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Dokumentenidentifikation DE60304687T2 22.02.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001478544
Titel VERFAHREN UND SYSTEM ZUM BESTIMMEN EINER MOTORDREHZAHL ZUR VERWENDUNG DURCH EIN FLIEHKRAFT-KUPPLUNGSSTEUERSYSTEM ZUM STARTEN EINES FAHRZEUGS
Anmelder Eaton Corp., Cleveland, Ohio, US
Erfinder GENISE, Alan, Thomas, Dearborn, MI 48128, US;
MARKYVECH, Keith, Ronald, Allen Park, MI 48101, US
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Aktenzeichen 60304687
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.02.2003
EP-Aktenzeichen 037426434
WO-Anmeldetag 25.02.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/IB03/00697
WO-Veröffentlichungsnummer 2003070508
WO-Veröffentlichungsdatum 28.08.2003
EP-Offenlegungsdatum 24.11.2004
EP date of grant 19.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse B60W 10/02(2006.01)A, F, I, 20060317, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B60W 10/06(2006.01)A, L, I, 20060317, B, H, EP   B60W 10/10(2006.01)A, L, I, 20060317, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebesystem, das eine Fliehkrafthauptkupplung verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein automatisiertes Fahrzeuggetriebesystem, das einen Motor, ein mehrgängiges Getriebe, eine Fliehkraft betätigte Hauptreibungskupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung des Motors an das Getriebe und einen Controller zur Steuerung der Kraftstoffbelieferung des Motors während Fahrzeuganfahrbedingungen in Abhängigkeit von der Drossel-/Fahrpedalstellung und weiteren erfassten Systembetriebsbedingungen, wie beispielsweise wenigstens entweder der Motordrehzahl, der Getriebeeingangswellendrehzahl, Getriebeausgangswellendrehzahl, dem Motordrehmoment und/oder der eingerückten Gangstufe, aufweist.

Insbesondere betrifft eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Startsteuerungsverfahren/-system für ein automatisiertes mechanisches Fahrzeuggetriebesystem, das eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung, die lediglich durch die Motordrehzahl gesteuert ist, und einen Controller zur Steuerung der Motorkraftstoffbelieferung während Fahrzeugstartbedingungen verwendet.

Beschreibung des Standes der Technik

Automatisierte mechanische Getriebesysteme, bei denen der Fahrzeugfahrer oder -führer die Fahrzeughauptkupplung nicht betätigen muss (sog. „Zweipedalsysteme") sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 081 065, 4 361 060, 4 936 428, 5 439 428, 5 634 867, 5 630 773, 5 960 916 und 5 947 847 ersichtlich. Diese Systeme arbeiten nicht vollständig zufriedenstellend, da gesonderte Kupplungsaktuatoren, Sensoren und/oder elektrische und/oder Fluidenergieanschlüsse (d.h. Druckluftanschlüsse und/oder hydraulische Anschlüsse) hierfür erforderlich sind, was den Aufwand für die Schaffung, Montage und Instandhaltung derartiger Systeme erhöht.

Fliehkraft betriebene Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und enthalten gewöhnlich ein antreibendes Eingangselement, das durch eine Antriebsmaschine, gewöhnlich einen Elektromotor oder Verbrennungsmotor, angetrieben ist, sowie mit dem Antriebselement gemeinsam umlaufende Gewichte, die sich bei einer Rotation des Antriebselementes unter der Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen bewegen, um zu bewirken, dass das antreibende Eingangselement reibschlüssig mit einem angetriebenen Ausgangselement in Eingriff gelangt. Beispiele für Fliehkraft betätigte Kupplungen können den US-Patentschriften Nr. 3 580 372, 3 696 901, 5 437 356, 3 810 533, 4 819 779, 5 441 137, 5 730 269 und 4 610 343 entnommen werden.

Voll- oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer Bestimmung, dass eine dynamische Schaltung aus einer momentan eingelegten Gangstufe in den Leerlauf und anschließend in eine Zielgangstufe erwünscht ist, unter Beibehaltung der Fahrzeughauptreibungskupplung in einem eingerückten Zustand eine automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung einleiten, um über den auszurückenden Klauenkupplungen ein vermindertes Drehmoment zu bewirken, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 850 236, 5 820 104, 5 582 558, 5 735 771, 5 775 639, 6 015 366 und 6 126 570 ersichtlich. Diese Systeme enthalten Systeme, die versuchen, den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um ein anhaltendes Antriebsstrang-Nullmoment zu erreichen, sowie Systeme, die Drehmomentumkehrungen erzwingen, vgl. US-Patentschrift Nr. 4 850 236. Bei einer Erfassung einer Leerlaufbedingung veranlassen diese Systeme unter Aufrechterhaltung der Hauptkupplung im eingerückten Zustand den Motor, mit einer Drehzahl umzulaufen, die bestimmt ist, um synchrone Bedingungen zur Einrückung der Zielgangstufe zu bewirken. US-Patentschrift Nr. 4 493 228, die momentan als der relevanteste Stand der Technik in Bezug auf die unabhängigen Ansprüche 1 und 7 betrachtet wird, offenbart ein Fahrzeugsteuerungssystem zur automatischen Schaltung eines Vorgelegewellengetriebes, bei dem die Leistungssteuerungseinrichtung des Motors entsprechend einem vom Fahrzeugführer betätigten Beschleunigungspedal und Schaltanforderungen gesteuert wird. Während eines Schaltbetriebsmodus wird die Leistungssteuerungseinrichtung entsprechend den Schaltanforderungen des Getriebes eingestellt. Sobald eine bestimmte Gangstufe in dem Getriebe eingerückt wird, wird die Leistungssteuerungseinstellung zurückgesetzt bzw. zurück überführt, um der Beschleunigungspedaleinstellung zu entsprechen, und zwar mit einer von deren Differenz abhängigen Rate. Es sind auch Mittel vorgesehen, um die Rücksetzrate zu modifizieren, falls die Beschleunigungspedaleinstellung während der Rücksetzung bzw. Rücküberführung abrupt eingestellt wird.

Fahrzeugantriebsstrangsysteme, insbesondere für Schwerlastfahrzeuge, die Fliehkraftkupplungen verwenden, sind nicht zufriedenstellend, weil die Motoren gewöhnlich durch die Position der Drossel-/Fahrpedaleinrichtung, nicht auf der Grundlage einer geschlossenen Regelschleife basierend auf einer Zielmotordrehzahl und/oder einem Zielmotordrehmoment gesteuert sind und somit keine akzeptable Steuerung für einen sanften Fahrzeugstart ergeben.

Fliehkraftkupplungen sind zum Wesentlichen Teil mechanischer Natur. Als solche unterscheidet sich jede Kupplung hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften von anderen Kupplungen der gleichen Konstruktion. Leistungs- bzw. Verhaltensunterschiede treten auch bei einer einzelnen Kupplung im Laufe der Zeit mit der Nutzung der Kupplung auf, da Teile verschleißen und verschmutzen. Eine derartige Änderung kann gegebenenfalls zur Folge haben, dass Eingriffscharakteristika, wie beispielsweise eine Klemmbelastung bei einer bestimmten Motordrehzahl, im Laufe der Zeit oder von Kupplung zu Kupplung variieren.

Eine Fliehkraftkupplungseinrückung ist durch Veränderung der Drehzahl des Motors gesteuert. Eine plötzliche Erhöhung der Drossel-/Fahrpedalstellung und eine zugehörige Erhöhung der Motordrehzahl führen zu einem plötzlichen In-Eingriff-Kommen der Fliehkraftkupplung. Es ist erwünscht, raue Einrückungen zu vermeiden, um den Antriebsstrang nicht rauen Stoßbelastungen auszusetzen.

Es ist ferner erwünscht, das Motordrehmoment beim vollständigen Kupplungsschluss in Situationen hoher Anforderung zu erhöhen, um einen übermäßigen Schlupf zu verhindern.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 7 definiert ist, werden die Nachteile des Standes der Technik durch die Schaffung eines Verfahrens und Steuerungssystems zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems reduziert oder minimiert, das eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung verwendet, wobei eine geschlossene Regelschleife unter Verwendung des Controllers zur Begrenzung der Motordrehzahl zur Steuerung einer Kupplungseinrückung eingesetzt wird.

Ein Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems zur Steuerung der Einrückung einer Fliehkraftkupplung ist hier beschrieben. Das automatisierte Getriebesystem enthält einen Verbrennungsmotor mit einem Motorausgangselement, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe mit einer Eingangswelle, die Fliehkraft-Reibungskupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung des Motorausgangselementes an die Eingangswelle und eine Drossel/ein Fahrpedal, die bzw. das auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung eines Motorkraftstoffbelieferungsgrads anspricht. Der Systemcontroller empfängt Eingangssignale, zu denen zwei oder mehrere der Signale in Bezug auf (i) die Motordrehzahl, (ii) Eingangswellendrehzahl, (iii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iv) Fahrzeuggeschwindigkeit und (v) eingerückte Getriebegangstufe gehören. Der Systemcontroller weist wenigstens einen Betriebsmodus zur wahlweisen bzw. gezielten Steuerung der Motorkraftstoffbelieferung auf, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern. Der Systemcontroller verarbeitet die Signale gemäß logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens des Motorcontrollers, auszugeben. Das Verfahren enthält die Schritte:

  • a) Erfassung einer Eingangswellendrehbewegung;
  • b) bei einer Erfassung des Einsetzens einer Eingangswellendrehung, Aufzeichnung einer Eingriffs- bzw. Berührungspunktdrehzahl, die der Motordrehzahl beim Einsetzen einer Eingangswellendrehung entspricht;
  • c) Festlegung einer Kurve eines Motordrehzahlgrenzwertes in Abhängigkeit von einer Drossel-/Fahrpedalstellung und der Eingriffs- bzw. Berührungspunktdrehzahl und Abspeicherung der Kurve innerhalb des Systemcontrollers;
  • d) Erfassung der Drossel-/Fahrpedalstellung;
  • e) Festsetzung eines Zielmotordrehzahlgrenzwertes für die erfasste Drossel-/Fahrpedalstellung unter Verwendung der gespeicherten Kurve;
  • f) Erfassung der eingerückten Getriebegangstufe;
  • g) nach einer Erfassung einer Einrückung einer Antriebsgetriebegangstufe, automatische Erhöhung der Motordrehzahl unter der Steuerung durch eine Fahrzeugstart-ausdem-Stillstand-Routine, bis der Zielmotordrehzahlgrenzwert erreicht ist; und
  • h) nach einer Erfassung, dass die Kupplung eingerückt ist, Freigabe der Steuerung der Motordrehzahl durch die Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine bei der das Motorausgangselement mit der Eingangswelle antriebsmäßig verbindenden Fliehkraftreibungskupplung.

