DE69100712T2 - Schaltlogistik eines automatisch-mechanischen Getriebes bei einer Geschwindigkeitsregelung. - Google Patents

Schaltlogistik eines automatisch-mechanischen Getriebes bei einer Geschwindigkeitsregelung.

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Description

    Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind automatische Getriebesysteme für Kraftfahrzeuge, mit einer Vielzahl von Untersetzungsstufen, wie es beispielsweise vollständig oder teilweise automatische mechanische Getriebesysterne (AMT) sind, sowie Steuersysteme/Verfahren für diese. Im speziellen sind Steuersysteme und Verfahren für Kraftfahrzeuge mit drosselgesteuerten Motoren und mechanischen automatischen Getriebesystemen Gegenstand der Erfindung, bei denen die Gangauswahl und Schaltentscheidungen anhand gemessener und/oder berechneter Parameter getroffen und ausgeführt werden, wie es die Getriebeausgangswellendrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit, Getriebeeingangswellen- und -motordrehzahl, Gaspedalstellung, berechnete Motordrehzahl in einem möglicherweise einlegbaren Gang und ähnliches sind. Spezieller sind automatische Getriebesteuersysteme des oben beschriebenen Typs Gegenstand der Erfindung, die eine ausgewählte Betriebsart haben, die üblicherweise als Betriebsart mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit oder als Marschbetriebsart bezeichnet wird, bei der eine ausgewählte Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch aufrecht erhalten wird und eine Betätigung der Vorgabeeinrichtung zur Gaseinstellung seitens des Fahrers nicht erforderlich ist.
    • Beschreibung des Standes der Technik
  • Die Verwendung automatischer Getriebe sowohl des automatisch-mechanischen Typs, bei dem formschlüssige Kupplungen verwendet werden als auch des Umlaufrädergetriebetyps, bei dem Reibungskupplungen verwendet werden, ist aus dem Stand der Technik bekannt; ebenso sind es Steuersystenie für diese. Elektronische Steuersysteme für automatische Getriebe, bei denen die Gangauswahl und Schaltentscheidungen auf gewissen gemessenen und/oder berechneten Parametern basierend getroffen und ausgeführt werden, wie es Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Anderungsgeschwindigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit, Anderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl, Gaspedalstellung, Anderungsgeschwindigkeit der Gaspedalstellung volles Niedertreten des Gaspedals (d. h. "kick-down" ), Betätigung der Fahrzeugbremseinrichtung, gegenwärtig eingelegter Gang und ahnliches sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele solcher automatischer Getriebesteuersysteme fur Kraftfahrzeuge konnen den US-Patenten Nr. 3.942.393, 3.974.720, 4.028.929, 4.039.061, 4.073.203, 4.038.889, 4.226.295, 4.253.348, 4.361.060, 4.595.986, 4.551.802, 4.576.065, 4.722.248 und 4.852.006 entnommen werden, auf die hiermit Bezug genommen ist.
  • Steuersysteme/Verfahren für automatische Getriebesysteme mit einem auswahlbaren Betriebsmodus (der üblicherweise als Betriebsart mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit bezeichnet wird), in dem eine ausgewählte Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch aufrecht erhalten wird, ohne daß der Fahrer eine Kraftstoffdrosseleinstelleinrichtung betätigen oder Getriebeschaltvorgänge auswählen oder ausführen müßte, sind aus dem Stand der Technik sowohl für Kraftfahrzeuge als auch für Schwerlastfahrzeuge bekannt. Die US-A-4.993.859 offenbart den Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Während Steuersysteme/Verfahren nach dem Stand der Technik für automatische mechanische Getriebesysteme dazu dienen, ein automatisches mechanisches Getriebesystem durch Auswählen und Ausführen von Schaltvorgängen in zweckmäßige Gangestufen zu schalten, sind solche automatischen Steuersysteme/ Verfahren, wenn sie eine vom Fahrer auswählbare Betriebsart mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit enthalten, insofern nicht ganz zufriedenstellend, als, wenn sie in dieser Betriebsart arbeiten, der Fahrer das Gaspedal nicht benutzt und somit die "kick-down"- Schaltprofile für erhöhte Leistung nicht verfügbar sind.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der im Anspruch 1 definierten vorliegenden Erfindung sind die Nachteile des Standes der Technik überwunden oder minimiert, indem ein Steuersystem und -verfahren, vorzugsweise ein elektronisches Steuersystem für automatische Getriebe, wie beispielsweise automatische/halbautomatische mechanische Getriebe, vorgesehen ist, wobei die Gangauswahl und Schaltentscheidungen anhand gemessener und/oder berechneter Parameter getroffen und ausgeführt werden, wie es die gegenwärtige Eingangswellen- oder Motordrehzahl, die Gaspedalstellung, die Ausgangswellendrehzahl oder die Fahrzeuggeschwindigkeit und/ oder die Anderungsgeschwindigkeit derselben und/ oder die erwartete Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit nach der Ausführung eines möglichen Schaltens sind, und wobei das vorbestimmte Programm, mit dem Schaltkommandos erzeugt werden, eine auswählbare Betriebsart (mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit) hat, bei der eine ausgewählte Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch aufrecht erhalten wird, ohne daß der Fahrer das Gaspedal betätigen muß und bei dem unter gewissen festgestellten Bedingungen die dem "kick-down" zugehörigen Schaltprofile benutzt werden, um eine erhöhte Fahrzeugleistung zu erbringen.
