DE10148083B4

DE10148083B4 - Hydraulische Betätigungssysteme

Info

Publication number: DE10148083B4
Application number: DE10148083.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Spörl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: GB0124086D0; DE10148083A1; GB2367867B; US20020069716A1; US6553857B2; GB0025000D0; ITMI20012104A1; GB2367867A

Abstract

Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Betätigungssystems für ein automatisches Getriebesystem mit: einem hydraulisches Kupplungsstellglied zur Betätigung einer Kupplung; einem Gangschaltungsstellglied zur Steuerung des Schaltens in einen Gang; einem Speicher; einer durch einen Elektromotor betriebenen konstanten Verdrängungspumpe, wobei ein Ausgang der motorbetriebenen Pumpe an den Speicher angeschlossen ist, um diesen über ein Rückschlagventil zu laden; einem Hauptsteuerventil, zum selektiven Anschließen des Speichers an das hydraulische Kupplungsstellglied oder das Gangschaltungsstellglied; einem Druckwandler, der zwischen dem Speicher und dem Einlass des Hauptsteuerventils angeordnet ist und den Speicherdruck misst, und einem Steuermittel, wobei das Steuermittel die Erregung des Hauptsteuerventils steuert, um einen Gangwechsel auszuführen; wobei das Verfahren umfaßt: beim Einleiten eines Gangwechsels das Öffnen des Kupplungsstellgliedes zu dem Speicher, um ein Ausrücken der Kupplung herbeizuführen; das Trennen des Kupplungsstellgliedes von dem Speicher, um die Kupplung in einer ausgerückten Position an einem Punkt zu verriegeln, an dem die Kupplung in einem Ausmaß ausgerückt ist, daß sie kein Drehmoment überträgt, aber das Kupplungsstellglied noch nicht soweit in Ausrückrichtung bewegt ist dass die vollständig ausgerückte Position erreicht wird. das Einschalten des Pumpenmotors, um einen vorbestimmten Speicherdruck an einer vorbestimmten Stufe des Gangwechsels bereitzustellen; und das Wiederverbinden des Kupplungsstellgliedes mit dem Speicher, um den vorbestimmten Druck aufrechtzuerhalten oder gesteuert den Druck von dem vorbestimmten Druck zu ändern.

Description

Diese Erfindung betrifft hydraulische Betätigungssysteme und insbesondere hydraulische Betätigungssysteme für automatische Getriebesysteme.
In automatischen Getriebesystemen zum Beispiel jener Art, die in WO97/05410 oder WO97/40300 offenbart ist, deren Inhalt ausdrücklich in der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird, werden Flüssigkeitsdruckstellglieder zur Steuerung der Betätigung eines Kupplungsstellgliedmechanismus und/oder eines Gangschaltungsmechanismus verwendet. Gemäß WO97/05410 werden separate Steuerventile zur Steuerung des Kupplungsstellgliedmechanismus und des Gangschaltungsmechanismus verwendet.
WO97/40300 offenbart ein hydraulisches Betätigungssystem, in dem ein Hauptsteuerventil sowohl den Kupplungsbetätigungsmechanismus als auch, gemeinsam mit sekundären Ventilen, Schalt- und Wählstellglieder eines Gangschaltungsmechanismus steuert. Die derartige Verwendung eines einzigen Hauptsteuerventils verringert die Anzahl von Komponenten und senkt somit die Gesamtgröße und Kosten des Systems. Die Konstruktion des Hauptsteuerventils ist jedoch wesentlich komplizierter, wodurch die Kosteneinsparungen verringert werden.
Bisher wurde hydraulischer Druck zur Kupplungsbetätigung und zum Gangwechsel von einem Gasspeicher zugeführt, der durch eine elektrisch angetriebene Pumpe geladen wird. Der Speicher sorgt für eine direkte Zufuhr von Druckflüssigkeit für das Ausrücken der Kupplung bei Beginn eines Gangwechsels. Die Verwendung eines Speichers ermöglicht auch die Verwendung einer kleineren Pumpe.
Für gewöhnlich ist der Druck, der zur Betätigung der Kupplung erforderlich ist, in der Größenordnung von 30 bar, während der Druck, der für den Gangwechsel erforderlich ist, bis zu 60 bar betragen kann, aber im allgemeinen etwa 20 bar ist. Zur Aufnahme eines ausreichenden Volumens zur Kupplungsbetätigung und für den Gangwechsel muß der Druck im Speicher jedoch 60 bar betragen. Die Pumpe muß folglich bei 60 bar arbeiten, um den Speicher aufzuladen, um das erforderliche Flüssigkeitsvolumen zu speichern.
Ferner ist es wünschenswert, während des Gangwechsels die Kraft zu ändern, die auf das Schaltstellglied ausgeübt wird, wenn zum Beispiel in das Synchrongetriebe geschaltet wird. Dies wurde bisher erreicht, indem ein Druckwandler zur Messung des Drucks der Flüssigkeit verwendet wurde, die dem Schaltstellglied zugeführt wird, und der Flüssigkeitsstrom in das System unter Verwendung separater proportionaler Strömungssteuerventile zur Aufrechterhaltung des richtigen Drucks reguliert wurde.
Die Druckschriften DE 43 09 901A1 , DE 34 47 480A1 , US 5 105 922A , GB 2 315 454A und GB 2 336 884A zeigen Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Betätigungssystems für ein automatisches Getriebesystem.
