heten och därmed varvtalet på växellådans ingående axel under kraftavbrottet hinner sjunka till ett varvtal under tomgångsvarvtalet, så att det inte går att lägga i den val- da växeln utan en lägre växel i stället måste väljas.

Syftet med föreliggande uppfinning är att lösa ovan beskrivna problem och göra det möjligt att, t ex från start av fordonet och under acceleration upp till vald marchfart, nå den valda marchfarten med färre antal växlingar än som hittills varit möjligt, för att därigenom bl a uppnå bättre komfort och högre prestanda.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att motorstyrenheten är anordnad att - då synkroniseringen med motorn vid växling kräver lägre motorvarvtal än motorns av motorstyrenheten bestämda tomgångsvarvtal för vald växel - styra motorvarvtalet mot ett varvtal lägre än tomgångsvarvtalet och att transmissionsstyrenheten är an- 10 15 20 '25 521 540 3 ordnad att lägga i den valda växeln, när motorvarvtalet har uppnått ett med den in- gående axelns varvtal synkront varvtal under tomgångsvarvtalet.

Genom att möjliggöra styrning av motorvarvtalet till ett varvtal lägre än tom- gångsvarvtalet kan inte bara uppväxling under överhoppande av växelsteg ske utan dessutom kan uppväxling till en ny högre växel ske tidigare än om lägsta varvtalet är tomgångsvarvtalet. Dessutom kan säkerhetsmarginalen mot förändringar i fordonets omgivning (färdmotstånd, väglutning) ökas vid uppväxling om motorn tillåts styras till ett lägre varvtal än tomgångsvarvtalet. Detta innebär att växling kan ske som un- der normala förhållanden trots att indata skulle kunna vara osäkra.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar en schematisk framställning av en utföringsform av ett drivaggregat enligt uppfinningen, fig. 2 kopplingen och växellådan i fig. 1 i förstorad skala, fig. 3 ett diagram över motorvarvtal och växellådans ingående varvtal som funktion av tiden vid uppväxling i brant uppförsbacke, fig. 4 ett motsva- rande diagram vid uppväxling på plan mark och fig. 5 ett diagram illustrerande er- forderliga uppväxlingsvarvtal för att hamna på tomgångsvarvtal efter växling för fyra växelsteg.

I fig. 1 betecknar 1 en sexcylindrig förbränningsmotor, t ex en dieselmotor, vars vevaxel 2 är kopplad till en generellt med 3 betecknad enskivig torrlamellkoppling, vilken är innesluten i en kopplingskåpa 4. I stället för en enskivig lamellkoppling kan en tvåskivig koppling användas. Vevaxeln 2 är ovridbart förbunden med kopp- lingens 3 kopplingshus 5, medan dess lamellskiva 6 är ovridbart förbunden med en ingående axel 7 (fig. 2), som är roterbart lagrad i huset 8 hos en generellt med 9 be- tecknad växellåda. I huset 8 är en huvudaxel 10 (fig. 2) och en mellanaxel 11 (fig. 2) roterbart lagrade. 10 15 20 25 30 521 540 4 Såsom tydligast framgår av fig. 2 är ett kugghjul 12 roterbart lagrat på den ingående axeln 7 och låsbart på axeln med hjälp av en med synkroniseringsorgan försedd kopplingshylsa 13, vilken är ovridbart men axiellt förskjutbart lagrad på ett med den ingående axeln ovridbart förbundet nav 14. Med hjälp av kopplingshylsan 13 är även ett på huvudaxeln 10 roterbart lagrat kugghjul 15 låsbart relativt den ingående axeln 7. Kugghjulen 12 och 15 ingriper med kugghjul 16 resp. 17, som är ovridbart förbundna med mellanaxeln 11. På mellanaxeln ll är ytterligare kugghjul 18, 19 och 20 vridfast anordnade, vilka ingriper med på huvudaxeln 10 roterbart lagrade kugghjul 21 , 22 resp. 23, som är låsbara på huvudaxeln med hjälp av kopplingshyl- sor 24 resp. 25, vilka i det visade utföringsexemplet saknar synkroniseringsanord- ningar. På huvudaxeln 10 är ett ytterligare kugghjul 28 roterbart lagrat och ingriper med ett på en separat axel 29 roterbart lagrat mellankugghjul 30, vilket i sin tur in- griper med mellanaxelkugghjulet 20. Kugghjulet 28 är låsbart på sin axel med hjälp av en kopplingshylsa 26.