  • Das oben genannte wird bei einer Steuersystemausführungsform für ein automatisches mechanisches Getriebesystem erreicht, bei dem der Fahrzeugführer vorzugsweise, bei vollem Niedertreten des Gaspedals des Fahrzeuges, über die der maximalen Kraftstoffbelieferung des Motors zugeordnete Position hinaus, d.h. in die "kick-down-" oder Druckpunktposition, die Systemsteuerung veranlassen kann, die Schaltprofile zu modifizieren, um eine maximal erhöhte Fahrzeugleistung zu erbringen. Typischerweise umfaßt dieses die Erhöhung der Motordrehzahl, bei der sowohl Heraufschalt- als auch Herunterschaltvorgänge aus dem gegenwartig eingelegten Gang heraus angewiesen werden.
  • In der vom Fahrer auswahlbaren Betriebsart mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit, bei der das Gaspedal nicht in die "kick-down"-Position bringbar ist, werden ein die Fahrzeuggeschwindigkeit kennzeichnender festgestellter Parameter wie auch die erste Zeitableitung desselben bestimmt. Wenn die erste Zeitableitung der Ausgangswellendrehzahl geringer als ein erster Referenzwert ist, wobei der erste Referenzwert einen negativen Wert hat, während das Getriebesystem in der vom Fahrer ausgewählten Betriebsart mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit arbeitet, die Belieferung des Motors mit Kraftstoff bei einem maximalen Wert ist und ein Geschwindigkeitsfehler (eingestellte geregelte Fahrzeuggeschwindigkeit minus gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit) einen Fehlervergleichswert überschreitet, modifiziert das Steuersystem die Schaltprofile, anhand derer Schaltentscheidungen getroffen werden, von den Schaltprofilen für volle (100%) Kraftstoffbelieferung des Motors zu den "kick-down" -Schaltprofilen, bei denen die Motordrehzahlen erhöht sind, bei denen sowohl Hoch- als auch Herunterschaltvorgänge angewiesen werden.
  • Die Logik verbleibt solange in der "kick-down"-Betriebsart, bis der Betrieb mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit beendet ist, die Belieferung des Motors mit Kraftstoff geringer als der Maximalwert ist, Geschwindigkeitsfehler kleiner als der Fehlerreferenzwert ist oder bis die Fahrzeugbeschleunigung einen zweiten positiven Referenzwert überschreitet.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Steuersystem und Verfahren für automatische mechanische Getriebesysteme zu schaffen, die einen auswählbaren Betriebsmodus mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit aufweisen, bei dem unter gewissen festgestellten Betriebsbedingungen Hochleistungsschaltprofile verwirklicht werden.
  • Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Komponenten und Querverbindungen des erfindungsgemäßen Steuersystems des automatischen mechanischen Getriebes.
  • Fig. 2 ist ein Graph der Motordrehzahl über der Gaspedalstellung, der Schaltmuster oder Schaltprofile des Typs illustriert, die von Steuersystemen automatischer mechanischer Getriebe erzeugt/berechnet worden sind.
  • Fig. 3 ist eine Tabelle, die das Verhältnis von Eingangswellendrehzahl zur Ausgangswellendrehzahl eines typischen automatischen mechanischen Getriebesystems in seinen verschiedenen Gängen illustriert.
  • Fig. 4 zeigt eine schematische Illustration in Form eines Flußbildes, das die bevorzugte Art und Weise der Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Fig. 1 illustriert ein automatisches mechanisches Getriebsystem 10 schematisch, das ein automatisches vielgangiges Gangwechselverbundgetriebe 12 aufweist, das von einem kraftstoffgesteuerten Motor 14, wie beispielsweise einem an sich bekannten Dieselmotor, über eine Kupplung angetrieben ist, wie beispielsweise einen Drehmomentwandler und/oder eine Hauptkupplung 16. Wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, können eine Motorbremse, wie beispielsweise ein Auspuffverlangsamer 17 zum Verlangsamen der Drehzahl des Motors 14 und/oder eine Eingangswellenbremse 18 vorgesehen werden, die dazu dient, beim Ausrükken der Kupplung 16 eine Verzögerungskraft auf die Getriebeeingangswelle auszuüben. Der Ausgang des automatischen Getriebes 12 ist eine Ausgangswelle 20, die dazu dient, mit einer geeigneten Fahrzeugkomponente treibend verbunden zu werden, wie es das Differential einer einer Antriebsachse, ein Verteilergetriebe oder ähnliches ist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Die oben genannten Antriebsstrangkomponenten werden durch unterschiedliche Einrichtungen betätigt und überwacht, deren jede weiter unten erläutert ist. Diese Einrichtungen umfassen eine (Überwachungseinrichtung 22 für Gaspedalstellung oder Drosselöffnung, die die Stellung des vom Fahrer betätigten Gaspedals 24 erfaßt, eine Kraftstoffsteuereinrichtung 26 zum Steuern der an den Motor 14 zu liefernden Kraftstoffmenge und einen Motordrehzahlsensor 28, der die Drehzahl des Motors erfaßt, eine Kupplungsbetatigungseinrichtung 30, die die Kupplung 16 einund auskuppelt und die außerdem Information über den Betriebszustand der Kupplung liefert, eine Betätigungseinrichtung 31 für die Eingangswellenbremse, einen Drehzahlsensor 3 2 für die Getriebeeingangswelle, eine Betätigungseinrichtung 34 für das Getriebe, die dazu dient, das Getriebe 12 in eine ausgewählte Gangstufe zu schalten sowie ein die Leerlaufbedingung und/oder die gegenwärtig eingelegte Gangstufe kennzeichnendes Signal zu liefern, und einen Drehzahlsensor 36 für die Getriebeausgangswelle. Eine Fahrzeugbremsüberwachungseinrichtung 38 erfaßt die Betätigung des Bremspedals 40 des Fahrzeuges.
