DE3513778C2 - Steuereinrichtung für ein selbsttätig schaltendes Geschwindigkeitswechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein selbsttätig schaltendes Geschwindigkeitswechselgetriebe von Fahrzeugen insbesondere Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der AT-PS 135 389 ist eine Antriebsanordnung für Kraftfahr­ zeuge bekannt, bei der ein Drehmomentwandler mit einer direkten Kupplung bzw. einer Kupplung für den direkten Gang derart zu­ sammenwirkt, daß selbsttätig vom Betrieb mit Drehmomentwandlung auf Betrieb mit direkter Kupplung, also ohne Drehmomentwandlung umgeschaltet wird, wobei durch den Drehmomentwandler der Be­ trieb dem wechselnden Widerstand der Fahrbahn angepaßt wird. Dabei erfolgt der Umschaltvorgang in Abhängigkeit von der Fahr­ geschwindigkeit bzw. der Motordrehzahl sowie vom Drehmoment­ wunsch des Fahrers, welcher beispielsweise durch die vollstän­ dige Auslenkung des Fahrpedals signalisierbar ist.

Aus der US 3 398 607 ist zudem eine Steuervorrichtung für ein Automatikgetriebe bekannt, bei der mit Hilfe von Sensoren die Leerlauf- und Vollgasstellung eines Fahrpedals gesondert erfaßt und zur Steuerung der Schaltglieder des Getriebes genutzt wird. Rückschaltvorgänge werden ausgelöst, wenn eine Betätigungs­ kraftschwelle am Fahrpedal überwunden wird oder wenn eine vor­ bestimmte Fahrpedalstellgeschwindigkeit erfaßt wird.

Automatisch schaltende Getriebe sind bei Kraftfahrzeugen beispielsweise in Form von hydrodynamisch-mechanischen Getrieben mit hydraulisch betätigbaren Schaltgliedern oder in Form von mit Servostelleinrichtungen versehenen her­ kömmlichen Handschaltgetrieben bekannt. Der Schaltpunkt eines solchen auto­ matisch schaltenden Kraftfahrzeuggetriebes ist dabei im allgemeinen abhängig von der Drehzahl und der Last. Dabei kann als Drehzahl die Motordrehzahl oder eine von der Fahrgeschwindigkeit abgeleitete Drehzahl verwendet werden. Wird ein solcher durch Drehzahl und/oder Last bestimmter Schaltpunkt erreicht, schaltet das Getriebe automatisch in den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Gang. Da der Fahrer des Fahrzeugs jedoch nur indirekten Einfluß auf die Schaltpunkte hat, wird er vom Zeitpunkt des Schaltens und vom Schaltvorgang selbst häufig überrascht. Er kann die Schaltpunkte höchstens dadurch be­ einflussen, daß er zum Beispiel durch Kick-down-Betätigung oder Freigabe des Fahrpedals die Schaltpunkte unterstützend abruft. Größere Lasten in einem höheren Getriebegang bei kleinen Drehzahlen führen jedoch automatisch zum Herunterschalten des Getriebes, ebenso wie kleine Lasten in niedrigeren Gängen bei höheren Drehzahlen zum automatischen Heraufschalten des Getriebes führen, wobei die jeweiligen Schaltpunkte vom Fahrer anhand des Fahrpedal­ winkels nicht vorher genau erkannt werden können.

Fahrpedaländerungen oder Geschwindigkeitsänderungen können somit Schaltun­ gen nach dem Schaltprogramm auslösen, deren begleitender Schaltdruck den unvorbereiteten Fahrer eine größere Komforteinbuße empfinden läßt, als wenn er die Schaltung bewußt ausgelöst hätte. Darüberhinaus können sich aber auch kritische Situationen durch einen zu ungünstigen Zeiten eintretenden Schaltvorgang ergeben.

