DE60314529T2

DE60314529T2 - Mehrstufiges getriebe für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE60314529T2
Application number: DE60314529T
Authority: DE
Inventors: Marcus Steen; Lars Karlsson
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2023-09-06
Also published as: WO2004023003A1; US20060162490A1; US7278950B2; EP1546582A1; JP4405392B2; EP1546582B1; RU2005110407A; ATE365288T1; AU2003256216A1; SE0202704D0; CN1682046A; BR0314015A; BRPI0314015B1; RU2310117C2; DE60314529D1; JP2005538319A; SE0202704L; CN100498012C; ES2287561T3; SE523670C2

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des nachstehenden Patentanspruchs 1, wobei die Vorrichtung ein Stufengetriebe für eine Übertragung einer Antriebskraft von dem Rotor zu den Antriebsachsen und Antriebsrädern des Fahrzeugs betrifft.
STAND DER TECHNIK
Automatische Getriebe in Art eines automatischen Stufengetriebes sind bei Schwerlastkraftfahrzeugen immer üblicher geworden, da sich die Mikrocomputertechnologie weiter entwickelt hat und es mit einem Steuerrechner und einer Anzahl von Stellgliedern, z. B. Servomotoren, möglich wurde, die Motordrehzahl, das Einrücken und Ausrücken einer automatischen Scheibenkupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe und außerdem die Kupplungseinrichtungen des Getriebes relativ zueinander präzise zu regeln, so dass ein sanftes Schalten immer zu den korrekten Motordrehzahlen erreicht wird. Bei Schwerlastkraftfahrzeugen sind diese automatischen Getriebe oft mit einem Grundgetriebe ausgestattet, das nicht synchronisierte Vorwärts- und Rückwärtsgänge und außerdem synchronisierte Hilfsgetriebe aufweist, wobei die Hilfsgetriebe in Reihe vor und/oder nach dem Grundgetriebe angeordnet werden können. Ein Beispiel eines Hilfsgetriebes, das in Reihe vor dem Grundgetriebe angeordnet ist, ist ein Splitgetriebe, und ein Beispiel eines Hilfsgetriebes ist, das in Reihen nach dem Grundgetriebe angeordnet ist, ist ein Verteilergetriebe (siehe z. B. SE 516751 (& WO 0192049 A ), die alle Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 offenbart).
Beim Schalten zwischen den nicht synchronisierten Gängen des Grundgetriebes wird ein solcher gewählter Gang dadurch synchronisiert, dass die Drehzahl des Motors des Fahrzeugs präzise auf die korrekte Drehzahl geregelt wird, bevor ein Einrücken des gewählten Ganges stattfindet. Die Scheibenkupplung ist folglich eingerückt, wenn eine solche Präzisionssteuerung stattfindet.
Der Vorteil dieser Art eines Automatikgetriebes verglichen mit einem herkömmlichen Automatikgetriebe, das mit Planetenradstufen und mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler an der Eingangsseite ausgebildet ist, besteht einerseits darin, dass es, soweit es die Verwendung bei Schwerlastkraftfahrzeugen betrifft, einfacher und robuster ist und mit beträchtlich geringeren Kosten hergestellt werden kann, als das herkömmliche Automatikgetriebe, und andererseits darin, dass es einen höheren Wirkungsgrad hat, wodurch ein geringerer Kraftstoffverbrauch möglich ist.
Bei dem oben erwähnten Typ eines automatischen Stufengetriebes passiert folgendes, wenn eine neutrale Position gewählt wird. Wenn das Getriebesteuersystem ein Eingangssignal empfängt, das anzeigt, dass eine neutrale Position gewählt ist, wird das nicht synchronisierte Grundgetriebe in seine neutrale Position gebracht. Dies bedeutet, dass alle Gänge des Grundgetriebes ausgerückt sind und es daher nicht möglich ist, ein Drehmoment über das Grundgetriebe zu übertragen.
Dieses hat den Nachteil, dass, wenn dies beim Fahren des Fahrzeugs auftritt, das Getriebe nutzlos werden kann, wenn der Motor des Fahrzeugs stoppen sollte. Wenn der Motor nicht gesteuert werden kann, kann kein neuer Gang in dem Grundgetriebe gewählt werden, da die Synchronisation eines Ganges durch eine Präzisionssteuerung der Drehzahl des Motors stattfindet. Folglich kann kein neuer Gang in dem Grundgetriebe eingerückt werden. Das Steuersystem ermöglicht kein Schalten, da das Getriebe beschädigt werden könnte. Da z. B. die Lenkservopumpe normalerweise durch den Motor angetrieben wird, funktionieren Einheiten, die durch die Lenkservopumpe angetrieben werden, nicht mehr, was bedeutet, dass das Fahrzeug schwer zu lenken wird. Darüber hinaus kann auch keine vorhandene Motorbremse zum Bremsen des Fahrzeugs verwendet werden.