Gemäß der Patentanmeldung DE 101 48 084A1 , die an demselben Tag wie die vorliegende eingereicht wurde, umfaßt ein hydraulisches Betätigungssystem für ein automatisches Getriebesystem: ein hydraulisches Kupplungsstellglied zur Steuerung des Einrückens einer Kupplung; ein Getriebeschaltungsstellglied zur Steuerung des Schaltens in einen Gang; einen Speicher; eine durch einen Elektromotor betriebene konstante Verdrängungspumpe, wobei ein Ausgang der motorbetriebenen Pumpe an den Speicher angeschlossen ist, um diesen über ein Rückschlagventil zu laden; ein Hauptsteuerventil zum selektiven Anschließen des Speichers an das hydraulische Kupplungsstellglied und/oder das Gangschaltungsstellglied; einen Druckwandler, der zur Messung des Flüssigkeitsdrucks in dem Speicher angeordnet ist; und ein Steuermittel, wobei das Steuermittel die Erregung des Hauptsteuerventils steuert, um einen Gangwechsel auszuführen.
Der Druck der Flüssigkeit in dem zuvor beschriebenen System und insbesondere jener, der während eines Gangwechsels an das Gangschaltungsstellglied abgegeben wird, kann durch Ein- und Ausschalten der Pumpe zu vorbestimmten Zeitpunkten gesteuert werden. Für eine exakte Steuerung des Drucks während eines Gangwechsels kann es notwendig sein, die Pumpe während des Wechsels mehrere Male ein- und auszuschalten. Da die Pumpe Zeit braucht, bis sie die volle Geschwindigkeit erreicht und zu einem vollständigen Stillstand kommt, ist ferner die Drucksteuerung auf diese Weise komplex.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Auf diese Weise wird durch das erneute Öffnen des Kupplungsstellgliedes zu dem Speicher, so daß es sich weiter in die vollständig ausgerückte Position der Kupplung bewegt, Flüssigkeit zu dem Kupplungsstellglied geleitet, die dem Druckanstieg aufgrund des Pumpenbetriebs entgegenwirkt. Diese Wirkung ist im wesentlichen spontan, wodurch eine Feinsteuerung möglich ist und die Frequenz verringert wird, mit welcher die Pumpe ein- und ausgeschaltet werden muß.
Folglich kann eine Kombination aus Ein- und Ausschalten der Pumpe zu vorbestimmten Zeitpunkten und Wiederanschießen des Kupplungsstellgliedes an den Speicher zur Steuerung des Drucks in dem System verwendet werden. Ferner kann die Rate, mit welcher die Flüssigkeit an das Kupplungsstellglied abgegeben wird, durch das Hauptsteuerventil gesteuert werden, so daß sie mit jener der Pumpe übereinstimmt, höher oder geringer als jene ist, damit der Speicherdruck konstant gehalten werden kann, mit einer geringeren Rate als der normalen Pumpenrate steigen oder mit einer gesteuerten Rate abnehmen kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Federspeicher verwendet. Der Federspeicher sorgt auch für eine passende Nachgiebigkeit in dem System, die zusätzlich eine exakte Drucksteuerung ermöglicht.
Der Druckwandler wird vorzugsweise in einem geschlossenen Rückkopplungssystem zur Steuerung des Speicherdrucks verwendet.
Die Erfindung wird nun nur als Beispiel mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen:
1 schematisch ein halbautomatisches Getriebesystem unter Verwendung eines hydraulischen Betätigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 einen Gangwählmechanismus und eine zugehörige Schaltkulisse des in 1 dargestellten Getriebesystems zeigt;
3 schematisch das hydraulische Betätigungssystem des in 1 dargestellten Getriebesystems zeigt;
4 eine schematische Schnittansicht des Hauptsteuerventils des in 3 dargestellten hydraulischen Betätigungssystems in einer erregten zweiten Position zeigt;
5 eine ähnliche Ansicht wie 4 des Hauptsteuerventils in einer erregten dritten Position zeigt;
6 eine ähnliche Ansicht wie 4 des Hauptsteuerventils in einer erregten vierten Position zeigt;
7 eine schematische Schnittansicht des Gangschaltungssteuerventils des in 3 dargestellten hydraulischen Betätigungssystems in einer erregten Null-Position zeigt;
8 eine ähnliche Ansicht wie 7 des Gangschaltungssteuerventils in einer erregten dritten Position zeigt;
9 eine ähnliche Ansicht wie 7 des Gangschaltungssteuerventils in einer erregten vierten Position zeigt; und
10 eine Kurve ist, die den Zustand des Pumpenmotors; der Kupplung, des Gangschaltungsmechanismus und des Speicherdrucks während eines typischen Gangwechselmusters zeigt.
1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt einen Motor 10 mit einem Starter und einem zugehörigen Starterschaltkreis 10a, der durch die Hauptantriebsreibungskupplung 14 mit einem mehrstufigen Synchrongetriebe 12 mit Vorgelege über eine Getriebe-Antriebswelle 15 gekoppelt ist. Kraftstoff wird dem Motor durch eine Drosselklappe 16 zugeführt, die ein Drosselventil 18 enthält, welches vom Gaspedal 19 betätigt wird. Die Erfindung ist gleichermaßen bei einem Benzin- oder Dieselmotor mit elektronischer oder mechanischer Kraftstoffeinspritzung anwendbar.
Die Kupplung 14 wird durch eine Kupplungsausrückgabel 20 betätigt, die von einem hydraulischen Nehmerzylinder 22 unter der Steuerung eines Kupplungsstellglied-Steuermittels 38 betätigt wird.