Um einen besseren Einfluß auf die Schaltvorgänge eines solchen automatisch schaltenden Getriebes zu haben, benutzen daher einige Fahrer von mit solchen Getrieben ausgerüsteten Fahrzeugen die bei diesen Getrieben üblicherweise vorgesehenen Wählhebelstellungen "1" und "2", bei denen höhere Getriebegänge gesperrt sind, bewußt dazu, das automatische Getriebe "wie ein Handschalt­ getriebe" zu schalten, wobei die Ausführung dieser Schaltvorgänge von dem Getriebe übernommen wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Steuer­ einrichtung für ein selbsttätig schaltendes Geschwindigkeitswechselgetriebe der in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die das bewußte Abrufen der Schaltvorgänge durch den Fahrer ohne Betätigung des Wählhebels ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1. Erfindungsgemäß erfolgt die Schaltung des automatisch schalten­ den Getriebes folglich nur noch, wenn der Fahrer sie durch entsprechende Betätigung des Fahrpedals bewußt abruft, indem er beispielsweise zum Her­ aufschalten in einen höheren Gang das Fahrpedal bis zur Nullgasstellung entlastet oder zum Herunterschalten in einen niedrigeren Gang bis über einen zweckmäßigerweise durch eine Betätigungskraftschwelle gekennzeichneten oberen Fahrpedalwinkel (Kickdown) durchtritt. Hält der Fahrer des Fahrzeugs das Fahrpedal dagegen in einer Zwischenstellung, so erfolgt normalerweise, das heißt solange die Motordrehzahl innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Motordrehzahlbereiches zwischen etwa der Leerlaufdrehzahl und der maximal zulässigen Drehzahl bleibt, keine Schaltung. Er kann also den jeweiligen Getriebegang beliebig weit "ausdrehen" bzw. durch entsprechende Abrufung von Schaltvorgängen in einem günstigen oder ungünstigen Betriebspunkt fahren. Dabei zeichnet sich ein günstiger, nämlich kraftstoffsparender Betriebs­ punkt durch kleine Drehzahlen bei hoher Last und ein ungünstiger Betriebs­ punkt durch große Drehzahlen bei kleiner Last aus. Um hier den Fahrer zum Einhalten günstiger Betriebspunkte zu veranlassen, wäre es gegebenenfalls zweckmäßig, eine an sich bekannte Schaltanzeige, die dem Fahrer anzeigt, wann er sinnvollerweise in den nächsthöheren Gang schalten kann, in dem Fahrzeug vorzusehen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematischen Schaltbildes eines Kraftfahrzeugantriebes dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 ein beispiels­ weise als Otto-Brennkraftmaschine ausgebildeter Antriebsmotor eines Kraft­ fahrzeugs bezeichnet, der unter Zwischenschaltung einer beispielsweise auto­ matisch betätigbaren Kupplung 4 mit einem Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 verbunden ist. Eine mit 14 bezeichnete Getriebeausgangswelle ist über ein Achsgetriebe 15 mit zu den Antriebsrädern 16 führenden Antriebswellen 17 verbunden.

Das Geschwindigkeitswechselgetriebe 2 ist hier als automatisch schaltendes Handschaltgetriebe ausgebildet und weist eine beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Servostelleinrichtung 12 auf, die die für einen Gangwechsel erforderlichen Schaltvorgänge selbsttätig ausführt. Anstelle eines solchen automatisch schaltenden Handschaltgetriebes könnte aber auch ein herkömmliches hydrodynamisch-mechanisches Getriebe mit einer hydraulischen Steuerung zur Betätigung der dem Getriebe zugeordneten Schaltglieder vorge­ sehen sein. In diesem Fall würde die Kupplung 4 durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler ersetzt werden können.

