DE60301945T2

DE60301945T2 - Verfahren und betätigungseinrichtung für ein eine fliehkraftkupplung benützendes getriebe um zahnradstoss zu überwinden

Info

Publication number: DE60301945T2
Application number: DE60301945T
Authority: DE
Inventors: Keith Ronald MARKYVECH
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2003-01-02
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2023-01-03
Also published as: BR0306431A; CN1290733C; EP1461223B1; CN1612817A; US20020137596A1; US6539820B2; AU2003235570A1; WO2003059679A1; DE60301945D1; PL371540A1; EP1461223A1

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende betrifft eine Fliehkraft-Hauptkupplung und ein diese verwendendes Fahrzeuggetriebesystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein automatisiertes Fahrzeuggetriebesystem, das einen Motor, ein mehrgängiges Getriebe, eine fliehkraftbetätigte Hauptreibungskupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung des Motors an das Getriebe sowie einen Controller aufweist, der dazu dient, die Kraftstoffbelieferung des Motors in Abhängigkeit von der Drossel-/Fahrpedalstellung und weiteren erfassten Systembetriebsbedingungen, wie beispielsweise wenigstens eines der Parameter Motordrehzahl, Getriebeeingangswellendrehzahl, Getriebeausgangswellendrehzahl, Motordrehmoment und eingelegte Gangstufe, zu steuern.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Zahnstoß verhinderndes Steuerungsverfahren/-system für ein automatisiertes mechanisches Fahrzeuggetriebesystem, das eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung verwendet, die einzig durch die Motordrehzahl gesteuert ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Automatisierte mechanische Getriebesysteme, bei denen der Fahrzeugfahrer oder -führer die Hauptkupplung des Fahrzeugs nicht betätigen muss (sogenannte „Zweitpedalsysteme"), sowie Kupplungssteuerungen und Aktuatoren für diese sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 081 065, 4 361 060, 4 936 428, 5 439 428, 5 634 867, 5 630 773, 5 960 916 und 5 947 847 ersichtlich. Diese Systeme arbeiten nicht vollständig zufriedenstellend, da gesonderte Kupplungsaktuatoren, Sensoren und/oder elektrische und/oder hydraulische Energieanschlüsse (d.h. Druckluftanschlüsse und/oder Hydraulikanschlüsse) hierfür erforderlich sind, was den Aufwand für die Realisierung, Montage und Instandhaltung derartiger Systeme erhöht.
Fliehkraftbetriebene Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und enthalten für gewöhnlich ein antreibendes Eingangselement, das durch eine Antriebsmaschine, gewöhnlich einen Elektromotor oder einen Verbrennungsmotor, angetrieben ist, sowie gemeinsam mit dem Antriebselement drehbare Gewichte, die sich bei einer Rotation des Antriebselementes unter der Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen bewegen, um zu bewirken, dass das antreibende Eingangselement reibschlüssig mit einem angetriebenen Ausgangselement in Eingriff gelangt. Beispiele von fliehkraftbetätigten Kupplungen können den US-Patentschriften Nr. 3 580 372, 3 696 901, 5 437 356, 3 810 533, 4 819 779, 5 441 137, 5 730 269 und 4 610 343 entnommen werden.
Voll- oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer Bestimmung, dass eine dynamische Schaltung aus einer momentan eingelegten Gangstufe in den Leerlauf und anschließend in eine Zielgangstufe erwünscht ist, unter Beibehaltung der Fahrzeughauptreibungskupplung in einem eingerückten Zustand eine automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung einleiten, um über den auszurückenden Klau enkupplungen ein vermindertes Drehmoment zu bewirken, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 850 236, 5 820 104, 5 582 558, 5 735 771, 5 775 639, 6 015 366 und 6 126 570 ersichtlich. Diese Systeme enthalten Systeme, die versuchen, den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um ein anhaltendes Antriebsstrang-Nullmoment zu erreichen, sowie Systeme, die Drehmomentumkehrungen erzwingen, vgl. US-Patentschrift 4 850 236. Diese Systeme veranlassen den Motor bei der Erfassung einer Leerlaufbedingung, unter Beibehaltung der Hauptkupplung in einem eingerückten Zustand mit einer Drehzahl umzulaufen, die bestimmt ist, um synchrone Bedingungen zur Einrückung der Zielgangstufe zu bewirken.
US-Patentschrift 4 493 228, die alle Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 12 offenbart, beschreibt ein Drosselsteuerungssystem für ein automatisches Vorgelegewellenschaltgetriebe, bei dem eine Leistungssteuerungseinrichtung entsprechend einem vom Fahrzeugführer betätigten Beschleunigungspedal und Schaltanforderungen gesteuert ist. Während eines Schaltbetriebsmodus wird ein Fehlersignal erzeugt, das eine Funktion der Differenz zwischen der Getriebeeingangswellendrehzahl und einer gewünschten Drehzahl ist, die berechnet ist, um die Drehzahl der einer gewünschten Gangstufe zugeordneten Getriebezahnradelemente miteinander zu synchronisieren. Dieser Betriebsmodus legt ein eine geschlossene Regelschleife aufweisendes oder Nachlaufsteuerungssystem fest, bei dem die Einstellung der Leistungssteuerungseinrichtung in einer Weise angepasst wird, um die Eingangswellendrehzahl zu veranlassen, der Geschwindigkeit eines Getriebezahnradelementes zu entsprechen, das einer gewünschten Gangstufe zugeordnet ist.
Fahrzeugantriebsstrangsysteme, insbesondere für Schwerlastfahrzeuge, die Fliehkraftkupplungen verwenden, arbeiten nicht zufriedenstellend, da die Motoren gewöhnlich durch die Position der Drossel-/Fahrpedaleinrichtung und nicht auf der Grundlage einer geschlossenen Regelschleife, basierend auf einer Motorzieldrehzahl und/oder einem Motorzielmoment gesteuert sind und somit keine akzeptable Steuerungsweise für einen sanften Fahrzeugstart und einen Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit ergeben. Herkömmliche Fahrzeugantriebssysteme, die Fliehkraft-Hauptkupplungen verwenden, sind nicht mit Kupplungen ausgestattet, die einen Schutz gegen Beschädigung und/oder Überhitzung aufweisen, und/oder sind nicht dazu konfiguriert, bei Motordrehzahlen, die ausgewählt sind, um eine dynamische Schaltung bei eingerückter Hauptkupplung zuzulassen, vollständig zu schließen oder auszurücken.
Fliehkraftkupplungen werden in Abhängigkeit von der Motordrehzahl eingerückt und ausgerückt, was eine Veränderung der Motordrehzahl erfordert, um die Kupplung wahlweise einzurücken oder auszurücken. Die Notwendigkeit, die Motordrehzahl zu verändern, um eine Einrückung und Ausrückung zu erreichen, kann es schwierig gestalten, bestimmte Bedingungen, und insbesondere eine Zahnstoßbedingungen (tooth-butt condition) zu überwinden. Der Zahn-an-Zahn-Stoß-Zustand kann auftreten, wenn versucht wird, in einen Gang zu schalten, während das Fahrzeug angehalten ist. Die Verzahnung einer einrückenden Kupplungsmuffe schlägt oder stößt gegen das Ende der vorgesehenen aufnehmenden Verzahnung des Zahnrades, das Ziel der Einrückung ist. Wenn zwischen den Teilen keine Relativdrehbewegung vorhanden ist, bleiben sie in dem gegeneinander anstoßenden Zustand. Bei einer herkömmlichen, durch den Fahrzeugführer gesteuerten Hauptkupplung würde die Hauptkupplung augenblicklich eingerückt werden, um die Eingangswelle zu verdrehen und augenblicklich eine relative Drehbewegung zwischen der Muffe und dem Zielzahnrad zu erzeugen. Bei einer Fliehkraftkupplung fehlt die Möglichkeit, die Hauptkupplung durch den Fahrzeugführer einzurücken, um die gewünschte Relativdrehung zwischen der Kupplungsmuffe und dem Zahnrad zu erzielen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 12 definiert ist, werden die Nachteile des Standes der Technik vermindert oder auf ein Minimum reduziert, indem eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung und ein automatisiertes Fahrzeuggetriebesystem, das diese verwendet, geschaffen sind, wobei das Fahrzeuggetriebesystem eine eine geschlossene Riegelschleife aufweisende Regelung verwendet, um unter Verwendung des Controllers zur Veränderung der Motordrehzahl eine Einrückung zu unterstützen.
Ein Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems, um eine Zahnstoßbedingung zu überwinden, ist hier offenbart. Das automatisierte Getriebesystem enthält einen Verbrennungsmotor mit einem Motorausgangselement, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe mit einer Eingangswelle, eine Fliehkraft-Reibungskupplung zur antriebsmäßigen Verbindung des Motorausgangselementes mit der Eingangswelle, eine Drossel, die auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung eines Motorkraftstoffbelieferungsgrades anspricht, und einen Systemcontroller. Der Systemcontroller empfängt Eingangssignale, einschließlich zwei oder mehrerer Signale über (i) die Mo tordrehzahl, (ii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iii) eingelegte Getriebegangstufe, (iv) Eingangswellendrehzahl, (v) Fahrzeuggeschwindigkeit, (vi) Stellung der Klauenkupplungselemente und (vii) Schaltsignale, die einen Versuch, einen Gang in dem Getriebe zu schalten, kennzeichnen. Der Systemcontroller weist wenigstens einen Betriebsmodus zur gezielten Steuerung der Motorkraftstoffbelieferung auf, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern. Der Systemcontroller verarbeitet diese Signale entsprechend logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens eines Motorcontrollers, auszugeben. Das Verfahren enthält die Schritte, dass:

a) bestimmte einen Zahnstoß (ein Zahn-an-Zahn-Stoßen, engl. tooth butt) ergebende Bedingungen (Zahnstoßteilbedingungen) erfasst werden;
b) das Auftreten des Zahnstoßzustandes basierend auf den Zahnstoßteilbedingungen festgestellt wird;
c) mit dem Auftreten des Zahnstoßzustandes eine automatische Steuerung des Motors durch den Controller angeordnet wird;
d) nach dem Auftreten des Zahnstoßzustandes wenigstens periodisch die Zahnstoßteilbedingungen überprüft werden und die automatische Steuerung des Motors durch den Controller beendet wird, falls eine beliebige Zahnstoßteilbedingung nicht erfüllt ist;
e) automatisch die Motordrehzahl mit einer ersten Anstiegsrate unter der Steuerung durch den Controller er höht wird, bis entweder eine erste Zielmotordrehzahl oder eine erste abgelaufene Zielanstiegszeit erreicht ist;
f) die Motordrehzahl automatisch auf eine Leerlaufdrehzahl erniedrigt wird, wenn entweder die erste Zielmotordrehzahl oder die erste abgelaufene Zielanstiegszeit unter der Steuerung des Controllers erreicht wird;
g) falls das Getriebe nach der Reduktion der Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl in einem Zahnstoßzustand bleibt, die Motordrehzahl unter der Steuerung durch den Controller mit einer zweiten Anstiegsrate erneut automatisch bis auf einen Maximalwert erhöht wird, der durch entweder eine zweite Zielmotordrehzahl oder eine zweite abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist;
h) beim Erreichen entweder der zweiten Zielmotordrehzahl oder der zweiten abgelaufenen Zielanstiegszeit unter der Steuerung durch den Controller die Motordrehzahl automatisch auf eine Leerlaufdrehzahl erniedrigt wird und
i) die automatische Steuerung des Motors durch den Controller abgeschaltet wird.

