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Technische Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf automatische Getriebesteuerungen
und insbesondere auf ein elektronisches Steuersystem für ein Automatikgetriebe,
das dem Fahrzeugbediener gestattet, das Getriebe gesteuert herunter
zu schalten, und zwar bei höheren
Geschwindigkeiten über
Grund als normale Herunterschaltgeschwindigkeiten.
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Es
ist üblich,
Baufahrzeuge, wie beispielsweise Radlader, mit Automatikgetriebesteuerungen
auszurüsten,
die automatisch das Getriebe schalten ansprechend auf abgefühlte Betriebsparameter,
wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit. Solche Steuerungen
umfassen typischerweise einen Gangwähler zur Auswahl eines gewünschten
Gang- oder Übersetzungsverhältnisses
und der Fahrtrichtung. Gangwechsel werden automatisch bewirkt bis
zu dem gewünschten
Gangverhältnis
in Übereinstimmung
mit einem Schaltplan, der die abgefühlten Parameter mit dem Gangverhältnis in
Beziehung bringt. Solche Steuerungen sind vorteilhaft, da der Bediener
nicht manuell Gangverhältnisse
schalten muß und
daher seine Hände
frei hat, um andere Steuerungen zu betätigen, wie beispielsweise Werkzeug-
und Lenksteuerungen.
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Radlader
werden üblicherweise
verwendet, um Rohmaterial von einem Vorratshaufen in einen Muldenkipper
zu laden, wie in 1 gezeigt. Anfangs nähert sich
der Lader 1 dem Haufen 2 in einem Vorwärtsgang,
wie beispielsweise dem zweiten Vorwärtsgang FWD2 (Betriebsvorgang
1). Wenn der Lader sich dem Haufen nähert, wird ein Grabwerkzeug
(Schaufel, Löffel)
in Position gebracht, um mit dem Hau fen in Eingriff zu kommen. Wenn
das Werkzeug in den Haufen eindringt, wird das Fahrzeugmoment verlangsamt
und das Getriebe schaltet automatisch in den ersten Vorwärtsgang
FWD1 (Betriebsvorgang 2), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter
einen programmierten Schaltpunkt fällt. Zur gleichen Zeit wird
die Schaufel betätigt
(d. h. angehoben), um eine Ladung Material zu erhalten. Das Getriebe
wird dann manuell in einen Rückwärtsgang geschaltet
unter Verwendung des Gangwählers
und das Fahrzeug fährt
rückwärts weg
von dem Vorratshaufen (Betriebsvorgang 3). Nachfolgend wird die
Richtung des Laders geändert,
so daß sich
der Lader dem Muldenkipper 3 nähert (Betriebsvorgang 4). Typischerweise
nähert
sich der Lader dem Kipper mit einer hohen Geschwindigkeit im zweiten
Vorwärtsgang
FWD2. Wenn die Schaufel über
dem Kipper positioniert ist, wird die Ladung in den Kipper abgeladen.
Der Lader fährt
dann rückwärts weg
von dem Kipper in einem Rückwärtsgangverhältnis (Betriebsvorgang
5). Der oben beschriebene Arbeitszyklus wird wiederholt, bis die
gewünschte Materialmenge
auf dem Kipper abgelagert wurde.
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Herkömmliche
Automatikgetriebesteuerungen sind nachteilhaft, da das Eindringen
in den Haufen im zweiten Gang die Motordrehzahl abwürgt, wodurch
die Leistung vermindert wird, die verfügbar ist zum Betrieb der Werkzeughydraulik.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist es wünschenswert, gerade vor dem
Eindringen in den Haufen ein Herunterschalten in den ersten Vorwärtsgang
zu bewirken und dadurch das Fahrzeugmoment zu erhalten und eine
hohe Motordrehzahl beizubehalten, wenn das Werkzeug in den Haufen
eindringt. In ähnlicher
Weise ist es wünschenswert,
in den ersten Gang herunterzuschalten, wenn sich der Lader dem Kipper
nähert,
um eine hohe Motordrehzahl beizubehalten zum schnellen Anheben der
Schaufel auf ihre Abladehöhe.
Dies sind komplizierte Vorgänge
in einem herkömmlichen
System, weil es für
den Bediener notwendig ist, eine Hand zu verwenden zum Steuern einer
Lenkeinrichtung, und eine Hand zu verwenden zum Betätigen bzw.
Manipulieren eines Werkzeugsteuerhebels. Wenn ein Herunterschalten
benötigt
wird, muß der
Bediener jedoch eine seiner Hände
dazu verwenden, den Gangwechsel manuell zu bewirken.
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Ansprechend
auf die obigen Probleme, sieht das
US-Patent
Nr. 4 800 660 , im weiteren '660, ausgegeben am 31. Januar 1989,
ein System vor, das automatisch das Getriebe herunterschaltet, wenn
das Werkzeug in eine Position bewegt wird, die zum Graben geeignet
ist. Insbesondere wird das Getriebe in ein niedereres Gangverhältnis geschaltet,
wenn der Ausleger und die Schaufel (bzw. Löffel) einen vorgewählten Winkel bezüglich der
Laders einnehmen. Dieses System ist von dem Standpunkt aus problematisch,
daß das
Herunterschalten eintritt, sobald das Werkzeug die vorgewählte Position
einnimmt. Als solches ist es schwierig, das Auftreten des Herunterschaltens
genau und korrekt zeitlich zu steuern. Wie oben genannt, ist es
auch wünschenswert,
in der Lage zu sein, ein Herunterschalten zu bewirken, wenn der
Lader sich dem Muldenkipper nähert.
