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DETAILLIERTE
ERLÄUTERUNG
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Schalteinrichtung für
ein synchronisiertes Getriebe.
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Zutreffender
technischer Hintergrund
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Um einen Gang in einer Drehzahländerungseinrichtung
(einem Getriebe) zu wechseln, sollen im allgemeinen die Drehzahl
einer Eingangswelle (Eingangsdrehzahl), welche mit einer Scheibenkupplung auf
der Motorseite verbunden ist, und die Drehzahl einer Ausgangswelle
(Ausgangsdrehzahl) eines angetriebenen Rades übereinstimmen (synchronisiert sein).
Zu diesem Zwecke wird ein Synchronisationsgetriebemechanismus verwendet,
um die Drehung eines frei rotierbaren Getriebeteils, das um die
Ausgangswelle herum angeordnet ist, auf die Ausgangswelle sanft
zu übertragen.
Der Synchronisationsmechanismus enthält eine Synchronisationsnabe,
welche mit einer Keilwellenverbindung auf der Ausgangswelle sitzt,
eine über
die äußere Umfangsfläche der
Synchronisationsnabe geschobene Hülse mit einer Nut, in welche
eine Schaltgabel eingreift, sowie einen Synchronisationsring, der
mit einer Konusfläche
des frei rotierbaren Getriebeteiles durch die Schaltbetätigung der
Schaltgabel reibend Berührung
aufnimmt. Die Schaltgabel wird durch eine Betätigungskraft angetrieben, welche
durch einen Antrieb eines Hydraulikkreises aufgebracht wird.
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Zum Synchronisieren der Eingangsdrehung und
der Ausgangsdrehung beim Schalten wird die Schaltgabel so verschoben,
daß der
Synchronisationsring über
die Hülse
gegen das frei rotierbare Getriebeteil gedrückt wird. Dieser Schaltvorgang
der Schaltgabel wird vorzugsweise in kurzer Zeit durchgeführt, wird
aber dann, wenn eine Stoßfreiheit
des Fahrzeugs und die Lebensdauer des Mechanismus in Betracht gezogen
werden, bevorzugtermaßen
gemäßigt ausgeführt.
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Das bedeutet, daß die Verschiebungsbetätigung der
Schaltgabel einen Herausnahme-/Einrückbereich vom Herausnehmen
des Ganges bis zum Beginn des Synchronismus, eine Synchronisationsbereich,
in welchem der Synchronisationsring reibend Kontakt mit dem frei
rotierbaren Getriebeteil aufnimmt, sowie einen Einrück-Fortsetzungsbereich aufweist,
in welchem die Hülse
in Eingriff mit dem frei drehbaren Getriebeteil ist.
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Die Belastung der Schaltgabel, welche
von dem Schaltantrieb beaufschlagt wird, soll in dem Ausrück-/Einrückbereich
und in dem Einrück-Fortsetzungsbereich
im Hinblick auf die Stoßbeanspruchung
des Fahrzeugs und die Lebensdauer des Mechanismus klein sein, und
soll im Hinblick auf die Synchronisationssicherheit im Synchronisationsbereich
groß sein.
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Die Eingangsdrehzahlkennlinie vor
und nach der Synchronisation enthält einen ersten Änderungspunkt
(Drehzahlabfallpunkt), einen zweiten Änderungspunkt (Indexpunkt)
und einen dritten Änderungspunkt
(Widerstandspunkt). Der Drehzahlabfallpunkt tritt auf, wenn die
Kupplungsscheibe abgehoben wird. Der Indexpunkt tritt auf, wenn
der Synchronisationsring durch den Keil auf die Konusfläche gedrückt wird
und der Widerstandspunkt tritt auf, wenn der Synchronisationsring
durch unmittelbares Anschieben des Synchronisationsringes durch
die Hülse
gegen die Konusfläche
gedrückt
wird. An dem Abfallpunkt und dem Indexpunkt der Eingangsdrehung kann
die auf die Schaltgabel aufgebrachte Kraft klein sein, da an diesen
Punkten die Synchronisation nicht begonnen hat. Im Gegensatz hierzu
muß die
aufgebrachte Kraft entsprechend einer Geschwindigkeitsänderungsbedingung
nach dem Widerstandspunkt geändert
werden, wo die Verschiebungskraft oder Schaltkraft groß ist.
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Hier ist es unter Berücksichtigung
des auf das Fahrzeug wirkenden Stoßes notwendig, die Kraft so
zu steuern, daß auf
das Fahrzeug kein Stoß wirkt, indem
der Widerstandspunkt präzise
detektiert wird, da dann, wenn die Kraft an dem Widerstandspunkt, wo
die Konusfläche
Drehmoment aufnimmt, groß ist, plötzlich bestimmte
Schwierigkeiten in dem Antriebssystem auftreten. Unter Beachtung
der Lebensdauer des Mechanismus ist es erforderlich, die auf die Schaltgabel
ausgeübte
Kraft so einzustellen, daß die Synchronisation
in der zulässigen
vorbestimmten Schaltzeit vervollständigt wird.
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Bezüglich dieser Anforderungen
wird bei einem Drehzahländerungssteuersystem,
welches in dem geprüften
japanischen Patent 62-12050 (Koukoku) offenbart ist, beispielsweise
die auf die Schaltgabel ausgeübte
Kraft nur durch das Strömungsweg-Schaltventil gesteuert,
wenn entsprechend einem Kick-down des Gaspedals ein Gangwechsel
gewählt
wird.
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Die GB-A-2326918 und Patent Abstracts
of Japan, Band 012, Nr. 145 (M693), 6. Mai 1988 und
JP 62266254 , 9. November 1987, offenbaren
Schalteinrichtungen für
ein synchronisiertes Getriebe, wobei Steuermittel zur Steuerung
einer Schaltgabel, welche zur Betätigung eines Synchronisationsmechanismus
verwendet wird, in solcher Weise ausgebildet sind, daß die Betätigungskraft
unter anderen Dingen von einer Widerstandssituation abhängig ist, bei
welcher ein Synchronisationsring durch Reibungskräfte das
Synchronisationsmoment während des
Gangwechselvorganges überträgt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Schalteinrichtung in einem synchronisierten Getriebe
zu schaffen, bei welcher das Detektieren des Widerstandspunktes,
an welchem das Synchronisationsmoment von einem Synchronisationsring
auf ein frei drehbares Getriebeteil übertragen wird, zur Verbesserung
des Gangschaltvorganges mit höherer Genauigkeit
detektiert wird.