Das Verfahren kann ferner wie folgt im Einzelnen angegeben werden:

Schritt c): Übertragung der Motorsteuerung an eine Stoßschutzroutine innerhalb des Systemcontrollers mit dem Auftreten des Zahnstoßzustandes;
Schritt d): wenigstens eine periodische Überprüfung der Zahnstoßteilbedingungen während der Ausführung der
Stoßschutzroutine und Verlassen der Stoßschutzroutine, falls eine beliebige der Zahnstoßteilbedingungen nicht erfüllt ist;
Schritt g): falls das Getriebe nach der Reduktion der Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl in einem Zahnstoßzustand bleibt, erneute automatische Erhöhung der Motordrehzahl unter der Steuerung der Stoßschutzroutine mit einer zweiten Anstiegsrate bis zu einem Maximalwert, der durch entweder eine zweite Zielmotordrehzahl oder eine zweite abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist;
Schritt i): Abschaltung der automatischen Steuerung des Motors durch den Controller.

Ein Steuerungssystem zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems, um einen Zahnstoßzustand zu überwinden, ist hier beschrieben. Das automatisierte Getriebesystem enthält einen Verbrennungsmotor mit einem Motorausgangselement, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe mit einer Eingangswelle, eine Fliehkraft-Reibungskupplung zur antriebsmäßigen Verbindung des Motorausgangselementes mit der Eingangswelle, eine Drossel, die auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung eines Motorkraftstoffbelieferungsgrades anspricht, und einen Systemcontroller. Der Systemcontroller empfängt Eingangssignale, einschließlich zweier oder mehrerer Signale über (i) die Motordrehzahl, (ii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iii) eingelegte Getriebegangstufe, (iv) Eingangswellendrehzahl, (v) Fahrzeuggeschwindigkeit, (vi) eine Stellung von Klauenkupplungselementen und (vii) Schaltsignale, die einen Versuch kennzeichnen, einen Gang in dem Getriebe zu schalten. Der Systemcontroller weist wenigstens einen Betriebsmodus zur gezielten Steuerung der Motorkraftstoffbelieferung auf, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern. Der Systemcontroller verarbeitet diese Signale entsprechend logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens eines Motorcontrollers, auszugeben. Das Steuerungssystem enthält logische Schritte, die dazu dienen, um:

a) bestimmte Zahnstoßteilbedingungen zu erfassen;
b) das Auftreten des Zahnstoßzustandes basierend auf den Zahnstoßteilbedingungen festzustellen;
c) mit dem Auftreten des Zahnstoßzustandes eine automatische Steuerung des Motors durch den Controller anzuordnen;
d) nach dem Auftreten des Zahnstoßzustandes wenigstens periodisch die Zahnstoßteilbedingungen zu überprüfen und die automatische Steuerung des Motors durch den Controller zu beenden, falls eine beliebige Zahnstoßteilbedingung nicht erfüllt ist;
e) automatisch die Motordrehzahl mit einer ersten Anstiegsrate unter der Steuerung durch den Controller zu erhöhen, bis entweder eine erste Zielmotordrehzahl oder eine erste abgelaufene Zielanstiegszeit erreicht ist;
f) die Motordrehzahl automatisch auf eine Leerlaufdrehzahl zu erniedrigen, wenn entweder die erste Zielmotordrehzahl oder die erste abgelaufene Zielanstiegszeit unter der Steuerung durch den Controller erreicht wird;
g) falls das Getriebe nach der Reduktion der Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl in einem Zahnstoßzustand bleibt, die Motordrehzahl unter der Steuerung des Controllers mit einer zweiten Anstiegsrate erneut automatisch bis auf einen Maximalwert zu erhöhen, der durch entweder eine zweite Zielmotordrehzahl oder eine zweite abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist;
h) beim Erreichen entweder der zweiten Zielmotordrehzahl oder der zweiten abgelaufenen Zielanstiegszeit unter der Steuerung des Controllers die Motordrehzahl automatisch auf eine Leerlaufdrehzahl zu erniedrigen; und
i) die automatische Steuerung des Motors durch den Controller abzuschalten.

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung des Fahrzeugantriebsstranges, das die Fliehkraftkupplung und Motorkraftstoffzufuhrsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 zeigt eine schematische Darstellung in Form eines Graphen unter Veranschaulichung der Klemmkrafteigenschaften der Fliehkraftkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung bei unterschiedlichen Motordrehzahlen.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Zielmotordrehzahlen für unterschiedliche Drossel-/Fahrpedalstellungen beim Fahrzeugstart für das System gemäß der vorliegenden Erfindung, in graphischer Form.
4 zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckung und den Fliehkraftmechanismus der erfindungsgemäßen Kupplung in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung.
5 zeigt eine zum Teil aufgeschnittene Darstellung des Rollen-, Rampen- und Federmechanismus zur Klemmkraftbegrenzung, wie er gemeinsam mit dem Fliehkraftmechanismus verwendet wird.
6A und 6B zeigen Ausschnittsdarstellungen, die die Stellung der Fliehgewichte in der radial vollständig inneren Position bei ausgerückter Kupplung bzw. der radial vollständig äußeren Position bei vollständig eingerückter Kupplung veranschaulichen.
7 zeigt eine schematisierte Teilschnittsansicht der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine schematische Darstellung der durch den Controller eingesetzten Logik zur Feststellung, ob es geeignet oder nicht geeignet ist, die Motordrehzahl zu begrenzen, um einen Kupplungseingriff zu verhindern, in Form eines Flussdiagramms.
9A, 9B und 9C zeigen schematische Darstellungen der durch den Controller eingesetzten Logik, um einen Zahnstoßzustand zu identifizieren und zu überwinden, in Form eines Flussdiagramms.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Graphen einer für die Kupplung gewünschten Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit, wie dies durch die Logik festgelegt wird, die durch den Controller eingesetzt wird, um einen Zahnstoßzustand zu überwinden.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Ein wenigstens teilweise automatisiertes Fahrzeugantriebsstrangsystem 10, das die fliehkraftbetätigte Reibungshauptkupplung und Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, ist in 1 in einer schematisierten Darstellung veranschaulicht. Das System 10 kann ein vollautomatisiertes, wie beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 361 060 ersichtlich, ein teilweise automatisiertes, wie beispielsweise aus den US-Patentschriften Nr. 4 648 290 und 5 409 432 ersichtlich, oder ein manuell geschaltetes System mit Hilfsunterstützung durch einen Controller sein, wie es beispielsweise aus den US-Patentschriften Nr. 4 850 236, 5 582 558, 5 735 771 und 6 015 366 zu ersehen ist.
In dem System 10 ist ein mehrgängiges Getriebe 12, das eine Hauptgetriebegruppe 14 aufweist, die mit einer Hilfsgetriebegruppe 16 der Split-Bauart verbunden ist, mit einem Verbrennungsmotor 18, beispielsweise einem allgemein bekannten Benzin- oder Dieselmotor, über eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung antriebsmäßig verbunden. Das Getriebe 12 kann, um ein Beispiel anzugeben, von der Art sein, die im Stand der Technik allgemein bekannt ist und durch die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, die EATON CORPORATION, unter der Handelsmarke „Super-10" und „Lightning" verkauft wird und die in größerer Einzelheit in den US-Patentschriften Nr. 4 754 665, 6 015 366, 5 370 013, 5 974 906 und 5 974 354 veranschaulicht ist. Derartige Getriebe 12 können alternativ ohne eine Hilfsgetriebegruppe 16 der Split-Bauart ausgeführt sein.
Der Motor 18 enthält eine Kurbelwelle 22, die an einem Antriebselement 60 der Fliehkraft-Hauptkupplung 20 befestigt ist, das mit einem Abtriebselement 62 in Eingriff oder außer Eingriff kommt, das an der Eingangswelle 28 des Getriebes befestigt ist. Eine Getriebeausgangswelle 30 ragt von der Hilfsgetriebegruppe 16 weg, um beispielsweise über eine Antriebsachse 31 oder ein Verteilergetriebe eine Antriebsverbindung zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu schaffen.
Die Ausdrücke „eingerückt" oder „in Eingriff" und „ausgerückt" oder „außer Eingriff", wie sie in Verbindung mit einer Hauptreibungskupplung verwendet werden, beziehen sich auf die Fähigkeit bzw, mangelnde Fähigkeit der Kupplung, ein Drehmoment einer wesentlichen Stärke zu übertragen. Ein eher zufälliger Kontakt der Reibflächen wird, wenn nicht wenigstens eine minimale Klemmkraft auftritt, nicht als eingerückter oder Eingriffszustand betrachtet.
Wie aus der 1 ersichtlich, benötigt die Fliehkraftkupplung 20 keinen externen Kupplungsaktuator und wird in Abhängigkeit von der Drehzahl (ES) des Motors betätigt. Die Fliehkraftkupplung 20 benötigt auch keine Verbindungen zu funktionsgemäßen Gestängen, Befehlssignaleingängen, zu einer Leistungselektronik und/oder Druckluft- und/oder Hydraulikleitungen. Während die wirtschaftlichste Anwendung der vorliegenden Erfindung mit einer trockenlaufenden Kupp lung erreicht wird; ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf die Technologie von nasslaufenden Kupplungen anwendbar.
Das Getriebesystem 10 enthält ferner Drehzahlsensoren 32 zur Erfassung der Motordrehzahl (ES), 34 zur Erfassung der Eingangswellendrehzahl (IS) und 36 zur Erfassung der Ausgangswellendrehzahl (OS) und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender Signale. Ein Sensor 37 liefert ein Signal THL, das die Stellung des Fahrpedals 39 oder die Drehmomentanforderung kennzeichnet. Das Signal ist gewöhnlich ein prozentualer Anteil (zwischen 0% und 100) des vollständigen Fahrpedal-/Drosselstellwegs. Der Motor 18 ist elektronisch gesteuert. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Motor 18 einen elektronisch ansprechenden Motorcontroller 38.
Ein X-Y-Schaltaktuator 40, der beispielsweise nach einer der in den US-Patentschriften Nr. 5 481 170, 5 281 902, 4 899 609 und 4 821 590 veranschaulichten Arten ausgebildet sein kann, kann vorgesehen sein, um die Hauptgruppe und/oder die Hilfsgruppe des Getriebes automatisiert oder elektrisch betätigt (Shift-By-Wire) zu schalten. Ein beispielhafter Aktuator weist ein Paar elektrisch betätigter Motoren oder Servomotoren, die das Getriebe über eine mechanische Schnittstelle schalten. Eine Schaltauswahlvorrichtung 42 ermöglicht dem Fahrzeugführer, einen Betriebsmodus auszuwählen, und liefert ein Signal GR_T, das die Gangübersetzung des gewünschten Ganges oder eine Zielgangstufe kennzeichnet. Die Schaltauswahlvorrichtung 42, wie sie in 1 veranschaulicht ist, weist mehrere Gangbereichsknöpfe, die durch den Fahrzeugführer ausgewählt werden können. Die Schaltauswahlvorrichtung 42 könnte alternativ andere, nicht veranschaulichte Formen, beispielsweise die eines Gangschalthebels, der einen Schaltknauf aufweist, einnehmen. Der Hebel kann zwischen Stellungen, die den Gangbereichen entsprechen, gekippt werden.
Der Motorcontroller 38 und der X-Y-Schaltaktuator 40 tauschen durch das System über eine elektronische Steuereinheit (ECU) 44 und eine Getriebe-ECU 46 sowie eine System-ECU 50 Daten aus. Die Motor-ECU 44 und die System-ECU 50 kommunizieren miteinander über einen ersten Multiplexdatenbus 52, der einen geeigneten Kommunikationsprotokoll, wie beispielsweise SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder dergleichen, einsetzt. Die Getriebe-ECU 46 und die System-ECU 50 kommunizieren in ähnlicher Weise über einen zweiten Multiplexdatenbus 53 miteinander. Es sollte verständlich sein, dass die Erfindung gleich gut funktioniert, wenn eine oder mehrere der ECUs 44, 46 und 50 miteinander kombiniert werden.
Die ECUs 44, 46, und 50 sind vorzugsweise durch eine Mikroprozessor basierte Steuereinheit von der Art gebildet, wie sie in den US-Patentschriften Nr. 4 595 986 und 4 361 065 veranschaulicht ist. Die ECUs 44, 46, 50 empfangen Eingangssignale von dem Drossel-/Fahrpedalstellungssensor 37, den Drehzahlsensoren 32, 34 und 36 über herkömmliche elektrische Signale und Leistung leitende Elemente 54, beispielsweise Kabeldrähte. Die ECUs 44, 46, 50 verarbeiten derartige Signale entsprechend vorbestimmten logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, beispielsweise den Motorcontroller 38, den Schaltaktuator 40 und dergleichen, über die Leitungselemente 54 auszugeben. Die ECUs 44, 46, 50 können ferner einander anweisen, Befehlssignale auszugeben. Das Kommunikationsprotokoll kann eine Priorität derartiger Befehle festlegen. Die ECUs spei chern Steuerungsalgorithmen oder Programme zur Steuerung des Motors, des Getriebes und der Kupplung. Einzelheiten des Kupplungsalgorithmus sind nachstehend beschrieben.
Auf bekannte Weise ist es zur Ausrückung einer Klauenkupplung in einem mechanischen Fahrzeuggetriebe, insbesondere in einem Schwerlastfahrzeug, erforderlich, die bei der eingerückten Klauenkupplung vorhandene drehmomentinduzierte Schaltblockade aufzuheben. Falls ein Öffnen der Hauptreibungskupplung 20 nicht erwünscht ist, kann die drehmomentinduzierte Schaltblockade aufgehoben werden, indem der Motor derart mit Kraftstoff versorgt wird, um ein angenommenes Antriebsstrang-Nullmoment zu bewirken und/oder Drehmomentumkehrungen zu erzwingen, die zwangsläufig Übergänge durch den Nullmomentwert des Antriebsstrangs ergeben.
Voll- oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer Feststellung, dass ein Schaltvorgang aus einer momentan eingelegten Gangstufe in den Leerlauf und anschließend in eine Zielgangstufe erwünscht ist, unter Beibehaltung der Hauptreibungskupplung des Fahrzeugs im eingerückten Zustand die automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung einleiten, um über der auszurückenden Klauenkupplung ein reduziertes Drehmoment zu bewirken, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den oben erwähnten US-Patentschriften Nr. 4 850 236, 5 582 558, 5 735 771, 5 775 639, 6 015 366 und 6 126 570 ersichtlich. Eine Schaltung bei eingerückt bleibender Hauptkupplung wird in vielen Situationen bevorzugt, da derartige Schaltungen dazu neigen, eine höhere Schaltqualität zu bieten und/oder weniger Verschleiß in dem Antriebsstrang zu verursachen. Zu diesen Systemen gehören Systeme, die versuchen, den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um ein Antriebsstrang-Null moment zu erreichen und aufrechtzuerhalten, vgl. US-Patentschrift 4 593 580, sowie Systeme, die den Motor derart mit Kraftstoff versorgen, um eine oder mehrere Drehmomentumkehrungen zu erzwingen, vgl. US-Patentschrift 4 850 236. Bei einer Erfassung eines Leerlaufzustands des Getriebes wird die Kupplung 20 im eingerückten Zustand gehalten und die Motordrehzahl angewiesen, eine für das Einlegen einer gewünschten oder Zielgangstufe im Wesentlichen synchrone Drehzahl anzunehmen (ES = OS × GR_T).
Eine Steuerung des Motordrehmomentes, um ein gewünschtes Ausgangs- oder Motorschwungradmoment zu erreichen, ist an sich bekannt, wie aus der US-Patentschrift 5 620 392 ersichtlich. Das Motordrehmoment, wie es hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Wert, der ein Motordrehmoment, gewöhnlich das Bruttogesamtmotormoment, kennzeichnet und von dem aus ein Ausgangs- oder Schwungradmoment berechnet oder geschätzt werden kann. Die Beziehung zwischen dem Gesamtmotormoment und dem Schwungradmoment ist in den US-Patentschriften Nr. 5 509 867 und 5 490 063 erläutert. Ein Motordrehmomentwert kann unter Verwendung mehrerer Betriebsparameter, einschließlich der Kraftstoffströmungsrate, Luftströmungsrate und Lufttemperatur geschätzt werden.
Um ein Beispiel anzugeben, Datenlinks, die SAE J-1939 oder einem ähnlichen Protokoll entsprechen, ermöglichen der ECU 50, über den Datenlink Befehlssignale auszugeben, damit der Motor gemäß einem beliebigen von verschiedenen Modi mit Kraftstoff versorgt wird, wie beispielsweise