Die '660 erwähnt nicht,
daß ihre
Steuerung dazu geeignet ist, diese Art von Herunterschalten zu ermöglichen,
und das offenbarte System würde
auch nicht leicht anpaßbar
sein, um solches Herunterschalten zu ermöglichen. Dies ist so, weil
eine angehobene Schaufelposition verwendet wird, bei Annäherung an
den Kipper und auch beim Beladen des Fahrzeugs. Jedoch sieht das '660-System keine
Mittel vor zum Unterscheiden, wann die Schaufel angehoben ist zum
Beladen und wann sie angehoben ist zum Abladen.
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Systeme
sind auch bekannt, die einen Herunterschalt-Schalter auf einem Werkzeugsteuerhebel
vorsehen. Solche Systeme sind vorteilhaft, weil das gewünschte Herunterschalten
mit der gleichen Hand bewirkt werden kann, die zum Betätigen des
Werkzeugsteuerhebels verwendet wird. Jedoch sind bekannte Systeme nachteilhaft,
weil sie einen übermäßigen Fahrzeugruck
und Motorbremsen während
eines erzwungenen Herunterschaltens zulassen. Dies ist so, weil
das Herunterschalten typischerweise bei jeglicher Bodengeschwindigkeit
gestattet ist, unabhängig
von der Motordrehzahl. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist und die
Bodengeschwindigkeit hoch ist, kann die Getriebeeingangsdrehzahl
oder -geschwindigkeit nachfolgend auf das Herunterschalten die Motordrehzahl
bei weitem überschreiten.
In dieser Situation wird ein übermäßiger Ruck
und ein Motorbremsen auftreten.
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Ein
bekanntes System, das einen Herunterschalt-Schalter vorsieht, ist
in der
japanischen Patent-Offenlegungsschrift
Nr. Sho 63-275432 mit dem Titel "Automatische Gangwechselsteuereinrichtung
für Schaufellader" beschrieben. Dieses
System gestattet nur ein automatisches Schalten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
oder -drehzahl auf Vollgas ist. Wenn das Fahrzeug nicht auf Vollgas
ist, müssen
Gangwechsel manuell bewirkt werden. Der Herunterschalt-Schalter
ist nur in Betrieb, wenn das automatische Schalten in Betrieb ist, d.
h. bei Vollgas. Dieses System ist nachteilhaft, weil es nur den
Betrieb des Herunterschalt-Schalters bei Vollgas und während automatischen
Schaltens gestattet. In vielen Fällen
ist es wünschenswert,
ein Herunterschalten zu gestatten unter Verwendung des Herunterschalt-Schalters
in der manuellen Betriebsart oder wenn die Motordrehzahl oder -geschwindigkeit
nicht auf Vollgas ist.
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Ein
weiteres bekanntes System beschreibt die Patent-Offenlegungsschrift
DE 4018791 A1 .
Diese Schrift stellt eine Anordnung zur Bereichswahlsteuerung für Automatikgetriebe
in Kraftfahrzeugen vor. Ein Auswahlhebel ist hierin so angeordnet,
dass er nur in eine bestimmte Position, Manuell II genannt, bewegbar
ist, was den Ausschlag des Hebels verringert, und ein Herunterschalten
in den ersten Gang zum Erreichen einer starken Motorbremsung wird
durch einen durch einen Knopf betätigten Schalter für den ersten
Gang ermöglicht.
Nach Schalten des Auswahlhebels in eine Motorbremsstellung und Betätigen des
Schalters für
den ersten Gang wird dem Getriebe ermöglicht, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit
unter einen passenden Wert fällt, in
den ersten Gang herunterzuschalten.
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Noch
ein weiteres bekanntes System wird in der Patent-Offenlegungsschrift
DE 4006062 A1 beschrieben.
Hierin wird ein Schaltsteuersystem für ein automatisches Fahrzeuggetriebe
mit Übergangscharakteristk beim
Herunterschalten des Getriebes erläutert. Geschwindigkeitsabhängige Kennwerte
für das
Herunterschalten zwischen unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
und für
jeden Einzelbereich des Getriebewahlhebels sind hierin vorgesehen.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der
oben beschriebenen Probleme zu lösen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine
Vorrichtung ist vorgesehen zur Verwendung in einem Fahrzeug mit
einem motorgetriebenen Getriebe, das eine Vielzahl von Gangverhältnissen
umfaßt.
Die Vorrichtung umfaßt
einen Sensor, der geeignet ist zum Abfühlen eines Parameters als Anzeige
für die
Fahrzeuggeschwindigkeit und ansprechend darauf zum Erzeugen eines
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, sowie einen Herunterschalt-Schalter,
der geeignet ist zum steuerbaren Erzeugen eines Herunterschaltsignals.
Ein Motordrehzahlsensor ist geeignet zum Abfühlen der Motordrehzahl und
ansprechend darauf zum Erzeugen eines Motordrehzahlsignals. Eine
Steuereinheit ist geeignet zum Empfang der Fahrzeuggeschwindigkeit-,
der Motordrehzahl- und der Herunterschaltsignale, zum Verarbeiten
des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, um ein Getriebesteuersignal
zu erzeugen, zum Erzeugen eines Herunterschalt-Ermöglichungswerts
als einer Funktion des Motordrehzahlsignals, und zum Modifizieren des
Getriebesteuersignals, um einem niedereren Gangverhältnis zu
entsprechen, und zwar in allen außer dem niedrigsten Gangsverhältnis, wenn
das Herunterschaltsignal empfangen wird und ein Wert ansprechend
auf das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal geringer ist als der Herunterschaltermöglichungswert.
