DE69013096T2

DE69013096T2 - Schaltunterdrückung für automatischen Schaltvorwahlmodus eines mechanischen Getriebes mit halbautomatischer Schaltung.

Info

Publication number: DE69013096T2
Application number: DE69013096T
Authority: DE
Inventors: Eugene Ralph Braun
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-07-04
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: EP0410593A3; CA2020400A1; EP0410593A2; DE69013096D1; CA2020400C; JPH03129168A; US5089965A; EP0410593B1

Description

Verwandte Anmeldungen

Diese Anmeldung ist verwandt mit dem Gegenstand der US-A 5.053.961 mit dem Titel "Halbautomatisches Ausführen von Schaltvorgängen bei einem mechanischen Getriebesystem", der US-A 5.053.959 mit dem Titel Steuersystem und -verfahren zum Erfassen und Anzeigen des Leerlaufes bei einem halbautomatischen mechanischen Getriebesystem", der US-A 5.063.511 mit dem Titel "Erweiterte Wiederherstellung ausgelassener Schaltvorgänge bei einem Steuersystem zum halbautomatischen Ausführen des Schaltens", der US-A 4.991.099 mit dem Titel "Steuersystem/Verfahren zum Steuern des Schaltens eines Verbundgetriebes vom Gruppentyp mit Eingangswellen- und Hauptwellendrehzahlsensoren", und der US-A 5.053.962 mit dem Titel "Automatische Schaltvorwahlbetriebsart für ein mechanisches Getriebesystem mit halbautomatischer Ausführung des Schaltens", die alle von der Eaton Corp. am 19. Juni 1989 eingereicht sind, die auch die vorliegende Anmeldung eingereicht hat.

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf halbautomatische mechanische Getriebesysteme von Kraftfahrzeugen, und insbesondere auf halbautomatische mechanische Getriebesysteme der Ausführungsform, bei der ein teilweise automatisches Ausführen von vorausgewählten Schaltvorgängen von Gangstufen des mechanischen Getriebes vorgesehen ist, und bei der wenigstens eine Betriebsart vorgesehen ist, bei der das Schalten von Gangwechseln automatisch durch die zentrale Verarbeitungseinheit des Systems vorgewählt wird.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Mittel zum Sperren des Schaltens des Getriebes in den Leerlauf bei Vorliegen gewisser Bedingungen, wie Rangieren mit geringer Geschwindigkeit oder Betrieb mit hoher Geschwindigkeit oder Feststellen der Betätigung der Fahrzeugbremsen und/oder des Verlangsamers, wobei ein solches Schalten für den Fahrzeugführer unerwartet und/oder verwirrend sein kann.