Kugghjulsparen 12, 16 och 15, 17 samt kopplingshylsan 13 bildar en splitväxel med ett lågväxelsteg LS och ett högväxelsteg HS. Kugghjulsparet 15, 17 bildar även till- sammans med kugghjulsparen 21, 18, 22, 19, 23, 20 och 28, 30 en basväxellåda med fyra växlar framåt och en backväxel. På huvudaxelns 10 utgångsånde är ett kugghjul 31 vridfast anordnat, vilket bildar solhjulet i en med 32 betecknad, tvåväxlad range- växel av planettyp, vars planethjulsbärare 33 år vridfast förbunden med en axel 34, som bildar växellådans utgående axel. Rangeväxelns 32 planethjul 35 ingriper med ett ringhjul 36, som med hjälp av en kopplingshylsa 37 är låsbart relativt växellåds- huset 8 för lågrange LR och relativt planethjulsbäraren 33 for högrange HR. Kopp- lingshylsan 37 har även ett mellan växellägena LR och HR liggande neutralläge NR, i vilket den utgående axeln 34 är frikopplad från huvudaxeln 10.

Kopplingshylsorna 13, 24, 25, 26 och 37 är förskjutbara såsom pilarna visar i fig. 2, varvid de i anslutning till pilarna visade våxelstegen erhålles. Förskjutningen åstad- kommes med i fig. 2 schematiskt antydda servodon 40, 41, 42, 43 och 44, som kan 10 15 20 5:25 30 vara pneumatiskt manövrerade kolv-cylinderanordningar av den typ, som utnyttjas i en växellåda av ovan beskrivet slag, vilken marknadsförs under beteckningen Gear- tronic®. Servodonen styrs av en elektronisk transmissionsstyrenhet 45 (fig. 1), inne- fattande en mikrodator, i beroende av i styrenheten inmatade signaler representeran- de olika motor- och fordonsdata, som omfattar åtminstone motorvarvtal, fordons- hastighet, kopplings-och gaspedalläge samt, i förekommande fall, motorbroms till- från, när en till styrenheten 45 kopplad elektronisk växelväljare 46 står i sitt auto- matläge. När väljare står i läge för manuell växling sker växlingen på förarens kommando via växelvälj aren 46. Transmissionsstyrenheten 45 kommunicerar med en motorstyrenhet 48 och styr tillsammans med denna även bränsleinsprutningen, dvs motorvarvtalet, i beroende av gaspedalläget samt lufttillförseln till en pneuma- tisk kolv-cylinderanordning 47, medelst vilken kopplingen 3 inkopplas och fri- kopplas.

Transmissionsstyrenheten 45 är på känt sätt programmerad, så att den håller kopp- lingen 3 inkopplad, när fordonet står stilla och växelvälj aren 46 ligger i neutralläget.

Detta betyder att motorn driver den ingående axeln 7 och därmed också mellanax- eln, medan den utgående axeln 34 är frikopplad. Eventuella av mellanaxeln drivna tillsatsaggregat, t ex en oljepump för växellådans Smörjning, drivs i detta läge. Styr- enheten 45 är vidare programmerad att, då fordonet står stilla och växelväljaren flyttas från neutralläget till ett växelläge, antingen till ett läge för automatväxling eller till ett läge med av föraren vald startväxel, först frikoppla kopplingen 3, sedan bromsa mellanaxeln ll till stopp med hjälp av den i fig. 2 antydda mellanaxelbrom- sen 50, som kan vara en i och för sig känd, av styrenheten 45 styrd bromsanordning.