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Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden
Erfindung durch eine Schalteinrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht und wird
auch durch ein Verfahren gemäß Anspruch
12 erreicht. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen
sind Gegenstand der abhängigen
Sachansprüche
2 bis 11 und der abhängigen
Verfahrensansprüche
13 bis 17.
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Der Erfinder der vorliegenden Erfindung
hat sich nach vielerlei Untersuchungen entschlossen, den Widerstandspunkt
zu detektieren, indem der Unterschied der Änderungsgeschwindigkeit der
Eingangsdrehung vor und nach der Synchronisation ausgewertet wird.
Das bedeutet, die Änderungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle ist am größten am Widerstandspunkt,
ist am kleinsten am Drehzahlabfallpunkt und ist am Indexpunkt mittelgroß aufgrund der
Unterschiede der Schubkraft auf die Konusfläche. Um jedoch einen Schaltvorgang
zu erhalten, der nicht am Widerstandspunkt einen Stoß auf das
Fahrzeug verursacht, reicht es nicht aus, lediglich die Änderung
der Eingangsdrehzahl für
die Änderung
oder die Umschaltung der ausgeübten
Kraft des Schaltantriebs entsprechend dem detektierten Ergebnis
zu ermitteln. Der Erfinder beobachtete die Änderung der Eingangsdrehzahl
beim Schaltvorgang und fand als das durch die Erfindung zu lösende Problem
heraus, eine präzise Änderung
der Eingangsdrehung beim Schaltvorgang zu ermitteln und die auf
die Schaltgabel ausgeübte
Kraft auf der Basis der Änderung
der Eingangsdrehzahl einzustellen.
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Der Erfinder hat die Beziehung der
Größen zueinander
dahingehend herausgefunden, daß die Änderungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehzahl nahe dem Widerstandspunkt, dem Indexpunkt und dem
Drehzahlabfallspunkt groß ist
und daß,
wenn die Eingangsdrehzahl zunimmt, der Drehzahlabfall zunimmt. Darauf
basierend haben die Eingangsdrehung und die Änderungsgeschwindigkeit der
Eingangsdrehung an dem Widerstandspunkt eine Beziehung, die durch
eine lineare Gleichung angenähert werden
kann. Angesichts dieser Tatsache wird diese Beziehung durch die
lineare Rekursion angenähert, um
die geeignetste Änderungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehung in Entsprechung zu dieser Eingangsdrehung zu
akkumulieren. Wenn eine Änderungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehung, welche größer als
diese akkumulierte Änderungsgeschwin digkeit
festgestellt wird, dann kann dies als der präzise Widerstandspunkt angesehen
oder angenommen werden.
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Die Schalteinrichtung für ein synchronisiertes
Getriebe gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
enthält
eine Detektorvorrichtung zum Detektieren einer Drehzahländerungsgeschwindigkeit
einer Eingangswelle, eine Beurteilungsvorrichtung zur Beurteilung
eines Widerstandspunktes basierend auf der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle, welche durch die Detektorvorrichtung detektiert
worden ist, und einen Getriebesteuerungsmechanismus, welcher eine
elektrisch gesteuerte Antriebseinrichtung zum Antrieb der Schaltgabel
enthält,
wobei die Antriebseinrichtung einen Antriebsstrom für einen
Schaltantrieb steuert, der zur Verschiebung der Schaltgabel dient,
wenn von der Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung der Widerstandspunkt
festgestellt worden ist.
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In dieser Schalteinrichtung stellt
die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung das Vorliegen des Widerstandspunktes
fest, wenn die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle größer als
ein vorbestimmter Wert wird. Hier kann der vorbestimmte Wert auf
der Basis der Anzahl von Umdrehungen der Eingangswelle bestimmt
werden, wenn sie aufgrund einer Trennung der Kupplungsscheiben zu
Beginn eines Gangwechsels leerläuft.
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Die Schalteinrichtung für ein synchronisiertes
Getriebe gemäß einer
anderen Ausführungsform enthält eine
Beurteilungsvorrichtung zum Detektieren einer Änderungsgeschwindigkeit der
Drehzahl einer Eingangswelle, eine Beurteilungsvorrichtung zur Feststellung
eines Widerstandspunktes auf der Basis der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle, welche durch die Detektorvorrichtung festgestellt
worden ist, und einen Getriebesteuerungsmechanismus, der einen elektrisch
gesteuerten Antriebsmechanismus zur Betätigung der Schaltgabel enthält, wobei
der Antriebsmechanismus einen Antriebsstrom für einen Schaltantrieb zur Verschiebung
der Schaltgabel steuert, wenn der Widerstandspunkt durch die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung
festgestellt worden ist.
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In der Schalteinrichtung für die weitere
Ausführungsform
stellt die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung den Widerstandspunkt
fest, wenn die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle größer als
ein vorbestimmter Wert ist. Hier kann der vorbestimmte Wert auf
der Basis der Drehzahl der Eingangswelle bestimmt werden, wenn diese
aufgrund einer Trennung der Kupplungsscheibe bei Beginn des Gangwechsels
leerläuft.
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Bei der Schalteinrichtung nach der
Erfindung kann die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung bei
der Widerstandspunktbeurteilung einen zulässigen Hub aufweisen und ein
vorbestimmter Wert kann basierend auf einem Schaltschritt oder einer
Schaltstufe bestimmt werden. Weiter kann die Schalteinrichtung eine
Synchronisationsbeurteilungsvorrichtung zur Beurteilung des Abschlusses
der Synchronisation aufweisen, wenn der Unterschied der relativen Drehzahl
zwischen einer synchronisierenden Seite und einer synchronisierten
Seite kleiner als ein vorbestimmter Differenzwert der relativen
Drehung ist.