Es ist auch ein Steuerungssystem zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems, um eine Einrückung einer Fliehkraftkupplung zu steuern, hier beschrieben. Das automatisierte Getriebesystem enthält einen Verbrennungsmotor mit einem Motorausgangselement, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe mit einer Eingangswelle, die Fliehkraftkupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung des Motorausgangselementes an die Eingangswelle und eine Drossel/ein Fahrpedal, die bzw. das auf einen vom Fahrzeugführer angeforderten Motorkraftstoffbelieferungsgrad anspricht. Der Systemcontroller empfängt Eingangssignale, einschließlich zweier oder mehrerer Signale in Bezug auf (i) die Motordrehzahl, (ii) Eingangswellendrehzahl, (iii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iv) Fahrzeuggeschwindigkeit und (v) eingelegte Getriebegangstufe. Der Systemcontroller weist wenigstens einen Betriebsmodus zur wahlweisen bzw. gezielten Steuerung der Kraftstoffbelieferung auf, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern. Der Systemcontroller verarbeitet die Signale gemäß logischen Regeln, um Ausgangsbefehlsignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens des Motorcontrollers, auszugeben. Der Controller ist dadurch gekennzeichnet, dass der Systemcontroller logische Regeln aufweist, die dazu dienen:

  • a) eine Eingangswellendrehbewegung zu erfassen;
  • b) bei Erfassung eines Einsetzens der Eingangswellendrehbewegung, eine Eingriffspunkt- bzw. eine Berührungspunktdrehzahl, die der Motordrehzahl beim Einsetzten der Eingangswellendrehbewegung entspricht, aufzuzeichnen;
  • c) eine Kurve eines Zielmotordrehzahlgrenzwertes in Abhängigkeit von einer Drossel-/Fahrpedalstellung und der Eingriffs- bzw. Berührungspunktdrehzahl festzulegen und die Kurve in dem Systemcontroller abzuspeichern;
  • d) die Drossel-/Fahrpedalstellung zu erfassen;
  • e) den Zielmotordrehzahlgrenzwert für die erfasste Drossel-/Fahrpedalstellung unter Verwendung der gespeicherten Kurve festzusetzen;
  • f) die eingelegte Getriebegangstufe zu erfassen;
  • g) nach einer Erfassung des Einrückens einer Antriebsgetriebegangstufe die Motordrehzahl unter der Steuerung durch eine Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine automatisch zu erhöhen, bis der Zielmotordrehzahlgrenzwert erreicht ist; und
  • h) nach einer Erfassung, dass die Kupplung eingerückt ist, die Steuerung der Motordrehzahl durch die Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine mit der das Motorausgangselement mit der Eingangswelle antriebsmäßig verbindenden Fliehkraftreibungskupplung freizugeben.

Die Erfindung ergibt vorteilhafterweise ein Antriebsstrangsystem, das eine Fliehkraftkupplung mit einer annehmbaren Steuerung für einen sanften Fahrzeugstart verwendet.

Die Erfindung gleicht vorteilhafterweise Schwankungen der Einrückungseigenschaften, die im Laufe der Zeit auftreten, aus.

Die Erfindung steuert eine Kupplungseinrückung, um raue Einrückungen zu vermeiden.

Die Erfindung erhöht das Drehmoment beim vollständigen Kupplungsschluss in Situationen hoher Anforderung, um einen übermäßigen Schlupf zu verhindern.

Die Erfindung begrenzt die Motordrehzahl, um eine raue Belastung des Antriebsstrangs zu verhindern.

Die Motordrehzahl wird in Abhängigkeit von der Drossel-/Fahrpedalstellung begrenzt, um die verfügbare Drehmomentübertragungskapazität für stärkere Drossel-/Fahrpedalanwendungen, die wahrscheinlich Gegebenheiten mit höherer Anforderung zugeordnet sind, zu erhöhen, während eine raue Belastung weiterhin vermieden wird.

Der Motordrehzahlgrenzwert wendet eine Linie mit zwei Steigungen an, um eine Kupplungseinrückung für variierende Drossel-/Fahrpedalanwendungen weiter zu optimieren.

Der Motordrehzahlgrenzwert wird mit der Motordrehzahl, bei der eine Kupplungseinrückung eingeleitet wird, verschoben, um Veränderungen in dem System zu kompensieren. Wenn die Drehzahl, bei der eine Einrückung eingeleitet wird, steigt oder abnimmt, wird die Drehzahlgrenzwertkurve angehoben oder abgesenkt.

Diese und weiteren Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs, der eine Fliehkraftkupplung und eine Motorkraftstoffsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.

2 zeigt eine schematisierte Darstellung der Klemmkrafteigenschaften der Fliehkraftkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung bei unterschiedlichen Motordrehzahlen in graphischer Form.

3 zeigt eine schematisierte Darstellung der Zielmotordrehzahlen für unterschiedliche Drossel-/Fahrpedalstellungen beim Fahrzeugstart für das System gemäß der vorliegenden Erfindung, in graphischer Form.

4 zeigt eine teilweise Draufsicht auf den Deckel und Fliehkraftmechanismus der erfindungsgemäßen Kupplung in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung.

5 zeigt eine zum Teil aufgeschnittene Ansicht des Mechanismus mit Rollen, Rampen und Federn zur Klemmkraftbegrenzung, wie er gemeinsam mit dem Fliehkraftmechanismus verwendet wird.

6A und 6B zeigen Ausschnittsdarstellungen, die die Stellung der Fliehgewichte in der vollständig radial inneren Position bei ausgerückter Kupplung bzw. der vollständig radial äußeren Position bei vollständig eingerückter Kupplung veranschaulichen.

7 zeigt eine schematisierte Teilschnittansicht der vorliegenden Erfindung.

8 zeigt eine schematisierte Darstellung der durch den Controller eingesetzten Logik um festzulegen, ob es geeignet ist, die Motordrehzahl zu begrenzen, um einen Kupplungseinriff zu verhindern oder ob dies nicht geeignet ist, in Form eines Flussdiagramms.

9A, 9B und 9C zeigen schematisierte Darstellungen der durch den Controller eingesetzten Logik, um einen Zahn-an-Zahn-Stoß-Zustand zu identifizieren und zu überwinden, in Form eines Flussdiagramms.

10 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Graphen einer für die Kupplung gewünschten Motordrehzahl bzw. Kupplungs-Sollmotordrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit, wie sie durch die Logik festgelegt wird, die durch den Controller eingesetzt wird, um einen Zahnstoßzustand zu überwinden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ein wenigstens teilweise automatisiertes Fahrzeugantriebsstrangsystem 10, das die Fliehkraft betätigte Reibungshauptkupplung und Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, ist in einer schematisierten Darstellung in 1 veranschaulicht. Das System 10 kann ein vollautomatisiertes, wie beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 361 060 ersichtlich, ein teilautomatisiertes, wie beispielsweise aus den US-Patentschriften Nr. 4 648 290 und 5 409 432 ersichtlich, oder ein manuell geschaltetes System mit Hilfsunterstützung durch einen Controller sein, wie es beispielsweise aus den US-Patentschriften Nr. 4 850 236, 5 582 558, 5 735 771 und 6 015 366 ersichtlich ist.

In dem System 10 ist ein Geschwindigkeitswechselgetriebe 12, das eine Hauptgetriebegruppe 14 aufweist, die mit einer Hilfsgetriebegruppe 16 der Split-Bauart in Reihe verbunden ist, mit einem Verbrennungsmotor 18, beispielsweise einem allgemein bekannten Benzin- oder Dieselmotor, über eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung antriebsmäßig verbunden. Das Getriebe 12 kann, um ein Beispiel anzugeben, von der Art sein, die im Stand der Technik allgemein bekannt ist und durch die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, die EATON CORPORATION, unter der Handelsmarke „Super-10" und „Lightning" vertrieben wird und die in größeren Einzelheiten in den US-Patentschriften Nr. 4 754 665, 6 015 366, 5 370 013, 5 974 906 sowie 5 974 354 veranschaulicht ist. Derartige Getriebe 12 können alternativ ohne eine Hilfsgetriebegruppe 16 der Split-Bauart ausgeführt sein.

Der Motor 18 enthält eine Kurbelwelle 22, die an einem Antriebselement 60 der Fliehkraft-Hauptkupplung 20 angebracht ist, das mit einem Abtriebselement 62 in Eingriff oder außer Eingriff kommt, das an der Eingangswelle 28 des Getriebes befestigt ist. Eine Getriebeausgangswelle 30 ragt von der Hauptgetriebegruppe 16 weg, um beispielsweise über eine Antriebsachse 31 oder ein Verteilergetriebe eine Antriebsverbindung zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu schaffen.

Die Ausdrücke „eingerückt" oder „in Eingriff" und „ausgerückt" oder „außer Eingriff", wie sie in Verbindung mit einer Hauptreibungskupplung verwendet werden, beziehen sich auf die Fähigkeit bzw. mangelnde Fähigkeit der Kupplung, ein Drehmoment einer wesentlichen Stärke zu übertragen. Ein eher zufälliger Kontakt der Reibungsflächen wird, wenn nicht wenigstens eine minimale Klemmkraft auftritt, nicht als eingerückter oder Eingriffszustand betrachtet.

Wie aus der 1 ersichtlich, benötigt die Fliehkraftkupplung 20 keinen externen Kupplungsaktuator und wird in Abhängigkeit von der Drehzahl (ES) des Motors betätigt. Die Fliehkraftkupplung 20 benötigt auch keine Verbindungen zu funktionsgemäßen Gestängen, Befehlssignaleingängen, zu einer Leistungselektronik und/oder zu Druckluft- und/oder Hydraulikleitungen. Während die wirtschaftlichste Anwendung der vorliegenden Erfindung mit einer trocken laufenden Kupplung erreicht wird, ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf die Technologie von nass laufenden Kupplungen anwendbar.

Das Getriebesystem 10 enthält ferner Drehzahlsensoren 32 zur Erfassung der Motordrehzahl (ES), 34 zur Erfassung der Eingangswellendrehzahl (IS) und 36 zur Erfassung der Ausgangswellendrehzahl (OS) und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender Signale. Ein Sensor 37 liefert ein Signal THL, das die Stellung des Fahrpedals 39 oder die Drehmomentanforderung kennzeichnet. Das Signal ist gewöhnlich ein prozentualer Anteil (zwischen 0% und 100%) des vollständigen Fahrpedal-/Drosselstellwegs. Der Motor 18 ist elektronisch gesteuert. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Motor 18 einen elektronisch ansprechenden Motorcontroller 38.

Ein X-Y-Schaltaktuator 40, der beispielsweise nach einer der in den US-Patentschriften Nr. 5 481 170, 5 281 902, 4 899 609 und 4 821 590 veranschaulichten Arten ausgebildet sein kann, kann vorgesehen sein, um die Hauptgruppe und/oder die Hilfsgruppe des Getriebes automatisiert oder elektrisch betätigt (Shift-by-Wire) zu schalten. Ein beispielhafter Aktuator weist ein Paar elektrisch betätigter Motoren oder Servomotoren auf, die das Getriebe über eine mechanische Verbindung schalten. Eine Schaltauswahlvorrichtung 42 ermöglicht dem Fahrzeugführer, einen Betriebsmodus auszuwählen, und liefert ein Signal GRT, das die Gangübersetzung des gewünschten Ganges oder eine Zielgangstufe kennzeichnet. Die Schaltauswahlvorrichtung 42, wie sie in 1 veranschaulicht ist, weist mehrere Gangbereichsknöpfe auf, die durch den Fahrzeugführer ausgewählt werden können. Die Schaltauswahlvorrichtung 42 könnte alternativ andere, nicht veranschaulichte Formen, beispielsweise die eines Gangschalthebels, der einen Schaltknauf aufweist, einnehmen. Der Hebel kann zwischen Stellungen, die Gangbereichen entsprechen, gekippt bzw. hin- und hergeschaltet werden.

