DE10036251A1

DE10036251A1 - Kraftübertragungssystem

Info

Publication number: DE10036251A1
Application number: DE10036251A
Authority: DE
Inventors: Robin John Warren
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-04-26
Also published as: GB9919179D0; GB0019186D0; GB2354294B; GB2354294A; US6440039B1

Abstract

Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge besitzt eine Hauptantriebskupplung, Kupplungsbetätigungsmittel zur Steuerung des Einkupplungszustands der Kupplung, ein Getriebe mit mehreren Übersetzungen, einen Gangschaltmechanismus zum Schalten der Arbeitsübersetzung des Getriebes, einen vom Fahrer betätigbaren Fahrbetriebshebel, der dem Fahrer die Auswahl der Neutralstellung oder eines Fahrmodus gestattet, und elektronische Steuermittel zur Steuerung der Kupplungsbetätigungsmittel und des Gangschaltmechanismus, wobei die Steuermittel bei Starten des Motors die Kupplung auskuppeln und die Kupplung erneut einkuppeln, wenn das Getriebe bei stillstehendem Fahrzeug für eine vorprogrammierte Zeitspanne in der Neutralstellung verbleibt, damit die Eingangswelle des Getriebes gedreht wird und das Getriebeöl erwärmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf automatisierte oder halbautomatisierte Kraftübertragungssysteme, wie beispielsweise Getriebe von Fahrzeugen. Besagte Kraftübertragungssysteme besitzen eine Kupplung, wie Hauptantriebskupplung, Kupplungsbetätigungsmittel zur Steuerung des Einkupplungszustands der Kupplung, ein Getriebe mit mehreren Übersetzungen, einen Gangschaltmechanismus zum Schalten der Arbeitsübersetzung des Getriebes und einen vom Fahrer betätigbaren Fahrbetriebshebel, der einem Fahrer die Auswahl der Neutralstellung oder eines Fahrmodus gestattet.

Bei Kraftübertragungssystemen dieses Typs ist beim Anfahren aus dem Stand die Kupplung ausgekuppelt und ein Anfahrgang wird automatisch gewählt. Bei Betätigung des Fahrpedals wird dann die Kupplung eingekuppelt. Ein Kraftübertragungssystem dieses Typs wird im britischen Patent Nr. 2302377 dargelegt, deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gehört.

Typischerweise wird bei solchen Kraftübertragungssystemen beim Starten des Motors das Kraftübertragungssystem eingeschaltet und die Kupplung automatisch ausgekuppelt. Eine Bewegung des Fahrbetriebshebels, wie Wähl- oder Schalthebel, aus der Neutralstellung N in einen Fahrmodus, beispielsweise "Fahrt" D oder "Rückwärts" R, bewirkt, daß automatisch ein Anfahrgang gewählt wird.

Das Auskuppeln der Kupplung beim Einschalten des Kraftübertragungssystems hat den Nachteil, daß die Getriebeeingangswelle nicht angetrieben wird. Folglich kommt es zu keinem Zahnradeingriff, der zur Erwärmung des Getriebeöls führen könnte. Wird nach einem Kaltstart der Motor zum Aufwärmen laufen gelassen, dann werden zwar Motorkühlmittel und Motoröl auf Temperatur gebracht, nicht jedoch das Getriebeöl und somit das Getriebe.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der hier beschriebenen Erfindung gehören zu einem Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge eine Hauptantriebskupplung, Kupplungsbetätigungsmittel zur Steuerung des Einrückzustands der Kupplung, ein Getriebe mit mehreren Übersetzungen, ein Gangschaltmechanismus zum Schalten der Arbeitsübersetzung des Getriebes, ein vom Fahrer betätigbarer Fahrbetriebshebel, der dem Fahrer die Auswahl der Neutralstellung oder eines Fahrmodus gestattet, und elektronische Steuermittel zur Steuerung der Kupplungsbetätigungsmittel und des Gangschaltmechanismus; wobei die Steuermittel bewirken, daß die Kupplungsbetätigungsmittel beim Starten des Motors die Kupplung auskuppeln, und auch bewirken, daß die Kupplungsbetätigungsmittel die Kupplung wieder einkuppeln, wenn das Getriebe für ein vorprogrammierte Zeitspanne bei stehendem Fahrzeug in der Neutralstellung verbleibt.

