DE69213310T2

DE69213310T2 - Getriebezahn-Stoss/Surr-Steuerungsverfahren und -system

Info

Publication number: DE69213310T2
Application number: DE69213310T
Authority: DE
Inventors: Mark David Boardman; Robert Wayne Langbo
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1991-05-09
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2012-04-28
Also published as: EP0512727A2; JPH05157159A; US5099711A; EP0512727B1; DE69213310D1; ES2092034T3; EP0512727A3

Description

Hintergrund zur Erfindung

Verwandte Anmeldungen

Diese Anmeldung ist mit folgenden zugehorigen US- Patenten verwandt:
5 109 721 "RANGE SHIFTING ONLY FAULT TOLERANCE ME- THOD/SYSTEM;
5 109 729 "THROTTLE CONTROL FAULT DETECTION AND TOLERANCE METHOD/SYSTEM";
5 136 897 "SMOOTH UPSHIFT CONTROL METHOD/SYSTEM";
5 305 213 "DRIVELINE TORQUE LIMIT CONTROL STRATEGY- USING SAE: J1922 TYPE ENGINE CONTROL";
5 274 553 TORQUE CONVERTER SLIP RATE BASED SKIP POWER DOWNSHIFT CONTROL STRATEGY",
die alle in der Inhaberschaft der Eaton Corporation stehen.

Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem sowie ein Steuerverfahren, um den Betrieb eines automatisierten mechanischen Getriebesystems zu steuern, vorzugsweise in der Bauart mit einem Motor, einem Drehmomentwandler, einer Kupplungsanordnung zur Wandlerüberbrückung/- Wandlerabkupplung, einem Powersynchronizer (Synahronisiereinrichtung mit Hilfsenergie) und einem mechanischen Getriebe.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuersystem/Verfahren für ein automatisiertes, oben beschriebenes Getriebesystem, bei dem Logikmittel vorgesehen sind, um den Zustand des Zahn-auf-Zahn-Stehens oder des Zähneratschens (Getriebekrachens) zu erfassen und Maßnahmen zu ergreifen, um diese Zustände zu beseitigen.