Beschreibung des Standes der Technik

Aus dem Stand der Technik sind vollautomatische Getriebesysteme sowohl für Schwerlastfahrzeuge, wie bspw. Schwerlast-LKW's, als auch für PKW's bekannt, wobei diese Systeme die Drosselöffnung oder Gaspedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeiten, Motordrehzahlen und ähnliches erfassen und das Fahrzeuggetriebe demgemäß automatisch schalten. Solche vollautomatischen Gangwechselgetriebesysteme können sowohl automatische Getriebe, bei denen Druckmittel verwendet wird, um ein oder mehrere Getriebeteile mit anderen Getriebeteilen oder einem Gehäuse zu koppeln, damit eine ausgewählte Gangstufe erhalten wird, als auch automatische mechanische Getriebe enthalten, bei denen elektronische und/oder pneumatische Logikelemente und Aktuatoren verwendet werden, um mechanische (d.h. formschlüssige) Kupplungen ein- und auszurücken, um eine gewünschte Gangstufe zu erreichen. Beispiele solcher Getriebe sind aus der US-A 3.961.546, 4.081.065 und 4.361.060 ersichtlich.
Solche gänzlich automatischen Gangwechselgetriebe können inakzeptabel teuer sein, insbesondere was die größten Schwerlastfahrzeuge angeht, die typischerweise nicht in hohen Stückzahlen verkauft werden. Zusätzlich neigen solche automatischen Gangwechselgetriebe, die Druckmittel und/oder Drehmomentwandler benutzen, dazu, im Hinblick auf die Verlustleistung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle verhältnismäßig ineffizient zu sein.
Aus dem Stand der Technik sind halbautomatische Getriebesysteme bekannt, die Steuereinheiten nutzen, die die Gaspedalstellung, Motor-, Eingangswellen-, Ausgangswellendrehzahl und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit erfassen und automatisch gesteuerte Kraftstoffzumessungseinrichtungen, Gangschalteinrichtungen und/oder Hauptkupplungsbetätigungseinrichtungen verwenden, um ein vom Fahrer manuell ausgewähltes Gangschalten des Getriebes auszuführen. Beispiele solcher halbautomatischen Getriebesysteme sind aus den US-A 4.425.620, 4.631.679 und 4.648.290 ersichtlich.
Während solche halbautomatischen mechanischen Getriebesysteme insofern sehr gut angenommen werden, als sie etwas weniger teuer als die vollautomatischen Getriebesysteme sind, als sie die manuelle Kupplungsbetätigung bei Betrieb mit geringer Geschwindigkeit gestatten und/oder als sie keine automatische Auswahl der operativen Gangstufe erfordern, können sie für gewisse Anwendungen dennoch zu teuer sein, da sie eine relativ große Anzahl von Sensoren und automatisch steuerbaren Aktuatoren erfordern, wie bspw. einen Hauptkupplungsaktuator und/oder einen Aktuator fü die Kraftstoffzumessung, die vorgesehen, installiert und gewartet werden müssen.
Die EP-A 0 107 761 offenbart den Stand der Technik, bei dem eine elektronische Schaltsteuerung vorgesehen ist, wobei die Ausgangsdrehzahl des Getriebes gemessen wird und die Eingangsdrehzahl aus einer Bestimmung des eingelegten Ganges berechnet werden kann, und bei dem die manuell ausgewählte, nächste Gangstufe entweder durch Aktuatoren eingelegt, oder die optimale Gangstufe in der Hochschalt- oder Zurückschaltrichtung in einer automatischen Betriebsart eingelegt wird. Die Auswahl der Gangstufen wird automatisch auf ein Überdrehen des Motors überprüft. Um den Fahrer über das Fortschreiten des Schaltens zu informieren, wird der niedergedrückte Taster 53 während des Schaltens niedergedrückt gehalten und kann nur nach dem Ausführen des Schaltvorganges nochmals niedergedrückt werden. Die Hochschalt- oder Zurückschaltrichtung kann vorgewählt werden. Diese Veröffentlichung bildet somit den Oberbegriff des Anspruchs 1. Die US-A 4.648.290 offenLirt, daß ein Signal vorgesehen wird, das die Drehzahl der Eingangswelle eines halbautomatischen Getriebes kennzeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen 1 und 10 festgelegt ist, sind die Nachteile des Standes der Technik überwunden oder minimiert, indem ein System/Verfahren zum Ausführen eines halbautomatischen Schaltens bei einem mechanischen Getriebesystem zur Verwendung in Fahrzeugen vorgesehen worden ist, das ein ausschließlich manuell gesteuertes Motordrosselmittel und eine ausschließlich manuell gesteuerte Hauptkupplung aufweist. Das System hat wenigstens eine Betriebsart bei der die halbautomatisch auszuführenden Schaltvorgänge automatisch vorgewählt werden, und es weist eine Steuer/Anzeige-Bedieneinheit oder -Konsole für die Auswahl des Betriebs in der automatischen Vorwahlbetriebsart durch den Fahrer und die Anzeige automatischer Vorwahl von Hochschaltvorgängen, Zurückschaltvorgängen oder Schaltvorgängen in den Leerlauf auf. Es ist eine elektronische Steuereinheit (ECU) vorgesehen, um für die Getriebeeingangswellen- und -ausgangswellendrehzahl kennzeichnende Signale zu empfangen und um diese gemäß vorbestimmter logischer Regeln zu verarbeiten, um zu bestimmen ob ein Hochschalten oder ein Zurückschalten aus der gegenwärtig eingelegten Gangstufe heraus erforderlich ist und um Befehlausgangssignale an einen Getriebaktuator zu geben, um das Getriebe gemäß der Befehlsausgangssignale zu schalten.
Bei gewissen Bedingungen wird das Ausführen eines automatisch vorgewählten Schaltvorganges gesperrt, um unerwartete und/oder unerwünschte Schaltvorgänge zu vermeiden. Vorzugsweise stehen dem Fahrer Mittel zum Freigeben der schaltsperrenden Mitteln wie das manuelle Niedertreten des Kupplungspedals, zur Verfügung.
Bedingungen bei denen das Ausführen automatisch ausgewählter Schaltvorgänge gesperrt werden sollte, können relativ hohe oder relativ geringe Fahrzeuggeschwindigkeit, Betätigung der Fahrzeugbremsen und/oder des Verlangsamers und/oder die in der Leerlaufposition befindliche Kraftstoffdrossel sein.