i) entsprechend der vom Fahrzeugführer vorgegebenen Einstellung des Fahrpedals oder der Drossel,
ii) derart, um eine befohlene Motordrehzahl oder Zielmotordrehzahl zu erreichen (ES = ES_T),
iii) derart, um ein befohlenes Motordrehmoment oder Zielmotordrehmoment zu erreichen (ET = ET_T) und
iv) derart, um die Motordrehzahl oder das Motordrehmoment unterhalb von Grenzwerten zu halten (ES < ES_MAX und/oder ET < ET_MAX).

Es können viele Eingangs-/Datensignale wie beispielsweise die Motordrehzahl (ES), das Motordrehmoment (ET) und dergleichen, ebenfalls durch den Bus 52 und die Leitungselemente 54 übertragen werden.
Der Aufbau der Fliehkraftkupplung 20, wie er am besten in den 4–7 veranschaulicht ist, ist nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben. Die Kupplung 20 enthält das Eingangs- oder Antriebselement 60, das drehfest an der Motorkurbelwelle 22 (gewöhnlich an dem Motorschwungrad) angebracht ist, während das Ausgangs- oder Abtriebselement 62 auf der Getriebeeingangswelle 28 drehfest angebracht ist. Auf bekannte Weise führt eine Rotationsbewegung des Eingangselementes 60 dazu, dass die Kupplung 20 einrückt und den Motorausgang, gewöhnlich ein Motorschwungrad oder dergleichen, an die Getriebeeingangswelle 28 antriebsmäßig ankuppelt. Die Klemmkraft und somit die Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung 20 sind eine Funktion der Drehzahl (ES) des Motors 18 und des Kupplungseingangselementes 60. Die Kupplung 20 sollte einen anfänglichen Eingriffszustand bei einer Motordrehzahl erreichen, die geringfügig größer ist als die Motorleerlaufdrehzahl. Die Kupplung 20 sollte bei einer Motordrehzahl vollständig einrücken, die kleiner ist als die Motordrehzahl, bei der ein erstes Hochschalten erforderlich ist. Anders als bei typischen durch eine Feder vorgespannten Hauptreibungskupplungen, die normalerweise eingerückt sind, wird die Kupplung 20 bei niedrigen Motordrehzahlen ausgerückt.
Um einen einwandfreien Fahrzeugstart und eine dynamische Schaltung bei eingerückter Hauptkupplung 20 zu ermöglichen, sollte die Kupplung 20, wenn sie einmal vollständig eingerückt ist, bei Motordrehzahlen, die größer sind als (i) die höchste erwartete Drehzahl, bei der Herunterschaltvorgänge eingeleitet werden, und (ii) die minimal erwartete Motordrehzahl nach einem Hochschaltvorgang in dem eingerückten Zustand verbleiben. Der anfängliche Eingriffszustand ist die Drehmoment übertragende Anfangsberührung der Kupplungsreibflächen, wie dies den US-Patentschriften Nr. 4 646 891 und 6 022 295 zu entnehmen ist. Eine Logik, die dazu dient, lediglich einfache oder Gangstufen überspringende Hochschaltungen nur dann einzuleiten, wenn die erwartete Motordrehzahl bei Vollendung des Schaltvorgangs einen minimalen Referenzwert übersteigt, ist aus den US-Patentschriften Nr. 6 113 516 und 6 149 545 entnehmbar.
2 zeigt eine graphische Darstellung der Klemmkraft einer beispielhaften Ausführungsform der Kupplung 20 und somit die Drehmomentübertragungskapazität bei unterschiedlichen Motordrehzahlen.
In dem veranschaulichten Beispiel bildet das System 10 einen Antriebsstrang für Schwerlastfahrzeuge, während der Motor 18 ein elektronisch gesteuerter Dieselmotor ist, der eine Leerlaufdrehzahl von ungefähr 600 U/min bis 700 U/min, Punkt 64, und eine abgeregelte Spitzendrehzahl von ungefähr 1800 U/min bis 2000 U/min aufweist. In der beispielhafter Ausführungsform kommt die Kupplung 20 in anfänglichen Eingriff bei einer Drehzahl von ungefähr 750 U/min, Punkt 66 (ES_IE), die geringfügig über der Leerlaufdrehzahl liegt, und weist eine zunehmende Klemmkraft, Linie 70, auf, wenn die Motordrehzahl steigt. Die Kupplung ist bei oder unterhalb der gekappten maximalen Klemmkraft von 17,8 kN (4000 Pfund) bei ungefähr 1400 U/min, Punkt 72, vollständig eingerückt. Bei der maximalen Klemmbelastung, die ausgewählt ist, um die Kupplung unter extremen Bedingungen vollständig zu schließen oder zu verriegeln (d.h. im Wesentlichen kein Schlupf bei Drehmomentbelastungen, die wesentlich größer sind als die erwarteten Drehmomentbelastungen) bleibt die Kupplung 20 geschlossen, Linien 74 und 76, bis die Motordrehzahl auf einen Wert unterhalb von 850 U/min fällt, um den Entkopplungs- oder Freigabepunkt 78 zu erreichen. An dem Entkopplungspunkt 78 rückt die Kupplung 20 bei sinkender Motordrehzahl sehr schnell aus, Linie 80, um ein Abwürgen des Motors zu verhindern.
Die Drehzahl von 850 U/min liegt unterhalb von (i) der minimalen Motordrehzahl, bei der Herunterschaltungen angefordert werden, und (ii) der bei Vollendung einer Hochschaltung minimal erwarteten Motordrehzahl, bei der ein einfacher oder Gangstufen überspringender Hochschaltvorgang eingeleitet wird. Vgl. US-Patentschrift 6 149 545. Demgemäß ermöglicht eine Fliehkraftkupplung 20, die die in 2 angezeigten charakteristischen Verhaltenseigenschaften aufweist, einen sanften regulierten Fahrzeugstart und stellt sicher, dass die Kupplung für dynamisches Hochschalten und Herunterschalten eingerückt bleibt.
Der Aufbau einer beispielhaften Ausführungsform der Fliehkraftkupplung 20 ist aus den 4, 5, 6A, 6B und 7 ersichtlich, auf die Bezug genommen wird. Die Kupplung 20 enthält eine Kupplungsdeckelanordnung 100, eine Reibscheibeneinrichtung 102, eine Zwischendruckplatte 104 und eine Reibscheibeneinrichtung 106. Wie von herkömmlichen Kupplungen allgemein bekannt, sind die Deckelanordnung 100 eine Hauptdruckplatte 130 und die Zwischendruckplatte 104 an einem Schwungrad 136 mit diesem drehbar montiert und weisen den Antriebsabschnitt 60 der Kupplung auf. Die Reibscheibeneinrichtungen 102 und 106 sind gewöhnlich über eine Keilverzahnung an der Getriebeeingangswelle 28 befestigt und umfassen den Abtriebsabschnitt 62 der Kupplung.
Ein kuppelnder Abschnitt 20A der Kupplung 20 ist in Aufbau und Funktion entsprechenden Abschnitten existierender Zweiplattenkupplungen ähnlich. Im Unterschied zu herkömmlichen Zweiplattenkupplungen enthält die Deckeleinrichtung 100 jedoch vier Fliehgewichte 110, die über Schwenkzapfen 112 schwenkbar an der Deckeleinrichtung 100 gelagert sind. Rückstellfedern 114 spannen die Fliehgewichte 110 radial nach innen vor, damit diese an Anschlägen 116 ruhen, (vgl. 6A). Ein Anschlagselement 118 begrenzt die radial nach außen gerichtete Bewegung der Fliehgewichte 110 (vgl. 6B). Wenn der Motor und die Deckeleinrichtung 100 rotieren, führt die Wirkung der Fliehkraft dazu, dass sich die Fliehgewichte 110 entgegen der Vorspannkraft der Federn 114 von der Stellung gemäß 6A zu der Stellung gemäß 6B bewegen. Die Fliehgewichte 110 tragen jeweils eine oder mehrere Rollen 120 oder funktionsmäßig ähnliche Keil- oder Klemmverbindungselemente, die zwischen einer Auflagedruckfläche und einer Rampe wirken, um eine axiale Klemmkraft zur Einrückung der Hauptreibungskupplung 20 be reitzustellen. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Betriebselemente, auf die die Rollen 120 einwirken. Die Verwendung von zwei in Axialrichtung zueinander ausgerichteten Rollen 120 ist insofern vorteilhaft, weil sie die axiale Reaktionskraft der Fliehgewichte an den Schwenkzapfen 112 im Wesentlichen beseitigt. Die Elemente der Kupplung 20 sind ausschnittsweise in 7 veranschaulicht, wie sie um die Drehachse 122 der Eingangswelle 28 rotieren.