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In der Schalteinrichtung nach den
beiden vorerwähnten
Ausführungsformen
kann die Antriebseinrichtung des Getriebesteuerungsmechanismus die
Verschiebungskraft entsprechend der vorbestimmten Zeit für jede Aufwärtsschaltung
und Abwärtsschaltung
basierend auf der Beziehung zwischen der Verschiebungskraft und
der notwendigen Zeitdauer zur Vervollständigung der Synchronisation aufzeichnen
und ein Antriebsstrom für
die Schaltgabel kann auf der Basis dieser Aufzeichnung eingestellt
werden. In diesem Fall korrigiert vorzugsweise der Antriebsmechanismus
den Antriebsstrom durch Einstellung eines Ziel-Drehzahlwertes der
Eingangswelle an jedem der zeitlich aufeinanderfolgenden Punkte
während
einer vorbestimmten Zeitdauer, und Beseitigen einer Abweichung zwischen
den Drehzahlwerten der Eingangswelle und des Ziel-Drehzahlwertes
an jedem der zeitlich aufeinanderfolgenden Punkte.
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Die Schalteinrichtung arbeitet folgendermaßen. Ein
Strom zur Betätigung
der Schaltgabel von einem Ausrücken
des Ganges zu einem Einrücken eines
Ganges wird durch einen Start des Gangwechsels eingestellt und die
Antriebseinrichtung des Getriebesteuerungsmechanismus wird durch
den Strom für
die Gangeinrückung
betätigt,
wodurch die Schaltgabel ihre Verschiebungsbewegung beginnt.
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Die Detektorvorrichtung zum Detektieren
der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
errechnet die Drehzahländerungsgeschwindigkeit,
welche die Eingangswelle in dem Gangausrück-/-einrückbereich aufgrund der Unterbrechung
der Kupplungsscheibe beim Start des Gangwechsels bis zum Widerstandspunkt
erfährt,
wo der Synchronisationsmechanismus reibend Kontakt mit dem frei
drehbaren Getriebeteil aufnimmt. Die Detektorvorrichtung für die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
errechnet auch eine Änderungsgeschwindigkeit
der Drehzahländerung,
d. h. die Differenz zeitlich aufeinanderfolgender Punkte oder den
differenzierten Wert, wenn der Synchronisationsmechanismus reibend
Kontakt mit dem frei drehbaren Getriebeteil aufnimmt.
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Nachdem durch die Detektorvorrichtung
für die
Drehzahländerungsgeschwindigkeit
die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
am Widerstandspunkt errechnet worden ist, wird die so errechnete
Drehzahländerungsgeschwindigkeit
mit der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle verglichen, welche durch die Widerstandspunkt-Detektorvorrichtung
detektiert worden ist. Die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung
stellt den Widerstandspunkt fest, wenn die Drehzahländerungsgeschwindigkeit, welche
durch die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung detektiert worden
ist, größer als
die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
ist, welche durch die Detektorvorrichtung für die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
am Widerstandspunkt festgestellt wurde, und ändert (vergrößert) den
Strom für
das Einrücken
des Ganges auf einen Anfangsstrom für die Synchronisierung. Hier
wird der Anfangsstrom für
die Synchronisation durch die notwendige Verschiebungskraft bestimmt,
welche auf die Schaltgabel nach dem Widerstandspunkt ausgeübt wird,
was auf der Basis des Unterschiedes der relativen Drehung zwischen
der Drehzahl der Eingangswelle bei ihrer detektierten Drehzahländerungsgeschwindigkeit
und der Drehzahl der Ausgangswelle geschieht.
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Ein Verfahren zur Steuerung der auf
eine Schaltgabel in einer Schaltvorrichtung eines Synchronisationsgetriebes
einwirkenden Kraft gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
einen Schritt des Detektierens einer Drehzahländerungsgeschwindigkeit einer
Eingangswelle, einen Schritt der Beurteilung eines Widerstandspunktes
basierend auf der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle, welche durch die Detektorvorrichtung detektiert
worden ist, sowie einen Schritt der elektrischen Steuerung eines
Antriebsstroms für
einen Schaltbetätigungsantrieb,
welcher die Schaltgabel verschiebt, wenn der Widerstandspunkt in
dem Schritt der Beurteilung des Widerstandspunktes detektiert worden
ist.
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In einer konkreten Ausführungsform
kann der Getriebesteuerungsmechanismus durch einen elektrischen
Motor oder durch einen Hydraulikkreis verwirklicht werden. Im letzteren
Fall wird als Schaltbetätigungsantrieb
ein Hydraulikzylinder verwendet, der mit dem Hydraulikkreis verbunden
ist. Ein Schaltgestänge
stellt die Last für
den Hydraulikzylinder dar und eine Schaltgabel ist an der Spitze
des Schaltgestänges
vorgesehen. Die Schaltgabel greift in eine Nut einer Schaltschiene
ein, welche durch den Verschiebungsvorgang des Auswahlantriebs gewählt worden
ist, um die Hülse
oder Muffe des gewählten Ganges
oder der gewählten
Schaltstufe gegen die Ausgangswelle hin zu verschieben. Das frei
drehbare Getriebeteil ist ein Drehzahlwechselgetriebe, beispielsweise
ein zweiter Gang, ein dritter Gang und ein Rückwärtsgang.