Ein Gangschalthebel 24 arbeitet in einer Schaltkulisse 50, die zwei Schenkel 51 und 52 aufweist, die durch eine Querbahn 53 verbunden sind, die sich von dem Ende des Schenkels 52 zur Mitte zwischen den Enden des Schenkels 51 erstreckt. Die Schaltkulisse 50 legt fünf Positionen fest; ”R” am Ende von Schenkel 52; ”N” in der Mitte zwischen den Enden der Querbahn 53; ”S” an der Verbindung von Schenkel 51 mit der Querbahn 53; und ”+” und ”–” an den Enden von Schenkel 51. Im Schenkel 51 wird der Hebel 24 in die mittlere Position ”S” vorgespannt. Die ”N”-Position des Gangschalthebels 24 entspricht dem Neutralbereich; ”R” entspricht dem Schalten in den Rückwärtsgang; ”S” entspricht dem Schalten in einen Vorwärtsgangmodus; eine kurze Bewegung des Hebels in die ”+”-Position gibt einen Befehl aus, daß das Schaltgetriebe ein Gangübersetzungsverhältnis nach oben geschaltet wird; und eine kurze Bewegung des Gangschalthebels 24 in die ”–”-Position gibt einen Befehl aus, daß das Schaltgetriebe ein Gangübersetzungsverhältnis nach unten geschaltet wird.
Die Positionen des Hebels 24 werden von einer Reihe von Sensoren erfaßt, zum Beispiel von Mikroschaltern oder optischen Sensoren, die um die Schaltkulisse 50 angeordnet sind. Signale von den Sensoren werden zu einer elektronischen Steuereinheit 36 geleitet. Ein Ausgang von der Steuereinheit 36 steuert einen Getriebeschaltungsmechanismus 25, der die Gangübersetzungsverhältnisse des Schaltgetriebes 12 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Gangschalthebels 24 durch den Fahrzeugbetreiber einrastet.
Zusätzlich zu den Signalen von dem Gangschalthebel 24 empfängt die Steuereinheit 36 Signale von:
Sensor 19a, welcher den Grad der Betätigung des Gaspedals 19 anzeigt;
Sensor 30, welcher den Grad der Öffnung des Drosselklappensteuerventils 18 anzeigt;
Sensor 26, welcher die Motordrehzahl anzeigt;
Sensor 42, welcher die Drehzahl der Kupplungsmitnehmerscheibe anzeigt; und
Sensor 34, welcher die Position des Kupplungsnehmerzylinders anzeigt.
Die Steuereinheit 36 verwendet die Signale von diesen Sensoren zur Steuerung der Betätigung der Kupplung 14 während des Anfahrens aus dem Stand und während der Gangwechsel, wie zum Beispiel in den Patentschriften EP0038113 , EP0043660 , EP0059035 , EP0101220 und WO92/13208 beschrieben ist, deren Inhalt ausdrücklich in der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.
Zusätzlich zu den obengenannten Sensoren empfängt die Steuereinheit 36 auch Signale von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 55, Zündschalter 54 und Bremsschalter 56, der dem Hauptbremssystem zugeordnet ist, zum Beispiel der Fußbremse 58 des Fahrzeuges.
Mit der Steuereinheit 36 ist ein Summer 57 verbunden, der den Fahrzeugbetreiber warnt/aufmerksam macht, wenn bestimmte Betriebsbedingungen eintreten. Zusätzlich oder anstelle des Summers 57 kann ein aufleuchtendes Warnlicht oder ein anderes Anzeigemittel verwendet werden. Eine Ganganzeige 60 ist ebenso vorgesehen, um das gewählte Gangübersetzungsverhältnis anzuzeigen.
Wie in 2 dargestellt ist, umfaßt der Getriebeschaltungsmechanismus 25 drei Schaltschienen 111, 112, 113, die parallel zueinander zur Bewegung in eine axiale Richtung montiert sind. Jede Schaltschiene 111, 112, 113 ist zwei der Gangübersetzungsverhältnisse des Schaltgetriebes 12 durch eine Kupplungsausrückgabel und eine Synchroneinheit in herkömmlicher Weise zugeordnet, so daß die Bewegung der Schaltschienen 111, 112, 113 in eine axiale Richtung das Schalten in eines der zugehörigen Gangübersetzungsverhältnisse bewirkt, und die Bewegung der Schaltschienen 111, 112, 113 in die entgegengesetzte axiale Richtung das Schalten in das andere der zugehörigen Gangübersetzungsverhältnisse bewirkt.
Für gewöhnlich sind ein erstes und zweites Gangübersetzungsverhältnis der Schaltschiene 111 zugeordnet, so daß bei axialer Bewegung der Schaltschiene 111 in eine erste Richtung in den ersten Gang geschaltet wird, oder bei axialer Bewegung der Schaltschiene 111 in eine zweite Richtung in den zweiten Gang geschaltet wird; ein drittes und viertes Gangübersetzungsverhältnis sind der Schaltschiene 112 zugeordnet, so daß bei axialer Bewegung der Schaltschiene 112 in die erste Richtung in den dritten Gang geschaltet wird, oder bei axialer Bewegung der Schaltschiene 112 in eine zweite Richtung in den vierten Gang geschaltet wird; und ein fünftes und ein Rückwärtsgangübersetzungsverhältnis sind der Schaltschiene 113 zugeordnet, so daß bei axialer Bewegung der Schaltschiene 113 in die erste Richtung in den fünften Gang geschaltet wird, während bei axialer Bewegung der Schaltschiene 113 in die zweite Richtung in den Rückwärtsgang geschaltet wird.
