PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69702977T2 12.04.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0898518
Titel GETRIEBE MIT ELEKTISCHER SCHALTBETÄTIGUNG
Anmelder Meritor Heavy Vehicle Systems, LLC, Troy, Mich., US
Erfinder HUBER, M., Jon, Laurinburg, US
Vertreter Prinz und Kollegen, 81241 München
DE-Aktenzeichen 69702977
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.05.1997
EP-Aktenzeichen 979266970
WO-Anmeldetag 16.05.1997
PCT-Aktenzeichen US9708759
WO-Veröffentlichungsnummer 9744210
WO-Veröffentlichungsdatum 27.11.1997
EP-Offenlegungsdatum 03.03.1999
EP date of grant 30.08.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2001
IPC-Hauptklasse B60K 41/08
IPC-Nebenklasse F16H 61/02   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein Fahrzeug-Schaltgetriebe und insbesondere ein "shift by wire"-System für ein manuelles Getriebesystem in einem Schwerlastfahrzeug. Die EP 524 767 A offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Schwerlastfahrzeuge wie etwa Lastwagen haben typischerweise ein mehrstufiges Getriebe, das manuell vom Fahrer gesteuert wird. Der Fahrer benutzt einen Handschalthebel und eine manuelle Kupplung, um beispielsweise abhängig von den Fahrbedingungen einen von mehreren Getriebegängen auszuwählen. Der Handschalthebel erlaubt es dem Fahrer, aus den verschiedenen Getriebegängen auszuwählen, die das Verhältnis zwischen der Eingangsdrehzahl zu dem Getriebe vom Motor und der Ausgangsdrehzahl des Getriebes verändern.

Moderne Schwerlastfahrzeuge haben Schaltgetriebe, die über zehn Gängestufen umfassen. Ein leichtgängiges Schalten des Getriebes zwischen den verschiedenen Drehzahlen ist verhältnismäßig komplex und kann sich als extrem schwierig erweisen. Ein typischer Schaltvorgang kann folgendermaßen beschrieben werden. Zunächst betätigt der Fahrer die Kupplung, um das vom Motor auf das Getriebe aufgebrachte Drehmoment aufzuheben oder zu unterbrechen. Nachdem das Drehmoment aufgehoben ist, kann der Fahrer die Zahnräder innerhalb des Getriebes aus einer gegenwärtigen Eingriffsstellung in eine Leerlaufstellung der Zahnräder bewegen. Der Fahrer muß dann die Drehzahl des Motors mit einer bei dem nächsten ausgewählten Umdrehungsverhältnis notwendigen Drehzahl synchronisieren, um am Getriebeausgang ein konstantes Umdrehungsverhältnis zu erreichen. Mit anderen Worten: Der Fahrer versucht, die Motordrehzahl manuell so anzupassen, daß das Umdrehungsverhältnis zwischen dem Getriebe und dem Motor verhältnismäßig konstant ist, sobald das neue Umdrehungsverhältnis eingestellt ist. Ein solcher Vorgang erfordert ausgedehnte Erfahrung und Vertrautheit mit einem Fahrzeug in verschiedenen Fahrzuständen, um einen leichtgängigen Übergang zwischen den Zahnradübersetzungen zu erreichen. Als nächstes betätigt der Fahrer typischerweise erneut die Kupplung und versucht, den gewünschten Gang einzulegen.

Die Aufgabe des Schaltens der Gänge bei herkömmlichen Lastkraftwagen ist sogar noch komplizierter, weil sich die Ausgangsdrehzahl des Getriebes während des gesamten Schaltvorgangs ändert, was die Synchronisierung der Motordrehzahl und der Getriebedrehzahl äußerst schwierig macht. Typischerweise können die Motordrehzahl und die Getriebedrehzahl nicht genau synchronisiert werden, und der Fahrer muß bei dem Versuch, einen erfolgreichen Schaltvorgang durchzuführen, wiederholt die Kupplung benutzen. Da moderne Fahrzeuge mit komplexeren Steuerungen ausgestattet werden, müssen die Fahrer dazu noch kompliziertere Vorgangsschritte durchführen. Vielen Fahrern fehlt es an ausreichender Erfahrung, um das Schalten, die Kupplungsbedienung und die Drehzahlsynchronisation, die erforderlich sind, zu bewältigen.