Die zum Ausführen eines Gangwechsels erforderlichen Schaltbefehle erhält die Servostelleinrichtung 12 von einer Steuereinrichtung 11, die ihrerseits mit einer einem Fahrpedal 5 des Fahrzeugs zugeordneten Signalerzeugungsvor­ richtung 10 verbunden ist. Diese Signalerzeugungsvorrichtung 10 erfaßt dabei das Über- oder Unterschreiten vorgegebener Fahrpedalwinkel, meldet dies der Steuereinrichtung 11, die daraus die Schaltbefehle zur Schaltung des Getriebes 2 ableitet.

Das Fahrpedal 5 ist in üblicher Weise über ein Betätigungsgestänge 6 mit einem Leistungsstellglied der Brennkraftmaschine 1, bei dem hier gezeig­ ten Ausführungsbeispiel mit einer in einer Ansaugleitung 8 der Brennkraft­ maschine angeordneten Drosselklappe 7, verbunden. Diese Drosselklappe 7 liegt in Strömungsrichtung gesehen hinter einer hier als Vergaser ausge­ bildeten Gemischbildungsvorrichtung 9, die den Kraftstoff in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe der durch die Ansaugleitung 8 angesaug­ ten Luft zumischt.

Die Steuereinrichtung 11 kann darüberhinaus mit einem die Drehzahl der Kur­ belwelle 3 erfassenden Drehzahlgeber 13 zur Erfassung und Berücksichtigung der Motordrehzahlen verbunden sein.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die von der Steuereinrichtung 11 an die Servostelleinrichtung 12 gegebenen Befehle zum Schalten des Getrie­ bes 2 im wesentlichen nur bei Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Fahrpedalwinkelbereiches abgegeben werden. So ergibt sich bei Unterschrei­ tung eines unteren vorgegebenen Fahrpedalwinkels, was beispielsweise von der Signalerzeugungsvorrichtung 10 bei Freigabe des Fahrpedals 5 (Nullgas­ position) erfaßt wird, ein Befehl zum Heraufschalten des Getriebes in den nächsthöheren Getriebegang. Wird dagegen das Fahrpedal über einen vorgege­ benen oberen Fahrpedalwinkel hinaus betätigt (Kickdown-Stellung), was von dem Fahrer des Fahrzeugs durch eine dieser Stellung zugeordnete Betätigungs­ kraftschwelle an dem Fahrpedal 5 festgestellt werden kann, dann wird daraus ein Befehl zum Herunterschalten des Getriebes in den nächstniedrigeren Gang abgeleitet. In allen Zwischenstellungen zwischen dem oberen und unteren vorgegebenen Fahrpedalwinkel bleibt das Getriebe dagegen in dem vorhandenen Gang, wodurch der Motor bis zu der maximal möglichen Motordrehzahl ausge­ dreht werden kann. Um Motorschäden zu verhindern, kann vorgesehen sein, daß bei Erreichen der maximal zulässigen Motordrehzahl entweder ein automati­ sches Hochschalten in den nächsthöheren Getriebegang oder, falls dies nicht erwünscht ist, eine automatische Reduzierung des Motormoments, beispielsweise durch Reduzierung der Kraftstoffzufuhr, erfolgt (Abregelung).

Abweichend von der zuvor beschriebenen Möglichkeit, bei Unter- oder Überschrei­ tung des vorgegebenen Fahrpedalwinkelbereiches eine Herauf- bzw. Herunter­ schaltung des Getriebes in den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Getriebe­ gang vorzunehmen, könnte auch daran gedacht werden, sofort in den höchst­ möglichen oder niedrigstmöglichen Getriebegang zu schalten. Dabei ergibt sich der höchstmögliche Getriebegang als derjenige Gang, in dem bei der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs sich eine Motordrehzahl ein­ stellt, die wenigstens etwa der Leerlaufdrehzahl entspricht, während als niedrigstmöglicher Getriebegang derjenige anzusehen ist, in dem die Drehzahl wenigstens noch um einen festen Betrag von beispielsweise 1000 U/min. unter­ halb der maximal möglichen Motordrehzahl bleibt.

