DE69104433T2

DE69104433T2 - Fahrzeuggetriebe.

Info

Publication number: DE69104433T2
Application number: DE69104433T
Authority: DE
Inventors: Lars-Gunnar Hedstroem; Bjoern Westman
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2011-02-09
Also published as: SE9000467D0; DE69104433D1; EP0468033B1; WO1991012443A1; SE9000467L; EP0468033A1; US5186291A; SE467169B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Patentanspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Regulieren eines Antriebsstrangs gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Patentanspruchs 8.

Stand der Technik

Antriebsstränge zur Verwendung in Fahrzeugen umfassen im allgemeinen ein Getriebe des einen oder des anderen Typs, um das Fahren unter sich verändernden Bedingungen zu ermöglichen. Ein Typ besteht aus hydraulischen Getrieben, einschließlich eines hydraulischen Drehmomentwandlers, der in Serie mit einem Getriebe verbunden ist, das eine Vielzahl Planetenräder aufweist. Die Vorteile dieses Typs sind, daß die Regulierung automatisch ausgeführt wird, der Gangwechsel ohne Unterbrechung der Antriebskraft stattfinden kann, und daß der Fahrer keine Kupplung zu betätigen hat. Außerdem kann der Fahrer beim Anfahren das gewünschte Antriebsmoment einfach nur durch Verstellen des Fahrpedals regulieren, und außerdem wird ein hohes Anfahrdrehmoment erzielt. Die Nachteile sind, daß diese Getriebe relativ verwickelt aufgebaut und daher auch teuer sind. Ferner sind sie mit relativ hohen Energieverlusten behaftet.
Ein anderer Getriebe-Typ besteht aus einem mechanischen Stufengetriebe. In diesem sind auf parallelen Wellen eine Vielzahl von Zahnradpaaren angeordnet, die mittels wahlweiser Einrückung verschiedene Gänge liefern. Beim Gangwechsel hat der Fahrer üblicherweise eine Kupplung manuell zu betätigen, um eine Unterbrechung der Antriebskraft vom Fahrzeugmotor zu erzeugen. Dieser Getriebe-Typ hat relativ kleine Reibungsverluste und ist beträchtlich billiger herzustellen als ein hydraulisches Getriebe des vorstehend beschriebenen Typs.
Zusätzlich zu diesen beiden Getriebe-Haupttypen bestehen Varianten von ihnen. Es ist bekannt, zum Zwecke der Verbesserung des Anfahrdrehmomentes insbesondere bei Schwerfahrzeugen im Falle von Stufengetrieben zwischen einem Fahrmotor und einer Kupplung einen hydraulischen Drehmomentwandler anzuordnen. Eine solche Konstruktion bedeutet, daß bei zugeschaltetein Drehmomentwandler die Kupplung ebenfalls hohen Drehmomenten ausgesetzt ist. Üblicherweise ist die Kupplung für diese hohen Drehmomente nicht ausgelegt, mit der Folge, daß sie bei zugeschaltetem Drehmomentwandler nicht betätigt werden sollte. Daraus ergibt sich, daß ein solcher Antriebsstrang einen besonderen Fahrmodus und den Umstand erfordert, daß der Fahrer hierfür ausgebildet wird, weil sonst die Gefahr einer Überlastung der Kupplungsplatte besteht.
Eine anderer alternativer Antriebsstrang ist in der Britischen Patentschrift GB-A-2,193,766 beschrieben. In diesem Fall ist ein hydraulischer Drehmomentwandler mit einem Stufengetriebe verbunden. Der Drehmomentwandler ist mit einem Fahrmotor über zwei getrennte Kupplungsplatten verbunden. Beim Betätigen der einen Kupplungsplatte wird die gesamte Antriebskraft vom Fahrmotor über den Drehmomentwandler auf das Stufengetriebe übertragen. Beim Betätigen der anderen Kupplungsplatte wird die gesamte Antriebskraft vom Fahrmotor über einen Freilauf direkt zum Stufengetriebe geleitet. Dieser Antriebsstrang arbeitet so, daß beim Anlassen und bei stehendem Fahrzeug beide Kupplungsplatten ausgerückt sind, um eine Antriebskraftunterbrechung zu erzeugen und ein Betätigen des Stufengetriebes zu ermöglichen, so daß ein Anfahrgang eingelegt werden kann. Danach wird die eine Kupplungsplatte betätigt, wodurch der Drehmomentwandler zugeschaltet wird und die Antriebskraft vom Motor auf die Abtriebswelle des Getriebes übertragen wird. Sobald das Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, wird die erste Kupplungsplatte ausgerückt und statt ihr die zweite Kupplungsplatte eingerückt, wodurch die Antriebskraft vom Motor auf die Antriebswelle des Getriebes direkt übertragen wird. Nach weiterer Zunahme der Geschwindigkeit kann das Stufengetriebe nach einer bestimmten Zeit geschaltet werden, und zwar mit Hilfe verschiedener Kupplungen im Getriebe. Wenn das Fahrzeug zuin Stillstand gekommen ist, ist es notwendig, die Antriebskraftverbindung zu unterbrechen, was durch Ausrücken der betreffenden Kupplungsplatte durchgeführt wird. Um einen Gangwechsel während des Fahrens zu erinöglichen, ist eine Regelung der Motordrehzahl in zweckdienlicher Weise erforderlich, um eine Synchronisation zu erzeugen oder zumindest zu vereinfachen, bevor ein neuer Gang eingelegt werden kann
In der Amerikanischen Patentschrift US-A-3,834,499 ist ein mechanisches Getriebe dargestellt, das über eine herkömmliche Kupplung mit einem Fahrmotor verbunden ist. Das Getriebe umfaßt eine elektronische Synchronisieranordnung, die u.a. die Motordrehzahl vor einem Gangwechsel reguliert. Zur Beschleunigung der Synchronisierung umfaßt diese Anordnung auch eine Bremse, die eine rasche Herabsetzung der Drehzahl der Getriebeantriebswelle ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen neuen Antriebsstrang-Typ zu schaffen, der hauptsächlich zur Verwendung in Schwerfahrzeugen, z.B. Lastkraftwagen bestimmt ist, der die Vorteile bekannter Typen in sich vereinigt, aber nicht mit deren Nachteilen behaftet ist. Präziser ausgedrückt besteht die Aufgabe darin, einen automatischen Antriebsstrang zu schaffen, der beim Anfahren und Gangwechseln keine Betätigung einer Kupplung durch den Fahrer erfordert, der ein hohes und einfach zu regelndes Drehmoment zumindest beim Anfahren erzeugen kann und die Wahl einer Vielzahl von Gängen so ermöglicht, daß der Motor bei einer optimalen Motordrehzahl betreibbar ist. Ferner besteht die Aufgabe darin, die Reibungsverluste über den Antriebsstrang zu vermindern und den Antriebsstrang auf einfache Weise und bei relativ niedrigen Kosten auszulegen.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Diese Ziele werden aufgrund des Umstandes erreicht, daß der erfindungsgemäße Antriebsstrang in Übereinstimmung mit dem im kennzeichnenden Teil des beigefügten Patentanspruchs 1 Angegebenen ausgelegt ist. Durch die Anordnung einer Bremse, welche die Getriebeantriebswelle sicher blockieren kann, ist es erfindungsgemäß möglich, die Gangeinrückung beim Anfahren auszuführen, sogar dann, wenn der Fahrmotor des Fahrzeugs läuft, ohne die Notwendigkeit der Verwendung einer herkömmlichen Reibungskupplung für die Unterbrechung der Antriebskraft. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist daher keine mechanische Kupplung erforderlich, um die Antriebskraft zwischen den Wellen beim Gangwechsel zu unterbrechen. Auf diese Weise ist es möglich geworden, die Schaltung eines mechanischen Getriebes auf einfache Weise zu automatisieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es durch Anordnen eines Planetengetriebes vor dem Drehmomentwandler möglich, das Antriebsmoment so aufzuteilen, daß nur ein Teil des gesamten Antriebsmomentes über den Drehmomentwandler übertragen wird. Dies bedeutet eine relativ kleine Belastung des Drehmomentwandlers. Dies wiederum bedeutet die Möglichkeit, das Fahrzeug nach dem Anfahren auf eine relativ hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, bevor das Stufengetriebe geschaltet werden muß. Aus Gründen der Kraftstoffersparnis sind moderne Dieselmotoren für Schwerfahrzeuge für den Betrieb bei relativ niedrigen Motordrehzahlen und ferner so ausgelegt, daß sie optimal innerhalb eines schmalen Drehzahlbereiches betreibbar sind. Das vorteilhafterweise ausgelegte Planetengetriebe bedeutet, daß die Drehzahl vor dem Drehmomentwandler hochgeschaltet wird, wodurch die Vorbedingungen für einen optimalen Betrieb des Drehmomentwandlers trotz niedriger Motordrehzahl verbessert werden. Ein Verfahren zum Regulieren eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges ist im kennzeichnenden Teil des beigefügten Patentanspruchs 8 angegeben. Weitere die Erfindung kennzeichnende Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beschreibung der Zeichnungen

