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Antriebsstranganordnung für ein Fahrzeug - Dokument DE19939354A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19939354A1 24.02.2000
Titel Antriebsstranganordnung für ein Fahrzeug
Anmelder Dana Corp., Toledo, Ohio, US
Erfinder Anderson, Scott V., Ottawa Lake, Mich., US;
Jones, Charles R., Ottawa Lake, Mich., US
Vertreter Berendt und Kollegen, 81667 München
DE-Anmeldedatum 19.08.1999
DE-Aktenzeichen 19939354
Offenlegungstag 24.02.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2000
IPC-Hauptklasse F16H 63/44
IPC-Nebenklasse B60K 41/28   F16H 59/14   
Zusammenfassung Es wird ein integriertes System zum automatischen Steuern der Arbeitsweise eines automatisch manuellen Getriebes und eine Mehrgang-Achsenanordnung bei einer Fahrzeugbetriebsstranganordnung bereitgestellt, welches eine Getriebebetätigungseinrichtung zum Betreiben des Getriebes nach Maßgabe einer Mehrzahl von Getriebegangbereichen umfaßt. Das System umfaßt ferner eine Achsbetätigungseinrichtung zum Betreiben der Achsanordnung mit einer Mehrzahl von Achsuntersetzungsverhältnissen. Eine elektronische Steuereinrichtung ist vorgesehen, um das Getriebe in dem gewünschten Gangbereich zu betreiben und die Achsanordnung in einem gewünschten Gangbereich für die Achsuntersetzungsverhältnisse zu betreiben, so daß man ein insgesamt gewünschtes Gesamtuntersetzungsverhältnis bei dem Fahrzeug verwirklichen kann. Um dies zu erreichen, spricht die elektronische Steuereinrichtung auf ein oder mehrere Eingangssignale an, welche entsprechende Betriebsparameter des Fahrzeugs wiedergeben. Wenn bestimmt wird, daß eine Schaltung des Gesamtuntersetzungsverhältnisses bei dem Fahrzeug erforderlich ist, arbeitet die elektronische Steuereinrichtung derart, daß die Getriebebetätigungseinrichtung und/oder die Achsbetätigungseinrichtung oder beide betrieben werden, um das gewünschte Gesamtuntersetzungsverhältnis bereitzustellen. Die Bestimmung, ob die Getriebebetätigungseinrichtung allein, die Achsbetätigungseinrichtung alleine oder beide, nämlich die Getriebebetätigungseinrichtung und die ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung befaßt sich im allgemeinen mit einer Fahrzeugantriebsstranganordnung, welche eine Drehenergiequelle und eine Mehrgang-Achsschalteinrichtung umfaßt, welche ein gewünschtes Untersetzungsverhältnis bzw. Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehenergiequelle und den getriebenen Rädern des Fahrzeugs bereitstellt. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer elektronischen Steuereinrichtung zum elektronischen Steuern der Arbeitsweise einer Mehrgang- Achsanordnung bei einer solchen Fahrzeugantriebsstranganordnung.

Bei nahezu allen heutzutage eingesetzten Fahrzeugen ist eine Antriebsstranganordnung vorgesehen, welche eine Drehenergiequelle und eine getriebene Achse umfaßt, welche drehangetriebene Räder besitzt. Bei vielen Anwendungsfällen ist die Drehenergiequelle als eine Brennkraftmaschine oder Diesel-Brennkraftmaschine ausgelegt. Derartige Brennkraftmaschinen sind derart ausgelegt, daß sie innerhalb eines relativ engen Geschwindigkeitsbereichs betreibbar sind und sie sind nicht so geeignet für ein Betreiben bei sehr niedrigen und sehr hohen Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen. Daher umfaßt eine Antriebsstranganordnung eines durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges in typischer Weise eine Kupplungseinrichtung, welche mit der Brennkraftmaschine und einem Getriebe verbunden ist, welches zwischen der Kupplungseinrichtung und der angetriebenen Achse angeordnet ist. Die Kupplungseinrichtung ist vorgesehen, um selektiv die Brennkraftmaschine zum Antreiben der restlichen Komponenten der Antriebsstranganordnung abzukoppeln, um zu ermöglichen, daß die Brennkraftmaschine weiterlaufen kann, währenddem das Fahrzeug stillsteht. Das Getriebe stellt eine Mehrzahl von Zersetzungsverhältnissen zwischen der Brennkraftmaschine und der angetriebenen Achse bereit, um ein gleichmäßiges Beschleunigen und Verzögern des Fahrzeuges zu ermöglichen. Bei anderen Anwendungsfällen jedoch ist die Drehenergiequelle als ein Elektromotor ausgelegt. Derartige Motoren lassen sich effizient anhalten und anlaufen und sind über einen großen Bereich von Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen hinweg hinsichtlich des Betriebs geeignet. Bei einem mittels eines Motor betriebenen Fahrzeug kann der Motor mit regelbarer Geschwindigkeit direkt mit der angetriebenen Achse ohne die Zwischenschaltung eines Getriebes mit dem Antriebsstrangsystem verbunden werden.

Bei jedem mittels Brennkraftmaschinen angetriebenem Fahrzeug, welches eine Kupplungseinrichtung und ein Getriebe umfaßt, erfolgen die Schaltvorgänge für die Kupplungseinrichtung und des Getriebes häufig manuell, d. h. in Abhängigkeit von einer entsprechenden Betätigung durch den Fahrer des Fahrzeugs. Bei einem solchen manuell betriebenen System ist die Kupplungseinrichtung im allgemeinen als eine mechanische Kupplung ausgelegt. Wenn die Kupplung eingerückt ist, wird das Getriebe durch die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angetrieben, um das Fahrzeug mit dem gewünschten Übersetzungsverhältnis zu betreiben. Um das Getriebe von einem ersten Gang auf einen zweiten Gang zu schalten, wird die Kupplung zuerst ausgerückt, so daß die Energie von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs nicht auf das Getriebe übertragen wird. Hierdurch kann der Gangschaltvorgang innerhalb des Getriebes in einem drehmomentlosen Belastungszustand vorgenommen werden, um zu verhindern, daß die kämmenden Zahnradzähne in unerwünschter Weise aufeinander treffen. Anschließend wird die Kupplung wieder eingerückt, so daß die Energie von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs auf das Getriebe übertragen wird, um das Fahrzeug in einem zweiten Gangbereich zu betreiben.

Eine typische Auslegungsform einer mechanischen Kupplung umfaßt eine Abdeckung, welche mit einem Schwungrad verbunden ist, welches fest mit dem Ende der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs zur Ausführung einer Drehbewegung mit derselben verbunden ist. Eine Druckplatte bzw. eine Andrückplatte ist in der Kupplung zwischen der Abdeckung und dem Schwungrad angeordnet. Die Andrückplatte ist drehverbunden mit dem Schwungrad und der Abdeckung, sie kann sich aber axial relativ hierzu bewegen. Somit werden das Schwungrad, die Abdeckung und die Andrückplatte alle konstant durch die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs drehangetrieben. Zwischen dem Schwungrad und der Andrückplatte ist eine getriebene Scheibenanordnung angeordnet. Die getriebene Scheibenanordnung ist auf der Getriebeeingangswelle zur Ausführung einer Drehbewegung mit derselben gelagert, sie kann aber eine axiale Relativbewegung hierzu ausführen. Zum Einrücken der Kupplung wird die Andrückplatte axial in Richtung auf das Schwungrad in eine Eingriffsposition bewegt, in welcher die getriebene Scheibenanordnung in Reibschlußeingriff zwischen dem Schwungrad und der Andrückplatte angeordnet ist. Als Folge hiervon wird die getriebene Scheibenanordnung (und die Getriebeeingangswelle, auf welcher diese gelagert ist) angetrieben, um eine Drehbewegung mit dem Schwungrad, der Abdeckung und der Andrückplatte auszuführen. Zum Ausrücken der Kupplung wird die Andrückplatte axial von dem Schwungrad in eine Ausrückposition bewegt. Wenn die Andrückplatte axial in die Ausrückposition bewegt ist, ist die getriebene Scheibenanordnung nicht in Reibschlußeingriff zwischen dem Schwungrad und der Andrückplatte. Folglich wird die getriebene Scheibenanordnung (und die Getriebeeingangswelle, auf welcher diese gelagert ist) nicht zur Ausführung einer Drehbewegung mit dem Schwungrad, der Abdeckung und der Andrückplatte angetrieben.

