DE69017155T2

DE69017155T2 - Überlagerte Handbetätigung eines automatisierten mechanischen Getriebes.

Info

Publication number: DE69017155T2
Application number: DE69017155T
Authority: DE
Inventors: Russell Clyde Holmes
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1990-12-04
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2010-12-05
Also published as: EP0431538A2; EP0431538B1; US5031735A; ES2068972T3; EP0431538A3; DE69017155D1

Description

Hintergrund

Die Erfindung betrifft automatisierte mechanische Getriebe (AMT) und ähnliche Getriebe für Nutz- und andere Motorfahrzeuge, bei denen die Gänge durch kraftbetätigte Aktuatoren sowohl gesteuert durch den Fahrer als auch durch ein elektronisches Steuersystem geschaltet werden.
Die betreffenden Fahrzeuge haben einen drosselgesteuerten Motor, und ihre Getriebe weisen eine Vielzahl von Gängen mit Untersetzung sowie Steuersysteme zum Schalten der Gänge auf. Die einzelnen Gangauswahl- und Schaltkommandos können entweder (a) automatisch auf der Basis von gemessenen und/oder berechneten Parametern, wie der Gaspedalstellung, der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Ausgangswellendrehzahl, der Eingangswellen- oder Motordrehzahl u.dgl. oder (b) seitens des Fahrers getroffen und automatisch ausgeführt werden.
Eine Erfindung in einem verwandten Gebiet ist in der am 10. Februar 1976 ausgegebenen US-A-3 937 108 beschrieben, die den Titel "Electronic and Hydraulic Control System for Automotive, Automatic Gear Change Transmissions" trägt und auf den Erfinder Gerhard Will zurückgeht.
Die US-A-4 425 620 offenbart ein Getriebesystem, das im wesentlichen drei unterschiedliche Betriebsweisen ermöglicht. Hierzu ist das Getriebesystem mit einem mechanischen Getriebe versehen, das über eine Hauptkupplung mit einem über eine Drossel gesteuerten Primärantrieb in Serie liegt. Die Hauptkupplung wird durch den Fahrer mittels eines entsprechenden Kupplungspedals betätigt.
Die Betriebsweise des Systems wird durch einen Hebel gesteuert, der in eine von mehreren unterschiedlichen Stellungen gebracht werden kann. In einer Stellung arbeitet das Getriebesystem vollständig automatisch und mittels eines zweiten Hebels bestimmt der Fahrer die höchste Gangstufe, die im automatischen Betrieb gewählt werden kann.
In einer zweiten Stellung des Wahlhebels wird das Getriebesystem durch den Fahrer gesteuert insofern, als die Kupplung ausschließlich durch den Fahrer zu betätigen ist, um das Drehmoment in der niedrigsten Gangstufe zu modulieren.
Die dritte Betriebsart gestattet einen "fail safe"- Betrieb. In dieser Betriebsart ist das Getriebe in die niedrigste Gangstufe geschaltet, und das Fahrzeug wird mittels der durch den Fahrer zu betätigenden Kupplung gefahren.
Die US-A-3 752 282 beschreibt eine Kupplungsanordnung, bei der die Kupplung mittels eines pedalbetätigten Kupplungsgeberzylinders und eines Kupplungsnehmerzylinders betätigt wird. Ein Steuerventil, das dazwischengeschaltet ist, gestattet einen automatischen Betrieb der Kupplung. Jedoch kann der automatische Betrieb der Kupplung jederzeit seitens des Fahrers durch Niederdrücken des Kupplungspedals gesteuert werden.