Die Steuer/Anzeigeeinrichtung zeigt sowohl den ausgewählten jedoch noch nicht ausgeführten Schaltvorgang, als auch den gegenwärtigen Status des Getriebes an und gestattet dem Fahrer außerdem vorzugsweise ein Schalten in einen höheren Gang, einen niedrigeren Gang oder in den Leerlauf auszuwählen/vorauszuwählen. Vorzugsweise gestattet die Steuereinrichtung außerdem, einen manuell oder automatisch vorgewählten Schaltvorgang zu löschen.
Entsprechend ist ein Steuersystem/Verfahren für ein halbautomatisches mechanisches Getriebesystem für Kraftfahrzeuge zum teilweise automatischen Ausführen von automatisch ausgewählten Getriebeschaltvorgängen vorgesehen worden, das keine Drossel- oder Kupplungsaktuatoren erfordert, das lediglich zwei Drehzahleingangssignale erfordert und das bei vorausgewählten Bedingungen, wie relativ hoher oder relativ geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, das Auslösen eines automatisch vorgewählten Schaltvorganges sperrt, bis eine spezielle Maßnahme durch den Fahrzeugführer vorgenommen wird.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des durch das erfindungsgemäße System teilweise automatisierten mechanische Getriebesystem für Fahrzeuge.
Fig. 1a ist die schematische Darstellung des Schaltmusters des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zum automatischen Vorwählen und halbautomatischen Ausführen eines Schaltvorganges bei einem mechanischen Getriebesystem.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Steuerbedieneinheit für das System nach Fig. 2.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der folgenden Beschreibung wird zum Zwecke der bequemeren Bezugnahme und ohne beschränkende Wirkung eine bestimmte Terminologie benutzt. Die Worte "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen auf die Bezug genommen wird. Die Begriffe "vorwärts" und "rückwärts" beziehen sich entsprechend auf das vordere und das hintere Ende eines in einem Fahrzeug herkömmlich montierten Getriebes und sind entsprechend die rechte und linke Seite des in Fig. 1 dargestellten Getriebes. Die Begriffe "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf die bzw. weg von der geometrischen Mitte der Einrichtung und deren bezeichneter Teile. Diese Terminologie umfaßt die oben speziell genannten Worte und Ableitungen derselben, sowie Worte ähnlicher Bedeutung.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird verwendet, um ein Geschwindigkeitswechsel- oder Gangwechselgetriebe mit einer mehrere Vorwärtsgänge aufweisenden Hauptgetriebegruppe und einer mehrere Gänge aufweisenden Hilfsgetriebegruppe zu bezeichnen, die hintereinander geschaltet sind, wobei die ausgewählte Untersetzung der Hauptgetriebegruppe mit außerdem ausgewählten Übersetzungen der Hilfsgetriebegruppe verbunden werden kann. "Synchronisierte Kupplungseinrichtung" und Worte ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine Kupplungseinrichtung, die zum drehfesten Kuppeln eines ausgewählten Zahnrades mit einer Welle mittels einer formschlüssigen Kupplung verwendet ist, bei der ein versuchtes Einrücken der Kupplung gesperrt wird, bis die Glieder der Kupplung in im wesentlichen synchroner Drehung befindlich sind. Relativ leistungsfähige Reibungsmittel sind mit den Kupplungsgliedern verwendet und ausreichend, bei Auslösen eines Kupplungseinrückens die Kupplungsglieder und alle gemeinsam mit diesen rotierenden Teile zu veranlassen, sich mit im wesentlichen synchroner Drehzahl zu drehen.
Der hier benutzte Begriff "Hochschalten" bezeichnet das Schalten aus einer Gangstufe niedrigerer Geschwindigkeit in eine Gangstufe höherer Geschwindigkeit. Der hier benutzte Begriff "Zurückschalten" bezeichnet das Schalten aus einer Gangstufe höherer Geschwindigkeit in eine Gangstufe niedrigerer Geschwindigkeit. Die hierin benutzten Begriffe "langsamer Gang", "niedriger Gang" und/oder "erster Gang" bezeichnen alle die Gangstufe für den Betrieb eines Getriebes oder eines Getriebeabschnittes bei niedrigster Vorwärtsgeschwindigkeit, daß heißt denjenigen Zahnradsatz mit der höchsten Untersetzungsstufe in Bezug auf die Eingangswelle des Getriebes.
Eine "ausgewählte Richtung" eines Schaltvorganges bezieht sich auf die Auswahl entweder eines einzelnen oder eines mehrfachen Hochschaltens oder Zurückschaltens aus einer speziellen Gangstufe heraus.
In Fig. 1 ist ein Verbundgetriebe 10 der Rangebauart dargestellt, das durch das erfindungsgemäße halbautomatische mechanische Getriebesystem teilweise automatisiert ist, das eine automatische Vorwahlbetriebsart aufweist. Das Verbundgetriebe 10 weist eine vielgängige Hauptgetriebegruppe 12 auf, die mit einer Hilfsgruppe 14 der Rangebauart in Reihe geschaltet ist. Das Getriebe 10 ist in einem Gehäuse H aufgenommen und enthält eine Eingangswelle 16, die über eine wahlweise ausgerückte, normalerweise eingerückte Reibungshauptkupplung C von einem Primärantrieb, wie bspw. einem Dieselmotor E, angetrieben ist, die einen Eingangs- oder Antriebsteil 18, der mit der Motorkurbelwelle 20 in Antriebsverbindung steht, und einen getriebenen Abschnitt 22 aufweist, der mit der Getriebeeingangswelle 16 drehfest verbunden ist.
Der Motor 16 ist über eine vom Fahrer gesteuerte Drosseleinrichtung (nicht dargestellt) durch Kraftstoffzumessung gesteuert, und die Hauptkupplung C ist über ein (nicht dargestelltes) Kupplungspedal oder ähnliches manuell gesteuert. Vorzugsweise ist eine, beim Niedertreten des Kupplungspedals durch Überhieb betätigte Eingangswellenbremse B vorgesehen, die, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, ein schnelleres Hochschalten erbringt.
Zu dem Getriebe 10 ähnlichen Getriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt und können den US-A 3.105.395, 3.283.613 und 4.754.665 entnommen werden.