In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Antriebsstranges gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Flußdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einlegen eines Anfahrganges, und
Fig. 4 ein Flußdiagramm für ein Verfahren zum Hochschalten auf höhere Gänge,
Fig. 5 einen hydraulischen Kupplungskreis zum Regulieren einer im Antriebsstrang enthaltenen Bremse.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die beigefügte Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 in Form eines Lastkraftwagens. Die Erfindung ist jedoch auf alle Fahrzeugtypen, sowohl auf schwere Fahrzeuge wie Lastkraftwagen und Omnibusse als auch auf leichtere Fahrzeuge, z.B. Personenkraftwagen anwendbar. Das Fahrzeug 1 umfaßt einen Fahrmotor 2, zweckmäßigerweise eine Verbrennungskraftmaschine, die Antriebskraft auf die Antriebsräder 9 des Fahrzeuges über einen Antriebsstrang 3 überträgt. Der Antriebsstrang 3 umfaßt die nachstehenden Haupteinheiten, in der Reihenfolge beginnend beim Motor: ein Planetengetriebe 4, einen hydraulischen Drehmomentwandler 5, ein Stufengetriebe 6, einen hydraulischen Retarder 7 und ein Kegelradgetriebe 8, das als letztes Glied die Antriebskraft auf die Antriebsräder 9 überträgt. Diese Einheiten sind miteinander in herkömmlicher Weise über eine Vielzahl Wellen und in einer Weise verbunden, die aus der nachstehenden Beschreibung deutlicher hervorgeht.
Die beigefügte Fig. 2 zeigt eine detailliertere, dennoch schematische Darstellung jener Teile des Antriebsstranges gemäß Fig. 1, die für die vorliegende Erfindung wesentlich sind. Gemäß Fig. 2 hat der Motor 2 eine Abtriebswelle 10, die mit seiner (nicht dargestellten) Kurbelwelle und Schwungrad über einen nachgiebigen Mitnehmer verbunden ist. Dieser Mitnehmer ist ein elastisches Übertragungsorgan zum Ausgleichen der pulsierenden Schwingungen der Kurbelwelle, hervorgerufen durch die verschiedenen Zündzeitpunkte der verschiedenen Motorzylinder. Der Mitnehmer sichert eine gleichmäßige Drehung der Abtriebswelle 10 ohne Pulsieren, das sonst in nachgeschalteten Zahnrad-Übertragungsgliedern Geräusch verursachen würde. Weil nachgiebige Mitnehmer in Verbindung mit Fahrzeug- Antriebssträngen an sich bekannt sind, enthält die Beschreibung keine Einzelheiten ihrer Konstruktion. Das Planetengetriebe 4 umfaßt eine Antriebswelle 11, die an einem Ende mit der Abtriebswelle 10 des Motors 2 und am anderen Ende mit einem Planetenradträger 12 verbunden ist. Das Planetengetriebe 4 umfaßt ferner ein Hohlrad 13, das mit einer ersten Abtriebswelle 14 des Planetengetriebes 4 verbunden ist, und ein Sonnenrad 15, das mit einer zweiten Abtriebswelle 16 des Planetengetriebes 4 verbunden ist. Die zweite Abtriebswelle 16 des Planetengetriebes 4 ist vorteilhafterweise als rohrförmige Welle ausgebildet, die um die erste Abtriebswelle 14 des Planetengetriebes 4 angeordnet ist. Das Planetengetriebe 4 ist für die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht an sich notwendig, sollte aber in einer vorteilhaften Ausführungsform vorhanden sein, weil es, wie sich aus der nachstehenden Beschreibung ergibt, große Vorteile bietet.
Der hydraulische Drehmomentwandler 5 umfaßt ein Leitrad 17, das mit einer nachfolgend als Pumpenwelle 18 bezeichneten Antriebswelle 18 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 5 umfaßt auch ein Turbinenrad 19, das über ein Freilaufrad 20 mit einer nachfolgend als Turbinenwelle 21 bezeichneten Abtriebswelle 21 verbunden ist. In diesem Falle ist das Freilaufrad 20 in der Weise angeordnet, daß nur Antriebskraft in der normalen Drehrichtung des Motors 2 vom Turbinenrad 19 auf die Turbinenwelle 21 übertragen werden kann. Ferner umfaßt der Drehmomentwandler 5 einen mit dem Gehäuse 23 des Drehmomentwandlers 5 in herkömmlicher Weise verbundenen Stator 22. Zwischen dem Planetengetriebe 4 und dem Drehmomentwandler 5 ist eine Bremse 24 angeordnet, die mit der zweiten Abtriebswelle 16 des Planetengetriebes 4 verbunden ist und somit auch als mit der Pumpenwelle 18 des Drehmomentwandlers 5 fest verbunden betrachtet werden kann. Die Bremse 24 wird in der einem großen Gang entsprechenden Stellung des Planetengetriebes 4 benutzt, in der die Bremse 24 betätigt wird und das Sonnenrad 15 des Planetengetriebes 4 festhält. Somit wird das gesamte Drehmoment von der Antriebswelle 11 des Planetengetriebes 4 mechanisch auf seine erste Abtriebswelle 14 übertragen. Andererseits wird in der einem kleinen Gang entsprechenden Stellung des Planetengetriebes 4 die Bremse 24 nicht betätigt; dabei wird das Drehmoment im Planetengetriebe 4 (das dann als Differentialgetriebe wirkt) in einen auf die erste Abtriebswelle 14 übertragenen Anteil und einen auf die zweite Abtriebswelle 16 übertragenen Anteil aufgeteilt. Im letzteren Fall wird ein Teil des Drehmomentes auf die Pumpenwelle 18 des Drehmomentwandlers 5, dann über den Drehmomentwandler 5 und weiter über das Freilaufrad 20 auf die Turbinenwelle 21 übertragen. Auf diese Weise wird ein Teil des Drehmomentes vom Motor 2 somit mechanisch auf die Turbinenwelle 21 und der andere Teil des Drehmomentes hydraulisch auf die Turbinenwelle 21 übertragen.
Das Stufengetriebe 6 umfaßt eine Antriebswelle 25, eine Hauptwelle 26 und eine Vorgelegewelle 27. Die Wellen 25, 26 und 27 sind parallel zueinander und tragen verschiedene, miteinander zusammenwirkende Zahnradpaare 28 zur Bildung verschiedener Übersetzungsverhältnisse. Ein auf einer Rücklaufwelle angeordnetes Rückwärtsgangrad ermöglicht auf herkömmliche Weise das Umschalten der Drehrichtung der Hauptwelle 26 und auf ähnliche Weise der Abtriebswelle des Getriebes 6. Das dargestellte Getriebe 6 umfaßt sechs Zahnradpaare 28, von denen ein Paar mit dem Rückwärtsgangrad zusammenwirkt. Das Getriebe 6 hat daher fünf Schaltstellungen für Vorwärtsfahrt und eine Schaltstellung für Rückwärtsfahrt. Das Getriebe 6 umfaßt eine Vielzahl Kupplungen 31, mit denen die entsprechenden Zahnradpaare 28 zur Herstellung der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse wahlweise in Eingriff gebracht werden können. Die Kupplungen 31 umfassen Kupplungshälften, die sich fest miteinander verbinden lassen. Die Kupplungen 31 werden von einer Steuereinheit 32 über Servoglieder 33 automatisch betätigt. Das Getriebe 6 ist daher ein Vorgelegewellen-Getriebe, das von der Steuereinheit 32 automatisch gesteuert wird. Die Servoglieder 33 können vorteilhafterweise hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheiten umfassen, die auf Schaltgabeln im Getriebe 6 wirken. Wie sich aus der Beschreibung ergibt, bedeutet dies, daß das Getriebe 6 ein sogenanntes unsynchronisiertes Getriebe sein kann, was hier bedeutet, daß die jeweiligen Kupplungen 31 ohne eigene Synchronisierorgane sind.
Für die gezeigte Anordnung, die eine vorteilhafte Ausführungsform darstellt, ist der Umstand charakteristisch, daß die Antriebswelle 25 des Getriebes mit der Turbinenwelle 21 fest verbunden ist und daß der Antriebsstrang 3 keine mechanische Kupplung für eine Unterbrechung der Antriebskraft zwischen dem Motor 2 und dem Getriebe 6 während eines Gangwechsels im Getriebe 6 und beim Einrücken des Anfahrganges aufweist. Jedoch kann die Anordnung bei einer alternativen Ausführungsform auch eine herkömmliche Kupplung, z.B. in Form einer Reibungskupplung zwischen der Antriebswelle 25 des Getriebes und der Turbinenwelle 21 aufweisen.