Es besteht daher der Bedarf nach einem Fahrzeug, das mit einem automatischen Stufengetriebe ausgestattet ist, bei dem das Grundgetriebe nicht synchronisiert ist und wenigstens ein Hilfsgetriebe synchronisiert ist, um sicher zu stellen, dass das Getriebe beim Fahren des Fahrzeugs nicht nutzlos wird, wenn sich das Getriebe in einer neutralen Position befindet und der Motor stoppt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Was die erfindungsgemäße Vorrichtung betrifft, ist die Lösung des erfindungsgemäßen Problems in Patentanspruch 1 beschrieben. Die anderen Patentansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen und Entwicklungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (2 und 3).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beschreibt ein Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem unsynchronisierten Grundgetriebe, wenigstens einem synchronisierten Hilfsgetriebe und wenigstens einer Steuereinheit zur Steuerung des Einrückens und Ausrückens der Gänge des Getriebes und auch einer neutralen Position. Das Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass, wenn Eingangssignale empfangen werden, die anzeigen, dass eine neutrale Position gewählt ist, dass synchronisierte Hilfsgetriebe in neutrale Position gebracht wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass es möglich ist, einen Gang einzurücken, wenn das Fahrzeug gefahren wird, das Getriebe sich in neutraler Position befindet und der Motor anhält. Da das Hilfsgetriebe synchronisiert ist, sind keine externen Einrichtungen zur Synchronisierung der Drehzahl erforderlich. Das Getriebe ist folglich nicht nutzlos, wenn der Motor angehalten wurde.
Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuereinheit so ausgebildet, dass in dem nicht synchronisierten Grundgetriebe der zuvor gewählte Gang zur gleichen Zeit eingerückt bleibt zu, der das synchronisierte Hilfsgetriebe in seine neutrale Position gebracht wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht hierbei darin, dass zusammen mit der Tatsache, dass das Hilfsgetriebe entweder in einer Niedriggangposition (LS) oder einer Hochgangposition (HS) eingerückt bleibt, ein Gesamtgetriebezug durch das ganze Getriebe erhalten wird.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden aus den nachfolgenden abhängigen Patentansprüchen erkennbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, die zum Zwecke der Erläuterung weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und auch den technischen Hintergrund zeigen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, an den eine Kupplung und ein Getriebe angrenzen.
2 zeigt die Kupplung und das Getriebe aus 1 in vergrößertem Maßstab.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Sechszylinderverbrennungsmotor, beispielsweise einen Dieselmotor, dessen Kurbelwelle 2 mit einer einscheibigen Trockenscheibenkupplung gekoppelt ist, die insgesamt durch das Bezugszeichen 3 bezeichnet ist und in einem Kupplungsgehäuse 4 eingeschlossen ist. Die Kurbelwelle 2 ist über die Ausgangswelle 51 des Motors drehfest mit dem Kupplungsgehäuse 5 der Kupplung 3 verbunden, während ihre Scheibe 6 drehfest mit einer Eingangswelle 7 verbunden ist, die drehbar in dem Gehäuse 8 des Getriebes angebracht ist, das insgesamt durch das Bezugszeichen 9 bezeichnet wird. Eine Hauptwelle 10 und eine Zwischenwelle 11 sind außerdem drehbar in dem Gehäuse 8 angebracht.
Wie es am Deutlichsten aus 2 zu erkennen ist, ist ein Zahnrad 12 drehbar auf der Eingangswelle 7 angebracht und auf der Welle mittels einer Kupplungsmuffe 13 sperrbar, die mit einer Synchronisiereinrichtung versehen ist und drehfest, jedoch axial verschiebbar an einer Nabe 14 angebracht ist, die drehfest mit der Eingangswelle 7 verbunden ist. Mittels der Kupplungsmuffe 13 ist außerdem ein drehbar auf der Hauptwelle 10 angebrachtes Zahnrad 15 bezüglich der Eingangswelle 7 sperrbar. Wenn sich die Kupplungsmuffe 13 in einer zentralen Position befindet, sind sowohl das Zahnrad 12 als auch das Zahnrad 15 von ihren Wellen 7 bzw. 10 ausgerückt. Die Zahnräder 12 und 15 stehen mit Zahnrädern 16 bzw. 17 in Eingriff, die drehfest mit der Zwischenwelle 11 verbunden sind. Weitere Zahnräder 18, 19 und 20 sind drehfest auf der Zwischenwelle 11 angebracht und stehen mit Zahnrädern 21, 22 bzw. 23 in Eingriff, die drehbar auf der Hauptwelle 10 angebracht sind und auf der Hauptwelle mittels Kupplungsmuffen 24 bzw. 25 sperrbar sind, die bei der gezeigten Ausführungsform keine Synchronisiervorrichtungen aufweisen. Ein weiteres Zahnrad 28 ist drehbar auf der Hauptwelle 10 angebracht und steht mit einem Zwischenzahnrad 30 in Eingriff, das drehbar auf einer separaten Welle 29 angeordnet ist und seinerseits mit dem Zwischenwellenzahnrad 20 in Eingriff steht. Das Zahnrad 28 ist auf seiner Welle mittels einer Kupplungsmuffe 26 sperrbar.