Um eine solche axiale Bewegung der Andrückplatte zwischen der Eingriffsposition und der Ausrückposition zu bewerkstelligen, sind die meisten mechanischen Kupplungen mit einer Ausrückeinrichtung versehen, welche eine im allgemeinen hohle, zylindrische Ausrückhülse umfaßt, welche um die Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Das vordere Ende der Ausrückhülse bzw. Ausrückmuffe erstreckt sich in die Kupplung und ist über eine Mehrzahl von Hebeln oder anderen mechanischen Einrichtungen mit der Andrückplatte verbunden. Auf diese Weise bewirkt eine axiale Bewegung der Ausrückmuffe eine entsprechende axiale Bewegung der Andrückplatte zwischen der Eingriffsposition und der Ausrückposition. Üblicherweise sind eine oder mehrere Eingriffsfedern in der Kupplung vorgesehen, um die Andrückplatte in Richtung der Eingriffsposition zu drücken. Die Eingriffsfedern wirken in typischer Weise zwischen der Ausrückhülse und der Abdeckung, um im Grundzustand die Kupplung im Eingriffszustand zu halten. Das hintere Ende der Ausrückhülse erstreckt sich von der Kupplung durch eine Mittelöffnung, welche von der Abdeckung gebildet wird, nach außen. Da die Ausrückhülse mit der Abdeckung und der Andrückplatte der Kupplung verbunden ist, wird sie auch konstant zur Ausführung einer Drehbewegung immer dann angetrieben, wenn die Brennkraftmaschine des Fahrzeuges arbeitet. Daher ist ein ringförmiges Ausrücklager üblicherweise an dem hinteren Ende der Ausrückhülse angebracht. Das Ausrücklager ist axial auf der Ausrückhülse festgelegt und umfaßt einen Innenlaufring, welcher sich mit der Ausrückhülse dreht, einen Außenlaufring, welcher drehfest angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Lagern, welche zwischen dem Innenlaufring und dem Außenlaufring angeordnet sind, um derartige relative Drehbewegungen zuzulassen. Der sich nicht drehende Außenlaufring des Ausrücklagers wird in typischerweise mittels einer Betätigungseinrichtung zum Bewegen der Ausrückhülse (und somit der Andruckplatte) zwischen der Eingriffsposition und der Ausrückposition eingerückt, um die Kupplung zu betätigen. Die Kupplung kann dadurch ausgerückt werden, daß ein Kupplungspedal niedergedrückt wird, welches im Fahrgastraum des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Kupplungspedal ist über eine mechanische Verbindung mit dem Außenlaufring des Ausrücklagers der Kupplung derart verbunden, daß dann, wenn das Kupplungspedal niedergedrückt ist, die Andrückplatte der Kupplung von der Eingriffsposition zu der Ausrückposition bewegt wird. Wenn das Kupplungspedal losgelassen wird, führen die Eingriffsfedern, die in der Kupplung vorgesehen sind, die Andrückplatte von der Ausrückposition in die Eingriffsposition zurück.

Eine typische Auslegungsform eines manuellen Getriebes umfaßt ein Gehäuse, welches eine Getriebeeingangswelle enthält, welche mit der Drehenergiequelle verbunden ist, welches ferner eine Getriebeausgangswelle enthält, welche mit der getriebenen Achse verbunden ist, und eine Mehrzahl von in Kämmeingriff befindlichen Zahnrädern enthält. Bei einer manuell betätigten Auslegungsform ist zum wirksamen Verbinden der jeweils ausgewählten in Kämmeingriff befindlichen Zahnrädern zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle eine solche Auslegung vorgesehen, daß ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis bzw. ein gewünschter Gangbereich dazwischen wirksam gemacht wird. Die in Kämmeingriff befindlichen Zahnräder, welche in dem Getriebegehäuse untergebracht sind, haben unterschiedliche Größen, um eine Mehrzahl von Untersetzungsverhältnissen bzw. Übersetzungsverhältnissen bereitzustellen. Durch entsprechendes Schalten der verschiedenen Gangbereiche kann man das Beschleunigen und das Verzögern des Fahrzeugs auf eine ruckfreie und effiziente Weise ermöglichen. Der Gangschaltvorgang bei dem Getriebe kann vorgenommen werden, wenn die Kupplung dadurch ausgerückt ist, daß ein Schalthebel manuell bewegt wird, welcher sich von dem Getriebe in einen Fahrgastraum des Fahrzeuges hinein erstreckt. Manuell betätigte Kupplungs- und Getriebeanordnungen dieser allgemeinen Bauart sind an sich bekannt und relativ einfach ausgelegt, billig herzustellen und hinsichtlich der Auslegungsweise gewichtsmäßig günstig. Auch lassen sie sich einfach bedienen. Aus diesem Grunde ist der Großteil der Schwerlastfahrzeuge mit Kupplung/Getriebeanordnungen im allgemeinen ausgerüstet, welche manuell bedient werden.

Bei jenen mittels einer Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeugen, welche eine Kupplungseinrichtung und ein Getriebe umfassen, lassen sich die Betätigungsweisen der Kupplungseinrichtung und des Getriebes auch automatisch durchführen, d. h. ohne eine manuelle Einwirkung durch den Fahrer des Fahrzeugs. Um die Einsatzbequemlichkeit von manuell betätigten Kupplungs/Getriebeanordnungen der vorstehend genannten Art zu verbessern, wurden verschiedene Auslegungsformen vorgeschlagen, welche entweder teilautomatisch oder vollautomatisch eine Schaltung des Getriebes oder anderer manuell betätigter Einrichtungen gestatten. Bei einem teilautomatischen oder vollständig automatischen Getriebe kann das vom Fahrer beaufschlagte Kupplungspedal durch eine automatische Kupplungsbetätigungseinrichtung ersetzt werden, wie eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung. Das Arbeiten der automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtung kann durch eine elektronische Steuereinrichtung oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert werden, um selektiv die Kupplung einzurücken und auszurücken, ohne daß es hierzu einer manuellen Bedienung durch den Fahrer bedarf. In ähnlicher Weise kann auch der vom Fahrer betätigte Schalthebel durch eine automatische Getriebebetätigungseinrichtung, wie eine hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung ersetzt werden, welche von einer elektronischen Steuereinrichtung oder einer anderen Steuereinrichtung gesteuert wird, um die gewünschten Übersetzungsverhältnisse im Einsatz auszuwählen und in Wirkeingriff zu bringen.

Alternativ kann ein Automatikgetriebe in der Antriebsstranganordnung vorgesehen sein. Ein Automatikgetriebe unterscheidet sich drastisch hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise von manuell betätigten Schaltgetrieben und automatischen oder manuellen Getrieben der vorstehend beschriebenen Art. Bei einem üblichen Automatikgetriebe ist die Kupplungseinrichtung in typischer Weise als ein hydraulischer Drehmomentwandler oder eine andere Fluidkupplung an Stelle einer mechanischen Kupplung der vorstehend genannten Art ausgelegt. Das Getriebe enthält eine Mehrzahl von mechanischen Zahnradsätzen, welche selektiv in Eingriff und außer Eingriff durch fluidbetätigte Kupplungen gebracht werden, um die gewünschten Gangbereiche einzustellen. Die Arbeitsweisen des Drehmomentwandlers und der fluidbetätigten Kupplungen werden üblicherweise durch eine elektronische Steuereinrichtung in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs gesteuert, ohne daß ein manueller Eingriff durch eine Bedienungsperson des Fahrzeugs erforderlich wäre. Eine große Vielzahl von Automatikgetrieben dieser allgemeinen Bauart sind an sich bekannt. Da sie etwas komplizierter und teurer als übliche Handschaltgetriebe der vorstehend genannten Art sind, werden Automatikgetriebe im allgemeinen nur bei relativ kleinen und gewichtsmäßig leichten Fahrzeugen, wie Personenkraftwagen und leichten und mittleren Lastwagen eingesetzt.