Med mellanaxeln 11 bromsad till stopp eller i varje fall åtminstone i det närmaste till stopp initierar styrenheten 45 nu växling i basväxellådan till en startväxel, som ges av automatiken eller av föraren vald totalväxel. När föraren efter iläggning av vald startväxel, t ex ettans växel, ger gas, fungerar gaspedalen som en omvänd kopplingspedal, vilken via transmissionsstyrenheten successivt ökar kopplingsin- greppet med ökande gaspådrag. 10 15 20 25 521 540 Om nästa växel som väljs - antingen direkt av föraren eller av automatiken i bero- ende av en i transmissionsstyrenheten 45 inlagrad växelvalsstrategi, som kan ta hän- syn till hur fordonets omgivning ser ut en bit in i framtiden - är två eller tre steg högre än startväxeln, kan den situationen inträffa att varvtalet på växellådans ingå- ende axel, som ju är direkt beroende av fordonets hastighet, kräver ett lägre varvtal än tomgångsvarvtalet för synkronisering med motorn. Detsamma kan inträffa vid växling till närmast högre växel, om växlingen sker i en brant uppförsbacke. I dia- grammet i fig. 3 illustreras denna situation vid växling i brant uppförsbacke, där fordonet tappar så mycket hastighet från det att växlingen initieras till dess att mo- torvarvtalet och hastigheten hos växellådans ingående axel (fordonshastigheten) är synkrona, att detta varvtal hamnar under tomgångsvarvtalet. Genom att enligt upp- finningen programmera motorstyrenheten 48, så att den i en dylik situation sänker lägsta tillåtna motorvarvtal till ett varvtal under tomgångsvarvtalet, såsom illustreras i fig. 3, t ex från ett tomgångsvarvtal på ca 600 rpm eller i förekommande fall 700 rpm vid kall motor till ett lägsta varvtal på ca 500 rpm, sker synkronisering i varv- talsområdet mellan nämnda varvtal så att synkroniseringen kan genomföras och växlingen ske utan skrap i växellådan.

Sänkningen av tomgångsvarvtalet möjliggör uppväxling i mycket branta backar, där uppväxling inte tidigare varit möjlig med tomgångsvarvtalet som lägsta varvtals- gräns utan föraren varit tvungen att ligga kvar på låg växel till slutet av backen.

Detta är särskilt viktigt vid start, eftersom första växlingen är den mest kritiska, då växellådans ingående axel retarderar snabbt p g a den stora utväxlingen. Momentet räcker normalt till (p g a den stora utväxlingen), vilket betyder att kan man bara växla upp första växlingen, så brukar det gå att växla upp några ytterligare steg. Om det är en lång brant backe vinner man mycket på att kunna köra på några växlar hög- IC. 10 15 20 i25 30 I diagrammet i fig. 4 visas på motsvarande sätt förloppet vid uppväxling på plan mark. Under växlingen är i princip vagnshastigheten och därmed även varvtalet på växellådans ingående axel oförändrade. Tiden från det att växlingen initierats och till dess att varvtalen hos motorn och växellådans ingående axel är synkrona, så att växlingen kan fullbordas, beror visserligen på hur snabbt motorvarvtalet faller, men det uppstår aldrig något problem med att till slut få i växeln. För att snabbt få ned motorvarvtalel kan man utnyttja befintliga motorbromsanordningar som avgasbrom- sar eller dekompressionsbromsar, som är vanligt förekommande hos motorer för tunga lastbilar.