Beschreibung des Standes der Technik

Aus dem Stand der Technik sind mechanische Getriebesysteme der Verbundbauart mit Rangegruppe, Splitgruppe oder kombinierten Range/Splitgruppe bekannt, wie dies aus den US-Patenten 4 788 889; 4 754 665 und 4 735 109 ersichtlich ist.
Automatisierte mechanische Getriebesysteme umfassen mechanische Getriebe und Steuerungen sowie Aktuatoren, um die Getriebe automatisch zu schalten, wobei die Aktuatoren für gewöhnlich elektronisch in Übereinstimmung mit gemessenen Eingangswerten und vorbestimmten logischen Regeln gesteuert werden. Beispiele derartiger Systeme finden sich in den US-Patenten 4 648 290; 4 642 771; 4 595 986; 4 527 447; 4 361 060; 4 140 031 und 4 081 065. Ferner sind aus dem SAE Papier Nr. 831776 mit dem Titel "AUTOMATED MECHANICAL TRANSMISSION CONTROLS" derartige Systeme bekannt.
Fehler tolerierende Programmroutinen für automatische Getriebe sind ebenfalls geläufig, wie dies aus den US- Patenten 4 922 425, 4 849 899 und 4 899 279 ersichtlich ist.
Automatische Getriebesysteme, die einen Drehmomentwandler enthalten, der antriebsmäßig zwischen einem Antriebsmotor und einem mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe angeordnet ist, und/oder die eine Drehmomentwandlerüberbrückungs- oder -sperreinrichtung umfassen, sind ebenfalls bekannt, wie dies aus den US-Patenten 3 593 596; 4 261 216; 4 271 724; 4 351 205 und 4 375 171 zu ersehen ist.
Zum Stand der Technik gehören ferner automatische mechanische Getriebesysteme, die powersynchronizereinrichtungen verwenden, d.h. Einrichtungen, die unabhangig von der Motordrehzahl arbeiten, um ohne Manipulation der Motordrehzahl die Eingangswelle bremsen oder beschleunigen zu können, um die Getriebeschaltkupplung wieder zu synchronisieren. Beispiele derartiger Systeme sind aus den US-Patenten 3 478 851, 4 023 443; 4 140 031 und 4 614 126 ersichtlich.
Automatische mechanische Getriebesysteme mit Powersynchronizer und einem Drehmomentwandler, der antriebsmäßig zwischen dem Antriebsmotor und der Getriebeeingangswelle angeordnet ist, sind ebenfalls bekannt, wobei der Drehmomentwandler eine Überbrückungs /Trennkupplungsanordnung enthält. Beispiele hierfür sind in den US-Patenten 4 784 019 und 4 860 861 zu finden sowie dem SAE Papier Nr. 881830 mit dem Titel "THE EATON CEEMAT (CONVERTER ENHANCED ELECTRONICALLY MANAGED AUTOMATIC TRANSMISSION)".
Derartige Getriebesysteme ergeben ein automatisches mechanisches Getriebesystem, bei dem ein mechanisches Geschwindigkeitswechselgetriebe verwendet wird, das in seinem Aufbau mit dem Aufbau von Getrieben für manuelles Schalten identisch oder im Wesentlichen identisch ist, wobei die Vorteile eines Drehmomentwandlers zum Anfahren des Fahrzeugs und die Vorteile der schlupffreien Kupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten/Gängen beibehalten sind und eine verhältnismäßig schnelle Synchronisation der formschlüssigen Klauenkupplungsteile des Getriebes erreicht wird. Indem ein automatisches mechanisches Getriebesystem bereitgestellt wird, das auf demselben oder im Wesentlichen demselben mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebe basiert, wie es für handgeschaltete Getriebesysteme verwendet wird, werden Einsparungen bei der Herstellung, den Lager- und den Wartungskosten erzielt. Falls notwendig, wird dem Getriebe ein Schaltmechanismus zugeordnet, der für eine automatische Steuerung durch Magnetventile od.dgl. geeignet ist. Ein Beispiel für einen solchen Schaltmechanismus ist aus den oben erwähnten US-Patenten 4 361 060, 4 899 60, 4 873 881, 4 722 237 und 4 445 393 zu ersehen. Zum Synchronisieren der formschlüssigen Getriebeschaltkupplungsklauen wird außerdem ein Powersynchronizermechanismus zugefügt, wie er in den oben erwähnten Patenten 4 614 126; 3 478 851 oder 4 023 443 beschrieben ist.
Zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe ist ein Drehmomentwandler antriebsmäßig eingefügt. Um das angetriebene Teil des Drehmomentwandlers oder die Turbine an die Eingangswelle des Getriebes anzukoppeln bzw. um den Drehmomentwandlereingang oder Impeller (d.h. die Ausgangswelle des Motors) mit der Getriebeeingangswelle zu kuppeln, ist eine Wandlerüberbrückungs- oder Trennkupplung vorgesehen, die eine erste und eine separate zweite, unabhängig betätigbare Kupplung, vorzugsweise Reibkupplungen, enthält.
Der Drehmomentwandler liegt nur dann antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe, wenn die erste Kupplung eingerückt und die zweite ausgerückt ist. Der Drehmomentwandler ist überbrückt, d.h. die Turbine wird unmittelbar durch den Motor angetrieben, wenn die zweite Kupplung eingerückt ist.
Wenn die erste Kupplung ausgerückt ist, ist die Getriebeeingangswelle unabhängig von dem Zustand der zweiten Kupplung von dem Motordrehmoment abgekuppelt und außerdem von der trägen Masse des Drehmomentwandlers sowie von der trägen Masse der zweiten Kupplung, was es ermöglicht, dass die Schaltkupplungen leichter ausgerückt werden können, dass der Powersynchronizermechanismus wegen der relativ geringen trägen Masse an der Eingangswelle verhältnismäßig schnell wirken kann, und was es außerdem ermöglicht, dass ein vorgewählter Gang beim Stillstand des Fahrzeugs und im Fahrbetrieb voreingelegt werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind elektronische und andere Kraftsteuersysteme bekannt, bei denen die Menge des dem Motor zugeführten Kraftstoffs unabhängig von der Einstellung des Gaspedals durch den Fahrer moduliert werden kann. Derartige. Systeme sind in den US-Patenten 4 081 065; 4 361 060 und 4 792 901 sowie den SAE J1922 Electronic Engine Control Standards und den verwandten Standards SAE J1708, J1587 und J1843 bekannt.
Bei den beschriebenen automatischen Getriebesystemen, d.h. denjenigen, die aus einem handgeschalteten unsynchronisierten mechanischen Getriebe abgeleitet sind, kann der Zustand des Zahn-auf-Zahn-Stehens, d.h. die Enden der Zähne der Klauenkupplungsteile stoßen aneinander an anstatt axial ineinander -zu greifen, und/oder der Zustand des Getriebeknirschens beim Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand auftreten, d.h. die Enden der aneinander anstoßenden Klauenkupplungszähne kommen in eine ratschende Relativdrehung, anstatt in ein axiales Eingreifen bei den Klauenkupplungsteilen. Insbesondere wenn die Hauptreibungskupplung oder die Drehmomentwandlertrennkupplung nicht genau moduliert ist, ist es bei solchen Getriebesystemen zweckmäßig, Logikroutinen vorzusehen, um derartige Zustände, nämlich des Zahn-auf-Zahn-Stehens der Zähne und des Abweisens der Zähne, zu erkennen und abzuwenden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik, der beispielhaft durch die EP-A-161 521 gegeben und in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11 beschrieben ist, überwunden bzw. minimiert, indem bei einem automatischen mechanischen Getriebesystem der beschriebenen Art Sensoren und logische Regeln vorgesehen werden, um das Zahn-auf-Zahn-Stehen der Zähne und/oder das Abweisen der Zähne erkennen zu können, und indem Systemaktionen vorgesehen sind, um derartige erkannte Zustände zu beheben. Vorzugsweise handelt es sich bei den Sensoren um Sensoren, wie Eingangs- und Ausgangswellendrehzahlsensoren und um Sensoren für die Stellung der Schaltstangen, wie sie bereits bei dem System für andere notwendige Steuerzwecke inkorporiert sind.
Das obige Ziel wird mit Ausführungsbeispielen der Erfindung, die selbst in den Ansprüchen 1 und 2 definiert ist, erzielt, und zwar vorzugsweise bei einem automatisierten mechanischen Getriebesystem, das auf einem mechanischen Gewindigkeitswechselgetriebe basiert, dem Schalteinrichtungen, die zur automatischen Steuerung geeignet sind, ein Powersynchronizermechanismus, wie er in der oben erwähnten US-Patentschrift 4 614 126 geoffenbart ist, ein Drehmomentwandler, der antriebsmäßig zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe angeordnet ist, und eine Kupplungsanordnung zur Wandlerüberbrückung und -abkopplung hinzugefügt ist, die eine erste und eine davon getrennte zweite, unabhängig betätigbare Kupplung, vorzugsweise Reibkupplungen, enthält, um das angetriebene Teil oder die Turbine an die Getriebeeingangswelle bzw. Drehmomentwandlereingang oder Impeller (d.h. Motorausgangswelle) mit der Getriebeeingangswelle zu kuppeln; indem Mittel vorgesehen sind, wie Eingangswellen- und Ausgangswellendrehzahlsensoren, um die Drehzahl der einzurückenden Klauenkupplungsteile zu erfassen, und Mittel, wie Stellungssensoren für die Schaltstangen, um die Leerlauf-/nicht Leerlaufstellung oder die eingerückte/nicht eingerückte axiale Verschiebung der Klauenkupplungsteile zu erfassen, sowie logische Regeln, um die Signale dieser Sensoren zu verarbeiten, um die Zustände des Zahn-auf-Zahn-Stehens der Zähne und/oder des Abweisens zu erkennen und darauf zu reagieren.
Wenn beim Anfahren aus dem Stillstand beim Versuch des Einrückens die Klauenkupplung weder im Leerlauf zustand noch im eingerückten Zustand steht, während die Klauenkupplungsteile mit synchroner Drehzahl umlaufen, zeigt dies an, dass Klauenkupplungszähne aneinander anstoßen und der Systemcontroller gibt Befehle aus, wodurch die Hauptoder Trennkupplung kurz eingerückt wird, um zu versuchen, die Zähne aus der Zahn-auf Zahn-Anlage zu stoßen oder zu drehen, damit die Zähne axial in Eingriff kommen können. Wenn dies nicht erfolgreich ist und die Schaltstangenstellungssensoren nach wie vor keine Eingriffsstellung anzeigen, während die Drehzahlsensoren fortwährend die synchrone Rotation der Kupplungsteile signalisieren, wird der Versuch, Zähne gegeneinander zu verdrehen, eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt, vorzugsweise mit zunehmend längeren Versuchen. Wenn auch hierbei der Erfolg versagt bleibt, wird der gesamte Vorgang des Gangeinlegens erneut gestartet. Wenn während des Versuchs, die Klauenkupplungen gegeneinander zu verdrehen, die Klauenkupplungsteile beginnen, mit einer deutlich unsynchronen Drehzahl zu rotieren, ist dies ein Zeichen für potenziell schädigendes Zähneabweisen oder -schleifen und der Controller gibt umgehend Befehle aus, um die Hauptkupplung oder die Trennkupplung auszurücken, den Leerlauf auszuwählen (oder die vorher eingelegte Gangstufe) und den gesamten Vorgang des Gangeinlegens erneut zu starten, wie dies in den Vorschlägen nach dem Stand der Technik gemäß der EP-A-0 130 812 und der EP-0 161 521 vorgesehen ist.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes automatisches mechanisches Getriebesystem zu schaffen, das vorzugsweise einen Powersynchronizer, einen antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem mechanischen Getriebe (Standrädergetriebe) angeordneten Drehmomentwandler und ferner eine verbesserte Kupplungsanordnung zur Überbrückung des Drehmomentwandlers und zum Abkuppeln vorsieht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein automatisiertes mechanisches Getriebesystem zu schaffen, das Mittel enthält, um erstens einen Zustand mit Zahn-auf-Zahn stehenden Zähnen und/oder abweisenden Zähnen zu erkennen und zweitens zu beheben.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegen den Erfindung ergeben sich aus dem Studium der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers und der erfindungsgemäßen Anordnung zum Abkoppeln des Drehmomentwandlers und zum Überbrücken desselben.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines automatischen mechanischen Getriebesystems gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine geschnittene Teildarstellung des automatischen mechanischen Getriebesystems gemäß der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung einer typischen Schaltsequenz für das Getriebe nach Fig. 2.
