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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuerungen für automatisierte,
mechanische Fahrzeuggetriebesysteme und insbesondere auf Steuerungen
für automatisierte,
mechanische Fahrzeuggetriebesysteme mit einer vollständig automatischen Betriebsart,
wobei die Schaltvorgänge
automatisch ausgewählt
und durchgeführt
werden und einer halbautomatischen Betriebsart, bei der eine manuelle Auswahl
von Hochschaltvorgängen
und Runterschaltvorgängen
aus einem derzeit in Eingriff stehenden Gang notwendig ist und bei
dem die manuell ausgewählten
Schaltvorgänge,
wenn dies möglich ist,
automatisch implementiert werden.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Vollständig automatische,
automatisierte, mechanische Fahrzeuggetriebesysteme bei denen die
Schaltvorgänge
automatisch ausgewählt
und automatisch implementiert werden, sind in der Technik bekannt.
Typischerweise umfassen solche Systeme eine auf einen Mikroprozessor
basierende Steuerung, welche unterschiedliche Eingangssignale von Sensoren
empfängt,
wie z. B. Signale, die die Motordrehzahl und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Gaspedalposition anzeigen und welche dieselben gemäß vorbestimmter
Logikregeln verarbeitet um Befehlsausgangssignale an unterschiedliche
Systembetätiger
auszugeben, wie z. B. einen Getriebebetätiger, einen Hauptkupplungsbetätiger und/oder eine
Motorbrennstoffsteuerung. Beispiele von solchen vollautomatisierten
Systemen sind beispielsweise in den US Patenten Nr. 3,961,546; 4,361,060; 4,595,986;
5,063,511; 5,105,729; 5,293,318; 5,305,213; 5,305,240 und 5,436,212
enthalten.
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Viele
Fahrzeugführer,
insbesondere Führer von
großen
Schwerlastfahrzeugen, wollen die Auswahl des Getriebeverhältnisses
bzw. des Gangs steuern, insbesondere da sie den Verlauf der Straße sehen
können
und/oder kennen und/oder die geförderte
Ladung kennen. Diese Präferenz
wurde durch das Vorsehen einer halbautomatischen automatisierten,
mechanischen Fahrzeuggetriebesteuerung erfüllt, bei der ein automatischer
Wechsel zwischen einer Vielzahl von Getriebeverhältnissen bzw. Gängen vorgesehen
wird, während
dem Fahrzeugführer
normalerweise erlaubt wird auszuwählen, wann ein bestimmter Gangwechsel
durchgeführt
wird und vorzugsweise, ob ein sofortiges aufeinanderfolgendes Hoch-
und Runterschalten ausgewählt
wird, durch wiederholende Impulse in einer vorgegebenen Richtung,
um einen oder mehrere Gänge
zu überspringen.
Beispiele von solchen halbautomatischen automatisierten, mechanischen
Fahrzeuggetriebesystemen gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 oder 6 sind in den US Patenten Nr. 4,648,290; 5,800,360; 4,930,078
und 4,930,081 enthalten.
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Die
EP-A-0 353 310 beschreibt eine automatische Getriebevorrichtung
mit einem Auswahlhebel und einem „Halte"-Schalter. Der „Halte"-Schalter liefert Instruktionen an die
Steuerung, um das derzeitige Getriebeverhältnis bzw. den Gang zu halten.
Das Bewegen zur Auswahl „Hoch" oder Auswahl „Runter" bewirkt, dass das
Getriebe die Gänge
hoch- oder runterschaltet.
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EP-A-0
547,598 beschreibt ein elektronisch gesteuertes, automatisches Getriebe,
bei dem der Auswahlhebel in eine „Automatik"-Betriebsart bewegt werden kann und
mit einer überstimmenden
manuellen Steuerung versehen sein kann, um dem Getriebe ein Hoch-
und Runterschalten zu befehlen. Ein Druckknopfschalter ist vorgesehen,
um zu erlauben, dass eine „Halte"-Betriebsart ausgewählt und
abgeschaltet wird, während
die „Automatik"-Betriebsart läuft.
