DE69019172T2

DE69019172T2 - Kraftfahrzeug-Antriebssteuerungssystem.

Info

Publication number: DE69019172T2
Application number: DE69019172T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Cortesi; Giorgio Lupo; Mario Montuschi; Alberto Norzi; Gian Maria Pigozzi; Giovanni Tornatore
Original assignee: Iveco Fiat SpA
Current assignee: Iveco SpA
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2010-01-12
Also published as: EP0378218B1; DE69019172D1; EP0378218A1; US5095434A; ES2071684T3; ATE122292T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum automatischen Steuern des Antriebs eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, und zum Ermöglichen, daß die mechanischen Komponenten des Antriebs in verschiedenen Betriebsarten mit variierenden Automationsgraden und mittels der Anwendung von Kräften, die allmählich gemäß vorgegebenen Gesetzen variieren, gesteuert werden.
Bekannte Systeme zum automatischen Steuern von Fahrzeuggetrieben und -kupplungen umfassen erste hydraulische oder pneumatische Stelleinrichtungen, gesteuert durch entsprechende Magnetventile, zum Steuern eines Gangschaltungs-Steuergliedes und zweite Stelleinrichtungen, auch gesteuert durch ein entsprechendes Magnetventil, zum Steuern eines Ein-/Auskuppel- Gliedes, wobei die Magnetventile durch elektrische Signale aktiviert werden, die durch ein Steuersystem erzeugt werden.
Steuersysteme der zuvor kurz beschriebenen Art weisen eine Anzahl von Nachteilen auf.
Als erstes erfolgen Gangschalten und Ein- und Auskuppeln ziemlich scharf, wodurch die Getriebekomponenten (insbesondere irgendwelche Gleichlaufschaltungen auf dem Getriebe) und Kupplungskomponenten (schneller Verschleiß der Reibungsoberflächen) übermäßig beansprucht werden und übermäßige dynamische Beanspruchungen auf das Fahrzeug immer dann übertragen werden, wenn eine dieser Operationen durchgeführt wird. Dies beruht auf der Tatsache, daß die auf die Getriebe- und Kupplungs-Steuerglieder während deren Operation übertragenen Kräfte nicht in derselben Weise variieren, als wenn diese Operationen manuell durch einen geübten Fahrer durchgeführt werden. Desweiteren sorgen derartige Systeme dafür, daß im wesentlichen nur eine Getriebe- und Kupplungs-Betriebsart erreicht wird, die darin besteht, daß mit diesen Stellorganen sowohl das Getriebe als auch die Kupplung automatisch ohne Rücksicht auf die beteiligten Fahrzeugbetriebsbedingungen gesteuert werden.
Hieraus folgt, daß sich unter gewissen Fahrbedingungen eine vollständige Automation als völlig befriedend herausstellen kann, wohingegen unter anderen Fahrbedingungen das manuelle Aus- und Einkuppeln vorzuziehen sein kann, beispielsweise beim Gangschalten unter besonders schwierigen Fahrbedingungen oder wenn vollbeladen über unebenes Terrain oder schlüpfrige Straßenoberflächen gefahren wird.
Die GB-A-2 119 460 offenbart ein Fahrzeuggetriebesystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, das zwei verschiedene Betriebsarten bereitstellt. In einer ersten Betriebsart (manuell) wird das Getriebestellorgan in Antwort auf ein Gangschaltsignal und das Kupplungsstellorgan manuell durch ein Kupplungspedal gesteuert; in einer zweiten Betriebsart (automatisch) werden sowohl das Getriebestellorgan als auch das Kupplungsstellorgan automatisch gesteuert, so daß eine momentan geeignete Drehzahlstufe eingestellt wird.
Obwohl diese Offenbarung die Vorteile von manuellen und vollautomatischen Getriebesystemen kombiniert, werden die zuvor diskutierten Nachteile einer Vollautomatisierung nicht beseitigt.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Antriebssteuerungssystem bereitzustellen, das entworfen ist zum Überwinden der Nachteile, die typischerweise mit bekannten Systemen der zuvor erwähnten Art verbunden sind.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Fahrzeug-Antriebssteuerungssystem gemäß Patentanspruch 1.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels in bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden, die ein Funktionsdiagramm derselben zeigt.
Das Bezugszeichen 1 in der beigefügten Zeichnung bezeichnet ein System zum Steuern der Antriebseinheit 8 eines Nutzfahrzeuges.
Diese Einheit 8 ist an einen Verbrennungsmotor 2 mit einer durch ein Gaspedal 4 betätigten Einspritzpumpe 3 verbunden und umfaßt im wesentlichen eine durch ein Kupplungspedal 6 betätigte Kupplung 5 und ein Getriebe 7, die beide Standardtypen sind und daher nicht näher beschrieben werden. Die Kupplung 5 ist ausgebildet zum winkligen Verbinden einer Antriebswelle 10 mit der Eingangswelle 11 des Getriebes 7.
Das System 1 ist ausgebildet zum Steuern des Getriebes 7, der Kupplung 5 und möglicherweise auch der Einspritzpumpe 3 nach variierenden Automationsgraden.
Insbesondere umfaßt das System 1 ein programmierbares elektronisches Steuerungssystem 9, das eine Speichereinrichtung 9a und eine Prozessoreinrichtung 9b umfaßt und ausgebildet ist zum Empfangen von elektrischen Signalen entsprechend verschiedenen Operationsparametern der Einheit 8 und anderer Fahrzeugkomponenten, zum Verarbeiten dieser Signale und zum Erzeugen von Steuersignalen für Stelleinrichtungen, die die Komponenten dieser Einheit 8 wie im folgenden beschrieben regeln.