Erneutes Einkuppeln der Kupplung auf diese Weise bewirkt, daß die Getriebeeingangswelle angetrieben wird, so daß es durch Zahnradeingriff zu einem Aufwärmen des Getriebeöls kommt.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung bewegt sich die Zeitspanne in der Größenordnung von 5 Sekunden. Vorzugsweise erfolgt erneutes Einkuppeln der Kupplung auf diese Weise nur unter Bedingungen eines Kaltstarts, wenn zum Beispiel:

a) die Getriebeöltemperatur unter einem vorprogrammierten Wert liegt, zum Beispiel 0 Grad Celsius; und/oder
b) der Motor bei einer über einem vorprogrammierten Wert liegenden Leerlaufdrehzahl läuft, zum Beispiel 1200 Umdrehungen pro Minute, was darauf verweisen würde, daß aufgrund der Warmlaufphase des Motors die Leerlaufdrehzahl angehoben ist.

Das oben beschriebene Verfahren für das Aufwärmen wird vorzugsweise unter folgenden Bedingungen beendet und die Kupplung ausgekuppelt:

a) wenn Maßnahmen ergriffen werden, um einen Anfahrgang zu schalten, indem beispielsweise der Fahrbetriebshebel aus der Neutralstellung in einen Fahrmodus gebracht wird und/oder
b) wenn die Getriebeöltemperatur über einen vorprogrammierten Mindestwert ansteigt, zum Beispiel 0 Grad Celsius und/oder
c) wenn die Leerlaufdrehzahl des Motors unter einen vorprogrammierten Mindestwert abfällt, zum Beispiel 900 Umdrehungen pro Minute, was darauf verweisen würde, daß der Motor aufgewärmt hat oder unmittelbar vor dem Absterben steht und/oder
d) das Fahrzeug beginnt, sich in Bewegung zu setzen.

Erneutes Einkuppeln der Kupplung gemäß der hier beschriebenen Erfindung kann durch die entsprechende Maßnahme seitens des Fahrers unterbunden werden, selbst wenn anderweitig die Voraussetzungen erfüllt sind, indem beispielsweise das Bremspedal oder das Fahrpedal aus der Ruhestellung bewegt wird oder durch eine beliebige Bewegung der Betriebsmodus- oder Gangwahl-Schaltmittel.

Das erneute Einkuppeln der Kupplung in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung kann stattfinden, wenn das Getriebe in der Neutralstellung steht, weil die entsprechende Maßnahme nicht ergriffen wurde, um ein Anfahren aus dem Stand oder das Schalten eines Anfahrgangs in die Wege zu leiten, oder weil durch Intervention des Steuergeräts der Anfahrgang automatisch ausgekuppelt wurde.

Es folgt die beispielhafte Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung, die eine Schemazeichnung eines halbautomatischen Kraftübertragungssystems in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung zeigt.

In der beigefügten Abbildung wird ein Motor 10 mit einem Starter und zugehörigem Starterkreis 10a gezeigt, der über die Hauptantriebs- Reibkupplung 14 und eine Getriebeeingangswelle 15 mit einem Dreiwellengetriebe 12 mit mehreren synchronisierten Übersetzungen verbunden ist. Dem Motor wird Kraftstoff über eine Drosselklappen- Baugruppe 16 zubemessen, zu der eine Drosselklappe 18 gehört, die über das Fahrpedal 19 betätigt wird. Die Erfindung ist in gleicher Weise bei Ottomotoren und bei Dieselmotoren mit elektronischer oder mechanischer Kraftstoffeinspritzung anwendbar.

Die Kupplung 14 wird über eine Ausrückgabel 20 betätigt, auf die ein hydraulischer Nehmerzylinder 22 einwirkt, der vom Kupplungsbetätigungs- Steuermittel 38 angesteuert wird.