Ein Betätiger
ist geeignet zum Empfang des Getriebesteuersignals und ansprechend
darauf zum Steuern des Getriebegangsverhältnisses.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
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1 ist
eine Darstellung eines typischen Arbeitszyklus eines Radladers;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Getriebesteuersystems, das die vorliegende Erfindung umfaßt;
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3 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der
Getriebeeingangsdrehzahl darstellt, wie in der vorliegenden Erfindung
verwendet; und
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4 und 5 sind
Software-Flußdiagramme
zum Durchführen
gewisser Aspekte der vorliegenden Erfindung.
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Beste Art des Ausführens der
Erfindung
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Mit
Bezug nun auf 2 wird ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Antriebssystem 10 für ein Baufahrzeug,
wie beispielsweise einen Radlader, beschrieben. Das Antriebssystem 10 umfaßt einen
Motor 12 und ein Getriebe 14 mit einer Vielzahl
von Gangverhältnissen.
Aus Veranschaulichungsgründen
wird die Erfindung in Verbindung mit einem Getriebe beschrieben,
das vier Vorwärts- und
vier Rückwärtsgangverhältnisse
besitzt. Das Getriebe 14 besitzt einen Eingang, der mit
dem Motor 12 über einen
Drehmomentwandler 16 verbunden ist und davon angetrieben
wird. Eine Ausgangs- oder Abtriebswelle 18 des Getriebes
ist mit einem Fahrzeugantriebsrad 20 verbunden, so daß Motorausgangsleistung
oder -drehzahl auf das Rad 20 übertragen wird, zum Vortrieb
des Fahrzeugs.
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Eine
Getriebesteuereinheit 24 ist vorgesehen zum Steuern des
Getriebegangverhältnisses
ansprechend auf abgefühlte
Fahrzeugparameter. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 24 ausgeführt unter
Verwendung eines Mikroprozessors mit geeigneten Eingangs- und Ausgangssignalaufbereitungsschaltungen
(nicht gezeigt), wie es in der Technik bekannt ist. Der Mikroprozessor
ist programmiert, um Getriebe-Steuersignale zu erzeugen zum Steuern
der Richtung und des Gangverhältnisses
des Getriebes ansprechend auf abgefühlte Eingangsparameter, wie
unten erklärt
wird. Vorzugsweise ist der Mikroprozessor ein Mikroprozessor der
Serie MC68HC11, hergestellt von Motorola, Inc. aus Schaumburg, Illinois;
jedoch können viele
andere, im Handel erhältliche
Vorrichtungen leicht angepaßt
werden, um die Funktionen der Steuereinheit 24 zu erfüllen.
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Ein
Parametersensor 30 ist vorgesehen zum Abfühlen eines
Betriebsparameters und darauf ansprechend zum Erzeugen eines Parametersignals.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Parametersignal ansprechend auf die Fahrzeuggeschwindigkeit
und insbesondere auf die Getriebeeingangsdrehzahl. Zu diesem Zweck
ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32 dazu geeignet,
einen Parameter abzufühlen
als Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit und ansprechend darauf ein
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal zu erzeugen. Vorzugsweise liegt der
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32 vor in Form eines magnetischen
Geschwindigkeits- oder Drehzahlaufnehmers, der geeignet ist, die
Drehgeschwindigkeit der Getriebeausgangswelle 18 abzufühlen und
ansprechend darauf ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal zu erzeugen.
Die Steuereinheit 24 ist geeignet zum Empfang des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
und zum Erzeugen eines Getriebeeingangsdrehzahlsignals ansprechend
auf das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und das laufende Getriebegangverhältnis, wie
es dem Fachmann klar ist. Es sei bemerkt, daß der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32 jegliche Art
von Sensor sein kann, die ein elektrisches Signal ansprechend auf
die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Welle erzeugt. Zusätzlich ist
vorzusehen, dass die Funktion des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 32 erfüllt werden
könnte
durch Abfühlen
anderer Parameter als der Getriebeeingangsdrehzahl.
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Ein
Motordrehzahlsensor 34 ist geeignet zum Abfühlen der
Drehzahl des Motors und ansprechend darauf zum Erzeugen eines Motordrehzahlsignals.
Der Drehzahlsensor 34 kann von jeglicher Bauart sein, die ein
elektrisches Signal erzeugt, ansprechend auf die Motorkurbelwellendrehzahl.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Drehzahlsensor 34 ein magnetischer Drehzahlaufnehmer,
der geeignet ist, die Drehung eines Schwungradringzahnrads (nicht
gezeigt) abzufühlen
und ansprechend darauf ein Motordrehzahlsignal zu erzeugen.
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Ein
Gangwähler 40 ist
bewegbar an eine Vielzahl von Stellen zum Anzeigen eines gewünschten
Getriebegangverhältnisses
und der Fahrtrichtung. Der Gangwähler 40 umfaßt einen
Handgriff oder Hebel 42, der drehbar positionierbar ist
in jegliche von vier Geschwindigkeits- oder Gangeinstellungen zur
Anzeige des ersten bzw. zweiten bzw. dritten bzw. vierten Gangverhältnisses.