Wie vorstehend angegeben ist, ist es weiterhin bekannt, einen Elektromotor mit regelbarer Drehzahl als Drehenergiequelle bei einer Antriebsstranganordnung eines Fahrzeuges einzusetzen. Die Betriebsdrehzahl eines solchen Elektromotors wird im allgemeinen durch eine elektronische Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Bewegung eines Fahrpedals durch eine Bedienungsperson des Fahrzeugs gesteuert. Da die Geschwindigkeit, bei welcher sich der Elektromotor betreiben läßt, sich einfacher und leichter im Vergleich zu Brennkraftmaschinen oder Diesel-Brennkraftmaschinen variieren läßt, kann die Ausgangswelle des Elektromotors häufig direkt mit der getriebenen Achse der Antriebsstranganordnung verbunden werden, ohne daß ein Getriebe dazwischengeschaltet zu werden braucht.

Sowohl bei brennkraftmaschinenangetriebenen Antriebsstranganordnungen (welche Kupplungs/Getriebeeinrichtungen umfassen) als auch bei motorgetriebenen Antriebsstranganordnungen (solche, welche keine Kupplungs/Getriebeeinrichtungen umfassen), sind die getriebenen Achsanordnungen vorgesehen, um die Drehenergie auf die getriebenen Räder des Fahrzeugs zu übertragen. Eine typische Achsanordnung umfaßt ein Gehäuse, welches eine Achseingangswelle enthält, welche über ein Differentialgetriebeanordnung mit einem Paar von Achsausgangswellen verbunden ist. Die Differentialgetriebeanordnung teilt die Drehenergie von der Achseingangswelle auf die beiden Achsausgangswellen auf, und somit werden die Räder des Fahrzeugs drehangetrieben. Bei einigen Anwendungsfällen ist die Achsanordnung derart ausgelegt, daß man nur ein einziges Untersetzungsverhältnis zwischen der Achseingangswelle und den Achsausgangswellen verwirklichen kann. Bei anderen Auslegungsformen ist die Achsanordnung jedoch derart ausgelegt, daß zwei (oder möglicherweise mehr) Geschwindigkeits-Untersetzungsverhältnisse zwischen der Achseingangswelle und den Achsausgangswellen verwirklicht werden können. Mehrgang-Achsanordnungen sind erwünscht, da man hiermit die Anzahl von Geschwindigkeits- Untersetzungsverhältnisse gegenüber jenen vergrößern kann, die durch das Getriebe bereitgestellt werden, und zwar auf eine relativ einfache und kosteneffiziente Weise. Ein Vierganggetriebe, welches in Verbindung mit einer Zweigang- Achsanordnung betrieben wird, stellt beispielsweise insgesamt acht verfügbare Gangbereiche bzw. Untersetzungsverhältnisse bereit.

Bei diesen Mehrgang-Achsanordnungen ist es bekannt, eine manuell bedienbare Einrichtung zum Schalten der Achsgangbereiche vorzusehen. In der Vergangenheit umfaßte die manuell bedienbare Einrichtung eine mechanische Verbindung, welche von der Fahrerkabine des Fahrzeugs zu der Achsanordnung verlief. Der Fahrer des Fahrzeugs bewegte die mechanische Verbindung physikalisch, um einen Schaltvorgang zwischen den Achsuntersetzungsverhältnissen vorzunehmen. In jüngerer Zeit jedoch umfaßt die manuell bedienbare Einrichtung einen elektrischen Schalter, welcher zum Betreiben eines Elektromotors angeschlossen ist, welcher an der Achsanordnung vorgesehen ist. Der Fahrer des Fahrzeugs betätigt manuell den elektrischen Schalter, um das Arbeiten des Elektromotors zu steuern und um die Schaltung zwischen den Gangbereichen vorzunehmen.

Es ist bekannt, eine Mehrgang-Achsanordnung manuell in Verbindung mit einer manuellen Kupplungs/Getriebeanordnung zu betreiben. Jedoch kann eine manuell betriebene Mehrgang- Achsanordnung nicht auf einfache Weise mit einem teilweise oder vollständig automatisiert betriebenen manuellen Getriebe oder mit einem Automatikgetriebe der vorstehend beschriebenen Art eingesetzt werden. Ferner kann eine manuell bedienbare Mehrgang-Achsanordnung nicht auf einfache Weise bei einem Motor mit regelbarer Drehzahl eingesetzt werden, welche direkt hierbei angeschlossen ist. Daher ist es erwünscht, eine Steuereinrichtung zum automatischen Steuern des Arbeitens einer Mehrgang-Achsanordnung entweder mit einem teilweise oder einem vollständig automatischen manuellen Getriebe, einem Automatikgetriebe oder einem Motor mit regelbarer Drehzahl bei einer Fahrzeugantriebsstranganordnung bereitzustellen.

Die Erfindung befaßt sich mit einer elektronischen Steuereinrichtung zum automatischen Steuern des Arbeitens einer Mehrgang-Achsanordnung bei einer Fahrzeugantriebsstranganordnung. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Fahrzeugantriebsstranganordnung ein automatisiertes, manuelles Getriebe und eine Getriebebetätigungseinrichtung zum Betreiben des Getriebes nach Maßgabe eines einer Mehrzahl von Gangbereichen. Das System umfaßt ferner eine Achsbetätigungseinrichtung zum Betreiben der Achsanordnung in einem der Mehrzahl von Achsgangbereichen. Eine elektronische Steuereinrichtung ist zum Betreiben des Getriebes entsprechend einem einer Mehrzahl von Gangbereichen und zum Betreiben der Achsanordnung in einer Mehrzahl von Achsgangbereichen vorgesehen, um ein gewünschtes Gesamtuntersetzungsverhältnis bei dem Fahrzeug einzustellen. Um dies zu erreichen, spricht die elektronische Steuereinrichtung auf ein oder mehrere Eingangssignale an, welche Betriebsparameter des Fahrzeugs wiedergeben. Wenn bestimmt wird, daß eine Umschaltung des Gesamtgangbereiches des Fahrzeugs erforderlich ist, wirkt die elektronische Steuereinrichtung auf eine oder beide Getriebebetätigungseinrichtungen und die Achsbetätigungseinrichtung ein, um das gewünschte Gesamtuntersetzungsverhältnis herzustellen. Die Bestimmung, ob die Getriebebetätigungseinrichtung allein betätigt wird, ob die Achsbetätigungseinrichtung allein betätigt wird, oder ob beide, die Getriebebetätigungseinrichtung und die Achsbetätigungseinrichtung betätigt werden, hängt mit den jeweils spezifischen Untersetzungsverhältnissen zusammen, welche von dem Getriebe und der Achsbetätigungseinrichtung bereitgestellt werden, sowie von dem momentan vorhandene Gesamtuntersetzungsverhältnis und dem gewünschten Gesamtuntersetzungsverhältnis sowie weiteren Einflußgrößen. Die Anordnung kann auch derart ausgelegt werden, daß sie in Verbindung mit einem Automatikgetriebe und mit einem Motor mit regelbarer Drehzahl, wie einem Elektromotor, eingesetzt werden kann, welcher direkt mit der Achsanordnung ohne die Zwischenschaltung eines Getriebes verbunden ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Fahrzeugantriebsstranganordnung, welche ein integriertes System zum automatischen Steuern des Arbeitens sowohl des automatisierten manuellen Getriebes als auch der Mehrgang-Achsanordnung gestattet,

Fig. 2 ein Flußdiagramm zu Verdeutlichung eines vereinfachten Algorithmus zum Steuern der Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten elektronischen Steuereinrichtung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Fahrzeugantriebsstranganordnung, welche ein integriertes System für eine automatische Steuerung der Arbeitsweise sowohl eines Automatikgetriebes als auch einer Mehrgang- Achsanordnung umfaßt, und

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer Fahrzeugantriebsstranganordnung, welche ein integriertes System zum automatischen Steuern der Arbeitsweise sowohl eines Motors mit regelbarer Drehzahl als auch einer Mehrgang-Achsanordnung umfaßt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Fahrzeugantriebsstranganordnung gezeigt, welche insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Die Antriebsstranganordnung 10 umfaßt einen üblichen Motor 11, wie eine Brennkraftmaschine oder eine Diesel-Brennkraftmaschine, oder eine andere Drehenergiequelle. Der Motor 11 ist über eine Ausgangswelle 11a, wie eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 11, mit einer Kupplung 12 verbunden. Die Kupplung 12 ist auf übliche Art und Weise ausgelegt und arbeitet derart, daß selektiv die Ausgangswelle 11a der Brennkraftmaschine 11mit einer Eingangswelle 13a eines Getriebes 13 verbunden wird. Das Getriebe 13 enthält eine Mehrzahl von in Kämmeingriff befindlichen Zahnrädern (nicht gezeigt), welche selektiv zwischen die Eingangswelle 13a und einer Ausgangswelle 13b in Wirkverbindung geschaltet werden. Die in Kämmeingriff befindlichen Zahnräder, welche in dem Getriebe 13 untergebracht sind, haben unterschiedliche Größen, um eine Mehrzahl von Untersetzungsverhältnissen bereitzustellen. Durch entsprechend geeignetes Schalten unter diesen Untersetzungsverhältnissen. bzw. Gangbereichen läßt sich ein gewünschtes Untersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 13a und der Ausgangswelle 13b des Getriebes 13 bereitstellen.