Ein Gangwahlhebel 24 wird in einem Gatter 50 bewegt, welches zwei Schenkel 51 und 52 besitzt, die über eine Führung 53 miteinander verbunden sind, und zwar vom Ende des Schenkels 52 her zur Mitte zwischen den Enden des Schenkels 51. Durch das Gatter 50 werden fünf Stellungen festgelegt: "R" am Ende des Schenkels 52; "N" in der Mitte zwischen den Enden der Führung 53; "S" an der Verbindung des Schenkels 51 mit der Führung 53; und "+" und "-" an den äußeren Enden des Schenkels 51. Innerhalb des Schenkels 51 ist der Hebel 24 zur Mittelstellung "S" hin vorgespannt. Die Stellung "N" des Schalthebels 24 entspricht der Neutralstellung; die Stellung "R" entspricht der Stellung für den Rückwärtsgang, die Stellung "S" entspricht der Stellung für Vorwärtsfahrt; die kurzzeitige Bewegung des Hebels in die Stellung "+" liefert ein Befehlssignal, aufgrund dessen das Getriebe um ein Übersetzungsverhältnis hochschaltet, und die kurzzeitige Bewegung des Schalthebels 24 in die Stellung "-" liefert ein Befehlssignal, aufgrund dessen das Getriebe um ein Übersetzungsverhältnis herunterschaltet.

Die Stellungen des Hebels 24 werden von einer Reihe von Sensoren überwacht, beispielsweise von Mikroschaltern oder optischen Sensoren, die um das Gatter 50 herum angeordnet sind. Signale von diesen Sensoren werden an ein elektronisches Steuergerät 36 übermittelt. Ein Ausgangssignal vom Steuergerät 36 steuert einen Schaltmechanismus 25, über den die Gänge des Getriebes 12 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Schalthebels 24 durch den Fahrer geschaltet werden. Zum Schaltmechanismus 25 können beispielsweise Hydraulikzylinder und elektromagnetisch betätigte Steuerventile zur Bewegung von Schaltgliedern gehören, um die unterschiedlichen Gänge zu schalten und aus diesen heraus zu schalten, wie beispielsweise offengelegt in der früheren Patentschrift Nr. WO 97/05410 des Antragstellers.

Zusätzlich zu den Signalen vom Schalthebel 24 empfängt das Steuergerät 36 Signale von:
Sensor 19a, der das Ausmaß der Betätigung des Fahrpedals 19 anzeigt;
Sensor 30, der den Öffnungsgrad der Drosselklappe 18 anzeigt;
Sensor 26, der die Motordrehzahl anzeigt;
Sensor 42, der die Drehzahl der Kupplungsscheibe anzeigt;
Sensor 34, der die Stellung des Kupplungsnehmerzylinders anzeigt; und
Sensor 32, der den geschalteten Gang anzeigt.

Das Steuergerät 36 wertet die Signale von diesen Sensoren aus, um die Betätigung der Kupplung 14 beim Anfahren aus dem Stand und bei Gangwechseln zu steuern, beispielsweise wie in den früheren Patentschriften Nr. EP 0038113, EP 0043660, EP 0059035, EP 0101220 und WO 92/13208 des Antragstellers beschrieben, deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gehört.

Über die oben angesprochenen Sensoren hinausgehend empfängt das Steuergerät 36 auch Signale vom Sensorsystem 52 eines Antiblockier- Bremssystems (ABS), vom Zündschalter 54 und dem Bremsschalter 56, der zum Hauptbremssystem gehört, beispielsweise zur Fußbremse 58 des Fahrzeugs.

An das Steuergerät 36 ist ein Warnsummer 50 angeschlossen, um den Fahrer auf das Auftreten bestimmter Betriebsbedingungen aufmerksam zu machen bzw. vor diesen zu warnen. Zusätzlich zum Warnsummer 50 oder anstelle dessen kann eine blinkende Warnleuchte oder ein anderes Anzeigemittel verwendet werden. Außerdem ist eine Gangstellungsanzeige 60 vorgesehen, die anzeigt, welcher Gang geschaltet ist.