Das Getriebe 7 umfaßt eine synchronisierte Hauptstufe 14, die in Reihe an einen Bereichsvervielfacher 15 angeschlossen ist. Dies ist ein rein willkürlicher Aufbau, der jedoch genauso gut aus einer einfachen Stufe ohne den Bereichsvervielfacher bestehen kann.
Gangauswahl und -einrücken in der Hauptstufe 14, die eine Anzahl von Vorwärts- und wenigstens ein Rückwärts-Übersetzungsverhältnis definiert, werden angenehmerweise durch eine hydraulische Stelleinheit 16 durchgeführt.
Diese Stelleinheit 16 ist vorteilhafterweise von der Art, die in der italienischen Patentanmeldung Nr. 67946-A/88, eingereicht durch den gegenwärtigen Anmelder am 21. Oktober 1988, mit dem Titel "Hydraulische Stelleinheit zum Steuern des Gangauswählens und -einrückens eines mechanischen Kraftfahrzeuggetriebes" beschrieben ist, deren Inhalt in diese Beschreibung rein durch Bezugnahme nach Bedarf eingeschlossen ist.
Insbesondere ist die Stelleinheit 16 ausgebildet zum Setzen eines Steuergliedes 17 auf irgendeinen einer Anzahl von X-Achsen-Gangbereichauswahl-Einstellwerten und auf irgendeinen einer Anzahl von Y-Achsen-Gangeinruck-Einstellwerten. Zu diesem Zweck umfaßt die Stelleinheit 16 ein Paar von Mehrpositions-Hydraulikstellorganen (nicht gezeigt), die durch eine Anzahl von proportional gesteuerten Magnetventilen 18 geregelt werden, die wiederum durch das elektronische Steuerungssystem 9 über entsprechende Leitungen 19 gesteuert werden. Die X- und Y-Achsen-Verschiebung des Steuergliedes 17 wird durch eine herkömmliche Transducer-Einrichtung 20 erfaßt, die an das elektronische Steuerungssystem 9 angeschlossen ist. Die Magnetventile 18 sind entworfen zum Regulieren der Hydraulikfluidzufuhr zu den Stellorganen zum Variieren der Operationskräfte, die auf das Steuerglied 17 entlang der X- und Y-Achsen als Funktion von elektrischen Signalen von dem Steuerungssystem 9 ausgeübt werden.
Das Auswählen und Einrücken der Antriebsübersetzungsverhältnisse auf dem Bereichsvervielfacher 15 werden über herkömmliche hydraulische Betätigungseinrichtungen (nicht dargestellt) bewirkt, die durch Magnetventile 21 geregelt werden, die wiederum durch das Steuerungssystem 9 gesteuert werden. Ein Detektor 22 ist zum Erfassen der Position dieser den Bereichsvervielfacher 15 aktivierenden Einrichtung an das Steuerungssystem 9 angeschlossen, dem er elektrische Signale zuführt, die das eingerückte Antriebsübersetzungsverhältnis anzeigen.
Die Einheit 8 umfaßt auch ein hydraulisches Stellorgan 24 zum Ausüben einer Kraft auf ein Steuerglied 25 und zum Verschieben desselben, das das Lösen und Einrücken der Kupplung 5 regelt. Das Steuerglied 25 besteht vorteilhafterweise aus einem Hebel, dessen eines Ende mit einer Stange 26 auf dem Stellorgan 24 zusammenarbeitet, das durch ein proportionales Magnetventil 27 gesteuert wird zum Regulieren der Hydraulikfluidzufuhr zu dem Stellorgan, wodurch die ausgeübte Operationskraft wie gewünscht variiert wird.
Ein geeignetes Stellorgan und Elektromagnetventil für das erfindungsgemäße System werden in der Patentanmeldung Nr. 64948-A/88, eingereicht durch den gegenwärtigen Anmelder am 21. Oktober 1988, mit dem Titel "Hydraulisches Stellorgan für eine Kraftfahrzeugkupplung" beschrieben, deren Inhalt in diese Beschreibung rein durch Bezugnahme nach Bedarf eingeschlossen ist. Die Einrichtung 28 ist vorgesehen zum Erfassen und Erzeugen von elektrischen Signalen proportional zu der Verschiebung des Steuergliedes 25 und besteht vorteilhafterweise aus einem Detektor 28 mit einem Fühler (nicht gezeigt), der mit einem Abschnitt der Stange 26 zusammenarbeitet. Das Magnetventil 27 und der Detektor 28 sind an das Steuerungssystem 9 angeschlossen, das das Magnetventil 27 mit elektrischen Signalen versorgt, die gemäß einem vorgegebenen Gesetz während des Verschiebens der Stange 26 variieren, so daß die auf das Steuerglied 25 ausgeübten Operationskräfte wie gewünscht variiert werden.
Das die Kupplung 5 regelnde hydraulische Stellorgan 24 kann auch auf bekannte Weise hydraulisch durch eine Pumpe 23 gesteuert werden, die durch das Kupplungspedal 6 gesteuert wird.
Das System 1 kann auch einen Wähler 29 zum manuellen Steuern des Gangwählens auf dem Getriebe 7 umfassen.
Der Wähler 29 ist vorteilhafterweise von der Art, die in der italienischen Patentanmeldung Nr. 67404-A/89, eingereicht durch den gegenwärtigen Anmelder am 26. Mai 1989, mit dem Titel "Gang-Wähl- und -Einrück-Vorrichtung für ein automatisches Kraftfahrzeuggetriebe" beschrieben ist, deren Inhalt in diese Beschreibung rein durch Bezugnahme nach Bedarf eingeschlossen ist.