Ein Wählelement 110 ist zur Bewegung in eine Wählrichtung X, quer zu den Achsen der Schaltschienen 111, 112, 113, und in eine Schaltrichtung Y, zur Bewegung axial zu den Schaltschienen 111, 112, 113, montiert. Das Wählelement 110 kann somit in Richtung X entlang einer neutralen Ebene A-B bewegt werden, so daß es in eine ausgewählte der Schaltschienen 111, 112, 113 geschaltet und mit dieser in Eingriff gebracht werden kann. Das Wählelement 110 kann dann in Richtung Y bewegt werden, um die in Eingriff stehende Schaltschiene 111, 112, 113 axial in eine Richtung zu verschieben, um mit einem der zugehörigen Übersetzungsverhältnisse in Eingriff zu gelangen.
Wie in 3 dargestellt, ist das Wählelement 110 in die Wählrichtung X mittels eines durch Flüssigkeitsdruck betätigten Wählstellgliedes 114 entlang der neutralen Ebene A-B der in 2 dargestellten Schaltkulisse bewegbar, um das Wählelement 110 mit einer der Schaltschienen 111, 112, 113 auszurichten, und dadurch ein Paar von Gängen zu wählen, die dieser Schaltschiene zugeordnet sind. Das Wählelement 110 kann dann in die Schaltrichtung Y mittels eines durch Flüssigkeitsdruck betätigten Schaltstellgliedes 115 bewegt werden, um die Schaltschienen 111, 112, 113 für den Eingriff mit einem der zugehörigen Gangübersetzungsverhältnisse axial in eine Richtung zu bewegen.
Die Stellglieder 114 und 115 umfassen jeweils einen doppeltwirkenden Stößel mit Kolben 116 bzw. 117, welche die Stellglieder 114, 115 in zwei Arbeitskammern 118, 119 teilen, wobei die Arbeitskammern 118, 119 an gegenüberliegenden Seiten jedes Kolbens 116, 117 angeordnet sind. Betätigungsstangen 114a, 115a erstrecken sich von einer Seite der Kolben 116 bzw. 117 und sind betriebsbereit mit dem Wählstellglied 110 zu dessen Bewegung in die Wähl- und Schaltrichtung, X bzw. Y, verbunden. Infolge der Verbindung der Betätigungsstangen 114a, 115a mit den Kolben 116, 117 ist die Arbeitsfläche der Kolben 116, 117, die in der Arbeitskammer 118 freiliegt, kleiner als die Arbeitsfläche der Kolben 116, 117, die in der Arbeitskammer 119 freiliegt.
Ein elektromagnetisch betätigtes Hauptsteuerventil 120 umfaßt ein Gehäuse 122, das eine Bohrung 124 definiert. Eine Spule 126 ist gleitfähig in der Bohrung 124 angeordnet, wobei die Spule 126 drei axial beabstandete Umfangsstege 128, 130, 132 aufweist, die mit der Bohrung 124 in dichtem Eingriff stehen. Ein Elektromagnet 134 wirkt auf ein Ende der Spule 126, so daß bei Erregung des Elektromagneten 134 die Spule 126 axial in der Bohrung 124 gegen eine Last bewegt wird, die von einer Druckfeder 136 ausgeübt wird, die auf das gegenüberliegende Ende der Spule 126 wirkt.
Ein Einlaß 138 zu der Bohrung 124 des Ventils 120 ist mit einem Federspeicher 275 verbunden. Der Federspeicher 275 umfaßt einen Kolben 285, der gleitfähig in einem Zylinder 286 eingeschlossen ist. Eine Feder 287 wirkt auf eine Seite des Kolbens 285 und spannt diesen zu einem Ende des Zylinders 286. Eine elektrisch angetriebene Pumpe 223 ist zur Beladung des Speichers 275 über ein Rückschlagventil 276 vorgesehen, die Flüssigkeit an die von der Feder 287 entfernte Seite des Kolbens 285 abgibt, wodurch die Feder 287 zusammengepreßt und die Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt wird. Die Seite des Kolbens 285, von welcher die Feder 287 wirkt, wird entlüftet und dient als Flüssigkeitsreservoir 278 für das System. Zwischen dem Federspeicher 275 und dem Einlaß 238 des Hauptsteuerventils 120 ist ein Druckwandler 282 vorgesehen, der den Speicherdruck mißt und entsprechende Signale zu der Steuereinheit 36 sendet.
Ein Auslaß 140 von der Bohrung 124 ist mit einem Reservoir 278 verbunden. Eine erste Öffnung 142 von der Bohrung 124 ist mit den Arbeitskammern 118 der Wähl- und Schaltstellglieder 114, 115 und wählbar mit den Arbeitskammern 119 über die Wähl- und Schaltventile 144, 146 verbunden und eine zweite Öffnung 148 ist mit dem Kupplungsnehmerzylinder 22 verbunden. Ein Druckentlastungsventil 280 ist zwischen dem Auslaß der Pumpe 223 und dem Reservoir 278 vorgesehen, welches dafür sorgt, daß der Druck, der von der Pumpe 223 zugeführt wird, einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet.