Die Zahnradpaare 12, 16 und 15, 17 und die Kupplungsmuffe 13 bilden ein synchronisiertes Splitgetriebe mit einer niedrigen Gangstufe LS und einer hohen Gangstufe HS. Das Zahnradpaar 15, 17 bildet außerdem zusammen mit den Zahnradpaaren 21, 18, 22, 19, 23, 20 und 28, 30 ein Grundgetriebe mit vier Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang. An dem Ausgangsende der Hauptwelle ist ein Zahnrad 31 drehfest angebracht, dass das Sonnenrad in einem zweistufigen synchronisierten Verteilergetriebe der Planetenart bildet, das durch das Bezugszeichen 32 bezeichnet ist und dessen Planetenradträger 33 drehfest mit einer Welle 34 verbunden ist, die die Ausgangswelle des Getriebes bildet. Die Planetenräder 35 des Verteilergetriebes 32 stehen mit einem Ringzahnrad 36 in Engriff, das mittels einer Kupplungsmuffe 37 bezüglich des Getriebegehäuses 8 für einen niedrigen Bereich LR und bezüglich des Planetenradträgers 33 für einen hohen Bereich HR sperrbar ist.
Die Kupplungsmuffen 13, 24, 25, 26 und 37 sind verschiebbar, wie es durch die Pfeile in 2 gezeigt ist, wobei die in Verbindung mit den Pfeilen gezeigten Getriebestufen erhalten werden. Die Kupplungsmuffen 13, 24, 25 haben jeweils drei Positionen, zwei Gangpositionen und eine neutrale Position N (zentrale Position). Die Kupplungsmuffe 26 hat eine Gangposition und eine neutrale Position N. Die Kupplungsmuffe 37 hat zwei Gangpositionen LR und HR. Die Verschiebung der Kupplungsmuffen wird durch jeweilige Servovorrichtungen 40, 41, 42, 43 und 44 durchgeführt, die schematisch in 2 gezeigt sind, und die pneumatisch betriebenen Kolben/Zylinder-Anordnungen von der Art sein können, die in einem Getriebe der oben beschriebenen Art verwendet werden, das unter dem Namen I-Shift vermarktet wird.
Die Servovorrichtungen 40, 41, 42, 43 und 44 werden durch eine einen Mikrocomputer umfassende elektronische Steuereinheit 45 (siehe 1) gesteuert, abhängig von Signalen, die der Steuereinheit zugeführt werden und verschiedene Motor- und Fahrzeugdaten darstellen, die wenigstens die Motordrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gaspedalposition und, falls anwendbar, das Ein/Aus der Motorbremse umfassen, wenn sich eine mit der Steuereinheit 45 gekoppelte elektronische Gangwahleinrichtung 46 in ihrer automatischen Schaltposition befindet. Wenn die Wahleinrichtung sich in der Position für ein manuelles Schalten befindet, findet ein Schalten auf Befehl des Fahrers über die Gangwahleinrichtung 46 statt.
Die Steuereinheit 45 steuert außerdem die Kraftstoffeinspritzung über die Motorsteuereinheit 50.
Wenn ein Schalten der unsynchronisierten Gänge in dem Grundgetriebe stattfindet, wird die Drehzahl durch die Präzisionssteuerung der Drehzahl des Motors 1 synchronisiert. Folglich wird die Scheibenkupplung 3 eingerückt, so dass die Drehzahl der Eingangswelle 7 und der Zwischenwelle 11 an einen neu gewählten Getriebezug angepasst sind. Die Motordrehzahl wird abhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Motorbremse geregelt.