Insbesondere umfaßt der Wähler 29 einen Hebel 30 und eine Transducer-Einrichtung 31, die an das Steuerungssystem 9 angeschlossen ist und diese mit elektrischen Signalen versorgt, die die Position des Hebels 30 anzeigen. Dieser ist normalerweise durch elastische Mittel (nicht gezeigt) zentral positioniert und kann manuell in zwei gegenüberliegende Positionen U (hoch) und D (herunter) gesetzt werden, in denen die Transducer-Einrichtung 31 Signale zum Auswählen und Einrücken des, in bezug auf den gegenwärtig eingerückten Gang, nächsthöheren oder nächstniedrigeren Ganges erzeugt. Der Hebel 30 kann auch in zwei weitere, sogenannte "Überfahr"-Positionen EU (extra-hoch) und ED (extra-herunter) gesetzt werden, die einander gegenüberliegend in bezug auf die Mittelposition angeordnet sind, einen größeren Ausschlag des Hebels und eine größere manuelle Kraft verglichen mit den Positionen U und D erfordern und in denen die Transducer-Einrichtung 31 weitere Signale erzeugt, die durch das Steuerungssystem wie später beschrieben verarbeitet werden.
Der Hebel 30 weist auch zwei Druckknöpfe P1 und P2 auf, deren Operation, möglicherweise in Kombination mit dem Hebel 30, Freigabesignale an das Steuerungssystem 9 übermittelt, das wiederum Steuerungssignale an die Stellorgane des Getriebes 7 und der Kupplung 5 übermittelt. Das bedeutet, daß, wenn die Taste P1 betätigt wird, das Getriebe 7 in die Leerlaufstellung gebracht wird; daß, wenn die Taste P2 gleichzeitig mit dem Hebel 30 (U- oder D-Position) betätigt wird, ein Steuersignal augegeben wird zum Auswählen und Einrücken des übernächsten höheren oder niedrigeren Ganges in bezug auf den gegenwärtig eingerückten Gang; und daß, wenn die Taste P2 gleichzeitig mit dem Hebel 30 (D-Position) bei stillstehendem Fahrzeug betätigt wird, der Rückwärtsgang eingerückt wird.
Das Steuerungssystem 1 umfaßt auch eine Anzahl von Detektoren zum Erfassen der Operationsparameter der Einheit 8 und des Fahrzeugs im allgemeinen sowie:
- einen Sensor 34 zum Erfassen der Drehzahl der Antriebswelle 10;
- einen Sensor 35 zum Erfassen der Drehzahl der Eingangswelle 11 des Getriebes 7;
- einen Sensor 37 zum Erfassen der Drehzahl der Ausgangswelle 38 des Getriebes 7;
- einen Transducer 39 zum Erfassen des Betätigungsweges des Gaspedals 4;
- einen Betätigungswegsanfang-Schalter 40 relativ zum Kupplungspedal 6;
- einen Betätigungswegsende-Schalter 41 relativ zum Kupplungspedal 6;
- einen Schalter 42, der die Betätigung des Bremspedals 43 anzeigt;
- einen Getriebeöl-Temperatursensor 50.
Das System 1 umfaßt zudem eine Schalttafel 44, die vorzugsweise an dem Armaturenbrett angebracht ist und eine Anzahl von Anzeigeinstrumenten 45, z.B. Anzeigelampen und alphanumerische Anzeigeinstrumente, und eine Anzahl von Drucktasten 46 zum Auswählen verschiedener Parameterprozeßroutinen des Systems 9 jeweils mit ihrer eigenen Steuerlogik (z.B. "ökonomisch", "anhaltend" usw.) umfaßt. Außerdem ist ein an das Steuerungssystem 9 angeschlossener Summer 52 vorgesehen, dessen Funktion später beschrieben wird.
Die Tafel 44 weist auch einen EIN/AUS-Schalter 47 zum Aktivieren der automatischen Betriebsart der Einheit 8 auf, wie später genauer beschrieben wird.
Die hydraulischen Stellorgane im System 1 sind an eine Druckfluidquelle (nicht gezeigt) angeschlossen, die beispielsweise von der Art ist, die in der italienischen Patentanmeldung Nr. 67947-A/88, eingereicht durch den gegenwärtigen Anmelder am 21. Oktober 1988 mit dem Titel "Pneumatische Drucköl-Versorgungs- und -Speichereinheit", beschrieben ist.
Das Steuerungssystem 9 wird über eine Leitung 48 versorgt, die durch einen Schlüsselschalter 41 an die Fahrzeugbatterie 49 angeschlossen ist.
Das System 1 arbeitet in drei Betriebsarten, die von einem manuellen bis zu einem vollautomatische Betrieb der Antriebseinheit 8 reichen:
A - Manuelle Betriebsart: Trotz Servounterstützung werden das Gangschalten und das Kuppeln ausschließlich durch den Fahrer unter Verwendung des Hebels 30 und des Kupplungspedals 6 gesteuert. Diese Betriebsart ist insbesondere empfehlenswert, wenn auf rauhem Untergrund gefahren wird.
B - Halbautomatische Betriebsart: Das Gangschalten ist servounterstützt, wird aber manuell wie bei der Betriebsart A gesteuert; das Lösen und Einrücken der Kupplung wird beim Gangschalten automatisch durch das Steuerungssystem 9 gesteuert, jedoch wird das Kupplungspedal verwendet, wenn das Fahrzeug aus dem Stillstand heraus gestartet wird. Diese Betriebsart ist empfehlenswert, wenn über normale Straßenoberflächen gefahren wird, aber besondere Sorgfalt beim Anfahren erforderlich ist, beispielsweise beim Transportieren von außergewöhnlich schweren Lasten, oder wenn das Fahrzeug in einer Weise manövriert wird, die eine sorgfältige Kupplungssteuerung erfordert.
C - Automatische Betriebsart: Die Kupplung wird sowohl beim Anfahren als auch beim Gangschalten durch das System 9 gesteuert. Das Gangschalten wird direkt durch das System 9 entsprechend den Gaspedal- und Bremspedal-Positionsdaten, dem durch die zuvor erwähnten Sensoren erfaßten Fahrzeugbetriebszustand und der Steuerungslogik der ausgewählten Verarbeitungsroutine gesteuert. Diese Betriebsart ist empfehlenswert, wenn über ziemlich normale Straßenoberflächen gefahren wird.
Die grundlegenden Betriebszustände, die durch das System 9 gesteuert werden, können gemäß den folgenden Funktionen klassifiziert werden:
1) Starten und Stoppen des Motors;
2) Gangschalten;
3) Kupplungssteuerung.
Das Folgende ist eine detaillierte Beschreibung der obigen drei Funktionen und der auftretenden Unterschiede als Funktion der ausgewählten Betriebsart.

