WIPO专利WO1986005449A1 Control device for shifting step-by-step shift gears

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公开号:WO1986005449A1
申请号:PCT/EP1986/000134
申请日:1986-03-12
公开日:1986-09-25
发明作者:Gerold Bieber
申请人:Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag；
IPC主号:F16H61-00

专利说明:
[0001] Steuereinrichtung zum Schalten von Stufenwechselgetrieben
[0002] Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Schalten von Stufenwechselgetrieben nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0003] Bekannte, selbsttätig schaltende Stufenwechselgetriebe für Kraftfahrzeuge werden in Abhängigkeit von Drehzahlen, vorrangig der der Fahrgeschwindigkeit proportionalen Abtriebsdrehzahl des Getriebes, und von Lastzuständen, z. B. Stellung des Gaspedals, im Leerlauf, in Teillast oder Vollast (Kick-down) , selbstätig im Bereich der zur Verfügung stehenden Gänge geschaltet. Es ist auch schon bekannt, daß durch den Fahrer über einen Wähl¬ schalter Gänge von dieser Schaltfolge ausgeschlossen werden kön¬ nen, z. B. bei Bergabfahrt. Solche Wählschalter haben neben den Stellungen für die normale Vorwärtsfahrt. D, . die Neutralstel¬ lung N und die Rückwärtsfahrt R z. B. noch, di *e Stellung _.1, II und
[0004] III, wobei die automatischen Schaltungen des Getriebes dann ana¬ log dazu auf den 1. Gang oder eben auf die Gänge 2 und 3 begrenzt sind. Siehe Broschüre ZF-Automat-Getriebe HP 500, Beschreibung, Bedienung und Wartung, F 1/12 ZFF 792006.
[0005] Dieses System hat sich bewährt und gibt dem Fahrer ausrei¬ chende Eingriffsmöglichkeiten bei selbsttätig schaltenden Stufen¬ wechselgetrieben mit relativ wenig Gängen.
[0006] Bei Vielgang-Automatgetrieben, z. B. nach der Patentanmel¬ dung P 32 47 658 oder P 33 37 930, ist auch schon bekannt, nicht nur höhere, sondern auch tiefere Gänge durch eine entsprechende Verstellung von zwei Wählhebeln vom automatischen Schalten aus¬ zuschließen, z. B. bei Leerfahrten und Fahrten mit Teilbeladung. Weiter ist noch aus der EP 01 21 168 AI bekannt, durch einen Vorwählschalter auch bei einem selbsttätig schaltenden Stufen¬ wechselgetriebe die Schaltpunkte entsprechend einer ökonomischen oder leistungsbezogenen Fahrweise zu verändern.
[0007] Weiter ist nach der nicht vorveröffentlichten PCT/EP 84/00302 bekannt, nicht nur Gänge am Anfang und am Ende der zur Verfügung stehenden Gangfolge, z. B. eines Vielgang-Getriebes, von de-r au¬ tomatischen Schaltung auszuschließen, sondern in Abhängigkeit von der Ist-Beschleunigung eine Gangfolge nach vorher festgelegten Schaltmodi auszuwählen, die über den gesamten Übersetzungsbereich sich erstrecken, aber nicht alle möglichen Gänge in Anspruch neh- en. So wird z. B. in einem 16-Gang-Getriebe durch überspringen von Gängen der Übersetzungsbereich mit weniger Gängen abgedeckt, wobei die ausgewählten Gänge in vorher festgelegten und gespei¬ cherten Schaltmodi gleichmäßige, aber auch ungleichmäßige Ab¬ stände voneinander oder auch ei-ne Kombination davon haben können.. Damit ist es möglich, bei Ausnutzung der GesamtüberSetzung, je nach Bedingungen im Antriebssträng, mit weniger Gängen auszukom¬ men und die Anzahl der Schaltungen zu verringern.