Fig. 5 zeigt eine symbolische Darstellung des Schaltmusters für das Getriebe nach Fig. 3.
Fig. 6 zeigt ein Übergangsdiagramm für das Steuersystem/logische Verfahren gemäß der Erfindung.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Lediglich aus Gründen der Bequemlichkeit und Bezugnahme und nicht beschränkend wird eine bestimmte Terminologie in der nachfolgenden Beschreibung verwendet. Die Worte "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Figuren, auf die Bezug genommen ist. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf dem geometrischen Mittelpunkt des Gerätes oder des bezeichneten Teils zu bzw. von diesem weg. Die obige Vereinbarung gilt insbesondere für die oben erwähnten Worte, Ableitungen hiervon und Worte mit ähnlicher Bedeutung.
In den Fig. 1, 2 und 3 sind die Kupplungsanordnung 10 zur Drehmomentwandlerüberbrückung und -abkopplung sowie ein automatisches mechanisches Getriebesystem 12, das diese Anordnung verwendet, erfindungsgemäß dargestellt. Der Ausdruck "automatisch mechanisches Getriebesystem", wie er hier verwendet wird, soll ein System bezeichnen, das wenigstens eine drosselgesteuerte Wärmekraftmaschine 16, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe 14 mit Schaltkupplungen, eine nicht formschlüssige Kupplungseinrichtung, beispielsweise eine Hauptreibungskupplung und/oder eine Flüssigkeitskupplung 10/20, die zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe angeordnet ist, und eine Steuereinheit 50 enthält, um all diese Einrichtungen automatisch zu steuern. Derartige Systeme enthalten natürlich auch Sensoren und/oder Aktuatoren zum Aussenden von Eingangssignalen an die Steuereinheit und/oder zum Entgegennehmen von Befehlsausgangssignalen von dieser.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Getriebesystemen mit Drehmomentwandler und Kupplungen zum Überbrücken und Abkuppeln des Drehmomentwandlers geeignet ist, ist die Erfindung auch auf Getriebesysteme anwendbar, die eine übliche Reibungshauptkupplung aufweisen, die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist.
Das automatische mechanische Getriebesystem 12 gemäß der Erfindung ist zur Verwendung bei Landfahrzeugen vorgesehen, wie Schwerlastkraftwagen, ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsbereich beschränkt. Das erläuterte automatische mechanische Getriebesystem 12 weist ein automatisches, mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe 14 auf, das mittels eines Primärantriebs 16, der durch eine Drossel gesteuert ist (beispielsweise ein Dieselmotor), über eine Flüssigkeitskupplung oder eine Drehmomentwandleranordnung 20 angetrieben ist. Den Ausgang des automatischen Getriebes 14 stellt eine Ausgangswelle 22 dar, die dazu eingerichtet ist, antriebsmäßig mit geeigneten Fahrzeugkomponenten, beispielsweise dem Differenzial einer Antriebsachse, einem Verteilergetriebe oder anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen verbunden zu werden.
Wie im Einzelnen weiter unten erläutert ist, weist die Kupplungsanordnung 10 zur Drehmomentwandlerüberbrückung und -abkupplung zwei getrennte, unabhängig voneinander einrückbare Kupplungen, vorzugsweise Reibkupplungen auf, nämlich eine Kupplung 24 zum Abkuppeln des Drehmomentwandlers und eine Kupplung 26 zum Überbrücken des Drehmomentwandlers. Das Getriebe 14 umfasst einen Getriebebetätigungsmechanismus 28, der vorzugsweise in Gestalt einer Schaltanordnung, die mit unter Druck stehendem Fluid betätigt wird, ausgeführt ist, wie sie in der oben erwähnten US-Patentschrift 4 445 393 beschrieben ist. Das Getriebe enthält vorzugsweise auch eine Powersynchronizeranordnung 30, die von der Bauart sein kann, wie sie in den oben erwähnten Patenten 3 478 851, 4 023 443 oder 4 614 126 beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf automatisierte mechanische Getriebesysteme ohne Powersynchronizeranordnung anwendbar.
Auf die oben erwähnten Antriebsstrangkomponenten wird von verschiedenen Geräten aus eingewirkt und sie werden durch diese überwacht, wobei jede bzw. jedes von ihnen aus dem Stand der Technik bekannt ist und nachstehend im Einzelnen beschrieben ist. Zu diesen Geräten kann eine Anordnung 32 zur Überwachung der Gaspedalstellung, die die Position des vom Fahrzeugführer betatigten Gaspedals oder anderer Kraftstoffdrosseleinrichtungen ermittelt, eine Drosselsteuerung 34, die die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor kontrolliert, eine Motordrehzahlsensoranordnung 36, die die Drehzahl des Motors misst, ein Aktuator für die Drehmomentwandlertrenn- und -überbrückungskupplungen, der die Drehmomentwandlertrenn- und -überbrückungskupplungen betätigt, ein Drehzahlsensor 42 für die Getriebeeingangswelle, ein Drehzahlsensor 44 für die Getriebeausgangswelle, ein Aktuator für den Getriebeschaltmechanismus zum Steuern der Betatigung des Getriebeschaltmechanismus 28 und/oder ein Aktuator 48 für den Powersynchronizermechanismus gehören, um die Betätigung des Powersynchronizermechanismus 30 zu kontrollieren.
Im einfachsten Falle kann die Drosselsteuerung 34 eine Übersteuerungseinrichtung sein, um die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor, unabhängig von der Einstellung des Gaspedals durch den Fahrer, auf einen festgelegten oder variablen Wert zu vermindern ("dip"). Alternativ kann die Drosselsteuerung Teil einer elektronischen Motorsteuerung entsprechend dem oben erwähnten SAE Papier J1922 oder einem ähnlichen Standard sein.
Die oben erwähnten Geräte liefern Informationen an eine zentrale elektronische Verarbeitungseinheit (ECU) 50 bzw. erhalten Befehle von dieser. Die zentrale Verarbeitungseinheit oder Controller 50 basiert vorzugsweise auf einem digitalen Mikroprozessor, wobei dessen spezielle Konfiguration und Aufbau nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Die zentrale Verarbeitungseinheit 50 erhält Informationen von einer Schaltsteuerung oder Modusauswahleinrichtung 52, mittels derer der Fahrer einen Rückwärtsbetrieb (R), den Leerlauf (N) oder verschiedene Vorwärtsfahrbetriebe des Fahrzeugs (D, D2L) auswählen kann. Typischerweise wird die D-Betriebsart beim Fahren mit dem Fahrzeug auf der Straße verwendet, während die Betriebsart D2L zum Fahren abseits der Straße ausgewählt wird. Typischerweise enthält das System auch verschiedene Sensoren, Schaltungen und/oder verschiedene Sensoren, Schaltungen und/oder Logikroutinen, um Sensor- und/oder Aktuatorfehler zu erfassen und darauf zu reagieren.
Wie bekannt, bekommt die zentrale Verarbeitungseinheit 50 Eingangssignale von verschiedenen Sensoren und/oder Betatigungseinrichtungen. Zusätzlich zu diesen unmittelbaren Eingaben kann die zentrale Verarbeitungseinheit 50 mit einer Schaltung und/oder einer Logik versehen sein, um die Eingangssignale zu differenzieren, um errechnete Signale bereit zu stellen, die für die Änderungsgeschwindigkeit der verschiedenen überwachten Einrichtungen kennzeichnend sind, sowie Mittel, um die Eingangssignale zu vergleichen, und/oder Speichermittel, um bestimmte Eingangsinformationen zu speichern, wie die Richtung des letzten Schaltvorgangs, sowie Mittel zum Normieren des Speichers beim Auftreten von vorbestimmten Ereignissen. Die jeweiligen Schaltungen, um die oben erwähnten Funktionen zu erreichen, sind aus dem Stand der Technik bekannt und Beispiele hierfür finden sich in den oben erwähnten US-Patenten 4 361 060 und 4 595 986 sowie in einem technischen Papier mit dem Titel "THE AUTOMATION OF MECHANICAL TRANSMISSIONS"; veröffentlicht in den Tagungsunterlagen einer gemeinsamen IEEE/SAE-Konferenz "International congress 20 on Transportation Electronics", IEEE- Katalog Nummer 84CH1988-5.
Wie durchaus aus dem Betrieb und der Funktion von elektronischen Steuereinheiten, insbesondere solchen, die auf Mikroprozessoren basieren, bekannt, können die unterschiedlichen Logikfunktionen durch diskrete, fest verdrahtete Logikeinheiten oder durch eine einzige Logikeinheit erbracht werden, die mit unterschiedlichen Teilen oder Subroutinen eines Steuer/Betriebssystemprogramms (d.h. der Software) arbeitet.
Eine detailliertere schematische Darstellung des Drehmomentwandlers 20 sowie der Kupplungsanordnung 10 zur Wandlerüberbrückung und -abkupplung, wie sie zwischen dem Motor 16 und dem automatischen Geschwindigkeitswechselgetriebe betriebsmäßig eingefügt ist, ist in Fig. 1 gezeigt. Die Kupplung 10 zum Abkuppeln wird auch Trennkupplung genannt. Die Drehmomentwandleranordnung 20 ist konventionell in dem Sinne, dass sie eine Flüssigkeitskupplung in der Bauart als Drehmomentwandler mit einem Impeller 54 (Pumpenrad), der durch die Ausgangswelle oder Kurbelwelle 56 des Motors über eine Glocke 58 angetrieben ist, eine Turbine 60, die von dem Impeller hydraulisch angetrieben ist, sowie ein Leitrad 62 aufweist, das mittels einer Freilaufrollenkupplung< 66 an einem Gehäuse 64 festgesetzt wird, die auf einer Welle 68 sitzt, die an dem Gehäuse 64 verankert ist. Die Kupplungsglocke 58 treibt außerdem eine Pumpe 70 an, um den Drehmomentwandler unter Druck zu setzen, das Getriebe zu schmieren und wahlweise den Getriebeschaltmechanismus 28 und/oder den Powersynchronizermechanismus 30 und/oder die Trenn- und Überbrückungskupplungen 24 und 26 unter Druck zu setzen. Die Pumpe 70 weist einen beliebigen bekannten Aufbau auf, beispielsweise eine bekannte Sichelzellenpumpe.
Das Getriebe 14 weist eine Eingangswelle 72 auf, die über die Drehmomentwandleranordnung 20 und/oder die Trennund Überbrückungskupplungsanordnung 10 von dem Motor 16 angetrieben wird. Die Getriebeeingangswelle 72 trägt ein Verbindungsglied 74, das auf ihr drehfest sitzt. Das Verbindungsglied 74 weist einen Teil 76, der der Drehmomentwandlertrennkupplung 24 zugeordnet ist sowie einen zweiten Nabenteil 78 auf, der zur Verbindung mit der Eingangswelle profilverzahnt ist. Kurz gesagt, kann, wie weiter unten im Einzelnen ausgeführt wird, die Drehmomentwandlertrennkupplung 24 ein- oder ausgerückt werden, und zwar unabhängig von dem Ein- oder Ausrücken der Überbrückungskupplung 26, um mit einem Verbindungsglied 79 reibschlüssig in Eingriff oder damit außer Eingriff zu kommen, das der Drehmomentwandlerturbine 60 zugeordnet ist sowie einem Teil der Wandlerüberbrückungskupplung 26 zu oder von der Getriebeeingangswelle 72 mittels eines Teil 76 des Verbindungsglieds 74. Die Überbrückungskupplung 26 für den Drehmomentwandler kann reibschlüssig ein- oder ausgerückt werden, unabhängig von dem Ein- oder Ausrücken der Trennkupplung 24, um die Motorkurbelwelle 56 und die dadurch angetriebene Glocke 58 reibschlüssig an das Verbindungsglied 79 anzukuppeln.
Das Einrücken der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 26 verbindet die Motorkurbelwelle 56 über die Glocke 58 unmittelbar mit dem Verbindungsglied 79, gleichgültig, ob die Wandlertrennkupplung 24 ein- oder ausgerückt ist und sie sorgt somit für ein effektives Überbrücken zum schlupffreien Ankoppeln des Drehmomentwandlers 20 und des Getriebes 14 unmittelbar an den Motor 16, wenn die Trennkupplung 24 eingerückt ist. Bei Drehzahlen oberhalb der Drehzahl für die Überbrückung des Drehmomentwandlers muss die Überbrückungskupplung 26 nicht während des Schaltens ein- und ausgerückt werden, da das Ausrücken der Kupplung 24 die träge Masse des Verbindungsglieds 79 von der Eingangswelle 72 abkuppelt.