1) Starten und Stoppen des Motors

Das Schließen des Schlüsselschalters 51 sorgt für die Versorgung und Aktivierung des Systems 9, das anfängt, zyklisch all die zuvor erwähnten Eingangssignale zu empfangen, für das Auffüllen des Pegels des gespeicherten Hydraulikfluids sorgt und über die Anzeigeinstrumente 45 den Betriebszustand des Systems und den eingerückten Gang, falls überhaupt einer eingerückt ist, einzeigt. Das System 9 erzeugt außerdem ein Signal 52 zum Ermöglichen des Anlassens des Motors 2, wenn die folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: der Motor ist aus (wie durch den Sensor 34 erfaßt wird) und es gibt keine Traktion (das Getriebe ist in der Leerlaufstellung oder die Kupplung ist gelöst, wie durch die Transducer-Einrichtungen 20 und 28 erfaßt wird). Der Motor wird durch Öffnen des Schlüsselschalters 51 gestoppt, der nur das System 9 deaktiviert, falls das Fahrzeug stillsteht und alle gegenwärtigen Operationen abgeschlossen wurden.

2) Gangschalten

In der manuellen Betriebsart A werden das Auswählen und das Einrücken eines Ganges manuell durch den Fahrer mit Hilfe des Hebels 30 bewirkt, und das Gangschalten hängt von den folgenden Bedingungen ab: manuelle Anforderung über den Hebel 30 (wird durch die Transducer-Einrichtung 31 an das System 9 übertragen); das Kupplungspedal ist vollständig niedergetreten (angezeigt durch den Schalter 41); die sich ergebende Drehzahl der Antriebswelle 10 liegt innerhalb eines akzeptablen Bereichs, so daß eine zu hohe, den Motor zerstörende Drehzahl oder eine zu niedrige, den Motor abwürgende Drehzahl vermieden wird. Die letztere Bedingung wird durch das System 9 bestimmt, das eine "theoretische" Drehzahl der Antriebeswelle 10 auf der Basis der Ausgangsdrehzahl des Getriebes 7 (erfaßt durch den Sensor 37) und des ausgewählten Übersetzungsverhältnisses ausrechnet, die mit einem maximalen und einen minimalen Wert, die im System 9 selbst abgespeichert sind, verglichen wird.
Wie bereits erwähnt, werden die Auswahl und das Einrücken des nächsthöheren oder nächstniedrigeren Ganges in bezug auf den gegenwärtig eingerückten Gang dadurch erreicht, daß der Hebel 30 in die U- oder D-Position gebracht wird. Dieselbe, durch die Betätigung der Taste P2 begleitete Operation sorgt dafür, daß der übernächste höhere oder niedrigere Gang in bezug auf den gegenwärtig eingerückten Gang ausgewählt und eingerückt wird. Die Funktion der Tasten P1 und P2 ist wie bereits beschrieben.
Die EU- und ED-Stellungen des Hebels 30 ermöglichen zwei Gangschaltfunktionen, die unter bestimmten Fahrbedingungen besonders nützlich sind.
Wenn der Hebel 30 in die EU-Stellung gebracht wird, sorgt das System 9 für ein Gangschalten auf im wesentlichen dieselbe Weise wie bei der U-Stellung, mit der Ausnahme, daß die verschiedenen beteiligten Stufen (wird später genauer beschrieben) mit einer größeren Geschwindigkeit ausgeführt werden. Diese Funktion ist insbesondere nützlich, wenn beispielsweise eine steile Steigung hinaufgefahren wird, so daß ein rapider Abfall der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Gangschalten verhindert wird.
Falls ein Herunterschalten deshalb nicht erlaubt ist, weil die sich ergebende Motordrehzahl über dem vorgegebenen Maximalwert liegen würde, kann ein Herabschalten in einem Notfall dadurch ausgeführt werden, daß der Hebel 30 in die ED-Stellung gebracht wird, vorausgesetzt daß die sich ergebende Motordrehzahl nicht die mechanische Widerstandsfähigkeit des Motors übersteigt.
Nach dem Einrücken des Ganges ertönt der Summer 52 zum Ermöglichen der Freigabe des Kupplungspedals 6 durch den Fahrer.
Die Betriebsart B ist im Hinblick auf das Gangschalten bei stillstehendem Fahrzeug dieselbe wie die Betriebsart A. Bei bewegtem Fahrzeug jedoch, beispielsweise wenn die durch den Sensor 37 erfaßte Ausgangsdrehzahl des Getriebes einen angemessen niedrigen Schwellenwert überschreitet, wird das Gangschalten ausschließlich mit Hilfe des Hebels 30 durchgeführt, ohne Hilfe vom Kupplungspedal 6. Sobald die manuelle Anforderung vom Fahrer, d.h., die sich ergebende Motordrehzahl genehmigt ist, steuert das System 9 das Stellorgan 24 zum rapiden Freigeben der Kupplung 5, und anschließend wird der Gang geschaltet (durch Umschalten der Magnetventile 18,21). Das System 9 steuert dann das Stellorgan 24 zum allmählichen Einkuppeln der Kupplung 5 auffast die gleiche Weise wie ein erfahrener Fahrer. Beim Gangschalten sorgt das System 9 auch für die Steuerung der Einspritzpumpe 3. Das bedeutet, daß das System 9 bei gelöster Kupplung 5 die Zufuhr