Es wurden verschiedene Systeme vorgeschlagen, um die gerade beschriebenen Schwierigkeiten zu mindern. Vor dieser Erfindung haben sich jedoch viele vorgeschlagene Systeme als unzureichend erwiesen. Ein mit den meisten vorgeschlagenen Systemen verbundener Nachteil ist, daß es unzureichende oder keine Drehzahl-Synchronisationsmöglichkeiten gibt. Andere Systeme befreien den Fahrer nicht von der Last des manuellen Bedienens der Kupplung. Wieder andere Systeme erfordern von dem Fahrer ein verhältnismäßig hohes Maß an manueller Geschicklichkeit bei der Bedienung eines Handschalthebels.

Vollständig automatische Getriebe sind für die meisten Schwerlastfahrzeuge aus Kostenüberlegungen nicht geeignet, und sie ermöglichen es dem Fahrer darüber hinaus nicht, einen Be triebsgang auszuwählen. Ein erfahrener Fahrer muß beispielsweise beim Fahren eines Schwerlastfahrzeugs in der Lage sein, einen Fahrgang zu wählen, um eine sichere Fortbewegung und eine optimale Leistung des Lastwagens zu gewährleisten.

Diese Erfindung schafft ein System, das die Unzulänglichkeiten und Nachteile der oben beschriebenen vorgeschlagenen Systeme überwindet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Allgemein ausgedrückt schafft diese Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines manuellen Fahrzeug-Schaltgetriebes mit einer Anzahl von Gängen, einer manuell bedienbaren Kupplung, einer elektronischen Getriebesteuereinheit und einer elektronischen Motorsteuereinheit. Zunächst wählt der Fahrer manuell einen nächsten gewünschten Gang unter Verwendung einer Gangauswahleinrichtung aus, die ein elektrisches Auswahlsignal erzeugt, das den nächsten gewünschten Gang anzeigt. Die elektronische Getriebesteuereinheit bestimmt dann einen gewünschten Getriebebetriebszustand, der dem gewünschten Gang entspricht. Wenn beispielsweise das Getriebe gegenwärtig im dritten Gang ist und der Fahrer einen Wunsch anzeigt, in den vierten Gang zu schalten, sagt die Getriebesteuereinheit die zur Durchführung des Schaltens notwendige Motordrehzahl und Ausrichtung der Zahnräder in dem Getriebe voraus. Die Getriebesteuereinheit kommuniziert dann so mit der Motorsteuereinheit, daß die Motorsteuereinheit über den dem nächsten gewünschten Gang entsprechenden gewünschten Getriebebetriebszustand informiert ist. Die elektronische Motorsteuereinheit hebt anschließend automatisch ein von dem Fahrzeugmotor an das Getriebe aufgebrachtes Drehmoment auf, ohne daß der Fahrer die Kupplung bedienen muß. Die Getriebesteuereinheit versetzt das Getriebe dann automatisch in einen Leerlaufzustand. Die Getriebesteuereinheit paßt anschließend automatisch die Motordrehzahl an, um eine vorbestimmte Motordrehzahl einzustellen, die einer Synchronisationsdrehzahl für den nächsten gewünschten Gang entspricht. Die Getriebesteuereinheit schaltet dann automatisch das Getriebe in den nächsten gewünschten Gang. Die Getriebesteuereinheit legt als nächstes das Drehmoment vom Motor wieder an das Getriebe an. Die Steuerung des Motors und des Getriebes werden dann an den Fahrer zurückgegeben.