Zusammenfassung

Ein automatisiertes mechanische Getriebe (AMT) arbeitet im allgemeinen besser als ein Getriebe der nicht automatisierte Bauart, jedoch hängt seine Funktion von dem richtigen Funktionieren eines verhältnismäßig komplexen elektronischen Steuersystems ab. Wenn ein Versagen bei der elektronischen Ausrüstung auftreten sollte, kann dadurch das Fahrzeug vollständig lahmgelegt werden. Die vorliegende Erfindung schafft die Möglichkeit einer fahrerbetätigten Übersteuerung, die es gestattet, ein elektronisch lahmgelegtes Fahrzeug von der Straße herunterzufahren, um es aus dem Weg der anderen Fahrzeuge herauszubringen, oder sie gestattet sogar, über eine kurze Strecke zu einer Werkstatt "nach Hause zu humpeln".
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine fahrerbetätigte Übersteuerungsanordnung zur Verwendung bei einem Fahrzeug zu schaffen, das mit einem AMT ausgerüstet ist, um es zu ermöglichen, daß das Fahrzeug im Falle einer Fehlfunktion seines Elektroniksystems beschränkt zu fahren ist.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zu schaffen, die bei einer Panne verwendbar ist und zu der ein fahrergesteuertes Gangeinrücken und ein fahrergesteuerter Kupplungsaktuator der Interlockbauart gehören.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Gegenstand gelöst, wie er in den Ansprüchen 1 oder 2 definiert ist.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der Hauptkomponenten eines AMT und anderer Fahrzeugkomponenten, mit denen dieses zusammenarbeitet.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht desselben AMT, wobei eine kleine Abdeckung entfernt ist, um eine Schraube zum Einlegen eines Ganges sichtbar zu machen.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte schematische Seitenansicht desselben AMT unter Veranschaulichung der fahrerbetätigten Übersteuerungskomponenten.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Ein AMT ist ein mechanisches Getriebe mit Kupplung, das durch Ergänzung von einem elektronischen Steuersystem und Aktuatoren, beispielsweise pneumatische oder elektromechanische Aktuatoren, automatisiert ist. Das Beispiel für die Erfindung, das nachstehend als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ist Teil eines elektronischen Steuersystems zum Steuern eines AMT.
Die Erläuterungen der folgenden US-Patente geben eine detaillierte Information über die Umgebung des AMT, nämlich die US-Patente 4 361 060; 4 551 802; 4 576 263 und 4 702 127.