Die Ausgangswelle 13b des Getriebes 12 ist über eine übliche Antriebswelle (nicht gezeigt) mit einer üblichen Mehrgang-Achsanordnung 14 verbunden. Die Achsanordnung 14 umfaßt ein oder mehrere Räder (nicht gezeigt), welche durch die Brennkraftmaschine 11 drehangetrieben werden, und zwar jedes mal dann, wenn die Kupplung 12 eingerückt ist. Die Mehrgang-Achsanordnung 14 umfaßt auch eine Mehrzahl von in Kämmeingriff befindlichen Zahnrädern (nicht gezeigt), welche wechselweise zwischen die Ausgangswelle 13b des Getriebes 13 und den Fahrzeugrädern schaltbar sind. Die in Kämmeingriff befindlichen Zahnräder, welche in der Mehrgang- Achsanordnung 14 enthalten sind, haben unterschiedliche Größen, um eine Mehrzahl (beispielsweise zwei) derartige Untersetzungsverhältnisse bzw. Gangbereiche bereitzustellen. Durch entsprechendes Schalten zwischen diesen Untersetzungsverhältnissen kann man ein gewünschtes Untersetzungsverhältnis zwischen der Ausgangswelle 13b des Getriebes 13 und den Fahrzeugrädern bereitstellen. Durch entsprechend geeignetes Schalten unter den verschiedenen Untersetzungsverhältnissen, welche man bei dem Getriebe 13 und der Mehrgang-Achsanordnung 14 verwirklichen kann, lassen sich das Beschleunigen und Verzögern des Fahrzeugs auf ruckfreie und effiziente Weise verwirklichen. Die allgemeinen Auslegungseinzelheiten einer Antriebsstranganordnung 10 gemäß der voranstehenden Beschreibung sind an sich bekannt.

Das dargestellte Getriebe 13 kann entweder teilweise oder vollständig automatisch mit manueller Eingriffsweise betrieben werden. Bei einem typischen, teilautomatischen, manuellen Getriebe arbeitet ein von einem Fahrer bedienbarer Schalthebel (nicht gezeigt) mit einer Mehrzahl von Schaltschienen zusammen, welche in dem Getriebe vorgesehen sind, um einen ersten Satz von Zahnrädern im Gebrauchszustand in Eingriff zu bringen. Jedoch ist eine automatische Schaltgetriebebetätigungseinrichtung 15 bei dem Getriebe 13 vorgesehen, um die verbleibenden Schaltschienen in Eingriff zu bringen und zu bewegen, um einen zweiten Satz von Untersetzungszahnrädern im Gebrauchszustand in Wirkeingriff zu bringen. Beispielsweise ist es bekannt, ein teilweise automatisches Handschaltgetriebe vorzusehen, bei dem die unteren Gangbereiche manuell ausgewählt und geschaltet werden, indem der Fahrzeugführer den Schalthebel betätigt, während die höheren Gangbereiche automatisch gewählt und geschaltet werden, und zwar durch die Getriebebetätigungseinrichtung 15. Ein Beispiel eines typischen teilautomatischen Handschaltgetriebes dieser allgemeinen Auslegungsform ist detailliert in US-A-5,450,767 angegeben, welche der gleichen Anmelderin gehört. Die Offenbarung dieses Patentes wird vollinhaltlich vom Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung durch diese Bezugnahme mit eingeschlossen. Bei einem vollautomatischen Schaltgetriebe ist der durch den Fahrer betätigte Schalthebel im allgemeinen durch eine Getriebebetätigungseinrichtung ersetzt. Die Getriebebetätigungseinrichtung 15 arbeitet derart, daß alle Schaltschienen, welche in dem Getriebe enthalten sind, derart ausgewählt in Eingriff gebracht werden, daß alle verfügbaren Gangbereiche vorhanden sind. Das vorstehend beschriebene Patent befaßt sich mit der Anpaßbarkeit der teilweise automatisierten Getriebebetätigungseinrichtung 15, um das darin beschriebene Schalten des Getriebes vollautomatisch zu verwirklichen. Jedoch ist zu erwähnen, daß die Erfindung auch bei einer anderen Auslegungsform eines Getriebes 13 und einer anderen Auslegungsform einer Getriebebetätigungseinrichtung 15 verwirklicht werden kann.

Um das automatische Schalten des Getriebes 15 zu erleichtern, ist die Kupplung 12 mit einer Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 versehen. Die Auslegungsform und die Arbeitsweise der Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 sind an sich bekannt. Kurz gesagt, ist die Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 vorgesehen, um ein durch den Fahrer betätigtes Kupplungspedal zu ersetzen, um teilweise oder vollständig das Arbeiten einer Kupplung 12 zu verwirklichen. Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 wirkt derart, daß die Kupplung 12 entweder zum Einrücken oder zum Ausrücken betätigt wird. Wenn die Kupplung 12 eingerückt ist, wird das Getriebe 13 durch die Brennkraftmaschine 11 des Fahrzeugs angetrieben, um das Fahrzeug in einem gewählten Gangbereich zu betreiben. Um das Getriebe 13 von dem ersten Gangbereich auf einen zweiten Gangbereich zu schalten, wird die Kupplung 12 zu Beginn ausgerückt, so daß die Energie von der Brennkraftmaschine 11 des Fahrzeugs nicht auf das Getriebe 13 übertragen wird. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Getriebebetätigungseinrichtung 15 einen Gangschaltvorgang in dem Getriebe 13 unter einem drehmomentlosen Belastungszustand ausführen kann, um zu verhindern, daß die in Kämmeingriff befindlichen Zahnräder aufeinandertreffen. Anschließend wird die Kupplung 12 wiederum eingerückt, so daß die Energie von der Brennkraftmaschine 11 des Fahrzeugs auf das Getriebe 13 übertragen wird, und das Fahrzeug im zweiten Gangbereich betrieben wird. Eine für die Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 geeignete Ausführungsform ist in der amerikanischen Patentanmeldung Ser. No. 08/891,625 vom 09. Juli 1997 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch die Bezugnahme vollinhaltlich mit eingeschlossen ist. Es ist jedoch noch zu erwähnen, daß die Erfindung auch mit einer anderen gewünschten Ausführungsform einer Kupplung 12 sowie einer Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 verwirklicht werden kann.

Um das automatische Schalten der Mehrgang-Achsanordnung 14 zu erleichtern, ist eine Achsbetätigungseinrichtung 17 vorgesehen. Die Arbeitsweise und die Auslegungsform der Achsbetätigungseinrichtung 17 sind an sich üblich. Kurz gesagt, ist die Achsbetätigungseinrichtung 17 vorgesehen, um eine von einem Fahrer bedienbare mechanische Verbindung oder einen elektrischen Schalter/eine Motoranordnung zu ersetzen, so daß die Arbeitsweise der Achsanordnung 14 automatisiert wird. Die Achsbetätigungseinrichtung 17 kann einen Elektromotor (nicht gezeigt) umfassen, welcher die Achsanordnung 14 zur Einstellung des gewünschten Gangbereiches schalten kann. Typischerweise kann die Achsanordnung 14 zwei Gangbereiche bzw. Untersetzungsverhältnisse bereitstellen, ein erstes, relativ niedriges Untersetzungsverhältnis und ein zweites, relativ hohes Untersetzungsverhältnis. Wenn daher das erste Untersetzungsverhältnis wirksam ist, werden die Räder des Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine 11 des Fahrzeugs angetrieben, um das Fahrzeug bei einem relativ niedrigen Untersetzungsverhältnis relativ zu der Drehzahl der Ausgangswelle 13b des Getriebes 13 zu betrieben. Wenn in ähnlicher Weise das zweite Untersetzungsverhältnis wirksam ist, werden die Räder des Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine 11 des Fahrzeugs angetrieben, um das Fahrzeug mit einem relativ hohen Untersetzungsverhältnis relativ zu der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 13b des Getriebes 13 zu betreiben. Die Achsbetätigungseinrichtung 17 ist vorgesehen, um die Achsanordnung 14 zwischen den beiden Gangbereichen auf die nachstehend beschriebene Weise umzuschalten. Eine Auslegungsform für eine geeignete Achsbetätigungseinrichtung 17 ist in US-A-4,793,458 vom 27. Dez. 1988 beschrieben, deren Inhalt vollinhaltlich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung durch die Bezugnahme zu rechnen ist. Es ist jedoch noch zu erwähnen, daß die Erfindung auch bei einer anderen Ausgestaltungsform einer Achsanordnung 14 und einer Achsbetätigungseinrichtung 17 verwirklicht werden kann.