Der Motorcontroller 38 und der X-Y-Schaltaktuator 40 tauschen durch das System über eine elektronische Steuereinheit (ECU) 44 und eine Getriebe-ECU 46 sowie eine System-ECU 50 Daten aus. Die Motor-ECU 44 und die System-ECU 50 kommunizieren miteinander über einen ersten Multiplexdatenbus 52, der ein geeignetes Kommunikationsprotokoll, wie beispielsweise SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder dergleichen, einsetzt. Die Getriebe-ECU 46 und die System-ECU 50 kommunizieren in ähnlicher Weise über einen zweiten Multiplexdatenbus 53 miteinander. Es sollte verständlich sein, dass die Erfindung gleich gut funktioniert, falls eine oder mehrere der ECUs 44, 46 und 50 miteinander kombiniert werden.

Die ECUs 44, 46 und 50 sind vorzugsweise Mikroprozessor basierte Steuereinheiten von der Art, wie sie in den US-Patentschriften Nr. 4 595 986 und 4 361 065 veranschaulicht ist. Die ECUs 44, 46, 50 empfangen Eingangssignale von dem Drossel-/Fahrpedalstellungssensor 37, den Drehzahlsensoren 32, 34 und 36 über herkömmliche elektrische Signale und Leistung leitende Elemente 54, beispielsweise Kabel. Die ECUs 44, 46, 50 verarbeiten derartige Signale entsprechend vorbestimmen logischen Regeln, um Ausgangsbefehlsignale an Systemaktuatoren, beispielsweise den Motorcontroller 38, den Schaltaktuator 40 und dergleichen, über die Leitungselemente 54 auszugeben. Die ECUs 44, 46, 50 können ferner einander anweisen, Befehlssignale auszugeben. Das Kommunikationsprotokoll kann eine Priorität derartiger Befehle festlegen. Die ECUs speichern Steuerungsalgorithmen oder Programme zur Steuerung des Motors, des Getriebes und der Kupplung. Details des Kupplungsalgorithmus sind nachstehend beschrieben.

Auf bekannte Weise ist es zur Ausrückung einer Klauenkupplung in einem mechanischen Fahrzeuggetriebe, insbesondere in einem Schwerlastfahrzeug, erforderlich, die Drehmoment induzierte Schaltblockade an der eingerückten Klauenkupplung aufzuheben. Falls ein Öffnen der Hauptreibungskupplung 20 nicht erwünscht ist, kann die Drehmoment induzierte Schaltblockade aufgehoben werden, indem der Motor derart mit Kraftstoff versorgt wird, um ein angenommenes Antriebsstrang-Nullmoment zu bewirken, und/oder indem Drehmomentumkehrungen erzwungen werden, die zwangläufig Übergänge durch den Nullmomentwert des Antriebsstrangs ergeben.

Voll- oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer Ermittlung, dass ein Schaltvorgang aus einer momentan eingelegten Gangstufe in den Leerlauf und anschließend in eine Zielgangstufe erwünscht ist, unter Beibehaltung der Hauptreibungskupplung des Fahrzeugs im eingerückten Zustand eine automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung einleiten, um über der auszurückenden Klauenkupplung ein reduziertes Drehmoment zu bewirken, sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den oben erwähnten US-Patentschriften Nr. 4 850 236, 5 582 558, 5 735 771, 5 775 639, 6 015 366 und 6 126 570 ersichtlich. Eine Schaltung bei eingerückt bleibender Hauptkupplung wird in vielen Situationen bevorzugt, da derartige Schaltungen dazu neigen, eine höhere Schaltqualität zu bieten und/oder weniger Verschleiß in dem Antriebsstrang zu verursachen. Zu diesen Systemen gehören Systeme, die versuchen, den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um ein Antriebsstrang-Nullmoment zu erreichen und aufrechtzuerhalten, vgl. US-Patentschrift Nr. 4 593 580, sowie Systeme, die den Motor derart mit Kraftstoff versorgen, dass eine oder mehrere Drehmomentumkehrungen erzwungen werden, vgl. US-Patentschrift 4850 236. Bei einer Erfassung eines Leerlaufzustands des Getriebes wird die Kupplung 20 im eingerückten Zustand gehalten und die Motordrehzahl angewiesen, eine für das Einlegen einer gewünschten Gangstufe oder Zielgangstufe im Wesentlichen synchrone Drehzahl anzunehmen (ES = OS × GRT).

Eine Steuerung des Motordrehmomentes, um ein gewünschtes Ausgangs- oder Motorschwungradmoment zu erreichen, ist bekannt, wie aus der US-Patentschrift 5 620 392 ersichtlich. Das Motordrehmoment bezieht sich in dem hier verwendeten Sinne auf einen Wert, der ein Motordrehmoment, gewöhnlich das Gesamtmotormoment, kennzeichnet und von dem aus ein Ausgangs- oder Schwungradmoment berechnet oder geschätzt werden kann. Die Beziehung zwischen dem Gesamtmotormoment und dem Schwungradmoment ist in den US-Patentschriften Nr. 5 509 867 und 5 490 063 erläutert. Ein Motordrehmomentwert kann unter Verwendung mehrerer Betriebsparameter, einschließlich der Kraftstoffströmungsrate, Luftströmungsrate und Lufttemperatur, geschätzt bzw. berechnet werden.

Um ein Beispiel anzugeben, ermöglichen Datenlinks, die SAE J-1939 oder einem ähnlichen Protokoll entsprechen, der ECU 50, über den Datenlink Befehlssignale auszugeben, damit der Motor gemäß einem beliebigen von verschiedenen Modi mit Kraftstoff versorgt wird, wie beispielsweise

  • i) entsprechend der vom Fahrzeugführer vorgegebenen Einstellung des Fahrpedals oder der Drossel,
  • ii) derart, um eine befohlene Motordrehzahl oder Zielmotordrehzahl zu erreichen (ES = EST),
  • iii) derart, um ein befohlenes Motordrehmoment oder Zielmotordrehmoment zu erreichen (ET = ETT) und
  • iv) derart, um die Motordrehzahl oder das Motordrehmoment unterhalb von Grenzwerten zu halten (ES < ESMAX und/oder ET < ETMAX).

Es können viele Eingangs-/Datensignale, wie beispielsweise die Motordrehzahl (ES), das Motordrehmoment (ET) und dergleichen, ebenfalls durch den Bus 52 und die Leitungselemente 54 übertragen werden.

Der Aufbau der Fliehkraftkupplung 20, wie er am besten in den 47 veranschaulicht ist, ist nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben. Die Kupplung 20 enthält das Eingangs- oder Antriebselement 60, das drehfest an der Motorkurbelwelle 22 (gewöhnlich an dem Motorschwungrad) angebracht ist, und das Ausgangs- oder Abtriebselement 62, das auf der Getriebeeingangswelle 28 drehfest angebracht ist. Auf bekannte Weise führt eine Rotationsbewegung des Eingangselementes 60 dazu, dass die Kupplung 20 einrückt und den Motorausgang, gewöhnlich ein Motorschwungrad oder dergleichen, an die Getriebeeingangswelle 28 antriebsmäßig ankuppelt. Die Klemmkraft und somit die Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung 20 sind eine Funktion der Drehzahl (ES) des Motors 18 und des Kupplungseingangselementes 60. Die Kupplung 20 sollte einen anfänglichen Eingriffszustand bei einer Motordrehzahl erreichen, die größer ist als die Motorleerlaufdrehzahl. Die Kupplung 20 sollte bei einer Motordrehzahl vollständig einrücken, die kleiner ist als die Motordrehzahl, bei der ein erstes Hochschalten erforderlich ist. Im Unterschied zu typischen Federspeicher-Hauptreibungskupplungen, die normalerweise eingerückt sind, ist die Kupplung 20 bei niedrigen Motordrehzahlen ausgerückt.

Um einen einwandfreien Fahrzeugstart und eine dynamische Schaltung bei eingerückter Hauptkupplung 20 zu ermöglichen, sollte die Kupplung 20, wenn sie einmal vollständig eingerückt ist, bei Motordrehzahlen, die größer sind als (i) die höchste erwartete Drehzahl, bei der Herunterschaltvorgänge eingeleitet werden, und (ii) die minimal erwartete Motordrehzahl nach einem Hochschaltvorgang, in dem eingerückten Zustand verbleiben. Der anfängliche Eingriffszustand ist die Anfangsberührung der Kupplungsreibflächen, wie dies den US-Patentschriften Nr. 4 646 891 und 6 022 295 zu entnehmen ist. Eine Logik, die dazu dient, lediglich einfache oder Gangstufen überspringende Hochschaltungen nur dann einzuleiten, wenn die erwartete Motordrehzahl bei Vollendung des Schaltvorgangs einen minimalen Referenzwert übersteigt, ist aus den US-Patentschriften 6 113 516 und 6 149 545 entnehmbar.

2 zeigt eine graphische Darstellung der Klemmkraft einer beispielhaften Ausführungsform der Kupplung 20 und somit die Drehmomentübertragungskapazität bei unterschiedlichen Motordrehzahlen.

In dem veranschaulichten Beispiel bildet das System 10 einen Antriebsstrang für Schwerlastfahrzeuge, während der Motor 18 ein elektronisch gesteuerter Dieselmotor ist, der eine Leerlaufdrehzahl von ungefähr 600 U/Min bis 700 U/Min, Punkt 64, und eine abgeregelte Spitzendrehzahl von ungefähr 1800 U/Min bis 2000 U/Min aufweist. In der beispielhaften Ausführungsform kommt die Kupplung 20 in anfänglichen Eingriff bei einer Drehzahl von ungefähr 750 U/Min, Punkt 66 (ESIE), die geringfügig über der Leerlaufdrehzahl liegt, und weist eine bei steigender Motordrehzahl zunehmende Klemmkraft auf, Linie 70. Die Kupplung ist bei oder unterhalb der gekappten maximalen Klemmkraft von 17,9 kN (4000 Pfund) bei ungefähr 1400 U/Min vollständig eingerückt, Punkt 72. Bei der maximalen Klemmbelastung, die ausgewählt ist, um die Kupplung unter extremen Bedingungen vollständig zu schließen oder zu verriegeln (d.h. im Wesentlichen kein Schlupf bei Drehmomentbelastungen, die größer sind als die erwarteten Drehmomentbelastungen) bleibt die Kupplung 20 geschlossen, Linien 74 und 76, bis die Motordrehzahl auf einen Wert unterhalb von 850 U/Min abfällt und den Freigabepunkt 78 erreicht. An dem Freigabepunkt 78 rückt die Kupplung 20 bei sinkender Motordrehzahl sehr schnell aus, Linie 80, um ein Abwürgen des Motors zu verhindern.