Das bevorzugte Verfahren zur Auswahl des nächsten gewünschten Ganges wird dadurch ausgeführt, daß einem Fahrer ein Schalthebel im Führerhaus des Lastkraftwagens zur Verfügung gestellt wird. Der Fahrer bewegt den Schalthebel in eine von zwei Richtungen, um je nach Wunsch ein Hochschalten oder ein Herunterschalten anzuzeigen. Der Fahrer verfügt vorzugsweise über die Möglichkeit, ein mehrfaches Schalten aus einem gegenwärtig eingelegten Gang anzugeben.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal des Verfahrens dieser Erfindung verhindert aufgrund gegebener gegenwärtiger Motordrehzahl und Getriebedrehzahl ein unbeabsichtigtes Schalten oder ein Schalten außerhalb eines angemessenen Betriebsbereichs. Die Getriebesteuereinheit ermittelt, vorzugsweise fortlaufend, einen gegenwärtig eingelegten Getriebegang. Nachdem der Fahrer den Schalthebel zur Erzeugung eines elektrischen Signals bewegt hat, das den nächsten gewünschten Gang anzeigt, ermittelt die Getriebesteuereinheit, ob bei dem gegenwärtig eingelegten Gang der nächste gewünschte Gang innerhalb eines Bereichs von verfügbaren Gängen liegt. Wenn der nächste gewünschte Gang innerhalb des Bereichs der gegenwärtig verfügbaren Gänge liegt, dann führt die Getriebesteuereinheit den Schaltvorgang allgemein durch wie oben beschrieben.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal dieser Erfindung ist, daß die Getriebesteuereinheit so programmiert ist, daß sie automatisch einen Gang auswählt, nachdem das Getriebe in Leerlaufstellung gesetzt wurde, während das Fahrzeug in Bewegung ist. Die elektronische Getriebesteuerung ermittelt, wann das Getriebe in einem Leerlaufgang ist und das Fahrzeug sich bewegt. Dann ermittelt die Steuereinheit den gegenwärtigen Motorstatus einschließlich der Motordrehzahl. Der Fahrer benutzt einen Schalthebel, um anzuzeigen, ob es vorzuziehen ist, das Fahrzeug zu beschleunigen oder es auslaufen zu lassen. Die elektronische Getriebesteuerung legt dann abhängig von dem gegenwärtigen Motorzustand und der vom Fahrer getroffenen Wahl automatisch einen Gang ein.

Dieses und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. Die Zeichnungen, die die detaillierte Beschreibung begleiten, können wie folgt beschrieben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines gemäß dieser Erfindung ausgelegten "shift by wire"-Getriebesystems.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung ausgewählter Ausschnitte der Ausführungsform aus Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm der mit dieser Erfindung verbundenen Methodik.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 zeigt schematisch ein "shift by wire"-Getriebesystem 10. Ein Schalthebel 12 ist an einem günstigen Ort innerhalb des Führerhauses angebracht, so daß der Fahrer den Schalthebel 12 vor- oder zurückbewegen kann, um ein Hochschalten bzw. ein Herunterschalten anzuzeigen. Es ist eine Fahreranzeige 14 vorgesehen, die den gegenwärtig eingelegten Gang des Getriebes anzeigt. Die Anzeige 14 kann beispielsweise eine herkömmliche LCD- oder LED-Sichtanzeige haben. Eine Funktionstaste 16 ist auf dem Hebel 12 aus Gründen vorgesehen, die unten detaillierter beschrieben werden.

Eine elektronische Getriebesteuereinheit 18 ist an eine elektronische Motorsteuereinheit 20 gekoppelt. Die Motorsteuereinheit wird dazu benutzt, einen Motor 22 auf bekannte Weise zu steuern. Die Getriebesteuereinheit 18 ist primär für das Bewerkstelligen automatischer Gangwechsel innerhalb des Getriebes verantwortlich, wie unten beschrieben.

Der Motor 22 hat eine Ausgangswelle 23, die über eine manuell bedienbare Kupplung 24 mit einem mehrstufigen Getriebe 26 verbunden ist. Das Getriebe 26 hat eine Ausgangswelle 27. Ein Schaltmodul 28 ist vorzugsweise auf dem Gehäuse des Getriebes 26 vorgesehen, um den mechanischen Wechsel der Gänge innerhalb des Getriebes 26 zu bewerkstelligen. Das Getriebe 26 ist ein herkömmliches mehrstufiges Getriebe. Die Schalteinheit oder das Schaltmodul 28 kann eine beliebige mechanische Anordnung sein, die Gänge in Reaktion auf elektrische Signale von der Getriebesteuereinheit 18 schaltet. Die derzeit bevorzugte Ausführungsform umfaßt eine Schalteinheit 28, die in Europa von WABCO Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH, Deutschland, im Handel erhältlich ist. Die Schalteinheit 28 hat einen Abschnitt 29, der sich aus der Schalteinheit 28 heraus und in das Getriebegehäuse des Getriebes 26 hinein erstreckt. Die Schalteinheit 28 wechselt die Gänge mechanisch innerhalb des Getriebes 26 auf eine Weise ähnlich wie bei einem Handschalthebel. Details der Schalteinheit 28 müssen in dieser Beschreibung nicht angegeben werden.