Automatisiertes handgeschaltetes Getriebe. Fig. 1

Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein automatisiertes, mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe 10, das von einem drosselgesteuerten Motor, beispielsweise einem Dieselmotor, über eine Hauptreibungskupplung 14 angetrieben wird. Das automatische Getriebe 10 weist eine Ausgangswelle 16 auf, die dazu vorgesehen ist, mit geeigneten Fahrzeugkomponenten, beispielsweise einem Ausgleichsgetriebe, einer Antriebsachse, einem Zwischengetriebe od.- dgl. antriebsmäßig gekuppelt zu werden, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die oben erwähnten Komponenten des Antriebsstrangs werden von verschiedenen Geräten überwacht und von diesen beeinflußt, wobei jedes von ihnen kurz erläutert ist. Zu diesen Geräten gehören eine Überwachungseinrichtung 18 für die Drosselstellung, um die Position der fahrergesteuerten Drossel oder anderer Kraftstoffdrosseleinrichtungen zu messen; ein Motordrehzahlsensor 20, der die Drehzahl des Motors erfaßt; ein Kupplungsaktuator 22, der die Kupplung 14 ein- bzw. ausrückt; ein Drehzahlsensor 24 für die Getriebeeingangswelle; ein Getriebeaktuator 26, der das Schalten des Getriebes 10 in einen gewünschten Gang bewirkt; und ein Drehzahlsensor 28 für die Getriebeausgangswelle.
Die oben erwähnten Geräte liefern Informationen an eine zentrale Verarbeitungseinheit 30 und/oder erhalten von dieser Befehle. Die zentrale Verarbeitungseinheit 30 kann eine Analog- und/oder Digitalschaltung zur elektronischen Berechnung und für die Logik (vorzugsweise basierend auf einem Mikroprozessor) aufweisen, wobei die spezielle Konfiguration und Struktur hiervon für die Erfindung nicht von Bedeutung sind.
Die zentrale Verarbeitungseinheit (30) bekommt außerdem Informationen von einer Schaltsteueranordnung 32, mittels derer der Fahrer für das Fahrzeug einen Rückwärtsfahrbetrieb (R), einen Leerlauffahrzustand (N), einen Fahrbetrieb auf der Straße (D) oder einen Vorwärtsfahrbetrieb abseits der Straße (D&sub1;) auswählen kann. Verschiedene alternative Eingabegeräte für den Fahrer werden gelegentlich verwendet, beispielsweise kann der Fahrer einen Gang auswählen, in den das Getriebe schalten soll und das Steuersystem führt den gegenwärtigen Schaltvorgang aus, wenn die Wellendrehzahlen und andere Parameter zum Schalten geeignet sind.
Eine elektrische Stromquelle (nicht dargestellt) und/oder eine Quelle für unter Druck stehendes Fluid (29, Fig. 2) liefern elektrische und/oder pneumatische Energie an die verschiedenen Sensoren, Betätigungs- und/oder Verarbeitungseinheiten. Die Antriebsstrangkomponenten sowie die Steuereinrichtungen dafür und mit der oben beschriebenen Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und im einzelnen in den oben erwähnten US-Patenten 3 776 048; 4 038 889; 4 226 295 und 4 361 060 erläutert.
Fortfahrend mit Fig. 1 ist erkennbar, daß die zentrale Verarbeitungseinheit 30 unmittelbar Eingangssignale von dem Sensor 18, der die aktuelle Drosselstellung anzeigt, empfängt sowie Eingangssignale von dem Sensor 20, der die aktuelle Motordrehzahl liefert, von dem Sensor 24, der die aktuelle Drehzahl der Getriebeeingangswelle liefert, von dem Sensor 28, der die aktuelle Ausgangswellendrehzahl des Getriebes mißt, und von dem Sensor 32, der die Fahrbetriebsart angibt, die von dem Fahrzeugführer ausgewählt ist.
Zusätzlich zu diesen unmittelbaren Eingangssignalen kann die zentrale Verarbeitungseinheit 30 auch Daten aus der internen Schaltung ableiten, um das Eingangssignal, das von dem Sensor 20 kommt, zu differenzieren, um ein berechnetes Signal zu erhalten, das für das Maß der Beschleunigung des Motors kennzeichnend ist, um die Eingangssignale der Sensoren 24 und 28 miteinander zu vergleichen und die aktuell eingelegte Gangstufe zu ermitteln, um die gegenwärtig eingelegte Gangstufe mit dem Signal des Sensors 28 zu vergleichen und hieraus eine berechnete Motordrehzahl zu liefern, und von Mitteln, die dazu dienen, das vollständige Niedertreten oder vollständige Loslassen des Gaspedals zu erfassen.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 30 enthält außerdem Speichermittel, um bestimmte Eingangsdaten und berechnete Informationen abzuspeichern, sowie eine Schaltung zum Normieren der Speichermittel, wenn ein vorbestimmtes Ereignis auftritt. Ferner kann die zentrale Verarbeitungseinheit eine Zeitsteuereinrichtung umfassen, um ein vorbestimmtes Zeitintervall zu messen, beispielsweise einen Kondensator, dessen Ladung mit einer bestimmten Rate abnimmt, wobei das Zeitglied beim Auftreten eines bestimmten Ereignisses zurückgesetzt werden kann.
Schaltungen, die die vorerwähnten Funktionen erbringen, sind aus dem Stand der Technik bekannt; ein Beispiel ist aus der vorerwähnten US-PS 4 361 060 ersichtlich.
Wenn das System durchgekuppelt ist (die Hauptkupplung 14 rutscht nicht), sind natürlich die Eingangswellendrehzahl und die Motordrehzahl gleich. Wenn von den Eingangssignalen beliebig zwei vorliegen, die Motordrehzahl (oder Eingangswellendrehzahl), die Ausgangswellendrehzahl oder die gegenwärtig eingelegte Gangstufe anzeigen, ist die Verarbeitungseinheit in der Lage, den dritten dieser Parameterwerte zu berechnen. Wenn die Antriebsstrangauslegung des Fahrzeugs bekannt ist, ist außerdem die Ausgangswellendrehzahl proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die in der zentralen Verarbeitungseinheit 30 integrierten Speichermittel können Informationen, wie beispielsweise die Richtung des letzten Schaltvorganges (d.h. herauf- oder herunterschalten), die Stellung der Drossel, die Änderungsrate der Drosselstellung, die Fahrzeuggeschwindigkeit u.dgl. speichern. Die Speichermittel können beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses zurückgesetzt werden, beispielsweise beim Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes für die Motordrehzahl oder die Fahrzeuggeschwindigkeit, die vollständige Offenstellung der Drossel, das Übersteigen einer vorbestimmten Grenze durch die Drosseleinstellung seitens des Fahrers, das Schalten von Gängen usw.
Die Sensoren 18, 20, 24 und 28 können von jeder beliebigen Bauart oder Konstruktion sein, um geeignete analoge oder digitale Signale zu erzeugen, die von den Parametern abhängig sind, die sie überwachen. In gleicher Weise können die Aktuatoren 22 und 26 von einer beliebigen elektrischen, pneumatischen oder elektropneumatischen Bauart sein, um die Operationen in Abhängigkeit von den Befehlssignalen der Verarbeitungseinheit 30 auszuführen. Der Sensor 18 kann ebenfalls ein Aktuator sein, um die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor zu steuern, um eine für ein synchrones Schalten geeignete Motordrehzahl zu erreichen.
Der Kupplungsaktuator 22 wird vorzugsweise durch die zentrale elektronische Steuerverarbeitungseinheit 30 gesteuert (mittels eines Ventils 45), um die Hauptkupplung 14, wie in dem US-Patent 4 081 965 beschrieben, ein- oder auszurücken. Das Getriebe 10 kann Synchronisiermittel, beispielsweise eine Beschleunigungs- und/oder Bremseinrichtung enthalten, wie sie in der US-PS 3 478 851 beschrieben ist. Das Getriebe 10 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise von der Bauart mit Zwillingsvorgelegewellen, gemäß der US-Patentschrift 3 105 395.