Wenn die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung oder -bypasskupplung 26 ausgerückt und die Drehmomentwandlertrennkupplung 24 eingerückt ist, wird das Getriebe 14 von dem Motor 16 über die Flüssigkeitskupplung des Drehmomentwandlers angetrieben, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Wenn die Drehmomentwandlertrennkupplung 24 ausgerückt ist, ist die Getriebeeingangswelle 72 unabhängig vom Zustand der Überbrückungskupplung 26 antriebsmäßig von jedem Antriebsdrehmoment abgekoppelt, das von dem Motor geliefert wird, und auch von jeglicher Trägheitskraft, die von dem Drehmomentwandler, dem Motor oder der Kupplung 26 hervorgerufen wird. Das Abkuppeln der Getriebeeingangswelle von den Trägheitseinflüssen des Motors, der Kupplung 26 und/oder des Drehmomentwandlers gestattet es, die Drehzahl der Eingangswelle 72 und aller Getriebezahnräder, die damit antriebsmäßig verbunden sind, durch den Powersynchronizermechanismus 30 des Getriebes schneller zu beschleunigen oder zu verzögern, um eine schnellere Synchronisation während des Herunterschaltens oder des Heraufschaltens des Getriebes zu erreichen, und um es außerdem dem Powersynchronizer 30 zu ermöglichen, die Eingangswelle 72 mit einer Drehzahl laufen zu lassen, die größer ist als jede durch die Motordrehzahl vorgebbare Drehzahl.
Wenn das Fahrzeug steht und sich der Betriebsartwähler in dem Fahrmodus oder in dem Off-Highway-Modus befindet, ist die Trennkupplung 24 eingerückt und die Überbrückungskupplung 26 ausgerückt, um mit Hilfe des Drehmomentwandlers das Anfahren mit den bekannten Vorteilen zu ermöglichen. Oberhalb einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Gangstufe werden die Vorteile des Drehmomentwandlerbetriebs nicht mehr benötigt und die erhöhte Effizienz einer Direktantriebsverbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe ist erforderlich. Unter diesen Bedingungen bleibt die Überbrückungskupplung 26 für den Drehmomentwandler eingerückt, was es gestattet, dass die Getriebeeingangswelle 72 unmittelbar von dem Motor über die Drehmomentwandlerglocke 58 und das Verbindungsglied 79 angetrieben wird, wenn die Trennkupplung 24 eingerückt ist.
Wie oben erwähnt, wird die Kupplung 24 ausgerückt, um von einem zunächst eingelegten Gang in den Leerlauf zu schalten, damit der Powersynchronizer 30 die Klauenkupplungsglieder, die dem einzulegenden Gang zugeordnet sind, zu synchronisieren und das Einrücken der synchronisierten Klauenkupplungen des einzulegenden Gangs zu gestatten.
Die Auswahl der gewünschten Gangstufe und die Auswahl der erforderlichen Ein- oder Ausrückstellung der Drehmomentwandlertrennkupplung oder der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung, ebenso wie die Ausgabe von Befehls signalen an die verschiedenen Kupplungen und Getriebeaktuatoren, erfolgt durch die zentrale Verarbeitungseinheit 50 in einer Weise, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und wie sie im Einzelnen in den oben erwähnten US-Patenten 4 361 060 und 4 595 986 beschrieben ist.
Das Verbundgetriebe 14 ist genauer in Fig. 3 gezeigt und von einer Konstruktion, bei der die Vorgelegewelle oder Vorgelegewellen 90 der Hauptgruppe koaxial mit der Vorgelegewelle oder den Vorgelegewellen 92 der Hilfsgruppe ausgerichtet sind. Das Getriebe 14 ist von einer verhältnismäßig standardisierten Konstruktion und vorzugsweise mit Zwillingsvorgelegewellen ausgerüstet, wobei nur eine dieser Vorgelegewellen der Haupt- bzw. der Hilfsgruppe 94 veranschaulicht ist. Beispiele für solche Getriebe mit koaxial ausgerichteten Vorgelegewellen der Haupt- und der Hilfsgruppe finden sich in den US-Patenten 3 105 395 und 3 138 965.
Das Getriebe 14 weist die Eingangswelle 72 auf, mit der das Glied 78 drehfest verbunden ist und die außerdem ein Eingangszahnrad 98 drehfest trägt. Die Hauptgruppenvorgelegewelle 90 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu einer Hauptwelle 100 und trägt drehfest Vorgelegewellenzahnräder 102, 104, 106, 108, 110 und 112. Eine Anzahl von Hauptwellenzahnrädem, auch Gangzahnräder genannt, 114, 116, 118 und 120, umgeben die Hauptwelle 100 und sind an diese mittels zweiseitig wirkender Kupplungsmuffen 122, 124 und 126 mit formschlüssigen Kupplungsklauen zeitlich einander ausschließend ankuppelbar. Die Klauenkupplungsmuffe 122 kann außerdem die Eingangswelle 72 unmittelbar an die Hauptwelle 100 ankuppeln, während die Kupplungsmuffe 126 ein Hauptwellenzahnrad 128 für den Rückwärtsgang an die Hauptwelle ankuppeln kann.
Die Hauptwellenzahnräder 114, 116, 118 und 120 umgeben die Hauptwelle 100 und kämmen ständig mit Paaren diametral angeordneter Vorgelegewellenzahnräder 104, 106, 108 und 110, durch die die Hauptwellenzahnräder außerdem vorzugsweise gelagert sind, wobei diese Lagerungsart und die sich daraus ergebenden besonderen Vorteile im Einzelnen in den oben erwähnten US-Patenten 3 105 395 und 3 335 616 erläutert sind. Das Hauptwellenzahnrad 128 für den Rückwärtsgang kämmt ständig mit dem Vorgelegewellenzahnrad 112 mittels eines üblichen, leerlaufenden Zwischenzahnrads (nicht dargestellt). Das am weitesten vorne sitzende Vorgelegewellenzahnrad 102 kämmt ständig mit dem Eingangszahnrad 98 und wird durch dieses angetrieben, um die Rotation der Vorgelegewelle 90 zu bewirken, wenn das Eingangswellenzahnrad in Umdrehungen versetzt wird.
Die Schaltmuffe 122 trägt formschlüssige Klauenkupplungszähne 98b und 114b, die in Kupplungszähne 98a bzw. 114a einrückbar sind und mit diesen formschlüssige Klauenkupplungen 98c bzw. 114c bilden. Kupplungsmuffen 124 tragen formschlüssige Klauenkupplungszähne 116b und 118b, die zwischen Klauenkupplungszähne 116a bzw. 118a einrückbar sind, um mit diesen zusammen formschlüssige Klauenkupplungen 116c bzw. 118c zu bilden. Eine Klauenkupplungsmuffe 126 trägt Klauenkupplungszähne 120b und 128b, die formschlüssig zwischen Klauenkupplungszähne 120a bzw. 128a einrückbar sind und mit diesen zusammen formschlüssige Klauenkupplungen 120c bzw. 128c definieren.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist jede Schaltmuffe vorzugsweise direkt oder indirekt mit der Hauptwelle zwecks drehfester Kupplung mit ihr und zur axialen Relativbewegung gegenüber der Hauptwelle mit der Hauptwelle profilverzahnt. Andere Lagerungsmittel für die Kupplungsmuffen sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt und sie sollen von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung mit umfasst sein. Jede Schaltmuffe 122, 124 und 126 ist mit Mitteln zum Aufnehmen einer Schaltgabel oder eines Schaltjochs 130, 132 bzw. 134 versehen, wodurch die Schaltmuffen aus den in Fig. 3 gezeigten stellungen durch den Aktuator 28 axial verschiebbar sind, und zwar zu jedem Zeitpunkt jeweils nur eine.
Eine Stellungssensoranordnung 43 dient dazu, Signale zu liefern, die für die Axialstellung der Schaltgabeln oder der diesen zugeordneten Schaltstangen kennzeichnend sind. Typischerweise sind diese Signale für die Leerlauf- Nichtleerlauf- und/oder Gang-eingelegt/-nicht-eingelegt- Stellung der Schaltgabeln und zugeordneten Klauenkupplungsglieder kennzeichnend.
Zu der Hilfsgetriebegruppe 96 gehört eine Ausgangswelle 22, die vorzugsweise mit der Eingangswelle 72 und der Hauptwelle 100 koaxial ist und die in dem Getriebegehäuse mittels Lagern drehbar gelagert ist. Zu der Hilfsgruppe gehört ebenfalls eine Hilfsgruppenvorgelegewelle 92, die mittels Lagern in dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Drehfest mit der Hauptwelle 100 ist das Antriebszahnrad 136 der Hilfsgruppe. Die Hilfsgruppenvorgelegewelle 92 trägt drehfest Vorgelegewellenzahnräder 138 und 140 der Hilfsgruppe. Das Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnrad 138 kämmt ständig mit dem Hilfsgruppeneingangszahnrad 136, während das Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnrad 140 ständig mit einem Ausgangszahnrad 142 kämmt, das die Ausgangswelle 22 umgibt. Eine synchronisierte Kupplungsanordnung 144, die von einer üblichen Konstruktion mit individuell synchronisierter Klauenkupplung ist, wird dazu verwendet, wahlweise die Hauptwelle 100 oder das Antriebszahnrad 136 der Hilfsgruppe unmittelbar an die Ausgangswelle 22 anzukuppeln, um eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Hauptwelle und der Ausgangswelle zu schaffen oder um das Ausgangszahnrad 142 an die Ausgangswelle 22 anzukuppeln, um einen untersetzten Antrieb der Ausgangswelle 22 von der Hauptwelle 100 her über die Vorgelegewelle 92 zu erreichen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die synchronisierte Kupplungsanordnung 144 wird durch eine Schaitgabel 146 gesteuert, die mittels des Aktuators 28 axial bewegbar ist.
Das Getriebe 14 ist von der Rangebauart, wobei der Übersetzungssprung (oder Schritt) der Hilfsgruppe größer ist als der in den allen Bereichen auftretende gesamte, von der Hauptgruppe überdeckte Bereich von Übersetzungen. Derartige Getriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt, siehe hierzu das US-Patent 4 754 665.
Die Powersynchronizeranordnung 30 weist einen Planetenzahnradsatz zur Drehzahlerhöhung auf, der von der Ausgangswelle 22 unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors 16 angetrieben wird und wahlweise im Sinne einer Beschleunigung der Drehzahl der durch die Eingangswelle 72 angetriebenen Getriebeelemente betätigbar ist, zwecks Synchronisation der Rotation der zu dem einzulegenden Gang gehörenden Klauenkupplungsglieder. Vorzugsweise umfasst die Powersynchronizeranordnung 30 außerdem Mittel, um die von der Eingangswelle angetriebenen Getriebeelemente zu verzögern. Die Verzögerung der durch die Eingangswelle angetriebenen Getriebeelemente kann auch mit Hilfe der Eingangswelle und/oder Motorbremseinrichtungen erreicht werden, die vorzugsweise durch die zentrale Verarbeitungseinheit 50 gesteuert sind.
Die Powersynchronizeranordnung 30 wird von dem Fahrzeug über ein Zahnrad 142 angetrieben, das unmittelbar oder indirekt durch die Ausgangswelle 22 in Umdrehungen versetzt wird, womit der Powersynchronizer die Vorgelegewelle 90 der Hauptgruppe nicht beschleunigen kann, wenn die Hilfsgruppe nicht durchgeschaltet ist. Einzelheiten der Konstruktion und des Betriebs der Powersynchronizeranordnung 30 sind detailliert der oben erwähnten US-Patentschrift 4 614 126 zu entnehmen.
Die Schaltreihenfolge für einen einfachen Schaltvorgang des Getriebes 15 des Systems 12 ist in Fig. 4 veranschaulicht. Wenn angenommen wird, dass die ECU 50 bestimmt, es ist ein Schalten von dem zweiten in den dritten Gang erforderlich ist, d.h. ein einfaches Heraufschalten, veranlasst die ECU die Kraftstoffsteuerung 34, die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor zu verringern (d.h. "einen Dip" auszuführen), und zwar unabhängig von der Stellung des Gaspedals 32. Während die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor vermindert wird, wird die Trennkupplung (oder die Hauptkupplung) 24 ausgerückt und die Hauptgruppe 94 in den Leerlauf geschaltet. Während der Verminderung der Kraftstoffzufuhr zum Motor, dem Auskuppeln der Trennkupplung und dem Schalten der Hauptgruppe in den Leerlauf wird der Powersynchronizer betätigt, um das Räderwerk der Hauptwelle (in diesem Falle das zum dritten Gang gehörende Hauptwellenzahnrad 114) mit einer Zieldrehzahl bzw. im Wesentlichen der synchronen Drehzahl gegenüber der Hauptwelle 100 laufen zu lassen, wie dies durch die Drehzahl der Ausgangswelle und dem Übersetzungsvehältnis in der Hilfsgruppe 96 definiert ist. Die Drehzahl der Ausgangswelle wird durch einen Sensor 44 erfasst, während die Drehzahl der verschiedenen Hauptwellenzahnräder ein bekanntes Vielfaches der Drehzahl der Eingangswelle 72 ist, die durch den Sensor 42 erfasst wird.