Die Schalt- und Wählventile 144, 146 sind beide elektromagnetisch betätigte Ventile mit einem Gehäuse 150, das eine Bohrung 151 definiert, wobei eine Spule 152 gleitfähig in der Bohrung 151 montiert ist. Die Spule 152 weist drei axial beabstandete Umfangsstege 154, 156, 158 auf, wobei die Stege mit der Bohrung 151 in dichtem Eingriff stehen. Eine axiale Bohrung 160 öffnet sich zu dem Ende 162 der Spule 152 und ist mit einer Querbohrung 164 verbunden, wobei die Querbohrung 164 sich zwischen den Stegen 154 und 156 der Spule 152 öffnet. Ein Elektromagnet 166 wirkt auf ein Ende 168 der Spule 152, das von dem Ende 162 entfernt ist, so daß bei Erregung des Elektromagneten 166 die Spule 152 axial in der Bohrung 151 gegen eine Last bewegt wird, die von einer Druckfeder 170 ausgeübt wird, die auf das Ende 162 der Spule 152 wirkt.
Ein Einlaß 172 zu der Bohrung 151 ist mit der Öffnung 142 des Hauptsteuerventils 120 verbunden. Ein Auslaß 174 von der Bohrung 151 ist mit dem Reservoir 278 verbunden. Eine Öffnung 178 des Wählventils 144 ist mit der zweiten Arbeitskammer 119 des Wählstellgliedes 114 verbunden und die Öffnung 178 des Schaltventils 146 ist mit der zweiten Arbeitskammer 119 des Schaltstellgliedes 115 verbunden.
Die Konstruktion und Betriebsweise der Ventile 144 und 146 und Stellglieder 114 und 115 sind identisch, wie in den 7 bis 9 dargestellt ist.
Wenn das Getriebe im Eingriff und die Kupplung 14 eingerückt ist, werden die Elektromagneten 134 und 166 abgeschaltet und die Ventile 120, 144 und 146 befinden sich in den Ruhepositionen, die in 3 dargestellt sind. In dieser Position ist der Kupplungsnehmerzylinder 22 durch die Öffnung 148 und den Auslaß 140 des Hauptsteuerventils 120 mit dem Reservoir 278 verbunden; die Arbeitskammern 118 der Wähl- und Schaltstellglieder 114, 115 sind durch den Einlaß 172, die Durchlässe 164, 160 und den Auslaß 174 der Wähl- und Schaltventile 144, 146 mit dem Reservoir 278 verbunden; und die Arbeitskammern 119 der Wähl- und Schaltstellglieder 114, 115 sind durch die Öffnung 178 und den Auslaß 174 der Wähl- und Schaltventile 144, 146 mit dem Reservoir 278 verbunden. Folglich gibt es keine Bewegung des Kupplungsnehmerzylinders 22 oder der Wähl- und Schaltstellglieder 114, 115.
Wenn ein Gangwechsel zum Beispiel durch den Lenker des Fahrzeuges, der den Gangschalthebel 24 kurz in die '+'-Position bewegt, oder durch automatisches Auslösen eingeleitet wird, wird der Elektromagnet 134 erregt, um die Spule 126 des Hauptsteuerventils 120 in eine zweite Position zu bewegen, wie in 4 dargestellt ist. In dieser zweiten Position werden die Arbeitskammern 118 sowohl der Wähl- als auch Schaltstellglieder 114, 115 wie auch die Einlässe 172 der Wähl- und Schaltventile 144, 146 durch die Öffnung 142 und den Einlaß 138 mit dem Federspeicher 275 verbunden. In dieser zweiten Position bleibt der Kupplungsnehmerzylinder 22 mit dem Reservoir 278 verbunden.
Gleichzeitig mit der Erregung des Elektromagneten 134 zur Bewegung des Hauptsteuerventils 120 in die zweite Position, die in 4 dargestellt ist, werden die Elektromagneten 166 der Wähl- und Schaltsteuerventile 144, 146 erregt, um die Spule 152 in eine Null-Position zu bewegen, wie in 7 dargestellt ist. In dieser Position schließt der Steg 158 der Spule 152 die Öffnung 178, wodurch die Arbeitskammer 119 geschlossen und eine hydraulische Verriegelung erzeugt wird, die eine Bewegung der Wähl- und Schaltstellglieder 114 und 115 verhindert, obwohl deren Arbeitskammern 118 durch die Wähl- und Schaltventile 144, 146 und das Hauptsteuerventil 120 mit dem Federspeicher 275 verbunden sind. Ebenso wird die Verbindung der Öffnung 172 mit dem Auslaß 174 über die Bohrungen 160 und 164 geschlossen.
Eine weitere Erregung des Elektromagneten 134 in die dritte Position, die in 5 dargestellt ist, schließt dann die Verbindung zwischen dem Kupplungsnehmerzylinder und dem Reservoir und öffnet die Verbindung zwischen dem Kupplungsnehmerzylinder und dem Federspeicher 275, wodurch die Kupplungsausrückgabel 20 zur Lösung der Kupplung 14 betätigt wird.
Beim Ausrücken der Kupplung 14 kann der Elektromagnet 134 des Hauptsteuerventils 120 erregt werden, um das Hauptsteuerventil in eine vierte Position zurückzubewegen, wie in 6 dargestellt ist. In dieser vierten Position ist die Öffnung 148 von dem Einlaß 138 und dem Auslaß 140 getrennt, so daß die Kupplung 14 in der ausgerückten Position verriegelt wird. Die Elektromagneten 166 der Wähl- und Schaltventile 144, 146 können dann selektiv erregt werden, wodurch die Wähl- und Schaltventile 144, 146 zwischen der dritten und vierten Position bewegt werden, um den gegenwärtig gewählten Gang auszukuppeln und in einen neuen Gang zu schalten.