Der Handgriff 42 ist auch positionierbar in jegliche von
drei Richtungspositionen (F, N, R) zum Anzeigen der Fahrtrichtungen
vorwärts,
neutral und rückwärts. Es
sei bemerkt, daß der
Gangwähler 40 durch
jegliche Vorrichtung oder Kombination von Vorrichtungen ausgeführt werden
könnte,
die ein gewünschtes
Gangverhältnis
und die Fahrtgeschwindigkeit anzeigen kann. Beispielsweise könnte der
Gangwähler 40 zwei
Hebel umfassen, einen zum Anzeigen des gewünschten Gangverhältnisses
und einen zum Anzeigen der gewünschten
Fahrtrichtung.
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Ein
Wählersensor
43 ist
geeignet zum Abfühlen
der Position des Ganghandgriffs
42 und zum Erzeugen eines
gewünschten
Gangverhältnissignals,
das einem gewünschten
Getriebegangverhältnis
und der Fahrtrichtung entspricht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Wählersensor
43 in
der Form einer Vielzahl von Schaltern (nicht gezeigt), die geeignet
sind, ein 8-Bit-Ausgangssignal zu erzeugen gemäß der folgenden Tabelle.
| HANDGRIFFEINSTELLUNG | AUSGANGS
BITS |
| FWD | FWDP | REV | REVP | SP1 | SP2 | SP3 | SP4 |
| FWD1 | GND | +B | | | GND | | | |
| FWD2 | GND | +B | | | | GND | | |
| FWD3 | GND | +B | | | | | GND | |
| FWD4 | GND | +B | | | | | | GND |
| NEUTRAL | | | | | | | | GND |
| REV1 | | | GND | +B | GND | | | |
| REV2 | | | GND | +B | | GND | | |
| REV3 | | | GND | +B | | | GND | |
| REV4 | | | GND | +B | | | | GND |
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In
der Tabelle 1 repräsentieren
FWD1–4
und REV1–4
die vier Vorwärts-
und Rückwärtsgangverhältnisse,
GND repräsentiert
Masse oder Erde, +B repräsentiert
das plus-Batteriepotential, FWDP und REVP repräsentieren Vorwärts- und Rückwärts-Paritäts-Bits,
SP1 bis SP4 repräsentieren
vier Geschwindigkeits- oder Gang-Bits entsprechend der vier Gangverhältnisse.
Wie gesehen werden kann, erzeugt der Wählersensor 43 eine
einzigartige Ausgangsgröße in jeder
Handgriffsposition. Wenn beispielsweise der Handgriff in der Einstellung
in Vorwärtsrichtung
und im ersten Gang ist, wird das FWD-Bit auf Masse gezogen, das
FWDP-Bit ist mit +B verbunden, das erste Gang-Bit ist mit Masse
verbunden und die restlichen fünf
Bits sind freischwebed (schwimmend, ungeerdet). Die Steuereinheit 24 ist
geeignet zum Empfang des Ausgangssignals von dem Wählersensor 43 und
zum Bestimmen des gewünschten
Gangverhältnisses
auf eine in der Technik bekannten Weise.
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Ein
Herunterschalt-Schalter 45 ist vorgesehen, um dem Bediener
zu ermöglichen,
das Getriebe 14 aus seinem gegenwärtigen Gangverhältnis herunterzuschalten.
Vorzugsweise ist der Herunterschalt-Schalter 45 in der
Form eines Knopfes 46, der auf einem Werkzeugsteuerhebel 47 angeordnet
ist, welcher verwendet wird zum Positionieren der Schaufel (nicht
gezeigt). Wenn der Knopf 46 gedrückt wird, wird ein Herunterschaltsignal an
die Steuereinheit 24 geliefert. Das Anordnen des Schalters 45 auf
dem Werkzeugsteuerhebel 47 ist vorteilhaft, weil es den
Betrieb beider Einrichtungen mit der gleichen Hand gestattet. In
einigen Anwendungen kann es wünschenswert
sein, den Schalter 45 an einer anderen Stelle anzuordnen,
wie beispielsweise auf einer Lenkeinrichtung (nicht gezeigt). Der
Herunterschalt-Schalter 45 könnte auch in Form einer fußbetätigten Einrichtung,
wie beispielsweise ein Pedal, sein.
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Ein
Betriebsartwähler 48 ist
vorgesehen zum steuerbaren Erzeugen entweder eines Automatikbetriebsart-Signals
oder eines Manuellbetriebsart-Signals. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Betriebsartwähler 48 einen
Schalter 50, der geeignet ist, das Manuellbetriebsart-Signal
in einer ersten Position (M) und das Automatikbetriebsart-Signal
in einer zweiten Position (A) zu erzeugen.
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Ein
Getriebebetätiger
54 ist
vorgesehen zum Empfang des Getriebesteuersignals TRANSCTL und ansprechend
darauf zum Steuern des Getriebegangverhältnisses. Zu diesem Zweck ist
das Getriebe
14 mit einer Vielzahl von Schaltelektromagneten
56a–d versehen,
die geeignet sind zum Empfang elektrischer Signale von der Steuereinheit
24 und
ansprechend darauf zum Steuern des Getriebegangsverhältnisses.