Das Auswählen der Schaltstange kann zu jedem Zeitpunkt erfolgen, nachdem die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet ist, und das Wiederdurchschalten der Hauptgruppe in dem neuen Gang wird zeitlich so gesteuert, dass es dann geschieht, wenn der Powersynchronizer das anzukuppelnde Zahnrad in Richtung auf die Zielgeschwindigkeit bringt. Natürlich muss bei einem Herauf schalten der Powersynchronizer normalerweise die Drehzahl der Eingangswelle und des zugehörigen Räderwerks vermindern.
Nachdem das Einlegen des richtigen Gangs in der Hauptgruppe erreicht ist, wird die Trennkupplung wieder eingerückt und die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor wieder auf den ursprünglichen Stand gebracht.
Typischerweise kann ein einfacher Schaltvorgang in etwa 0,7 bis 0,8 sec ausgeführt werden, bei einer Trennzeit (d.h. einer Unterbrechung des Drehmoments) von etwa 0,5 sec.
Bei einer Hauptgruppe 94 des Getriebes 14 des automatisierten Getriebesystems 12, die von einem unsynchronisierten handgeschalteten Getriebe abgeleitet ist, kann ein Aufeinanderstoßen der Klauenkupplungszähne auftreten, wenn versucht wird, ausgehend von dem Leerlauf einen Gang in der Hauptgruppe einzulegen, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Bei unsynchronisierten Getrieben ist dies nicht ungewöhnlich und es ist erforderlich, dass der Fahrer die Getriebehauptkupplung ein wenig einrückt, um die aufeinanderstoßenden Schaltkupplungszähne sanft aneinander vorbeirutschen zu lassen, um ein Einrücken zu erreichen.
Das Getriebesteuersystem/Verfahren, das durch die ECU 50 umgesetzt wird, muss in der Lage sein, diesen Zustand des Zahn-auf-Zahn-Stehens der Zähne bei dem Beginn des Einrückens zu erkennen und Maßnahmen zu ergreifen, um das Zahnrad bzw. den Gang in die eingerückte Stellung gleiten zu lassen.
Obwohl das Aneinanderstoßen von Zähnen nicht allein ein Problem bei unsynchronisierten Getrieben ist, führt die Verwendung von relativ stumpfen Klauenkupplungszähnen oder Klauenkupplungszähnen mit geschossformigen Nasen bei unsynchronisierten Getrieben, verglichen mit den verhältnismäßig stark zugespitzten Zahnspitzen, wie sie üblicherweise bei synchronisierten Getrieben verwendet werden, dazu, dass das Anstoßen von Zähnen vornehmlich ein Problem bei unsynchronisierten Getrieben ist.
Beim Schalten von automatisierten Getrieben 14, ebenso wie bei den meisten unsynchronisierten handgeschalteten Getrieben, kann die Auswahl eines Vorwärts- oder eines Rückwärtsgangs, ausgehend von dem Leerlauf (d.h. das ursprüngliche Einrücken), zu einem Zustand führen, in dem Zahn auf Zahn steht, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.
Gemäß dem Übergangsdiagramm nach Fig. 6 synchronisiert das Steuersystem/Verfahren als Teil des Beginns einer Schaltsequenz (der Anforderung während des Stillstands in der Hauptgruppe ausgehend von dem Leerlauf einen Gang einzurücken) die Eingangswelle mit der zielgangdrehzahl und fordert dann das Einlegen des Gangs an. Wenn das Steuersystem feststellt, dass der Schaltaktuator sich erfolgreich aus der Leerlaufstellung heraus bewegt hat, jedoch nicht in der Lage war, das volle Einrücken zu erreichen (nach 0,5 sec), fordert das System kurz ein Einrücken der Trennkupplung 24 an (für 0,5 sec). Wenn das Steuersystem immer noch nicht ein Einrücken feststellen kann (nach 1 sec), wird die Trennkupplung kurz für eine etwas längere Zeitspanne (1 sec) eingerückt. Das Steuersystem wiederholt diesen Zyklus fünf Mal, wobei zunehmend längere Einrückperioden der Trennkupplung verwendet werden, während fortwährend überwacht wird, ob das Einrücken stattfindet. Wenn irgendwann während dieser Sequenz das axiale Einrücken der Klauenkupplung erkannt wird, wird die Trennkupplung eingekuppelt und die Schaltsequenz ist vollendet. Wenn nach fünf Zyklen kein axiales Einrücken der Schaltklauen erkannt wurde, wird wieder der Leerlauf angefordert und der Zyklus beginnt am Anfang beim Beginn der Gangschaltsequenz.
Der Drehzahlsensor 42 der Eingangswelle bzw. der Drehzahlsensor 44 der Ausgangswelle wird dazu verwendet, die Drehzahl der miteinander zu kuppelnden Klauenkupplungsglieder zu messen, während der Sensor 43 für die Schaltstangenposition dazu hergenommen wird, die Leerlauf- /nicht Leerlaufstellung oder die eingerückte/nicht eingerückte Axialverschiebestellung der beweglichen Klauenkupplungsglieder 98b, 114, 116b, 118, 120b oder 128b zu erfassen. Wenn beim Versuch des Gangeinlegens zum Anfahren aus dem Stillstand für eine vorbestimmte Zeitspanne die ein- zurückende Schaltkupplung sich nicht mehr in der Leerlaufstellung und noch nicht in der eingerückten Stellung befindet, während die Schaltkupplungsteile mit im Wesentlichen synchroner Drehzahl rotieren, zeigt dies an, dass die Kupplungsklauen aufeinanderstoßen und die ECU 50 gibt Ausgangssteuersignale an den Kupplungsaktuator 38, 40, um ein momentanes Einrücken der Trennkupplung oder der Hauptkupplung zu erreichen, um zu versuchen, die aufeinanderstoßenden Zähne gegeneinander zu verdrehen und in Eingriff zu bringen. Wenn dies nicht erfolgreich ist, d.h. der Sensor für die Schaltstangenposition weiterhin eine nicht eingerückte Stellung anzeigt, während die Drehzahlsensoren sagen, dass immer noch eine synchrone Drehzahl der Klauenkupplungsteile vorliegt, wird der Versuch, das Zahn-auf- Zahn-Stehen der Zähne aufzulösen, für eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt, vorzugsweise mit zunehmend längeren Perioden für das Einrücken der Trennkupplung oder der Hauptkupplung. Wenn eine gegebene Anzahl von Versuchen, die Zähne aus der Zahn-auf-Zahn-Stellung herauszubringen, nicht erfolgreich war, wird der gesamte Prozess des Gangeinlegens erneut gestartet.
Wie oben ausgeführt, ist es, wenn der Zustand des Anstoßens der Zähne erfasst wird, notwendig, dass die Reibkupplung 10, die zwischen dem Motor 16 und der Getriebeeingangswelle 72 liegt, leicht eingerückt wird.
Die Steuerung einer Trenn- oder Unterbrechungskupplung 10 oder einer Hauptreibungskupplung bei einem automatisierten mechanischen Getriebesystem besitzt häufig ein verhältnismäßig geringes Modulationsmaß und somit kann das Getriebesteuersystem die Geschwindigkeit des Einrückens der Kupplung nicht in demselben Maß manipulieren, wie dies ein Fahrer bei einem manuell geschalteten Getriebe tun kann. Während des ersten Einlegens eines Gangs, ausgehend von dem Leerlauf, muss die Steuerung, wenn die Situation des Anstoßens der Kupplungsklauen auftritt, die Trennkupplung 24 einrücken, um die Schaltklauen aus ihrem Zustand des Zahn-auf-Zahn-Stehens herausgleiten zu lassen, um das Einrücken zu erreichen. Da das Einrücken der Trennkupplung häufig sehr aggressiv ist, verglichen mit dem, was nötig ist, um die Kupplungsklauen aus der Zahn-auf-Zahn-Stellung herausgleiten zu lassen, kommen die Schaltklauen axial nicht in dem gewünschten Maße in Eingriff, wenn die Trennkupplung eingerückt ist, sondern gleiten oder schleifen stattdessen aufeinander bzw. aneinander vorbei. Dies ist sehr verschleißend für das Fahrzeug und ein Missbrauch des Getriebes. Das Steuersystem muss diesen Zustand des Getriebekrachens im Moment des Auftretens erkennen und unmittelbar Maßnahmen ergreifen, um die schädlichen Effekte des Getriebekrachens zu vermindern.
Wiederum gemäß dem Übergangsdiagramm nach Fig. 6 kann die Wahl des Vorwärtsgangs oder eines Rückwärtsgangs, ausgehend von der Leerlaufstellung (initiales oder erstes Gangeinlegen), dazu führen, dass der Zustand des Anstoßens der Zähne auftritt, wenn das Fahrzeug steht. Beim Auftreten eines Zahn-auf-Zahn-Stehens der Zähne oder Schaltklauen muss das Steuersystem kurz die Trennkupplung einrücken, um die Schaltklauen aus dieser Anstoßstellung zu befreien. Während die Trennkupplung eingerückt ist, überwacht die Steuerung die Wellendrehzahl der beiden miteinander zu kuppelnden Kupplungsteile. Die Wellendrehzahlen sollten synchron sein, immer wenn die Schaltkupplungen eingerückt sind oder Zahn-auf-Zahn stehen. Wenn ein Getriebekrachen bzw. Abweisen der Kupplungsklauen auftritt, ist die Synchronisation der Schaltkupplungsklauen verloren gegangen. In dem Augenblick, in dem erkannt wird, dass eine deutliche fortwährende Fehlsynchronisation der Schaltkupplungsteile erkannt wird, rückt die Logik die Trennkupplung aus und befiehlt ein Zurückschalten in den Leerlauf, um das Getriebekrachen zu minimieren. Sobald der Leerlauf erreicht ist, beginnt die Steuerung das erste Einlegen des Gangs innerhalb der Schaltfrequenz von neuem.
Es ist demgemäß ein automatisiertes mechanisches Getriebesystem 12 geschaffen, das auf einem normalen, handgeschalteten unsynchronisierten Getriebe 14 basiert und zu dem ein Steuersystem/Verfahren gehört, das eine Logik oder ein Programm zum Erkennen des Zahn-auf-Zahn- Stehens der Schaltkupplung und/oder Krachens der Schaltkupplungen erkennt, um Maßnahmen zu ergreifen, diese Zustände zu beseitigen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Schaltens eines automatisierten unsynchronisierten mechanischen Getriebesystems (12), mit einem einen Schaltaktuator (28) aufweisenden mechanischen Getriebe (14), mit einem kraftstoffgesteuerten Motor (16), mit einer nicht formschlüssigen Kupplung (10), die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist und mit einer zentralen Steuereinheit (50), die dazu vorgesehen ist, um für den Zustand des Getriebesystems kennzeichnende Eingangssignale, zu denen (i) für die Drehzahlen der Getriebewellen (42, 44) kennzeichnende Signale und (ii) für die Positionierung der unsynchronisierten Klauenkupplungsteile (43) des Getriebes kennzeichnende Signale gehören, entgegenzunehmen und um diese Signale entsprechend logischer Regeln zu verarbeiten, um Ausgangssteuersignale an eine Anzahl von Systemaktuatoren abzugeben, zu denen der Schaltaktuator (28) und ein Aktuator (38, 40) für die nichtformschlussige Kupplung (10) gehören, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet, wonach als Antwort darauf, daß ein Schalten aus dem Leerlauf in eine vorgewählte Gangstufe als erforderlich ermittelt wurde, veranlaßt wird, die nichtformschlüssige Kupplung (10) auszurücken, sodann die Klauenkupplungsteile (98a/b, 114a/b, 118a/b, 120a/b, 128a/b) die zu den ausgewählten Gangstufen gehören, mit im wesentlichen synchroner Drehzahl in Umdrehungen zu versetzen und sodann die Klauenkupplungsteile ohne Unterbrechung in den formschlüssigen Eingriff zu drücken; fortwährend die Drehzahlen und die relativen Axialstellungen der Klauenkupplungsteile gemessen werden und, falls nach einer ersten Zeitspanne die Klauenkupplungsteile zwar noch immer mit im wesentlichen synchroner Drehzahl umlaufen, sich jedoch nicht in eine Axialstellung bewegen, die für ein formschlüssiges Einrücken der Klauenkupplung kennzeichnend ist, erkannt wird, daß ein Zustand vorliegt, in dem Zahn auf Zahn stößt, dadurch gekennzeichnet,