zum Motor 2 auf ein Minimum reduziert, und daß es bei eingerückter Kupplung 5 die Zufuhr zum Motor 2 so regelt, daß die Motordrehzahl bei Bedarf an die Eingangsdrehzahl des Getriebes 7 (erfaßt durch den Sensor 35) angepaßt wird und so der Schlupf der Kupplung 5 während des Einkuppelns und folglich auch der Verschleiß auf den Reiboberflächen derselben minimiert werden. Mit anderen Worten wird, da beim Schalten in einen höheren Gang die Drehzahl der Eingangswelle 11 des Getriebes 7 verringert wird, der Motor 2 bei einer minimalen Drehzahl gehalten. Umgekehrt wird, da beim Schalten in einen niedrigeren Gang die Drehzahl der Eingangswelle 11 des Getriebes 7 größer als die minimale Drehzahl des Motors 2 ist, die Zufuhr zum Motor 2 zum Beschleunigen der Antriebswelle 10 vergrößert. An dieser Stelle stellt das System 9 die Steuerung der Motorzufuhr mit dem Gaspedal durch den Fahrer 4 allmählich wieder her.
In der automatischen Betriebsart C wird auch das Anfahr-Schalten vollautomatisch durch das System 9 durchgeführt, ohne Hilfe des den Hebel 30 benutzenden Fahrers. Die "Entscheidung" zum Gangschalten wird ausschließlich durch das System 9 auf der Basis von Daten entsprechend der Drehzahl der Antriebswelle 10 (Sensor 34), der Stellung des Gaspedals 4 (Transducer 39), der Stellung des Bremspedals (Schalter 42), der durch die Tasten 46 ausgewählten Steuerlogik und irgendwelche anderen, vom System 9 empfangenen und verarbeiteten Fahrzeugoperationsparametern (z.B. Fahrzeugladung, Gefälle usw.) getroffen.
Abgesehen von dem Anfangsbefehl, der ausschließlich durch das System 9 gesteuert wird, wird das eigentliche Schalten auf dieselbe Weise wie bei der Betriebsart B durchgeführt; die Zufuhr zum Motor 2 wird beim Gangschalten auch durch das System 9 gesteuert.
Das Umschalten von der Betriebsart A in die Betriebsart B und umgekehrt erfolgt automatisch. Das bedeutet, daß das System in einer der beiden Betriebsarten arbeitet, je nachdem, ob das Kupplungspedal 6 durch den Fahrer zum Gangschalten bei sich bewegendem Fahrzeug betätigt wird oder nicht. Die Taste 47 wird zum Umschalten in die Betriebsart C betätigt, die genau dieselbe ist wie die Betriebsart B, falls der Hebel 30 durch den Fahrer betätigt wird, und dieselbe wie die Betriebsart A ist, falls das Kupplungspedal 6 niedergetreten wird. In der Betriebsart C kann der Fahrer immer noch entscheiden, wann und in welchen Gang geschaltet wird, vorausgesetzt, daß dies den bereits erwähnten Motordrehzahlerfordernissen entspricht. Mit anderen Worten sorgt die Taste 47 dafür, daß das System 1 in Abhängigkeit von den durch den Fahrer betätigten manuellen Steuergliedern auf zwei Weisen arbeiten, die jeweils für verschiedene Betriebsarten sorgen. In der AUS-Stellung gibt die Taste 47 die Betriebsarten A und B frei und das System funktioniert in einer der beiden Betriebsarten, je nachdem, ob das Kupplungspedal durch den Fahrer betätigt wird oder nicht. In der EIN-Stellung gibt die Taste 47 die Betriebsarten A, B und C frei und das System funktioniert in einer dieser Betriebsarten, je nachdem, ob der Hebel 30 oder das Kupplungspedal 6 durch den Fahrer betätigt wird.
Ohne Rücksicht darauf, welche Betriebsart A, B oder C betriebsbereit ist, wird das Gangschalten in der Hauptstufe 14 des Getriebes 7 wie folgt durchgeführt:
- Freigeben des eingerückten Ganges durch Betätigen des Magnetventils 18;
- Auswahl unter gleichförmiger Belastung des neuen Bereiches durch Aktivieren des entsprechenden Magnetventils 18 über ein konstantes elektrisches Signal;
- Einrücken unter variabler Belastung des neuen Ganges.
Der letzte Arbeitsschritt wird durch das System 9 dadurch ausgeführt, daß es die Freigabesignale der Magnetventile 18, die das Einrücken des neuen Ganges steuern, moduliert und folglich auch den Hydraulikdruck, der die entsprechenden Stelleinrichtungen steuert, wodurch die Synchronisierung und das sich daran anschließende Einrücken unter optimalen Belastungsbedingungen als Funktion der Betätigungswegsignale gesteuert werden, die gemäß im System 9 abgespeicherten Gesetzen erzeugt werden, die von den Eingangssignalen entsprechend dem eingerückten Gang, der Drehzahl, der Getriebeöltemperatur und irgendwelchen anderen signifikanten Parametern abhängen.
Diese Gesetze simulieren im wesentlichen die Sensibilität eines geübten Fahrers.
Falls das Gangschalten auch einen Wechsel des Bereichs mit sich bringt, wird dies neben der Gangauswahl in der Hauptstufe 14 bewirkt. Nur wenn diese beiden Operationen abgeschlossen worden sind, ist der neue Gang eingerückt.