Das Getriebe
14 ist auch versehen mit Vorwärts- und
Rückwärts-Elektromagneten
58a,
b, die geeignet sind zum Empfang von Vorwärts- und Rückwärts-Signalen von der Steuereinheit
24 und
ansprechend darauf zum Steuern der Richtung des Getriebes
14.
In dem bevorzugten Ausführungsbei spiel
werden die Elektromagnete erregt in Übereinstimmung mit der folgenden
Tabelle:
| TRANSCTL | ELEKTROMAGNETE |
| FWD | REV | SP1 | SP2 | SP3 | SP4 |
| FWD1 | ON | | ON | | | |
| FWD2 | ON | | | ON | | |
| FWD3 | ON | | | | ON | |
| FWD4 | ON | | | | | ON |
| NEUTRAL | | | | | | ON |
| REV1 | | ON | ON | | | |
| REV2 | | ON | | ON | | |
| REV3 | | ON | | | ON | |
| REV4 | | ON | | | | ON |
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Die
Steuereinheit 24 empfängt
Automatikbetriebsart-, Manuellbetriebsart-, Parameter- (d. h. Fahrzeuggeschwindigkeits-),
Motordrehzahl-, Herunterschalt- und Soll-Gangverhältnis-Signale. Die Steuereinheit 24 arbeitet
in einer manuellen Betriebsart, wenn das Manuellbetriebsart-Signal empfangen
wird und in einer Automatikbetriebsart, wenn das Automatikbetriebsart-Signal
empfangen wird. In der manuellen Betriebsart wird das Gangverhältnis gesteuert
ansprechend auf die Position des Gangwählers 40. Insbesondere
arbeitet die Steuereinheit 24, um ein Getriebesteuersignal
zu erzeugen, das dem gewünschten
(Soll-)Gangverhältnissignal
entspricht. Jedesmal, wenn die Position des Gangwählers 40 verändert wird,
wird das Getriebe 14 entsprechend geschaltet. Auf diese
Weise kann das Getriebe 14 betrieben werden in einer ganz ähnlichen
Weise wie ein Standardgetriebe in einem Automobil arbeitet. In der
manuellen Betriebsart ist der Herunterschalt-Schalter 45 nur
in Betrieb zum Erzwingen eines Herunterschaltens von dem zweiten
Gang in den ersten Gang in jeder Richtung. Dies gestattet den Betrieb
des Herunterschalt-Schalters 45 in der manuellen Betriebsart,
wenn das Fahrzeug sich dem Haufen oder einem Muldenkipper nähert, während es
seinen Gebrauch in höheren
Gangverhältnissen
verhindert.
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In
der Automatikbetriebsart werden die Getriebesteuersignale erzeugt
ansprechend auf das Parametersignal und in Übereinstimmung mit gespeicherten
Daten, die den abgefühlten
Parameter mit dem Getriebegangverhältnis in Beziehung setzen.
Zu diesem Zweck ist eine Speichereinrichtung 60 vorgesehen
zum Speichern eines Schaltpunktplans 62, der das Getriebegangverhältnis mit
dem Parametersignal in Beziehung setzt. Wie oben bemerkt, ist das
Parametersignal vorzugsweise ansprechend auf die Fahrzeuggeschwindigkeit
und die insbesondere Getriebeingangsdrehzahl. Während die vorliegende Erfindung
in Verbindung mit einem Schaltpunktplan beschrieben wird, der auf
die Getriebeeingangsdrehzahl ansprechend ist, sei bemerkt, daß der Schaltpunktplan
auf andere Parameter ansprechend sein könnte, wie beispielsweise Motordrehzahl, Drosselöffnung,
Motorbelastung und/oder Getriebeausgangsdrehzahl, ohne von dem Bereich
der Erfindung abzuweichen.
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Der
Schaltpunktplan 62 liefert Hochschalt- und Herunterschalt-Geschwindigkeiten
bzw. Drehzahlen für
jedes Gangverhältnis
entsprechend der Getriebeeingangsdrehzahl, bei der ein Hochschalten
und ein Herunterschalten in ein jeweiliges Gangverhältnis auftreten
soll. Die Steuereinheit 24 funktioniert so, daß sie die Hochschalt-
und Herunterschalt-Drehzahlen bzw. -Geschwindigkeiten für das laufende
Gangverhältnis
aus dem Schaltpunktplan 62 herausholt. Die Steuereinheit 24 erzeugt
ein Getriebeeingangs drehzahlsignal, das dem Produkt des laufenden
Gangverhältnisses
und der Getriebeausgangsdrehzahl entspricht. Die Steuereinheit 24 vergleicht
dann das Getriebeeingangsdrehzahlsignal mit den herausgeholten Hochschalt- und Herunterschalt-Drehzahlen
bzw. -Geschwindigkeiten. Falls das Getriebeeingangsdrehzahlsignal
oberhalb der herausgeholten Hochschaltdrehzahl ist, wird ein Getriebesteuersignal
erzeugt, das dem dann nächsthöheren Gangverhältnis entspricht.
Im Gegensatz dazu wird, wenn das Getriebeeingangsdrehzahlsignal
unterhalb der herausgeholten Herunterschalt-Drehzahl ist, ein Getriebesteuersignal
erzeugt, das dem nächstniedrigeren Gangverhältnis entspricht.
Wenn das Getriebeeingangsdrehzahlsignal zwischen den Hochschalt-
und Herunterschaltdrehzahlen ist, bleibt das Getriebesteuersignal
unverändert.