daß bei der Feststellung des Zustandes, daß Zahn auf Zahn stößt, während fortwährend veranlaßt wird, daß die Klauenkupplungsteile in den formschlüssigen Eingriff gedrückt werden, die nichtformschlüssige Kupplung (10) veranlaßt wird, augenblicklich für eine zweite verhältnismäßig kurze Zeitspanne einzurücken und sodann wieder aus zurücken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß,

falls, nachdem die nichtformschlüssige Kupplung für die zweite Zeitspanne ein- und sodann ausgerückt wurde, festgestellt wird, daß der Zustand, daß Zahn auf Zahn stößt, andauert, veranlaßt wird, daß die nichtformschlüssige Kupplung wiederholt für eine verhältnismäßig kurze dritte Zeitspanne ein- und sodann wiederum ausgerückt wird, bis dieser Zustand nicht mehr herrschen oder die Anzahl der Zyklen des Einrückens der nichtformschlüssigen Kupplung und deren Ausrückens eine vorbestimmte Anzahl übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die dritte Zeitspanne länger ist als die zweite Zeitspanne.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die dritte Zeitspanne veränderlich ist und mit jedem Zyklus länger wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, bei dem, falls die Anzahl der Zyklen eine vorbestimmte Anzahl übersteigt und die Bedingungen immer noch vorherrschen, die Klauenkupplungsteile veranlaßt werden, sich aus der relativen Axialstellung für den formschlussigen Eingriff wegzubewegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn zu einem Zeitpunkt die nichtformschlüssige Kupplung eingerückt ist und die Klauenkupplungsteile in die formschlüssige Eingriffsstellung gedrückt werden, die Klauenkupplungsteile mit im wesentlichen nichtsynchroner Drehzahl rotieren, unmittelbar die Klauenkupplungsteile veranlaßt werden, sich in eine axiale Relativstellung entsprechend dem Ausrücken zu bewegen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem die nichtformschlüssige Kupplung einen Drehmomentwandler (20) sowie eine reibschlüssige Wandlertrennkupplung (24) umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Getriebesystem eine Powersynchronizer-Anordnung (fremd- oder kraftgetriebene Synchronisiereinrichtung) (30) enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, wobei die Steuereinheit (50) eine auf einem elektronischen Mikroprozessor basierende Steuereinheit enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die nichtformschlüssige Kupplung eine wahlweise ein- oder ausrückbare Reibungskupplung enthält.