3) Steuerung der Kupplung

In der Betriebsart A ist die Betätigung der Kupplung 5 pedalunterstützt.
In der Betriebsart B und nur bei sich bewegendem Fahrzeug ist die Betätigung der Kupplung 5 automatisch. Das bedeutet, daß das System 9 das Stellorgan 24 steuert zum rapiden Freigeben der Kupplung 5 und, nachdem der neue Gang eingeruckt ist, zum Einkuppeln der Kupplung 5, und zwar zuerst schnell bis zu dem Punkt, an dem der Schlupf beginnt, und dann allmählich als Funktion des durch den Transducer 28 erfaßten Betätigungsweges gemäß im System 9 abgespeicherten Gesetzen, die von den Eingangssignalen entsprechend den Drehzahlen der Antriebswelle 10 (Sensor 34) und der Eingangswelle 11 des Getriebes 7 (Sensor 35) abhängen.
In der Betriebsart C wird die Kupplung 5 beim Anfahren auch automatisch betätigt, und in diesem Fall wird das übertragene Drehmoment durch das System 9 moduliert, indem es das Magnetventil 27 des Stellorgans 24 mit einem variablen elektrischen Signal versorgt auf der Basis des momentanen Wertes der Motor- und der Getriebeeingangs-Drehzahlsignale und eines Referenzwertes für diese Signale, der durch das System 9 als Funktion der Stellung des Gaspedals 4 (erfaßt durch den Transducer 39) definiert wird.
Jedesmal, wenn der Motor gestartet wird, sorgt das System 9 für das Einkuppeln der Kupplung 5, und währenddessen erfaßt es (über den Sensor 28) den Punkt, an dem die Kupplung 5 mit dem tatsächlichen Einkuppeln beginnt, und speichert diesen Punkt ab. Dies wird später verwendet zum Durchführen des besagten rapiden Annäherungsabschnitts aller nachfolgender Einkuppeloperationen (Anfahren und Gangschalten).
Die Vorteile des erfindungsgemäßen System 1 werden aus der oben stehenden Beschreibung deutlich.
Als erstes sorgt das System 1 für eine automatische Gang- und Kupplungssteuerung unter variabler Belastung, die die Steuerung eines geübten Fahrers simuliert, wodurch der Verschleiß des Getriebes und der Kupplungsglieder und jede dynamische Belastung des Fahrzeugs, die sich aus dem Betrieb desselben ergibt, minimiert werden. Darüber hinaus sorgt das System 1 für verschiedene Automationsgrade, die durch den Fahrer ausgewählt werden können, der somit die direkte Steuerung übernehmen kann, wann immer es die Fahrzeugladung oder Straßenbedingungen erfordern. Schließlich sorgt die automatische Steuerung der Motordrehzahl beim Gangschalten für das Minimieren des Schlupfes und die drastische Reduzierung des Verschleißes der Kupplung.
Es wird dem Fachmann klar sein, daß Änderungen des Systems, wie es in dieser Anmeldung beschrieben und dargestellt wurde, vorgenommen werden können, ohne jedoch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann das System 9 so programmiert sein, daß es nur die Betriebsarten A und B durchführt, falls eine vollständige Automatisierung der Antriebseinheit nicht erwünscht ist. Außerdem kann anstelle oder zusätzlich zur Betriebsart C eine Betriebsart vorgesehen sein, die eine Automatisierung mit einem Grad auf halbem Wege zwischen dem der Betriebsarten B und C liegt, d.h., bei der die Steuerung der Kupplung beim Anfahren auch vollautomatisch erfolgt, wohingegen das Gangschalten manuell durch den Fahrer gesteuert wird.
Anderungen können auch vorgenommen werden bei den Ausführungsformen der in dieser Anmeldung beschriebenen Stellorgane, bei den durch den Gangwahlhebel 30 durchgeführten Funktionen und bei der Anzahl und Anordnung der Sensoren.