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Die
EP-0 444 250 B1 beschreibt ebenfalls ein elektronisch gesteuertes
automatisches Getriebe, das einen Auswählhebel, der in einem PRND (M)-Schaltschema
bewegt werden kann, um eine von mehreren Betriebsarten zu wählen und
das ein Handschaltelement aufweist, um von Hand Hoch- und Runterschaltungen
einleiten zu können,
während
der Auswahlhebel sich in ein einer „Automatik"-Betriebsart befindet. Der Übergang
von der „Automatik"-Betriebsart in die „handbetätigte"-Betriebsart kann
dadurch bewirkt werden, dass das Schaltelement von einer zentrierten
Stellung aus in einer Hochschalt- oder einer Runterschaltrichtung
bewegt wird. Um in die Automatik-Betriebsart zurückzukehren, muss ein getrenntes
Schaltmittel betätigt
werden.
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Während die
zuvor genannten automatischen und halbautomatischen, mechanischen
Getriebesysteme eine gewünschte
automatisierte, me chanische Getriebesteuerung vorsehen, sind die Steuerungen
verbesserungswürdig
in dem Bereich, in dem dem Fahrzeugführer erlaubt wird den Betrieb in
entweder der vollautomatischen oder der halbautomatischen Betriebsart
auszuwählen
und/oder sie erlauben dem Fahrzeugführer nicht während des
Fahrzeugbetriebs rasch von einer Betriebsart zur anderen zu schalten.
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Die Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Nachteile der bekannten automatisierten, mechanischen
Fahrzeuggetriebesteuerungen minimiert oder eliminiert durch Vorsehen
einer Steuerung und eines Steuerverfahrens, welches dem Fahrzeugführer erlaubt,
selektiv das automatisierte Getriebesystem in entweder einer vollautomatischen
oder einer halbautomatischen Betriebsart zu betreiben und wenn eine
der Betriebsarten arbeitet, wird dem Führer erlaubt, rasch in die
andere Betriebsart zu wechseln. Dies wird erreicht, durch Versehen
eines Gangauswahlhebels für
die manuelle Steuerung durch den Bediener, der aus einer zentrierten
Position in eine erste Richtung bewegt werden kann, um ein Hochschalten
auszuwählen
und in eine zweite Richtung um ein Runterschalten aus einem derzeitigen
in Eingriff stehenden Getriebeverhältnis bzw. Gang auszuwählen, und
der ferner einen Schalter umfaßt,
der vorzugsweise an dem Hebel selbst angebracht ist, durch den der
Führer
im Betrieb in der vollautomatischen Betriebsart auswählen kann.
In der vollautomatischen Betriebsart bewirkt eine Bewegung des Gangauswahlschalters
in entweder die Hochschalt- oder Runterschaltrichtungen, daß das Getriebe
automatisch erlaubte Hochschalt- oder Runterschaltvorgänge implementiert
und es wird bewirkt, daß das Getriebe
dann in der halbautomatischen Betriebsart arbeitet, bis zu dem Zeitpunkt,
in dem der Betrieb in der vollautomatischen Betriebsart durch den
Fahrzeugführer
bzw. Bediener wieder ausgewählt
wurde.
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Demgemäß ist es
ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein neues und verbessertes Steuerverfahren/System
für automatisierte,
mechanische Getriebesysteme vorzusehen, das auswählbare vollautomatische und
halbautomatische Betriebsarten besitzt, und bei dem der Fahrzeugführer bzw.
-bediener rasch und leicht zwischen den zwei Betriebsarten wechseln
kann.