In der Hauptgetriebegruppe 12 trägt die Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24, das gleichzeitig mehrere im wesentlichen gleiche Vorgelegewellenanordnungen 26 und 26a mit im wesentlichen gleichen Drehzahlen antriebt. Die beiden im wesentlichen gleichen Vorgelegewellenanordnungen sind an einander diametral gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle 28 angeordnet, die im wesentlichen koaxial fluchtend mit der Eingangswelle 16 ausgerichtet ist. Jede der Vorgelegewellenanordnungen weist eine Vorgelegewelle 30 auf, die durch Lager 32, 34 in dem Gehäuse H gelagert ist, von dem lediglich ein Abschnitt schematisch dargestellt ist. Jede der Vorgelegewellen ist mit einer identischen Gruppierung von Vorgelegewellenzahnrädern 38, 40, 42, 44, 46 und 48 versehen, die an dieser jeweils drehfest gehalten sind. Auf der Hauptwelle 28 sitzen eine Vielzahl von Mauptwellenzahnrädern 50, 52, 54, 56 sowie 58 und sind zeitlich einander ausschließend mit der Hauptwelle 28 drehfest kuppelbar, indem Kupplungsmuffen 60, 62 und 64, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, verschoben werden. Die Kupplungsmuffe 60 kann außerdem dazu verwendet werden, die Eingangswelle 24 mit der Hauptwelle zu kuppeln, um eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28 herzustellen.
Typischerweise sind die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 mittels Schaltgabeln axial positioniert, die mit einer Schaltgehäuseanordnung 70 verbunden sind, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können in der bekannten, unsynchronisierten Bauart mit Wirkung in beiden Richtungen ausgeführt sein.
Das Schaltgehäuse oder der Aktuator 70 ist durch unter Druck stehendes Fluid, wie bspw. Druckluft betätigt und ist von der durch eine Steuereinheit automatisch steuerbaren Bauart, wie aus den US-A 4.445.393, 4.555.959, 4.361.060, 4.722.237 und 2.931.237 ersichtlich ist.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist das Rückwärtsgang-Zahnrad und steht in dauerndem kämmenden Eingriff mit den Vorgelegewellenzahnrädern 48 über ein konventionelles dazwischenliegendes Zwischenzahnrad (nicht dargestellt). Es sollte außerdem angemerkt werden, daß, obwohl die Hauptgetriebegruppe 12 fünf auswählbare Vorwärtsgangstufen bereitstellt, die niedrigste Vorwärtsgangstufe, nämlich diejenige, die durch Antriebsverbindung zwischen dem Hauptwellenantriebszahnrad 56 mit der Hauptwelle 28 erbracht wird, häufig solch eine hohe Untersetzung erbringt, daß sie als ein niedriger oder "Kriech-"gang betrachtet wird, der lediglich zum Starten eines Fahrzeuges unter Schwerlastbedingungen und üblicherweise nicht in dem höheren Getriebebereich verwendet wird. Entsprechend ist die Hauptgetriebegruppe 12, obwohl sie fünf Gänge aufweist, üblicherweise als "Vier + Eins" Hauptgruppe bezeichnet, weil lediglich vier der fünf Vorwärtsgänge mit der mit dieser verwendeten Hilfsgetriebegruppe 14 verbunden werden.
Die Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind Kupplungen mit drei Positionen, so daß sie mittels des Aktuators 70 in die mittige, nicht eingerückte Position, wie dargestellt, oder in eine voll nach rechts verschobene und eingerückte Position oder in eine voll nach links eingerückte Position überführt werden können. Wie es bekannt ist, ist zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich eine der Kupplungen 60, 62 und 64 einrückbar und (nicht dargestellte) Hauptabschnittsverriegelungsmittel sind vorgesehen, um die anderen Kupplungen in der jeweiligen Leerlaufposition zu verriegeln.
Die Rangehilfsgetriebegruppe 14 enthält zwei untereinander im wesentlichen gleiche Hilfsvorgelegewellenanordnungen 74 und 74a, deren jede eine Hilfsvorgelegewelle 76 aufweist, die durch Lager 78 und 80 in dem Gehäuse H gelagert ist, und die jeweils zwei zur Hilfsgruppe gehörige Vorgelegewellenzahnräder 82 und 84 drehfest trägt. Die zur Hilfsgruppe gehörigen Vorgelegewellenzahnräder 82 stehen in Dauereingriff mit und sind gestützt von einem Range/Ausgangszahnrad 86, während die zur Hilfsgruppe gehörigen Vorgelegewellenzahnräder 84 in Dauereingriff mit dem Ausgangszahnrad 88 stehen.
Eine zwei Positionen aufweisende, synchronisierte Klauenkupplungsanordnung 92, die mittels einer (nicht dargestellten) Schaltgabel und der Schaltaktuatoranordnung 96 für den Bereichsabschnitt axial positioniert ist, ist vorgesehen, um entweder das Zahnrad 86 mit der Ausgangswelle 90, um einen direkten Betrieb oder Betrieb in einem hohen Bereich zu erbringen, oder das Zahnrad 88 mit der Ausgangswelle 90 zu koppeln, um einen Betrieb des Verbundgetriebes 10 in einem unteren Bereich zu erreichen. Das "Schaltmuster" des Getriebes 10 vom Verbundgetriebetyp ist in Fig. 1a schematisch dargestellt. Der Aktuator 96 für den Gruppenabschnitt kann von der in der US-A 3.648.546, 4.440.037 und 4.614.126 dargestellten Ausführungsform dargestellt sein.
Obwohl der Range-Hilfsgetriebegruppe 14 als eine zweigängige Gruppe mit gerade- oder schrägverzahnten Zahnrädern dargestellt ist, versteht sich, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls auf Getriebe vom Gruppentyp anwendbar ist, die kombinierte Split/Range-Hilfsgetriebegruppe mit drei oder mehr auswählbaren Gangstufen aufweisen, und/oder Getriebe vom Planetentyp verwenden. Ebenso können jede oder mehrere der Kupplungen 60, 62 oder 64 als synchronisierte Klauenkupplungen ausgeführt sein und die Getriebegruppen 12 und/oder 14 können in der Bauart mit einzelnen Vorgelegewellen ausgeführt sein.
Um die automatische Vorwahlbetriebsart und das halbautomatische Ausführen des Schaltens des Getriebes 10 zu erbringen, sind ein Eingangswellendrehzahlsensor 98 und ein Ausgangswellendrehzahlsensor 100 verwendet. Alternativ zu dem Ausgangswellendrehzahlsensor 100 kann ein Sensor 102 zum Erfassen der Drehzahl des zu der Hilfsgruppe gehörigen Vorgelegewellenzahnrades 82 verwendet sein. Die Drehzahl des Zahnrades 82 ist selbstverständlich eine bekannte Funktion der Drehzahl der Hauptwelle 28 und, wenn die Kupplung 92 in einer bekannten Position im Eingriff befindlich ist, eine Funktion der Drehzahl der Ausgangswelle 90.