  • Es versteht sich, daß die Kupplung 16 durch eine hydrodynamische Einrichtung ersetzt werden kann, wie es ein Drehmomentwandler ist, und daß ein solcher Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückungs-, Verriegelungs- und/oder Trenneinrichtungen ausgerüstet sein kann.
  • Die oben genannten Einrichtungen liefern Informationen zu und/oder erhalten Befehle von einer zentralen Prozessoreinheit oder Steuerung 42. Die zentrale Prozessoreinheit 42 kann analoge und/oder digitale elektronische Rechner und Logikschaltungen beinhalten, deren spezifische Konfiguration und Struktur nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die zentrale Prozessoreinheit empfängt außerdem Informationen von einer Schaltsteuereinrichtung 44, über die der Fahrzeugführer eine Betriebsart des Fahrzeugs für Rückwärtsfahrt (R), für Leerlauf (N), für Vorwärtsfahrt auf der Straße (D) oder eine Betriebsart für Vorwärtsfahrt abseits der Straße (DOR) auswählen kann. Eine (nicht dargestellte) elektrische Energiequelle und/oder eine (nicht dargestellte) Quelle für unter Druck stehendes Druckmittel liefert elektrische und/oder pneumatische Energie an die unterschiedlichen Sensor-, Betätigungs- und/oder Prozessoreinheiten. Aus dem Stand der Technik sind Antriebsstrangkomponenten und Steuerungen für diese von dem oben beschriebenen Typ bekannt und können detaillierter den oben genannten US-Patenten 4.595.986, 4.576.065, 4.445.393, 4.361.060, 3.776.048, 4.038.889 und 4.226.295 entnommen werden.
  • Die Sensoren 22, 28, 32, 36, 38 und 40 können von jedem bekannten Typ oder Aufbau zur Erzeugung analoger oder digitaler Signale sein, die dabei dem überwachten Parameter entsprechen. Ahnlich können die Betätigungseinrichtungen 17, 18, 26, 30 und 34 von jedem bekannten elektrischen, hydraulischen, pneumatischen oder elektro-pneumatischen Typ zum Ausführen von Operationen, gesteuert von Befehlssignalen der zentralen Prozessoreinheit 42, und/- oder zum Liefern von Eingangssignalen an diese sein. Die Kraftstoffsteuerung 26 liefert normalerweise entsprechend der vom Fahrer vorgegebenen Einstellung des Gaspedals 14 Kraftstoff an den Motor 14, jedoch kann sie eine geringere (fuel dipped) oder eine größere (fuel boost) Kraftstoffmenge entsprechend Befehlen der zentralen Prozessoreinheit 42 liefern.
  • Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 30 ist vorzugsweise vonder zentralen Prozessoreinheit 42 gesteuert und kann die Hauptkupplung 16 ein- und/oder auskuppeln, wie es in dem oben genannten US-Patent Nr. 4.081.065 beschrieben ist. Selbstverständlich kann die Betätigungseinrichtung 30 außerdem eine Betätigungseinrichtung für eine Drehmomentwandlerüberbrückungs-, Verriegelungs- und/oder Trenneinrichtung sein, wie in dem erteilten US-Patent Nr. 4.784.019 dargestellt ist, wobei auf dieses hiermit Bezug genommen ist. Das Getriebe 12 kann Synchronisiermittel wie einen Beschleuniger und/oder Bremseinrichtungen enthalten, wie in den US-Patenten Nr. 3.478.851 und 4.676.115 beschrieben ist, auf die hiermit Bezug genommen ist. Das Getriebe 12 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendig, vom Zwei-Vorgelegewellen-Typ, wie aus den US-Patenten Nr. 3.105.395, 4.648.290, 4.735.109 und/oder 4.754.665 ersichtlich ist, auf die hiermit Bezug genommen ist.
  • Eine weiterer Eingabemöglichkeit für den Fahrer an die zentrale Prozessoreinheit ist über einen Auswahlschalter 44A für Geschwindigkeitsregelbetrieb gegeben, wobei der Fahrer über den Schalter den Betrieb in der Betriebsart für gesteuerte Reisegeschwindigkeit auswählen kann.
  • Zusätzlich zu direkten Eingangssignalen kann die zentrale Prozessoreinheit mit einer Schaltung zur Differentiation von den Eingangssignalen der Sensoren 28, 32 und/oder 34, um ein berechnetes Signal zu liefern, das die Anderungsgeschwindigkeit der Beschleunigung des Motors, der Eingangswelle und/oder der Ausgangswelle kennzeichnet, mit Mitteln zum Vergleichen der von den Sensoren 32 und 36 erhaltenen Eingangssignale, um eine gegenwärtig eingelegte Gangstufe zu berechnen, mit Schaltungsmitteln, um die gegenwärtig eingelegte Gangstufe mit den Signalen des Sensors 36 zum Liefern einer berechneten Motordrehzahl zu vergleichen, mit Mitteln zum Erfassen von Vollgas, mit Mitteln zum Berechnen einer erwarteten Motordrehzahl bei einer gegebenen eingelegten Gangstufe und bei einer berechneten oder erfaßten Ausgangswellendrehzahl, sowie mit ahnlichem versehen sein kann.