11. Steuersystem zum Steuern des Schaltens eines automatisierten unsynchronisierten mechanischen Getriebesystems (12), der Bauart mit einem einen Schaltaktuator (28) aufweisenden mechanischen Getriebe (14), mit einem kraftstoffgesteuerten Motor (16), mit einer nicht formschlüssigen Kupplung (10), die antriebsmäßig zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist und mit einer zentralen Steuereinheit (50), die dazu vorgesehen ist, um für den Zustand des Getriebesystems kennzeichnende Eingangssignale, zu denen (i) für die Drehzahlen der Getriebewellen (42, 44) kennzeichnende Signale und (ii) für die Positionierung der unsynchronisierten Klauenkupplungsteile (43) des Getriebes kennzeichnende Signale gehören, entgegenzunehmen und um diese Signale entsprechend logischer Regeln zu verarbeiten, um Ausgangssteuersignale an eine Anzahl von Systemaktuatoren abzugeben, zu denen der Schaltaktuator (28) und ein Aktuator (38, 40) für die nichtformschlüssige Kupplung (10) gehören, wobei die logischen Regeln beinhalten, wonach als Antwort darauf, daß ein Schalten aus dem Leerlauf in eine vorgewählte Gangstufe als erforderlich ermittelt wurde, veranlaßt wird, die nichtformschlüssige Kupplung (10) auszurücken, sodann die Klauenkupplungsteile (98a/b, 114a/b, 118a/b, 120a/b, 128a/b), die zu den ausgewählten Gangstufen gehören, mit im wesentlichen synchroner Drehzahl in Umdrehungen zu versetzen und sodann die Klauenkupplungsteile ohne Unterbrechung in den formschlüssigen Eingriff zu drücken;