Die Drehzahl von 850 U/Min liegt unterhalb (i) der minimalen Motordrehzahl, bei der Herunterschaltungen angefordert werden, und (ii) der minimalen erwarteten Motordrehzahl bei Vollendung einer Hochschaltung, bei der ein Hochschaltvorgang, ein einfacher oder Gangstufen überspringender Hochschaltvorgang, eingeleitet wird, vgl. US-Patentschrift Nr. 6 149 545. Demgemäß ermöglicht eine Fliehkraftkupplung 20, die die in 2 angezeigten charakteristischen Verhaltenseigenschaften aufweist, einen sanften gesteuerten Fahrzeugstart und stellt sicher, dass die Kupplung für dynamisches Hochschalten und Herunterschalten eingerückt bleibt.

Der Aufbau einer beispielhaften Ausführungsform der Fliehkraftkupplung 20 ist aus den 4, 5, 6A, 6B und 7 ersichtlich, auf die Bezug genommen wird. Die Kupplung 20 enthält eine Kupplungsdeckelanordnung 100, eine Reibscheibenanordnung 102, eine Zwischendruckplatte 104 und eine Reibscheibeneinrichtung 106. Wie von herkömmlichen Kupplungen allgemein bekannt, sind die Deckelanordnung 100, eine Hauptdruckplatte 130 und eine Zwischendruckplatte 104 an einem Schwungrad 136 mit diesem drehfest montiert und weisen den Antriebsabschnitt 60 der Kupplung auf. Die Reibscheibeneinrichtungen 102 und 106 sind gewöhnlich über eine Keilverzahnung an der Getriebeeingangswelle 28 befestigt und umfassen den Abtriebsabschnitt 62 der Kupplung.

Ein kuppelnder Abschnitt 20A der Kupplung 20 ist hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion entsprechenden Abschnitten existierender Zweiplattenkupplungen ähnlich. Im Unterschied zu herkömmlichen Zweiplattenkupplungen enthält die Deckeleinrichtung 100 jedoch vier Fliehgewichte 110, die über Schwenkzapfen 112 schwenkbar an der Deckeleinrichtung 100 gelagert sind. Rückstellfedern 114 spannen die Fliehgewichte 110 radial nach innen vor, damit diese an Anschlägen 116 ruhen (vgl. 6A). Ein Anschlagselement 118 begrenzt die radial nach außen gerichtete Bewegung der Fliehgewichte 110 (vgl. 6B). Wenn der Motor und die Deckeleinrichtung 100 rotieren, führt die Wirkung der Fliehkraft dazu, dass sich die Fliehgewichte 110 entgegen der Vorspannkraft der Federn 114 von der Stellung gemäß 6A zu der Stellung gemäß 6B bewegen. Die Fliehgewichte 110 tragen jeweils eine oder mehrere Rollen 120 oder funktionsmäßig ähnliche Keilverbindungselemente, die zwischen einer Auflagedruckfläche und einer Rampe wirken, um eine axiale Klemmkraft zur Einrückung der Hauptreibungskupplung 20 zu liefern. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Betriebselemente, auf die die Rollen 120 einwirken. Die Verwendung von zwei in Axialrichtung ausgerichteten Rollen 120 ist insofern vorteilhaft, weil sie die axiale Reaktionskraft der Fliehgewichte an den Schwenkzapfen 112 im Wesentlichen beseitigt. Die Glieder der Kupplung 20 sind ausschnittsweise in 7 veranschaulicht, wie sie um die Drehachse 122 der Eingangswelle 28 rotieren.

Die Rollen 120 sind zwischen einer im Wesentlichen ebenen Fläche 124 einer ortsfesten Druckaufnahmeplatte 125und einer rampenförmigen Fläche 126 einer axial verschiebbaren Rampenplatte 128 aufgenommen. Alternativ kann die Fläche 124 rampenförmig gestaltet sein und/oder das Keilverbindungselement eine keilförmige Konfiguration aufweisen. Es können andere Keilverbindungskonfigurationen verwendet werden. Die Druckaufnahmeplatte kann manuell und/oder automatisch mittels einer Einstelleinrichtung 125A einstellbar sein, um Verschleiß oder dergleichen auszugleichen. Die Rampenplatte 128 wirkt auf eine axial verschiebbare Hauptdruckplatte 130 über ein vorgespanntes Federelement 132 ein, das die von der Rampenplatte 128 der Druckplatte 130 zugeführte Axialkraft begrenzt. Die Hauptdruckplatte 130 übt eine Klemmkraft CF auf die Reibbelege 134 der Reibscheiben 102, 106 aus, die zwischen einer Fläche 130A der Hauptdruckplatte 130 und der Zwischendruckplatte 104 sowie zwischen der Zwischendruckplatte 104 und einer Fläche 136A des Motorschwungrads 136 festgelegt sind. Die Nabenabschnitte 140 und 142 der Reibscheiben 102 bzw. 106 sind geeignet eingerichtet, um über eine Keilverzahnung an der Eingangswelle 28 drehfest befestigt zu werden, während die Platten 125, 128, 130 und 104 gemeinsam mit dem Motorschwungrad 136 rotieren.

Im Ruhezustand steht eine der Rollen 120 mit dem vertieften Abschnitt 146 der Fläche 126 in Verbindung und übt keine nach links wirkende axiale Klemmkraft auf die Reibbelege aus. Sobald sich die Rolle ausreichend radial nach außen bewegt und auf den rampenartigen Abschnitt 148 der Rampenfläche 126 auftrifft, wird eine zunehmende axiale Klemmkraft ausgeübt (vgl. Linie 70 in 2). Wenn sich die Rolle weiter radial nach außen auf dem flach ausgedehnten Abschnitt 150 der Rampenfläche 126 bewegt, bleibt die Klemmkraft bei einem gekappten, oberen Wert (vgl. Linien 74und 76 in 2), wie er durch die Vorspannfeder 132 begrenzt ist. Die Fliehgewichte 110 stoßen an den Anschlägen 118 an, bevor die Federn 132 vollständig zusammengedrückt sind. Die Anwendung einer Kraft durch eine Feder zur Begrenzug der maximal ausgeübten Kraft ist aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus der US-Patentschrift Nr. 5 901 823 ersichtlich.

Um die Rollen 120 den Rampenabschnitt 148 hinauf bis zu dem ebenen Abschnitt 150 zu verlagern, ist eine größere Fliehkraft 152 als diejenige erforderlich die notwendig ist, um die Rollen 120 auf dem ebenen Abschnitt gegen die Wirkung der Federkraft 154 von den Rückstellfedern 114 zu halten. Dies ist der Grund für die Differenz zwischen dem Wert der Motordrehzahl bei der anfänglichen maximalen Klemmkraft, Punkt 72 in 2, und dem Motordrehzahlwert zum Ausrücken, Punkt 78 in 2. Hintere Abschrägungen und/oder Ausnehmungen können der Fläche 150 und/oder der Neigungsfläche der Rampe 148 und/oder dem ebenen Abschnitt 150 hinzugefügt werden, und die relevanten Massen und/oder die Federkonstante der Feder 114 können verändert werden, um die Motordrehzahl des Ausrückens, Punkt 78 in 2, zu verändern.

Auf bekannte Weise ist zum Start eines Schwerlastfahrzeugs, der gewöhnlich in einer Startgangstufe (d.h. bei einem relativ hohen Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswellendrehzahl und der Ausgangswellendrehzahl) stattfindet, an der Eingangswelle weniger Drehmoment erforderlich (z.B. 814–1220 Nm (600–900 Fußpfund), abhängig von der Steigung) als benötigt wird, um das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten in Bewegung zu halten. Gewöhnliche Dieselmotoren für Schwerlastfahrzeuge weisen ein maximales Ausgangsdrehmoment von ungefähr 1898–2983 Nm (1400–2200 Fußpfund) bei einer Drehzahl des maximalen Drehmoments auf.

Für eine Ausführungsform der Hauptreibungskupplung 20 ergibt eine Klemmkraft von 4482 Newton (1000 Pfund) eine Drehmomentübertragungskapazität von ungefähr 814–2200 Nm (600–700 Fußpfund), während eine Klemmkraft von 17,8 kN (4000 Pfund) eine Drehmomentübertragungskapazität von 4,1 kNm (3000 Fußpfund) ergibt, die weit über der Drehmomentlieferkapazität des Motors und der Übertragungskapazität des Antriebsstrangs liegt und eine größere Sicherheitsreserve zur Verfügung stellt, wenn sich die Kupplung in dem obersten, gekappten Klemmbelastungszustand, Linien 74 und 76 nach 2, befindet.

Während eines Anfahrvorgangs eines Fahrzeugs, d.h. beim Starten des Fahrzeugs aus dem Stillstand, sollte die Kupplung 20 bei einer Drehzahl zwischen ungefähr 750 U/Min und 950 U/Min vollständig schließen, wobei die genaue Drehzahl von Faktoren, wie beispielsweise, ob das Fahrzeug auf einer steilen Steigung in Bewegung gesetzt wird, abhängig ist. Ein Kupplungsschluss tritt auf einer steilen Steigung bei einem höheren Drehmomentniveau auf. In dem Fahrzeuganfahrmodus bzw. Fahrzeugstartmodus, d.h. wenn das Fahrzeug angehalten ist oder sich mit einer sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit bewegt, ist die Kupplung 20 nicht vollständig eingerückt, wobei eine Startgangstufe (gewöhnlich der Rückwärtsgang, der erste oder zweite Gang in einem Getriebe mit zehn Vorwärtsgängen) eingelegt ist. Die Steuerungslogik gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet in einem nachstehend beschriebenen Anfahr- bzw. Startmodus.

Ein Kupplungssteuerungsalgorithmus wird dazu verwendet, das Einrücken der Kupplung 20 zu steuern. Der Kupplungssteuerungsalgorithmus hilft, einen Fahrzeugstart und Schaltvorgang zu erleichtern. Obwohl er als der Kupplungssteuerungsalgorithmus bezeichnet wird, wirkt er wechselweise mit dem Getriebealgorithmus und dem Motoralgorithmus zusammen, um den Motor unter bestimmten Umständen zu steuern, da die Einrückung der Kupplung in erster Linie von der Motordrehzahl abhängt. Unter derartigen Umständen kann der Kupplungsalgorithmus die anderen Algorithmen, wie auch Fahrereingaben, außer Kraft setzen.