In der Automatikbetriebsart wird der erlaubte höchste Gang auf den Gang beschränkt, der
dem Soll-Gangsignal entspricht, wie es durch den Wählersensor 43 erzeugt
wird. Wenn beispielsweise der Handgriff 42 in der Position
des dritten Gangs ist, wird ein automatisches Schalten bis einschließlich dem
dritten Gangverhältnis
durchgeführt.
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Der
Herunterschalt-Schalter 45 ist in der Automatikbetriebsart
in Betrieb, ein Herunterschalten auf ein niedrigeres Gangverhältnis zu "erzwingen", und zwar in allen
außer
den niedrigsten Gangverhältnis,
d. h. in allen Gangverhältnissen
außer
dem ersten Vorwärtsgang
FWD1 und dem ersten Rückwärtsgang
REV1. Ein Herunterschalten ist gestattet, solange das Getriebeeingangsdrehzahlsignal
unterhalb eines vorgewählten
Herunterschaltermöglichkeitswerts
ist, der sich als eine Funktion der Motordrehzahl ändert. Vorzugsweise
verändert
sich der vorgewählte
Herunterschaltermöglichungswert
in Übereinstimmung
mit der folgenden Gleichung: DWN_SHFT_ENBL =
MAXSPD – K1·(RATEDSPD – ENGSPD)
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Dabei
ist DWN_SHFT_ENBL der vorgewählte
Wert, MAXSPD ist die Motorauslaufdrehzahl, K1 ist eine empirisch
bestimmte Konstante, RATEDSPD ist die Nenn-Motordrehzahl und ENGSPD
ist die tatsächliche oder
Ist-Motordrehzahl. Dieses Verhältnis
ist in 3 gezeigt. Wie aus 3 ersichtlich
ist, erzeugt die Gleichung eine Kurve, die sich ändert von einem Minimum, das
der normalen Herunterschaltdrehzahl entspricht, wenn der Motor in
niedriger Leerlaufdrehzahl läuft,
auf ein Maximum, das der maximal erlaubten Wandlerausgangsdrehzahl
entspricht, d. h. der maximal erlaubten Eingangsdrehzahl, wenn der
Motor auf der Nenndrehzahl ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Wert von K1 0,95; jedoch ist dies rein bauartbedingt und
sollte nicht als den Bereich der Erfindung beschränkend angesehen
werden. Die Wirkung dieses Tests (d. h. ob das Getriebeeingangsdrehzahlsignal
oberhalb oder unterhalb der Kurve ist) ist, ein Herunterschalten
zu verhindern, welches eine Getriebeausgangsdrehzahl ergibt, die
die Drehzahl des Motors 12 in großem Maße überschreitet und somit einen übermäßigen Fahrzeugruck
und Motorbremsen bewirkt. Es sei bemerkt, daß der oben gezeigte Test nur
eines von zahlreichen Verfahren ist zum Erhalt des gewünschten
Ergebnisses. Beispielsweise könnte
die Steuereinheit 24 in Betrieb sein zum Berechnen der
vorher gesagten Getriebeeingangsdrehzahl nachfolgend nach dem Schalten.
Dieser vorhergesagte Wert könnte
verglichen werden mit der gegenwärtigen
Motordrehzahl, um zu bestimmen, ob das Herunterschalten gestattet
werden sollte. Es ist auch denkbar, daß der Test auch durchgeführt werden
könnte
durch direktes Vergleichen des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals mit
einem Wert, der sich als eine Funktion der Motordrehzahl ändert.
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Mit
Bezug nun auf die 4 und 5 wird ein
Ausführungsbeispiel
der Software zum Programmieren der Steuereinheit 24 in Übereinstimmung
mit gewissen Aspekten der vorliegenden Erfindung erklärt. Die 4 und 5 sind
Flußdiagramme,
die ein Computersoftwareprogramm zeigen zur Ausführung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. Das in diesen Flußdiagrammen gezeigte Programm ist
besonders gut geeignet zur Verwendung mit dem Mikroprozessor und
den assoziierten Bauteilen, die oben beschrieben wurden, obwohl
jeglicher geeignete Mikroprozessor verwendet werden kann bei der
Ausführung eines
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. Diese Flußdiagramme bilden einen vollständigen und arbeitsfähigen Aufbau
eines bevorzugten Softwareprogramms, das reduziert wurde auf die
Praxis mit dem Mikroprozessorsystem der Serie MC68HC11. Das Softwareprogramm
kann leicht aus diesen detaillierten Flußdiagrammen codiert werden
unter Verwendung des mit diesem System assoziierten Anleitungsatzes,
oder es kann codiert werden mit den Anleitungen jeglicher anderer
geeigneter herkömmlicher
Mikroprozessoren. Der Prozeß des
Schreibens eines Softwarecodes aus Flußdiagrammen wie diesem ist
für einen
Fachmann ein bloßer
mechanischer Schritt.
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Mit
Bezug anfangs auf 4 wird der Betrieb des Herunterschalt-Schalters 45 in
der manuellen Betriebsart erklärt.
Die Steuereinheit 24 bestimmt anfangs im Block 100,
ob das System in der manuellen Betriebsart arbeitet durch überprüfen auf
Vorhandensein des Manuellbetriebsart-Signals. Wenn die manuelle
Betriebsart nicht gefordert ist, wird die Steuerung an die Hauptsteuerschleife,
nicht gezeigt, zurückgeführt.