Bei alternativen Ausführungsformen kann das Stufengetriebe eine Vielzahl Vorgelegewellen umfassen. Das Stufengetriebe kann auch auf völlig verschiedenen Getriebe-Typen basieren, bei denen die verschiedenen Gänge mittels formbeständiger Kupplungselemente wahlweise eingerückt werden können.
Zwischen dem Getriebe 6 und dem Drehmomentwandler 5 ist eine Bremse 34 angeordnet. Diese ist als Scheibenbremse ausgelegt mit einer Vielzahl auf der Antriebswelle 25 des Getriebes 6 angeordneter und mit ihr fest verbundener Scheiben und einer Vielzahl drehfester Scheiben. Ein elektrisch betätigbares Servoglied 37 ist so ausgelegt, daß es bei Betätigung der Bremse 34 Hydrauliköl zuleitet, um dadurch einen Bremsdruck zu erzeugen. Das Servoglied 37 ist zu seiner Steuerung entsprechend dem nachstehend näher Beschriebenen mit der elektrischen Steuereinheit 32 elektrisch verbunden.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bremse 34 statt dessen an einer Vorgelegewelle angeordnet sein, die in einer Antriebskraft übertragenden Weise mit der Antriebswelle 25 oder mit der Turbinenwelle 21 verbunden ist.
Auf der Abtriebswelle 26 des Getriebes ist eine als hydrodynamischer Retarder 38 ausgebildete Bremse angeordnet, die bei Betätigung die Abtriebswelle 26 auf herkömmliche Weise abbremst. Die für den Retarder 38 erforderliche hydraulische Anlage kann in vorteilhafter Weise mit der für den Drehmomentwandler 5 erforderlichen Anlage kombiniert sein. Weil jedoch diese hydraulischen Anlagen als von herkömmlicher Konstruktion betrachtet werden können, und weil für das Verständnis der vorliegenden Erfindung Kenntnisse über Einzelheiten ihrer Ausbildung nicht erforderlich sind, sind sie in der Beschreibung nicht enthalten.
Die Abtriebswelle 26 des Getriebes 6 ist ferner in herkömmlicher Weise über eine Gelenkwelle 39 mit dem Kegelradgetriebe 8 zur Weiterleitung der Antriebskraft auf die Antriebsräder 9 des Fahrzeuges 1 verbunden. Auch dieser Teil des Antriebsstrangs 3 ist von herkömmlicher Ausbildung.
Fig. 5 zeigt eine schematische Zeichnung der hydraulischen Regulieranlage für die Bremse 34 entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform. Diese Anlage kann als Teil des Servogliedes 37 betrachtet werden. Eine Ölpumpe 90 saugt aus einem Sumpf 91 Hydrauliköl an, das in eine Zuleitung 92 und über eine Drosselstelle 110 zu einem ersten Solenoidventil 93 gepumpt wird. Das Ventil 93 wird unter Federvorspannung in eine Ruhestellung 94 geschlossen. Das Ventil 93 ist mit der Steuereinheit 32 elektrisch verbunden und von ihr elektrisch gesteuert und nimmt bei Betätigung eine Offenstellung 95 ein, und das Hydrauliköl wird zu einer Bremsleitung 96 weitergeleitet, die mit der Turbinenbremse 34 direkt verbunden ist. Ferner ist mit der Bremsleitung 96 eine Zweigleitung 97 verbunden, die an ein Druckregulierventil 99 angeschlossen ist. Dieses ist ebenfalls mit dem Sumpf 91 über eine Rückleitung 102 verbunden. Das Druckregulierventil ist ferner mit der Zuleitung 92 über eine Leitung 103 verbunden, die ein zweites Solenoidventil 98 aufweist. Dieses Ventil hat eine durch Federvorspannung geschlossene Ruhestellung 100 und eine betätigte Offenstellung 101. Auch das zweite Solenoidventil 98 ist mit der Steuereinheit 32 verbunden und wird von letzterer betätigt.
Das Druckregulierventil 99 umfaßt einen Druckregulierkolben 113, der den Ölfluß von der Zweigleitung 97 zur Rückleitung 102 reguliert, um dadurch auch den Druck zu regulieren, unter dem das Öl zur Bremse 34 geleitet wird. Der Kolben 113 ist in Fig. 5 in einer Schließstellung gezeichnet, in welcher der Kolben 113 unter der Wirkung einer Druckfeder 112 in seine rechte Endstellung verstellt wird.
Die Arbeitsweise der hydraulischen Regulieranlage ist folgende. In der in Fig. 5 gezeichneten Stellung der Ventile 93, 98 und 99 wird ÖL aus der Bremse in den Sumpf 91 abgeleitet, und die Bremse ist daher nicht betätigt. Andererseits wird beim Betätigen des ersten Ventils 93 der Bremse Öl zugeführt, das dadurch unter Druck gesetzt wird. Jedoch wird Öl auch über die Zweigleitung 97 zum Druckregulierventil 99 geleitet, in dem es auf die rechte Seite des Regulierkolbens 113 einwirkt und den Kolben 113 gegen die Wirkung der Feder 112 in eine Offenstellung bewegt. Somit wird Öl aus der Bremsleitung 96 weiter zur Rückleitung 102 und weiter zum Sumpf 91 geleitet. Dies bedeutet, daß der der Bremse 34 zugeleitete Öldruck nur einen relativ niedrigen Wert erreichen kann. Die Druckfeder 112 und die Auslegung des Kolbens 113 sind so dimensioniert, daß sie den Öldruck begrenzen, der in der Bremsleitung 96 auf einem niedrigen Druck gehalten werden kann. Dieser Druck ist für die Bremse 34 zu niedrig, als daß er Bremsarbeit leisten könnte. Andererseits reicht dieser Druck aus, daß die Scheiben in der Bremse 34 aneinander angelegt werden und Spiel ausgeglichen wird.
Auch bei Betätigung des zweiten Solenoidventils 98 wird Öl wiederum aus der Zuleitung 92 zum Druckregulierventil 99 geleitet, in dem das Öl auf die linke Seite des Kolbens 113 wirkt. Außerdem wird Öl wie zuvor über die Zweigleitung 97 zur rechten Seite des Kolbens 113 geleitet. Die auf beide Seiten des Kolbens 113 wirkenden Öldrücke sind gleich und heben sich gegenseitig auf. Unter der Wirkung der Feder 112 wird der Kolben 113 in seine rechte Schließstellung bewegt. Somit ist die Verbindung zwischen der Zweigleitung 97 und der Rückleitung 102 unterbrochen. Der vom Öl in der Bremsleitung 96 erreichte Druck erreicht somit auf einen hohen Wert, der nur durch den Druck begrenzt wird, den die Pumpe 90 zu erzeugen in der Lage ist. Dieser Druck ist ausreichend hoch bemessen, damit sich die Scheiben in der Bremse 34 aneinander anlegen und Bremsarbeit leisten. Es wird angenommen, daß die Ölpumpe 90 selbst Bauteile umfaßt, die den maximalen Druck regulieren, den die Pumpe 90 zu erzeugen vermag, Druck der gleich ist dem maximalen Druck, welcher der Bremse 34 zugeleitet werden kann. Es wird ferner angenommen, daß die Pumpe 90 Bauteile aufweist, welche die Pumpe gegen Überlastung in dem Fall schützen, daß beide Solenoidventile 93 und 98 geschlossen sind.