  • Bei dem in Fig. 1 iliustrierten automatischen mechanischen Getriebesystem ist ein Zweck der zentralen Prozessoreinheit gemäß vorbestimmter logischer Regeln und aktueller oder gespeicherter Parameter, die optimale Gangstufe auszuwählen, bei der das Getriebe betrieben werden sollte und, falls notwendig, einen Gangwechsel oder ein Schalten in die ausgewählte optimale Gangstufe auf der Basis der aktuellen und/oder gespeicherten Informationen anzuweisen. Fig. 3 veranschaulicht das Verhältnis der Eingangswellendrehzahl zu der Ausgangswellendrehzahl bei einem Getriebetyp mit 16 Vorwarts- und zwei Rückwärtsgängen, das typischerweise bei Schwerlastfahrzeugen verwendet wird und zur Verwendung in dem automatischen mechanischen Getriebesystem 10 geeignet ist, das in Fig. 1 dargestellt ist. Es ist ersichtlich, daß die Schritte oder Unterteilungen zwischen Vorwärtsgängen ungefähr zwanzig Prozent (20%) betragen, obwohl dies nicht notwendig ist.
  • Wie oben dargestellt, ist eine der prinzipiellen Funktionen der Steuereinheit 42 des automatisierten mechanischen Getriebesystems, Entscheidungen über die richtige Gangstufe, die ausgewählt und in dem Getriebe 12 eingelegt werden sollte, auf der Basis von Anforderungen des Fahrers und Fahrzeugbetriebsbedingungen zu treffen. Im Idealfalle nutzt das Getriebesystem 10 eine elektronische Steuereinheit 42, die vorzugsweise auf einem Mikroprozessor basiert, der programmiert werden kann, um spezifische Fahrzeugeigenschaften zu begünstigen bzw. zu verbessern.
  • Ein Verfahren, anhand dessen Schaltentscheidungen getroffen werden, liegt für ein Programm der zentralen Prozessoreinheit oder logische Regeln darin, Schaltmuster oder Schaltpunktprofile zu erzeugen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Alternativ können eine Berechnung oder Nachschlagtabellen verwendet werden. Die von der zentralen Prozessoreinheit erzeugten Schaltpunktprofile bestimmen, ob das Getriebe in der gegenwärtig eingelegten Gangstufe verbleiben, ob es wenigstens zu der nächst höheren Gangstufe oder zu wenigstens der nächsten niedrigeren Gangstufe heruntergeschaltet werden sollte. Die Schaltpunktprofile werden durch ein vorbestimmtes, anhand aktueller oder gespeicherter Information arbeitendes Programm bestimmt und werden üblicherweise ausgewählt, um einen Kompromiß zwischen dem Betrieb bei der höchst möglich kraftstoffeffizienten Gangstufe und Betrieb in einer Gangstufe zu treffen, die optimale Leistungs- und/oder Komforteigenschaften des Fahrzeugs liefert. Die in Fig. 2 dargestellten Schaltpunktprofile sind Funktionen der Drosselstellung, ausgedrückt als ein Prozentsatz der maximalen Gasposition, und der Motordrehzahl. Die Motordrehzahl kann direkt erfaßt oder vorzugsweise eine berechnete Motordrehzahl sein (d.h. gestützt auf die Ausgangswellendrehzahtund die eingelegte Gangstufe), die während eines Schaltvorganges nicht variiert, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Wie hier benutzt, beziehen sich eine "niedrigere Gangstufe" oder "höhere Gangstufe" auf einen Gang oder eine Gangstufe mit einem größeren Verhältnis der Eingangswellendrehzahl zu der Ausgangswellendrehzahl. Beispielsweise ist die neunte (9.) Gangstufe niedriger als die zehnte (10.) Gangstufe und das Schalten von der zehnten Gangstufe zu der neunten Gangstufe ist ein Herunterschalten. Ahnlich ist ein Schalten direkt von der zehnten Gangstufe zu der achten Gangstufe ein überspringendes Herunterschalten, bei dem eine Gangstufe (d.h. der 9. Gang) ubersprungen worden ist. Ein direktes Schalten von dem zehnten Gang zu dem siebten Gang ist ein überspringendes Herunterschalten, bei dem zwei Gangstufen übersprungen worden sind.
  • Die Steuerung 42 verwendet logische Regeln, die wenigstens zwei Modi oder Sätze von Schaltprofilen beinhalten. Diese sind eine normale Betriebsart, die üblicherweise als die "Straßen"-Betriebsart sowie eine Betriebsart für erhöhte Leistung, die häufig als "kick-down"-Betriebsart bezeichnet sind. Sowohl das Straßen- (A-B-C-D und X-Y-Z) als auch das "kick-down"- (E-F-G und U-V-W) Schaltprofil liefern die Basis zum Schalten des Getriebes als Funktion der Geschwindigkeit. Beide Sätze von Schaltprofilen sind hauptsächlich von den Motoreigenschaften einschließlich der Auswirkungen aller vom Motor getriebenen Hilfseinrichtungen abgeleitet. Das Motordrehzahlsignal, das in Umdrehungen pro Minute (RPM) des Motors dargestellt ist, ist vorzugsweise durch Multiplizieren der Getriebeausgangswellendrehzahl mit dem numerischen Wert des zu der Gangnummer gehörenden Ubersetzungsverhältnisses abgeleitet, das durch die Steuerelektronik gegenwärtig ausgewählt ist. Die Drosselposition ist ein Prozentsatz der voll geoffneten Drossel von null Prozent (0%) bis zu hundert Prozent (100%) dargestellt.
  • Da ein "kick-down" erfordert, daß das Gaspedal voll durchgetreten ist, sind nur die oberen Enden der "kick-down"Schaltprofile von praktischem Interesse.