Die Erregung des Elektromagneten 166 zur Bewegung des Wähl- oder Schaltventils 144, 146 in die dritte Position, die in 8 dargestellt ist, in welcher die Arbeitskammer 119 mit dem Reservoir 278 verbunden ist, während die Arbeitskammer 118 mit dem Speicher 275 verbunden ist, erzeugt ein Druckdifferential über den Kolben 116 und 117, wodurch die Betätigungsstange 114a, 115a ausgerückt wird. Die Erregung des Elektromagneten 166 zur Bewegung des Wähl- oder Schaltventils 144, 146 in die vierte Position, die in 9 dargestellt ist, in welcher beide Arbeitskammern 118 und 119 mit dem Speicher 275 verbunden sind, bewirkt aufgrund der unterschiedlichen Arbeitsflächen der Kolben 116 und 117 ein Zurückziehen der Betätigungsstangen 114a, 115a. Folglich kann durch richtige Steuerung der Elektromagneten 166 der Wähl- und Schaltventile 144, 146 das Wählelement 110 in den Eingriff mit dem gewünschten Gang bewegt werden.
Potentiometer 226 und 227 sind mit den Betätigungsstangen 114a bzw. 115a verbunden, um Signale zu liefern, welche die Position der zugehörigen Betätigungsstangen anzeigen. Signale von den Potentiometern 226, 227 werden zur Steuereinheit 36 geleitet, um eine Anzeige der Position der Betätigungsstangen 114a, 115a für jedes der Gangübersetzungsverhältnisse des Schaltgetriebes 12 zu liefern, und auch die Position der Betätigungsstange 115a anzuzeigen, wenn das Wählelement 110 sich in der neutralen Ebene A-B von 2 befindet. Das Getriebesystem kann somit kalibriert werden, so daß vorbestimmte Positionssignale von den Potentiometern 226 und 227 dem Eingriff jedes der Gangübersetzungsverhältnisse des Schaltgetriebes 12 entsprechen.
Messungen von den Potentiometern 226 und 227 können somit von einem geschlossenen Regelsystem zur Steuerung der Ventile 144 und 146 verwendet werden, um die Betätigungsstangen 114a und 115a in vorbestimmte Positionen für das Einkuppeln des gewünschten Gangübersetzungsverhältnisses zu bewegen.
Wenn das gewünschte Gangübersetzungsverhältnis eingekuppelt ist, werden die Elektromagneten 166 der Wähl- und Schaltventile 144, 146 erregt, um die Ventile 144, 146 in ihre Null-Positionen zurückzubewegen, wodurch die Öffnungen 178 geschlossen werden und eine hydraulische Verriegelung erzeugt wird, welche die Bewegung der Stellglieder 114, 115 verhindert.
Der Elektromagnet 134 des Hauptsteuerventils 120 kann dann abgeschaltet werden, um das Hauptsteuerventil 120 aus seiner vierten in seine zweite Position zu bewegen, wodurch Flüssigkeit von dem Kupplungsnehmerzylinder 22 zu dem Reservoir 278 zurückgeleitet werden kann, wodurch ein Wiedereinrücken der Kupplung 14 möglich ist. Das Hauptsteuerventil 120 kann zwischen der dritten und zweiten Position geschaltet werden, so daß die Kupplung 14 gesteuert wiedereingerückt wird, wie zum Beispiel in EP0038113 ; EP0043660 ; EP0059035 ; EP0101220 oder WO92/13208 offenbart ist.
Wenn die Kupplung 14 wiedereingerückt ist, kann der Elektromagnet 134 des Hauptsteuerventils 120 abgeschaltet werden, so daß es in die Ruheposition zurückkehrt, die in 3 dargestellt ist. Ebenso können die Elektromagneten 166 der Schalt- und Wählventile 144, 146 abgeschaltet werden. Die Bewegung der Wähl- und Schaltventile 144, 146 in die Ruheposition, die in 3 dargestellt ist, öffnet die Arbeitskammer 119 zu dem Reservoir 278, wodurch der Druck darin entlastet wird.
10 zeigt ein typisches Gangwechselmuster, bei welchem das zuvor beschriebene System verwendet wird.
Beginnend zum Zeitpunkt t₀, zu dem der Federspeicher 275 vollständig auf einen Druck von für gewöhnlich etwa 50 bar geladen ist, erregt beim Einleiten eines Gangwechsels die Steuereinheit 36 den Elektromagneten 134 des Hauptsteuerventils 120, um das Hauptsteuerventil 120 in seine dritte Position zu bewegen, die in 5 dargestellt ist. Dann wird unter Druck stehende Flüssigkeit an den Kupplungsnehmerzylinder 22 von dem Federspeicher 275 abgegeben, wodurch die Kupplung 14 ausgerückt wird. Wenn Flüssigkeit an den Kupplungsnehmerzylinder 22 abgegeben wird, sinkt der Druck im Speicher 275.
Zum Zeitpunkt t₁, wenn der Druck im Speicher 275 auf einen vorbestimmten Druck P₁ gefallen ist, wird die motorbetriebene Pumpe 223 eingeschaltet, um den Speicher 275 aufzuladen. Der Speicherdruck fällt jedoch weiter, während der Kupplungsnehmerzylinder 22 die Kupplung 14 in die vollständig ausgerückte Position bewegt. Ferner hat in dem dargestellten Beispiel die Kupplung zum Zeitpunkt t₁ ihren Berührungspunkt T erreicht und die Steuereinheit 36 erregt die Elektromagneten 166 der Wähl- und Schaltventile 144, 146, um den gegenwärtig eingelegten Gang zu lösen.