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Der Antriebsmechanismus des Getriebesteuerungsmechanismus
kann so gesteuert werden, daß er
den Schaltbetätigungsantrieb
in Gang setzt und kann die Verschiebungskraft in Entsprechung mit der
vorbestimmten Zeit durch eine Proportionalbeziehung (wenn die aufgebrachte
Kraft zunimmt oder abnimmt, so verkürzt sich oder verlängert sich
die notwendige Synchronisierzeitdauer) zwischen der notwendigen
Kraft und der notwendigen Zeit zur Vervollständigung der Synchronisation
für jedes
Aufwärtsschalten
oder Abwärtsschalten
aufzeichnen, um einen Antriebsstrom (d. h. einen Synchronisations-Anfangsstrom)
auf der Basis der Aufzeichnung einzustellen. Auch kann der Antriebsmechanismus
den Antriebsstrom durch Einstellen eines Ziel-Dreh zahlwertes der
Eingangswelle an jedem einer Anzahl zeitlicher aufeinanderfolgender
Punkte in der vorbestimmten Zeitdauer und Durchführen einer Rückkopplungssteuerung
zum Beseitigen einer Abweichung zwischen der Drehzahl und dem Ziel-Drehzahlwert
zu jedem der aufeinanderfolgenden Zeitpunkte korrigieren.
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Durch einen solchen Betrieb des Antriebsmechanismus
des Getriebesteuerungsmechanismus können äußere Störungen (Temperatur der Betriebsflüssigkeit),
Unterschiede zwischen den festen Stoffen (Reibungskoeffizient μ des Synchronisationsmechanismus,
Solenoidqualität)
absorbiert werden, so daß die
Stoßfreiheit
für das
Fahrzeug, die Schaltzeit und die Lebensdauer weiter verbessert werden
können.
Für den
Antriebsmechanismus kann ein Solenoidventil, das entsprechend der
Durchstrommengensteuerung oder der Drucksteuerung betätigt wird, verwendet
werden. Die Betätigungskraft
des Schaltbetätigungsantriebs
zum Bewegen des Schaltgabelgestänges
kann durch die PWM-Steuerung oder die elektrische Steuerung des
Solenoidventils eingestellt werden.
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Die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung
der ersten Ausführungsform
kann eine Aufzeichnung der Drehzahländerungsgeschwindigkeit der
Eingangswelle entsprechend der Drehzahl der Eingangswelle bei der Öffnung der
Kupplungsscheiben für
jeden Schaltschritt bilden, um die Drehzahländerungsgeschwindigkeit der
Eingangswelle an dem Punkt auf der Basis der Aufzeichnung zu errechnen.
Die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung der
zweiten Ausführungsform
kann die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle an dem Widerstandspunkt durch die Differenz oder
den differenzierten Wert zwischen der Drehzahlabfallgeschwindigkeit
der Eingangswelle, wenn die Kupplungsscheibe sich von dem Kupplungszustand
in den entkuppelten Zustand verschiebt, und der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle, geändert
durch die Drehzahlabfallgeschwindigkeit, errechnen. Da entsprechend
dieser Beurteilung der Unterschied oder der differenzierte Wert
der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
sich von der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
an dem Widerstandspunkt in ihren Werten unterscheiden, kann der
Widerstandspunkt genauer als in dem Fall bestimmt werden, bei dem
eine Aufzeichnung verwendet wird, in welcher die Än derungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehzahl und die Drehzahländerungsgeschwindigkeit im
Widerstandspunkt durch die lineare Gleichung angenähert werden.
Hier kann der Unterschied oder der differenzierte Wert für jeden
Drehzahländerungsschritt
aufgezeichnet werden.
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Die Detektorvorrichtung für die Drehzahländerungsgeschwindigkeit
und die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung für die erste
und die zweite Ausführungsform
können
durch eine zentrale Prozessoreinheit, z. B. eine ECU, gebildet sein.
Für den
Schaltvorgang, der durch die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung
beurteilt wird, kann ein zulässiger
Bereich eingestellt werden, in dem die Erscheinung verwendet wird,
daß der
Schaltvorgang bei der Widerstandspunktbeurteilung aufgrund des Anlaufens
der Muffe oder Hülse
an dem Synchronisationsring vorübergehend
stoppt. Dieser zulässige Bereich
wird verwendet, um einen Schutz gegen eine fehlerhafte Beurteilung
zu erhalten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird die genaue Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehzahl bei dem Schaltvorgang durch die Detektorvorrichtung
für die
Drehzahländerungsgeschwindigkeit
detektiert, so daß der
Widerstandspunkt durch die Widerstandspunkt-Beurteilungsvorrichtung
präzise
detektiert wird. Somit kann der vorbestimmte Synchronisations-Anfangsstrom
zur Steuerung der Drehzahl der Eingangswelle so eingestellt werden,
daß der
auf das Fahrzeug wirkende Stoß vermindert
wird. Zusätzlich
kann die Schaltzeit der Schaltgabel für die Vervollständigung
der Synchronisation so eingestellt werden, daß die Lebensdauer des synchronisierenden
Bauteils verlängert
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht des Aufbaus eines Beispiels eines Getriebes, auf welches
die Erfindung anwendbar ist;
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2 ist
eine Ansicht des Aufbaus eines Beispiels eines Getriebesteuerungsmechanismus zur
Steuerung des Getriebes nach 1;
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3 zeigt
ein Zeitdiagramm der Drehzahl der Eingangswelle bei einem Schaltvorgang,
bei welchem auf der Ordinate die Eingangswellendrehzahl aufgetragen
ist und die Abszisse die Zeitachse ist;
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4 zeigt
ein Flußdiagramm,
welches den Ablauf des Steuerungsvorganges verdeutlicht;
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5 zeigt
ein Beispiel einer Widerstandspunkt-Beurteilungsaufzeichnung, welche
in einem erfindungsgemäßen Steuerungsablauf
verwendet wird, wobei auf der Ordinate die Änderungsgeschwindigkeit der
Eingangsdrehzahl und auf der Abszisse die Eingangsdrehzahl aufgetragen
sind; und
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6 zeigt
eine Aufzeichnung für
den Synchronisations-Anfangsstromwert, welche bei einem Steuerungsablauf
nach der Erfindung verwendet wird, wobei auf der Ordinate ein Stromwert
aufgetragen ist und auf der Abszisse die Differenz der Relativdrehung
aufgezeichnet ist.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf diese
Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern vielerlei Modifikationen innerhalb des Umfangs der
Erfindung möglich
sind, wie er in den Ansprüchen
und der Zusammenfassung der Erfindung dargelegt ist.