Das erfindungsgemäße Steuersystem 104 für das automatische Vorwählen und halbautomatische Ausführen eines Gangschaltens bei einem mechanischen Getriebesystem ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Das Steuersystem 104 enthält zusätzlich zu dem oben beschriebenen mechanischen Getriebesystem 10 eine elektronische Steuereinheit 106, die vorzugsweise auf einem Mikroprozessor basiert, zum Empfangen von Eingangssignalen von dem Eingangswellendrehzahlsensor 98, von dem Ausgangswellendrehzahlsensor 100 (oder alternativ von dem Hauptwellendrehzahlsensor 102) und von der Steuerbedieneinheit oder Konsole 108 für den Fahrer. Die elektronische Steuereinheit (ECU) 106 kann außerdem Eingangssignale von einem Lagesensor 110 für den Hilfsgetriebeabschnitt empfangen.
Die ECU bewirkt die Verarbeitung der Eingangssignale gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale an eine Getriebebetätigungseinrichtung, wie beispielsweise eine Magnetspulengruppe 112, abzugeben, die den Aktuator 70 des Getriebeabschnittes und den Aktuator 96 des Hilfsabschnittes steuert und es kann Signale an die Konsole 108 für den Fahrer abgeben.
Bei der bevorzugten Ausführungsform gestattet die Konsole dem Fahrer, einen Schaltvorgang aus dem gegenwärtig eingelegten Gang heraus in einer gegebenen Schaltrichtung oder den Leerlauf manuell auszuwählen oder eine halbautomatische Vorwahlbetriebsart auszuwählen, und erbringt eine Anzeige, um den Fahrer über die gegenwärtige Betriebsart (automatische oder manuelle Vorwahl des Schaltens), die gegenwärtige Getriebebetriebsbedingung (vorwärts, rückwärts oder Leerlauf) und jeden Gangwechsel oder jedes Schalten (Hochschalten, Zurückschalten oder Schalten in den Leerlauf) zu informieren, das vorgewählt, jedoch noch nicht ausgeführt worden ist.
Die Konsole 1o8 weist drei Anzeigelampen 114, 116 und 118 auf, die leuchten, um anzuzeigen, daß das Getriebe 10 in einem Vorwärtsgang, einem Leerlauf bzw. einem Rückwärtsgang ist. Die Konsole enthält außerdem drei selektiv beleuchtete Drucktasten 120, 122 und 124, die es dem Fahrer erlauben, ein Hochschalten, die automatische Vorwahlbetriebsart bzw. ein Herunterschalten auszuwählen. Eine Drucktaste 126 gestattet die Auswahl eines Schaltens in den Leerlauf.
Eine Auswahl erfolgt durch Niederdrücken oder Betätigen einer der Tasten 120, 122, 124 oder 126 und kann (vor der Ausführung im Falle der Taste 120, 124 und 126) durch nochmaliges Drücken der Taste gelöscht werden. Als eine Alternative kann mehrmaliges Niederdrücken der Tasten 120 und 124 als Befehl für überspringende Schaltvorgänge verwendet werden. Selbstverständlich können die Tasten und Leuchttasten durch andere Auswahlmittel wie beispielsweise einen Kippschalter und/oder einen Kippschalter und eine Leuchte oder andere Anzeigemittel ersetzt werden. Eine gesonderte Taste oder ein Schalter zur Auswahl des Rückwärtsganges kann vorgesehen sein oder es kann ein Rückwärtsgang als Zurückschalten aus dem Leerlauf ausgewählt werden. Ebenso kann der Leerlauf als Hochschalten aus dem Rückwärtsgang oder Zurückschalten aus dem niedrigen Gang ausgewählt werden.
Um manuell Hochschaltvorgänge oder Zurückschaltvorgänge im Betrieb auszuwählen, drückt der Fahrer passenderweise entweder die Taste 120 oder die Taste 124. Die ausgewählte Taste leuchtet dann bis der ausgewählte Schaltvorgang ausgeführt ist oder bis die Auswahl gelöscht wird.
Alternativ kann die Hochschalttaste bei einer gegebenen Motordrehzahl (wie beispielsweise oberhalb 1700 U/min) leuchten und bis zu einer Auswahl des Hochschaltens durch Drücken des Knopfes weiterleuchten.
Um einen ausgewählten Schaltvorgang auszuführen, wird die Magnetspulengruppe 112 vorausgewählt, um die den Aktuator 70 auf ein Schalten des Hauptgetriebeabschnittes 12 in den Leerlauf vorzuspannen. Dies wird erreicht, indem der Fahrer durch eine momentane Verringerung und/oder Erhöhung der an den Motor gelieferten Kraftstoffmenge und/oder durch Auskuppeln der Hauptkupplung 10 eine Drehmomentumkehr verursacht. Wenn das Getriebe in den Leerlauf geschaltet ist und der Leerlauf durch die ECU verifiziert ist (Leerlauf wird für eine Zeitspanne größer als 1,5 Sekunden festgestellt), leuchtet der Taster 116 für den Leerlaufzustand. Wenn das ausgewählte Schalten ein Verbundschalten ist, d.h. ein Schalten sowohl der Hauptgetriebegruppe 12 als auch der Rangegruppe 14 erfordert, wie beispielsweise ein Schalten von dem vierten zu dem fünften Gang, wie es in Fig. 1A dargestellt ist, gibt die ECU Befehlsausgangssignale an die Magnetspulengruppe 112, um den Aktuator 96 der Milfsgruppe zu veranlassen, das Bereichsschalten abzuschließen, nachdem der Leerlauf in dem vorderen Getriebe festgestellt worden ist.
Wenn in der Hilfsgruppe der richtige Gang eingelegt ist, berechnet oder bestimmt die ECU anderweitig einen zulässigen Bereich oder ein zulässiges Band von Eingangswellendrehzahlen und setzt deren Aktualisierung auf der Basis der erfaßten Ausgangswellendrehzahl (Fahrzeuggeschwindigkeit) und des einzulegenden Ganges fest, woraus ein akzeptables synchrones Einrücken der einzulegenden Gangstufe resultiert. Wenn der Fahrer durch Betätigung des Gaspedals und/oder durch die Benutzung der Eingangswellenbremse die Eingangswellendrehzahl in den akzeptablen Bereich gebracht hat, gibt die ECU Befehlsausgangssignale an die Ventileinrichtung 112, um den Aktuator 70 zu veranlassen, den Hauptgetriebegang einzulegen. Vorzugsweise spricht der Aktuator sehr schnell an, so daß der Fahrer die Eingangswellendrehzahl nicht für eine längere Zeitspanne in dem akzeptablen Bereich halten muß. Um ein Schalten in den Getriebeleerlauf auszuwählen, wird die der Auswahl dienende Taste 126 gedrückt. Die Anzeigelampe 116 blinkt, bis die ECU bestätigt, daß der Leerlauf erreicht ist, wobei gleichzeitig die Lampe 116 zum Dauerleuchten übergeht, während das Getriebe im Leerlauf verbleibt.