Im Allgemeinen steuert der Kupplungssteuerungsalgorithmus aktiv den Motor und steuert dadurch das Wiedereinrücken der Kupplung, wenn entweder die Kupplung ausgerückt ist oder sich das Fahrzeug nicht bewegt. Eine Ausnahme von diesem ist, wenn der Parameter FAHRERAUSWAHL = LEERLAUF, d.h. wenn der Fahrer den Leerlauf als den Gangbereich auswählt und der LEERLAUF erreicht ist. Wenn der Leerlauf ausgewählt ist, gibt das System 10 den Motor von der Steuerung durch den Kupplungsalgorithmus frei, da die Einrückung oder Ausrückung der Kupplung 20 ohne Einfluss ist. Eine Ausnahme zu dieser Ausnahme findet jedoch dann statt, wenn eine Eingangswellendrehbewegung beim anfänglichen Systemstart (Power-Up) nicht detektiert wird. Beim anfänglichen Systemstart ist der Leerlauf immer der ausgewählte Gangbereich. Falls eine Eingangswellenrotation nicht detektiert wird, d.h. falls EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) < 100 U/Min, dann soll der Kupplungsalgorithmus eine Steigerung der Motordrehzahl in der gleichen Weise anfordern, wie sie nachstehend in der Stoßschutzsteuerungsroutine eingesetzt wird. Das System fährt fort, die MOTORDREHZAHL (ES) zu erhöhen, bis der Parameter EINGANG ÜBER MINIMUM (eine Statusmeldung, die anzeigt, ob die Eingangswellendrehzahl (IS) größer ist als 100 U/Min) gleich WAHR ist. Dies wird getan, um zu helfen, die Motordrehzahl (ES), bei der eine Kupplungseinrückung eingeleitet wird, festzusetzen und um sicherzustellen, dass der Eingangswellendrehzahlsensor 34 funktionsfähig ist.

Beim Starten oder Anfahrvorgang eines Fahrzeugs aus dem Stillstand ist es erforderlich, das Getriebe in einem Antriebsgangbereich zu platzieren und eine der Klauenkupplungen in Eingriff zu bringen. Jedoch ist es verständlich, dass in einem Zustand eines angehaltenen Fahrzeugs die Einrückung einer Klauenkupplung in einem Getriebe 12, das eine Fliehkraftkupplung 20 verwendet, eine Begrenzung der Drehzahl des Motors erfordern kann, um sicherzustellen, dass die Kupplung 20 ausgerückt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Motorsteuerungssystem den Motor 18 als Reaktion auf eine Bedingung, beispielsweise einen Kaltstart, bei einer erhöhten Drehzahl betreibt.

Wenn der Versuch, in einen Gang zu schalten, unter einer Fahrzeugstillstandbedingung vorgenommen wird, muss die Motordrehzahl unter derjenigen liegen, bei der die Kupplung 20 beginnt, in Eingriff zu kommen, um sicherzustellen, dass die Eingangswelle und die Klauenkupplungen in der Lage sind, aufzuhören umzulaufen. Der Kupplungsalgorithmus entsprechend der in dem Flussdiagramm nach 8 veranschaulichten beispielhaften Logik begrenzt die Motordrehzahl, falls die folgenden Bedingungen vorliegen:

  • i) GEWÜNSCHTER GANG ≠ LEERLAUF (der Gangauswahlhebel befindet sich nicht in der „Leerlauf"-Stellung); UND
  • ii) EINGELEGTER GANG = FALSCH (es wird angezeigt, dass ein Gang nicht eingelegt ist); UND
  • iii) FAHRZEUGBEWEGUNG = FAHRZEUG NICHT IN BEWEGUNG; UND
  • iv) Pedal 39 befindet sich oder befand sich kürzlich in einer Position, die geringer ist als eine vorbestimmte Pedalposition, die den Bereich der Drossel-/Fahrpedalstellung anzeigt, bei dem ein Leerlaufzustand angenommen wird (z.B. 5% der Drosselverstellung); UND
  • v) STEUERUNGSSCHALTZUSTAND ≠ SCHIEBT IN GANG (der X-Y-Schaltaktuator 40 schiebt bzw. drückt das Getriebe nicht in einen Gang).

Der Motordrehzahlgrenzwert unter einer derartigen Bedingung ist der kleinere Wert aus einer vorbestimmten maximalen Motordrehzahl für einen Nichtleerlaufzustand (750 U/Min in einer beispielhaften Ausführungsform) und einem Motordrehzahlzielgrenzwert für einen Übersetzungsbereich ohne Gas und nicht im Leerlauf und einen Modus mit ausgerückter Kupplung (oder einfacher gesagt die KUPPLUNG-MOTORLEERLAUFDREHZRHL), die kleiner ist als eine vorbestimmte Leerlauf-Versatzdrehzahl des Motors (von 10 U/Min in einer beispielhaften Ausführungsform).

Wenn bestimmt ist, dass ein Begrenzen der Motordrehzahl nützlich ist, wird der Pedalstellungsparameter ignoriert, so dass selbst in dem Fall, dass die Pedalstellung durch den Fahrzeugführer bis über den vorbestimmten Grenzwert hinaus erhöht wird, die Motordrehzahl auf die niedrigere Drehzahl begrenzt wird, die erforderlich ist, um die Kupplung in einem freigegebenen Zustand zu platzieren und dadurch das Einlegen eines Ganges zuzulassen. Falls sich jedoch ein beliebiger der anderen Parameter verändert, beispielsweise das Getriebe in den Leerlauf überführt wird oder ein Gang eingelegt wird oder das Fahrzeug beginnt, sich in Bewegung zu setzen, oder der X-Y-Schaltaktuator 40 das Getriebe in einen Gang schiebt, dann wird der Motordrehzahlgrenzwert nicht mehr benötigt und wird deshalb aufgehoben. Es ist verständlich, dass, nachdem der Motordrehzahlgrenzwert „aufgehoben" worden ist, die Motordrehzahl sich weiterhin unter der Steuerung durch den Kupplungsalgorithmus befinden kann. Beispielsweise kann die Motordrehzahl augenblicklich in der nachstehend beschriebenen Weise erhöht werden, falls eine Zahnstoßbedingung erfasst wird. Außerdem, falls erfasst wird, dass eine sofortige Rückgabe der Drossel-/Fahrpedalsteuerung an den Fahrer zu einer rauen Kupplungseinrückung führen würde, behält der Kupplungsalgorithmus die Steuerung der Motordrehzahl bei, um die Motordrehzahl allmählich ansteigen zu lassen und eine entsprechende allmählich zunehmende Kupplungseinrückung zu erreichen. Eine derartige nachfolgende Steuerung der Motordrehzahl ist durch die 8 nicht vollständig wiedergegeben.

Falls das Getriebe in einem angehaltenen Zustand nicht in einen Gang geschaltet werden kann, kann dies auf ein Aufeinanderstoßen von Zahnrädern oder Zähnen zurückzuführen sein. Bei einem Versuch, einen Gang beim angehaltenen Fahrzeug einzulegen, können die Zähne der in Eingriff kommenden Kupplungsmuffe gegen die Flachstellen an dem Ende der bestimmten aufnehmenden Verzahnungen des Zahnrades, das Ziel der Einrückung ist, anschlagen oder anstoßen. Dieser Zustand ist als Zahn-an-Zahn-Stoßen oder Zahnstoßen bekannt und rührt von dem relativ engen Spiel zwischen den in Eingriff kommenden Zähnen, der zur Minimierung eines Ausschlags zwischen den zueinander passenden Teilen erforderlich ist, sowie von der Gestalt der Stirnenden der Zähne her. Im Allgemeinen gibt es eine ausreichende Relativdrehung zwischen den in Eingriff kommenden Elementen, so dass die Kupplungsmuffe sich aus dem Zahnstoßzustand heraus weiter verdreht, um ein Einrücken zu ermöglichen. Unter gewissen Umständen und insbesondere, wenn sich das Fahrzeug in einem vollständigen Stillstand befindet, kann jedoch kein Drehzahlunterschied zwischen den Teilen gegeben sein. Das Fehlen einer Relativdrehung kann dazu führen, dass die Muffe in einem anstoßenden Zustand verbleibt und die Schalteinrichtung nicht in der Lage ist, den gewünschten Gang einzurücken. Bei einer in herkömmlicher Weise vom Fahrzeugführer steuerbaren Hauptkupplung kann eine derartige Situation überwunden werden, indem die Hauptkupplung augenblicklich eingerückt wird, um eine Verdrehung der Eingangswelle und der drehfest an dieser angekuppelten Elemente herbeizuführen. Bei einer Fliehkraft betätigten Hauptkupplung kann jedoch nicht einfach damit begonnen werden, die Kupplung einzurücken, da man keine genaue Kontrolle über die Kupplungseinrückung hat, weil die Einrückung mit der Motordrehzahl variiert.

Wenn der X-Y-Schaltaktuator 40 beginnt, in Richtung auf eine Gangeinrückung zu drücken, überwacht das System 10 durch seine Sensoren und Steuereinheiten die Einrückung, um zu bestimmen, ob das Getriebe 12 eine Hilfsunterstützung braucht, um ein Zahn-an-Zahn-Stoßen zu überwinden. Wenn in dem Getriebe 12 ein Gang eingelegt worden ist, führt das System einen normalen Fahrzeugstart aus dem Stillstand durch. Die Flussdiagramme nach 9A, 9B und 9C veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform der Logik einer Stoßschutzroutine, die verwendet wird, um ein Zahn-an-Zahn-Stoßen zu identifizieren und zu überwinden.

Die Stoßschutzroutine innerhalb des Kupplungssteuerungsalgorithmus übernimmt die Steuerung des Motors, um die Motordrehzahl ES in einer gesteuerten Weise zu erhöhen. Eine derartige Steuerung wird ausgeführt, wenn bestimmte, nachstehend identifizierbare Zahnstoßbedingungen erfüllt sind:

  • i) das Fahrzeug bewegt sich nicht (Bedingung 1); und ii) es wird angezeigt, dass ein Gang nicht eingelegt ist (Bedingung 2); und
  • iii) der gewünschte Gang ist nicht der Leerlauf (Bedingung 3); und
  • iv) der X-Y-Schaltaktuator 40 drückt in eine Gangstellung (Bedingung 4).

Falls die obigen Bedingungen alle erfüllt sind, weist die Stoßschutzroutine des Kupplungssteuerungsalgorithmus den Motor an, seine Drehzahl zu steigern, wie dies in 10 veranschaulicht ist. Bis zu drei Motordrehzahlerhöhungszyklen oder -stöße werden bei einem Versuch, ein Einrücken herbeizuführen, eingesetzt. Die Stoßschutzroutine wird beendet, wenn der Indikator GANG EINGELEGT (innerhalb der ECU 50) anzeigt, dass ein Gang eingelegt ist (Bedingung 5) oder dass die EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) > = 25 U/Min (Bedingung 6) ist. Falls die drei Motordrehzahlerhöhungszyklen zu Ende geführt sind, ohne dass der Gang eingelegt wird, wird die Drossel-/Fahrpedalsteuerung wieder an den Fahrer zurückgegeben. Der Fahrer hat dann die Möglichkeit, selbst das Einlegen eines Ganges durch Steuerung des Fahrpedals zu unterstützen. Wenn der gewählte Startgang geändert wird oder der gewünschte Gang in den Leerlauf und zurück in einen Gang geändert wird, soll die Zyklusroutine zurückgesetzt und erneut aktiviert werden, wenn sie gebraucht wird, um den Startgang einzulegen.