  • Es ist bekannt, daß bei einer in der normalen Straßen-Betriebsart angenommenen Betriebsart, bei der die Betriebsbedingungen innerhalb des von der Herunterschaltlinie X-Y-Z und der Heraufschaltlinie A-B-C-D begrenzten Bereichs liegen, kein Gangwechsel erforderlich ist, daß für Betriebsbedingungen auf oder zu der rechten der Heraufschaltlinie A-B-C-D ein Heraufschalten in wenigstens die nächst höhere Gangstufe erforderlich ist und daß für Betriebsbedingungen auf oder zu der linken der Herunterschaltlinie X-Y-Z ein Herunterschalten in wenigstens die nächst niedrigere Gangstufe erforderlich ist. Es versteht sich, selbstverständlich, daß ein einzelnes Schaltpunktprofil für alle Gangstufen eines Getriebes verwendet werden oder ein gesondertes Schaltprofil für jede gegenwärtig eingelegte Schaltstufe erzeugt werden kann. Im allgemeinen ist die Zweckmäßigkeit von gesonderten Schaltprofilen fur jede gegenwärtig eingelegte Gangstufe um so größer, je größer der Unterschied der Ubersetzungsverhältnisstufen zwischen den Gangstufen ist.
  • Andere erfaßte oder berechnete überwachte Geschwindigkeiten, wie beispielsweise die Eingangswellendrehzahl, die Ausgangswellendrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit oder ähnliches können die Motorgeschwindigkeit in den Schaltpunktprofilen ersetzen, die in Fig. 2 dargestellt sind. Außerdem sind die Herauf schalt- und Herunterschaltprofillinien vorzugsweise nicht statisch, sondern dynamisch. Sich dynamisch verschiebende Schaltpunktprofillinien sind bekannt und in detaillierterer Form in der oben genannten US-Patentschrift Nr. 4.361.060 diskutiert. Typischerweise sind die Schaltpunktlinien von der aktuellen und/oder gespeicherten Information gesteuert verschoben, wie es die Richtung des letzten Schaltvorgangs, die Fahrzeugbeschleunigung, die Motorbeschleunigung, die Geschwindigkeit der Lageänderung des Gaspedals, der Betrieb der Fahrzeugbremsen oder ähnliches sind.
  • Wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 4.361.060 diskutiert ist, ist es bekannt, dem Fahrer die Mittel bereitzustellen, mit denen der Betriebsmodus für erhöhte Leistung ausgewählt wird. Typischerweise ist das dem Fahrer gegebene Mittel ein Schalter, der von einer von dem Fahrer verursachten Bewegung des Gaspedals über eine Vollgassteliung hinaus geschlossen wird, die typischerweise als "kick-down" oder voll durchgetretene Position des Gaspedals bezeichnet wird. Bei Vollgas- oder "kick-down"-Bedingungen sind sowohl die Herunterschaltfreigabe- (DE) als auch die Heraufschaltgrenz-(UL) Drehzahlen erhöht. Diese Maßnahme erlaubt zusätzliche Steuerung über die Gangauswahl, was insbesondere an Steigungen vorteilhaft ist. Bei den normalen Heraufschaltgrenzeinstellungen ergibt ein Heraufschalten eine niedrigere Leistungsverfügbarkeit des Motors in Pferdestärken bei einer niedrigeren Motordrehzahl. Somit würde beispielsweise an Steigungen es bei einem Heraufschalten möglich sein, daß sich eine unzureichende Leistung ergibt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Dieses Problem ist durch den Umstand verschärft, daß bei diesen Bedingungen die Fahrzeuggeschwindigkeit während des Schaltens signifikant abfallen kann.
  • Durch Erhöhen der Heraufschaltgrenze (UL) kann dieses Problem überwunden werden. Typischerweise kann bei einem drehzahlbegrenzten Dieselmotor die Einstellung der Heraufschaltgrenze in einen Bereich verschoben werden, in dem der Motorregler eingreift, so daß nach dem Heraufschalten immer eine erhöhte Leistung oder ein erhöhtes Drehmoment verfügbar ist. Normalerweise beinhaltet dies die Berücksichtigung der Fahrzeugverlangsamung während des Schaltens.
  • Die Erhöhung der Einstellung der Herunterschaltfreigabe (DE) erlaubt es dem Fahrer, ein frühes Herunterschalten zu erzwingen. Das ist vorteilhaft, wenn der Fahrer eine Steigung erwartet, bei der das Herunterschalten erforderlich ist. Das frühe Herunterschalten ergibt eine minimale Reduktion der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Vollgasposition kann außerdem benutzt werden, um eine erhöhte Beschleunigung in bestimmten Situationen zu erbringen, wie beim Überholen anderer Fahrzeuge.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Vorteile der Ausnutzung der Schaltprofile für hohe Leistung, d.h. von denen des "kick-down"-Typs auch erhalten werden, wenn das Fahrzeug in der von dem Fahrer ausgewählten Geschwindigkeitsregelbetriebsart ist, ohne daß der Fahrer das Gaspedal des Fahrzeugs bedienen muß. Dies wird erreicht, indem ein Wert und eine Zeitableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit oder eines die Motordrehzahl kennzeichnenden Parameters, vorzugsweise die erste Zeitableitung erfaßt werden und indem die erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit mit der eingestellten geregelten Reisegeschwindigkeit verglichen wird, um einen Geschwindigkeitsfehler (SE) zu bestimmen, der mit einem Geschwindigkeitsfehlerreferenzwert (REF-SE) verglichen wird, und indem die Zeitableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit mit wenigstens einem Referenzwert (REF-1) verglichen wird, der einen negativen Wert aufweist. Typischerweise ist das Ausgangswellendrehzahlsignal (OS) das Signal, das als ein die Fahrzeuggeschwindigkeit kennzeichnendes Signal verwendet wird.