Zum Zeitpunkt t₂, wenn die Kupplung eine Position jenseits ihres Berührungspunkte T aber kurz vor ihrer vollständig ausgerückten Position erreicht hat, veranlaßt die Steuereinheit 36 dann den Elektromagneten 134 des Hauptsteuerventils 120, das Hauptsteuerventil 120 in seine vierte Position zu bewegen, wie in 6 dargestellt ist. In dieser Position ist der Kupplungsnehmerzylinder sowohl vom Speicher 275 als auch vom Reservoir 278 getrennt, wobei die Kupplung 14 in dieser teilweise ausgerückten Position verriegelt ist. Aufgrund der überschüssigen Kapazität der Pumpe 223, beginnt der Speicherdruck langsam zu steigen, selbst wenn die Gangschaltungsstellglieder 114 und 115 weiterhin den Gangschaltungsmechanismus betreiben, bis zum Zeitpunkt t₃, wenn der Gangschaltungsmechanismus die Synchronisierungsstufe erreicht hat, der Speicherdruck einen zweiten vorbestimmten Druck P₂ erreicht.
Während der Synchronisierungsstufe zwischen Zeitpunkt t₃ und t₄ gibt es keine Bewegung der Gangschaltungsstellglieder 114 und 115 und folglich neigt der Speicherdruck zum Steigen, wodurch die Kraft auf die Synchroneinheit erhöht wird. Es ist bevorzugt, die Kraft und somit den Druck, der auf das Schaltstellglied 115 während der Synchronisierungsstufe wirkt, synchron zu halten. Anschließend erregt zum Zeitpunkt t₄ die Steuereinheit 36 den Elektromagneten 134, um das Hauptsteuerventil 120 in seine dritte Position zu bewegen, die in 5 dargestellt ist. In dieser Position ist der Kupplungsnehmerzylinder zum Speicher 275 offen, wodurch Flüssigkeit zu dem Kupplungsnehmerzylinder 22 geleitet und die Kupplung 14 in die vollständig ausgerückte Position bewegt wird. Die Rate, mit welcher Flüssigkeit zu dem Kupplungsnehmerzylinder 22 geleitet wird, kann durch Umschalten des Hauptsteuerventils zwischen seiner dritten und vierten Position gesteuert werden. Auf diese Weise kann der Speicherdruck während der Synchronisierungsstufe bei dem vorbestimmten Druck P₂ konstant gehalten werden.
Zum Zeitpunkt t₄, wenn die Synchronisierung vollendet ist, wird das Hauptsteuerventil 120 in seine vierte Position zurückgestellt und der neue Gang durch Betätigung der Ventile 144 und 146 eingelegt.
Zum Zeitpunkt t₅, wenn der neue Gang vollständig eingerückt ist, erregt die Steuereinheit 36 den Elektromagneten 134 des Hauptsteuerventils 120, wodurch dieses in seine zweite Position bewegt wird, in welcher der Kupplungsnehmerzylinder mit dem Reservoir 278 verbunden ist, so daß die Kupplung 14 wiedereingerückt werden kann. Da die Kupplung ihre vollständig ausgerückte Position nicht erreicht, ist die Zeit, die zum Wiedereinrücken der Kupplung erforderlich ist, kürzer, wodurch der Gangwechsel beschleunigt wird.
Der Pumpenmotor wird schließlich zum Zeitpunkt t₆ abgeschaltet, wenn der Speicher 275 vollständig wieder aufgeladen ist.
Der Zeitpunkt t₁, zu dem die Pumpe 223 eingeschaltet wird, und der Zeitpunkt, zu dem die Kupplung ihren Berührungspunkt erreicht, wurden zuvor, der Einfachheit wegen, als übereinstimmend beschrieben. In der Praxis könnte dies nicht der Fall sein, und tatsächlich ist der Zeitpunkt t₁, zu dem die Pumpe 223 eingeschaltet wird, vorbestimmt und hängt von dem Druck P₂ ab, der zu Beginn der Synchronisierungsstufe des Gangwechsels erforderlich ist. Dieser Druck P₂ und somit der Zeitpunkt t₁ können abhängig von der während der Synchronisierungsstufe gewünschten Kraft verändert werden, die von dem einzurückenden Gang, ob es sich um ein Hinaufschalten oder Hinunterschalten handelt, und der Geschwindigkeit des Wechsels abhängig sein kann.
Obwohl es möglich ist, die Zeitpunkte vorherzubestimmen, zu welchen die Pumpe 223 ein- und ausgeschaltet werden muß, um den erforderlichen Druck bei der Synchronisierung bereitzustellen, unter der Annahme, daß der Speicher zu Beginn des Gangwechsels vollständig geladen ist, kann das nicht immer der Fall sein, zum Beispiel, wenn Gangwechsel rasch aufeinander folgen. Signale vom Druckwandler 282 werden von der Steuereinheit 36 in einem geschlossenen Rückkopplungssystem verwendet, um eine exakte Steuerung des Drucks durch Ein- und Ausschalten der Pumpe 223 zu erreichen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Bohrungen 124 und 151 des Hauptsteuerventils 120 und der Wähl- und Schaltventile 144, 146 und auch der Wähl- und Schaltstellglieder 114, 115 durch ein gemeinsames Gehäuse definiert sein, wobei die Bohrungen 124, 151 der verschiedenen Komponenten durch Durchlässe durch das gemeinsame Gehäuse richtig miteinander verbunden sind. Die derart gebildete Ventil/Stellgliedeinheit wäre an oder neben dem Schaltgetriebe 12 zu montieren.