Wenn die Startbedingungen für die Stoßschutzsteuerungsroutine erfüllt sind, beginnt der erste Motordrehzahlerhöhungszyklus nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit, die als „ERSTE STOßVERZÖGERUNG" bezeichnet ist. Die ERSTE STOßVERZÖGERUNG beträgt ungefähr 0,25 Sekunden und stellt eine Zeit für ein ordnungsgemäßes In-Eingriff-Kommen der Kupplung 20 zur Verfügung, bevor die erste Drehzahlrampe (der erste Drehzahlanstieg) beginnt. Die Motordrehzahl wird entsprechend der Darstellung der „KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL" nach 10 rampenartig von ihrem anfänglichen Wert (der gleich der KUPPLUNG-MOTOR-LEERLAUFDREHZAHL abzüglich des MOTOR-LEERLAUF-OFFSET-WERTES ist, wobei der MOTOR-LEER-LAUF-OFFSET-WERT in einer beispielhaften Ausführungsform 10 U/Min beträgt) mit einer HOHEN STOßRATE (hohen Steigerungsrate) erhöht, bis sie größer ist als ein Zielwert (WENIG GAS – NIEDRIGE DREHZAHL 160 + EINGRIFFSPUNKT-OFFSET-MITTELWERT (wie nachstehend bei der Beschreibung der Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand und der 3 erläutert)) (Bedingung 7) und steigt anschließend mit einer langsameren NIEDRIGEN STOßRATE (niedrigen Steigerungsrate) an. Die HOHE STOßRATE beträgt ungefähr 300 U/Min/Sek. Die NIEDRIGE STOßRATE beträgt ungefähr 100 U/Min/Sek. Die Drehzahlerhöhung wird angehalten, wenn entweder die EINGANGSWELLENDREHZAHL (IS) > ZIELEINGANGSDREHZAHL (Bedingung 8), die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) > (EINGRIFFSPUNKT-REFERENZDREHZAHL + EINGRIFFSPUNKT-OFFSET-MAXIMUM (in einer beispielhaften Ausführungsform gleich 100 U/Min) + STOB-OFFSET-DREHZAHL) (Bedingung 9) oder ein Timer die Zykluszeit übersteigt (Bedingung 10). Falls es in dem ersten Zyklus nicht zu einem Eingriff kommt, erhöhen nachfolgende Stöße den gemessenen Motordrehzahlgrenzwert und den Timergrenzwert, um auf eine aggressivere Weise das Einrücken zu unterstützen. Zwischen den Stößen wird eine STOßINTERVALL-Verzögerungszeit von ungefähr 1 Sekunde zugelassen, damit es zu einem Einrücken kommt. Wie oben erwähnt, wird für den Fall, dass ein Eingriffszustand nach dem dritten Stoß nicht erreicht wird, die Steuerung der Motordrehzahl an den Fahrer zurückgegeben. Wenn die Motordrehzahlsteuerung wieder an den Fahrer zurück übertragen ist, reagiert das Kraftstoffzufuhrsystem auf die durch den Fahrer vorgenommenen Fahrpedaleinstellungen. Dies kann unmittelbar durch ein Kabelsystem (nicht veranschaulicht) oder weniger direkt mit einem Drive-by-Wire-System erzielt werden, das elektrische Signale von dem Drossel-/Fahrpedalstellungssensor 37 zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr verwendet.

Wenn die Drosselsteuerung wieder an den Fahrzeugführer zurück übergeben wird, bevor die Fliehkraftkupplung 20 eingerückt ist, muss aufgepasst werden, um den Fahrer an einem abrupten Einrücken der Kupplung 20 zu hindern. Um ein derart abruptes Einrücken zu verhindern, erhöht der Kupplungssteuerungsalgorithmus rampenartig den Motordrehzahlgrenzwert mit einer mäßigen Rate, die zu der Drossel-/Fahrpedalstellung proportional ist, anstatt diesen unmittelbar auf den Vollgaswert zurückzubringen.

Falls die gemessene FAHRPEDALSTELLUNG kleiner ist als ein vorbestimmter KUPPLUNGSPEDALLEERLAUF-Wert, der in einer beispielhaften Ausführungsform 5% beträgt, begrenzt der Kupplungsalgorithmus die Drehzahl des Motors auf einen Wert, der gerade unterhalb des Leerlaufwertes liegt. Die Drehzahl wird vorzugsweise auf den Minimalwert aus der MAXIMALEN MOTORLEÉRLAUFDREHZAHL (gleich 750 U/Min in einer beispielhaften Ausführungsform) und dem zuvor beschriebenen anfänglichen Wert der KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL (KUPPLUNGS-MOTOR-LEERLAUFDREHZAHL – MOTORLEERLAUF-OFFSET-WERT) begrenzt.

Wenn der Fahrer mehr Gas gibt, wird der Motordrehzahlgrenzwert mit einer Rate der NORMAL GESTEUERTEN RAMPENFÖRMIG ERHÖHTEN DREHZAHL (von 200 U/Min/Sek in einer beispielhaften Ausführungsform) oder mit einer Rate der durch RTD (Ride Through Detent, Überwindung der Raste) GESTEUERTEN RAMPENDREHZAHL (von 250 U/Min/Sek in einer beispielhaften Ausführungsform) erhöht, falls die GEMESSENE PEDALSTELLUNG (des Fahrpedals) größer ist als der Wert von KUPPLUNGSPEDAL-RTD (von 90% der Drosselverstellung in einer beispielhaften Ausführungsform). Die Erhöhung dauert fort, bis entweder:

  • i) sich die Eingriffsbedingungen verändern, beispielsweise

    a) GANG EINGELEGT = WAHR oder

    b) STEUERUNGSSCHALTZUSTAND ≠ SCHIEBEN IN GANG oder

    c) FAHRZEUGBEWEGUNG ≠ FAHRZEUG NICHT IN BEWEGUNG ODER
  • ii) GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) < KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL – KUPPLUNGS-OFFSET-RESERVE (in einer beispielhaften Ausführungsform 25 U/Min) ODER
  • iii) KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL = J1939-KONFIGURATIONSMAP-MOTORDREHZAHL [6] (in einer beispielhaften Ausführungsform gleich der HOHEN MOTORLEERLAUFDREHZAHL (Governor + Droop), wie durch das J1939-Protokoll festgesetzt.

Falls sich die Eingriffsbedingungen verändern, reagiert das System durch die Auswahl einer geeigneten nächsten Routine, beispielsweise einer nachstehend beschriebenen Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand. Wenn die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) nicht mit dem Grenzwert mithält, wird die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL gleich GEMESSENE MOTORDREHZAHL + KUPPLUNGS-OFFSET-RESERVE (von 25 U/Min in einer beispielhaften Ausführungsform) gesetzt, bevor die rampenartige Erhöhung fortgesetzt wird, um zu verhindern, dass ein zu weiter Bereich zugelassen wird, in dem eine unkontrollierte Motorbeschleunigung auftreten kann. Wenn die GEMESSENE MOTORDREHZAHL (ES) mit einer im Vergleich zu der Verringerung des Grenzwertes schnelleren Rate abnimmt, wird die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL gleich der GEMESSENEN MOTORDREHZAHL + KUPPLUNGS-OFFEET-RESERVE gesetzt, um eine unkontrollierte Beschleunigung zu vermeiden. Falls der Grenzwert der in KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL die J1939-KONFIGURATIONSMAP-MOTORDREHZAHL erreicht, wird er ohne eine weitere Erhöhung aufrechterhalten. Dies ermöglicht dem Fahrer die Flexibilität bei seiner Drossel-/Fahrpedalsteuerung, ohne dass die automatische Steuerung vollständig herausgenommen wird.

Eine rampenförmige Erhöhung der Motordrehzahl kann auch angewandt werden, um eine Kupplung einzurücken, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, die Kupplung ausgerückt ist und eine vorbestimmte Ausgangswellendrehzahl erreicht wird. Ein derartiger Umstand tritt auf, wenn das Fahrzeug bergab rollt. Wenn eine vorbestimmte Drehzahl erreicht ist, wird die Motordrehzahl rampenartig erhöht, um die Kupplung einzurücken. Ein weiterer derartiger Umstand tritt auf, wenn das Getriebe bei einer Bewegung des Fahrzeugs in den Leerlauf geschaltet wird und in einen Antriebsgang zurückgeschaltet wird, während sich das Fahrzeug weiterhin in Bewegung befindet.

Es wird nun eine Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand (Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine) oder Fahrzeug-Anfahrvorgang-Routine beschrieben. Wie es für eine Fliehkraftkupplung kennzeichnend ist, stellt die Kupplung 20 bei einer Erhöhung der Motordrehzahl eine erhöhte Klemmkraft und Drehmomentübertragungskapazität bereit. Es ist deshalb wichtig, die Rate, mit der die Motordrehzahl steigt, zu steuern, um die Anwendung der Klemmkraft zu kontrollieren bzw. zu steuern. Wenn eine derartige Steuerung in einem System, das das J1939-Protokoll verwendet, durch den Kupplungssteuerungsalgorithmus angewandt wird, wird ein J1939-Befehl „Drehzahl-/Drehmomentgrenzwert" ausgegeben, wobei diesem die höchste Prioriät innerhalb der Hierarchie der Befehle zugeteilt wird. Bei Anwendung der Drosselsteuerung bzw. des Fahrpedals wird ein Motordrehzahlzielwert für diese Drossel-/Fahrpedaleinstellung bestimmt. Die Motordrehzahl wird von der Leerlaufdrehzahl auf diese Motordrehzahl (eine KUPPLUNGSZIELDREHZAHL) mit einer gesteuerten Rate erhöht, um eine Steigerung des Kupplungsdrehmomentes mit einer Rate, die größer ist als die Eigenfrequenz des Antriebsstrangs, zu verhindern.

3 zeigt zwei einander schneidende Linien, eine Wenig-Gas-Ziellinie 156 und eine Viel-Gas-Ziellinie 158, die Zielmotordrehzahlen über dem vollen Bereich der Drossel-/Fahrpedalstellungen, von 0% bis 100% der Drosselverstellung, veranschaulichen. Die vier Endpunkte dieser beiden Linien (in denen die prozentuale Drosseleinstellung 0 und 100% entspricht, werden experimentell festgesetzt und folgendermaßen bezeichnet: wenig Gas – niedrige Drehzahl 160; wenig Gas – hohe Drehzahl 162; viel Gas – niedrige Drehzahl 164 und viel Gas – hohe Drehzahl 166, die in einer beispielhaften Ausführungsform 725 U/Min, 990 U/Min, 740 U/Min bzw. 975 U/Min betragen. Eine Kupplungszieldrehzahl 168 ist durch die untere der beiden Linien für eine gegebene Drossel-/Fahrpedalstellung definiert. Die Kupplungszieldrehzahl-Linie 168 ist zur Unterscheidung mit einer stärkeren Linie eingezeichnet. Die Kupplungszieldrehzahl-Linie 168 legt eine Kurve oder Beziehung zwischen der Drossel-/Fahrpedalstellung und der Sollmotordrehzahl fest, die als die Kupplungszieldrehzahl dienen soll.