Da es jedoch nicht immer zweckmäßig ist, sofort in den höchstmöglichen bzw. niedrigstmöglichen Getriebegang umzuschalten, könnte eine solche extreme Schaltung nur bei Erreichung zusätzlicher Bedingungen vorgesehen sein. So könnte beispielsweise zur Rückschaltung in den niedrigstmöglichen Getriebe­ gang die Überschreitung eines zweiten, zweckmäßigerweise mit einer zwei­ ten Betätigungskraftschwelle ausgestatteten oberen Fahrpedalwinkels erforder­ lich sein, während die Hochschaltung in den größtmöglichen Getriebegang beispielsweise nur dann erreicht wird, wenn die Nullgasstellung des Fahrpedals 5 über eine bestimmte Zeitspanne von z. B. 2 bis 3 Sekunden gehalten wird.

Beim Betrieb eines mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs ergibt sich dann, daß beim Start des Fahrzeugs zunächst automa­ tisch der kleinste Getriebegang zum Anfahren des Fahrzeugs eingelegt wird. Dieser Getriebegang kann nur verlassen werden, wenn das Fahrpedal vollständig entlastet wird und dadurch eine Hochschaltung, vorzugsweise um einen Getriebe­ gang, abgerufen wird. Auf diese Weise kann der Fahrer das Fahrzeug beschleu­ nigen, wobei er bewußt hohe Drehzahlen zum Erreichen maximaler Beschleuni­ gungen einsetzen kann. Ebenso ist es ihm möglich, das Fahrzeug beispielsweise bei der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit auf der Landstraße oder der Autobahn mit einem großen Getriebegang, das heißt mit kleinen Drehzahlen und hoher Last zu betreiben, um so einen günstigen Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Bei plötzlich auftretendem Beschleunigungsbedarf kann das Rück­ schalten des Getriebes unmittelbar durch Durchtreten des Fahrpedals abgerufen werden.

Während der Hoch- und Rückschaltvorgänge kann, wie dies oben bereits erwähnt wurde, auch eine Schaltung in den niedrigst- bzw. höchstmöglichen Getriebe­ gang ausgeführt werden. Diese extremen Getriebegänge ergeben sich dann aus der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung der zuläs­ sigen Motordrehzahlen so, daß die Motordrehzahl nach dem Umschalten wenigstens etwa der Leerlaufdrehzahl und höchstens einer Drehzahl entspricht, die um einen bestimmten Betrag unterhalb der maximal möglichen Motordrehzahl liegt. Droht der Motor während des Betriebs des Fahrzeugs durch Erhöhung des Fahr­ widerstandes, zum Beispiel bei der Fahrt an einer steilen Steigung, infolge eines zu hohen Getriebeganges abzuwürgen, so kann bei Unterschreitung einer Mindestmotordrehzahl, die beispielsweise der Leerlaufdrehzahl oder einer um einen festen Betrag von beispielsweise 200 U/min unter dieser liegenden Drehzahl entspricht, eine automatische Rückschaltung des Getriebes 2 in einen niedrigeren Getriebegang erfolgen. Das bei Überschreiten oder Unter­ schreiten der vorgegebenen zulässigen Motordrehzahlbereiche erfolgende auto­ matische Schalten der Gänge soll jedoch nur als Notfall zur Vermeidung kriti­ scher Betriebszustände vorgesehen werden. Im übrigen soll die Steuervorrich­ tung 11 die Servostelleinrichtung 12 zur Schaltung des Getriebes 2 nur dann mit einem Schaltbefehl beaufschlagen, wenn dies von der Signalerzeugungs­ vorrichtung 10 durch Unter- oder Überschreitung der vorgegebenen Fahrpedal­ winkel, also auf Veranlassung des Fahrers des Fahrzeugs, angezeigt wird.