Die elektrisch angetriebene Pumpe 223, der Speicher 275, das Reservoir 278 und die Steuereinheit 36 können auch mit der Ventil/Stellgliedeinheit montiert sein oder können fern von dieser montiert und mit dieser zum Beispiel durch elastomere Druckschläuche verbunden sein.
Verschiedene Modifizierungen können durchgeführt werden, ohne von der Erfindung Abstand zu nehmen. Obwohl zum Beispiel in dem obengenannten Ausführungsbeispiel der Hydraulikkreis mit Bezugnahme auf ein halbautomatisches Getriebesystem beschrieben wurde, ist die Erfindung gleichermaßen bei vollautomatischen Getriebesystemen oder automatischen Wechselschaltgetriebesystemen anwendbar.
Während ferner in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Kupplungsnehmerzylinder 22 direkt an das Hauptsteuerventil 120 angeschlossen ist, kann ein Fernverdrängerventil mit einem Positionserfassungsmittel jener Art, die in EP 0702760 offenbart ist, dessen Inhalt ausdrücklich in der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird, zwischen dem Hauptsteuerventil 120 und dem Kupplungsnehmerzylinder 22 eingefügt sein.
Es ist ferner offensichtlich, daß das hierin offenbarte Verfahren zur Steuerung des Flüssigkeitsdrucks verwendet werden kann, der an die hydraulischen Stellglieder in jeder bestimmten Situation abgegeben wird, und nicht auf die Regulierung des Drucks während der Synchronisierungsstufe eines Gangwechsels beschränkt ist. Auch ist es nicht auf die Aufrechterhaltung eines konstanten Speicherdrucks beschränkt, sondern kann als Alternative nach Bedarf zur Steuerung der Zunahme- und Abnahmerate des Speicherdrucks verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Betätigungssystems für ein automatisches Getriebesystem mit: einem hydraulisches Kupplungsstellglied zur Betätigung einer Kupplung; einem Gangschaltungsstellglied zur Steuerung des Schaltens in einen Gang; einem Speicher; einer durch einen Elektromotor betriebenen konstanten Verdrängungspumpe, wobei ein Ausgang der motorbetriebenen Pumpe an den Speicher angeschlossen ist, um diesen über ein Rückschlagventil zu laden; einem Hauptsteuerventil, zum selektiven Anschließen des Speichers an das hydraulische Kupplungsstellglied oder das Gangschaltungsstellglied; einem Druckwandler, der zwischen dem Speicher und dem Einlass des Hauptsteuerventils angeordnet ist und den Speicherdruck misst, und einem Steuermittel, wobei das Steuermittel die Erregung des Hauptsteuerventils steuert, um einen Gangwechsel auszuführen; wobei das Verfahren umfaßt: beim Einleiten eines Gangwechsels das Öffnen des Kupplungsstellgliedes zu dem Speicher, um ein Ausrücken der Kupplung herbeizuführen; das Trennen des Kupplungsstellgliedes von dem Speicher, um die Kupplung in einer ausgerückten Position an einem Punkt zu verriegeln, an dem die Kupplung in einem Ausmaß ausgerückt ist, daß sie kein Drehmoment überträgt, aber das Kupplungsstellglied noch nicht soweit in Ausrückrichtung bewegt ist dass die vollständig ausgerückte Position erreicht wird. das Einschalten des Pumpenmotors, um einen vorbestimmten Speicherdruck an einer vorbestimmten Stufe des Gangwechsels bereitzustellen; und das Wiederverbinden des Kupplungsstellgliedes mit dem Speicher, um den vorbestimmten Druck aufrechtzuerhalten oder gesteuert den Druck von dem vorbestimmten Druck zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Druck abhängig von dem einzurückenden Gang, ob es sich um ein Hinaufschalten oder Hinunterschalten handelt, und/oder der erforderlichen Geschwindigkeit des Wechsels unterschiedlich sein kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pumpe ein- und ausgeschaltet wird, um einen vorbestimmten Speicherdruck zu Beginn einer Synchronisierungsstufe eines Gangwechsels bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Pumpe vor dem Beginn der Synchronisierungsstufe eingeschaltet und kontinuierlich betrieben wird, bis der Speicher seinen vollständigen Ladedruck erreicht oder ein weiterer Gangwechsel eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Kupplungsstellglied während der Synchronisierung wieder an den Speicher angeschlossen wird, um den Speicherdruck bei einem vorbestimmten Druck zu halten.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strömungsrate der Flüssigkeit zu dem Kupplungsstellglied durch Umschalten des Hauptsteuerventils zwischen Positionen, in welchen das Kupplungsstellglied an den Speicher angeschlossen ist und das Kupplungsstellglied vom Speicher getrennt ist, gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Signale von einem Druckwandler in einem geschlossenen Regelsystem zur Steuerung des Umschaltens der Pumpe und des Hauptsteuerventils verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pumpe betrieben wird, um den Speicherdruck vor dem Beginn eines Gangwechsels auf einen zweiten vorbestimmten Wert zu bringen.