DE4334146B4 - Einrichtung zur selbsttätigen Schaltung eines mehrgängigen Gangwechselgetriebes - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zur selbsttätigen Schaltung eines mehrgängigen Gangwechselgetriebes (1), das einem von einem Antriebsmotor (3) angetriebenen Fahrzeug zugeordnet ist, mit
– Sensoren (9, 10, 15, 16) zur Erfassung von den Betriebszustand des Antriebsmotors (3) charakterisierenden Größen,
– einer eine Rechnereinheit (17) aufweisenden und mit den Sensoren (9, 12, 10, 15, 16) verbundenen Steuereinheit (8),
– Stellgliedern (S1 bis S5), durch die in Abhängigkeit von Signalen der Steuereinheit (8) Gangstufen des Getriebes schaltbar sind, und
– einer ersten Registergruppe (RG1) der Rechnereinheit (17), in der wenigstens zwei den Betriebszustand des Antriebsmotors charakterisierende Größen und wenigstens eine das Fahrverhalten des Fahrzeugbedieners charakterisierende Größe klassenweise abgelegt sind,
gekennzeichnet durch einen Aufbau der Rechnereinheit (17) mit wenigstens
– einer zweiten Registergruppe (RG2), in der Regeln abgelegt sind, nach denen
– Größen der ersten Registergruppe (RG1) miteinander zur Erzeugung erster unscharfer Zwischenwerte,
– die ersten unscharfen Werte miteinander...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Schaltung eines mehrgängigen Gangwechselgetriebes gem. des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
  • Gattungsgemäße Einrichtungen sind beispielsweise bekannt aus der DE 36 21 674 A1 (B60K41/06) oder EP 0 406 615 A2 (F16H59/00). In diesen Schriften werden unterschiedliche Möglichkeiten zur Verbessung der Fahrweise von Fahrzeugen mit automatisch schaltenden Getrieben aufgezeigt. Neuere Entwicklungen gehen dahin, gattungsgemäße Schalteinrichtungen mit einer sogenannten „Fuzzy"-Regelung zu versehen. Diesbezüglich wird in der EP 0 454 504 A2 eine Getriebeschalteinrichtung beschrieben, bei der spezifische Größen, die das Fahrverhalten eines Fahrzeugbedieners charakterisieren, zur Feststellung des jeweiligen Gangwechselzeitpunktes ausgewertet werden.
  • Weiterhin ist aus der US 4 841 815 eine Schaltungseinrichtung für ein Automatikgetriebe bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist Sensoren zur Erfassung von den Betriebszustand des Betriebsmotors charakterisierenden Größen, wie Motordrehzahl, Geschwindigkeit, Drosselklappenstellung und Gangstellung auf. Eine Bearbeitungseinheit und ein „Fuzzy"-Controller bilden eine Steuereinheit über die mittels Stellgliedern die Gangstufen des Getriebes schaltbar sind. Nachteilig dabei ist, dass die Sensorsignale sowohl der Bearbeitungseinheit als auch dem „Fuzzy"-Controller zugeführt werden müssen. Weiterhin nachteilig ist, dass die Verknüpfungstiefe relativ gering ist, so dass auf das Fahrverhalten des Fahrzeugbedieners nur unzureichend Rücksicht genommen werden kann.
    •
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, gattungsgemäße Schalteinrichtungen so weiterzubilden, dass sie ein einem größeren Umfang der individuellen Fahrweise des jeweiligen Fahrzeugbedieners Rechnung tragen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß werden also in der Rechnereinheit verschiedene Registergruppen vorgesehen, die in einer nachfolgend näher beschriebenen Weise die von den Sensoren an die Steuereinheit gemeldeten Signale in Befehle für eine jeweils einzustellende Gangbeeinflussung umwandelt. (Eine solche Beeinflussung kann die Aufrechterhaltung des gerade eingelegten Ganges oder ein Gangwechsel sein.) Zu diesem Zweck sind in einer ersten Registergruppe für bestimmte den Betriebszustandes Antriebmotors charakterisierende Größen Klassenzugehörigkeiten definiert. In vorteilhafter Weise wird dabei auf die gleichen Betriebzustandsgrößen zurückgegriffen wie bei dem Betrieb gattungsgemäßer Schalteinrichtungen. In einer zweiten Registergruppe sind erfindungsgemäß Regeln abgelegt, nach denen die Größen der ersten Registergruppe miteinander zur Erzeugung zweiter unscharfer Zwischenwerte verknüpft werden. Schließlich werden in einer dritten Registergruppe nach den Regeln der Fuzzy-Logik die in der zweiten Registergruppe gebildeten unscharfen Zwischenwerte in diskrete Ausgangswerte für eine einzulegende Gangstufe umgewandelt. Dabei wird vorteilhaft als das Fahrverhalten des Fahrzeugbedieners charakterisierende Größe die zeitliche Änderung des Fahrpedalwinkels in ein Register der ersten Registergruppe abgelegt. Zur Erhöhung der Verknüpfungstiefe ist in der zweiten Registergruppe ein viertes Register mit Regeln zur Verknüpfung der Klassen für die Fahrpedalwinkel mit den im dritten Register bestimmten zweiten unscharfen Zwischenwerten zur Stimmung eines dritten unscharfen Zwischenwertes abgelegt.