Der automatischen Vorauswahlbetriebsart, die durch Betätigung der beleuchteten Drucktaste 122 ausgewählt worden ist, bestimmt die ECU auf der Basis gespeicherter logischer Regeln, des gegenwärtig eingelegten Ganges (der durch Vergleich der Eingangswellendrehzahl mit der Ausgangswellendrehzahl berechnet werden kann) und der Ausgangswellendrehzahl oder der Fahrzeuggeshwindigkeit, ob ein Hochschalten oder ein Zurückschalten erforderlich ist und wählt dasselbe vor. Der Fahrer wird darüber, daß ein Hochschalten oder ein Zurückschalten vorgewählt und durch ein Befehlsausgangssignal der ECU halbautomatisch ausgeführt werden wird, informiert, daß entweder die beleuchtete Drucktaste 120 oder die beleuchtete Drucktaste 124 blinken läßt und/oder ein hörbares Schaltwarnsignal ausgibt. Der Fahrer kann das halbautomatische Schalten des automatisch vorgewählten Schaltvorganges, wie oben dargestellt, auslösen und/oder er kann die automatische Betriebsart und den dabei vorausgewählten Schaltvorgang durch Niederdrücken der Drucktaster 122 abbrechen bzw. löschen.
Bei gewissen Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie beim Rangieren mit niedriger Geschwindigkeit und/oder beim Betrieb mit hoher Geschwindigkeit auf einem Gefälle, kann ein Schaltvorgang automatisch vorgewählt und unbeabsichtigt ausgeführt werden, was ein unerwartetes Schalten aus dem vorhergehend eingelegten Gang in den Leerlauf verursacht. Um dies zu vermeiden, können die logischen Regeln der ECU 106 bei Geschwindigkeiten, die kleiner oder größer als eine vorgewählte Fahrzeuggeschwindigkeit, wie kleiner als 25 MPH (40 km/h) oder größer als 45 MPH (72 km/h), sind, das Auslösen eines vorgewählten Schaltvorganges sperren, bis ein den Schaltvorgang auslösendes Freigabesignal von dem Fahrer manuell gegeben wird. Für diesen Zweck kann ein Schalter 150 vorgesehen sein, der durch Niederdrücken des Kupplungssignals P betätigt wird. Mittel zum freigebbaren Sperren des Ausführens vorgewählter Schaltvorgänge sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus der US-A-4 555 959 ersichtlich ist.
Indem dem Fahrer erlaubt wird, ein Schaltfreigabesignal durch einfaches Niedertreten des Kupplungspedals P zu geben, wird dem Fahrer ermöglicht, beide Hände am Lenkrad zu lassen und dennoch lediglich erwartete Schaltvorgänge, beispielsweise beim Rangieren mit niedrigen Geschwindigkeiten, zu erhalten.
Alternativ können die logischen Regeln der ECU 106 das Auslösen eines automatisch vorgewählten Schaltvorganges verbieten, wenn die Fahrzeugbremsen betätigt sind, ein Verlangsamer arbeitet und/oder das Gaspedal im Leerlauf steht. Selbstverständlich ist ein zusätzlicher Sensor 152 erforderlich.
Als eine Alternative kann die Anzeigelampe 116 für die Leerlaufbedingung weggelassen werden und die Drucktaste 126 zur Auswahl des Leerlaufes kann durch eine beleuchtete Drucktaste ersetzt sein.
In Fig. 3 ist eine alternative Steuer- und Anzeigekonsole 130 für den Fahrer dargestellt. Ein Joystick 132 (Hebel) ist aus seiner Mittellage gegen eine federnde Vorspannung bewegbar, um Hochschaltvorgänge, Zurückschaltvorgänge, ein Schalten in den Leerlauf oder die automatische Vorwahlbetriebsart durch Bewegung nach oben, nach unten, nach links bzw. nach rechts, wie dargestellt, auszuwählen. Anzeigelampen 134 und 136 leuchten, um anzuzeigen, daß ein Hochschaltvorgang bzw. ein Zurückschaltvorgang vorgewählt ist. Anzeigelampen 138 bzw. 140 leuchten, um anzuzeigen, daß das Fahrzeug in seinem Vorwärts- bzw. Rückwärts-Betriebszustand ist. Eine Anzeigelampe 142 leuchtet ständig, um einen Getriebeleerlaufzustand anzuzeigen und blinkt, um anzuzeigen, daß der Leerlaufzustand vorgewählt, jedoch noch nicht bestätigt ist. Eine Anzeigelampe 144 leuchtet, um anzuzeigen, daß das System 104 in der Betriebsart mit automatischer Vorwahl arbeitet.
Entsprechend ist es ersichtlich, daß ein relativ einfaches und wenig teures automatisches Steuersystem 104/Verfahren zum Ausführen eines halbautomatischen Schaltens bei einem mechanischen Getriebesystem 10 mit einer automatischen Vorwahlbetriebsart vorgesehen worden ist und lediglich einen Getriebeschaltaktuator (112/70/96) und zwei Drehzahlsignale erfordert, die zusätzlich zu dem mechanischen Getriebesystem des Fahrzeuges vorzusehen sind. Eine elektronische Steuereinheit 106 zum Empfangen der beiden Drehzahleingangssignale und von Ausgangssignalen einer Steuer- und Bedieneinheit für den Fahrer zum Ausgeben von Befehlsausgangssignalen an die Aktuatoren und an den Anzeigeabschnitt der Steuer- und Bedienkonsole für den Fahrer sind ebenfalls vorgesehen. Das System führt manuell oder automatisch vorgewählte Schaltvorgänge halbautomatisch aus und erfordert von dem Fahrer (i), eine Drehmomentumkehr zum Herausnehmen des gegenwärtig eingelegten Ganges herbeizuführen, und (ii) eine im wesentlichen synchrone Drehung zum Einrücken des vorgewählten Ganges herbeizuführen, was dem System ermöglicht, ohne automatisch betätigte Drosselsteuerungen oder Hauptkupplungsaktuatoren auszukommen.
Unter gewissen Bedingungen, wie beispielsweise bei relativ hohen oder relativ geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist das Ausführen von automatisch oder manuell vorgewählten Schaltvorgängen gesperrt, bis der Fahrer die Sperrmittel durch manuelles Verursachen eines an die ECU anzugebenden Schaltfreigabesignales freigibt.