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Diese
und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines automatisierten, mechanischen Getriebesystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer manuellen Schaltsteuerung des Fahrers;
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3 eine
Ansicht der Anzeigevorrichtung für
den Fahrer;
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4 eine
schematische Ansicht in Flußdiagrammform
der automatisierten, mechanischen Getriebesteuerung der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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In
der vorliegenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
wird eine bestimmte Terminologie für Beschreibungszwecke verwendet, die
jedoch nicht einschränkend
sein soll. So wie er hier verwendet wird bedeutet der Begriff "Hochschalten" das Schatten von
einem niedrigeren Drehzahlgetriebeverhältnis bzw. Gang in ein höheres Getriebedrehzahlverhältnis bzw.
einen höheren
Gang. So wie er hier verwendet wird bedeutet der Begriff "Runterschalten" das Schalten von
einem höheren Drehzahlgetriebeverhältnis bzw.
Gang zu einem niedrigeren Drehzahlgetriebeverhältnis bzw. Gang. Eine „ausgewählte Richtung" des Schaltens bezieht
sich auf die Auswahl eines einfachen oder mehrfachen Hochschalten
oder Runterschalten aus einem bestimmten Getriebeverhältnis bzw
Gang. Das "Versetzen" zwischen Verhältnissen
bzw. Gängen
bezieht sich auf die Anzahl von auswählbaren Getriebeverhältnissen
zwischen zwei gegebenen Verhältnissen (z.
B. dritter Gang oder Getriebeverhältnis ist jeweils um ein oder
zwei Verhältnisse
von dem vierten oder fünften
Gang in Runterschaltrichtung versetzt). Ein „mechanisches" Getriebe ist ein
Getriebe, welches positive bzw. formschlüssige Kupplungen und nicht Reibungskupplungen
verwendet, um ausgewählte Verhältnisse
bzw. Gänge
in Eingriff zu bringen bzw. zu lösen.
Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich auch auf Derivative
bzw. Ableitungen dieser Begriffe, die speziell genannt sind und
auf Begriffe ähnlicher
Herkunft.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Prinzip anwendbar auf die vollautamatische
und halbautomatische Steuerung irgendeines Typs eines mechanischen
Gangwechselgetriebes, wobei die Steuerung in der Lage ist, Ausgangssignale
vorzusehen und Befehlssignale zu empfangen von elektrischen, mechanischen
und/oder fluidbetätigten
Steuereinrichtungen. Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft
geeignet für 9–bis–18 Vorwärtsgangverbundgetriebe
die typischerweise für
Schwerlastfahrzeuge des Typs verwendet werden, die in den US Patenten Nr.
4,735,109; 4,754,665 und/oder 5,390,561 verwendet werden.
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Ein
automatisiertes, mechanisches Getriebesystem gemäß der vorliegenden Erfindung
ist unter Bezugnahme auf 1 zu sehen. Automatisierte, mechanische
Getriebesysteme dieses allgemeinen Typs sind in den zuvor genannten
US Patenten Nr. 4,381,080 und 4,648,290 gezeigt.
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Gemäß 1 weist
das automatisierte, mechanische Fahrzeuggetriebesystem 10 ein
mehrgängiges
Gangwechselgetriebe 12 auf, das durch einen brennstoffgesteuerten
Motor 14 (wie z. B. einen Dieselmotor) über eine Hauptreibungskupplung 16 angetrieben
wird. Das Getriebe kann mit einer Eingangswellenbremse 18 versehen
sein für
ein rascheres Hochschalten und/oder der Motor kann mit einer Motor-
oder Abgasbremse 17 versehen sein, Der Ausgang des Getriebes
ist eine Ausgangswelle 20, die in der Lage ist antriebsmäßig direkt
oder über
ein Transfergehäuse
mit den Fahrzeugantriebsachsen verbunden zu werden, wie es in dem
Stand der Technik bekannt ist.