Die Arbeitsweise der Kupplungsbetätigungseinrichtung 16, der Getriebebetätigungseinrichtung 15 und der Achsbetätigungseinrichtung 17 werden mittels einer elektronischen Steuereinrichtung 20 gesteuert. Die elektronische Steuereinrichtung 20 kann in Form eines üblichen Mikroprozessors oder einer ähnlichen Recheneinrichtung ausgelegt werden, welche sich programmieren läßt, um die Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 (zum automatischen Ausrücken und Einrücken der Kupplung 12), die Getriebebetätigungseinrichtung 15 (automatisches Schalten des Getriebes 13, wenn die Kupplung 12 ausgerückt ist) und die Achsbetätigungseinrichtung 17 (zum automatischen Schalten der Achsanordnung 14) gemäß der voranstehenden Beschreibung zu betreiben. Das Arbeiten der elektronischen Steuereinrichtung 20 wird nachstehend näher erläutert. Ein Getriebeausgangswellengeschwindigkeitssensor 21 liefert ein Eingangssignal für die elektronische Steuereinrichtung 20. Der Getriebeausgangswellengeschwindigkeitssensor 21 ist von üblicher Auslegungsform und derart ausgelegt, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches die aktuelle Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 13b des Getriebes 13 wiedergibt. Ein Kupplungspositionssensor 22 ist ebenfalls vorgesehen, welcher ein Eingangssignal für die elektronische Steuereinrichtung 20 liefert. Die Auslegungsform und die Arbeitsweise des Kupplungspositionssensors 22 sind von üblicher Auslegungsform und derart ausgelegt, daß eine elektrisches Signal der elektrischen Steuereinrichtung 20 geliefert wird, welches die aktuelle Position der Kupplung 12 wiedergibt, wenn diese zwischen der Eingangsposition und der Ausrückposition bewegt wird.

Eine Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 ist vorgesehen, um das Arbeiten der Brennkraftmaschine 11 des Fahrzeuges zu steuern. Die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 kann als ein üblicher Mikroprozessor oder eine ähnliche Recheneinrichtung ausgelegt sein, welche sich programmieren läßt, um die Brennkraftmaschine 11 auf die gewünschte Weise zu betreiben. Hauptsächlich steuert die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine 11 in Abhängigkeit von einem Eingabesignal, welches von einem Fahrpedalpositionssensor 24 erzeugt wird. Der Fahrpedalpositionssensor 24 ist von üblicher Bauform und derart ausgelegt, daß er ein elektrisches Signal erzeugt, welches die momentane Position des Fahrpedals (nicht gezeigt) des Fahrzeugs wiedergibt. Wie an sich bekannt, wird das Fahrpedal durch den Fuß des Fahrers des Fahrzeugs beaufschlagt, um die Arbeitsweise des Fahrzeugs zu steuern. Das Fahrpedal wird durch den Fahrer niedergedrückt, wenn die Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine 11 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht werden sollen. Umgekehrt wird das Fahrpedal losgelassen, wenn die Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine 11 verlangsamt werden soll, oder die Bewegung des Fahrzeugs gestoppt werden soll. Somit steuert die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 die Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 in Abhängigkeit von dem Signal von dem Fahrpedalpositionssensor 24, so daß- das Fahrzeug durch den Fahrer auf die gewünschte Weise betrieben wird. Der Fahrpedalpositionssensor 24 kann gegebenenfalls durch einen Drosselpositionssensor (nicht gezeigt), oder einen auf den Fahrer ansprechenden Sensor ersetzt werden, welcher ein Signal erzeugt, welches die gewünschte Geschwindigkeit und die Betriebsart des Fahrzeugs wiedergibt. Ein zweiter Eingang zu der Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 ist ein Brennkraftmaschinenausgangswellen- Geschwindigkeitssensor 25. Der Brennkraftmaschinenausgangswellen-Geschwindigkeitssensor 25 ist von üblicher Bauart und derart ausgelegt, daß er ein elektrisches Signal erzeugt, welches die momentane Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Ausgangswelle 11a der Brennkraftmaschine 11 wiedergibt.

Die elektronische Steuereinrichtung 20 und die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 arbeiten miteinander über eine Datenbusleitung 26 zusammen, welche zwischen den beiden Steuereinrichtungen verläuft. Auf eine an sich übliche Weise werden die elektronischen Steuereinrichtung 20 und die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 programmiert, um miteinander zu kommunizieren und zusammen zu arbeiten, um die Arbeitsweise des Fahrzeugs auf die durch den Fahrer des Fahrzeugs gewünschte Weise zu steuern. Insbesondere sind die elektronische Steuereinrichtung 20 und die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 derart wirksam, daß die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine 11, der Kupplung 12, des Getriebes 13 und der Achsanordnung 14 derart gesteuert werden, daß das Fahrzeug lediglich durch eine Handhabung des Fahr- und Bremspedals gestartet und gestoppt werden kann, und zwar ähnlich wie bei einem üblichen Automatikgetriebe bei einem Personenkraftwagen. Um dieses zu erreichen, sind Signale von dem Fahrpedalpositionssensor 24 und dem Brennkraftmaschinenausgangswellen-Geschwindigkeitssensor 25 für die elektronische Steuereinrichtung 20 über die Datenbusleitung 26 verfügbar. Alternativ können die Signale von dem Fahrpedalpositionssensor 24 und von dem Brennkraftmaschinenausgangswellen-Geschwindigkeitssensor 25 direkt der elektronischen Steuereinrichtung 20 zugeführt werden.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform spricht die elektronische Steuereinrichtung 20 auf die Eingangssignale an, welche von dem Geschwindigkeitssensor 21, dem Kupplungspositionssensor 22 und der Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 23 zum Steuern der Arbeitsweise der Kupplungsbetätigungseinrichtung 16, der Getriebebetätigungseinrichtung 15 und der Achsbetätigungseinrichtung 17 erzeugt werden. Jedoch kann die elektronische Steuereinrichtung 20 auch auf eine andere Anzahl von Eingangssignalen ansprechen, einschließlich jenen, welche Betriebsparameter des Fahrzeuges wiedergeben, welche zum Steuern der Arbeitsweise der Kupplungsbetätigungseinrichtung 16, der Getriebebetätigungseinrichtung 15 und der Achsbetätigungseinrichtung 17 geeignet sind. Die spezielle Auslegungsform des Algorithmus oder des Programms, welches von der elektronischen Steuereinrichtung 20 ausgeführt werden, hängt von verschiedenen Einzelheiten eines Fahrzeugs ab. Im allgemeinen jedoch spricht die elektronische Steuereinrichtung 20 auf Eingangssignale an, um zu bewirken, daß entweder das Getriebe 13 oder die Achsanordnung und gegebenenfalls beide zugeschaltet werden, so daß man das gewünschte Gesamtuntersetzungsverhältnis bei dem Fahrzeug verwirklichen kann. Durch entsprechendes Schalten des Getriebes 13 und der Achsanordnung 14 lassen sich das Beschleunigen und das Verzögern auf ruckfreie und effiziente Weise verwirklichen.