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In 1 ist
ein Kupplungsscheibe D gezeigt, die mit einer Eingangswelle 1 verbunden
ist, welche eine Hauptwelle eines Geschwindigkeitswechselmechanismus,
d. h., eines Getriebes bildet. Weiter ist ein angetriebenes Nebenwellenzahnrad 2a gezeigt, das
auf einer Nebenwelle 2 sitzt, die parallel zu der Eingangswelle 1 verläuft und
in Eingriff mit einem antreibenden Zahnrad 1a steht, das
auf der Eingangswelle 1 befestigt ist. Nebenwellenzahnräder 2-1 und 2-2,
welche auf der Nebenwelle 2 befestigt sind, stehen in Eingriff
mit frei drehbaren Zahnrädern 3-1 und 3-2,
welche auf einer Ausgangswelle 5 sitzen, die koaxial zu
der Eingangswelle 1 ist, und leer umläuft. Die frei drehbaren Zahnräder 3-1 und 3-2 sind
auf der Ausgangswelle 5 über einen Synchronisationsmechanismus 4 befestigt,
der synchron mit ihnen umlaufen muß, so daß die Drehung der Eingangswelle 1 auf
die Ausgangswelle 5 dadurch übertragen werden kann, daß die frei
drehbaren Zahnräder 3-1 und 3-2 durch
den Synchronisationsmechanismus 4 unter dem Antrieb durch
eine Schaltgabel 6 fest mit der Ausgangswelle 5 verbunden
werden.
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Der Synchronisationsmechanismus 4 ist,
wie an sich bekannt, aus Konusteilen 3a des frei drehbaren
Zahnrades 3-1, einer Hülse
oder Muffe 4a, einer Verschiebungs-Federverbindung (nicht dargestellt) und
einem Synchronisationsring 4b gebildet. Die Hülse oder
Muffe 4a steht in Eingriff mit einer Schaltgabel 6,
die durch einen Schaltbetätigungsantrieb 9 (siehe 2) über ein Schaltgabelgestänge 7 und ein
Gangwählgestänge 8 verschoben
wird. Das Schaltgabelgestänge 7 wird
selektiv durch einen Wählantrieb
(siehe 2) über das
Gangwählgestänge 8 betätigt.
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Beim Gangwechsel arbeitet der Synchronisationsmechanismus 4 wie
unten angegeben. D. h., durch den Verschiebungsvorgang der Schaltgabel 6 vermittels
der Gestänge 7 und 8 und
des Betätigungsantriebs 9 wird
der Synchronisationsring 4b auf den Konusbereich 3a durch
die Hülse
oder Muffe 4a hingedrückt.
Dies hat zum Ergebnis, daß die
Hülse oder
Muffe 4a sich von der Verschiebungskeilführung löst und den
Synchronisationsring 4b mit großer Kraft auf den Konusteil 3a hindrückt. Auf
diese Weise wird das Synchronisationsmoment von der Hülse 4a auf das
frei drehbare Zahnrad 3-1 übertragen, so daß sich die
Drehzahldifferenz zwischen den Teilen vermindert. Die Hülse oder
Muffe 4a und das frei drehbare Zahnrad 3-1 kommen
schließlich
in Eingriff, wenn ihre jeweiligen entsprechenden Umfangsgeschwindigkeiten übereinstimmen.
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Nahe der Eingangswelle 1 oder
der Nebenwelle 2 und nahe der Ausgangswelle 5 sind
Sensoren 51 und 52 zum Detektieren der Drehzahlen
der Wellen vorgesehen, wobei die Sensoren beispielsweise von Lochelementen
oder von Hall-Elementen gebildet sein können. Nahe der Schaltgabel 6 oder
des Schaltgabelgestänges 7 ist
ein Hubsensor 53 zum Detektieren einer Verschiebungsbewegung
oder der Verschiebungsgeschwindigkeit vorgesehen, und nahe der Kupplungsscheibe
D oder eines Entlastungszylinders zu deren Betätigung ist ein Hubsensor 54 zum
Detektieren einer Kupplungsbedingung oder Entkupplungsbedingung
der Kupplungsscheibe D vorgesehen. Diese Sensoren 51 bis 54 sind
elektrisch mit einem Mikrorechner (beispielsweise einer ECU) verbunden,
wie später
erläutert
wird.
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2 ist
eine beispielsweise erläuternde
Ansicht zur Erklärung
eines Hydrauliksystems, das die Schalteinrichtung bildet.
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Eine Hydraulikquelle 11 liefert
Druckfluid zur Steuerung der Auswahl und des Gangwechsels der Schaltgabeln 6 an
einen Gangauswahl-Steuerungsteil 13. Der Gangauswahl-Steuerungsteil 13 enthält ein Hauptsolenoid 16,
ein Schaltsolenoid 17 zum Ausrücken der jeweiligen Schaltgabeln 6,
das mit dem Hauptsolenoid 16 verbunden ist, ein Schaltsolenoid 18 zum
Einrücken
der Schaltgabel 6, ein Wählsolenoid 19 und
einen Wählantrieb 10,
der mit dem Auswahlsolenoid 19 verbunden ist. Die Schaltsolenoide 17 und 18 arbeiten
als Drucksteuermittel zur Änderung
des Zustandes des Schaltantriebs 9 zum Verschieben der
Schaltgabel. Die genannten Solenoidventile 16 bis 19 sind
durch einen Mikrorechner PWM-gesteuert oder elektrisch gesteuert.
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Das zuvor beschriebene Hydrauliksystem
arbeitet folgendermaßen.
Das Haupt-Solenoidventil 16 liefert
das Druckfluid an die Schalt-Solenoidventile 17 und 18 und
das Wählersolenoid 19.