Fahrerbetätigtes Übersteuerungssystem, Fig. 2 und 3

Ein Übersteuern eines fehlerhaft arbeitenden elektronischen Systems wird erreicht, indem die automatisierten Logikfunktionen soweit wie notwendig abgeschaltet werden, in dem Getriebe 10 ein Gang eingelegt wird und der Kupplungsaktuator 22 von einem Übersteuerungshebel 40 gesteuert wird, der sich in der Fahrerkabine befindet. Das Übersteuerungssystem (insgesamt mit 38 in Fig. 3 bezeichnet) erfordert folglich Modifikationen oder Ergänzungen für die vorerwähnten AMT-Steuerungen, und zwar folgendes:
1. Es wird eine Möglichkeit vorgesehen, um eine Magnetventil 42 fahrerseitig zu übersteuern, das sich in einem mit dem Getriebeaktuator 26 verbundenen Luftverteiler 27 befindet und üblicherweise ein Pneumatikventil zum Schalten des Getriebes 10 (siehe Fig. 2) steuert. Das spezielle Ventil 42 ist in der Lage, eine bestimmte festgelegte Gangstufe des vorderen Getriebes 10 einzulegen. Um das Magnetventil 42 zu übersteuern, wird eine daran befindliche Schraube 44 von Hand gedreht. Das Drehen der Schraube 44 rückt den vorbestimmten Gang ein.
2. Das System 38 zum fahrerseitigen Übersteuern schaltet für die Zeit der Übersteuerung vorzugsweise auch bestimmte AMT-Logikkreise 48 (Fig. 1) in der zentralen Verarbeitungseinheit 30 ab. Dies kann mittels eines elektrischen Schalters 50 erreicht werden, der ebenfalls betätigt wird, wenn die Schraube 44 gedreht wird (Fig. 2). Die Betätigung des Schalters 50 schaltet die Logikschaltkreise 48 ab oder, falls gewünscht, die gesamte zentrale Verarbeitungseinheit 30.
3. Eine Luftquelle 29 wird sowohl unter normalen (d.h. automatischen) Betriebsbedingungen als auch unter Betriebsbedingungen mit fahrerseitiger Übersteuerung verwendet. Unter normalen Betriebsbedingungen versorgt sie den Kupplungsaktuator 22 über das Magnetventil 45 in dem Luftverteiler 27. Ein Pilotventil 54, das vorzugsweise in der Nähe des Kupplungsaktuators 22 angeordnet ist, dient dazu, das steuernde Eingangssignal für den Kupplungsaktuator 22 von dem automatischen Betrieb durch das Magnetventil 25 auf den manuellen Betrieb durch das Ventil 56 zu übertragen (Fig. 3). Das Pilotventil 54 wird durch die Betätigung einer Sperreinrichtung 58, wie sie unten beschrieben ist, aus der Stellung für den automatischen Betrieb in die Stellung für den manuellen Betrieb umgeschaltet. Das Pilotventil 54 hat ferner eine Öffnung, um eine geeignete pneumatische Kraftmodulation für das Einrücken der Hauptkupplung 14 zu erreichen.
4. Das manuell betätigte Ventil 56 befindet sich in der Fahrerkabine, um den Fahrer während des Übersteuerungsbetriebs in die Lage zu versetzen, die Kupplung 14 einzurücken, was er durch Bewegung eines Hebels 40 (Fig. 3) tut. Das manuell betätigte Ventil 56 bekommt die Luft von der Luftquelle 29. Eine manuell betätigte Sperreinrichtung 58 auf dem manuell betätigten Ventil 56 verhindert ein versehentliches Einrücken der Kupplung. Die Einrichtung 58 muß zunächst betätigt werden, um das Pilotventil 54 zu veranlassen, den manuellen Übersteuerungsbetrieb anstatt den automatischen Betrieb auszuwählen. Danach ist das Ein- und Ausrücken durch den Kupplungsaktuator 22 mittels des Hebels 24 zu steuern.