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Wenn
die manuelle Betriebsart gewählt
ist, geht die Steuerung weiter zu dem Block 102, wo die
Steuereinheit 24 das Soll-Gangverhältnissignal samplet, um zu
bestimmen, ob das Soll-Gangverhältnis
dem zweiten Vorwärtsgang
FWD2 oder dem zweiten Rückwärtsgang
REV2 entspricht. Wenn die Antwort negativ ist, geht die Steuerung
weiter zum Block 108, wo das Getriebesteuersignal (TRANSCTL)
erzeugt wird in ,Übereinstimmung
mit dem Soll-Gangverhältnissignal
(DESGEAR). Wenn der Test in dem Block 102 zustimmend beantwortet
wird, geht die Steuerung weiter zu dem Block 104, wo bestimmt
wird, ob ein Richtungswechsel, zum Beispiel von vorwärts nach
rückwärts, durchgeführt worden
ist seit dem letzten Durchlauf durch die Steuerschleife. Dies wird
bestimmt durch Vergleichen des vorherigen Gangverhältnisses
mit dem laufenden Gangverhältnis.
Wenn ein Richtungswechsel durchgeführt worden ist, geht die Steuerung
weiter zu dem Block 108. Wenn jedoch kein Richtungswechsel
aufgetreten ist, geht die Steuerung weiter zu dem Block 106,
wo die Steuereinheit 24 auf das Vorhandensein des Herunterschalt-Signals
prüft.
Wenn das Herunterschalt-Signal detektiert wird, wird das Getriebe 14 in
dem Block 110 in das erste Gangverhältnis heruntergeschaltet. Das
Getriebe 14 bleibt in dem ersten Gangverhältnis, bis
der Gangwähler 40 nachfolgend
bewegt wird, um ein neues Soll-Gangverhältnis anzuzeigen.
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Die
oben beschriebene Strategie wird angewandt, um die Verwendung des
Herunterschalt-Schalters, während
der manuellen Betriebsart, einzuschränken. Es sei jedoch bemerkt,
daß es
in einigen Fällen
wünschenswert
sein könnte,
eine unterschiedliche Strategie zu verwenden. Beispielsweise könnte es
in einigen Anwendungen vorteilhaft sein, den Betrieb des Herunterschalt-Schalters 45 in
höheren
Gangverhältnissen
zu gestatten.
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Mit
Bezug nun auf 5 wird der Betrieb des Herunterschalt-Schalters 45 in
der Automatikbetriebsart erklärt.
Die Steuereinheit 24 detektiert anfangs in dem Block 200,
ob die Automatikbetriebsart gefordert ist durch Samplen auf das
Vorhandensein des Automatikbetriebsartsignals. Wenn die Automatikbetriebsart
nicht gefordert ist, geht die Steuerung zurück zur Hauptsteuerschleife.
Im Gegensatz dazu, geht die Steuerung zu dem Block 202 weiter,
wenn die Automatikbetriebsart gefordert ist.
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In
dem Block 202 bestimmt die Steuereinheit 24, ob
das Getriebe 14 gegenwärtig
entweder im ersten Vorwärtsgang
FWD1 oder im ersten Rückwärtsgang
REV1 ist. Wenn der Test im Block 202 zustimmend beantwortet
wird, geht die Steuerung weiter zum Block 204, wo ein Herunterschalt-Timer
(oder Zeitmesser) geleert wird, d. h. auf Null gesetzt wird. Die
Blöcke 202 und 204 haben
die Wirkung, den Betrieb des Herunterschalt-Schalters 45 zu
verhindern, wenn das Getriebe im ersten Vorwärtsgang FWD1 oder im ersten
Rückwärtsgang
REV1 ist, um dadurch ein Herunterschalten in den Leerlauf (neutral)
zu verhindern.
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Die
Steuerung geht dann weiter zum Block 206, wo bestimmt wird,
ob der Herunterschalt-Schalter 45 gedrückt ist durch Samplen auf das
Vorhandensein des Herunterschaltsignals. Wenn das Herunterschaltsignal detektiert
wird, geht die Steuerung weiter zum Block 208, wo ein Herunterschalt-Timer
auf einen vorgewählten Wert
eingestellt wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Timer
auf 3 Sekunden eingestellt; jedoch ist dieser Wert rein bauartbedingt
und soll den Bereich der Erfindung nicht beschränken. Der Timer ist in Betrieb,
um die Steuereinheit 24 für 3 Sekunden nach der Freigabe
des Herunterschalt-Schalters 45 an
dem Heraufschalten des Betriebes 14 zu hindern. Nachdem
der Timer eingestellt ist, geht die Steuerung weiter zum Block 212.
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Wenn
das Herunterschaltsignal in dem Block 206 nicht detektiert
wird, geht die Steuerung weiter zu dem Block 210, wo der
Timer dekrementiert wird, d. h. herunterzählt, so daß er der Zeit entspricht, die
seit der Freigabe des Herunterschalt-Schalters 45 vergangen
ist. Die Steuerung geht dann weiter zu dem Block 212, wo
die Steuereinheit 24 bestimmt, ob der Herunterschalt-Timer
geleert ist, d. h. ob er gleich Null ist. Dies ist der Fall, wenn
der Herunterschalt-Timer in dem Block 204 geleert wurde
oder 3 Sekunden nachfolgend nach der Freigabe des Herunterschalt-Schalters 45.