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, bei welchem insgesamt mit 30 ein vereinfachter Algorithmus zum Steuern der Arbeitsweise der elektronischen Steuereinrichtung 20 verdeutlicht ist, welche in Fig. 1 gezeigt ist. In einem ersten Schritt 31 des Algorithmus liest die elektronische Steuereinrichtung 20 einige oder alle Eingangssignale, welche an die Steuereinrichtung angelegt werden. Dann gibt der Algorithmus 30 einen Entscheidungspunkt 32 ein, bei dem die elektronische Steuereinrichtung 20 bestimmt, wenn eine Gangschaltung bei dem Fahrzeug basierend auf den hierfür vorgesehenen Kriterien erforderlich ist. Diese hierfür vorgegebenen Kriterien werden üblicherweise in einem Permanentspeicher der elektronischen Steuereinrichtung 20 gespeichert. Diese spezifischen Einzelheiten der vorbestimmten Kriterien ändern sich von Fahrzeug zu Fahrzeug. Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß irgendein gewünschtes Kriterium genutzt wird, um zu bestimmen, wenn eine Gangschaltung bei dem Fahrzeug erforderlich wird. Wenn die elektronische Steuereinrichtung bestimmt, daß keine Gangschaltung bei dem Fahrzeug momentan erforderlich ist, kehrt der Algorithmus 30 zum ersten Schritt 31 zurück, in welchem die elektronische Steuereinrichtung 20 wiederum einige oder alle Eingangssignale liest, welche an die Steuereinrichtung 20 angelegt werden.

Wenn jedoch die elektronische Steuereinrichtung 20 bestimmt, daß eine Gangschaltung bei dem Fahrzeug momentan erforderlich ist, springt der Algorithmus 30 zu einem Verzweigungspunkt 33, an welchem eine oder beide Getriebebetätigungseinrichtung 15 und die Achsbetätigungseinrichtung 17 betrieben werden, um den gewünschten Gangbereich einzustellen. Die Bestimmung, ob die Getriebebetätigungseinrichtung 15 allein betätigt wird, ob die Achsbetätigungseinrichtung 17 alleine betätigt wird, oder ob die Getriebebetätigungseinrichtung 15 und die Achsbetätigungseinrichtung 17 betätigt werden, hängt von den jeweils spezifischen Untersetzungsverhältnissen ab, welche durch das Getriebe 13 und die Achsbetätigungseinrichtung 14 bereitgestellt werden sollen, und hängt ferner von dem Gesamtuntersetzungsverhältnis, dem gewünschten Gesamtuntersetzungsverhältnis und weiteren Einflußgrößen ab, welche an sich bekannt sind. Überlicherweise wird die Kupplungsbetätigungseinrichtung 16 zu Beginn durch die elektronische Steuereinrichtung 20 betätigt, um die Kupplung 12 auszurücken, bevor die Getriebebetätigungseinrichtung 15 betätigt wird und ein Schaltvorgang bei dem Getriebe 13 vorgenommen wird. Die Achsbetätigungseinrichtung 14 kann gleichzeitig betätigt werden, so daß man ein Schalten unter einem drehmomentlosen Belastungszustand vornehmen kann. Alternativ kann die Achsbetätigungseinrichtung 17 unter Einsatz einer üblichen federbelasteten Auslegungsform ausgelegt sein, welche die Achsanordnung 14 derart vorbelastet, daß automatisch ein Schaltvorgang immer dann ausgelöst wird, wenn die Größe des Drehmoments unter einen vorbestimmten Wert fällt. Nach der entsprechenden Ausführung des Schaltvorganges kehrt der Algorithmus 30 zu dem ersten Schritt 31 zurück, in welchem die elektronische Steuereinrichtung 20 wiederum einige oder alle Eingangssignale liest, welche an die Steuereinrichtung 20 angelegt werden.

Aus Übersichtlichkeitsgründen sei angenommen, daß das Getriebe 13 vier unterschiedliche Vorwärtsgänge bereitstellen kann, welche mit erster Gang, zweiter Gang, dritter Gang und vierter Gang bezeichnet werden und unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse haben. Ferner sei angenommen, daß die Achsanordnung 14 zwei unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse schalten kann, bei denen es sich um einen niedrigen und einen hohen Gangbereich handelt. Der Unterschied zwischen den Achsuntersetzungsverhältnissen ist größer als der Unterschied zwischen den benachbarten Getriebeuntersetzungsverhältnissen. Wenn das Fahrzeug sich im Ruhezustand befindet und das Fahrpedal niedergedrückt wird, bestimmt die elektronische Steuereinrichtung 20, daß das Fahrzeug in einem ersten Gesamtübersetzungsverhältnis betrieben werden soll. Um dieses einzustellen, betätigt die elektronische Steuereinrichtung 20 zu Beginn die Getriebebetätigungseinrichtung 15, um das Getriebe 13 in den ersten Gang zu schalten, und die Achsbetätigungseinrichtung 17 schaltet die Achsanordnung 14 in den unteren Gangbereich. Die Kombination aus erstem Gang und unterem Gangbereich bei der Achsanordnung führt dann zu dem ersten Gesamtuntersetzungsverhältnis. Wenn das Fahrzeug allmählich beschleunigt wird, bestimmt die elektronische Steuereinrichtung 20 im Anschluß daran, daß das Fahrzeug sequentiell in dem zweiten, dritten und vierten Gangbereich betrieben werden soll. Dies wird dadurch erreicht, daß die Getriebebetätigungseinrichtung 15 betätigt wird, um das Getriebe 13 in den zweiten, dritten und vierten Gang zu schalten, während die Achsanordnung 14 in dem niedrigen Gangbereich bleibt.

Um ein fünftes Gesamtuntersetzungsverhältnis bereitzustellen, betätigt die elektronische Steuereinrichtung dann die Getriebebetätigungseinrichtung 16, um das Getriebe 13 in den ersten Gangbereich zurückzuschalten, und zugleich wird die Achsbetätigungseinrichtung 17 betätigt, um die Achsanordnung 14 in den hohen Achsgangbereich zu schalten. Anschließend betätigt die elektronische Steuereinrichtung 20die Getriebebetätigungseinrichtung 16, um das Getriebe 13 sequentiell in den zweiten, dritten und vierten Gangbereich zu schalten, währenddem die Achsanordnung 14 in dem Gangbereich mit hoher Untersetzung bleibt, so daß man insgesamt sechste, siebte und achte Untersetzungsverhältnisse erhält. Das Herunterschalten kann auch auf ähnliche Weise erfolgen. Gegebenenfalls können auch ein oder mehrere Untersetzungsverhältnisse übersprungen werden, was von den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges abhängig ist. Auch ist noch zu erwähnen, daß das Schalten des Getriebes 13 und der Achsanordnung 14 von den vorstehend beschriebenen Einzelheiten abweichen kann, was von den jeweiligen spezifischen Untersetzungsverhältnissen abhängig sein kann, welche verwirklicht werden sollen.

Es ist zu ersehen, daß das vorstehend beschriebene elektronische Steuersystem ein integriertes System zum automatischen Steuern der Arbeitsweise eines automatischen manuellen Getriebes 13 und einer Mehrgang-Achsanordnung 14 in einer Fahrzeugantriebsstranganordnung 10 darstellt. Als Folge hiervon ist die Gesamtzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Gangbereiche größer als jene einzelnen Gangbereiche des Getriebes 13 und der Achsanordnung 14. Durch die Bereitstellung von zusätzlichen, insgesamt zur Verfügung stehenden Gangbereichen erfolgt somit eine relativ einfache und kostengünstige Verwirklichung von einer Mehrzahl von Gangbereichen, wobei ein teilweises oder vollständiges automatisches Schalten sowohl des Getriebes 13 als auch der Achsanordnung 14 verwirklicht werden kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Fahrzeugantriebsstranganordnung gezeigt, welche insgesamt mit 40 bezeichnet ist und nach der Erfindung ausgelegt ist. Die Antriebsstranganordnung 40 umfaßt einen üblichen Motor 41, wie eine Brennkraftmaschine oder eine Diesel-Brennkraftmaschine, oder auch eine andere Drehenergiequelle. Die Brennkraftmaschine 41 ist über eine Ausgangswelle 41a, wie eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 41, mit einem Automatikgetriebe 42 verbunden. Das dargestellte Automatikgetriebe 42 kann auf an sich übliche Art und Weise ausgelegt sein. Beispielsweise umfaßt ein typisches Automatikgetriebe 42 einen hydraulischen Drehmomentwandler (nicht gezeigt) oder eine andere Fluidkopplungseinrichtung, welche eingesetzt wird, um eine Mehrzahl von mechanischen Zahnradsätzen in Wirkverbindung miteinander zu bringen, welche selektiv mittels einer fluidbetätigten Kupplung ein- und ausrückbar sind, um die gewünschten Gangbereiche bereitzustellen. Jedoch kann auch irgendeine andere an sich bekannt automatische Getriebeauslegungsform eingesetzt werden.