Die Schaltsolenoide 17 und 18 arbeiten als Drucksteuerventile
zur Verschiebung des Schaltbetätigungsantriebs 9 in
zueinander gegengesetzten Richtungen, sowie zur Steuerung der Druckflüssigkeit,
die zu einer Zylinderkammer des Schaltbetätigungsantriebs 9 gelangt, durch
die PWM-Steuerung u. s. w. des vorgenannten Mikrorechners. An den
Mikrorechner werden die detektierten Ausgänge von jedem der Sensoren 51 bis 54 geliefert,
um die Kraft zu ändern,
die zur Verschiebung des Schaltgabelgestänges 7 aufgewendet
wird. Das Wählersolenoid 19 steuert
den Wählerantrieb 10 zur
Auswahl eines Gestänges
und einer Schaltgabel, welche entsprechend dem Gangwechsel (Geschwindigkeitswechsel)
zu verschieben ist.
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Als nächstes sei die Betätigung des
Getriebes durch das Hydrauliksystem von 2 erläutert. Der
für die
Drehzahländerung
vorzusehende Gangwechsel wird durch den Mikrorechner entsprechend der
Absicht des Fahrers und einer Fahrtbedingung des Fahrzeugs bestimmt
und der Gang bzw. das Schaltgabelgestänge 7, das durch den
Wählerantrieb 10 zu
betätigen
ist, werden ausgewählt,
so daß eines der
Schaltsolenoide 17 und 18 betätigt wird. Somit wird durch
den Schaltbetätigungantrieb 9 die
Schaltgabel 6 verschoben, um den Synchronisationsmechanismus 4 zu
betätigen,
wodurch der Gangwechsel durchgeführt
wird.
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3 zeigt
eine Beziehung zwischen der Drehzahl der Eingangswelle 1 und
einer Verschiebung des Schaltgabelgestänges 7 und der Zeit,
während
welcher ein Gangwechsel von niedriger zu hoher Geschwindigkeit erfolgt.
Die Drehzahl der Eingangswelle 1 ist eine sich auf das
Getriebe beziehende Zahl und stimmt mit der Drehzahl der Kupplung überein.
Ein „Indexpunkt" ist der Punkt, an
welchem der Synchronisationsring 4b zuerst auf die Schaltklauen
trifft, was auch der Zeitpunkt ist, zu dem der Synchronisationsring 4b Kontakt
mit dem Konusteil 3a des frei rotierenden Zahnrades 3 aufnimmt,
um auf dieses das Synchronisationsdrehmoment zu übertragen. Ein „Widerstandspunkt" ist ein Punkt, in welchem
das Synchronisationsdrehmoment von dem Ring 4b auf das
frei drehbare Zahnrad 3-1 während des Geschwindigkeitsänderungsvorgangs übertragen
wird.
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Wie man aus 3 ersieht, geschieht folgendes:
- (i) In einem Gangausrückbereich (Leerlaufperiode)
a, in welchem die Kupplungsscheibe D abgehoben ist, wird die Hülse oder
Muffe 4a von einem frei umlaufenden Zahnrad 3-2 getrennt
und trifft auf den Synchronisationsring 4b, wobei die Eingangs wellendrehzahl
allmählich
mit einer konstanten Geschwindigkeit abnimmt, was hauptsächlich auf
dem Widerstand der Gegenwelle oder Nebenwelle 2 beim Aufrühren der
Flüssigkeitsfüllung beruht.
Zu dieser Zeit ist die Verschiebungsgeschwindigkeit des Schaltgabelgestänges 7 hoch,
wie durch die Linie e gezeigt ist.
- (ii) Dann wird in einem Gangeinrückbereich b von dem Indexpunkt
zu dem Widerstandspunkt die Abnahmegeschwindigkeit der Drehzahl
der Eingangswelle größer als
sie in dem Gangausrückbereich
a war. Zu dieser Zeit nimmt die Verschiebung des Schaltgabelgestänges 7 ab,
wie durch eine Linie f deutlich gemacht ist.
- (iii) Nach dem Widerstandspunkt wird die Abnahmegeschwindigkeit
der Drehzahl der Eingangswelle größer als sie für die Linie
b war, wie durch eine Linie c deutlich gemacht ist, und die Drehzahl wird
konstant, wie durch die Linie d gezeigt ist, wenn das frei drehbare
Zahnrad 3-1 und die Hülse oder
Muffe 4a miteinander vollständig in Eingriff kommen. Die
Schaltverschiebung des Schaltgabelgestänges 7 kommt logischerweise
zum Stillstand, wie durch eine Linie g gezeigt ist, während die
Eingangswellendrehzahl abnimmt (c), und steigt wieder an, wie durch
eine Linie h gezeigt ist, wenn die Drehzahl der Eingangswelle konstant wird
(d. h. Einrückzeit
des frei rotierenden Zahnrades 3-1), und die Schaltverschiebung
wird dann konstant, wie durch die Linie i dargestellt ist. Der Schaltvorgang
ist somit beendet. Das Getriebe, welches den Synchronisationsmechanismus 4 enthält, arbeitet
im wesentlichen wie zuvor beschrieben.
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Gemäß der Erfindung wird hier der
Gangwechselvorgang unter Errechnung eines Solenoid-Flüssigkeitsdruckes
für die
Schaltbetätigungsantriebe 9, 10 durch
den Mikrorechner entsprechend einem in 4 gezeigten Flußdiagramm während der Zeitabschnitte (i)
bis (iii) durchgeführt.
Dieses Programm enthält
(a) die Aufnahme von Daten von den Sensoren, (b) die Errechnung
der relativen Drehzahl der Eingangswelle und der Änderungsgröße der Eingangswellendrehzahl,
(c) eine Widerstandspunktbeurteilung, welche durch Errechnen eines
Beurteilungswertes in Entsprechung zu der Eingangsdrehzahl basierend
auf einer vorbestimmten Aufzeichnung durchgeführt wird, (d) eine Korrektur
des Synchronisationsantriebsstromes, welche nach Beurteilung des
Wider standspunktes durch Errechnen eines Synchronisations-Anfangsstromes
basierend auf der Aufzeichnung durchgeführt wird, und (e) eine Vervollständigung
der Synchronisation, wenn die relative Drehzahl als gegenüber dem
vorbestimmten Wert kleiner beurteilt wird.