Wie in 3 veranschaulicht, ist die Kupplungszieldrehzahl 168 eine Funktion der Drosselstellung. Beispielsweise beträgt die Kupplungszieldrehzahl 168 bei einer Drosselstellung von 20% 778 U/Min. Für eine Drosselstellung von 100% beträgt der Zielwert 975 U/Min. Eine Anwendung der beiden Linien 156 und 158, um eine KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 mit zwei Steigungen festzulegen, ergibt einen auf eine geeignetere Weise abgestimmten Kupplungsalgorithmus.

Während der Entwicklung des Algorithmus ist festgestellt worden, dass die Zweisteigungsbeziehung gegenüber einer Linie mit einer einzigen Steigung überlegen ist. Obwohl die etwas steilere Wenig-Gas-Ziellinie 156 von der Viel-Gas-Ziellinie 158 nicht weit entfernt ist, ist der Unterschied ausreichend, um bei der Drossel-/Fahrpedalreaktion einen wahrnehmbaren Unterschied zu erzielen. Das Fahrzeug schien reaktionsempfindlicher, wenn eine Zweisteigungslinie 168 angewandt worden ist. Im umgekehrten Fall erschien das Fahrzeug mit einer Einzelsteiungslinie bei Startvorgängen mit kleinen Drosselwinkeln träger.

Die Linie oder Kurve 168 wird zum großen Teil auf einer subjektiven Basis unter Berücksichtigung derartiger Eigenschaften wie das „Gefühl" der Kupplungseinrückungen für den Fahrzeugfahrer festgelegt. Jedoch gibt es einige Richtlinien, die bei der Festlegung der Linie 168 hilfreich sind. Es ist festgestellt worden, dass ein bevorzugter Wert für die wenig Gas – niedrige Drehzahl 164 etwa 15–30 U/Min unterhalb der Motordrehzahl liegt, bei der die Kupplung 20 beginnt, ein Drehmoment zu übertragen. Ferner sollte die Linie 168 über dem gesamten Drosseleinstellbereich akzeptable Startvorgänge ergeben. Der Wert für die viel Gas – hohe Drehzahl 166 ist vorzugsweise gleich einer Motordrehzahl, die ungefähr 25% bis 30% der Drehmomentspitzenübertragungskapazität der Kupplung ergibt.

Bevor die normale Routine für den Fahrzeugstart aus dem Stillstand eingeleitet wird, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein: die Fahrpedalstellung muss größer sein als eine vorbestimmte Fahrpedalstellung, von der angenommen wird, dass sie dafür kennzeichnend ist, dass der Fahrer das Fahrpedal nicht niederdrückt (5% der Drosselverstellung in der beispielhaften Ausführungsform); der gewünschte Gang, wie er durch den Steuerungsalgorithmus bestimmt wird, ist nicht der Leerlauf (der Gangauswahlhebel befindet sich nicht in dem neutralen Bereich); ein Antriebsgang ist eingelegt; und die Kupplung ist ausgerückt.

Die Routine erhöht die Motordrehzahl mit einer gesteuerten Rate, um den Drehzahlgrenzwert, der durch die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 festgelegt ist, zu erreichen. Die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 bildet lediglich einen Grenzwert und zwingt den Motor nicht, mit einer Drehzahl umzulaufen, die höher ist als diejenige, die die Drosseleinstellung anfordert. Dieser Grenzwert wird über J1939-Befehle übermittelt. Die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL bildet einen Motordrehzahlsteuerungsparameter, der durch eine Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine definiert wird. Die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL verändert sich von einem anfänglichen Punkt, der einer MOTORLEERLAUFDREHZAHL DER KUPPLUNG (der Zieldrosselstellung für den Drehzahlgrenzwert von 0% in einer Nichtleerlauf-Gangstellung und bei ausgerückter Kupplung) abzüglich eines MOTORLEERLAUF-OFFSET-WERTES (von 10 U/Min in der beispielhaften Ausführungsform) entspricht, bis zu einer Zwischendrehzahl, die dem wenig Gas – niedrige Geschwindigkeit-Punkt 160 (von 725 U/Min in der beispielhaften Ausführungsform) zuzüglich einem EINGRIFFSPUNKT-OFFSET-MITTELWERT entspricht, der nachstehend definiert ist.

Die Motordrehzahl wird mit einer gesteuerten Rate in Richtung auf die ZIELDREHZAHL 168 verändert. Die gesteuerte Rate nimmt ab, wenn die Motordrehzahl steigt. Die gesteuerte Rate, mit der die Motordrehzahl zunächst bis zu einer Zwischendrehzahl, die kleiner ist als die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL, verändert wird, entspricht einem NORMALEN SCHNELLEN RAMPENFÖRMIGEN ANSTIEG VOM LEERLAUF oder beträgt 300 U/Min/Sek. Die gesteuerte Erhöhungsrate zwischen der Zwischendrehzahl und der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 fällt auf einen NORMAL GESTEUERTEN RAMPENANSTIEG oder auf 200 U/Min/Sek in der bevorzugten Ausführungsform ab. Der gesteuerte Rampenanstieg dauert fort, bis die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL erreicht ist, solange die Motordrehzahl dem rampenförmigen Anstieg innerhalb eines Bereiches von, in der beispielhaften Ausführungsform, (25 U/Min + (Fahrpedalstellung (%)) in U/Min) folgt. Es sollte verständlich sein, dass Einheiten in der vorstehenden Bereichsberechnung miteinander vermischt werden, wobei jedoch bei Tests erwiesen worden ist, dass die Gleichung bei einem Versuch, die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 zu erreichen, einen geeigneten Motordrehzahlbetriebsbereich liefert.

Falls die Pedalstellung größer ist als, in der bevorzugten Ausführungsform, 90% und der Motor sich unterhalb der Zwischendrehzahl befindet, dann wird die SOLLMOTORDREHZAHL DER KUPPLUNG mit einer SCHNELLEN RAMPENRATE BEI RASTENÜBERBRÜCKUNG (RIDE-THROUGH-DETENT) erhöht, die in einer beispielhaften Ausführungsform 300 U/Min/Sek beträgt. Wenn der Motor sich oberhalb der Zwischendrehzahl befindet, wird die Rampenrate auf eine GESTEUERTE RAMPENRATE BEI RASTENÜBERWINDUNG erniedrigt, die in einer beispielhaften Ausführungsform 250 U/Min/Sek beträgt. Die Motordrehzahlerhöhung dauert fort, solange die Motordrehzahl in dem Bereich bleibt, der (25 U/Min + (Fahrpedalstellung (%)) in U/Min) entspricht. Die Kalibrierungen der RAMPENRATE BEI RASTENÜBERWINDUNG ergeben einen etwas schnelleren Fahrzeugstart, wenn viel Gas gegeben wird.

Wenn die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL bis auf die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 erhöht worden ist, bleibt sie bei diesem Wert, bis entweder die Drosseleinstellung verändert wird oder die Kupplung eingerückt wird. Eine Ausnahme hierzu ist dann gegeben, wenn über die ÜBERWINDUNG DER RASTE (RIDE THROUGH DETENT, KICK-DOWN-RASTE) hinausgegangen wird. Dies bedeutet, dass in dem Fall, wenn die Fahrpedalstellung größer ist als 90% und sich die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL in der Nähe der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL für eine vorbestimmte Zeitdauer (von 1,5 Sekunden in einer beispielhaften Ausführungsform) befindet, die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL anschließend mit einer langsameren Rate einer ERHÖHUNGSRATE BEI HOHEM WIDERSTAND (Widerstand gegen das Anfahren) erhöht wird, die in der bevorzugten Ausführungsform 50 U/Min/Sek beträgt, bis das Fahrpedal losgelassen, die Fahrpedalstellung verringert wird oder die Kupplung einrückt. Beispiele für einen hohen Widerstand bei Startbedingungen, die derartige Umstände herbeiführen können, umfassen einen Versuch eines Anfahrvorgangs im Schlamm sowie einen Versuch eines Anfahrvorgangs auf einer steilen Steigung.

Falls die KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 kleiner ist als entweder die momentane Motordrehzahl oder die momentane KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL (wenn beispielsweise die Drossel-/Fahrpedaleinstellung verringert wird, nachdem die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL bis auf die oder in die Nähe der KUPPLUNGSZIELDREHZAHL erhöht worden ist), wird die KUPPLUNGSSOLLMOTORDREHZAHL unmittelbar auf die neue KUPPLUNGSZIELDREHZAHL 168 ohne eine rampenartige Verzögerung vermindert.

Wegen der mechanischen Beschaffenheit der Komponenten der offenbarten Fliehkraftkupplung 20 kann die Beziehung zwischen der Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung und der Motordrehzahl aufgrund vieler Faktoren variieren. Zu diesen Faktoren gehören Federermüdung, Verschleiß des Kupplungsreibmaterials und erhöhte Reibung, die durch Staub und Schmutz hervorgerufen ist, sowie ggf. weitere Faktoren. Derartige Faktoren können dazu führen, dass die Kurve des Drehmomentes über der Drehzahl sich in Bezug auf die Drehzahl nach oben oder nach unten verschiebt. Während dies die Kupplung nicht unbedingt an einer Einrückung und Ausrückung hindern muss, können sich ihr qualitatives Verhalten, die Reaktion auf die Drossel etc. ändern, was Änderungen der Betriebseigenschaften nach sich zieht. Unter extremen Umständen kann der Anfahrvorgang aus dem Stillstand rau sein, oder es kann ungewöhnlich viel Gas erforderlich sein, um das Startverhalten zu erzielen, das aus einer geringen Anwendung des Fahrpedals resultieren sollte. Deshalb wird eine einfache adaptive Routine verwendet, um die Kurve der Kupplungszieldrehzahl gegenüber der Drosseleinstellung nach oben oder nach unten anzupassen, um das Verhalten wieder auf ein Optimum zu bringen.

Die Kupplungszieldrehzahlkurve 168 nach 3 ist in der Weise gemäß dem vorstehenden Absatz empirisch abgeleitet worden. Wenn die Kurve 168 festgelegt und in der Kalibrierung einprogrammiert ist, kann sie bei einer gegebenen Konfiguration der Fliehkraftkupplung für jede beliebige Anwendung verwendet werden. Die folgende adaptive Routine wird verwendet, um die Kurve nach oben und unten anzupassen oder zu verschieben, um Verschleiß, Reibung, etc. auszugleichen.