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Rechnereinheit wird somit für die Steuerung eines mehrgängigen Gangwechselgetriebes nicht mehr eine starre Kennfeldsteuerung verwendet oder eine Steuerung nur nach Fahrsituation, sondern auch nach Fahrverhalten des Fahrzeugbedieners eine bestimmte Betriebsweise festgelegt. Durch eine bis zu dritten unscharfen Zwischenwerten reichende, gewichtete Verknüpfung von Betriebszustandgrößen einerseits und Fahrverhaltensgrößen andererseits kann zum einen in vorteilhafter Weise auf bereits vorhandene Kennfelder zurückgegriffen und zum anderen den individuellen Fahrweisen verschiedener Fahrzeugbediener Rechnung getragen werden.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass sie an bereits im Betrieb befindlichen Schalteinrichtung nachgerüstet werden kann und im Bereich des Getriebes selbst keinerlei apparative Änderungen notwendig werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
  • 1: in schematischer Darstellung ein mehrgängiges Gangwechselgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,
  • 2: in schematischer Darstellung den Aufbau einer Steuereinheit für eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung,
  • 3: ein Schaltkennfeld,
  • 4 bis 7: Klassenzugehörigkeiten für den Betriebszustand des Antriebsmotors und das Verhalten des Fahrzeugbedieners charakterisierende Größen,
  • 8 und 9: Verknüpfungsregeln, die Bezug nehmen auf die Klassenzugehörigkeiten gemäß 4 bis 7,
  • 10 bis 14: weitere Klassenzugehörigkeiten und Verknüpfungsregeln.
    •
  • Man erkennt in 1 ein Gangwechselgetriebe 1, das eingangsseitig über eine Anfahr- und Trennkupplung 2 mit einem Antriebsmotor 3 und ausgangsseitig über eine Abtriebswelle 4 und ein Differential 5 mit den Antriebsrädern 6, 7 eines hier nicht weiter dargestellten Fahrzeugs verbunden ist. Zu dem Gangwechselgetriebe gehören hier Stellglieder S1 bis S5, durch die in an sich bekannter Weise Bremsen B1 und B2 sowie Kupplungen K1 bis K3 zur Einstellung verschiedener Übersetzungsstufen mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden. Gesteuert wird das Gangwechselgetriebe 1 von einer Steuereinheit 8, der Signale von einem Motordrehzahlsensor 9, einem der Abtriebswelle 4 zugeordneten Fahrgeschwindigkeitssensor 10 und eines einem Fahrpedal 11 zugeordneten Winkelgebers 12 zugeführt werden.
  • Über ein hier nicht weiter beziffertes Übertragungsglied (Seilzug oder Gestänge) ist das Fahrpedal 11 mit einer dem Antriebsmotor 3 zugeordneten Drosselklappe 13 verbunden. Mit einer gestrichelt dargestellten Signalleitung 14 soll angedeutet werden, daß ergänzend oder alternativ zum Winkelgeber 12 auch ein der Drosselklappe 13 zugeordneter Geber 15 der Steuereinheit 8 Signale zuführen kann. Darüber hinaus erhält die Steuereinheit 8 noch Signale von einem Gangsensor 16, der dem Gangwechselgetriebe 1 zugeordnet ist und der Steuereinheit 8 eine Information über den jeweils aktuell eingelegten Getriebegang vermittelt. Ein solcher Gangsensor kann beispielsweise durch eine – nicht dargestellte – Einrichtung gebildet sein, die Stellungen der den Stellgliedern S1 bis S5 zugeordneten Steuerventile auswertet. Wesentlicher Bestandteil der Steuereinheit 8 ist eine Rechnereinheit 17, deren Aufbau und Funktion anhand von 2 näher erläutert wird.
  • Die Rechnereinheit 17 weist erfindungsgemäß drei Registergruppen RG1 bis RG3 auf, in denen die von den Sensoren 10, 15, 16 (gegebenenfalls auch noch 9 oder 12) gelieferten Signale zur Erzeugung von Stellbefehlen in der Steuereinheit 8 in der nachfolgend beschriebenen Weise verarbeitet werden.