[0008] Alle diese Einrichtungen befriedigen nicht, insbesondere bei einer Steuereinrichtung zum Schalten von vielgängigen Stufenwech¬ selgetrieben, mit denen eine hohe Anpassung des Antriebstranges an den Motor und besonders an das verbrauchsgünstige Kennfeld des Motors erzielt werden soll. Hierbei wird das maximale Drehmoment des Motors vielfach ausgenutzt, so daß eine ausreichende Reserve zum Beschleunigen nur durch rechtzeitiges, sinnvolles Schalten zu erreichen ist. Bei den bisher üblichen Automatgetrieben mit rela¬ tiv wenigen Gängen ist die Verweildauer je Gang entsprechend groß und deshalb die Schalthäufigkeit unproblematisch. Die Abtrennung von Gängen von der automatischen Gangauswahl, be¬ sonders am Anfang der Gangfolge, also im Bereich einer sehr hohen Übersetzung, kann zwar die Schalthäufigkeit reduzieren, setzt aber noch relativ hohe Anforderungen an den Fahrer, und die auto¬ matische Anpassung ist eingeschränkt. Auch die Anpassung über ausgewählte Schaltmodi befriedigt nicht voll, weil die Gangfolge über den gesamten Ubersetzungsbe- reich doch relativ starr ist und die Reduzierung der automatisch schaltbaren Gänge zu einer Verschlechterung der Anpassung führt, die den erzielten Gewinn von weniger Schaltungen nicht rechtfer¬ tigt.
[0009] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so weiterzuentwickeln, daß trotz einer optimalen Anpassung des Antriebstranges an das ver¬ brauchsgünstige Kennfeld des Motors it_^ geeigneten Schaltsprüngen der Wirkungsgrad im Fahrbetrieb sich nicht verschlechtert, kein
[0010] ~ höherer Verschleiß entsteht und die Lebensdauer der Schaltele¬ mente sich erhöht.
[0011] Diese Aufgabe wird mit den kennzeichrenden Merkmalen des Anspruches 1 e fül-lt.
[0012] Bei allen Lösungen nach dem Stand der Technik werden die Schaltpunkte in Abhängigkeit von der Drehzahl und in Verbindung mit Lastanforderungen (Gashebelstellung) festgelegt. Damit sind nur die im Antriebstrang gerade gültigen oder zutreffenden Ver¬ hältnisse berücksichtigt. Durch die Einbeziehung der Beschleuni¬ gung zur Ermittlung des Schaltpunktes selbst werden bestehende dynamische Verhältnisse im Antriebstrang berücksichtigt. Damit kann die automatische Ermittlung der Schaltpunkte und die Auswahl der neu zu. schaltenden Gänge den Verhältnissen bei einer reinen Handschaltung angenähert werden-, denn jeder gute Fahrer wählt den Schaltpunkt und die zu wählenden Gänge, auch unter Be¬ rücksichtigung der dynamischen Reaktion des Fahrzeuges auf eine Veränderung der äußeren Fahrbedingungen, Steigung und Wind oder der Gaspedalstellung. Nur. das Schaltverhalten von Anfängern ist allein auf die jeweils anliegende Drehzahl ausgerichtet. Dies trifft um so mehr zu, je vielgängiger ein Getriebe ausgelegt ist und damit eine optimale Anpassung an das z. B. verbrauchsgünstige Kennfeld des Motors ermöglicht, aber nicht garantiert. Jede unter- lassene, für die Anpassung notwendige Schaltung, aber auch jede erfolgte und nicht nötige Schaltung, führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrades im Antriebstrang während des Fahrbetriebes. Gerade deshalb ist die Zuordnung von Schaltbefehlen zu den Schaltpunkten, die über einen Gangsprung, aber auch um Schalt¬ sprünge, die über mehrere Gänge sich erstrecken, von besonderem Vorteil. Besonders bei einem Getr-iebe mit vielen möglichen, fein¬ gestuften Gängen kann durch die geschickte Auswahl von Gängen, die sich jeweils aus der Beschleunigung und der Momentanforde¬ rung ermitteln lassen, trotz einer guten Anpassung an das ver¬ brauchsgünstige Kennfeld des Motors eine zu hohe Schalthäufig¬ keit mit den damit verbundenen Nachteilen, Verschleiß, Mehrver¬ brauch, Gesσhwindigkeitsverlust vermieden werden. Bei Getrieben mit Überschneidungsschaltung, aber besonders bei solchen mit Zug- kraftunterbrechung während der Schaltung, bringt jede nicht unbe¬ dingt erforderliche Schaltung erhebliche ^"-^"irkungsgradverluste.