I diagrammet i fig. 5 illustreras förhållandena mellan olika motorvarvtal som krävs för att hamna på tomgångsvarvtal vid uppväxling. ”a” markerar varvtalet för att hamna på tomgångsvarvtalet vid växling till närmast efterföljande växel. ”b”, ”c” och ”d” markerar motsvarande vid överhopp av ett, två respektive tre växelsteg. Så- som framgår av diagrammet är det inte möjligt att med bibehållen varvtalsgräns för tomgångsvarvtalet direkt ta fyra växlingssteg upp, eftersom motorns maxvarvtal då måste överskridas för att tomgångsvarvtalet inte skall underskridas. Genom att i en- lighet med uppfinningen tillfälligt sänka den nedre varvtalsgränsen under tom- gångsvarvtalet vid val av en växel som kräver lägre växlingsvarvtal än tom- gångsvarvtalet kan en fyrstegsväxling ändå genomföras, såsom illustreras med den punkt-streckade stapeln i diagrammet.

Generellt gäller att låga motorvarvtal ger bättre komfort. Det är därför en fördel inte minst ur komfortsynpunkt att sänka motorvarvtalen i de fall detta är möjligt. Man kan då, jämfört med viss uppväxling utan sänkning av motorvarvtalet under tom- gångsvarvtalet, ta samma uppväxlingssteg men flytta ned växlingsvarvtalen.

Claims (4)

10 15 20 25 30 BIN 540 Patentkrav

1. Drivaggregat för motorfordon, innefattande en förbränningsmotor (1) och en via en lamellkoppling (3) med motoms vevaxel (2) förbunden ingående axel (7) till en stegväxlad växellåda (9), som har minst en i ett hus lagrad mellan- axel (1 1), vilken uppvisar minst ett kugghjul (16,l7) i ingrepp med ett kugghjul (12,15) på den ingående axeln, en i huset lagrad huvudaxel (10) med kugghjul (15,21,22,23), som ingriper med kugghjul (17,18, 19,20) på mellanaxeln, varvid åt- minstone det ena kugghjulet i varje par med varandra ingripande kugghjul på mel- lanaxeln och huvudaxeln är roterbart lagrat på sin axel och låsbart medelst kopp- lingsorgan (13,24,25), av vilka åtminstone kopplingsorganen för några framåtväxlar saknar synkroniseringsfunktion, samt med kopplingsorganen samverkande manö- verorgan (40,41 ,42), som är styrda av med en växelväljare (46) förbundna styrorgan (45,48) med transmissionsstyrfunktion och motorstyrfunktion, i vilka inmatas sig- naler representerande vald växel samt olika motor- och fordonsdata, som åtminstone innefattar motorvarvtal, varvtal på ingående axel, fordonshastighet, kopplingsläge och gaspedalläge, kännetecknat av att nämnda styrorgan (45,48) är anordnade att - då synkronisering med motorn vid växling kräver lägre motorvarv än motoms av styrorganen bestämda tomgångsvarv för vald växel - styra motorvarvtalet mot ett varvtal lägre än tomgångsvarvtalet och att styrorganen är anordnade att lägga i den valda växeln, när motorvarvtalet har uppnått ett för den valda växelns iläggning lämpligt varvtal under tomgångsvarvtalet.

2. Drivaggregat enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda styrorgan (45,48) inne- fattar en transmissionstyrenhet (45) och en motorstyrenhet (48) som kommunicerar med varandra.

3. Drivaggregat enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att det av motorstyrenheten (48) bestämda tomgångsvarvtalet är ca 600 rpm och att motorstyrenheten är anord- nad att under nämnda förutsättningar vid växling sänka lägsta motorvarvtalet till ca 500 rpm.. .. .nu 521 540

4. Drivaggregat enligt krav 3, kännetecknat av att motorstyrenheten (48) är anord- nad att under vissa omständigheter, t ex vid kall motor, styra motorvarvtalet mot ett förhöjt tomgångsvarvtal, t ex ca 700 rpm, och vid växling under nämnda förutsätt- ningar sänka lägsta tillåtna motorvarvtalet till ett varvtal under det ursprungliga tomgångsvartalet.