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Eine
auf Mikroprozessor basierende Systemsteuerung 38 empfängt eine
Vielzahl von Eingangssignalen und verarbeitet die selben gemäß vorbestimmter
Logikregeln, um Befehlsausgangssignale an unterschiedliche Systembetätiger auszugeben. Auf
Mikroprozessor basierende Steuerungen dieses Typs sind in der Technik
bekannt und ein Beispiel hierfür
ist unter Bezugnahme auf das zuvor genannte US Patent Nr. 4,595,986
zu sehen. Die Systembetätiger
können
eine Brennstoffsteuerung 26 zum Steuern der an den Motor 14 gelieferten
Brennstoffmenge, einen Kupplungsbetätiger 30 zum selektiven in-Eingriff-Bringen
und Lösen
der Hauptkupplung 16, einen Eingangswellenbremsbetätiger, einen
Getriebebetätiger 34 zum
selektiven Schalten des Getriebes 12, einen Motorbremsbetätiger zum
selektiven Betätigen
der Matorbremse 17 und/oder einer Anzeige 2 zum
Vorsehen von Information an den Fahrzeugführer umfassen. Die Steuerung 38 empfängt Eingangssignale
welche die Systembetriebsbedingungen von unterschiedlischen Sensoren
anzeigen, wie z. B. ein Drosselpositionssignal von einem Drosselpositionssensor 22,
der den Versatz des Gaspedals 24 abfühlt, ein Basis-Bremse-angelegt-Signal von einem
Bremsensensor 4, ein Motordrehzahlsignal vom Motordrehzahlsensor 28,
ein Kupplungszustandssignal von dem Kupplungsbetätiger 30, ein Eingangswellenbremszustandssignal
van dem Eingangswellenbremsbetätiger,
ein Eingangswellendrehzahlsignal von dem Eingangswellendrehzahlsensor 32,
ein Getriebezustandssignal von dem Getriebebetätiger 34, ein Ausgangswellendrehzahlsignal
von dem Ausgangswellendrehzahlsensor 36 und/oder ein Schaltauswahlsignal
von der manuell betätigten
Schaltauswahleinrichtung 1.
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Das
System 10 kann einen vollautomatischen Kupplungsbetätiger umfassen,
es kann einen automatischen Kupplungsbetätiger und ein manuell betätigtes Kupplungspedal 3 umfassen
(das normalerweise nur für
einen Start aus dem Stopp Betrieb verwendet wird) oder es kann einen
nur manuellen Kupplungsbetrieb umfassen. Die unterschiedlichen Arten
van Kupplungsbetrieben, die mit dem System 10 assoziiert
sind, sind unter Bezugnahme auf die US Patente Nr. 4,081,065; 4,850,236;
5,293,316; 5,335,558; 5,383,823; 5,436,833 und 5,425,689 zu sehen.
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Die
Systemsteuerung 38 kann mit der Brennstoffsteuerung 26 und
anderen Systemeinrichtungen kommunizieren mittels eines an Board
befindlichen elektronischen Datenlinks, das einem in der Industrie akzeptierten
Datenprotokoll entspricht, wie z. B. SAE J-1922, SAE J-1939 und/oder
ISO 11898.
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Steuerlogikschaltungen,
Sensoren und Betätiger
für das
Getriebesystem 10 können
solche sein, die in den zuvor genannten US Patenten Nr. 4,361,060;
4,648,290; 4,930,078 und 4,930,081 offenbart sind. Der Getriebebetätiger 34 kann
ein Betätiger
des "X-Y"-Typs sein, wie in
den US Patenten Nr. 4,873,881 und 4,899,607 dargestellt ist, deren
Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Das automatisierte,
mechanische Getriebesystem 10 umfaßt auch Quellen elektrischer
und/oder pneumatischer Leistung (nicht dargestellt).
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Die
zentrale Prozessoreinheit kann des Typs sein, der in dem zuvor genannten
US Patent Nr 4,595,986 dargestellt ist und kann eine Fehlerdetektier-
und Toleranzlogik des Typs enthalten, der in den US Patenten Nr.
4,849,899; 4,899,279 und 4,945,848 dargestellt ist.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anzelge 2 die für
den Fahrzeugführer
vorgesehen ist, ist unter Bezugnahme auf 3 zu sehen.