  • Die Registergruppe RG1 weist hier vier Einzelregister auf, die mit G, V, D und DP bezeichnet sind. In diesen einzelnen Registern sind die in den 4 bis 7 ersichtlichen Klassenzugehörigkeiten abgelegt. Ausgangspunkt für die Definition dieser Klassenzugehörigkeiten ist das in der 3 dargestellte Schaltkennfeld für die selbsttätige Steuerung eines hier nicht weiter dargestellten Vierganggetriebes. Dort sind Umschaltkennlinien 18 bis 20 ersichtlich, denen entnehmbar ist, wann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Öffnungswinkel der Drosselklappe eine Umschaltung in die verschiedenen Gänge erfolgt. Mit einem Strich sind dabei Umschaltkennlinien für einen auf sparsamen Kraftstoffverbrauch ausgerichteten Betrieb und mit zwei Strichen Umschaltkennlinien für einen auf eine sportliche Fahrweise ausgerichteten Betrieb bezeichnet.
  • Auf der Grundlage des in 3 dargestellten Kennfeldes wurden die in den 5 und 6 dargestellten Klassenzugehörigkeiten festgelegt. im vorliegenden Falle wurde die Fahrzeuggeschwindigkeit in die vier Klassen "NIEDRIG", "MITTEL", "MIT HOCH" und "HOCH" aufgeteilt. Dies hat zur Folge, daß eine vom Sensor 10 erfaßte Fahrgeschwindigkeit v1 eine Klassenzugehörigkeit mit dem Wert z4 zur Klasse "HOCH" und eine Zugehörigkeit mit dem Wert z3 zur Klasse "MIT HOCH" aufweist. Dementsprechend ist für eine bei der Fahrzeuggeschwindigkeit v1 vorliegenden Öffnungswinkel α1 eine Klassenzugehörigkeit mit dem Wert zG bezogen auf die Klasse "GROSS" und mit dem Wert zK bezogen auf die Klasse "KLEIN" gegeben.
  • Im Vergleich zu der in 5 und 6 dargestellten Größen ist bei den Klassen für die jeweils eingelegten Getriebegänge keine Überlappung vorgesehen, weil in einem Vierganggetriebe nur diskrete Gangstufen eingelegt werden können. Bei der Verwendung eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes mit stufenloser Verstellbarkeit des Übersetzungsgetriebes hingegen wäre es jedoch denkbar, für verschiedene Übersetzungsbereiche einander überlappende Klassenzugehörigkeiten zu definieren.
  • Die in der 7 ersichtliche Fahrsituationserkennung bezieht sich auf eine Auswertung des Fahrpedalwinkels 11. Durch ein in der Zeichnung nicht weiter dargestelltes Differenzierglied wird die Schnelligkeit des Durchtretens des Fahrpedals 11 bestimmt. Diese Maßnahme beruht auf der erfinderseitigen Erkenntnis, daß die Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpedals 11 Rückschlüsse auf die spezifische Fahrweise des jeweiligen Fahrzeugbedieners erlaubt. Erfindungsgemäß sind die Größen G und V gemäß der Regelbasis 1 (siehe 8) in der Rechnereinheit 17 verknüpfbar. Demnach ist beispielsweise für eine der Geschwindigkeitsklasse "HOCH" zugeordnete Geschwindigkeit bei eingelegtem zweiten Gang eine Hochschaltung um zwei Gänge (P ZWEI = plus zwei) vorzunehmen. Entsprechend ist bei eingelegtem vierten Gang und niedriger Geschwindigkeit eine Rückschaltung um drei Gänge vorzunehmen (M DREI = minus drei). In gleicher Weise enthält die Regelbasis 2 für die jeweils eingelegten Getriebegänge Regeln, gemäß denen die jeweiligen Klassen von Fahrzeuggeschwindigkeit und Drosselklappenstellung miteinander verknüpft werden. Man erhält somit ein Signal VG aus der Regelbasis 1, welches das Verhältnis von eingelegtem Gang zur Geschwindigkeit repräsentiert und ein Signal VD aus der Regelbasis 2, welches für den jeweiligen Getriebegang in erster Linie das Verhältnis von Drosselklappenstellung und Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt. Für die Signale VD und VG sind erfindungsgemäß ebenfalls Klassenzugehörigkeiten definiert worden, die den 10 und 11 entnehmbar sind. Mittels einer Regelbasis 3 (siehe 12) findet eine Verknüpfung von VG und VD zur Erzeugung eines Signals GS statt. Für GS sind ebenfalls Klassenzugehörigkeiten definiert worden, die mit Klassen für die Drosselklappengeschwindigkeit (siehe 7) gemäß Regelbasis 4 (siehe 14) verknüpfbar sind. Sämtliche zuvor genannten Regelbasen sind in der Registergruppe RG2 in den Registern R1 bis R4 abgelegt. Schließlich wird in der Registergruppe RG3 ein Endsignal ES erzeugt, welches an den Stellgliedern S1 bis S5 die für den jeweils einzulegenden Gang erforderlichen Stellbewegungen auslöst.