Die Schalteinheit 28 bewerkstelligt Gangwechsel innerhalb des Getriebes 26 auf die folgende allgemeine Weise. Die Muffe 34 wird durch die Gabel 36 bewegt, die wiederum an das bewegliche Teil 29 der Schalteinheit 28 gekoppelt ist. Dementsprechend wird die Gabel 36 durch die Bewegungen des beweglichen Teils 29 bewegt. Die Muffe 34 ist in Fig. 2 in einer Leerlaufstellung gezeigt, in der sie nicht in Eingriff mit einem der Zahnräder 38 oder 40 steht. In dem dargestellten Beispiel hat die Muffe 34 axial angeordnete Zähne 41, die wahlweise in Eingriff mit den passenden Zähnen 42 auf einem der Zahnräder 38 oder 40 in Eingriff gebracht werden. Die Muffe 34 dreht sich zusammen mit der Ausgangswelle 27 mit einer zu dieser proportionalen Geschwindigkeit. Die Zahnräder 38 und 40 werden von dem Motor 22 mit verschiedenen Geschwindigkeitsverhältnis sen angetrieben. Durch das Bewegen der Muffe 34 in Eingriff mit einem der zwei Zahnräder 38 und 40 kann der Fahrer verschiedene Geschwindigkeitsverhältnisse auswählen. Der spezielle Aufbau des Getriebes 26 ist nicht Teil dieser Erfindung, sondern wurde vielmehr als allgemeine Hintergrundinformation und als Hilfe zur Veranschaulichung verschiedener Aspekte dieser Erfindung beschrieben.

Während die Muffe 34 nicht in Eingriff mit einem der Zahnräder 38 oder 40 steht, wird die Welle 27 nicht von einem der Zahnräder angetrieben. Statt dessen drehen sich die Zahnräder 38 und 40 mit einer Geschwindigkeit, die von der Eingangsdrehzahl der Motorwelle 23 in Kombination mit deren einzelnen Zahnradübersetzungen abhängig ist. Wenn sich die Muffe 34 einem der Zahnräder und die Zähne 41 sich den Zähnen 42 annähern, ist es daher wahrscheinlich, daß sie sich mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Bei herkömmlichen Systemen mußte der Fahrer die Kupplung betätigen, um die Kraftübertragung einer solchen Drehung der Zahnräder zu unterbrechen, während er auch versuchen mußte, die Drehzahl des Motors über die manuelle Drosselsteuerung mit der Drehzahl der Getriebewelle zu synchronisieren. Solche Vorgänge hingen bei herkömmlichen Systemen von der Erfahrung und den Fähigkeiten des Fahrers ab. Ein Aspekt dieser Erfindung ist, daß sie gewährleistet, daß sich das ausgewählte Zahnrad 38 oder 40 mit ungefähr der gleichen Drehzahl wie die Muffe 34 dreht, so daß das Gangeinlegen sanft vor sich geht.

Wenn ein Gangwechsel gewünscht wird, bewegt der Fahrer den Schalthebel 12 nach vorne, um ein Hochschalten anzuzeigen, oder nach hinten, um ein Herunterschalten anzuzeigen. Eine solche Bewegung des Schalthebels 12 bewirkt, daß ein elektrisches Signal erzeugt wird, das innerhalb der Getriebesteuereinheit 18 als Anzeige interpretiert wird, ob ein Hochschalten oder ein Herunterschalten gewünscht ist. Obwohl die dargestellte Ausführungsform einen Schalthebel 12 umfaßt, fallen andere Schalt- oder signalerzeugende Anordnungen in den Bereich dieser Erfindung. Die tatsächliche Ausführung des Schaltvorgangs wird dann automatisch vollendet, primär durch die Getriebesteuereinheit 18, in Reaktion auf das durch die Bewegung des Schalthebels 12 erzeugte Anzeigesignal. Deshalb ist der Fahrer von der Notwendigkeit des Bedienens der Kupplung oder des Versuchs, die Umdrehungsgeschwindigkeiten zwischen dem Motor und dem Getriebe durch das Benutzen des Gaspedals während eines Schaltvorgangs aufeinander abzustimmen, befreit. Bei einem gemäß dieser Erfindung konstruierten System wird die manuell bedienbare Kupplung 24 vom Fahrer vorzugsweise nur zum anfänglichen Anlassen des Fahrzeugs und zum Stoppen des Fahrzeugs benutzt.