Nachstehend werden Beispiele für zweckdienliche niedrige und hohe Öldrücke angegeben, die in der Schließ- bzw. Offenstellung des Regulierkolbens 113 auftreten können. Der niedrige Druck, der zum Zusammenschließen der Scheiben benutzt wird, sollte niedriger als 1 bar sein, vorzugsweise aber weniger als 0,5 bar betragen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird dieser Druck mit etwa 0,2 bar gewählt. Der hohe Druck, der zum Betätigen der Bremse benutzt wird, damit sie Bremsarbeit ausführt, sollte wenigstens eine Zehnerpotenz größer als der niedrige Druck sein, vorteilhafterweise etwa 200% größer oder mehr. Wenn die Bremse Bremsarbeit leisten soll, ist der Bremsdruck an sich von geringerem Interesse. Der wesentliche Punkt ist, daß die Bremse in der Lage ist, ein bestimmtes gewünschtes Bremsmoment zu erzeugen. Dieses Bremsmoment muß ausreichend groß sein, damit es die Antriebswelle 25 des Getriebes 6 völlig festhalten kann, wenn der Fahrmotor 2 leerläuft und der Drehmomentwandler 5 wenigstens zum Teil mit Öl gefüllt ist. Bei einem Schwerlastkraftwagen sollte die Bremse 34 so dimensioniert sein, daß sie ein Bremsmoment von wenigstens etwa 2000 Nm erzeugt. Mit einer geeigneten Bemessung der Bremse 34 sollte es möglich sein, dieses Bremsmoment bei einem Bremsdruck von etwa 5 bar zu erreichen, der somit dem weiter oben genannten hohen Öldruck entspricht. Bei dieser Auslegung entspricht der niedrige Öldruck von 0,2 bar einem Bremsmoment von etwa 80 Nm. Dieses Bremsmoment sollte vorteilhafterweise weniger als 100 Nm betragen, was daher der Fall ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der in Fig. 5 dargestellten hydraulischen Anlage kann das zweite Solenoidventil 98 als Proportionalventil ausgelegt sein, womit der der linken Seite des Regulierkolbens 113 zugeleitete Druck stufenlos reguliert werden kann. Ein solches Proportionalventil kann die gleiche Grundkonstruktion wie das dargestellte Ventil 98 besitzen, jedoch wird die Betätigung mittels Signalen in Form von Impulsen ausgeführt. Aufgrund des Umstandes, daß der Druck auf die linke Seite des Regulierkolbens 113 auf diese Weise reguliert werden kann, kann auch der der Bremse zugeleitete Druck ebenfalls stufenlos reguliert werden. Dies kann bei weiterentwickelten Ausführungsformen der Erfindung nützlich sein. Das Proportionalventil kann natürlich auf andere an sich bekannte Weisen ausgelegt sein. Bei einfacheren Formen der Erfindung braucht jedoch die Betätigung der Bremse 34 nicht in mehreren Schritten erfolgen, sondern statt dessen in einem einzigen Schritt.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß eine Vielzahl Einheiten des Antriebsstranges 3 mit der Steuereinheit 32 verbunden ist. Deren Hauptteil ist ein Mikroprozessor. Die Steuereinheit 32 ist mit einer Vielzahl von Sensoren zum Erfassen verschiedener Fahrzeugzustände elektrisch verbunden. Von diesen Sensoren wird ein am Bremspedal des Fahrzeugs angeordneter Sensor 40 zum Erfassen eines Bremszustandes benutzt, ein Sensor zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 und zum Erfassen des Stillstandes des Fahrzeugs 1, ein Sensor 44 zum Erfassen der Drehzahl der Abtriebswelle 10 des Motors 2, ein Sensor 43 zum Erfassen der Drehzahl der Antriebswelle 25 des Getriebes 6, und ein Sensor 42 zum Erfassen der Drehzahl der Abtriebswelle 26 des Getriebes 6. In der Praxis kann der zuletzt genannte Sensor 42 der gleiche Sensor sein, der die Fahrzeuggeschwindigkeit feststellt. Es gibt ferner einen Sensor 45 am Fahrpedal des Fahrzeugs, der ein Signal sendet, das ein vom Fahrer gewünschtes Antriebsmoment darstellt. Mehrere der Sensoren können aus vorhandenen Fahrzeugsensoren bestehen, die zur Verwendung auch für andere Zwecke im Fahrzeug vorgesehen sind.
Zusätzlich ist ein Fahrbereichwähler vorhanden, der mit der Steuereinheit 32 verbunden ist und vom Fahrer manuell betätigt wird. Mit dem Fahrbereichwähler kann der Fahrer wenigstens einen Fahrbereich Vorwärtsfahrt D, einen Fahrbereich Rückwärtsfahrt R und eine Neutralstellung N wählen. Nach Einschaltung des Fahrbereichs Vorwärtsfahrt D erfolgt eine automatische Gangwahl und ein automatisches Schalten des Getriebes 6. Bei anderen Ausführungsformen kann der Fahrbereichwähler außerdem für manuelle Gangwahl und -schaltung ausgelegt sein. In diesen Fällen umfaßt die Steuereinheit 32 auch Kontrollorgane, die überprüfen, ob der vom Fahrer gewählte Gang und der vom Fahrer gewünschte Gangwechsel unter Berücksichtigung der tatsächlichen Fahrverhältnisse durchführbar sind. Der Fahrbereichwähler umfaßt einen Sensor 50 zur Feststellung des vom Fahrer gewählten Bereichs; dieser Sensor 50 ist mit der Steuereinheit 32 verbunden.
Die Steuereinheit 32 ist ferner mit (in Fig. 2 nicht dargestellten) Sensoren verbunden, welche die Drehzahl der Pumpenwelle 18 erfassen, die eingerückte Schaltstellung im Getriebe 6, das vom Motor 2 gelieferte Drehmoment, und mit Sensoren zur Feststellung, ob die Bremsen 24, 34 und 38 im Planetengetriebe 4, auf der Turbinenwelle 21 bzw. auf der Abtriebswelle des Getriebes 6 betätigt oder nicht betätigt sind.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, sendet die Steuereinheit 32 Ausgangssignale an verschiedene Servoglieder für die Betätigung verschiedener Einheiten im Antriebsstrang 3. Außerdem ist die Steuereinheit 32 auch an eine Motorregeleinheit 46 angeschlossen, mit welcher der Motor 2 geregelt werden kann. Ist der Motor 2 ein Dieselmotor, ist die Motorregeleinheit 46 vorteilhafterweise so ausgelegt, daß sie die Kraftstoffeinspritzmenge reguliert, über welche die Drehzahl des Motors 2 geregelt werden kann. Ist der Motor 2 ein Ottomotor, kann auch hier die Kraftstoffeinspritzung geregelt werden, es ist aber auch, zumindest innerhalb bestimmter Bereiche, möglich, für die Drehzahlregelung die Zündanlage des Motors zu steuern. Jedoch sollte die Motorregeleinheit 46 vorteilhafterweise relativ genau sein, damit die Motordrehzahl mit großer Genauigkeit geregelt werden kann. Bei normaler Fahrt benutzt die Steuereinheit 32 zur Regelung des Motors 2 Signale vom Fahrpedalsensor 45. Das Fahrzeug 1 ist somit mit einer elektrischen Beschleunigungsregelung, der sogenannten elektrischen Motorregelung versehen, was bedeutet, daß der Motor unabhängig von der Stellung des Fahrer-Fahrpedals geregelt werden kann. Da solche elektrische Motorregelanlagen an sich bekannt sind, werden auch sie in der Beschreibung nicht behandelt.
Die Steuereinheit 32 ist auch so ausgelegt, daß sie über ein Servoglied 47 die Betätigung der Bremse 24 des Planetengetriebes 4 steuert, über das Servoglied 37 die Bremse 34 auf der Turbinenwelle 21, über ein Servoglied 48 den Retarder 38 auf der Abtriebswelle 26 des Getriebes 6, und über (nicht dargestellte) Servoglieder und Regelorgane, die in der Hydraulikanlage des Drehmomentwandlers 5 enthalten sind, die Ölzuführung und den Öldruck im Drehmomentwandler 5. Diese Anlage ist ebenfalls nicht Teil der vorliegenden Erfindung und wird daher in der Beschreibung nicht in Einzelheiten behandelt.
Die Arbeitsweise des beschriebenen Antriebsstrangs 3 und ein Verfahren zum Anfahren, Gangschalten und Fahren eines mit einem solchen Antriebsstrang 3 versehenen Fahrzeugs 1 werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme in Fig. 3 und 4 beschrieben. Fig. 3 zeigt die Art und Weise, wie ein Anfahrgang eingelegt wird, Fig. 4 die Art und Weise, wie im Getriebe 6 hochgeschaltet wird.
Es sei angenommen, daß das Fahrzeug 1 anfänglich stillsteht, in Leerlaufstellung des Motors 2, dessen Abtriebswelle 10 sich dreht. Es sei angenommen, daß die Bremse 24 des Planetengetriebes gelüftet ist, so daß sich das Sonnenrad 15 des Planetengetriebes 4 dreht, d.h. der untere Gangbereich des Planetengetriebes 4 ist eingerückt. Es sei angenommen, daß die Bremse 34 auf der Turbinenwelle 21 gelüftet ist. Es sei angenommen, daß das Getriebe 6 in Neutralstellung steht, so daß es eine Antriebskraftunterbrechung erzeugt. Es sei angenommen, daß die Abtriebswelle 26 des Getriebes 6, wie die Antriebsräder 9, stillsteht. Es sei ferner angenommen, daß die Steuereinheit 32 diese Zustände festgestellt hat. Wünscht der Fahrer, das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung in Gang zu setzen, betätigt er den Fahrbereichwähler 50, indem er einen Betätigungshebel desselben aus der Neutralstellung N in die Fahrstellung D bewegt. In Fig. 3 ist dies durch einen anfänglichen Schritt 51 dargestellt.