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Im einzelnen werden, nachdem das
Widerstandspunkt-Beurteilungsprogramm gestartet worden ist, in einem
Schritt S1 die Eingangsdrehzahl, die Ausgangswellendrehzahl, der
Verschiebungswert der Kupplung und der Verschiebungswert der Getriebeschalteinrichtung
eingegeben, welche durch die Sensoren 51 bis 54 ermittelt
worden sind. In einem Schritt S2 geschieht eine Tiefpassfilterung
zum Beseitigen einer variablen Komponente der Drehzahl. Die Schritte
S1 und S2 entsprechen dem oben erwähnten Programmteil (a).
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In einem Schritt S3 wird eine relative
Drehzahldifferenz an der Eingangswelle 1, welches eine Differenz
der Drehzahlen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 5 ist
und durch Subtrahieren der Drehzahl der Ausgangswelle 5 und
der Drehzahl der Eingangswelle 1 errechnet wird, die durch
die Sensoren 51 und 52 detektiert werden, errechnet.
In einem Schritt S4 wird eine Anderungsgeschwindigkeit der detektierten
Eingangsdrehzahl, welche durch den Sensor 51 detektiert
worden ist, errechnet. Die Schritte S3 und S4 entsprechen dem oben
genannten Programmabschnitt (b).
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In einem Schritt S5 wird basierend
auf dem Eingang von dem Sensor 53 her beurteilt, ob die Schaltgabel 6 in
einem Betätigungsbereich
(d. h. in einem Gangwechselzustand) positioniert ist oder nicht.
Ist das Beurteilungsergebnis „NEIN", was bedeutet, daß sich der
Gangschaltmechanismus in einem Gangausrückzustand oder in einem Gang-Ausschiebebereich
befindet, dann kehrt das Programm zurück. Im gegenteiligen Fall,
wenn die Beurteilung ein „JA" ergibt, was bedeutet,
daß sich
der Gangwechselmechanismus in einem Gangeinrückbereich oder im Synchronisationsbereich
befindet, wird in einem Schritt S6 beurteilt, ob die Widerstandspunktbeurteilung
vervollständigt
worden ist oder nicht. Ist das Ergebnis der Beurteilung „NEIN", so wird beurteilt,
ob sich die Verschiebung innerhalb eines Verschiebungshubbereiches
für die
Widerstands punktbeurteilung befindet oder nicht. Hier bedeutet der „Verschiebungshubbereich
für den
Widerstandspunkt" einen Bereich,
in dem der Verschiebungsvorgang aufgrund des Anlaufens der Hülse oder
Muffe 4a an dem Synchronisationsring 4b zeitweise
stoppt.
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Wenn das Beurteilungsergebnis in
einem Schritt S7 „JA" ist, so wird in
einem Schritt S8 eine Änderungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehzahl für die
Beurteilung dωinp unter Verwendung einer Aufzeichnung für die Widerstandspunktbeurteilung,
welche in 5 gezeigt
ist, verwendet, um diese Änderungsgeschwindigkeit
mit der Änderungsgeschwindigkeit
der detektierten Eingangsdrehzahl dωinp zu vergleichen,
welche in dem Schritt S4 erhalten worden war. In der Aufzeichnung
für die
Widerstandspunktbeurteilung von 5 wird
eine Änderungsgeschwindigkeit
der kleinsten Drehzahl der Eingangswelle 1 festgehalten,
welche an dem Widerstandspunkt aufgetreten ist, wenn der Synchronisationsmechanismus 4 reibend
Kontakt mit dem frei drehbaren Zahnrad 3-1 aufnimmt. Wie
aus 5 deutlich wird, haben
die Drehzahlen ωinp der Eingangswelle 1 und die Änderungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehzahl für
die Beurteilung dωinp eine Beziehung, welche durch eine lineare
Gleichung angenähert
werden kann, und die Änderungsgeschwindigkeit
dωinp nimmt im Fall des Aufwärtsschaltens
ab, wenn die Drehzahl ωinp zunimmt, während die genannte Änderungsgeschwindigkeit
im Fall des Abwärtsschaltens
zunimmt. In einem Schritt S10 wird der Widerstandspunkt festgestellt,
wenn die Änderungsgeschwindigkeit
der detektierten Eingangsdrehzahl, nämlich dωinp/dt größer als
die Änderungsgeschwindigkeit
der Drehzahl der Eingangswelle für
die Beurteilung dωinp in Entsprechung mit der Drehzahl ωinp auf dieser Aufzeichnung ist.
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Wenn in dem Schritt S6 die Beurteilung „NEIN" lautet, so ist es
logischerweise möglich,
sofort zur Programmrückkehr
zu gehen, doch wird durch Vorsehen der Schritte S7 bis S10, welche
dem obigen Programmabschnitt (c) entsprechen, das Programm gegen
eine fehlerhafte Beurteilung des Widerstandspunktes geschützt.