Claims

1. Steuersystem (104) für ein halbautomatisches Einlegen automatisch ausgewählter Gänge eines mechanischen Geschwindigkeitwechselgetriebesystems für ein Kraftfahrzeug, mit einem durch eine vom Fahrer gesteuerte Kraftstoffdrossel gesteuerten Motor (E), mit einem vielgängigen mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe (10), mit einer vom Fahrer gesteuerten Reibungshauptkupplung (C) die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist, mit einem ersten Sensor (98) zur Abgabe eines ersten Eingangssignales, das für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (16) kennzeichnend ist, mit einem zweiten Sensor (100) zur Abgabe eines zweiten Eingangssignales, das für die Drehzahl einer Getriebeausgangswelle (90) kennzeichnend ist, mit einem dritten Sensor (150) zum Feststellen einer vom Fahrer veranlaßten Ausgabe eines Schaltfreigabesignals sowie mit einem nicht vom Fahrer steuerbaren Getriebeaktuator (112, 70, 96) zum Steuern des Schaltens des Getriebes sowie mit Anzeigemitteln (120, 124) zum Anzeigen einer Gangstufeninformation,

mit einer zentralen Prozessoreinheit (106) zum Empfangen der ersten, zweiten und dritten Eingangssignale und zum Verarbeiten derselben entsprechend vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale zu erzeugen, wobei das Steuersystem dadurch gekennzeichnet ist, daß

die Anzeigemittel (120, 124) eine Anzeige für die Auswahl, jedoch keine Bestätigung eines Herauf- oder Herunterschaltens aus einer gegenwärtig eingelegten Getriebegangstufe oder aus dem Leerlauf in ein ausgewähltes Gangstufenverhältnis liefern;

wobei die zentrale Prozessoreinheit folgendes aufweist;

(a) Mittel zur Bestimmung der Zweckmäßigkeit eines Schaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Gang, um, wenn es erforderlich ist, solch ein Schalten auszuwählen, und zum Ausgeben von Befehlsausgangssignalen an die Anzeigemittel, um eine Anzeige zu liefern, daß, je nach dem was zweckmäßig ist, ein Herauf- oder Herunterschalten ausgewählt worden ist;

(b) Mittel, die auf (i) die Auswahl eines Schaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Gang reagieren und die (ii), unter vorbestimmten Bedingungen, die durch das Vergleichen des zweiten Signals mit einem vorbestimmten Referenzwert bestimmt sind, die vom Fahrer veranlaßte Erzeugung des Schaltfreigabesignals zur Ausgabe von Befehlsausgangssignalen an den Aktuator feststellen, um das Getriebe im Sinne auf das Schalten in den Leerlauf vorzuspannen,

(c) Mittel, die in Abhängigkeit von (i) einer Auswahl eines Schaltens aus einer gegenwärtig eingelegten Gangstufe in eine angewählte Gangstufe und (ii) der Bestätigung einer Getriebeleerlaufbedingung arbeiten, um (i) festzustellen, daß vom Fahrer im wesentlichen Synchronlauf im Getriebe hergestellt ist, und (ii) danach Befehlsausgangssignale an den Aktuator auszugeben, um das Getriebe zu veranlassen, in den angewählten Gang zu schalten; und

(d) Mittel zum Bestätigen, daß ein angewähltes Schalten ausgeführt worden ist und zum Ausgeben von Befehlsausgangssignalen an die Anzeigemittel, um die Anzeige eines ausgewählten Ganges zu beenden.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem ein vierter Sensor (152) zum Feststellen der Aktivierung der Fahrzeugbremsen vorgesehen ist und bei dem die vorbestimmten Bedingungen zusätzlich beinhalten, daß die Bremsen aktiviert sind.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem ein vierter Sensor (152) zum Feststellen der Aktivierung eines Fahrzeugretarders vorgesehen ist und bei dem die vorbestimmten Bedingungen zusätzlich beinhalten, daß der Retarder aktiviert ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem ein vierter Sensor (152) zum Feststellen der Betätigung einer fahrerbetätigten Drosselsteuerung vorgesehen ist und bei dem die vorbestimmten Bedingungen zusätzlich die Einstellung der Drosselsteuerung in ihre Leerlaufposition beinhalten.