In einem zweiten Schritt 52 wird unter Benutzung des zu diesem Zweck vorgesehenen Sensors 50 überprüft, ob der Fahrbereichwähler diesen Fahrbereich D übernommen hat. Wenn ja, sendet der Sensor 50 ein Signal an die Steuereinheit 32, derart, daß die Servoglieder 37 an der nachfolgend als Turbinenbremse bezeichneten Bremse 34 betätigt werden, so daß letztere die Turbinenwelle 21 abbremst und blockiert. Dies geschieht mittels der Betätigung beider Solenoidventile 93 und 98, mit der Folge, daß unter hohem Druck stehendes Öl der Turbinenbremse 34 zugeleitet wird. Dies ist in Fig. 3 durch einen dritten Schritt 53 dargestellt. Wenn der Sensor 50 auf dem Fahrbereichwähler die Einrückung des Fahrbereichs D nicht feststellt, geschieht nichts, bis dies stattgefunden hat. In einem vierten Schritt 54 wird die Drehzahl nt der Turbinenwelle mittels des Sensors 43 erfaßt. Stellt der Sensor 43 fest, daß die Drehzahl nt gleich null ist, sendet die Steuereinheit 32 ein Signal an die Servoglieder 33 am Getriebe 6, damit ein Gang eingelegt wird. Dies ist in Fig. 3 durch einen fünften Schritt 55 dargestellt. Dieser Gang ist ein Anfahrgang und außerdem die 1.-Gang-Stellung des Getriebes 6 für Vorwärtsfahrt. Wenn der Sensor 43 nicht feststellt, daß die Drehzahl der Turbinenwelle 21 gleich null ist, sendet die Steuereinheit 32 kein Signal zur Gangeinrückung aus.
Wie schon erwähnt, umfaßt das Getriebe Sensoren zur Feststellung, welche Gangstellung 6 geschaltet worden ist, und auch einen Sensor zur Feststellung, wann die Neutralstellung des Getriebes 6 eingelegt ist. Bei einer einfacheren Ausführungsform kann der zuletzt genannte Sensor weggelassen werden und statt dessen die zuerst genannten Sensoren verwendet werden, um festzustellen, ob die Neutralstellung eingelegt ist. Die Nichtfeststellung eines eingelegten Ganges wird somit benutzt, um festzustellen, daß die Neutralstellung eingelegt ist. Wenn der betreffende Sensor feststellt, daß die fragliche Gangstellung eingerastet ist, ist die Gangeinrückung beendet, was in Fig. 3 durch einen sechsten Schritt 56 dargestellt ist. Der gesamte Vorgang der Gangeinrückung ist somit beendet und die Steuereinheit 32 sendet Signale aus für das Lüften der Turbinenbremse 34 in einem siebten Schritt 57. Dies geschieht dank des Umstandes, daß die Betätigung der Solenoidventile 93 und 98 durch die Steuereinheit 32 aufgehoben wird, mit der Folge, daß die Ölzufuhr zur Turbinenbremse 34 aufhört und statt dessen Öl aus der Turbinenbremse 34 zum Sumpf abgeleitet wird. Das Fahrzeug 1 ist somit fahrbereit, was durch einen achten Schritt 58 dargestellt ist. Der Fahrer kann das gewünschte Antriebsmoment mittels des Fahrpedals regulieren und das Fahrzeug 1 in Gang setzen und fahren.
Während der Gangeinrückung war die Turbinenwelle 21 gestoppt, was bedeutet, daß die Antriebswelle 25 des Getriebes 6 ebenfalls stillgestanden hat. Gangschaltungen können daher ausgeführt werden, ohne daß zusätzlich Synchronisieranordnungen im Getriebe 6 erforderlich sind. Das Getriebe 6 kann daher ein sogenanntes unsynchronisiertes Getriebe sein, was bedeutet, daß es sowohl einfach wie billig ist und kleine Abmessungen haben kann. Ferner war während der Gangschaltung die Turbinenwelle 21 gestoppt, wogegen die Pumpenwelle 18 durch den Motor 2 angetrieben wurde. Im Drehmomentwandler 5 ist daher zwischen dem Leitrad 17 und dem Turbinenrad 19 ein absichtlicher Schlupf entstanden.
Wenn in dem vorstehend angegebenen sechsten Schritt 56 keine Feststellung getroffen wird, daß der Gang eingelegt ist, wartet die Steuereinheit 32 ab, bis dies geschieht. Wird keine Feststellung innerhalb einer gewissen vorbestimmten Zeit T0 getroffen, ist dies Anzeichen dafür, daß eine Gangschaltung nicht erfolgen kann. Ursache hierfür kann beispielsweise der Umstand sein, daß die Kupplungselemente 31, die im Getriebe für das Einrücken der Gangstellungen vorgesehen sind, relative Winkelstellungen eingenommen haben, die ein Zusammenkuppeln nicht ermöglichen. Die Kupplungselemente 31 vom formbeständigen Typ, z.B. Klauenkupplungen, ermöglichen das Einrükken nur dann, wenn die Teile, die zusammenzukuppeln sind, bestimmte relative Winkelstellungen einnehmen.
Fig. 3 zeigt, daß in einem neunten Schritt 59 eine Zeitberechnung durchgeführt wird, und wenn die dementsprechende Zeit T die vorbestimmte Zeit T0 überschritten hat, sendet die Steuereinheit 32 ein Signal zur Unterbrechung der Gangschaltung und statt dessen zur Einrückung der Neutralstellung des Getriebes 6. Dies ist durch einen zehnten Schritt 60 dargestellt.
Ein elfter Schritt 61 beinhaltet die Feststellung, ob der Gang ausgerückt ist und ob die Neutralstellung somit eingelegt ist. Wenn ja, sendet die Steuereinheit 32 in einem zwölften Schritt 62 ein Signal zum Lüften der Turbinenbremse 34. Auf diese Weise wird es dem Leitrad 17 im Drehmomentwandler 5 ermöglicht, das Turbinenrad 19 anzutreiben, mit der Folge, daß die Turbinenwelle 21 sich zu drehen beginnt. Ein 13. Schritt 63 beinhaltet die Feststellung, ob sich die Turbinenwelle 21 tatsächlich dreht. Sobald die Steuereinheit 32 über den Sensor 43 eine Nachricht erhalten hat, daß sich die Turbinenwelle 21 dreht, d.h. daß die Turbinenwellendrehzahl nt nicht gleich null ist, wird ein neuer Versuch zur Einrükkung des Ganges gemacht, wobei dieser Versuch mit einem nochmaligen Betätigen der Turbinenbremse 34 beginnt. Gemäß dem Flußdiagramm in Fig. 3 wird auf den dritten Schritt 53 zurückgesprungen, wonach der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt wird. Die Drehung der Turbinenwelle 21 und somit auch der Antriebswelle 25 des Getriebes 6 hat hoffentlich dazu geführt, daß die Kupplungen 3l im Getriebe 6 sich in Relativstellungen gedreht haben, die ihre gegenseitige Kupplung ermöglichen. Abhängig von der im sechsten Schritt 56 getroffenen Feststellung, ist die Gangeinrückung beendet oder es wird ein neuer Versuch der Gangschaltung durchgeführt.
Wenn nunmehr angenommen wird, daß die Gangeinrückung beendet ist, kann der Fahrer das Fahrzeug 1 in Gang setzen. Er kann das gewünschte Antriebsmoment auf herkömmliche Weise mittels des Fahrpedals regulieren. Da die Bremse 24 des Planetengetriebes gelöst ist, wird das Antriebsmoment des Motors 2 auf der Abtriebswelle 10 im Planetengetriebe 4 aufgeteilt. Ein Teil des Momentes wird mechanisch und ein Teil wird hydraulisch über den Drehmoinentwandler 5 auf die Antriebswelle 25 des Getriebes übertragen. Weil auf diese Weise nur ein Teil des Momentes vom Motor 2 durch den Drehmomentwandler 5 geht, ist es möglich, die Abmessungen des Planetengetriebes 4, des Drehmomentwandlers 5 und des 1. Ganges im Getriebe 6 so zu wählen, daß das Fahrzeug 1, bevor ein weiterer Gangwechsel erforderlich wird, eine relativ hohe Geschwindigkeit erreichen kann. Diese Geschwindigkeit ist wenigstens so groß, daß keine Gefahr besteht, daß das Fahrzeug 1 bei der nächsten Gangschaltung im Getriebe 6 während des nachfolgenden Gangschaltvorgangs zum Stillstand kommt.