Wie gezeigt, benötigt der Schalthebel 12 keine mechanische Verbindung mit dem Getriebe 26. Der Schalthebel 12 erzeugt einfach elektrische Signale, die einen gewünschten Schaltvorgang anzeigen und von der Getriebesteuereinheit 18 interpretiert und genutzt werden. Die auf dem Schalthebel 12 vorgesehene Funktionstaste 16 ist ein elektrischer Schalter, der dem Fahrer als Mittel dient, um anzuzeigen, daß ein Rückwärtsgang gewünscht wird. Ein Rückwärtsgang ist nur dann verfügbar, wenn aus einem Leerlaufgang geschaltet wird. Die Funktionstaste 16 wird auch dazu benutzt, den Wunsch zum Hochschalten oder Herunterschalten um einen Bereich unter Überspringen von Gängen anzuzeigen. Ein Schaltbereich unter Überspringen von Gängen kann beispielsweise das Schalten über zwei oder mehr Gängen gleichzeitig umfassen, wie etwa vom dritten Gang in den fünften Gang (wobei der vierte Gang effektiv übergangen wird). Die Fahreranzeige 14 zeigt dem Fahrer vorzugsweise den Bereich der verfügbaren Gänge neben der Anzeige des gegenwärtig eingelegten Ganges an.

Die Getriebesteuereinheit 18 überwacht durch mehrere Sensoren fortlaufend den gegenwärtigen Getriebestatus. Die bevorzugte Ausführungsform umfaßt wenigstens vier induktive Positionssensoren. Ein Sensor wird zur Bestimmung der Schienenauswahl innerhalb des Getriebes benutzt, ein anderer für die Position der Muffe, ein dritter für die Position des Bereichskolbens (bei Ausführungsformen mit einer zusammengesetzten Ge triebeposition mit einem Zusatzgetriebe) und ein vierter zur Anzeige der Kupplungsposition. Solche Sensoren sind im Handel erhältlich, und die derzeitig bevorzugte Ausführungsform umfaßt Sensoren, die von WABCO in Deutschland erhältlich sind. Während normaler Schaltvorgänge braucht der Fahrer die Kupplung 24 nicht manuell zu bedienen. Um zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgängen zu wählen, muß die Kupplung 24 jedoch niedergedrückt werden, und das Fahrzeug muß in Ruhestellung sein. Um einen Vorwärtsgang aus der Leerlaufstellung zu wählen, sollte der Schalthebel 12 nach vorne bewegt und dann freigegeben werden. Um Rückwärtsgänge aus der Leerlaufstellung zu wählen, sollte die Funktionstaste 16 niedergedrückt und der Schalthebel 12 nach hinten bewegt und dann freigegeben werden. Die Leerlaufstellung wird durch Niederdrücken einer Leerlauftaste (nicht gezeigt) gewählt, die auf dem Schalthebel 12 oder nahe der Fahreranzeige 14 angeordnet sein kann, abhängig von der Anwendung. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform erfordert ein Schalten, das zu einer Richtungsänderung führt (d. h. rückwärts nach vorwärts oder vorwärts nach rückwärts), daß der Fahrer das Getriebe in die Leerlaufstellung bringt, bevor das System automatisch den neuen Gang einlegt.