5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Mittel zum Feststellen der vom Fahrer herbeigeführten Synchronisation Mittel zum Bestimmen eines Referenzbereiches von akzeptablen Werten des ersten Signales als eine Funktion des zweiten Signales sowie Mittel zum Vergleichen des gegenwärtigen Wertes des ersten Signales mit dem Bereich der Referenzwerte aufweisen.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, das zusätzlich Mittel aufweist, die es gestatten, eine Auswahl seitens des Fahrers aufzuheben.

7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der dritte Sensor eine Fahrerbetätigung der Reibungshauptkupplung feststellt.

8. Steuersystem nach Anspruch 5, bei dem der dritte Sensor die Fahrerbetätigung der Reibungshauptkupplung feststellt.

9. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das zusätzlich Anzeigemittel (114, 116, 118/138, 140, 142) aufweist, um den gegenwärtigen Zustand (vorwärts, Leerlauf rückwärts) des Getriebes anzuzeigen.

10. Steuerverfahren für halbautomatisches Einlegen automatisch ausgewählter Gänge eines mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebesystems für ein Kraftfahrzeug, mit einem durch eine vom Fahrer gesteuerte Kraftstoffdrossel gesteuerten Motor (E), mit einem vielgängigen mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe (10), mit einer manuell gesteuerten Reibungshauptkupplung (C), die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist, wobei das Verfahren das Liefern eines ersten Eingangssignales, das für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (16) kennzeichnend ist, mittels eines ersten Sensors (98), das Liefern eines zweiten Eingangssignales, das für die Drehzahl einer Getriebewelle (90, 28) kennzeichnend ist, mittels eines zweiten Sensors (100, 102), sowie das Steuern des Schaltens des Getriebes mittels eines nicht vom Fahrer steuerbaren Getriebeaktuators (112, 70, 96) und mittels Anzeigemittel (120, 124) zum Anzeigen einer Gangstufeninformation unter der Steuerung einer zentralen Prozessoreinheit, die die ersten und die zweiten Eingangssignale empfängt,

wobei das Steuersystem gekennzeichnet ist, durch:

das Einrichten, daß die Anzeigemittel (120, 124) eine Anzeige einer Auswahl, jedoch noch keine Bestätigung eines Aufwärts- oder Abwärtsschaltens aus einer gegenwärtig eingelegten Getriebegangstufe oder aus dem Leerlauf in eine ausgewählten Gangstufe liefern;

das Verarbeiten der ersten und zweiten Eingangssignale mittels der Einheit (106), die gemäß vorbestimmter logischer Regeln arbeitet;

(a) das Bestimmen der Zweckmäßigkeit eines Schaltens von einem gegenwärtig eingelegten Gang, um, wenn es zweckmäßig ist, solch ein Schalten auszuwählen und zum Ausgeben von Kommandoausgangssignalen an die Anzeigemittel, um eine Anzeige zu liefern, daß, je nach dem was zweckmäßig ist, ein Herauf- oder Herunterschalten ausgewählt worden ist;

(b) das Feststellen des Vorhandenseins oder des Fehlens vorbestimmter Bedingungen, bei denen das Einlegen eines vorausgewählten Ganges zu sperren ist;

(c) das Reagieren auf (i) die Auswahl eines Getriebeschaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Gang und (ii) das Fehlen der vorbestimmten Bedingungen, indem weitere Befehlsausgangssignale an den Aktuator ausgegeben werden, um das Getriebe im Sinne auf das Schalten in den Leerlauf vorzuspannen;

(d) das Reagieren auf sowohl (i) eine Auswahl eines Schaltens aus einem gegenwärtig eingelegten Gang in einen ausgewählten Gang als auch auf (ii) die Bestätigung einer Getriebeleerlaufbedingung wobei (i) festgestellt wird, daß vom Fahrer im wesentlichen Synchronlauf im Getriebes hergestellt ist, sowie (ii) danach noch weitere Befehlsausgangssignale an den Aktuator ausgegeben werden, um das Getriebe zu veranlassen, in den ausgewählten Gang zu schalten; und

(e) das Bestätigen, daß ein angewählter Gang eingelegt worden ist, sowie das Ausgeben weiterer Befehlsausgangssignale an die Anzeigemittel, um die Anzeige eines angewählten Ganges zu beenden.

11. Steuerverfahren nach Anspruch 10, das derart arbeitet, daß das zweite Eingangssignal ständig die Drehzahl der Getriebeausgangswelle (90) anzeigt und daß die vorbestimmten Bedingungen beinhalten, daß das zweite Signal kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert ist.

12. Steuerverfahren nach Anspruch 10 oder 11, das derart arbeitet, daß ein dritter Sensor feststellt, wenn eine vom Fahrer gesteuerte Kraftstoffdrossel in Kraftstoffleerlaufposition steht und daß die vorbestimmten Bedingungen beinhalten, daß die vom Fahrer eingestellte Kraftstoffdrossel in die Leerlaufposition eingestellt ist.

13. Steuersystem nach Anspruch 10 oder 11, das derart betrieben wird, daß ein dritter Sensor das Aktivieren der Fahrzeugbremsen feststellt und daß die vorbestimmten Bedingungen beinhalten, daß die Fahrzeugbremsen aktiviert sind.

14. Steuersystem nach Anspruch 10 oder 11, das derart arbeitet, daß ein dritter Sensor das Aktivieren eines Fahrzeugretarders feststellt und daß die vorbestimmten Bedingungen beinhalten, daß der Fahrzeugretarder aktiviert ist.