[0013] Der dafür notwendige Aufwand ist ge-ring, weil die Beschleu¬ nigung aus der Drehzahl, die ohnehin erfaßt wird, rechnerisch er¬ mittelt werden kann. Auch die Momentanforderung ist sehr einfach, z. B. aus der Gashebelstellung, zu ermitteln. Durch die Einbe¬ ziehung der Zeit für einen bestimmten Gashebelweg kann die Momentanforderung noch weiter den dynamischen Bedingungen im An¬ triebstrang angepaßt werden, ohne daß dafür hohe Anforderungen nötig sind, weil z. B. die Beschleunigerpumpe entsprechende In¬ formationen liefern könnte.
[0014] Wird in der Steuereinrichtung noch eine manuelle Schaltmög¬ lichkeit vorgesehen, so kann der Fahrer dann die automatischen Schaltungen stillegen, wenn er vorausschauend erkennt, daß mit dem gerade eingelegten Gang das vor ihm befindliche Hindernis, z. B. eine Bergkuppe, noch überwunden werden kann, während die Automatik infolge der starken Verzögerung weiter zurückschalten würde.
[0015] Auch bei einem beabsichtigten Überholvorgang ist es denkbar, eine von der Automatik vorgesehene Hochschaltung zu verhindern, weil spätestens mit der erhöhten Momentanforderung - Vollgas - eine sofortige Rückschaltung wieder verbunden wäre. Auch mit einer sol¬ chen zusätzlichen Einrichtung können unnötige Schaltungen ver¬ hindert werden. Trotzdem notwendige Korrekturen können über je¬ weils um einen Gang aufwärts oder abwärts durch die Betätigung des Wählhebels in Plus oder Minus bzw. eines Wählschalters in Plus oder Minus erfolgen. Weiter ist es auch möglich, durch Um¬ stellung auf die manuelle Betätigjung den von der Automatik einge¬ legten Gang zu halten, wobei jederzeit wieder zurück auf Automa¬ tik geschaltet werden kann.
[0016] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausfüh¬ rungsbeispielen und von Zeichnungen erläutert. Es zeigen: '
[0017] Fig. 1 die Steuereinrichtung in schematischer Darstellung;
[0018] Fig. 2 einen Flußplan zur Ermittlung möglicher Schalt- purikte und Schaltbefehle;
[0019] Fig. 3 einen Flußplan in bezug auf einen Schaltpunkt.
[0020] Das in der Fig. 1 dargestellte Stufenwechselgetriebe 1 ist ein 16gängiges Synchrongetriebe und besteht aus einem 4gängigen Grundgetriebe 12, einer Splitgruppe 13 und einer Bereichsgrup¬ pe 14. Weiterhin gehört zum Getriebe eine Trennkupplung 15 und ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 16 mit überbrückungskupp- lung.
[0021] Die elektronische Einheit 2 erhält u. a. die Signale über die Drehzahlen der Getriebeabtriebswelle 11 - Sensor 21 -, der Tur¬ binenabtriebswelle 17 - Sensor 22 - und die Sekundärdrehzahl der Trennkupplung, die aus Zweckmäßigkeitsgründen am Zahnrad auf der Vorgelegewelle von der ersten Konstanten - Sensor 23 - abgenommen wird.
[0022] Der Wählschalter 3, 30 kann z. B. als Konsolenschalter 3 oder Drucktastenschalter 30 ausgebildet sein und hat die Stellung P (Parken) und/oder R (Rückwärtsfahrt) sowie N (Neutral) und D (Vorwärtsfahrt) für den automatischen Bereich. Zur Umschaltung auf einen manuellen Fahrbetrieb - Gänge v/erden vom Fahrer aus geschaltet - ist noch die Stellung M sowie die Stellung Plus und Minus vorgesehen, wobei bei M der von der Automatik geschaltete Gang gehalten wird. Bei jeder Verstellung von M auf Minus bzw. M auf Plus wird zurück- oder hochgeschaltet.
[0023] Die Gashebelstellung 4 mit der
41, Vollgasstel¬ lung 43 und einer Mittelstellung 42 wird über Lastschalter 45, 46 in die elektronische Einheit 2 eingegeben, wobei, wenn nötig, noch eine stufenlose Eingabe der Gashebelstellung möglich ist.