Die Rollen 120 sind zwischen einer im Wesentlichen ebenen Fläche 124 einer ortsfesten Druckaufnahmeplatte 125 und einer rampenartigen Fläche 126 einer axial verschiebbaren Rampenplatte 128 aufgenommen. Alternativ kann die Fläche 124 rampenförmig gestaltet und/oder das Klemmverbindungselement durch eine keilförmige Konfiguration gebildet sein. Es können andere Keilverbindungskonfigurationen verwendet werden. Die Druckaufnahmeplatte kann manuell und/oder automatisch mittels einer Einstelleinrichtung 125A einstellbar sein, um Verschleiß oder dergleichen auszugleichen. Die Rampenplatte 128 wirkt auf eine axial verschiebbare Hauptdruckplatte 130 über ein vorgespanntes Federelement 132, wie beispielsweise eine Membranfeder ein, das die von der Rampenplatte 128 der Druckplatte 130 zugeführte Axialkraft begrenzt. Die Hauptdruckplatte 130 übt eine Klemmkraft CF auf die Reibbelege 134 der Reibscheiben 102, 106 aus, die zwischen einer Fläche 130A der Hauptdruckplatte 130 und der Zwischendruckplatte 104 sowie zwischen der Zwischendruckplatte 104 und einer Fläche 136A des Motorschwungrads 136 festgelegt sind. Die Nabenabschnitte 140 und 142 der Reibscheiben 102 bzw. 106 sind geeignet angepasst, um über eine Keilverzahnung an der Eingangswelle 28 drehfest befestigt zu werden, während die Platten 125, 128, 130 und 104 gemeinsam mit dem Motorschwungrad 136 rotieren.
Im Ruhezustand steht eine der Rollen 120 mit dem vertieften Abschnitt 146 der Fläche 126 in Verbindung und übt keine nach links wirkende axiale Klemmkraft auf die Reibbeläge aus. Sobald sich die Rolle ausreichend radial nach außen bewegt und auf den rampenartigen Abschnitt 148 der Rampenfläche 126 auftrifft, wird eine zunehmende axiale Klemmkraft ausgeübt (vgl. Linie 70 in 2). Wenn sich die Rolle weiter radial nach außen auf dem flach ausgedehnten Abschnitt 150 der Rampenfläche 126 bewegt, bleibt die Klemmkraft bei einem gekappten, oberen Wert (vgl. Linien 74 und 76 nach 2), wie er durch die Vorspannfeder 132 begrenzt ist. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Kraft auf eine Feder auszuüben, um die angewandte Maximalkraft zu begrenzen, wie aus der US-Patentschrift 5 901 823 ersehen werden kann.
Um die Rollen 120 den Rampenabschnitt 148 hinauf bis zu dem flachen oder ebenen Abschnitt 150 zu verlagern, ist eine größere Fliehkraft 152 erforderlich als diejenige, die erforderlich ist, um die Rollen 120 auf dem ebenen Abschnitt gegen die Wirkung der Federkraft 154 von den Rückstellfedern 114 zu halten. Dies ist der Grund für die Differenz zwischen dem Wert der Motordrehzahl bei der anfänglichen maximalen Klemmkraft, Punkt 72 in 2, und dem Motordrehzahlwert zum Ausrücken, Punkt 78 in 2. Hintere Abschrägungen und/oder Ausnehmungen können der Fläche 150 und/oder der Neigungsfläche der Rampe 148 und/oder dem ebenen Abschnitt 150 hinzugefügt werden, und die relativen Massen und/oder die Federkonstante der Feder 114 können verändert werden, um die Motordrehzahl beim Ausrückvorgang, Punkt 78 in 2, zu verändern.
Auf bekannte Weise ist zum Starten eines Schwerlast fahrzeugs, was gewöhnlich in einer Startgangstufe (d.h. bei einem relativ hohen Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswellendrehzahl und der Ausgangswellendrehzahl) geschieht, an der Eingangswelle weniger Drehmoment erforderlich (z.B. 814 bis 1220 Nm (600 bis 900 Fußpfund), abhängig von der Steigung) als benötigt wird, um das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten in Bewegung zu halten. Gewöhnliche Dieselmotoren für Schwerlastfahrzeuge weisen ein maximales Ausgangsdrehmoment von ungefähr 1898 bis 2983 Nm (1400 bis 2200 Fußpfund) bei einer Drehzahl des maximalen Drehmoments auf.
Für eine Ausführungsform der Hauptreibungskupplung 20 ergibt eine Klemmkraft von 4482 N (1000 Pfund) eine Drehmomentübertragungskapazität von ungefähr 814 bis 949 Nm (600 bis 700 Fußpfund), während eine Klemmkraft von 17793 N (4000 Pfund) eine Drehmomentübertragungskapazität von 4068 Nm (3000 Fußpfund) ergibt, die weit über der Drehmomentlieferkapazität des Motors und der Übertragungskapazität des Antriebsstrangs liegt und eine größere Sicherheitsreserve zur Verfügung stellt, wenn sich die Kupplung in dem obersten Klemmbelastungszustand, Linien 74 und 76 in 2, befindet.
Während eines Anfahrvorgangs eines Fahrzeugs, d.h. beim Starten des Fahrzeugs aus dem Stillstand, sollte die Kupplung 20 bei einer Drehzahl zwischen ungefähr 750 U/min und 950 U/min vollständig schließen, wobei die genaue Drehzahl von Faktoren abhängt, wie beispielsweise, ob das Fahrzeug auf einer steilen Steigung in Bewegung gesetzt wird. Ein Kupplungsschluss tritt auf einer steilen Steigung bei einem höheren Drehmomentwert auf. In dem Fahrzeuganfahrmodus, d.h. wenn das Fahrzeug angehalten ist oder sich mit einer sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit bewegt, ist die Kupplung 20 nicht vollständig eingerückt, und es ist eine Startgangstufe (gewöhnlich der Rückwärtsgang, der erste oder zweite Gang in einem Getriebe mit zehn Vorwärtsgängen) eingelegt. Die Steuerungslogik gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet in einem Anfahrmodus, der nachstehend beschrieben werden soll.
Es wird ein Kupplungssteuerungsalgorithmus dazu verwendet, das Einrücken der Kupplung 20 zu steuern. Der Kupplungssteuerungsalgorithmus hilft, einen Fahrzeugstart und Schaltvorgang zu erleichtern. Obwohl er als der Kupplungssteuerungsalgorithmus bezeichnet wird, wirkt er wechselweise mit dem Getriebealgorithmus und dem Motoralgorithmus, um den Motor unter bestimmten Umständen zu steuern, da die Einrückung der Kupplung in erster Linie von der Motordrehzahl abhängt. Unter derartigen Umständen kann der Kupplungsalgorithmus die anderen Algorithmen, wie auch Fahrereingaben, außer Kraft setzen.
Im Allgemeinen steuert der Kupplungssteuerungsalgorithmus aktiv den Motor und steuert dadurch das Wiedereinrücken der Kupplung, wenn entweder die Kupplung ausgerückt ist oder sich das Fahrzeug nicht bewegt. Eine Ausnahme von diesem besteht, wenn der Parameter FAHRERAUSWAHL = LEERLAUF, d.h., wenn der Fahrer den Leerlauf als den Gangbereich auswählt. Wenn der Leerlauf ausgewählt ist, gibt das System 10 den Motor von der Steuerung durch den Kupplungsalgorithmus frei, da die Einrückung oder Ausrückung der Kupplung 20 ohne Einfluss ist. Eine Ausnahme zu dieser Ausnahme tritt jedoch dann auf, wenn eine Eingangswellenrotation beim anfänglichen Systemstart nicht detektiert wird. Beim anfänglichen Systemstart ist der Leerlauf immer der ausgewählte Gangbereich. Falls eine Eingangswellenrotation nicht detektiert wird, falls EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) < 100 U/min, dann soll der Kupplungsalgorithmus eine Steigerung der Motordrehzahl in der gleichen Weise anfordern, wie sie nachstehend in der Stoßschutzsteuerungsroutine eingesetzt wird. Das System fährt fort, die MOTORDREHZAHL (ES) zu erhöhen, bis der Parameter EINGANG ÜBER MINIMUM (eine Statusmeldung, die anzeigt, ob die Eingangswellendrehzahl (IS) größer ist als 100 U/min) gleich WAHR ist. Dies wird getan, um zu helfen, die Motordrehzahl (ES) zu erreichen, bei der eine Kupplungseinrückung eingeleitet wird, und um sicherzustellen, dass der Eingangswellendrehzahlsensor 34 funktioniert.
Beim Starten oder Anfahrvorgang eines Fahrzeugs aus dem Stillstand ist es erforderlich, das Getriebe in einen Antriebsgangbereich zu platzieren und eine der Klauenkupplungen in Eingriff zu bringen. Es ist jedoch verständlich, dass in einem Fahrzeugstillstandzustand die Einrückung einer Klauenkupplung in einem Getriebe 12, das eine Fliehkraftkupplung 20 verwendet, eine Begrenzung der Drehzahl des Motors erfordern kann, um sicherzustellen, dass die Kupplung 20 ausgerückt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Motorsteuerungssystem den Motor 18 als Reaktion auf eine Bedingung, beispielsweise einen Kaltstart, bei einer erhöhten Drehzahl betreibt.
Falls der Versuch, in einen Gang zu schalten, unter Fahrzeugstillstandbedingung vorgenommen wird, muss die Motordrehzahl unter derjenigen liegen, bei der die Kupplung 20 beginnt, in Eingriff zu kommen, um sicherzustellen, dass die Eingangswelle und die Klauenkupplungen aufhören können umzulaufen. Der Kupplungsalgorithmus entsprechend der in dem Flussdiagramm nach 8 veranschaulichten beispielhaften Logik begrenzt die Motordrehzahl, falls die folgenden Bedingungen vorliegen:

i) GEWÜNSCHTER GANG ≠ LEERLAUF (der Gangauswahlhebel befindet sich nicht in der „Leerlauf"-Stellung); UND
ii) EINGELEGTER GANG = FALSCH (es wird angezeigt, dass ein Gang nicht eingelegt ist); UND
iii) FAHRZEUGBEWEGUNG = FAHRZEUG IST NICHT IN BEWEGUNG; UND
iv) Pedal 39 befindet sich oder befand sich kürzlich in einer Stellung, die kleiner ist als eine vorbestimmte Pedalstellung, die den Bereich der Drossel-/Fahrpedalstellungen anzeigt, in dem ein Leerlaufzustand angenommen wird (z.B. 5% der Drosselverstellung); UND
v) STEUERUNGSSCHALTZUSTAND ≠ SCHIEBT IN DEN GANG (der X-Y-Schaltaktuator 40 schiebt das Getriebe nicht in einen Gang).

Der Motordrehzahlgrenzwert unter einer derartigen Bedingung ist der kleinere Wert aus einer vorbestimmten maximalen Motordrehzahl für einen Nichtleerlaufzustand (750 U/min in einer beispielhaften Ausführungsform) und einem Motordrehzahlgrenzwertziel für einen Modus mit einem Übersetzungsbereich ohne Gas und nicht im Leerlauf und mit ausgerückter Kupplung (oder einfacher gesagt, die KUPPLUNGMOTOR-LEERLAUFDREHZAHL), die kleiner ist als eine vorbestimmte Leerlauf-Offset-Drehzahl des Motors (von 10 U/min in einer beispielhaften Ausführungsform).
Wenn bestimmt ist, dass ein Begrenzen der Motordrehzahl nützlich ist, wird der Pedalstellungsparameter ignoriert, so dass selbst in dem Fall, dass die Pedalstellung durch den Fahrzeugführer bis über den vorbestimmten Grenzwert hinaus erhöht wird, die Motordrehzahl auf die niedrigere Drehzahl begrenzt wird, die erforderlich ist, um die Kupplung in einem freigegebenen Zustand zu platzieren und dadurch das Einlegen eines Ganges zuzulassen. Falls sich jedoch ein beliebiger der anderen Parameter verändert, beispielsweise das Getriebe in den Leerlauf überführt wird oder ein Gang eingelegt wird oder das Fahrzeug beginnt, sich in Bewegung zu setzen, oder der X-Y-Schaltaktuator 40 das Getriebe in einen Gang drückt, dann wird der Motordrehzahlgrenzwert nicht mehr benötigt und wird deshalb aufgehoben.
Falls das Getriebe in einem angehaltenen Zustand nicht in einen Gang geschaltet werden kann, kann dies auf ein Aufeinanderstoßen von Zahnrädern oder Zähnen zurückzuführen sein. Wenn der Versuch, einen Gang einzulegen, unternommen wird, während das Fahrzeug angehalten ist, können die Zähne der einrückenden Kupplungsmuffe gegen die flachen Stellen an dem Ende der vorgesehen Empfangsverzahnungen des Zahnrades, das Ziel der Einrückung ist, anschlagen oder anstoßen. Dieser Zustand ist als Zahn-an-Zahn-Stoßen oder Zahnstoßen bekannt und rührt von dem relativ engen Spielraum zwischen den in Eingriff kommenden Zähnen, der erforderlich ist, um ein Flankenspiel zwischen den zueinander passenden Teilen zu minimieren, sowie von der Gestalt der einander zugewandten Enden der Zähne her. Im Allgemeinen liegt eine ausreichende Relativdrehung zwischen den in Eingriff kommenden Elementen vor, so dass die Kupplungsmuffe sich weiter aus dem Zahnstoßzustand heraus dreht, um ein Einrücken zu er möglichen. Unter gewissen Umständen und insbesondere, wenn sich das Fahrzeug in einem vollständigen Stillstand befindet, kann jedoch kein Drehzahlunterschied zwischen den Teilen gegeben sein. Das Fehlen einer Relativdrehung kann dazu führen, dass die Muffe in einem anstoßenden Zustand verbleibt und die Schalteinrichtung 40 nicht in der Lage ist, den gewünschten Gang einzulegen. Bei einer in herkömmlicher Weise vom Fahrzeugführer steuerbaren Hauptkupplung kann eine derartige Situation überwunden werden, indem die Hauptkupplung augenblicklich eingerückt wird, um eine Verdrehung der Eingangswelle und der drehfest an dieser angekoppelten Elemente herbeizuführen. Bei einer fliehkraftbetätigten Hauptkupplung kann jedoch nicht einfach damit begonnen werden, die Kupplung einzurücken, da man keine genaue Kontrolle über die Kupplungseinrückung hat, da die Einrückung mit der Motordrehzahl variiert.
Wenn der X-Y-Schaltaktuator 40 beginnt, in Richtung auf eine Gangeinrückung zu drücken, überwacht das System 10 durch seine Sensoren und Steuereinheiten die Einrückung, um zu bestimmen, ob das Getriebe 12 eine Hilfsunterstützung braucht, um ein Zahn-an-Zahn-Stoßen zu überwinden. Wenn ein Gang in dem Getrieb 12 eingelegt worden ist, führt das System einen normalen Fahrzeugstart aus dem Stillstand durch. Die Flussdiagramme gemäß den 9A, 9B und 9C veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform der Logik einer Stoßschutzroutine, die verwendet wird, um ein Zahn-an-Zahn-Stoßen zu identifizieren und zu überwinden.
Die Stoßschutzroutine innerhalb des Kupplungssteuerungsalgorithmus übernimmt die Steuerung des Motors, um die Motordrehzahl ES in einer gesteuerten Weise zu erhöhen. Eine derartige Steuerung wird durchgeführt, wenn bestimmte, nachstehend identifizierte Zahnstoßbedingungen erfüllt sind:

i) das Fahrzeug bewegt sich nicht (Bedingung 1); und
ii) es wird angezeigt, dass ein Gang nicht eingelegt ist (Bedingung 2); und
iii) der gewünschte Gang ist nicht der Leerlauf (Bedingung 3); und
iv) der X-Y-Schaltaktuator 40 drückt in eine Gangstellung (Bedingung 4).

Falls die oben angegebenen Bedingungen alle erfüllt sind, weist die Stoßschutzroutine des Kupplungssteuerungsalgorithmus den Motor an, seine Drehzahl zu erhöhen, wie dies in 10 veranschaulicht ist. Bis zu drei Motordrehzahlerhöhungszyklen oder -stöße werden bei einem versuch, ein Einrücken herbeizuführen, eingesetzt. Die Stoßschutzroutine wird beendet, wenn der Indikator GANG EINGELEGT (innerhalb der ECU 50) anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist (Bedingung 5), oder wenn die EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) ≥ 25 U/min (Bedingung 6). Falls die drei Motordrehzahlerhöhungszyklen zu Ende geführt sind, ohne dass der Gang eingelegt wird, wird die Drossel-/Fahrpedalsteuerung wieder an den Fahrer zurückgegeben. Der Fahrer hat dann die Möglichkeit, selbst das Einlegen eines Ganges durch Regulierung des Fahrpedals zu unterstützen. Wenn der gewählte Startgang gewechselt wird oder der gewünschte Gang in den Leerlauf und zurück in einen Gang geändert wird, soll die Zyklusroutine bedarfsweise zurückgesetzt und erneut aktiviert werden, um den Startgang einzulegen.
Wenn die Startbedingungen für die Stoßschutzsteuerungsroutine erfüllt sind, beginnt der erste Motordrehzahlerhöhungszyklus nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit, die als „ERSTE STOßVERZÖGERUNG" oder „ERSTE ERHEBUNGSVERZÖGERUNG" bezeichnet ist. Die ERSTE ERHEBUNGSVERZÖGERUNG beträgt ungefähr 0,25s und stellt eine Zeit für einen ordnungsgemäßen Eingriff der Kupplung 20 zur Verfügung, bevor die erste Drehzahlrampe beginnt. Die Motordrehzahl wird entsprechend der Darstellung der „KUPPLUNGSWUNSCHMOTORDREHZAHL" nach 10 rampenartig von ihrem anfänglichen Wert (der gleich der KUPPLUNG-MOTOR-LEERLAUFDREHZAHL minus dem MOTOR-LEERLAUF-OFFSET-WERT ist, wobei der MOTOR-LEERLAUF-OFFSET-WERT in einer beispielhaften Ausführungsform 10 U/min beträgt) mit einer HOHEN ERHEBUNGSRATE erhöht, bis sie größer ist als ein Zielwert (WENIG GAS-NIEDRIGE DREHZAHL 160 + EINGRIFFSPUNKT-OFFSET-MITTELWERT (wie nachstehend bei der Beschreibung der Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand und der 3 erläutert)) (Bedingung 7) und steigt anschließend mit einer langsameren NIEDRIGEN ERHEBUNGSRATE an. Die HOHE ERHEBUNGSRATE beträgt ungefähr 300 U/min/s. Die NIEDRIGE ERHEBUNGSRATE beträgt ungefähr 100 U/min/s. Die Drehzahlerhöhung wird angehalten, wenn entweder die EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) > ZIELEINGANGSDREHZAHL (Bedingung 8) oder die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) > (EINGRIFFSPUNKT-REFERENZDREHZAHL + EINGRIFFSPUNKTOFFSET-MAXIMUM (in einer beispielhaften Ausführungsform gleich 100 U/min) + ERHEBUNGS-OFFSET-DREHZAHL) (Bedingung 9) oder ein Timer die Zykluszeit übersteigt (Bedingugn 10). Falls es in dem ersten Zyklus nicht zu einem Eingriff oder Einrücken kommt, erhöhen nachfolgende Erhebungen oder Stöße den gemessenen Motordrehzahlgrenzwert und den Timergrenzwert, um auf eine aggressivere Weise das Einrücken zu unterstützen. Zwischen den Erhebungen wird eine ERHEBUNGSINTERVALL-Verzögerungszeit von ungefähr einer Sekunde zugelassen, damit es zu einem Einrücken kommt. Wie oben erwähnt, wird für den Fall, dass ein Eingriffszustand nach der dritten Erhebung oder dem dritten Stoß nicht erreicht werden kann, die Steuerung der Motordrehzahl an den Fahrer zurückgegeben. Wenn die Motordrehzahlsteuerung wieder an den Fahrer zurückübertragen ist, reagiert das Kraftstoffzufuhrsystem auf die Fahrpedaleinstellungen durch den Fahrer. Dies kann unmittelbar durch ein Kabelsystem (nicht veranschaulicht) oder weniger direkt mit einem Drive-By-Wire-System erzielt werden, das elektrische Signale von dem Drossel-/Fahrpedalstellungssensor 37 verwendet, um die Kraftstoffzufuhr zu steuern.
Wenn die Drosselsteuerung wieder an den Fahrzeugführer zurück übergeben wird, bevor die Fliehkraftkupplung 20 eingerückt ist, muss aufgepasst werden, um den Fahrer an einem abrupten Einrücken der Kupplung 20 zu hindern. Um ein derart abruptes Einrücken zu verhindern, erhöht der Kupplungssteuerungsalgorithmus den Motordrehzahlgrenzwert mit einer mäßigen Rate, die zu der Drossel-/Fahrpedalstellung proportional ist, anstatt diesen unmittelbar auf den Vollgaswert zurückzubringen.
Falls die gemessene DROSSEL-/FAHRPEDALSTELLUNG kleiner ist als ein vorbestimmter KUPPLUNGSPEDALLEERLAUF-Wert, der in einer beispielhaften Ausführungsform 5% beträgt, begrenzt der Kupplungsalgorithmus die Drehzahl oder das Drehmoment des Motors auf einen Wert, der gerade unterhalb des Leerlaufwertes liegt. Die Drehzahl wird vorzugsweise auf den Minimalwert aus der MAXIMALEN MOTORLEERLAUFDREHZAHL (gleich 750 U/min in einer beispielhaften Ausführungsform) und dem zuvor beschriebenen anfänglichen Wert der FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTEN MOTORDREHZAHL oder KUPPLUNGSWUNSCHMOTORDREHZAHL (MOTORLEERLAUFDREHZAHL DER KUPPLUNG minus MOTORLEERLAUF-OFFSET-WERT) begrenzt.
Wenn der Fahrer mehr Gas gibt, wird der Motordrehzahlgrenzwert mit einer Rate der NORMAL GESTEUERTEN RAMPENFÖRMIG ERHÖHTEN DREHZAHL (von 200 U/min/s in einer beispielhaften Ausführungsform) oder mit einer Rate der durch RTD (RIDE THROUGH DETENT, Überwindung der Blockade) gesteuerten Rampendrehzahl (von 250 U/min/s in einer beispielhaften Ausführungsform) erhöht, falls die GEMESSENE PEDALSTELLUNG (des Fahrpedals) größer ist als der Wert von KUPPLUNGSPEDAL-RTD (von 90% der Drosselverstellung in einer beispielhaften Ausführungsform). Die Erhöhung dauert fort, bis entweder:

i) sich die Eingriffsbedingungen verändern, beispielsweise a) GANG EINGELEGT = WAHR oder b) STEUERUNGSSCHALTZUSTAND ≠ SCHIEBEN IN GANG oder c) FAHRZEUGBEWEGUNG ≠ FAHRZEUG NICHT IN BEWEGUNG ODER
ii) GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) < GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL DER KUPPLUNG minus KUPPLUNGS-OFFSET-RESERVE (in einer beispielhaften Ausführungsform 25 U/min) ODER
iii) GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL DER KUPPLUNG = J1939-KONFIGURATIONSMAP-MOTORDREHZAHL [6] (in einer beispielhaften Ausführungsform gleich der HOHEN MOTORLEEFLAUFDREHZAHL (Governor plus Droop), wie durch das J1939-Protokoll festgesetzt.

Falls sich die Eingriffsbedingungen verändern, reagiert das System durch die Auswahl einer geeigneten nächsten Routine, beispielsweise einer nachstehend beschriebenen Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand. Falls die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) nicht mit dem Grenzwert mithält, wird die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL gleich GEMESSENE MOTORDREHZAHL + KUPPLUNGS-OFFSET-RESERVE (von 25 U/min in einer beispielhaften Ausführungsform) gesetzt, bevor die Erhöhung fortgesetzt wird, um zu verhindern, dass ein zu weiter Bereich zugelassen wird, in dem eine unkontrollierte Beschleunigung auftreten kann. Es sollte verständlich sein, dass in dem Fall, dass die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) nicht mit dem Grenzwert mithält, wenn der Grenzwert abnimmt, die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL gleich der GEMESSENEN MOTORDREHZAHL + KUPPLUNGS-OFFSET-RESERVE gesetzt wird, um eine unkontrollierte Beschleunigung zu vermeiden. Falls der Grenzwert der FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTEN MOTORDREHZAHL die J1939-KONFIGURRTIONSMAP-MOTORDREHZAHL erreicht, wird er ohne eine weitere Erhöhung gehalten. Dies ermöglicht einem Fahrer die Flexibilität bei seiner Drossel-/Fahrpedalsteuerung, ohne dass die automatische Steuerung vollständig herausgenommen wird.
Es wird nun eine Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand oder eine Routine für den Anfahrvorgang eines Fahrzeugs beschrieben. Wie es für eine Fliehkraftkupplung kennzeichnend ist, stellt die Kupplung 20 bei einer Erhöhung der Motordrehzahl eine erhöhte Klemmkraft und Drehmomentübertragungskapazität bereit. Es ist deshalb wichtig, die Rate, mit der die Motordrehzahl steigt, zu steuern, um die Anwendung der Klemmkraft zu steuern. Wenn eine derarti ge Steuerung in einem System, das das J1939-Protokoll verwendet, durch den Kupplungssteuerungsalgorithmus angewandt wird, wird ein J1939-Befehl „Drehzahl-/Drehmomentgrenzwert" ausgegeben, und diesem wird die höchste Priorität innerhalb der Hierarchie der Befehle zugeteilt. Bei Anwendung der Drosselsteuerung bzw. des Fahrpedals wird ein Motordrehzahlzielwert für diese Drossel-/Fahrpedaleinstellung bestimmt. Die Motordrehzahl wird von der Leerlaufdrehzahl auf diese Motordrehzahl (eine KUPPLUNGSZIELDREHZAHL) mit einer gesteuerten Rate erhöht, um eine Erhöhung des Kupplungsdrehmoments mit einer Rate, die größer ist als die Eigenfrequenz des Antriebsstrangs, zu verhindern.
3 zeigt zwei einander schneidende Linien, eine Wenig-Gas-Ziellinie 156 und eine Viel-Gas-Ziellinie 158, die Zielmotordrehzahlen über dem vollen Bereich der Drossel-/Fahrpedalstellungen, von 0% bis 100 der Drosselverstellung, veranschaulichen. Die vier Endpunkte dieser beiden Linien (in denen die prozentuale Drosseleinstellung 0 und 100 entspricht) werden experimentell festgesetzt und folgendermaßen bezeichnet: Wenig Gas – Niedrige Drehzahl 160; Wenig Gas – Hohe Drehzahl 162; Viel Gas – Niedrige Drehzahl 164 und Viel Gas – Hohe Drehzahl 166, die in einer beispielhaften Ausführungsform 725 U/min, 990 U/min, 740 U/min bzw. 975 U/min betragen. Eine Kupplungszieldrehzahl 168 ist durch die untere der beiden Linien für eine gegebene Drossel-/Fahrpedalstellung definiert. Die Kupplungszieldrehzahl-Linie 168 ist zur Unterscheidung mit einer stärkeren Linie eingezeichnet.
Wie in 3 veranschaulicht, ist die Kupplungszieldrehzahl 168 eine Funktion der Drosselstellung. Beispielsweise beträgt die Kupplungszieldrehzahl 168 bei einer Dros selstellung von 20% 778 U/min. Für eine Drosselstellung von 100 beträgt der Zielwert 975 U/min. Die Anwendung der beiden Linien 156 und 158, um eine KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 mit zwei Steigungen festzulegen, liefert einen auf eine geeignetere Weise abgestimmten Kupplungsalgorithmus. Während der Entwicklung dieses Algorithmus ist festgestellt worden, dass die Zweisteigungsbeziehung gegenüber einer Linie mit einer einzigen Steigung überlegen ist. Obwohl die etwas steilere Wenig-Gas-Ziellinie 156 von der Viel-Gas-Ziellinie 158 nicht weit entfernt ist, ist der Unterschied ausreichend, um bei der Reaktion der Drossel einen wahrnehmbaren Unterschied zu erzielen. Das Fahrzeug schien reaktionsempfindlicher, wenn eine Zweisteigungslinie 168 angewandt worden ist. Im umgekehrten Fall erschien das Fahrzeug mit einer Einzelsteigungslinie bei Startvorgängen mit kleinen Drosselwinkeln träger.
Bevor die normale Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand eingeleitet wird, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein: die Fahrpedalstellung muss größer sein als eine vorbestimmte Fahrpedalstellung, die als dafür kennzeichnend angesehen wird, dass der Fahrer das Fahrpedal nicht niederdrückt (5% der Drosselverstellung in der beispielhaften Ausführungsform); der gewünschte Gang, wie er durch den Steuerungsalgorithmus bestimmt wird, ist nicht der Leerlauf (der Gangauswahlhebel befindet sich nicht in dem neutralen Bereich); ein Antriebsgang ist eingelegt und die Kupplung ist ausgerückt.
Die Routine erhöht die Motordrehzahl mit einer gesteuerten Rate, um den Drehzahlgrenzwert, der durch die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 festgelegt ist, zu erreichen. Die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 bildet lediglich einen Grenzwert und zwingt den Motor nicht, mit einer Drehzahl umzulaufen, die höher ist als diejenige, die nach der Drosseleinstellung angefordert ist. Dieser Grenzwert wird über J1939-Befehle übermittelt. Die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL bildet einen Motordrehzahlsteuerparameter, der durch eine Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand definiert wird. Die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL verändert sich von einem anfänglichen Punkt, der einer MOTORLEERLAUFDREHZAHL DER KUPPLUNG (der Zieldrosselstellung für den Drehzahlgrenzwert von 0% in einer Nichtleerlauf-Gangstellung und bei ausgerückter Kupplung) abzüglich eines MOTORLEERLAUF-OFFSET-WERTES (von 10 U/min in der beispielhaften Ausführungsform) entspricht, bis zu einer Zwischendrehzahl, die dem Wenig-Gas-Niedrige-Geschwindigkeit-Punkt 160 (von 725 U/min in der beispielhaften Ausführungsform) zuzüglich einem Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert enspricht, der nachstehend definiert ist.
Die Motordrehzahl wird mit einer gesteuerten Rate in Richtung auf die ZIELDREHZAHL 168 verändert. Die gesteuerte Rate nimmt ab, wenn die Motordrehzahl steigt. Die gesteuerte Rate, mit der die Motordrehzahl zunächst bis zu einer Zwischendrehzahl, die kleiner ist als die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL, verändert wird, entspricht einem NORMALEN SCHNELLEN ANSTIEG VOM LEERLAUF oder beträgt 300 U/min/s. Die gesteuerte Erhöhungsrate zwischen der Zwischendrehzahl und der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 fällt auf einen NORMAL GESTEUERTEN ANSTIEG oder auf 200 U/min/s in der bevorzugten Ausführungsform ab. Die kontrollierte Erhöhung dauert fort, bis die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL erreicht ist, solange die Motordrehzahl dem rampenförmigen Anstieg innerhalb eines Bereiches von, in der beispielhaften Ausführungsform, (25 U/min plus (Fahrpedalstellung (%)) U/min) folgt. Es sollte verständlich sein, dass Einheiten in der vorstehenden Bereichsberechnungen vermischt werden, jedoch bei Tests erwiesen worden ist, dass die Gleichung einen geeigneten Motordrehzahlbetriebsbereich liefert, wenn versucht wird, die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 zu erreichen.
Falls die Pedalstellung größer ist als, in der bevorzugten Ausführungsform, 90% und der Motor sich unterhalb der Zwischendrehzahl befindet, dann wird die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL mit einer SCHNELLEN RAMPENRATE BEI RASTENÜBERBRÜCKUNG (RIDE-THROUGH-DETENT) erhöht, die in einer beispielhaften Ausführungsform 300 U/min/s beträgt. Wenn der Motor sich oberhalb der Zwischendrehzahl befindet, wird die Rampenrate auf eine GESTEUERTE RAMPENRATE BEI RASTENÜBERBRÜCKUNG erniedrigt, die in einer beispielhaften Ausführungsform 250 U/min/s beträgt. Die Motordrehzahlerhöhung dauert fort, solange die Motordrehzahl in den Bereich bleibt, der (25 U/min + (Fahrpedalstellung (%)) U/min) entspricht. Die Kalibrierungen der RAMPENRATE BEI RASTENÜBERBRÜCKUNG ergeben einen etwas schnelleren Fahrzeugstart, wenn viel Gas gegeben wird.