Ein Merkmal dieser Erfindung umfaßt das automatische Auswählen eines Startganges. Wenn der Fahrer beispielsweise einen Vorwärtsgang aus der Leerlaufstellung auswählt, wie etwa dann, wenn das Fahrzeug nach einer Vorwärtsbewegung angehalten hat, wird von der Getriebesteuereinheit 18 automatisch ein vorgegebener Startgang ausgewählt und auf der Fahreranzeige 14 angezeigt. Für den Fall, daß der Fahrer einen anderen Startgang wünscht, kann der Schalthebel 12 manuell nach vorne ausgelenkt werden, um einen höheren Gang auszuwählen, oder er kann nach hinten ausgelenkt werden, um einen niedrigeren Gang als den vorgegebenen Startgang auszuwählen. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebesteuereinheit so programmiert, daß sie den zweiten Gang als den vorgegebenen Startgang auswählt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird die allgemeine Betriebsweise zum Schalten von Gängen während des Fahrens eines Fahrzeugs beschrieben. Der Fahrer bewegt beispielsweise zur Durchführung eines Hochschaltens den Schalthebel nach vorne, um dadurch ein elektrisches Signal zu erzeugen, das ein Hochschalten anzeigt. Dieses elektrische Signal kann innerhalb eines nahe dem Schalthebel 12 angeordneten Mikrocontrollers verarbeitet werden, oder es kann zu Beginn innerhalb der Getriebesteuereinheit 18 verarbeitet werden. In jedem Fall empfängt die Getriebesteuereinheit 18 ein elektrisches Signal, das einen gewünschten Schaltvorgang anzeigt. Die Getriebesteuereinheit 18 bestimmt dann, welcher der nächste gewünschte Gang ist, und die zur Durchführung dieses Schaltens erforderlichen Motor- und Getriebebetriebsparameter. Die Ergebnisse dieser Bestimmung werden der Motorsteuereinheit 20 mitgeteilt. Die Motorsteuereinheit 20 hebt dann das vom Motor 22 über die Motorwelle 23 zur Verfügung gestellte Drehmoment auf oder unterbricht dieses.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Drehmoment vom Motor 22 zu unterbrechen. Bei einem bekannten Verfahren wird beispielsweise die Größe des Drehmoments durch Sensoren überwacht, und die Motordrehzahl wird gesteuert, bis die Sensoren anzeigen, daß das Drehmoment unterbrochen wurde. Eine andere vorgeschlagene Methode, das Drehmoment zu unterbrechen, umfaßt das Voraussagen der Motordrehzahl, die zur Unterbrechung des Drehmoments nötig ist, bei gegebenen Informationen bezüglich Variablen wie etwa der gegenwärtigen Motordrehzahl, dem gegenwärtig eingelegten Gang und der Richtung des Schaltvorgangs, den ein Fahrer durchzuführen wünscht. Ein solches System ist in der US-Patentanmeldung Nr. 08/508156, eingereicht am 27. Juli 1995 mit dem Titel "Combined System For Assisting Shifting Of Manual Transmission" beschrieben. Das spezielle Verfahren zur Unterbrechung des Drehmoments kann variiert werden, es wird jedoch bevorzugt, eine Methodik zu verwenden, die das Voraussagen der Motordrehzahl umfaßt, die eine angemessene Unterbrechung des Drehmoments herbeiführt.

Während das Drehmoment aufgehoben wird, veranlaßt die Getriebesteuereinheit den Schaltvorgang. Die Getriebesteuereinheit 18 kommuniziert mit der Schalteinheit 28, um die Muffe 34 aus dem Eingriff mit den Zahnrädern zu bewegen, die dem zuvor eingelegten Gang entsprechen. Zu diesem Zeitpunkt stellt die Steuereinheit 18 das System in die Leerlaufstellung und leitet dann einen Motordrehzahlsteuermodus ein. Die Getriebesteuereinheit 18 bestimmt vorzugsweise vorher die synchronisierte Motordrehzahl, die zur Durchführung des Schaltvorgangs benötigt wird. Die Getriebeeinheit veranlaßt dann den Motor, mit der synchronisierten Drehzahl zu arbeiten. Als nächstes zeigt die Getriebesteuereinheit 18 der Schalteinheit 28 an den Schaltvorgang durch Bewegen der Muffe 34 in Eingriff mit dem nächsten gewünschten Zahnrad durchzuführen. Bei Vollendung des Schaltvorgangs teilt die Getriebesteuereinheit 18 der Motorsteuereinheit 20 mit, daß der Schaltvorgang beendet ist, und die Motorsteuerung wird dann der Motorsteuereinheit 20 und dem Fahrer übergeben. Dieser Vorgang ist in Form eines Flußdiagramms in Fig. 3 dargestellt.

Die Aufteilung der Zuständigkeiten zwischen der Getriebesteuereinheit 18 und der Motorsteuereinheit 20 kann variiert werden. Es wird jedoch am meisten bevorzugt, daß die Getriebesteuereinheit 18 für die Bewerkstelligung der Mehrheit der Änderungen zuständig ist, so daß die Getriebesteuereinheit 18 leichter fortlaufend den gegenwärtig innerhalb des Getriebes 26 eingelegten Gang überwachen kann. Eine alternative Methode, für die fortlaufende Überwachung des gegenwärtig eingelegten Gangs zu sorgen, ist das Vorsehen von Sensoren, die die Positionen der verschiedenen Muffen, Gabeln und Zahnräder innerhalb des Getriebes 26 und der beweglichen Teile innerhalb der Schalteinheit 28 angeben und Signale erzeugen, welche den gegenwärtig eingelegten Gang anzeigen.