[0024] Aus dem Flußplan (Fig. 2) ist der Zusammenhang der Momentan- forderung in Form der Gashebelstellung 4 - Leergang 41, Mittel¬ stellung 42, Vollgas 43 - mit der errechneten Beschleunigung 51A bis 56C der elektronischen Einheit 2, die aus der Getriebeab¬ triebsdrehzahl (Welle 11; Sensor 21) ermi^ttelt ist, erkennbar. Dabei soll z. B.
[0025] 51A, 51B, 51C starke Verzögerung,
[0026] 52A, 52B, 52C geringe Verzögerung,
[0027] 53A, 53B, 53C konstante Fahrt,
[0028] 54A, 54B, 54C geringe Beschleunigung,
[0029] 55A, 55B, 55C mittlere Beschleunigung,
[0030] 56A, 56B, 56C große Beschleunigung
[0031] bedeuten. Die Schaltpunkte 61 bis 78 sind ausschließlich aus diesen Parametern abgeleitet und haben keine Beziehung zum wirk¬ lich eingelegten Gang und auch nicht zu dem Gangangebot des Ge¬ triebes. So ist es denkbar, daß die Anzahl der Schaltpunkte mit der Anzahl der Gänge, die das Getriebe ermöglicht, nicht überein¬ stimmt.
[0032] Jedem so ermittelten Schaltpunkt 66 bis 78 sind empirisch festge¬ legte oder auch errechnete Schaltbefehle zugeordnet. Dabei ist es möglich, daß einem Schaltpunkt, z. B. 61, auch nur ein Schaltbe¬ fehl 81 zugeordnet ist. Es ist aber auch möglich, daß einem Schaltpunkt, z. B. 65, mehrere Schaltbefehle 85 zugeordnet sind und einer davon, entsprechend eben der Drehzahl, ausgewählt wird. Alle Schaltbefehle beziehen sich nicht auf feste Gänge, sondern geben jeweils nur den von der Automatik ermittelten Schaltsprung in bezug auf den zur Zeit eingelegten Gang an, z. B. plus 3 Gänge oder minus 2 Gänge.
[0033] Bei der Zuordnung von mehreren Schaltbefehlen 85 zu einem Schalt¬ punkt 65 erfolgt deren Auswahl über die Motor- oder Turbinendreh¬ zahl, die z. B. am Sensor 22 (Fig. 1) ermittelt und der elektro¬ nischen Einheit zugeführt wird.
[0034] In Fig. 3 ist die Auswahl des richtigen Schaltbefehles aus den möglichen, dem jeweiligen Schaltpunkt zugeordneten Schaltbe- fehlen in einem Flußplan dargestellt.
[0035] Sind z. B. dem Schaltpunkt 68 (Fig. 2) drei Schaltbefehle zuge¬ ordnet, so erfolgt deren Auswahl nach der Turbinendrehzahl 17, wie in dieser Fig. 3 dargestellt. Damit werden noch während der Schaltung - also nach der Ermittlung des Schaltpunktes - die Be¬ dingungen im Antriebstrang, soweit sie aus der Drehzahl ableit¬ bar sind, berücksichtigt.
[0036] Der Gangwechsel in Vorwärtsfahrt bei einem gewollten automati¬ schen Betrieb, nämlich dann, wenn der Wählschalter 3 oder 30 auf D steht, läuft wie folgt ab: Das Gaspedal soll in Mittelstel¬ lung 42 stehen, was über die Lastschalter 45, 46 der elektroni¬ schen Einheit übermittelt wird. Gleichfalls soll aus der über den Sensor 21 ermittelten Drehzahl der Getriebeabtriebswelle 11 eine negative Beschleunigung von der elektronischen Einheit 2 ermit¬ telt worden sein, die einer geringen Verzögerung entspricht, so daß der Schaltpunkt 68 (Fig. 2) den Ablauf nach dem Flußplan (Fig. 3) in Gang setzt. Aus der den Schaltpunkt 68 zugeordneten Tabelle 88 der Schaltbefehle ist erkennbar, daß, je nach Drehzahl in diesem Beispiel, der Turbinendrehzahl 4 Möglichkeiten offen sind (Fig. 3) .
[0037] 1. Liegt die Drehzahl über 900 U/min, erfolgt keine Schaltung und das Proσramm läuft neu an. 2. Liegt die Drehzahl darunter, erfolgt immer eine Schaltung, wobei zwei Gänge zurückgeschaltet wird, wenn die Drehzahl noch über 715 U/min liegt.