Dem Fahrer des Fahrzeugs wird damit das Abrufen der einzelnen Getriebegänge und damit auch die Betriebsweise, nämlich ob sportlich oder kraftstoffsparend gefahren werden soll, überlassen. Der bei herkömmlichen automatischen Getrie­ ben auftretende Überraschungseffekt bei der automatischen Durchführung des Schaltens und die damit einhergehende Komforteinbuße wird dadurch vermieden, daß der Fahrer auf die von ihm abgerufenen Schaltungen vorbereitet ist. Dabei kann der Fahrer die Schaltungen nach seinen Wünschen und der von ihm durch Beobachtung der befahrenen Strecke erkannten Notwendigkeiten abrufen, indem er beispielsweise eine möglicherweise bei gerader Strecke zweckmäßige Heraufschaltung des Getriebes wegen Auftauchens einer starken Kurve, einer Steigung oder weil beispielsweise ein Überholvorgang unmittelbar bevorsteht, unterläßt und statt dessen gegebenenfalls sogar in einen niedrigeren Gang zurückschaltet.

Auch auf dem Nutzfahrzeugsektor kann eine derartige Einrichtung eine erhebli­ che Schalthilfe darstellen und den Fahrer entlasten, da er dann zwar die einzelnen Gänge nach seinem Belieben abrufen, die eigentliche Schaltarbeit jedoch nicht mehr selbst erledigen muß.

Gegebenenfalls könnte bei einem automatisch schaltenden Getriebe die hier beschriebene Betriebsweise auch in einer besonderen Stellung des Wahlhebels anwählbar sein, während in einer anderen Stellung beispielsweise das herkömm­ liche Getriebeschaltprogramm mit automatischer Schaltung der Getriebegänge in Abhängigkeit von Last und Drehzahl erfolgen kann.

Zumindest für das Programm zur willkürlich auslösbaren Schaltbetätigung kann es sinnvoll sein, den jeweils eingelegten Fahrgang zur zusätzlichen Fahrinformation z. B. in einen Leuchtzifferndisplay oder einer ähnlich ge­ arteten Anzeige im Blickfeld des Fahrers anzuzeigen.

Claims (7)

1. Steuereinrichtung für selbsttätig schaltende Stufenwechsel­ getriebe (2) von Kraftfahrzeugen, bei denen die Leistungsabgabe eines Antriebsmotors (1) durch die willkürliche Betätigung ei­ nes Fahrpedals (5) steuerbar ist, mit einer Signalerzeugungs­ vorrichtung (10), die einen Fahrpedalwinkel erfaßt und an die Steuereinrichtung (11) weiterleitet, welche unter Berücksichti­ gung eines zulässigen Motordrehzahlbereiches beim Überschreiten eines vorgegebenen oberen Fahrpedalwinkels (Auslenkung, Richtung, Vollgas) einen Befehl zum Herunterschalten und beim Unterschrei­ ten eines vorgegebenen unteren Fahrpedalwinkels (Auslenkung, Richtung, Leerlauf) einen Befehl zum Heraufschalten des Getrie­ bes abgibt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dem oberen vorgegebenen Fahrpedalwinkel eine Betätigungskraftschwelle zugeordnet ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) bei Abgabe des Schaltbefehls in den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Getriebegang schaltbar ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) bei Abgabe des Schaltbefehls in den jeweils unter Berück­ sichtigung der zulässigen Motordrehzahlen höchst- bzw. niedrigstmöglichen Getriebegang schaltbar ist.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Signalerzeugungsvorrichtung (10) bei Unterschreitung des vorgegebenen unteren Fahrpedalwinkels über eine vorgegebene Mindestzeit­ spanne hinaus zur Abgabe eines Befehls zur Schaltung in den höchstmögli­ chen Getriebegang ausgebildet ist.

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Signalerzeugungsvorrichtung (10) bei Überschreitung eines zweiten oberen vorgegebenen Fahrpedalwinkels zur Abgabe eines Schalt­ befehls in den niedrigstmöglichen Getriebegang ausgebildet ist.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Vorrichtung zur Anzeige des jeweils eingeschalteten Getriebe­ ganges vorgesehen ist.