Claims

1. System (1) zum automatischen Steuern eines Fahrzeugantriebs (8), der ein Getriebe (7) mit wenigstens einem Steuerglied (17) zum Auswählen und Einrücken einer Anzahl von Gängen und eine Kupplung (5) zum Verbinden der Eingangswelle (11) dieses Getriebes (7) mit der Antriebswelle (10) umfaßt, welche Kupplung (5) ein Kupplungssteuerglied (25) zum Einkuppeln und Lösen der Kupplung (5) umfaßt; welches System umfaßt:

- eine erste hydraulische Stellelnrichtung (16) zum Aktivieren des Getrlebesteuergliedes (17);

- eine erste elektromagnetische Ventileinrichtung (18) zum Steuern der Hydraulikfluidzufuhr zu der ersten Stelleinrichtung (16).;

- eine manuelle Gangwähleinrichtung (29);

- eine Wandlereinrichtung (31), die an die manuelle Gangwähleinrichtung (29) angeschlossen ist;

- eine zweite hydraulische Stelleinrichtung (24) zum Aktivieren des Kupplungssteuergliedes (25);

- eine zweite elektromagnetische Ventileinrichtung (27) zum Steuern der Hydraulikzufuhr zu der zweiten Stellelnrichtung (24);

- ein Pedal (6) zum manuellen Steuern der zweiten Stelleinrichtung (24);

- Einrichtungen (27,28,34) zum Erfassen einer Anzahl von Operationsparametern relativ zum Motor (2) und dem Antrieb (8); und

- ein elektronisches Steuerungssystem (9) zum Empfangen von Signalen von den Erfassungseinrichtungen (27,28,34) und Zuführen von Steuersignalen zu wenigstens der ersten und der zweiten Ventileinrichtung (18,27), das entworfen ist zum Steuern des Systems (1) in wenigstens einer ersten und einer zweiten Betriebsart,

wobei in der ersten Betriebsart das elektronische Steuerungssystem (9) die erste Ventileinrichtung (16) aktiviert, nachdem es wenigstens ein Gangschaltsignal von der an die manuelle Gangwähleinrichtung (29) angeschlossene Wandlereinrichtung (31) empfangen hat, wobei die zweite Ventileinrichtung (27) im wesentlichen außer Betrieb ist und die zweite Stelleinrichtung (24) durch das Pedal (6) gesteuert wird;

und wobei in der zweiten Betriebsart und beim Schalten eines Ganges bei bewegtem Fahrzeug das elektronische Steuerungssystem (9), das die erste und die zweite Ventileinrichtung (18,27) aktiviert, nachdem es wenigstens ein Gangschaltsignal von der an die manuelle Gangwahleinrichtung (29) angeschlossene Wandlereinrichtung (31) erhalten hat, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Ventileinrichtung (18,27) proportional gesteuert werden; daß das elektronische Steuerungssystem (9) entworfen ist, Signale zum Steuern der ersten und der zweiten Ventileinrichtung (18,27) variabel gemaß vorgegebenen Gesetzen zu erzeugen, so daß die die Stelleinrichtungen (16,24) aktivierenden Kräfte während des Betriebes derselben variiert werden;