Während des vor stehend beschriebenen Anfahrvorgangs wirkt der Drehmomentwandler 5 anfänglich auf herkömmliche Weise als Drehmomentverstärker. Wenn die Steuereinheit 32 feststellt, daß das Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, wird ein Signal an das Servoglied 47 zum Betätigen der Bremse 24 des Planetengetriebes ausgegeben. Das Sonnenrad 15 wird somit blockiert, seine Drehung stoppt. Während dieses ersten Gangwechsels entsteht anfänglich in der Bremse 24 des Planetengetriebes Schlupf, und dieser Gangwechsel findet ohne Antriebskraftunterbrechung statt, weil kein Gangwechsel im Getriebe 6 ausgeführt wird. Das Planetengetriebe 4 wirkt danach als Schnellgang, weil die Drehzahl seiner ersten Abtriebswelle 14 größer ist als die der Antriebswelle 11.
Auch dies bedeutet, daß das Fahrzeug 1 entsprechend dem vorstehend Gesagten eine relativ hohe Geschwindigkeit erreichen kann, bevor der nächste Gangwechsel erforderlich ist, wobei dieser Gangwechsel im Getriebe 6 stattfindet.
Wenn es jedoch nötig ist hochzuschalten, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs weiter zu erhöhen, wird im Getriebe 6 entsprechend dem prinzipiellen Flußdiagramm in Fig. 4 hochgeschaltet. Eine solche Notwendigkeit kann durch die Steuereinheit 32 mit Hilfe u.a. der Drehzahlsensoren 42, 43 auf der Abtriebswelle 26 bzw. der Antriebswelle 25 des Getriebes 6 und mittels Signalen von der Motorregeleinheit 46 festgestellt werden. In einem anfänglichen Schritt 71 wird angenommen, daß die Steuereinheit 32 einen Hochschalt-Bedarf festgestellt hat. In einem nachfolgenden Schritt 105 sendet die Steuereinheit 32 ein Signal aus, welches das erste Solenoidventil 93 betätigt, wogegen das zweite Solenoidventil 98 in seiner geschlossenen Ruhestellung 100 verbleibt. Auf diese Weise wird Öl zur Turbinenbremse 34 geleitet. Öl wird jedoch auch über die Leitung 97 dem Druckregulierventil 99 zugeleitet, in dem die Verbindung zur Rückleitung 102 geöffnet ist. Der zur Bremse 34 geleitete Öldruck kann daher entsprechend dem weiter oben Gesagten nur einen niedrigen Wert erreichen. Dieser niedrige Öldruck ist daher dazu bestimmt, Spiel zwischen den Bremsscheiben aufzuheben und die Scheiben bei niedrigem Druck zusammenzupressen. Im nächsten Schritt 72 sendet die Steuereinheit 32 Signale an die Motorregeleinheit 46 aus, um das Moment M des Motors 2 auf null zu bringen. Diese Reduzierung des Motormomentes findet vorteilhafterweise entsprechend einer vorbestimmten Rampenfunktion statt. Der nachfolgende Schritt 73 beinhaltet die Feststellung, ob das Motordrehmoment M gleich null oder unter Berücksichtigung möglicher Toleranzen ausreichend nahe null ist. Wenn ja, gibt die Steuereinheit 32 im nächten Schritt 74 ein Signal an das Servoglied 33 des Getriebes 6, derart, daß der eingeschaltete Gang ausgerückt und statt dessen in die Neutralstellung geschaltet wird. Der nachfolgende Schritt 75 beinhaltet die Feststellung, ob dies ausgeführt worden ist, und, wenn der Gang ausgerückt ist, sendet die Steuereinheit 32 in einem Schritt 76 ein Signal zur Betätigung des zweiten Solenoidventils 98, so daß dieses seine Offenstellung 101 einnimmt. Auf diese Weise wird Öl auch dem Druckregulierventil 99 zugeleitet und verstellt den Kolben 113 in seine rechte Endstellung, so daß die Verbindung zwischen der Leitung 97 und der Rückleitung 102 unterbrochen ist. Das der Bremse 34 zugeleitete Öl erreicht daher einen hohen Druck, der ausreicht, damit die Scheiben der Bremse 34 Bremsarbeit auszuführen vermögen, um die Drehzahl der Antriebswelle 25 des Getriebes herabzusetzen.
Weil im früheren Schritt 105 die Bremse bei einem niedrigen Druck betätigt worden ist, kann die Bremse im Schritt 76 rasch betätigt werden, mit der Folge, daß auch das Abbremsen der Antriebswelle rasch geschieht. Dies bedeutet, daß die Zeit für einen Hochschaltvorgang kurz sein kann, und daß die Zeit, in welcher durch die Gangschaltung eine Antriebskraftunterbrechung hervorgerufen wird, reduziert werden kann. Um die Drehzahl der Turbinenwelle 21 noch rascher zu reduzieren, sendet die Steuereinheit 32 auch ein Signal an die Motorregeleinheit 46, um in einem Schritt 77 eine Motorbremsfunktion auszulösen. Diese Motorbremsfunktion kann in der Praxis durch Schließen der Drosselklappe des Motors 2 und/oder durch eine zweckdienliche Regulierung seiner Kraftstoffeinspritzung durchgeführt werden. In den Fällen, in denen der Motor 2 zusätzlich mit einer sogenannten Auspuffbremse versehen ist, kann diese vorteilhafterweise auch so ausgelegt sein, daß sie von der Steuereinheit zur gleichen Zeit wie die Motorbremsfunktion ausgelöst wird, um die Motorwelle 10 noch rascher zu verzögern.
Wenn gemäß Schritt 78 die Motordrehzahl nm auf eine vorbestimmte Drehzahl NO für jede Gangstellung oder darunter reduziert worden ist, sendet die Steuereinheit 32 im Schritt 79 ein Signal zum Lüften der Turbinenbremse 34. Außerdem sendet die Steuereinheit 32 im Schritt 80 ein Signal an die Motorregeleinheit 46, welche die Motordrehzahl nm auf eine Drehzahl reguliert, die im Getriebe 6 einer Synchrondrehzahl ns für den einzulegenden Gang entspricht. Es wird in dieser Hinsicht angenommen, daß die Steuereinheit 32 eine Speichereinheit enthält, in welcher Werte für die verschiedenen, im Getriebe 6 möglichen Gangwechsel gespeichert sind. Mittels dieser Werte kann für jeden Gang die Synchrondrehzahl ns als Funktion der tatsächlichen Drehzahl der Abtriebswelle 39 des Getriebes 6 berechnet werden. Diese Regelung der Motordrehzahl nm wird in der Praxis durch Regulieren der Drosselklappe des Motors und/oder der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt.
Wenn, wie im Schritt 81 dargestellt, die Motordrehzahl nm die Synchrondrehzahl ns angenommen hat oder unter Berücksichtigung von Toleranzen als dieser ausreichend nahe betrachtet wird, sendet die Steuereinheit 32 Signale an das Servoglied 33 des Getriebes 6, um, wie im Schritt 82 dargestellt, den betreffenden neuen Gang einzulegen. Der Schritt 83 beinhaltet die Feststellung, ob der Gang tatsächlich eingelegt ist, und wenn ja, ist die Hochschaltung beendet, wie in Schritt 84 dargestellt. Mittels des Fahrpedals kann der Fahrer dann das Drehmoment des Motors 2 und die Geschwindigkeit regulieren, mit der das Fahrzeug 1 gefahren werden soll.
Während des beschriebenen Hochschalt-Vorgangs wurde der Motor 2 vollständig mittels Signalen von der Steuereinheit 32 gesteuert. Die Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer während des Gangschaltvorgangs hat daher die Motorsteuerung nicht beeinflußt. Der Übergang zwischen der automatischen Regulierung der Motorsteuerung durch die Steuereinheit 32 und der Regulierung durch den Fahrer über das Fahrpedal sollte daher entsprechend einer bestimmten Rampenfunktion stattfinden, so daß das Fahren ruckfrei ist. Weiteres Hochschalten im Getriebe 6 geschieht auf völlig ähnliche Weise zu dem weiter oben unter Bezugnahme auf Fig. 4 Beschriebenen. Während aller im Getriebe 6 ausgeführten Gangwechsel steht das Planetengetriebe 4 in seiner hohen Gangstellung, d.h. das Planetengetriebe 4 wirkt als Schnellgang und der Drehmomentwandler 5 ist an der Drehmomentübertragung im Antriebsstrang nicht beteiligt.