fortwährend die Drehzahlen und die relativen Axialstellungen der Klauenkupplungsteile gemessen werden und,

falls nach einer ersten Zeitspanne die Klauenkupplungsteile zwar noch immer mit im wesentlichen synchroner Drehzahl umlaufen, sich jedoch nicht in eine Axialstellung mit formschlüssigem Einrücken der Klauenkupplungsteile bewegen festgestellt wird, daß Zahn auf Zahn stößt, wobei die Regeln dadurch gekennzeichnet sind,

daß bei der Feststellung des Zustandes, daß Zahn auf Zahn stößt, während fortwährend veranlaßt wird, daß die Klauenkupplungsteile in den formschlüssigen Eingriff gedrückt werden, die nichtformschlüssige Kupplung (10) veranlaßt wird, augenblicklich für eine zweite verhältnis mäßig kurze Zeitspanne einzurücken und sodann wieder aus zurücken.

12. Steuersystem nach Anspruch 11, das ferner durch die Regeln gekennzeichnet ist, wonach,

falls, nachdem die nichtformschlüssige Kupplung für die zweite Zeitspanne ein- und sodann ausgerückt wurde, festgestellt wird, daß der Zustand, daß Zahn auf Zahn stößt, andauert, veranlaßt wird, daß die nichtformschlüssige Kupplung wiederholt fur eine verhältnismäßig kurze dritte Zeitspanne ein- und sodann wiederum ausgerückt wird, bis dieser Zustand nicht mehr herrschen oder die Anzahl der Zyklen des Einrückens der nichtformschlüssigen Kupplung und deren Ausrückens eine vorbestimmte Anzahl übersteigt.

13. Steuersystem nach Anspruch 12, bei dem die dritte Zeitspanne länger ist als die zweite Zeitspanne.

14. Steuersystem nach Anspruch 13, bei dem die dritte Zeitspanne veränderlich ist und mit jedem Zyklus länger wird.

15. Steuersystem nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, bei dem, falls die Anzahl der Zyklen eine vorbestimmte Anzahl übersteigt und die Zustände immer noch vorherrschen, die Klauenkupplungsteile veranlaßt werden, sich aus der relativen Axialstellung für den formschlüssigen Eingriff wegzubewegen.

16. Steuersystem nach einem der Ansprüche 11, 12, 13, 14 oder 15, gekennzeichnet durch Regeln, wonach, wenn zu einem Zeitpunkt die nichtformschlussige Kupplung eingerückt ist und die Klauenkupplungsteile in die formschlüssige Eingriffsstellung gedrückt werden, die Klauenkupplungsteile mit im wesentlichen nichtsynchroner Drehzahl rotieren, unmittelbar die Klauenkupplungsteile veranlaßt werden, sich in eine axiale Relativstellung entsprechend dem Ausrücken zu bewegen.

17. Steuersystem nach einem der Ansprüche 11, 12, 13, 14, 15 oder 16, bei dem die nichtformschlüssige Kupplung einen Drehmomentwandler (20) sowie eine reibschlüssige Wandlertrennkupplung (24) umfaßt.

18. Steuersystem nach einem der Ansprüche 11, 12, 13, 14, 15 oder 16, bei dem das Getriebesystem eine Powersynchronizer-Anordnung (fremd- oder kraftgetriebene Synchronisiereinrichtung) (30) enthält.

19. Steuersystem nach einem der Ansprüche 11, 12, 13, oder 14, bei dem die nichtformschlüssige Kupplung eine wahlweise ein- oder ausrückbare Reibungskupplung enthält.