  • Wenn der Geschwindigkeitsfehler (SE) den Geschwindigkeitsfehlerreferenzwert (REF-SE) überschreitet und die Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit über der Zeit (dOS/dt) geringer ist als der vorbestimmte Referenzwert (REF-1), während der Motor im wesentlichen vollen Kraftstoff erhält, ist das ein Anzeichen, daß das Fahrzeug einem hohen Widerstand für die Vorwärtsbewegung unterliegt und daß es zweckmäßig ware, die "kick-down"-Schaltprofile für hohe Leistung zu nutzen.
  • Zusätzlich kann die Zeitableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit (d.h. der Ausgangswellendrehzahl) mit einem zweiten Referenzwert (REF-2) verglichen werden, der einen positiven Wert hat, und, wenn die Zeitableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit den zweiten Referenzwert überschreitet, kann der Abbruch (d.h. das Rückstelken) der vorausgehenden Auswahl der "kick-down"-Schaltprofile angezeigt sein.
  • Für das Verständnis ist wichtig, daß die Schaltpunktprofile sowohl von der Gaspedalposition als auch von der Motordrehzahl abhängig sind. Anders als die Auswahl einer Rückwärts-, Leerlauf- oder Vorwärtsbetriebsart des Fahrzeugs durch die Betätigung der Auswahleinrichtung, ist die von dem Fahrer eingegebene ausschließliche Eingabe an das Getriebesystem seine Betätigung des Gaspedals oder anderer möglicher Kraftstoffsteuereinrichtungen. Entsprechend wird durch Einstellen der Schaltprofile und Modifizieren derselben, teilweise gesteuert von der Gaspedalstellung, den Wünschen des Fahrers Rechnung getragen, indem eine zentrale Prozessoreinheit 42 die optimale Gangstufe auswählt, bei der das Getriebe 12 zu arbeiten hat. Bei Auswahl der Betriebsart mit gesteuerter Reisegeschwindigkeit ist diese Eingabe an die zentrale Prozessoreinheit, insbesondere was das Erfordernis erhöhter Leistung durch Benutzung der "kick-down"-Schaltprofile anbetrifft, normalerweise nicht verfügbar.
  • Bei einem Geschwindigkeitswechselgetriebe ist das Verhältnis der Motordrehzahlen zwischen jeweils zwei Gängen durch die Verhältnisstufen oder Unterteilungen (Verhältnis und Übersetzungsverhältnisse) festgelegt. Bei, wie vorstehend beschrieben, angeordneten Schaltprofilen führt jedes Heraufschalten zu einem Arbeitspunkt, der auf oder nahe bei den Herunterschaltlinien der nachst höheren Gangstufe liegt und umgekehrt. Schnelles Hin- und Herschalten zwischen den Gängen wäre unvermeidbar. Ein zusätzlich geringes Entfernen der der Heraufschalt- und der Herunterschaltprofile voneinander ist zweckmäßig und akzeptabel; jedoch kann eine ausreichende Beabstandung zum gänzlichen Vermeiden des Hin- und Herschaltens eine unzweckmäßige Verminderung der Kraftstoffökonomie zur Folge haben. Wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 4.361.060 beschrieben ist, verschiebt die Steuereinheit zur Uberwindung dieses Problems die Schaltprofile als Folge eines Schaltvorganges. Nach einem Heraufschalten wird das Herunterschaltprofil zu niedrigeren Motordrehzahlen hin verschoben; und nach einem Herunterschalten werden die Heraufschaltprofile zu höheren Motordrehzahlen hin für eine vorbestimmte Zeitdauer und/ oder bis ein vorbestimmtes Ereignis eintritt, verschoben.
  • Vorzugsweise ist die Motordrehzahl eine berechnete, anstelle einer gegenwartigen Motordrehzahl, wobei sie der Motordrehzahl bei geschlossenen Antriebsstrangbedingungen entspricht, die durch Multiplikation der Ausgangswellendrehzahl mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis bestimmt wird. Die Verwendung einer berechneten anstelle der wirklichen Motordrehzahl wird bevorzugt weil die wirkliche Motordrehzahl während der Schaltübergangsvorgänge und ähnlichem sich verändert.
  • Es sei angemerkt, daß, während in der bevorzugten Ausführungsform die Werte der Ausgangswellendrehzahl und der ersten Zeitableitung der Ausgangswellendrehzahl mit den Referenzwerten verglichen worden sind, um zu bestimmen, ob der Betrieb mit den "kick-down"-Schaltprofilen für hohe Leistung angezeigt ist, wobei ein geschlossener oder im wesentlichen geschlossener Antriebsstrang angenommen ist, selbstverständlich die Werte der Getriebeeingangswellendrehzahl und/oder der Vorgelegewellendrehzahlen für die Fahrzeuggeschwindigkeit kennzeichnend sind oder die Berechnung derselben erlauben.