Wenn beim oben beschriebenen System das Fahrzeug stillsteht und der Motor 10 durch Betätigung des Zündschalters 54 gestartet wird, wird das Kraftübertragungssystem eingeschaltet und das Steuergerät 36 bewirkt, daß durch die Kupplungsbetätigungsmittel 38, 22, 20 die Kupplung 14 ausgekuppelt wird. Unter normalen Betriebsbedingungen bewirkt eine Bewegen des Schalthebels 24 aus der Neutralstellung "N" in die Fahrstellung "S" oder in die Stellung für den Rückwärtsgang "R", daß vom Steuergerät 36 der Gangschaltmechanismus 25 angesteuert wird, um das niedrigste Übersetzungsverhältnis für Vorwärtsfahrt (erster Gang) beziehungsweise den Rückwärtsgang zu schalten. Beim Durchtreten des Fahrpedals 19 zum Losfahren mit dem Fahrzeug werden vom Steuergerät 36 daraufhin die Kupplungsbetätigungsmittel 38, 22, 20 angesteuert, um die Kupplung 14 zum Anfahren erneut einzukuppeln. Um sanftes Anfahren sicherzustellen, wird das erneute Einkuppeln der Kupplung 14 in dieser Weise durch das Steuergerät 36 auf eine Weise gesteuert, die beispielsweise in EP 0038113; EP 0696341 oder EP 0735957 dargelegt wurde.

Bleibt nach Einschalten des Kraftübertragungssystems und Auskuppeln der Kupplung 14 die Kraftübertragung für eine Zeitspanne von mehr als 5 Sekunden in der Neutralstellung, während bei einem Kaltstart die Getriebeöltemperatur unter 0 Grad Celsius liegt oder während der Motor bei Leerlaufdrehzahl mit mehr als 1200 Umdrehungen pro Minute läuft, dann werden vom Steuergerät 36 die Kupplungsbetätigungsmittel 38, 22, 20 angesteuert, um die Kupplung 14 erneut einzukuppeln, damit die Getriebeeingangswelle 15 angetrieben wird und durch Zahnradeingriff die Getriebeöltemperatur heraufgesetzt wird.

Die Kupplung 14 bleibt eingekuppelt, bis:

a) eine Maßnahme ergriffen wird, um einen Anfahrgang zu schalten, beispielsweise durch Bewegen des Schalthebels 24 aus der Neutralstellung "N" in die Stellung für den Vorwärtsgang "S" oder für den Rückwärtsgang "R";
b) die Getriebeöltemperatur über 0 Grad Celsius ansteigt;
c) die Leerlaufdrehzahl des Motors unter 900 Umdrehungen pro Minute abfällt, oder
d) das Fahrzeug beginnt, sich in Bewegung zu setzen;

woraufhin das Steuergerät

36

die Kupplungsbetätigungsmittel

38

,

22

,

20

ansteuert, um die Kupplung

14

auszukuppeln, so daß das Anfahren aus dem Stand in der normalen Weise fortgesetzt werden kann.

Ergreift innerhalb von 5 Sekunden nach dem Einschalten des Kraftübertragungssystems der Fahrer eine Maßnahme, um die Bremsen 58 zu betätigen, das Fahrpedal 19 durchzutreten oder den Schalthebel 24 zu bewegen, wird der oben beschriebene Warmlaufmodus unterbunden. Der Warmlaufmodus kann dann nach Verstreichen von 5 Sekunden wieder aufgenommen werden, wenn die Bremsen 58 oder das Fahrpedal 19 wieder freigegeben wurden oder das Getriebe entweder von Hand oder automatisch wieder in die Neutralstellung gebracht wurde.

Unterschiedliche Modifikationen können vorgenommen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. So sind beispielsweise die verschiedenen oben angegebenen Temperaturen und Zeitspannen nur exemplarisch, und diese Temperaturen und Zeitspannen können nach Bedarf abgeändert werden.

Während in der oben beschriebenen Ausführungsform Hydraulikmittel zur Betätigung der Kupplung und des Gangschaltmechanismus eingesetzt werden, können auch andere geeignete Stellglieder genutzt werden, beispielsweise pneumatische oder elektrische Mittel, zum Beispiel Elektromotoren oder Magnetventile.