Wenn die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL bis auf die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 erhöht worden ist, bleibt sie bei diesem Wert, bis entweder die Drosseleinstellung verändert wird oder die Kupplung einrückt. Eine Ausnahme hierzu ist dann gegeben, wenn über die ÜBERBRÜCKUNG DER RASTE (RIDE-THROUGH-DETENT, KICK-DOWN-RASTE) hinausgegangen wird. Dies bedeutet, dass in dem Fall, wenn die Fahrpedalstellung größer als 90% ist und sich die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL in der Nähe der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL für eine vorbestimmte Zeitdauer (von 1,5 Sekunden in einer beispielhaften Ausführungsform) befindet, die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL anschließend mit einer langsameren Rate einer ERHÖHUNGSRATE MIT HOHEM WIDERSTAND (Widerstand gegen das Anfahren) erhöht wird, die in der bevorzugten Ausführungsform 50 U/min/s entspricht, bis das Fahrpedal losgelassen, die Fahrpedalstellung verringert oder die Kupplung einrückt. Beispiele für einen hohen Widerstand bei Startbedingungen, die derartige Umstände herbeiführen können, umfassen einen Versuch eines Anfahrvorgangs im Schlamm sowie einen Versuch eines Anfahrvorgangs auf einer steilen Steigung.
Falls die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 kleiner ist als entweder die momentane Motordrehzahl oder die momentan FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL (beispielsweise wenn die Drossel-/Fahrpedaleinstellung verringert wird, nachdem die FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL bis auf die oder in die Nähe der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL erhöht worden ist), wird DIE FÜR DIE KUPPLUNG GEWÜNSCHTE MOTORDREHZAHL unmittelbar auf die neue KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 ohne eine rampenartige Verzögerung vermindert.
Auf Grund der mechanischen Beschaffenheit der Komponenten der offenbarten Fliehkraftkupplung 20 kann die Beziehung zwischen der Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung und der Motordrehzahl auf Grund vieler Faktoren variieren. Zu diesen Faktoren gehören Federermüdung, Verschleiß des Kupplungsreibmaterials, Staub und Schmutz, die Reibung bewirken, sowie ggf. weitere Faktoren. Derartige Faktoren können dazu führen, dass die Kurve des Drehmomentes über der Drehzahl sich in Bezug auf die Drehzahl nach oben oder nach unten verschiebt. Während dies nicht eine Fehlfunktion der Kupplung herbeiführen muss, können sich ihr Verhalten, die Reaktion auf die Drossel etc. ändern, was Änderungen der Betriebseigenschaften nach sich zieht. Unter extremen Umständen kann der Anfahrvorgang aus dem Stillstand rau sein, oder es kann ungewöhnlich viel Gas erforderlich sein, um das Startverhalten zu erzielen, das aus einer geringen Anwendung des Fahrpedals resultieren sollte. Deshalb wird eine einfache adaptive Routine verwendet, um die Kurve der Kupplungszieldrehzahl gegenüber der Drosseleinstellung nach oben oder nach unten anzupassen, um das Verhalten wieder auf ein Optimum zu bringen.
Bei einer gegebenen Konfiguration der Fliehkraftkupplung 20 gibt es eine spezielle Kurve der Kupplungszieldrehzahl gegenüber der Drossel-/Fahrpedalstellung, wie in 3 veranschaulicht, bei der die Kupplung auf eine optimale Weise arbeitet. Die optimale Kurve ist eine Kurve, bei der die Kupplung 20 gerade beginnt, bei einer Drehzahl, die geringfügig (15 bis 30 U/min in einer beispielhaften Ausführungsform) oberhalb der Wenig-Gas-niedrigen-Drehzahl 160 liegt, Drehmoment zu erzeugen. Ferner sind die Steigungen der Drehzahlgrenzkurven 156 und 158 bei wenig und viel Gas derart, dass ein weiter Bereich von Starteigenschaften über dem Drosselstellungsbereich erreicht werden kann, während ein gutes Ansprechvermögen auf die Drossel erzielt wird.
Während die Bestimmung des Wenig-Gas-niedrige-Drehzahl-Punktes 160 objektiv erfolgt, ist eine Bestimmung der Steigungen der beiden Kurven 156 und 158 und die Positionierung des Viel-Gas-niedrige-Drehzahl-Punktes 164 eher subjektiver Natur. Diese Werte werden deshalb eher auf empirische Weise bestimmt. Als guter objektiver Anhaltspunkt, der verwendet werden kann, gilt jedoch, dass der Viel-Gas-Hohe-Drehzahl-Punkt 166 bei einer Motordrehzahl platziert werden sollte, die ungefähr 25 bis 30 % der Spitzendrehmo mentübertragungskapazität der Kupplung ergibt.
Die Kupplungszieldrehzahlkurve 168 nach 3 ist in der Weise gemäß dem vorstehenden Absatz empirisch abgeleitet worden. Wenn die Kurve 168 bestimmt ist und in der Kalibrierung einprogrammiert ist, kann sie bei einer gegebenen Konfiguration der Fliehkraftkupplung für jede beliebige Anwendung verwendet werden. Die folgende adaptive Routine soll verwendet werden, um die Kurve nach oben und unten anzupassen oder zu verschieben, um Verschleiß, Reibung, etc. auszugleichen.
Um die Kurve 168 für eine bestimmte Fliehkraftkupplung „anzupassen" oder einzustellen, muss eine „Eingriffspunkt"-Drehzahl der Kupplung bestimmt werden. Eine Eingriffspunkt-Drehzahl für eine Fliehkraftkupplung ist die Motordrehzahl, bei der die Kupplung gerade beginnt, Drehmoment zu entwickeln. Die Eingriffspunkt-Drehzahl wird bestimmt, indem die Motordrehzahl vom Leerlauf aus langsam erhöht und der Punkt aufgezeichnet wird, an dem die Eingangswelle des Getriebes gerade umzulaufen beginnt. Die Eingriffspunkt-Drehzahl kann während zwei Abschnitten des Fliehkraftbetriebes ermittelt werden. Die erste eventuelle Möglichkeit, die Eingriffspunkt-Drehzahl festzulegen, liegt vor, wenn versucht wird, einen Gang einzulegen, wenn das Fahrzeug angehalten ist. Falls die Zahn-an-Zahn-Stoß-Schutzroutine aufgerufen ist, wird die Motordrehzahl, bei der die Eingangswellendrehzahl 25 U/min übersteigt, als die Eingriffspunkt-Drehzahl aufgezeichnet. Die zweite Möglichkeit ist dann gegeben, wenn eine Eingangswellendrehzahl oberhalb von 100 U/min beim Systemeinschalten (Power up) nicht detektiert worden ist. Unter derartigen Umständen wird die Zahn-an-Zahn-Stoß-Schutzroutine ebenfalls aufgerufen.
Es wird ein Eingriffspunkt-Offset-Wert berechnet, der gleich der aufgezeichneten Eingriffspunkt-Drehzahl abzüglich einer Referenzeingriffspunkt-Drehzahl ist (die in der beispielhaften Ausführungsform 765 U/min beträgt). Die Referenzeingriffspunkt-Drehzahl ist als die Drehzahl auf der Wenig-Gas-Ziellinie 156 definiert, die einem prozentualen Referenzeingriffspunkt-Drosseleinstellwert entspricht, der in der beispielhaften Ausführungsform 15% beträgt. Der Eingriffspunkt-Offset-Wert wird bei einem Maximalwert auf ein Eingriffspunkt-Offset-Maximum und bei einem Minimalwert auf ein Eingriffspunkt-Offset-Minimum begrenzt, die in der beispielhaften Ausführungsform 100 U/min bzw. –100 U/min betragen. Ein Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert wird von dem Eingriffspunkt-Offset-Maximum berechnet, indem dieser mit einem Mittelwert früherer Messungen des Eingriffspunkt-Offset-Wertes gemittelt wird. Der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert wird zu dem Zieldrehzahlgrenzwert hinzuaddiert, um die Linie je nach Umständen nach oben oder nach unten zu verschieben.
Beim Abschalten (Power-down) des Systems, wird der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert in der ECU 50 gespeichert. Falls der abgespeicherte Wert verfälscht wird oder die ECU neu ist oder neu programmiert wird, wird ein Ablauf des Kupplungsalgorithmus bei einem Systemstart erzwungen, wobei der anfänglich berechnete Eingriffspunkt-Offset-Wert unmittelbar als der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert verwendet wird.
Demgemäß ist ersichtlich, dass ein neues und verbessertes Steuerungsverfahren/-system für ein Getriebesystem und eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung geschaffen ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit einem gewissen Grad an Genauigkeit beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform lediglich dazu dient, ein Beispiel anzugeben, und dass zahlreiche Änderungen in Bezug auf die Form und im Detail möglich sind, ohne von dem Rahmen und Schutzumfang der Erfindung, wie sie nachfolgend beansprucht ist, abzuweichen. Beispielsweise kann die beschriebene Kupplung in anderen, auch außerhalb eines Fahrzeugantriebsstrangs liegenden Anwendungen verwendet werden. Ferner kann die Kupplung auch dazu verwendet werden, andere als die hier speziell angegebenen antreibenden und angetriebenen Vorrichtungen miteinander zu verbinden.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems zur Überwindung eines Zahn-an-Zahn-Stoßzustandes, wobei das automatisierte Getriebesystem (10) enthält: einen Verbrennungsmotor (18) mit einem Motorausgangselement (22), ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe (12) mit einer Eingangswelle (28), eine Fliehkraft-Reibungskupplung (20) zur antriebsmäßigen Verbindung des Motorausgangselementes mit der Eingangswelle, eine Drossel, die auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung eines Motorkraftstoffbelieferungsgrades anspricht, einen Systemcontroller (50), der dazu dient, Eingangssignale, einschließlich zwei oder mehrerer der Signale (i) Motordrehzahl, (ii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iii) eingelegte Getriebegangstufe, (iv) Eingangswellendrehzahl, (v) Fahrzeuggeschwindigkeit, (vi) Position von Klauenkupplungsgliedern und (vii) Schaltsignale entgegenzunehmen, die für einen Versuch, das Getriebe in einen Gang zu schalten, kennzeichnend sind, wobei der Systemcontroller wenigstens einen Betriebsmodus zur gezielten Steuerung der Kraftstoffbelieferung des Motors aufweist, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern, und wobei der Systemcontroller die Signale entsprechend logischen Regeln verarbeitet, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens eines Motorcontrollers, auszugeben, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, dass a) bestimmte ein Zahn-an-Zahn-Stoßen ergebende Zahnstoßteilbedingungen erfasst werden; b) das Auftreten des Zahnstoßzustandes basierend auf den Zahnstoßteilbedingungen festgestellt wird; c) mit dem Auftreten des Zahnstoßzustandes eine automatische Steuerung