Claims

1. Durch den Fahrer zu betätigendes Übersteuerungssystem (38) zur Verwendung in einem Fahrzeug, das ein automatisiertes mechanisches Getriebesystem aufweist, das ein Getriebe (10), ein elektronisches Steuersystem (30, usw.), um bei nicht außer Betrieb befindlichen elektronischem Steuersystem (30) das automatisierte System normalerweise zu steuern, einen Aktuator für das Getriebe, um in dem Getriebe Gangstufen einzulegen, eine Kupplung (14), einen Fluid-betätigten Kupplungsaktuator (22) und einen normale Fluid-gesteuerte Einrichtung (45) aufweist, um bei nicht außer Betrieb befindlichem elektronischem System den Kupplungsaktuator automatisch zu betätigen, mit:

- Übersteuerungsmitteln (42,44), um das Getriebe (10) in eine vorbestimmte Gangstufe zu schalten;

- einer Fluid-Übersteuerungssteuereinrichtung (56) zur Betätigung des Kupplungsaktuators durch den Fahrer bei außer Betrieb befindlichem elektronischem Steuersystem;

- Mittel (54,58), um die normale Fluid-gesteuerte Einrichtung (45) durch die Fluid-Übersteuerungssteuereinrichtung (56) zu ersetzen,

wobei die Mittel (54,58) zum Ersetzen der normalen Fluid-gesteuerte Einrichtung (45) durch die Fluid-Übersteuerungssteuereinrichtung (56) ein durch den Fahrer auslösbares Sperrmittel (58) aufweist, um eine versehentliche Betätigung der Kupplung durch den Fahrer zu verhindern.

2. Durch den Fahrer zu betätigendes Übersteuerungssystem (38) zur Verwendung in einem Fahrzeug, das ein automatisiertes mechanisches Getriebesystem aufweist, das ein Getriebe (10) , ein elektronisches Steuersystem (30, usw.), um bei nicht außer Betrieb befindlichen elektronischem Steuersystem (30) das automatisierte System normalerweise zu steuern, einen Aktuator für das Getriebe, um in dem Getriebe Gangstufen einzulegen, eine Kupplung (14), einen Fluid-betätigten Kupplungsaktuator (22) und einen normale Fluid-gesteuerte Einrichtung (45) aufweist, um bei nicht außer Betrieb befindlichem elektronischem System den Kupplungsaktuator automatisch zu betätigen, mit:

wobei die Mittel (54,58) zum Ersetzen der normalen Fluid-gesteuerte Einrichtung (45) durch die Fluid-Übersteuerungssteuereinrichtung (56) Ventilmittel (54) aufweisen, um wahlweise eine Fluidverbindung von der normalen Fluid-gesteuerten Einrichtung (45) zu dem Kupplungsaktuator (22) zu verhindern und die Fluid-Übersteuerungssteuereinrichtung (56) mit dem Kupplungsaktuator zu verbinden.

3. Durch den Fahrer zu betätigendes Übersteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Mittel (54,58) zum Ersetzen ein Vorsteuerventilmittel (54) umfassen, um die normalen Fluid-gesteuerte Einrichtung (45) durch die Fluid-Übersteuerungssteuereinrichtung (56) zu ersetzen, und bei dem das Vorsteuerventilmittel (54) durch Fahrerbetätigte, von dem Vorsteuerventilmittel (54) entfernt angeordnet Mittel (56,40) zu steuern ist, um die Kupplung (14) wahlweise ein- oder auszurücken.