  • Aus den schraffierten Flächen in 3 ist nun ersichtlich, daß je nach Fahrerwunsch die Umschaltpunkte mehr oder weniger stark zwischen den Kennlinien für sportlichen Betrieb und wirtschaftlichen Betrieb verschiebbar sind. Damit kann situationsgerecht und den spezifischen Fahrweisen von Fahrzeugbedienern Rechnung tragend umgeschaltet werden.
  • Für die hier beschriebene Steuerung sind die Signale des Motordrehzahlsensors 9 nicht ausgewertet worden. Es sind aber für das hier beschriebene Gangwechselgetriebe Betriebsweisen denkbar, die auch die Antriebsmotordrehzahl berücksichtigen, um beispielsweise einen sanfteren Gangwechsel durch gezielte Beeinflussung der Motorleistung zu ermöglichen.

Claims (7)

  1. Einrichtung zur selbsttätigen Schaltung eines mehrgängigen Gangwechselgetriebes (1), das einem von einem Antriebsmotor (3) angetriebenen Fahrzeug zugeordnet ist, mit – Sensoren (9, 10, 15, 16) zur Erfassung von den Betriebszustand des Antriebsmotors (3) charakterisierenden Größen, – einer eine Rechnereinheit (17) aufweisenden und mit den Sensoren (9, 12, 10, 15, 16) verbundenen Steuereinheit (8), – Stellgliedern (S1 bis S5), durch die in Abhängigkeit von Signalen der Steuereinheit (8) Gangstufen des Getriebes schaltbar sind, und – einer ersten Registergruppe (RG1) der Rechnereinheit (17), in der wenigstens zwei den Betriebszustand des Antriebsmotors charakterisierende Größen und wenigstens eine das Fahrverhalten des Fahrzeugbedieners charakterisierende Größe klassenweise abgelegt sind, gekennzeichnet durch einen Aufbau der Rechnereinheit (17) mit wenigstens – einer zweiten Registergruppe (RG2), in der Regeln abgelegt sind, nach denen – Größen der ersten Registergruppe (RG1) miteinander zur Erzeugung erster unscharfer Zwischenwerte, – die ersten unscharfen Werte miteinander oder mit Größen der ersten Registriergruppe (RG1) zur Erzeugung zweiter unscharfer Zwischenwerte verknüpft werden, – einer dritten Registergruppe (RG3), in der Regeln zur Umwandlung von unscharfen Zwischenwerten in diskrete Ausgangswerte für eine einzulegende Gangstufe abgelegt sind, dass in der ersten Registergruppe (RG1) ein der Erfassung der Fahrpedalwinkels zugeordnetes Register (DP) abgelegt ist, dass die das Fahrverhalten des Fahrzeugbedieners charakterisierende Größe die zeitliche Änderung des Fahrpedalwinkels ist, und dass in der zweiten Registergruppe (RG2) ein viertes Register (R4) mit Regeln zur Verknüpfung der Klassen für die Fahrpedalwinkel mit den in einem dritten Register (R3) bestimmten zweiten unscharfen Zwischenwerten zur Bestimmung eines dritten unscharfen Zwischenwertes abgelegt ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Registergruppe (RG1) ein der Erfassung der Fahrgeschwindigkeit zugeordnetes Register (V) abgelegt ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Registergruppe (RG1) ein der Erfassung des Öffnungswinkels einer Drosselklappe (13) zugeordnetes Register (D) abgelegt ist.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Registergruppe (RG1) ein der Erfassung der eingelegten Gangstufe zugeordnetes Register (G) abgelegt ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Registergruppe (RG2) ein erstes Register (R1) mit Regeln zur Verknüpfung der Klassen der eingelegten Gangstufe mit Klassen der Fahrgeschwindigkeit abgelegt ist.
  6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Registergruppe (RG2) ein zweites Register (R2) mit Regeln zur Verknüpfung der Klassen der Größen eingelegte Gangstufe, Fahrzeuggeschwindigkeit und Drosselklappenwinkel abgelegt ist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Register (R3) der zweiten Registergruppe (RG2) Regeln zur Verknüpfung der aus dem ersten und zweiten Register (R1, R2) bestimmten zweiten unscharfen Zwischenwerte abgelegt sind.
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