  • Eine symbolische Darstellung der vorliegenden Erfindung in Form eines Flußbildes kann Fig. 4 entnommen werden. Beginnend bei Punkt S bestimmt das Unterprogramm 100 für die Schaltlogik des AMTs bei Geschwindigkeitsregelbetrieb gemäß der vorliegenden Erfindung bei 102, ob die Geschwindigkeitsregelbetriebsart ausgewählt worden ist, bei 104 ob die an den Motor gelieferte Kraftstoffmenge größer oder gleich einer Kraftstoffreferenzmenge ist, wobei die Referenzmenge vorzugsweise bei oder ungefähr bei 100% des vollen Kraftstoffwertes liegt, und bei 106, ob der Geschwindigkeitsfehler (SE) den Referenzwert (REF-SE) uberschreitet. Wenn eine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, wird bei 107 die vorausgegangene Auswahl der Schaltprofile für erhöhte Leistung gelöscht und das Unterprogramm wird verlassen. Bei 108 wird die erste Zeitableitung der Ausgangswellendrehzahl oder ein diese kennzeichnender Wert erfaßt und/oder berechnet und mit einem Referenzwert (REF-1) verglichen, wobei REF-1 ein negativer Wert ist, der einer Fahrzeugverlangsamungsrate entspricht, die bei hoher Last oder an einer Steigungsbedingung erwartet wird. Wenn die Zeitableitung der Ausgangswellendrehzahl nicht geringer als der Referenzwert REF-1 ist, wird bei 110 bestimmt, ob die einen zweiten positiven Referenzwert (REF-2) überschreitende Fahrzeugbeschleunigung ein Löschen der vorangegangenen Auswahlen von Schaltprofilen für erhöhte Leistung vor dem Verlassen des Unterprogramms erfordert. Wenn der erste Zeitableitungswert kleiner als der erste Referenzwert ist, der größer als ein Vergleichswert für die Geschwindigkeitsabnahme des Fahrzeugs ist, führt das Unterprogramm bei 112 die Bestimmung des optimal eingelegten Ganges und der Schaltentscheidungen durch, die auf der Basis der Schaltprofile für erhöhte Leistung (d.h. "kick-down") zu treffen sind. Das Unterprogramm wird dann verlassen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in einem gewissen Grad speziell erläutert worden ist, versteht es sich, daß verschiedene Abwandlungen möglich sind, ohne die Lehre und den Umfang der nachstehend beanspruchten Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

1. Automatisches, mechanisches Getriebesystem für Kraftfahrzeuge mit einem kraftstoffgesteuerten Motor (14) mit Drosselungssteuermitteln (26) zum Steuern der an den Motor gelieferten Kraftstoffmenge und mit einem vielgängigen mechanischen Getriebe (12) , das eine Vielzahl von wahlweise zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle (20) einschaltbaren Übersetzungsverhältnissen aufweist, wobei der Motor über ein Kupplungselement (16) mit der Getriebeeingangswelle antriebsmäßig verbunden ist, das Getriebesystem eine informationsverarbeitende Einheit (42) mit Mitteln zum Aufnehmen einer Vielzahl von Eingangssignalen einschließt die wenigstens ein die Fahrzeuggeschwindigkeit kennzeichnendes Eingangssignal (OS) umfassen, die Verarbeitungseinheit Mittel zum Verarbeiten der Eingangssignale gemäß vorbestimmter logischer Regeln aufweist, um für eine gegebene Kombination von Eingangssignalen ein wählbares Übersetzungsverhältnis auszuwählen und um Ausgangssteuersignale zu erzeugen, das Getriebesystem entsprechend der vorbestimmten logischen Regeln arbeitet, die vorbestimmten logischen Regeln eine Standardarbetriebsart, bei der Schaltentscheidungen auf einen Satz von Standardschaltprofilen basieren, sowie eine Betriebsart für erhöhte Leistung aufweisen, bei der Schaltentscheidungen auf einem Satz von Schaltprofilen für erhöhte Leistung basieren, und wobei das Getriebesystem dem Getriebesystem zugeordnete Mittel, um das Betätigen des Getriebes zu bewirken, sowie Kraftstoffdrosselungsmittel und Kupplungsmittel aufweist, um in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Verarbeitungseinheit der Ubersetzungsverhältniskombinationen einzuschalten: wobei die vorbestimmten logischen Regeln eine durch den Fahrer auswählbaren (44A) Steuerungsmodus für die Marschbetriebart umfassen, bei der die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch bei einem ausgewählten Wert gehalten wird, die die automatische Auswahl der an den Motor gelieferten Kraftstoffmenge und der eingelegten Getriebeübersetzung sowie das Vergleichen der Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem vorbestimmten Wert beinhaltet, um ein Fahrzeugsgeschwindigkeitsfehler (SE) zu berechnen, und die das Vergleichen des Geschwindigkeitsfehlers mit einem Geschwlndigkeitsfehlerreferenzwert (REF-SE) sowie das Vergleichen der an den Motor gelieferten Kraftstoffmenge (THL) mit einem Kraftstoffreferenzwert umfaßt; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist:
daß die logischen Regeln ein Unterprogramm zum Bestimmen der Zeitableitung des die Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigenden Geschwindigkeitssignales und zum Vergleichen dieser mit einem ersten Referenzwert bilden, der einen negativen Wert hat, und daß, wenn (i) der Steuerungsmodus für die Marschbetriebart ausgewählt ist, wenn (ii) die Zeitableitung kleiner als der erste Referenzwert ist, wenn (iii) der Geschwindigkeitsfehler (SE) dem Geschwindigkeitsfehlerreferenzwert (REF-SE) überschreitet und wenn (iv) die Kraftstoffmenge größer als der Kraftstoffreferenzwert ist, die vorbestimmten logischen Regeln veranlaßt sind, die Schaltentscheidungen auf einen Satz von Schaltprofilen für erhöhte Leistung zu gründen.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Schaltprofile für erhöhte Leistung Herunterschaltvorgänge bei einer höheren Motordrehzahl fordern als es bei den Standardschaltprofilen der Fall ist.
3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zeitableitung die erste Zeitableitung der laufend aufgenommenen Ausgangswellendrehzahl (OS) ist.
4. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem das Getriebesystem einen Sensor für ein durchgetretenes Gaspedal zum Feststellen der Auswahl der Kickdownbetriebsart durch den Fahrer einschließt und bei dem die Schaltprofile für erhöhte Leistung die Profile sind, die in der Kickdownbetriebsart benutzt werden.
5. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem der Kraftstoffreferenzwert der im wesentlichen maximalen Kraftstoffbelieferung des Motors entspricht.
6. Steuersystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem die Zeitableitung mit einem zweiten Referenzwert (RIF-2) verglichen wird, der einen positiven Wert hat, und bei dem falls die Zeitableitung den zweiten Referenzwert überschreitet, die logischen Regeln vorsehen, daß die Schaltentscheidungen nicht auf den Schaltprofilen für erhöhte Leistung basieren.
7. Verfahren zum Steuern eines automatischen, mechanischen Getriebesystems für Kraftfahrzeuge mit einem kraftstoffgesteuerten Motor (14) , mit einem Drosselungssteuermittel (26) zum Steuern der an den Motor gelieferten Kraftstoffmenge und mit einem vielgängigen mechanischen Getriebe (12) , das eine Vielzahl von zwischen eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle (20) einschaltbaren Übersetzungsverhältnissen aufweist, wobei der Motor mit der Getriebeeingangswelle durch ein Kupplungselement (16) antriebsmäßig verbunden ist, wobei das Getriebesystem eine informationsverarbeitende Einheit (42) mit Mitteln zum Aufnehmen einer Vielzahl von Eingangssignalen aufweist, die wenigstens ein die Geschwindigkeit kennzeichnendes Eingangssignal (ES) einschließen, die Verarbeitungseinheit Mittel zum Verarbeiten der Eingangssignale entsprechend vorbestimmten logischen Regeln aufweist, um ein zweckmäßiges Übersetzungsverhältnis für eine gegebene Kombination von Eingangssignalen auszuwählen und um Ausgangssteuersignale zu erzeugen, das Getriebesystem den vorbestimmten logischen Regeln entsprechend betrieben wird, die vorbestimmten logischen Regeln eine Standardbetriebsart, bei der Schaltentscheidungen auf einen Satz von Standardschaltprofilen gegründet sind, und eine Betriebsart für erhöhte Leistung einschließen, bei der Schaltentscheidungen auf einem Satz von Schaltprofilen für erhöhte Leistung beruhen, und wobei das Getriebesystem dem Getriebesystem zugeordnete Mittel zum Betätigen des Getriebes, der Drosselungsmittel und der Kupplungsmittel aufweist, um ein von den Ausgangssignalen der Verarbeitungseinheit gesteuertes Einschalten eines der Übersetzungsverhältnisse zu bewirken:
wobei die vorbestimmten logischen Regeln einen durch den Fahrer auswahlbare (44A) Steuermodus für die Marschbetriebsart umfassen, bei der die Geschwindigkeit des Fahrzeuges automatisch bei einem ausgewählten Wert gehalten wird, die die automatische Auswahl der Kraftstofflieferung zu dem Motor und der ausgewählten Getriebegänge sowie das Vergleichen der Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem vorbestimmten Wert zum Berechnen eines Fahrzeuggeschwindigkeitsfehlers (SE) das Vergleichen des Geschwindigkeitsfehlers mit einem Geschwindigkeitsfehlerreferenzwert (REF-SE) und das Vergleichen der an dem Motor gelieferten Kraftstoffmenge (THL) mit einem Kraftstoffreferenzwert einschließt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist:
daß eine Zeitableitung des die Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigenden Signales bestimmt und diese mit einem ersten Referenzwert, der einen negativen Wert hat, verglichen wird und daß, wenn (i) der Steuermodus für die Marschbetriebsart ausgewählt ist, (ii) die Zeitableitung kleiner als der erste Referenzwert ist, (iii) der Geschwindigkeitsfehler (SE) den Geschwindigkeitsfehlervergleichswert (REF-SE) überschreitet und (iv) die Kraftstoffmenge größer als der Kraftstoffreferenzwert ist, die vorbestimmten logischen Regeln veranlaßt werden, die Schaltentscheidungen auf einen Satz von Schaltprofilen für erhöhte Leistung zu gründen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Schaltprofile für erhöhte Leistung Herunterschaltvorgänge bei einer höheren Motordrehzahl fordern als es bei Standardschaltprofilen der Fall ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Zeitableitung die erste Zeitableitung der laufend festgestellten Motordrehzahl ist.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, bei dem das Getriebesystem einen Sensor für ein durchgetretenes Gaspedal zum Feststellen der Auswahl der Kickdownbetriebsart durch den Fahrer einschließt und bei dem die Schaltprofile für erhöhte Leistung, die in der Kickdownbetriebsart verwendeten Schaltprofile sind.
11. Steuerverfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, bei dem der Kraftstoffvergleichswert der im wesentlichen maxiamlen Kraftstoffbelieferung des Motors entspricht.
12. Steuerverfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, das zusätzlich das Vergleichen der Zeitableitung mit einem zweiten, einem positiven Wert habenden Referenzwert (REF-2) umfaßt und das, wenn die Zeitableitung den zweiten Referenzwert überschreitetet, die Schaltentscheidung nicht auf den Schaltprofilen für erhöhte Leistung basieren läßt.
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EP1213510A1 (de) 2000-12-05 2002-06-12 Ford Global Technologies, Inc. Steuereinrichtung für den Verbrennungsmotor und das automatische Getriebe eines Kraftfahrzeugs

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