Wenn aufgrund der erfaßten Fahrzeugparameter die Steuere inheit 32 eine Notwendigkeit zum Zurückschalten feststellt, wird dies entsprechend einer Vorgehensweise ausgeführt, die der beim Hochschalten ausgelösten sehr ähnlich ist. Beim Zurückschalten ist es jedoch statt dessen notwendig, die Antriebswelle 25 des Getriebes 6 zu beschleunigen, bevor ein neuer Gang eingelegt wird. Das in Fig. 4 dargestellte Fluß diagramm ist hinsichtlich der Schritte 72 bis 75 auch auf das Zurückschalten anwendbar.
Dagegen wird im Schritt 76 die Turbinenbremse nicht betätigt. In ähnlicher Weise wird im Schritt 77 der Motor 2 nicht durch eine Motorbremsfunktion gesteuert, sondern statt dessen in der Weise, daß seine Drehzahl zunimmt. Wenn die Drehzahl des Motors 2 eine bestimmte Drehzahl übersteigt, wird der Motor 2 auf eine Synchrondrehzahl in gleicher Weise wie im Schritt 80 geregelt. Danach ist der Vorgang derselbe wie in den Schritten 81 bis 84.
Wenn beim Zurückschalten in den untersten Gang, den Anfahrgang, die 1.-Gang-Stellung des Stufengetriebes und der untere Gangbereich des Planetengetriebes eingelegt sind, sendet die Steuereinheit 32 auch Signale zum Regulieren der Bremse 24 des Planetengetriebes in ähnlicher Weise, wie weiter oben beschrieben wurde. Sollte das Fahrzeug 1 rasch gebremst werden, findet das Zurückschalten in der Weise statt, daß der Anfahrgang eingelegt wird, bevor das Fahrzeug 1 völlig stillsteht. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird bei stillstehendem Fahrzeug das Leitrad 17 des Drehmomentwandlers angetrieben, wogegen sein Turbinenrad 19 stillsteht.
Das Einrücken des Rückwärtsganges des Getriebes 6 wird in einer Weise analog zu dem vorstehend für das Einrücken des Anfahrganges Beschriebenen ausgeführt. Weil zumindest bei Fahrzeugen für den Straßenverkehr nur eine beschränkte Forderung zum Rückwärtsfahren des Fahrzeuges besteht, ist das Abschalten des Drehmomentwandlers 5 beim Rückwärts fahren nicht nötig. Nur der Rückwärtsgang und der 1. Gang im Getriebe 6 müssen für die erhöhten Drehmomente ausgelegt sein, die wegen der Drehmomentzunahme des Drehmomentwandlers 5 auftreten können. Die übrigen Gänge im Getriebe 6 brauchen nur anhand der Drehmomente ausgelegt werden, die der Motor 2 über das Planetengetriebe 4 zu liefern vermag. Weil das Planetengetriebe 4 in diesen Fällen als Schnellgang wirkt, wird das Drehmoment vom Motor 2 reduziert, bevor es auf die Antriebswelle 25 des Getriebes 6 übertragen wird.
Ein in einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielter wichtiger Vorteil ist, daß keinerlei Bedarf an einer getrennten Kupplung besteht, um eine Antriebskraftunterbrechung zwischen dem Motor 2 und dem Getriebe 6 während der Zeit eines Gangwechsels im Getriebe 6 zu erzeugen. Während eines Gangwechsels im Getriebe 6 wird eine Antriebskraftunterbrechung im Antriebsstrang 3 erzielt. Wenn in dieser Hinsicht die Fahrzeuggeschwindigkeit zu niedrig wäre, bestünde die Gefahr, daß das Fahrzeug, z.B. ein schwerbeladenes Fahrzeug auf einer Steigung, zum Stillstand kommt, bevor ein neuer Gang eingelegt ist. Weil jedoch das Planetengetriebe 4 gemäß der dargestellten vorteilhaften Ausführungsform und der Drehmomentwandler 5 es ermöglichen, daß das Fahrzeug 1 eine vergleichsweise hohe Geschwindigkeit erreicht, bevor im Getriebe 6 hochgeschaltet werden muß, war es möglich, dieses Risiko zumindest für die üblichsten Fahrbedingungen auszuschalten. Kommt das Fahrzeug 1 zu einem nicht erwarteten Halt oder wird seine Geschwindigkeit während des Gangwechselvorgangs reduziert, wird der Anfahrgang automatisch eingeschaltet und die Fahrt kann sofort wiederaufgenommen oder mit geringer Geschwindigkeit fortgesetzt werden.
Getriebe für Schwerfahrzeuge besitzen häufig eine sogenannte Mehrbereichsgruppe mit einem Niederdrehzahl- und einem Hochdrehzahl-Bereich. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang kommt ohne die Notwendigkeit der Gangschaltung im Niederdrehzahl- Bereich aus, und daher wird auf ein Gruppen-Getriebe ebenfalls verzichtet. Dies bietet große Vorteile.
Weil kein bedarf an getrennter Kupplung besteht, war es möglich, den Gangschaltvorgang mit einfachen Mitteln zu automatisieren. Weil die Betätigung der Turbinenbremse 34 beim Hochschalten in zwei Stufen erfolgt, wurde die Zeit für den Gangwechselvorgang selbst reduziert und auf ähnliche Weise die Zeit, in welcher das Getriebe eine Antriebskraftunterbrechung erzeugt. Das Risiko, daß das Fahrzeug 1 während eines Gangwechselvorgangs zum Stillstand kommt, ist daher kleiner als in den Fällen, in denen der Fahrer zum Betätigen einer Kupplung gezwungen ist.
Insbesondere für Schwerfahrzeuge sind verschiedene Versuche unternommen worden, das Betätigen einer herkömmlichen Scheibentrockenkupplung zu automatisieren, um dadurch den gesamten Gangwechselvorgang bei Benutzung eines Vorgelegewellengetriebes zu automatisieren. Bei Lastkraftwagen, die abwechselnd unbeladen und vollbeladen gefahren werden, bedeutet diese Schwierigkeit, daß das Einrückrutschen der Kupplung unter Berücksichtigung der Ladung reguliert werden muß. Dies bedeutet, daß hochentwickelte und komplizierte Regelsysteme zum Regulieren der Kupplungsarbeit notwendig sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Notwendigkeit für eine solche Kupplung sowie für ein Regelsystem für die Kupplung vollständig beseitigt. Dies vereinfacht die Automatisierung des Gangwechselvorgangs.
Bei normalem Fahren wird der Niederdrehzahl-Bereich des Planetengetriebes 4 und somit auch der Drehmomentwandler 5 nur während des Anfahrvorgangs zugeschaltet. Dies bedeutet, daß die mit dem relativ niedrigen Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers 5 verbundenen Nachteile nur während einer begrenzten Zeitspanne gelten. Weil das Fahren in anderen Gängen vollständig mechanisch und mit einem Stufengetriebe 6 des nicht synchronisierten Typs ausgeführt werden kann, ist ein Getriebe geschaffen, das sowohl wirtschaftlich herzustellen ist als auch niedrige Reibungsverluste aufweist. Das Freilaufrad 20 des Drehmomentwandlers 5 verhindert bei abgeschaltetem Drehmomentwandler den Antrieb des Turbinenrades 19 durch die Turbinenwelle, was andernfalls Reibungsverluste im Drehmomentwandler 5 hervorrufen würde.
Die Turbinenbremse 34 kann auch zusammen mit der gewöhnlichen Bremsanlage des Fahrzeugs 1 benutzt werden, um das Bremsvermögen des Fahrzeugs zu verbessern. In solchen Fällen empfängt die Steuereinheit 32 ein Signal vom Bremspedalsensor 40, das anzeigt, daß ein Bremsvorgang im Gange ist, und die Steuereinheit 32 kann ein neues Signal zum Betätigen der Turbinenbremse 34 ausgeben.
Das beschriebene Verfahren hat sich hauptsächlich auf einen normalen Fahrvorgang bezogen. Zusätzlich kann die Steuereinheit 32 so ausgelegt werden, daß sie den Antriebsstrang unter Benutzung anderer als der erwähnten Signale reguliert, um Fehler im System oder des Auftretens anomaler Fahrbedingungen festzustellen.