Das Automatikgetriebe 42 umfaßt eine Ausgangswelle 42a, welche über eine übliche Antriebswelle (nicht gezeigt) mit einer üblichen Mehrgang-Achsanordnung 43 verbunden ist. Die Achsanordnung 43 umfaßt ein oder mehrere Räder (nicht gezeigt), welche durch die Brennkraftmaschine 41 drehangetrieben werden. Die Auslegungen und die Arbeitsweise der Mehrgang-Achsanordnung 43 können gleich oder ähnlich wie bei der Achsanordnung 14 sind, welche zuvor beschrieben worden ist. Auch kann eine Achsbetätigungseinrichtung 44 vorgesehen sein, welche im wesentlichen in gleicher oder ähnlicher Weise ausgelegt ist und arbeiten kann, wie die Achsbetätigungseinrichtung 17, welche zuvor beschrieben worden ist.

Die Arbeitsweise der Achsbetätigungseinrichtung 44 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 50 gesteuert. Die elektronische Steuereinrichtung 50 kann in Form eines üblichen Mikroprozessors oder einer anderen Recheneinrichtung ausgelegt sein, welche programmiert werden kann, um die Achsbetätigungseinrichtung 44 zu betreiben und die Achsanordnung 43 gemäß der voranstehenden Beschreibung automatisch zu schalten. Die Arbeitsweise der elektronischen Steuereinrichtung 50 wird nachstehend näher beschrieben. Ein Getriebeausgangswellengeschwindigkeitssensor 51 kann vorgesehen sein, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches die momentane Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 42a des Automatikgetriebes 42 wiedergibt und dieses Signal wird an die elektronische Steuereinrichtung 50 angelegt. Der Getriebeausgangswellengeschwindigkeitssensor 51 ist von üblicher Bauart.

Eine Motorsteuereinrichtung 52 ist vorgesehen, um die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine 51 des Fahrzeugs zu steuern. Die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 kann auch als eine übliche Mikroprozessoreinrichtung oder eine andere ähnliche Recheneinrichtung ausgelegt sein, welche sich programmieren läßt, um die Brennkraftmaschine 41 auf die gewünschte Weise zu betreiben. Hauptsächlich steuert die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine 41 in Abhängigkeit von einem Eingangssignal, welches von einem Fahrpedalpositionssensor 53 geliefert wird. Der Fahrpedalpositionssensor 53 ist von üblicher Ausgestaltungsart und derart ausgelegt, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches die momentane Position des Fahrpedals (nicht gezeigt) des Fahrzeugs wiedergibt. Wie an sich bekannt ist, wird das Fahrpedal durch den Fuß des Fahrers des Fahrzeugs beaufschlagt, um die Arbeitsweise des Fahrzeugs zu steuern. Das Fahrpedal wird durch den Fahrer niedergedrückt, wenn es erwünscht ist, die Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine 41 und die Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen. Wenn hingegen das Fahrpedal losgelassen wird, ist es erwünscht, daß die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Brennkraftmaschine 41 verlangsamt wird oder die Bewegung des Fahrzeugs gestoppt wird. Somit steuert die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 die Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine 41 in Abhängigkeit von dem Signal von dem Fahrpedalpositionssensor 53, um das Fahrzeug durch den Fahrer auf die gewünschte Weise zu betreiben. Der Fahrpedalpositionssensor 53 kann gegebenenfalls durch einen Drosselpositionssensor (nicht gezeigt) oder durch einen anderen auf den Fahrer ansprechenden Sensor ersetzt werden, welcher ein Signal erzeugt, welches die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit und die Betriebsart des Fahrzeugs wiedergibt. Ein zweiter Eingang zu der Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 ist ein Brennkraftmaschinenausgangswellen-Geschwindigkeitssensor 54. Der Brennkraftmaschinenausgangs-Geschwindigkeitssensor 54 ist von üblicher Bauart und derart ausgelegt, daß er ein elektrisches Signal erzeugt, welches die momentane Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 41a der Brennkraftmaschine 41 wiedergibt.

Die Arbeitsweisen des Drehmomentwandler und der fluidbetriebenen Kupplung bei dem Automatikgetriebe 42 werden in üblicher Weise durch eine elektronische Steuereinrichtung 55 in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsbedingungen des Fahrzeuges gesteuert, ohne daß es hierzu eines manuellen Eingriffs durch den Fahrer des Fahrzeugs bedarf. Die Betriebesteuereinrichtung 55 kann auch üblicherweise als ein Mikroprozessor oder eine ähnliche Recheneinrichtung ausgelegt sein, die sich programmieren läßt, um das Automatikgetriebe 42 auf die gewünschte Weise zu steuern. Hauptsächlich steuert die Getriebesteuereinrichtung 55 die Arbeitsweise des Automatikgetriebes 42 in Abhängigkeit von den Eingangssignalen, welche von der Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 42 erzeugt werden. Gegebenenfalls kann jedoch auch irgendeine andere Automatikgetriebesteuereinrichtung genommen werden.

Die elektronische Steuereinrichtung 50 und die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 kommunizieren über eine Datenbusleitung 56 miteinander, welche zwischen denselben verläuft. Gegebenenfalls können die elektronische Steuereinrichtung 50 und die Übertragungseinrichtung 55 auch über eine Datenbusleitung 54 kommunizieren, und die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 und die Getriebeeinrichtung 55 können über eine weitere Datenbusleitung 58kommunizieren. Auf eine an sich übliche Weise werden die elektronische Steuereinrichtung 50 und die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 programmiert, um miteinander zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten, so daß die Arbeitsweise des Fahrzeugs auf die von dem Fahrer gewünschte Weise gesteuert wird. Insbesondere sind die elektronische Steuereinrichtung 50 und die Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 derart aktiv, daß die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine 41, des Automatikgetriebes 42 und der Achsanordnung 54 derart gesteuert werden, daß das Fahrzeug nur durch die Betätigung des Fahrpedals und des Bremspedals gestartet und gestoppt werden kann, ähnlich wie dies bei einem Automatikgetriebe für Personenkraftwagen der Fall ist. Dies kann auf im wesentlichen die gleiche oder ähnliche Weise verwirklicht werden.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform spricht die elektronische Steuereinrichtung 50 auf Eingangssignale an, die von dem Geschwindigkeitssensor 51, der Brennkraftmaschinensteuereinrichtung 52 und der Getriebesteuereinrichtung 54 erzeugt werden, um die Arbeitsweise der Achsbetätigungseinrichtung 44 zu steuern. Jedoch kann die elektronische Steuereinrichtung 50 auch auf irgendeine andere Anzahl von Eingangssignalen ansprechen, welche jene umfassen, welche Betriebsparameter des Fahrzeugs darstellen und zur Steuerung der Arbeitsweise der Achsbetätigungseinrichtung 44 geeignet sind. Die spezifische Natur des Algorithmus oder des Programms, welches durch die elektronische Steuereinrichtung 50 ausgeführt wird, kann sich von Fahrzeug zu Fahrzeug unterscheiden. Im allgemeinen jedoch spricht die elektronische Steuereinrichtung 50 auf Eingangssignale an, um eine Schalten in der Achsanordnung 43 zu bewirken, und hierbei das gewünschte Gesamtuntersetzungsverhältnis für das Fahrzeug einzustellen. Durch entsprechendes Schalten der Achsanordnung 43 in Verbindung mit dem Automatikgetriebe 42 lassen sich Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeugs auf eine ruckfreie und effiziente Weise verwirklichen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer Fahrzeugantriebsstranganordnung gezeigt, welche insgesamt mit 60 bezeichnet und nach der Erfindung ausgelegt ist. Die Antriebsstranganordnung 60 umfaßt einen üblichen Motor 61 mit regelbarer Drehzahl, wie einen Elektromotor, welcher über eine Antriebswelle 62 mit einer üblichen Antriebswelle 62 und einer Mehrgang-Achsanordnung 63 verbunden ist. Die Achsanordnung 63 umfaßt ein oder mehrere Räder (nicht gezeigt), welche durch den Motor 61 drehangetrieben werden. Die Auslegungsform und die Arbeitsweise der Mehrgang-Achsanordnung 63 können gleich wie bei der zuvor beschriebenen Achsanordnung 14 sein. Auch kann eine Achsbetätigungseinrichtung 64 vorgesehen sein, welche die gleiche Auslegungsform und Arbeitsweise wie die Achsbetätigungseinrichtung 17 hat, welche zuvor beschrieben worden ist.