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Wenn andererseits in dem Schritt
S6 das Beurteilungsergebnis „JA" ist, welches bedeutet,
daß der
Widerstandspunkt bereits festgestellt worden ist, dann schreitet
das Programm zu dem Schritt S11 fort, um zu beurteilen, ob die Synchronisation
abgeschlossen ist oder nicht. In dem Schritt S11 wird die relative
Drehzahldifferenz auf der Eingangswelle, Δω, welche in dem Schritt S3
errechnet worden ist, und eine vorbestimmte Drehzahldifferenz Δω1, welche
zuvor eingestellt worden ist, miteinander verglichen, um festzustellen,
ob die Beziehung Δω < Δω1 für die Beurteilung
des Abschlusses der Synchronisation erfüllt ist oder nicht. Wenn das
Beurteilungsergebnis „JA" lautet, d. h., daß die Vervollständigung der
Synchronisation festgestellt wird, dann schreitet das Programm zu
dem Schritt S15 für
eine Weiterverschiebung fort, wo der Verschiebungsbereich in eine Weiterverschiebung
geändert
wird. In dem Weiterverschiebungsbereich befinden sich die Muffe
oder Hülse 4a und
die Klauen des frei drehbaren Zahnrades 3 unmittelbar vor
dem Eingriff und die Drehzahl der Eingangswelle und der Ausgangswelle 5 haben eine
Beziehung, daß ein
Kuppeln miteinander möglich
ist. Die Schritte S11 und S15 entsprechen dem obigen Programmabschnitt
(e). Wenn im Gegenteil die Beurteilung das Ergebnis „NEIN" hat, d. h., es wird
in dem Schritt S11 eine Unvollständigkeit
der Synchronisation festgestellt, dann schreitet das Programm zu
einem Schritt S12 fort, um festzustellen, ob ein Synchronisationsanfangsstrom
entsprechend der relativen Drehzahl errechnet worden ist oder nicht. Wenn
die Feststellung „NEIN" getroffen wird,
was bedeutet, daß der
Strom nicht errechnet worden ist, dann schreitet das Programm zu
einem Schritt S13 fort, wo die Verschiebungsbelastung entsprechend der
relativen Drehzahldifferenz basierend auf dem Synchronisationsanfangsstromwert,
wie in 6 gezeigt, errechnet
wird, und es wird der Synchronisationsanfangsstromwert zum Antreiben
der Schaltgabel 6 proportional zu der Verschiebungsbelastung
errechnet.
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Wenn die Feststellung „JA" getroffen wird, was
bedeutet, daß in
dem Schritt S12 der Synchronisationsanfangsstrom errechnet worden
ist, dann schreitet das Programm zu einem Schritt S14 fort, wo ein
Ziel-Drehzahlwert der Eingangswelle zu jedem aus einer Reihe aufeinanderfolgender
Zeitpunkte während
der für
die Synchronisation notwendigen Zeitdauer eingestellt wird, und
die Errechnung zum Beseitigen von Abweichungen zwischen der Drehzahl
der Eingangswelle 1 zu jedem der Serie aufeinanderfolgender
Zeitpunkte und dem Ziel-Drehzahlwert wird durch die Rückkopplungssteuerung durchgeführt. Die
Abweichung wird auf ein Minimum durch den Riegelvorgang durch beliebige
Kombination der PID-Steuerung reduziert. Durch diese Rückkopplungssteuerung
kann eine externe Störung
(Temperatur der Betriebsflüssigkeit)
und Feststoffunterschiede (Reibungskoeffizient μ des Synchronisationsmechanismus,
Solenoidqualität
u. s. w.) absorbiert werden. Wenn beispielsweise die Benutzung der
Schalteinrichtung bei niederer Temperatur erfolgt, dann kann die Änderungsgeschwindigkeit
der Eingangsdrehzahl am Drehzahlabfallpunkt, am Indexpunkt und am
Widerstandspunkt größer sein
als bei normaler Temperatur. Um den Fehler des Synchronisationsanfangsstromes
aufgrund der äußeren Störungen so
klein wie möglich
zu machen, wird der Synchronisationsanfangsstromwert, der aus der
Aufzeichnung durch den Programmzyklus des Rechners abgelesen wird, über die
notwendige Zeitdauer für die
Synchronisation korrigiert. Aus diesem Grund kann der Schritt S14
logischerweise weggelassen werden, wenn keine äußere Störung u. s. w. existiert. Die
Schritte S12 bis S14 entsprechen dem Programmabschnitt (e).
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Wie oben erwähnt kann bei dieser Ausführungsform
die Steuerung der Schalteinrichtung, bei welcher der Widerstandspunkt
beurteilt wird und der Synchronisationsanfangsstrom eingestellt
wird, unter Berücksichtigung
der Stöße auf das
Fahrzeug, der Schaltzeit und der Haltbarkeitsüberlegungen durchgeführt werden.
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Eine andere Ausführungsform, welche in einer
Abwandlung der Detektierungsmittel für die Drehzahländerung
besteht, wird im folgenden erläutert. Es
ist möglich,
in dem Schritt S8 die Änderungsgeschwindigkeit
der Drehzahl der Eingangswelle 1 an dem Widerstandspunkt
durch eine Differenzbildung zwischen der Drehzahlabfallgeschwindigkeit,
wenn sich die Kupplungsscheibe D von dem Kupplungszustand zu dem
Unterbrechungszustand verschiebt, und der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
der Eingangswelle 1, welche sich von der Drehzahlabfallgeschwindigkeit
weg ändert,
oder einen differenzierten Wert zu berechnen. Wie man aus 3 ersieht, unterscheidet
sich die Differenz der Drehzahlabfallgeschwindigkeit oder der differenzierte
Wert davon von der Drehzahländerungsgeschwindigkeit
um einen Wert, welcher die Feststellung des Widerstandspunktes möglich macht.
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Zusätzlich kann in dem Schritt
S13 der Antriebsstrom unter Berücksichtigung
der Beziehung zwischen der Verschiebungsbelastung und der für die Synchronisation
notwendigen Zeitdauer eingestellt werden. Das bedeutet, sie sind
zueinander umgekehrt proportional, so daß dann, wenn die Verschiebungskraft
zunimmt, die für
die Synchronisation notwendige Zeitdauer verkürzt wird, und dann, wenn die
Schaltkraft abnimmt, sich die genannte Zeitdauer verlängert. Durch
Benützen
dieser Beziehung kann die für
die Synchronisation notwendige Zeitdauer durch Einstellen eines
Druckwertes durch ein lineares Solenoidventil eingestellt werden,
welches ein Druckeinstellventil verwendet. Somit kann eine Schaltkraft
oder Verschiebungskraft entsprechend der vorbestimmten notwendigen
Zeitdauer für
die Synchronisation (d. h., eine Synchronisationsanfangslast) für jedes
Aufwärtsschalten
und jedes Abwärtsschalten
aufgezeichnet werden.