Claims

1. Antriebsstrang für ein Fahrzeug, umfassend ein Stufengetriebe (6), vorzugsweise mit einer Anzahl auf einer Hauptwelle (26) und wenigstens einer Vorgelegewelle (27) angeordneter Zahnradpaare (28) mit einer Vielzahl verschiedener, wahlweise schaltbarer Übersetzungsverhältnisse, und einen vor dem Stufengetriebe (6) angeordneten hydrodynamischen Drehmomentwandler (5), wobei ein Turbinenrad (19) im Drehmomentwandler (5) in einer Antriebskraft übertragenden Weise mit einer Turbinenwelle (21) verbunden ist, die Turbinenwelle (21) in einer Antriebskraft übertragenden Weise mit einer Antriebswelle (25) des Stufengetriebes (6) verbunden ist und das Getriebe (6) mittels einer elektrischen Steuereinheit (32) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Antriebswelle (25) oder der Turbinenwelle (21) eine Bremse (34) verbunden ist, die elektrohydraulische Servoglieder (37) aufweist, die für die Regulierung der Bremse (34) mit der Steuereinheit (32) verbunden sind und durch sie gesteuert werden, und daß die Bremse (34) so ausgelegt ist, daß sie nach dem Einrücken eines Anfahrganges aus einer Neutralstellung im Stufengetriebe (6) unter der Wirkung des Servogliedes (37) die Antriebswelle (25) des Stufengetriebes (6) gegen Drehung blockiert.

2. Antriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (34) nach dem Hochschalten des Getriebes (6) in zwei Schritten aktivierbar ist, von denen ein erster Schritt (105) zum Ausgleichen mechanischen Spiels in der Bremse (34) benutzt wird und ein zweiter Schritt (76) zum Ausführen von Bremsarbeit und zum Verzögern der Antriebswelle (25) des Getriebes (6) vor dem Einlegen eines neuen Ganges benutzt wird.

3. Antriebsstrang nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (34) eine hydraulische Scheibenbremse umfaßt, der nach Aktivierung Hydrauliköl zugeleitet wird, daß die Servoglieder (37) zwei mit der Steuereinheit (32) verbundene Solenoidventile (93, 98) umfassen, von denen eines (93) reguliert, ob die Bremse (34) aktiviert ist oder nicht, und das andere (98) reguliert, ob der Bremse (34) Öl unter hohem oder niedrigem Druck zugeleitet wird, derart, daß der Bremse (34) nach Aktivierung im ersten Schritt (105) Hydrauliköl unter einem niedrigen Druck zugeleitet wird, der mindestens kleiner als 1 bar ist, und derart, daß der Bremse (34) nach Aktivierung im zweiten Schritt (76) Hydrauliköl unter einem hohen Druck, der mindestens 5 bar übersteigt, zugeleitet wird.

4. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (3) auch ein dem Drehmomentwandler (5) vorgeschaltetes Planetengetriebe (4) umfaßt, daß im Planetengetriebe (4) ein Planetenradträger (12) mit einer Antriebswelle (11) des Planetengetriebes (4) verbunden ist, daß im Planetengetriebe (4) ein Sonnenrad (15) in einer Antriebskraft übertragenden Weise mit der Antriebswelle (25) des Stufengetriebes (6) über den Drehmomentwandler (5) verbunden ist, dessen Turbinenrad (19) mit der Turbinenwelle (21) über ein Freilaufrad (20) verbunden ist, und daß im Planetengetriebe (4) ein Hohlrad (13) in einer Antriebskaft übertragenden Weise mit der Antriebswelle (25) des Stufengetriebes verbunden ist, wodurch das Planetengetriebe (4) das Antriebsmoment von seiner Antriebswelle (11) unterteilt in einen Anteil, der hydraulisch über den Drehmomentwandler (5) übertragen wird, und einen Anteil, der mechanisch auf die Antriebswelle (25) des Stufengetriebes übertragen wird.

5. Antriebsstrang nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (15) des Planetengetriebes mit einer zweiten Bremse (24) verbunden ist, die das Festhalten des Sonnenrades (15) und das Verhindern von dessen Drehung ermöglicht, wobei das gesamte Drehmoment von der Antriebswelle (11) des Planetengetriebes (4) mechanisch auf die Antriebswelle (25) des Stufengetriebes (6) übertragen wird, und daß das Planetengetriebe (4) somit als Schnellgang wirkt.

6. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (3) keine mechanische Kupplung zur Erzeugung einer Kraftunterbrechung zwischen dem Motor (2) und dem Getriebe (6) während des Gangwechsels im Stufengetriebe (6) aufweist.

7. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Übersetzungsverhältnisse mittels formbeständiger Kupplungselemente (31) wahlweise einrückbar sind.

8. Verfahren zum Durchführen der automatischen Einrückung eines Anfahrganges aus einer Neutralstellung heraus in einem Getriebe (6), das in einem Antriebsstrang nach Patentanspruch 1 enthalten ist, wobei der Antriebsstrang (3) durch die elektrische Steuereinheit (32) mit zu diesem Zweck vorgesehenen Servogliedern (37) reguliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

das Verfahren die folgenden Arbeitsschritte umfaßt:

- die Feststellung, daß der Fahrbereichswählhebel auf einen Fahrbereich gestellt worden ist (Schritt 52),

- die Aktivierung der Bremse (34) zum Blockieren der Antriebswelle (25) des Getriebes (6) (Schritt 53),

- das Einrücken eines Anfahrganges im Getriebe (6) (Schritt 55),

- das Lösen der Bremse (34) (Schritt 62), worauf die Gangeinrückung im Getriebe (6) beendet ist.

9. Verfahren zum Regulieren eines Antriebsstranges nach einem der vorhergehenden Patentansprüche beim Hochschalten des Stufengetriebes (6), gekennzeichnet durch wenigstens die folgenden Arbeitsschritte:

- Aktivieren der Bremse (34) unter niedrigem Druck (Schritt 105), sobald in einem voraufgehenden Schritt (71) die Notwendigkeit des Hochschaltens festgestellt worden ist, und

- Aktivieren der Bremse (34) unter hohem Druck (Schritt 76), sobald in einem voraufgehenden Schritt (75) festgestellt worden ist, daß im Stufengetriebe (6) kein Gang eingelegt ist oder daß das Getriebe (6) in Neutralstellung ist.