Kurz gefaßt
umfaßt
die Anzeige 2 einen Abschnitt 40, der das derzeitig
in Eingriff stehende Verhältnis
bzw. den derzeitigen Gang anzeigt, eine Hochschaltanzeige 42 und
eine Runterschaltanzeige 44, die jeweils die möglichen
Hochschaltvorgänge
und Runterschaltvorgänge
aus dem derzeitigen Gang anzeigt. Wie dargestellt, zeigt die Anzeige
an, daß derzeitig
der sechste Gang eingelegt ist und das Nochschaltvorgänge um ein,
zwei oder drei Gänge
oder Runterschaltvorgänge
um einen oder zwei Gänge
derzeitig möglich
bzw. erlaubbar sind. Demgemäß kann das Getriebe
auf irgendeinen Gang zwischen dem vierten und neunten Gang geschaltet
werden. Typischerweise wird die Erlaubbarkeit bzw. Möglichkeit
eines möglichen
Hochschalt- oder Runteischaltvorgangs bestimmt durch Vergleichen
der erwarteten Motordrehzahl nach Beendigung eines solchen Hochschalt- oder
Runterschaltvorgangs, wobei eine im wesentlichen konstante oder
eine vorhergesagte Fahrzeuggeschwindigkeit und eine vollständig in
Eingriff stehende Hauptkupplung angenommen wird, mit einem festen
Bereich von maximal oder minimal erlaubbaren Motordrehzahlen. Vorzugsweise
wird die zentrale Prozessoreinheit 38 keine Befehlssignale
ausgeben um einen manuell ausgewählten,
nicht erlaubbaren Gangwechsel durchzuführen. Vorzugsweise wird die zentrale
Prozessoreinheit, wenn sie in einer manuellen Gangauswahlbetriebsart
arbeitet den erlaubbaren Gangwechsel durchführen, der am nächsten an dem
liegt, der durch den Fahrzeugführer
ausgewählt wurde.
Sollte der Fahrzeugführer
beispielsweise bei Vorliegen der in der Anzeige 2 gemäß 3 angezeigten
Bedingungen ein Herunterschalten zum dritten Gang auswählen, wird
ein solcher Runterschaltvorgang nicht durch die zentrale Prozessoreinheit 38 durchgeführt, da
er nicht erlaubbar ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die zentrale
Prozessoreinheit 38 jedoch Befehlsausgangssignale für ein doppeltes
Runterschalten von dem sechsten Gang in den vierten Gang ausgeben.
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Wie
es vollständiger
in dem zuvor genannten US Patent Nr. 4,648,290 beschrieben ist,
wird der Fahrer, wenn eine halbautomatische Betriebsart vorliegt,
zum Schalten des Getriebes 12 den Hebel nach vorne (zum
Hochschalten) und nach hinten (zum Runterschalten) bewegen, und
zwar aus der in 2 dargestellten Position. Wenn
der Führer
einen direkten Überspringschaltvorgang
vom sechsten Gang zum achten Gang auswählen möchte wird der Hebel 1 vorzugsweise
zweimal rasch in die Hochschaltrichtung bewegt, was die Steuerung 38 interpretiert
und als eine Fahreranforderung für
ein direktes Hochschalten um zwei Gänge vom sechsten zum achten Gang
ausführt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der halbautomatischen Betriebsart wird demgemäß ein mehrfaches oder ein überspringendes Schalten
vorgegeben bzw. befohlen durch die Verwendung der halbautomatischen
Steuerung der vorliegenden Erfindung. Das Lösen der Hauptkupplung 16 und
das Synchronisieren der ausgewählten
Klauenkupplungsglieder, die mit dem ausgewählten Getriebeverhältnis bzw.