Wenn der Herunterschalt-Timer geleert ist, geht die Steuerung weiter
zu dem Block 216, wo das Getriebegangverhältnis gesteuert
wird in Übereinstimmung
mit der normalen Schaltstrategie, wie sie oben beschrieben wurde.
Im Gegensatz dazu geht die Steuerung weiter zu dem Block 214,
wenn der Timer nicht geleert wurde. In dem Block 214 vergleicht
die Steuereinheit 24 die Getriebeeingangsdrehzahl mit dem
DWN_SHFT_ENBL-Wert, in dieser Darstellung von 5 als
VALIDSPD bezeichnet, der ansprechend auf die Motordrehzahl berechnet
wird, wie oben beschrieben. Wenn die Getriebeeingangsdrehzahl niedriger
als oder gleiche wie der DWN_SHFT_ENBL-Wert ist, geht die Steuerung
weiter zu dem Block 218, wo das Getriebe um ein Gangverhältnis heruntergeschaltet
wird. Wenn jedoch das Getriebeeingangsdrehzahlsignal den DWN_SHFT_ENBL-Wert überschreitet,
geht die Steuerung weiter zu dem Block 216.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Es
wird angenommen, daß die
ideale Anwendung für
die vorliegende Erfindung ein Baufahrzeug ist, wie beispielsweise
ein Radlader. In einer solchen Umgebung ist die vorliegende Erfindung
vorteilhaft, da sie ein Herunterschalten bei höheren Bodengeschwindigkeiten
gestattet als normale Herunterschaltgeschwindigkeiten.
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In
der manuellen Betriebsart ist die Steuereinheit 24 in Betrieb,
ein Herunterschalten zu gestatten unter Verwendung des Herunterschalt-Schalters, und zwar
von dem zweiten Vorwärtsgang
FWD2 in den ersten Vorwärtsgang
FWD1 und von dem zweiten Rückwärtsgang
REV2 in den ersten Rück wärtsgang
REV1. Die Verwendung des Herunterschalt-Schalters 45 ist
beschränkt
auf die manuelle Betriebsart, da dieses die Gangverhältnisse
sind, in denen der Herunterschaltknopf die größten Vorteile bringt.
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In
der Automatikbetriebsart ist der Herunterschalt-Schalter 45 in
allen Gangverhältnissen
in Betrieb außer
in dem untersten Gangverhältnis,
d. h. außer
in dem ersten Vorwärtsgang
und dem ersten Rückwärtsgang.
Wenn das Fahrzeug sich dem Haufen nähert, ist der Herunterschalt-Schalter 45 in
einem Zustand, in dem ein Herunterschalten gewünscht ist. Solange der Herunterschalt-Schalter 45 gedrückt ist,
schleift die Steuerung durch die Blöcke 200, 202, 206, 208, 212, 214 und 218.
Ein Herunterschalten wird bewirkt, sobald die Getriebeeingangsdrehzahl
(TRANSIN) den DWN_SHFT_ENBL-Wert (VALIDSPD) erreicht oder unterschreitet
(siehe 5). Auf diese Weise können mehrfache Gangherunterschaltvorgänge bewirkt
werden, durch fortgesetztes Drücken
des Herunterschalt-Schalters 45. Sobald der Herunterschalt-Schalter 45 losgelassen
wird, ist die Antwort auf den Test in dem Block 206 negativ
und der Timer wird in dem Block 208 nicht mehr zurückgesetzt.
Nachdem der Timer ausgezählt
hat (d. h. 3 Sekunden), geht die Steuerung weiter zu dem Block 216,
wo Schaltvorgänge
bewirkt werden in Übereinstimmung
mit dem Schaltpunktplan 62.
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Weitere
Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können erhalten werden aus dem
Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen.
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Zusammenfassend
sieht die Erfindung folgendes vor: Eine Vorrichtung ist vorgesehen
zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem motorgetriebenen Getriebe,
welches eine Vielzahl von Gangverhältnissen umfaßt. Die
Vorrichtung umfaßt
einen Sensor, der geeignet ist zum Abfühlen eines Parameters als Anzeige der
Fahrzeuggeschwindigkeit und ansprechend darauf zum Erzeugen eines
Fahrzeuggeschwindigkeitssignals. Ein Herunterschalt-Schalter ist
vorgesehen zum steuerbaren Erzeugen eines Herunterschaltsignals.
Ein Motordrehzahlsensor fühlt
die Motordrehzahl ab und erzeugt entsprechend darauf ein Motordrehzahlsignal. Eine
Steuereinheit ist geeignet zum Empfang der Fahrzeuggeschwindigkeits-,
Motordrehzahl- und Herunterschaltsignale, zum Verarbeiten des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals,
um ein Getriebessteuersignal zu erzeugen, zum Erzeugen eines Herunterschalt-Ermöglichungswerts,
als eine Funktion des Motordrehzahlsignals, und zum Modifizieren
des Getriebessteuersignals, um einem niedrigeren Gangverhältnis zu
entsprechen in allen außer
dem niedrigsten Gangverhältnis,
wenn das Herunterschaltsignal empfangen wird und ein Wert ansprechend
auf das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal geringer ist als der Herunterschalt-Ermöglichungswert. Ein
Betätiger
ist geeignet zum Empfang des Getriebessteuersignals und ansprechend
darauf zum Steuern des Getriebegangverhältnisses.