Um die Kurve 168 für eine bestimmte Fliehkraftkupplung zu „adaptieren" oder anzupassen, muss eine Berührungspunkt- bzw. Eingriffspunkt-Drehzahl der Kupplung bestimmt werden. Eine Eingriffspunkt-Drehzahl für eine Fliehkraftkupplung ist die Motordrehzahl, bei der die Kupplung gerade beginnt, Drehmoment zu entwickeln. Die Eingriffspunkt-Drehzahl wird bestimmt, indem die Motordrehzahl vom Leerlauf aus langsam erhöht und der Punkt aufgezeichnet wird, an dem die Eingangswelle des Getriebes gerade umzulaufen beginnt. Die Eingriffspunktdrehzahl kann während zwei Teilbereichen des Fliehkraftkupplungsbetriebs ermittelt werden. Die erste eventuelle Möglichkeit, die Eingriffspunktdrehzahl festzulegen, ist gegeben, wenn versucht wird, einen Gang einzulegen, wenn das Fahrzeug angehalten ist. Wenn die Zahn-an-Zahn-Stoß-Schutzroutine aufgerufen ist, wird die Motordrehzahl, bei der die Eingangswellendrehzahl 25 U/Min übersteigt, als die Eingriffspunkt-Drehzahl aufgezeichnet. Die zweite Möglichkeit liegt dann vor, wenn eine Eingangswellendrehzahl oberhalb von 100 U/Min beim Systemeinschalten (Power-Up) nicht detektiert worden ist. Unter derartigen Umständen wird die Zahn-an-Zahn-Stoß-Schutzroutine ebenfalls aufgerufen.

Es wird ein Eingriffspunkt-Offset-Wert berechnet, der gleich der aufgezeichneten Eingriffspunktdrehzahl abzüglich einer Referenzeingriffspunktdrehzahl ist (die in der beispielhaften Ausführungsform 765 U/Min beträgt). Die Referenzeingriffspunktdrehzahl ist als die Drehzahl auf der Wenig-Gas-Ziellinie 156 definiert, die einem prozentualen Referenzeingriffspunkt-Drosseleinstellwert entspricht, der in der beispielhaften Ausführungsform 15% beträgt. Der Eingriffspunkt-Offsetwert wird bei einem Maximalwert auf ein Eingriffspunkt-Offset-Maximum und bei einem Minimalwert auf ein Eingriffspunkt-Offset-Minimum begrenzt, die in der beispielhaften Ausführungsform 100 U/Min bzw. –100 U/Min betragen. Ein Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert wird von dem Eingriffspunkt-Offsetwert berechnet, indem dieser mit einem Mittelwert früherer Messungen des Eingriffspunkt-Offsetwertes gemittelt wird. Beispielsweise kann der zuletzt berechnete Eingriffspunkt-Offsetwert zu dem mit 7 multiplizierten vorherigen Wert des Eingriffspunkt-Offset-Mittelwertes addiert werden, wobei die Summe durch 8 geteilt wird, um den neuen Wert des Eingriffspunkt-Offset-Mittelwertes zu berechnen. Alternativ kann ein anderer Wert für die Mittelung gewählt werden. Beispielsweise kann der alte Mittelwert mit 19 multipliziert und die Summe aus dem neu berechneten Eingriffspunkt-Offsetwert und dem 19fachen alten Mittelwert durch 20 dividiert werden, um den neuen Mittelwert zu erhalten. In einer weiteren Alternative kann der Mittelwert berechnet werden, indem nur die letzten 8 oder 10 berechneten Werte des Eingriffspunkt-Offsetwertes verwendet werden. Der neue Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert wird anschließend zu dem Zieldrehzahlgrenzwert hinzu addiert, um die Linie je nach Umständen nach oben oder nach unten zu verschieben.

Beim Abschalten des Systems (Power-Down) wird der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert in der ECU 50 gespeichert. Beim Einschalten des Systems (Power-Up) wird der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert von der ECU 50 abgerufen. Falls der gespeicherte Wert verfälscht wird oder die ECU neu ist oder neu programmiert wird, wird ein Ablauf des Kupplungsalgorithmus bei einem Systemstart erzwungen, wobei der anfänglich berechnete Eingriffspunkt-Offsetwert unmittelbar als der Eingriffspunkt-Offset-Mittelwert verwendet wird.

Demgemäß ist ersichtlich, dass ein neues und verbessertes Steuerungsverfahren/-system für ein Getriebesystem und eine Fliehkraft-Hauptreibungskupplung geschaffen ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit einem gewissen Grad an Genauigkeiten beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform lediglich Beispielszwecken dient und dass zahlreiche Änderungen in Bezug auf die Form und im Detail möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er nachfolgend beansprucht ist, zu berühren. Beispielsweise kann die beschriebene Kupplung in anderen, auch außerhalb eines Fahrzeugantriebsstrangs liegenden Anwendungen verwendet werden. Ferner kann die Kupplung auch dazu verwendet werden, andere als die hier speziell angegebenen antreibenden und angetriebenen Vorrichtungen miteinander zu verbinden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems (10), um das Einrücken einer Fliehkraftkupplung (20) zu regulieren, wobei das automatisierte Getriebesystem einen Verbrennungsmotor (18) mit einem Motorausgangselement, ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe (12) mit einer Eingangswelle (28), die Fliehkraftreibungskupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung des Motorausgangselementes an die Eingangswelle, eine Drossel/ein Fahrpedal (39), die bzw. das auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung eines Grads der Kraftstoffbelieferung des Motors anspricht, und einen Systemcontroller enthält, der Eingangssignale, einschließlich zweier oder mehrerer Signale in Bezug auf (i) Motordrehzahl, (ii) Eingangswellendrehzahl, (iii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iv) Fahrzeuggeschwindigkeit und (v) eingelegte Getriebegangstufe, empfängt, wobei der Systemcontroller wenigstens einen Betriebsmodus zur wahlweisen Steuerung der Kraftstoffbelieferung des Motors, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern, aufweist und wobei der Systemcontroller die Signale gemäß logischen Regeln verarbeitet, um Ausgangsbefehlsignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens eines Motorcontrollers (38), auszugeben, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, dass:

a) eine Eingangswellendrehbewegung erfasst wird;

b) bei einer Erfassung des Einsetzens einer Eingangswellendrehung eine Berührungspunktdrehzahl, die der Motordrehzahl bei dem Einsetzen der Eingangswellendrehbewegung entspricht, aufgezeichnet wird;

c) eine Kurve eines Zielmotordrehzahlgrenzwertes in Abhängigkeit von einer Drossel-/Fahrpedalstellung und der Berührungspunktdrehzahl festgelegt und die Kurve in dem Systemcontroller (50) abgespeichert wird;

d) die Drossel-/Fahrpedalstellung erfasst wird;

e) ein Zielmotordrehzahlgrenzwert für die erfasste Drossel-/Fahrpedalstellung unter Verwendung der abgespeicherten Kurve festgesetzt wird;

f) die eingelegte Getriebegangstufe erfasst wird;

g) nach einer Erfassung einer Einrückung einer Antriebsgetriebegangstufe die Motordrehzahl unter der Steuerung einer Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine automatisch erhöht wird, bis der Zielmotordrehzahlgrenzwert erreicht ist; und

h) nach einer Erfassung, dass die Kupplung eingerückt ist, die Steuerung der Motordrehzahl durch die Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine freigeben wird, wobei die Fliehkraftreibungskupplung das Motorausgangselement mit der Eingangswelle antriebsmäßig verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zieldrehzahl mit einer Erhöhung der Drossel-/Fahrpedalstellung steigt. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die abgespeicherte Kurve einen ersten Abschnitt mit einer ersten Steigung und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Steigung, die sich von der ersten Steigung unterscheidet, aufweist. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zweite Steigung kleiner ist als die erste Steigung. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die abgespeicherte Kurve in Bezug auf die Drossel-/Fahrpedalstellungsachse verschoben wird, um eine Änderung der Berührungspunktdrehzahl wiederzugeben. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Berührungspunktdrehzahl mit früher aufgezeichneten Werten der Berührungspunktdrehzahl kombiniert und ein resultierender Wert dazu verwendet wird, die Kurve zu verschieben. Steuerungssystem zur Steuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebesystems (10), um das Einrücken einer Fliehkraftkupplung (20) zu regulieren, wobei das automatisierte Getriebesystem einen Verbrennungsmotor (18) mit einem Motorausgangselement (22), ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe (12) mit einer Eingangswelle (28), die Fliehkraftreibungskupplung zur antriebsmäßigen Ankupplung des Motorausgangselementes an die Eingangswelle, eine Drossel/ein Fahrpedal (39), die bzw. das auf eine vom Fahrzeugführer vorgegebene Anforderung eines Motorkraftstoffbelieferungsgrads anspricht, und einen Systemcontroller enthält, der Eingangssignale, einschließlich zwei oder mehrerer Signale in Bezug auf (i) Motordrehzahl, (ii) Eingangswellendrehzahl, (iii) Drossel-/Fahrpedalstellung, (iv) Fahrzeuggeschwindigkeit und (v) eingelegte Getriebegangstufe, empfängt, wobei der Systemcontroller (50) wenigstens einen Betriebsmodus zur wahlweisen Steuerung der Kraftstoffbelieferung des Motors aufweist, um wenigstens entweder die Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment zu steuern, und wobei der Systemcontroller die Signale entsprechend logischen Regeln verarbeitet, um Ausgangsbefehlssignale an Systemaktuatoren, einschließlich wenigstens eines Motorcontrollers, auszugeben, wobei das Steuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass der Systemcontroller logische Regeln aufweist, die dazu dienen:

a) eine Eingangswellendrehbewegung zu erfassen;

b) bei Erfassung eines Einsetzens der Eingangswellendrehbewegung, die Berührungspunktdrehzahl, die der Motordrehzahl bei dem Einsetzen der Eingangswellendrehbewegung entspricht, aufzuzeichnen;

c) eine Kurve eines Zielmotordrehzahlgrenzwertes in Abhängigkeit von einer Drossel-/Fahrpedalstellung und der Berührungspunktdrehzahl festzulegen und die Kurve in dem Systemcontroller abzuspeichern;

d) die Drossel-/Fahrpedalstellung zu erfassen;

e) den Zielmotordrehzahlgrenzwert für die erfasste Drossel-/Fahrpedalstellung unter Verwendung der abgespeicherten Kurve festzusetzen;

f) die eingelegte Getriebegangstufe zu erfassen;

g) nach einer Erfassung des Einrückens einer Antriebsgetriebegangstufe die Motordrehzahl unter der Steuerung durch eine Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine automatisch zu erhöhen, bis der Zielmotordrehzahlgrenzwert erreicht ist;

h) nach einer Erfassung, dass die Kupplung eingerückt ist, die Steuerung der Motordrehzahl durch die Fahrzeugstart-aus-dem-Stillstand-Routine freizugeben, wobei die Fliehkraftreibungskupplung das Motorausgangselement mit der Eingangswelle antriebsmäßig verbindet.
Steuerungssystem nach Anspruch 7, wobei die Zieldrehzahl sich mit einer Erhöhung der Drossel-/Fahrpedalstellung erhöht. Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei die abgespeicherte Kurve wenigstens einen ersten Abschnitt mit einer ersten Steigung und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Steigung, die sich von der ersten Steigung unterscheidet, aufweist. Steuerungssystem nach Anspruch 9, wobei die zweite Steigung kleiner ist als die erste Steigung. Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die abgespeicherte Kurve in Bezug auf die Drossel-/Fahrpedalstellungsachse verschoben ist, um eine Änderung der Berührungspunktdrehzahl wiederzugeben. Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Berührungspunktdrehzahl mit früher aufgezeichneten Werten der Berührungspunktdrehzahl kombiniert ist und ein resultierender Wert dazu verwendet wird, die Kurve zu verschieben.






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