des Motors durch den Controller angeordnet wird; d) nach dem Auftreten des Zahnstoßzustandes wenigstens periodisch die Zahnstoßteilbedingungen überprüft werden und die automatische Steuerung des Motors durch den Controller beendet wird, falls eine beliebige Zahnstoßteilbedingung nicht erfüllt ist; e) automatisch die Motordrehzahl mit einer ersten Anstiegsrate unter der Steuerung durch den Controller erhöht wird, bis entweder eine erste Zielmotordrehzahl oder eine erste abgelaufene Zielanstiegszeit erreicht ist; f) die Motordrehzahl automatisch auf eine Leerlaufdrehzahl erniedrigt wird, wenn entweder die erste Zielmotordrehzahl oder die erste abgelaufene Zielanstiegszeit unter der Steuerung des Controllers erreicht wird; g) falls das Getriebe nach der Reduktion der Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl in einem Zahnstoßzustand bleibt, die Motordrehzahl unter der Steuerung durch den Controller mit einer zweiten Anstiegsrate erneut automatisch bis auf einen Maximalwert erhöht wird, der durch entweder eine zweite Zielmotordrehzahl oder eine zweite abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist; h) beim Erreichen entweder der zweiten Zielmotordrehzahl oder der zweiten abgelaufenen Zielanstiegszeit unter der Steuerung des Controllers die Motordrehzahl auto matisch auf eine Leerlaufdrehzahl erniedrigt wird; und i) die automatische Steuerung des Motors durch den Controller abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) eine Übertragung der Motorsteuerung an eine Stoßschutzroutine innerhalb des Systemcontrollers beim Auftreten des Zahn-an-Zahn-Stoßzustandes aufweist; Schritt d) aufweist, dass wenigstens periodisch die Zahnstoßteilbedingungen während der Ausführung der Stoßschutzroutine überprüft werden und die Stoßschutzroutine verlassen wird, falls eine beliebige der Stoßschutzteilbedingungen nicht erfüllt ist; Schritt g) aufweist, dass in dem Fall, dass das Getriebe in einem Zahnstoßzustand bleibt, nachdem die Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl vermindert worden ist, die Motordrehzahl unter der Steuerung der Stoßschutzroutine mit einer zweiten Anstiegsrate bis auf einen Maximalwert automatisch erhöht wird, der durch entweder eine zweite Zielmotordrehzahl und/oder eine zweite abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist; und Schritt i) aufweist, dass die Steuerung der Motordrehzahl durch die Stoßschutzroutine abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die bestimmten Zahnstoßteilbedingungen enthalten: ein Schaltaktuator (40) drückt in eine gewünschte Gangstellung; die gewünschte Gangstellung ist nicht die Leerlaufstellung; ein Gangeingriff wird nicht angezeigt und das Fahrzeug ist nicht in Bewegung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Zielmotordrehzahl und die zweite abgelaufene Zielanstiegszeit größer sind als die erste Zielmotordrehzahl und die erste abgelaufene Zielanstiegszeit.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei, nachdem eine vorbestimmte Zielmotordrehzahl erreicht ist, die Anstiegsrate, mit der die Motordrehzahl automatisch erhöht wird, auf eine dritte Rate erniedrigt wird, die kleiner ist als die erste Rate.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, nachdem die vorbestimmte Zielmotordrehzahl erreicht ist, die Anstiegsrate, mit der die Motordrehzahl automatisch erhöht wird, auf eine vierte Rate erniedrigt wird, die kleiner ist als die zweite Rate.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Anstiegsrate ungefähr 300 U/min/s beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die dritte Anstiegsrate ungefähr 100 U/min/s beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zweite Zielmotordrehzahl und die zweite abgelaufene Zielanstiegszeit größer sind als die erste Zielmotordrehzahl und die erste abgelaufene Zielanstiegszeit.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in dem Fall, dass das Getriebe in einem Zahnstoßzustand verbleibt, nachdem die Motordrehzahl ein zweites Mal auf die Leerlaufdrehzahl reduziert worden ist, die Motordrehzahl erneut unter der Steuerung durch den Controller mit einer fünften Anstiegsrate auf einen Maximalwert automatisch erhöht wird, der entweder durch eine dritte Zielmotordrehzahl oder eine dritte abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist, bevor die Steuerung der Motordrehzahl abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die dritte Zielmotordrehzahl und die dritte abgelaufene Zielanstiegszeit größer sind als die zweite Zielmotordrehzahl und die zweite abgelaufene Zielanstiegszeit.
Steuerungssystem zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems zur Überwindung eines Zahnstoßzustandes, wobei das automatisierte Getriebesystem (10) enthält: einen Verbrennungsmotor (18) mit einem Motorausgangselement (22), ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe (12) mit einer Eingangswelle (28), eine Fliehkraft-Reiburgskupplung (20) zur antriebsmäßigen Verbindung des Motorausgangselementes mit der Eingangswelle, eine Drossel, die auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung eines Motorkraftstoffbelieferungsgrades anspricht, einen Systemcontroller (50), der Eingangssignale, einschließlich zwei oder mehrerer der Signale (i) Motordrehzahl, (ii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iii) eingelegte Getriebegangstufe, (iv) Eingangswellendrehzahl, (v) Fahrzeuggeschwindigkeit, (vi) Position von Klauenkupplungsgliedern und (vii) Schaltsignale empfängt, die den Versuch, das Getriebe in einen Gang zu schalten, kennzeichnen, wobei der Systemcontroller wenigstens einen Betriebsmodus aufweist, um wahlweise die Kraftstoffbelieferung des Motors derart zu steuern, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern, wobei der Systemcontroller die Signale entsprechend logischen Regeln verarbeitet, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens eines Motorcontrollers, auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem logische Regeln aufweist, die dazu dienen, um: a) bestimmte ein Zahn-an-Zahn-Stoßen ergebende Zahnstoßteilbedingungen zu erfassen; b) das Auftreten des Zahnstoßzustandes basierend auf den Zahnstoßteilbedingungen festzustellen; c) eine automatische Steuerung des Motors durch den Controller bei Auftreten des Zahnstoßzustandes zu erzwingen; d) wenigstens periodisch die Zahnstoßteilbedingungen nach dem Auftreten des Zahnstoßzustandes zu überprüfen und die automatische Steuerung des Motors durch den Controller zu beenden, falls eine beliebige der Zahnstoßteilbedingungen nicht erfüllt ist; e) die Motordrehzahl mit einer ersten Rampenrate unter der Steuerung durch den Controller automatisch zu erhöhen, bis entweder eine erste Zielmotordrehzahl oder eine erste abgelaufene Zielanstiegszeit erreicht ist; f) bei Erreichen entweder der ersten Zielmotordrehzahl oder der ersten abgelaufenen Zielanstiegszeit die Motordrehzahl unter der Steuerung des Controllers automatisch auf eine Leerlaufdrehzahl zu erniedrigen; g) falls das Getriebe in einem Zahnstoßzustand verbleibt, nachdem die Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl verringert worden ist, die Motordrehzahl unter der Steuerung durch den Controller automatisch mit einer zweiten Rampenrate auf einen Maximalwert zu erhöhen, der durch entweder eine zweite Zielmotordrehzahl oder eine zweite abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist; h) die Motordrehzahl bei Erreichen entweder der zweiten Zielmotordrehzahl oder der zweiten abgelaufenen Zielanstiegszeit unter der Steuerung des Controllers automatisch auf eine Leerlaufdrehzahl zu verringern; i) die automatische Steuerung des Motors durch den Controller abzuschalten.
System nach Anspruch 12, wobei die bestimmten Zahnstoßteilbedingungen enthalten, dass: ein Schaltaktuator in eine gewünschte Gangposition drückt; die gewünschte Gangposition nicht der Leerlauf ist; ein Gangeingriff nicht angezeigt wird und das Fahrzeug sich nicht in Bewegung befindet.
System nach Anspruch 12, wobei die zweite Zielmotordrehzahl und die zweite abgelaufene Zielanstiegszeit größer sind als die erste Zielmotordrehzahl und die erste abgelaufene Zielanstiegszeit.
System nach Anspruch 12, wobei, nachdem eine vorbestimmte Zielmotordrehzahl erreicht ist, die Rampenrate, mit der die Motordrehzahl automatisch erhöht wird, auf eine dritte Rate verringert wird, die kleiner ist als die erste Rate.
System nach Anspruch 15, wobei, nachdem die vorbestimmte Zielmotordrehzahl erreicht ist, die Rampenrate, mit der die Motordrehzahl automatisch erhöht wird, auf eine vierte Rate verringert wird, die kleiner ist als die zweite Rate.
System nach Anspruch 15, wobei die erste Rampenrate ungefähr 300 U/min/s beträgt.
System nach Anspruch 17, wobei die dritte Rampenrate ungefähr 100 U/min/s beträgt.
System nach Anspruch 16, wobei die zweite Ziel motordrehzahl und die zweite abgelaufen Zielanstiegszeit größer sind als die erste Zielmotordrehzahl und die erste abgelaufene Zielanstiegszeit.
System nach Anspruch 16, wobei in dem Fall, dass das Getriebe in einem Zahnstoßzustand verbleibt, nachdem die Motordrehzahl ein zweites Mal auf die Leerlaufdrehzahl reduziert worden ist, die Motordrehzahl erneut unter der Steuerung des Controllers mit einer fünften Rampenrate auf einen Maximalwert automatisch erhöht wird, der durch entweder eine dritte Zielmotordrehzahl oder eine dritte abgelaufene Zielanstiegszeit festgelegt ist, bevor die Steuerung der Motordrehzahl abgeschaltet wird.
System nach Anspruch 20, wobei die dritte Zielmotordrehzahl und die dritte abgelaufene Zielanstiegszeit größer sind als die zweite Zielmotordrehzahl und die zweite abgelaufene Zielanstiegszeit.