Wenn ein Schalten der synchronisierten Gänge stattfindet, d. h. in dem Splitgetriebe oder in dem Verteilergetriebe, wird die Drehzahlanpassung durch Synchronisierringe (nicht in der Figur gezeigt) bewirkt. Wenn ein solches Schalten stattfindet, wird die Scheibenkupplung 3 ausgerückt. Die Steuereinheit 45 steuert die Kraftstoffeinspritzung, d. h, die Motordrehzahl, abhängig von der Gaspedalstellung und außerdem die Luftzufuhr zu einer pneumatischen Kolben/Zylinderanordnung 47, mittels der die Scheibenkupplung 3 ausgerückt oder eingerückt wird, bevor oder nach dem ein Einrücken eines neu gewählten Gangs vollständig durchgeführt wurde.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 45 so programmiert, dass, wenn die Steuereinheit 45 ein Eingangssignal empfängt, das anzeigt, dass eine neutrale Position gewünscht ist, das Splitgetriebe 12, 13, 15, 16, 17 in seine neutrale Position N gebracht wird. Das Eingangssignal für eine neutrale Position kann erhalten werden entweder dadurch, dass der Fahrer die neutrale Position über die Gangwahleinrichtung 46 wählt, wenn das Schalten manuell bewirkt wird, oder, wenn die Gangwahleinrichtung 46 sich in ihrer automatischen Stellung befindet, das Steuersystem 45 dazu optiert, auf der Basis gewisser gegebener Eingangssignale in die neutrale Position zu schalten, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug in einem Freilaufzustand befindet (siehe z. B. SE 516751 ) und das Fahrzeug mit dieser Funktion ausgestattet ist.
Wenn aus irgendeinem Grund der Motor 1 während des Fahrens stoppt und sich das Getriebe gleichzeitig in der Neutralposition befindet, ist die Steuereinheit 45 erfindungsgemäß so programmiert, dass entweder die Niedriggangstufe LS oder die hohe Gangstufe HS des Splitgetriebes abhängig von der Drehzahl des Fahrzeugs eingerückt wird. Wenn die neutrale Position über ein synchronisiertes Getriebe erhalten wird, kann die Synchronisation unabhängig davon stattfinden, ob der Motor gestoppt hat oder nicht. Der Gesamtgetriebezug wird zusammen mit dem zuvor eingerückten Gang in dem Grundgetriebe erhalten, der folglich eingerückt bleibt, während auch die neutrale Position eingenommen wird.
Während eines normalen Fahrens, d. h. dass der Motor nicht stoppt, während die neutrale Position eingenommen ist, optiert die Steuereinheit 45 dazu, einen gewählten Gang einzurücken, d. h. es sind alle Gänge des Getriebes zum Schalten verfügbar.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform kann bei einem Stillstand des Fahrzeugs das unsynchronisierte Grundgetriebe in seine neutrale Position gebracht werden, wenn ein Neutralschalten beispielsweise durch die Gangwahleinrichtung 46 angefordert wird, da in einem solchen stationären Zustand der Motor nicht zur Synchronisierung der Eingangswelle 7 und der Zwischenwelle 11 des Getriebes für einen gewählten Getriebezug verwendet werden muss (dies wird normalerweise durch etwas bewirkt, das als Zwischenwellenbremse bekannt ist, die nicht in den Figuren gezeigt ist).
Die erfindungsgemäße Funktion kann auf entsprechende Weise mit einem Verteilergetriebe erhalten werden, das mit einer neutralen Position ausgestattet ist.

Claims

Stufengetriebe (9) für Kraftfahrzeuge, mit einem unsynchronisierten Grundgetriebe (15, 17, 21, 18, 22, 19, 23, 20, 28, 30), wenigstens einem synchronisiertem Hilfsgetriebe (12, 13, 15, 16, 17) und wenigstens einer Steuereinheit (45) zur Steuerung des Einrückens und Ausrückens der Gänge des Getriebes (9) und auch einer neutralen Position, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (45) so ausgebildet ist, dass, wenn Eingangssignale empfangen werden, die anzeigen, dass eine neutrale Position gewählt ist, das synchronisierte Hilfsgetriebe (12, 13, 15, 16, 17) in neutrale Position gebracht wird.
Stufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (45) so ausgebildet ist, dass in dem Grundgetriebe (15, 17, 21, 18, 22, 19, 23, 20, 28, 30) der zuvor gewählte Gang eingerückt bleibt, während die neutrale Position eingenommen wird.
Stufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsgetriebe aus einem Splitgetriebe (12, 13, 15, 16, 17) oder einem Verteilergetriebe (32) besteht.