wobei in der zweiten Betriebsart und beim Schalten eines Ganges bei stehendem Fahrzeug das elektronische Steuerungssystem (9) die erste Ventilelnrichtung (18) aktiviert, nachdem es wenigstens ein Gangschaltsignal von der Wandlereinrichtung (31) erhalten hat, und wobei die zweite Ventileinrichtung im wesentlichen außer Betrieb ist und die zweite Stelleinrichtung (24) durch das Pedal (6) gesteuert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtungen eine Wandlereinrichtung (20) zum Erfassen und Erzeugen von elektrischen Signalen proportional zu einer Verschiebung des das Getriebe (7) steuernden Gliedes (17) und eine Wandlereinrichtung (28) zum Erfassen und Erzeugen von elektrischen Signalen proportional zur Verschiebung des die Kupplung (5) steuernden Gliedes umfaßt; daß die die erste und die zweite Ventileinrichtung (18,27) steuernden Signale durch das Steuerungssystem (9) als eine Funktion der Signale verarbeitet wird, die von den die Verschiebung der Steuerglieder (17,25) erfassenden Wandlereinrichtungen (20,28) empfangen werden; und daß die Gesetze das Verarbeiten der Steuersignale in Abhängigkeit von Eingangssignalen regelt, die dem Steuerungssystem (9) durch eine weitere Operationsparameter-Erfassungeinrichtung zugeführt werden.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsparameter-Erfassungseinrichtung wenigstens einen Sensor (34) zum Erfassen der Geschwindigkeit der Antriebswelle (10) und einen Sensor (35) zum Erfassen der Geschwindigkeit der Eingangswelle (11) umfaßt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest In der zweiten Betriebsart das Steuerungssystem (9) beim Schalten eines Ganges für die Steuerung einer den Motor (2) versorgenden Einrichtung (3) derart sorgt, daß die Versorgung minimiert wird, wenn die Kupplung (5) gelöst ist, und daß bei gelöster Kupplung (5) und auf der Basis von Eingangssignalen von den Geschwindigkeitssensoren (34,35) die Versorgung erhöht wird zum Anpassen der Geschwindigkeit der Antriebswelle (10) an die der Eingangswelle (11) des Getriebes (7), falls die Geschwindigkeit der Antriebswelle (10) kleiner als die der Eingangswelle (11) des Getriebes (7) ist.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem (9) für die Steuerung des Systems (1) In wenigstens einer dritten Betriebsart sorgt, in der das Steuerungssystem (9) auf der Basis von Eingangssignalen, die von der die Operationsparameter des Motors (2) und der Antriebseinheit (8) erfassenden Einrichtung (39,34) empfangen werden, und auf der Basis von wenigstens einem vorgegebenen Gesetz, das die Verarbeitung der Signale regelt und in dem Steuerungssystem (9) abgespeichert ist. Steuersignale erzeugt. die die erste und die zweite Ventileinrichtung (18,27) zum automatischen Schalten eines Ganges und zum Lösen und Einkuppeln der Kupplung (5) steuert.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Betriebsart das Steuerungssystem (9) beim Schalten eines Ganges für die Steuerung der den Motor (2) versorgenden Einrichtung (3) derart sorgt, daß die Versorgung minimiert wird, wenn die Kupplung (5) gelöst ist, und daß bei gelöster Kupplung (5) und auf der Basis von Eingangssignalen, die von den Geschwindigkeitssensoren (34,35) empfangen werden, die Versorgung erhöht wird zum Anpassen der Geschwindigkeit der Antriebswelle (10) an die der Eingangswelle (11) des Getriebes (7), falls die Geschwindigkeit der Antriebswelle (10) kleiner als die der Eingangswelle (11) des Getriebes (7) ist.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungssystem (9) so programmiert ist, daß die den Ventileinrichtungen (18,27) zugeführten Steuersignale dafür sorgen, daß die durch die Stelleinrichtungen (16,24) erzeugten Stellkräfte gemäß denselben Gesetzen variiert werden, gemäß denen ein geübter Fahrer diese Kräfte variiert.

8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (46) zum manuellen Auswählen aus einer Anzahl von Steuerungslogiken, die entworfen ist zum Versorgen des Steuerungssystems (9) mit Signalen, die entsprechenden Gesetze ermöglichen, die die Verarbeitung von Eingangsdaten regeln und In dem Steuerungssystem (9) abgespelchert sind.

9. System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (47) zum manuellen Ermöglichen der dritten Betriebsart des Steuerungssystems (9).

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die manuelle Gangwahleinrichtung (29) einen Hebel (30) umfaßt, der normalerweise in einer Mittelposition gehalten wird und manuell In eine erste (U) oder zweite (D) Position gebracht werden kann, die in bezug auf die Mittelposition einander gegenüberliegen; daß die Wandlereinrichtung (31), die an den Hebel (30) angeschlossen ist, entworfen ist zum Versorgen des Steuerungssystems (9) mit entsprechenden Signalen zum Auswählen und Einrücken eines größeren oder kleineren Ganges, wenn der Hebel (30) entsprechend in die erste (U) oder in die zweite (D) Position gebracht wird.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung auch einen Sensor (37) zum Erfassen der Geschwindigkeit der Ausgangswelle (38) des Getriebes (7) umfaßt; und daß das Steuerungssystem (9) für die Verarbeitung der Eingangsdaten von den die Geschwindigkeit der Ausgangswelle (38) des Getriebes (7) erfassenden Sensor (37) und von der an den Hebel (30) angeschlossenen Wandlereinrichtung (3l), für die Berechnung der theoretischen Geschwindigkeit des Motors (2), die sich aus dem Einrücken des ausgewählten Ganges ergibt, und für das Unwirksammachens des Einrückens, falls die theoretische Geschwindigkeit nicht in einen vorgegebenen Bereich zwischen einer maximalen und einer minimalen Geschwindigkeit fällt.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (30) in eine dritte (EU) und eine vierte (ED) Position gebracht werden kann, die in bezug auf die Mittelposition einander gegenüberliegen und einen größeren Ausschlag des Hebels (30) sowie eine größere manuelle Kraft im Vergleich zu der ersten (U) und der zweiten (D) Position mit sich bringen; und daß die Wandlereinrichtung (31) das Steuerungssystem (9) mit einem Ermöglichüngssignal zum Schalten eines Ganges und Betätigen der Kupplung (5) In derselben Weise wie in der ersten Position (U), aber mit einer größeren Geschwindigkeit versorgt, wenn der Hebel (30) in die dritte Position (EU) gebracht ist, und das Steuerungssystem (9) mit einem Ermöglichungssignal zum Schalten eines Ganges auch dann, falls die theoretische Geschwindigkeit das maximale Limit übersteigt, versorgt, wenn der Hebel (30) in die vierte Position (ED) gebracht ist.