Die Arbeitsweise der Achsbetätigungseinrichtung 64 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 70 gesteuert. Die elektronische Steuereinrichtung 70 kann als eine übliche Mikroprozessoreinrichtung oder eine andere, ähnliche Recheneinrichtung ausgelegt sein, welche sich programmieren läßt, um die Achsbetätigungseinrichtung 64 zu betrieben und ein automatisches Schalten der Achsanordnung 63 auf die zuvor beschriebene Weise zu verwirklichen. Die Arbeitsweise der elektronischen Steuereinrichtung 70 wird nachstehend näher beschrieben. Eine Motorsteuereinrichtung 71 ist vorgesehen, um das Arbeiten des Fahrzeugmotors 61 zu steuern. Die Motorsteuereinrichtung 71 kann in Form eines üblichen Mikroprozessors oder einer ähnlichen Recheneinrichtung ausgelegt sein, welche sich programmieren läßt, um den Motor 61 auf eine gewünschte Weise zu betreiben. Hauptsächlich steuert die Motorsteuereinrichtung 71 die Arbeitsweise des Motors 61 in Abhängigkeit von einem Eingangssignal, welches von einem Fahrpedalpositionssensor 72 gemäß der voranstehenden Beschreibung geliefert wird, um das Fahrzeug auf die gewünschte Weise durch den Fahrer zu betreiben. Der Fahrpedalpositionssensor 72 kann gegebenenfalls durch einen Drosselklappensensor (nicht gezeigt) oder einen anderen, auf den Fahrer ansprechenden Sensor ersetzt werden, welcher ein Signal erzeugt, welches die gewünschte Geschwindigkeit oder die Betriebsart des Fahrzeuges wiedergibt. Ein zweiter Eingang zu der Motorsteuereinrichtung 71 ist ein Motorausgangswellen-Geschwindigkeitssensor 73. Der Motorausgangswellen-Geschwindigkeitssensor 73 ist von üblicher Bauart und derart beschaffen und ausgelegt, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, welches die momentane Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Antriebswelle 62 wiedergibt.

Die elektronische Steuereinrichtung 70 und die Motorsteuereinrichtung 71 arbeiten miteinander kommunizierend über eine Datenbusleitung 74 zusammen, welche dazwischen verläuft. Auf an sich übliche Art und Weise sind die elektronischen Steuereinrichtung und die Motorsteuereinrichtung 71 derart programmiert, daß sie miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten, um die Arbeitsweise des Fahrzeugs auf die durch den Fahrer gewünschte Weise zu steuern. Insbesondere wirken die elektronischen Steuereinrichtung 70 und die Motorsteuereinrichtung 71 derart, daß die Arbeitsweise des Motors 61 und der Achsanordnung 63 auf eine solche Weise gesteuert werden, daß das Fahrzeug lediglich durch die Beaufschlagung des Fahrpedals und des Bremspedals angelassen und gestoppt werden kann, und zwar auf ähnliche Weise wie bei einem üblichen Automatikgetriebe für Personenkraftwagen. Dies kann auf im wesentlichen die gleiche Weise wie dort verwirklicht werden.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform spricht die elektronische Steuereinrichtung 70 auf Eingangssignale an, die von der Motorsteuereinrichtung 71 erzeugt werden, um die Arbeitsweise der Achsbetätigungseinrichtung 63 zu steuern. Jedoch kann die elektronische Steuereinrichtung 70 auch auf irgendeine andere gewünschte Anzahl von Eingangssignalen ansprechen, welche jene umfassen, die Betriebsparameter des Fahrzeugs wiedergeben, und welche erzeugt werden, um die Arbeitsweise der Achsbetätigungseinrichtung 63 zu steuern. Die spezifischen Eigenheiten des Algorithmus oder des Programms, welche durch die elektronische Steuereinrichtung 70 ausgeführt werden, kann von Fahrzeug zu Fahrzeug verschieden sein. Im allgemeinen jedoch spricht die elektronische Steuereinrichtung 70 auf Eingangssignale an, um einen Schaltvorgang in der Achsanordnung 63 aus zuführen und ein gewünschtes Gesamtuntersetzungsverhältnis bei dem Fahrzeug einzustellen. Zum geeigneten Schalten der Achsanordnung 63 in Verbindung mit dem Motor 61 sowie der Beschleunigung und der Verzögerung des Fahrzeugs kann man dann auf eine ruckfreie und effiziente Weise die Schaltvorgänge durchführen.

Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung erläutert worden sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.


Anspruch[de]
  1. 1. Antriebsstranganordnung für ein Fahrzeug, welche folgendes aufweist:

    eine Drehenergiequelle (11);

    ein automatisches Getriebe (13), welches mit der Drehenergiequelle (11) verbunden ist und einen Betrieb in einer Mehrzahl von Gangbereichen gestattet;

    eine Achsanordnung (14), welche mit dem Automatikgetriebe (13) verbunden ist, und mit einer Mehrzahl von Achsuntersetzungsverhältnissen betreibbar ist; und

    eine Steuereinrichtung (20), welche das Automatikgetriebe (13) in dem gewünschten Gangbereich betreibt und die Achsanordnung (14) in einem gewünschten Gangbereich betreibt, um das gewünschte Gesamtuntersetzungsverhältnis für das Fahrzeug bereitzustellen.
  2. 2. Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (13) eine Getriebebetätigungseinrichtung (15) zum Schalten des Automatikgetriebes (13) innerhalb der vorgesehenen Gangbereiche umfaßt, und daß die Steuereinrichtung (20) die Getriebebetätigungseinrichtung (15) betreibt.
  3. 3. Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (14) eine Achsbetätigungseinrichtung (17) zum Schalten der Achsanordnung (14) zwischen den Übersetzungsverhältnisbereichen gestattet, und daß die Steuereinrichtung (30) die Achsbetätigungseinrichtung (17) betreibt.
  4. 4. Antriebsstranganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Automatikgetriebe (13) eine Getriebebetätigungseinrichtung (15) zum Schalten des Getriebes (13) innerhalb der vorgesehenen Gangbereiche umfaßt, und daß die Achse (14) eine Achsbetätigungseinrichtung (17) umfaßt, um die Achsanordnung (14) innerhalb der vorgegebenen übersetzungsbereiche umzuschalten, und daß die Steuereinrichtung (20) die Getriebebetätigungseinrichtung (15) und die Achsbetätigungseinrichtung (17) betreibt.
  5. 5. Antriebsstranganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) eine elektronische Steuereinrichtung ist.
  6. 6. Antriebsstranganordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (24, 25) zum Erzeugen eines Signals enthalten ist, welcher auf einen Betriebszustand des Fahrzeugs anspricht, und daß die Steuereinrichtung (20) auf dieses Signal zum Betreiben des Automatikgetriebes (13) in dem gewünschten Gangbereich und zum Betreiben der Achsanordnung (14) in einem gewünschten Gangbereich zur Bereitstellung des gewünschten Gesamtuntersetzungsverhältnisses bei dem Fahrzeug anspricht.
  7. 7. Antriebsstranganordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Sensoren (24, 25) vorgesehen ist, welche Signale erzeugen, welche eine Mehrzahl von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs wiedergeben, und daß die Steuereinrichtung (20) auf die Signale zum Betreiben des Getriebes (13) in einem gewünschten Gangbereich und zum Betreiben der Achsanordnung (14) in einem gewünschten Gangbereich zur Einstellung des gewünschten Gesamtuntersetzungsverhältnisses bei dem Fahrzeug anspricht.






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