Gang assoziiert sind wird automatisch und rasch erreicht mittels
einer automatischen Drosselsteuerung, Kupplungssteuerung und/oder
Bremsen der Eingangswelle und/oder des Motors. in der halbautomatischen
Betriebsart muß der
Fahrer seine Erfahrung ausüben,
wann er Hoch- oder Runterschalten will und um wie viele Gänge er Hoch-
oder Runterschalten will, aber der Fahrer muß nicht den Ganghebel, das
Gaspedal und die Kupplungsbetätigung
koordinieren. Sobald der Fahrer ein erlaubtes Getriebeverhältnis bzw.
einen Gang ausgewählt
hat, wird die Brennstoffversorgung des Motors erhöht, um eine
notwendige Synchronisierung während
eines Herunterschaltens zu erreichen oder die Brennstoffversorgung
an den Motor wird verringert und/oder die Motorbremse wird angelegt,
um eine notwendige Synchronisierung während eines Hochschaltens zu
erreichen, wobei dies alles automatisch für den Fahrer ausgeführt wird
mittels Befehlsausgangssignalen die durch die zentrale Prozessoreinheit 38 ausgegeben
werden.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
die Rückwärts-Betriebsart bzw.
der Rückwärtsgang
nur aus Neutral und einer Fahr zeugruheposition eingelegt werden
und wird dann erreicht durch Bewegen der Gangauswahleinrichtung 1 in
die Runterschaltrichtung aus einer derzeitig in Eingriff stehenden
Neutralposition. Um ein unbeabsichtigtes Runterschalten in den Rückwärtsgang
zu verhindern, kann ein Rückwärtsauswahlknopf 46 vorgesehen sein,
wobei dieser Knopf heruntergedrückt
werden muss bevor die zentrale Prozessoreinheit 38 eine Runterschaltbewegung
des Steuerhebels, wenn er in Neutral ist, als eine Anforderung für einen
Schaltvorgang in einen Rückwärtsgang
interpretiert.
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Das
automatiche Getriebesystem 10 der vorliegenden Erfindung
ist auch geeignet für
einen vollautomatischen Betrieb, in dem sowohl die Schaltauswahl
als auch die Schaltimplementierung automatisch ist. Solche vollautomatisierten
Getriebesysteme sind in der Technik bekannt, wie das zuvor genannte US
Patent Nr. 4,361,060 zeigt. Bei solchen vollautomatisierten Getriebesystemen
basiert die Schaltauswahl normalerweise auf einer Vielzahl von Eingangssignalen,
wie z. B. Signalen, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder
Motordrehzahl und die Drossel- bzw. Gaspedalposition, die durch
den Fahrzeugführer
eingestellt ist anzeigen und die bei einer Bestimmung, dass ein
Schalten des Getriebes notwendig ist, dieses automatisch implementieren
durch Befehlsausgangssignale, die ausgegeben werden an die Motorbrennstoffsteuerung,
eine Kupplungssteuerung, einen Eingangswellenbremsbetätigter und/oder einen
Getriebebetätigter.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist zum Vorsehen von Mitteln für die Auswahl der vollautomatischen
Betriebsart ein Automatikbetriebsar-Auswahlknopf 48 vorgesehen,
und zwar vorzugsweise an einem Knauf 50 des Schaltauswahlhebels 1, durch
den die automatische Betriebsart manuell ausgewählt werden kann durch Niederdrücken des Knopfes 48.
Bei der Auswahl der automatischen Betriebsart wird das Getriebesystem 10 in
der automatischen Betriebsart arbeiten, bis der Fahrer manuell entweder
einen Hochschalt- oder einen Runterschaltvorgang auswählt, und
zwar aus dem derzeit in Eingriff stehenden Verhältnis bzw. Gang durch Bewegen
des Schaltauswahlhebels in entweder die Hochschalt- oder Runterschaltrichtung
zu diesem Zeitpunkt wird der ausgewählte Schaltvorgang implementiert,
wenn er erlaubt ist, und das automatisierte, mechanische Getriebesystem 10 arbeitet
dann in der halbautomatischen Betriebsart bis zu dem Zeitpunkt, zu
dem die vollautomatische Betriebsart wieder angefordert wird.
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Eine
schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung ist in Flußdiagrammform
unter Bezugnahme auf 4 zu sehen.