Die hier beschriebene Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf vollautomatisierte Getriebesysteme, bei denen das Schalten aller Gänge durch das Steuergerät 36 gesteuert wird, unter Heranziehung beispielsweise von Kennfeldern, die den Übersetzungsverhältnissen des Getriebes 12 entsprechen.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungs vorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzie lung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombi nationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selb ständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Ver fahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsver fahren betreffen.

Claims

1. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge, zu dem eine Kupplung, wie Hauptantriebskupplung, gehört, Kupplungsbetätigungsmittel zur Steuerung des Einkupplungszustands der Kupplung, ein Getriebe mit mehreren Übersetzungen, ein Gangschaltmechanismus zum Schalten der Übersetzung des Getriebes, ein vom Fahrer betätigbarer Fahrbetriebshebel, der dem Fahrer die Auswahl der Neutralstellung oder eines Fahrmodus gestattet, und elektronische Steuermittel zur Steuerung der Kupplungsbetätigungsmittel und des Gangschaltmechanismus, wobei die Steuermittel bewirken, daß die Kupplungsbetätigungsmittel beim Starten des Motors die Kupplung auskuppeln, und auch bewirken, daß die Kupplungsbetätigungsmittel die Kupplung wieder einkuppeln, wenn das Getriebe für ein vorprogrammierte Zeitspanne bei stehendem Fahrzeug in der Neutralstellung verbleibt.

2. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Anspruch 1, bei dem die vorprogrammierte Zeitspanne in der Größenordnung von 1 bis 10 Sekunden liegt.

3. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Anspruch 1, bei dem die vorprogrammierte Zeitspanne in der Größenordnung von 5 Sekunden liegt.

4. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Ansprüchen 1, 2 oder 3, bei dem die Kupplung nach Ablauf der vorprogrammierten Zeitspanne erneut eingekuppelt wird, wenn eine Temperatur des Getriebes, wie beispielsweise die Getriebeöltemperatur, unter einer vorprogrammierten Temperatur liegt.

5. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Anspruch 4, bei dem die vorprogrammierte Temperatur in der Größenordnung von 0 Grad Celsius liegt.

6. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem die nach Ablaufen der vorprogrammierten Zeitspanne erneut eingekuppelt wird, wenn der Motor bei einer Leerlaufdrehzahl läuft, die über einem vorprogrammierten Wert der Drehzahl liegt.

7. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Anspruch 6, bei dem der vorprogrammierte Wert für die Leerlaufdrehzahl in der Größenordnung von 1200 Umdrehungen pro Minute liegt.

8. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verfahren für das Aufwärmen des Getriebes beendet und die Kupplung ausgekuppelt wird, wenn:

a) Maßnahmen ergriffen werden, um einen Anfahrgang zu schalten und/oder
b) eine Getriebetemperatur über einen vorprogrammierten Wert ansteigt und/oder
c) die Leerlaufdrehzahl des Motors unter einen vorprogrammierten Wert abfällt und/oder
d) das Fahrzeug beginnt, sich in Bewegung zu setzen.

9. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Anspruch 8, bei dem die vorprogrammierte Temperatur in der Größenordnung von 0 Grad Celsius liegt.

10. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem der vorprogrammierte Mindestwert für die Leerlaufdrehzahl des Motors in der Größenordnung von 900 Umdrehungen pro Minute liegt.

11. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein erneutes Einkuppeln der Kupplung durch die entsprechende Maßnahme seitens des Fahrers unterbunden wird.

12. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge gemäß Anspruch 11, bei dem ein erneutes Einkuppeln der Kupplung unterbunden wird durch:

a) eine Betätigung der Fahrzeugbremsen und/oder
b) eine Betätigung der Drosselklappenbetätigungsmittel; und/oder
c) eine Bewegung der Fahrmodus-Schaltmittel oder eines Gangschaltmittels.

13. Ein Kraftübertragungssystem für Fahrzeuge im wesentlichen wie hier beschrieben, unter Bezugnahme auf und wie gezeigt in der beigefügten Abbildung.