Die Getriebesteuereinheit 18 kommuniziert vorzugsweise mit der Motorsteuereinheit 20 über eine Kommunikationsverbindung, die der Industrienorm SAEJ1939 entspricht. Diese Norm begrenzt beispielsweise die Aktualisierungsrate für die Steue rung des Motordrehmoments auf Fünfzig-Millisekunden-Intervalle. Es wird am meisten bevorzugt, daß sich die Software für die Steuerung des Motors 22 in der Motorsteuereinheit 20 befindet, die Getriebesteuereinheit 18 kann jedoch die Motordrehzahl während eines Schaltvorgangs wie oben beschrieben steuern und tut dies bevorzugt auch.

Die Steuerung der Motordrehzahl kann auf eine einem Fachmann geläufige Weise bewerkstelligt werden. Vorzugsweise ist die Getriebesteuereinheit 18 mit einer geeigneten Software programmiert. Die Motordrehzahl kann beispielsweise dadurch gesteuert werden, daß die Drosselung und die dem Motor während eines Schaltvorgangs bereitgestellte Kraftstoffmenge gesteuert werden.

Wenn ein Fahrer wünscht, mehr als einen Gang auf einmal zu schalten, wird der Schalthebel 12 bei gleichzeitigem Niederdrücken der Funktionstaste 16 bewegt. Für den Fall, daß der gewünschte Schaltvorgang zu einem Über- oder Unterdrehen des Motors führen würde, wird das System 10 nicht versuchen, den Schaltvorgang auszuführen. Wenn beispielsweise ein gewünschter Gang durch Schalten unter Überspringen von Gängen durch Drücken der Taste 16 während des Bewegens des Schalthebels 12 angezeigt wurde, wird das System so viele Schaltvorgänge wie möglich in der angezeigten Richtung ausführen. Die Schaltvorgänge werden auf die allgemeine, oben beschriebene Weise durchgeführt. Für den Fall, daß nicht wenigstens ein Gang in der gewählten Richtung möglich ist (d. h. ein Hochschalten aus dem höchsten Gang oder ein Herunterschalten aus dem ersten Gang), wird das System 10 keinen Schaltvorgang ausführen und statt dessen einen hörbaren Alarm ertönen lassen, der dem Fahrer anzeigt, daß der Schaltvorgang nicht durchgeführt wurde.

Ein zusätzliches vorteilhaftes Merkmal dieser Erfindung ist das Berücksichtigen von Situationen, in denen das Fahrzeug aufgrund unnormaler oder unerwarteter Bedienung in der Leerlaufstellung ist. Zwei Beispiele, wie das Fahrzeug unerwünscht in die Leerlaufstellung gebracht werden könnte, umfassen die manuelle Auswahl der Leerlaufstellung durch den Fahrer während des Fahrens oder ein unbeabsichtigtes Niederdrücken der Kupplung während eines "shift by wire"-Schaltvorgangs, was dazu führen würde, daß der Schaltvorgang fehlschlagen und das Getriebe in der Leerlaufstellung verbleiben würde. Die von der Getriebesteuereinheit 18 vorgenommene Handlung hängt von der dem Einlegen des nächsten Ganges folgenden Absicht des Fahrers ab.

Angenommen, der Fahrer wünscht, das Fahrzeug auslaufen zu lassen, nachdem ein neuer Gang eingelegt ist. Der Fahrer teilt der Getriebesteuereinheit 18 diese Absicht vorzugsweise mit indem er den Schalthebel 12 nach hinten bewegt. Da die Getriebesteuereinheit 18 bereits darüber informiert ist, daß sich das Fahrzeug in Bewegung und in Leerlaufstellung befindet, erkennt sie, daß die Bewegung des Schalthebels nach hinten anzeigt, daß ein Gang ausgewählt werden sollte, der das Fahrzeug auslaufen läßt, nachdem der Gang eingelegt ist. Bei Empfang des geeigneten Signals führt die Getriebesteuereinheit 18 automatisch einen Schaltvorgang herbei, der zum Einlegen eines Gangs führt, der die höchsten Umdrehungen pro Minute erzeugt, die beispielsweise bei gegebener gegenwärtiger Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit akzeptabel wären.

Nun einmal angenommen, daß der Fahrer das Fahrzeug nach dem Gangeinlegen zu beschleunigen wünscht. In diesem Fall bewegt der Fahrer vorzugsweise den Schalthebel 12 nach vorne. Da die Getriebesteuereinheit bereits darüber informiert ist, daß sich das Fahrzeug in Bewegung und gegenwärtig in der Leerlaufstellung befindet, interpretiert es das durch die Vorwärtsbewegung des Schalthebels 12 erzeugte elektrische Signal als Anweisung, automatisch einen Schaltvorgang in einen Gang herbeizuführen, der die geringstmöglichen Umdrehungen pro Minute erzeugt, die zugleich höher als ein Wert von Umdrehungen pro Minute sind, der dem Spitzendrehmoment für den gewählten Gang entspricht. Die Bestimmung, welcher Gang bei gegebener gegenwärtiger Fahrzeuggeschwindigkeit und anderer Variablen am besten diese Kriterien erfüllt, wird von der Getriebesteuer einheit 18 vorgenommen.

Bei Ausführungsformen mit zusammengesetzten Getrieben, die Bereichsschaltvorgänge zur Aktivierung eines zusätzlichen Getriebes benötigen, ist die Getriebesteuereinheit 18 zudem so programmierbar, daß sie bei vorgewählten Straßengeschwindigkeiten automatisch einen Bereichsschaltvorgang durchführt, während das Fahrzeug im Leerlaufgang ausläuft.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Steuerung eines manuellen Fahrzeug- Schaltgetriebes (26) mit mehreren Gängen und unter Verwendung einer elektronischen Getriebesteuereinheit (18), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(A) Ermitteln eines Zustands, wenn sich das Fahrzeug bewegt;

(B) Ermitteln eines Zustands, wenn sich das Getriebe in einer Leerlaufstellung befindet;

(C) Ermitteln eines Motorzustands, wenn die Zustände der Schritte (A) und (B) gleichzeitig existieren; gekennzeichnet durch

(D) manuelles Wählen eines Fahrzeugbeschleunigungszustands, wenn die Zustände der Schritte (A) und (B) existieren; und

(E) automatisches Einlegen eines der mehreren Gänge auf der Grundlage des Motorzustands aus Schritt (C) und des manuell gewählten Fahrzeugbeschleunigungszustands aus Schritt (D) .

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (C) das Ermitteln einer Anzahl von Umdrehungen der Ausgangswelle (23) des Motors (22) pro Minute einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (D) durch manuelles Wählen, das Fahrzeug aus dem Zustand des Schritts (A) zu beschleunigen, durchgeführt wird, und bei dem Schritt (A) durch Schalten des Getriebes in einen ausgewählten Gang durchgeführt wird, der einem Fahrzeugzustand mit einer minimalen Anzahl von Umdrehungen der Motorwelle pro Minute entspricht, die größer als eine Anzahl von Umdrehungen pro Minute ist, welche einem maximalen, dem ausgewählten Gang entsprechenden Drehmomentwert entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (D) durch Wählen, das Fahrzeug in dem Zustand des Schritts (A) auslaufen zu lassen, durchgeführt wird, und bei dem Schritt (E) durch Schalten des Getriebes (26) in einen Gang durchgeführt wird, der einem Zustand des Motors (22) mit einer maximalen Anzahl von Umdrehungen der Motorwelle (23) pro Minute entspricht, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Motorparametern liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der vorbestimmte Bereich von Motorparametern durch die elektronische Getriebesteuereinheit (18) auf der Grundlage eines Satzes von Variablen einschließlich des Motorzustands von Schritt (C) ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte (A) bis (C) und (E) von der elektronischen Getriebesteuereinheit (18) durchgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (D) von einem Benutzer durchgeführt wird, der manuell einen gewählten Beschleunigungszustand angibt, um dadurch ein elektrisches Signal zu erzeugen, das den gewählten Beschleunigungszustand angibt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (E) durch folgende Teilschritte durchgeführt wird:

automatisches Anlegen eines Motordrehmoments an einen Teil des Getriebes (26), der dem einzulegenden Gang entspricht;

automatisches Einstellen einer Motordrehzahl, die dem einzulegenden Gang entspricht; und

automatisches Schalten des Getriebes in den Gang.

9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (D) ein Verschieben eines Schalthebels (12) in eine erste Richtung zum Auswählen eines Auslaufbetriebs einschließt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (D) ein Verschieben des Schalthebels (12) in eine zweite Richtung zum Auswählen einer Beschleunigung des Fahrzeugs einschließt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bewegungsrichtung des Schalthebels (12) in einer Vorwärtsrichtung relativ zu einem Fahrer des Fahrzeugs und die zweite Verschieberichtung des Schalthebels (12) in einer Rückwärtsrichtung relativ zu dem Fahrer des Fahrzeugs verläuft.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (B) einschließt zu ermitteln, wenn das Getriebe unbeabsichtigt in eine Leerlaufstellung gebracht worden ist.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com