[0038] 3. Drei Gänge zurückgeschaltet wird, wenn die Drehzahl noch zwischen 715 ü/min und 585 U/min liegt und
[0039] 4. um vier Gänge zurückgeschaltet wird, wenn die Drehzahl unter 585 U/min liegt.
[0040] Diese Werte und Schaltbefehle sind vorrangig empirisch er¬ mittelt, können aber auch errechnet werden und entsprechen etwa dem Schaltverhalten eines guten Fahrers bei vergleichbaren Bedin¬ gungen mit dem gleichen, jedoch handschaltbaren Getriebe.
[0041] Bei konstanter Fahrt, also ohne Beschleunigun 53A, 53B, 53C bei allen drei Momentanforderungen
[0042] Gaspedal nicht betätigt, Leergas 41, Gaspedal in Mittelstellung 42, Gaspedal voll betätigt, Vollgas 43
[0043] sind den Schaltpunkten 63, 69, 75 eine relativ große Anzahl von Schaltbefehlen zum hoch- oder zurückschalten, je nach gerade er¬ reichter Drehzahl, zugeordnet.
[0044] Nur bei einer solchen konstanten Fahrt erfolgen alle Gangschal¬ tungen nur last- und drehzahlabhängig, wie ja bekannt, jedoch auch mit möglichen Schaltsprüngen, die in der Normalstellung eines Automatgetriebes nicht bekannt sind. Bezugszeichen
[0045] 1 Stufenwechselgetriebe
[0046] 11 Getriebeabtriebswelle
[0047] 12 Grundgetriebe
[0048] 13 Splitgruppe
[0049] 14 Bereichsgruppe ^•
[0050] 15 Treήnkupplung
[0051] 16 Drehmomentwandler
[0052] 17 Turbinenabtriebswelle
[0053] 2 elektronische Einheit
[0054] 21 Drehzahlsensor an Getriebeabtriebswelle
[0055] 22 Drehzahlsensor an Turbinenwelle
[0056] 23 Drehzahlsensor an Sekundärseite Trennkupplung
[0057] 3, 30 Wählschalter
[0058] 3 Konsolenschalter
[0059] 30 Drucktastenschalter
[0060] R Rückwärtsfahrt
[0061] N Neutralstellung
[0062] D Vorwärtsfahrt
[0063] M manuelle Fahrweise (Handschaltung)
[0064] 4 Gashebelstellung
[0065] 41 Leergas
[0066] 42 Mittelstellung
[0067] 43 Vollgas
[0068] 45 Lastschalter
[0069] 46 Lastschalter 5 Beschleunigung LA, B, C starke Verzögerung 2A, B, C geringe Verzögerung 3A, B, C Konstantfahrt 4A, B, C geringe Beschleunigung 5A, B, C mittlere Beschleunigung 6A, B, C große Beschleunigung -_#
[0070] 1 - 78 Schaltpunkte
[0071] 1 - 98 Schaltbefehle

权利要求:
ClaimsSteuereinrichtung zum Schalten von StufenwechselgetriebenA n s p r ü c h e
1. Steuereinrichtung zum selbsttätigen Schalten von Stufen¬ wechselgetrieben (1) mit einer elektronischen Steuereinheit (2) zur Ermittlung der Schaltpunkte (61 bis 78) für die Gangumschal tung sowie mit einem Wählschalter (3, 30) für die Park- und/oder Neutralstellung (N) sowie die Vorwärts- (D) und Rückwärts¬ fahrt (R) , wobei die Schaltpunkte (61 bis 78)^' in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Momentanforderung - Gashebel¬ stellung (4) - festgelegt werden, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Schaltpunkte ι^'61 bis 78^") zusätzlic in^' Abhängigkeit der aus der Drehzahl der Getriebeabtriebs-- welle (11) errechneten Beschleunigung (5) bestimmt werden und die Hoch- und Rückschaltungen im Vorwärtsfahrbereich über eine jedem Schaltpunkt (61 bis 78) zugeordnete unterschiedliche Anzahl von Gängen erfolgen kann.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß für jeden Schaltpunkt (61 bis 78) die An¬ zahl der Gänge - Schaltsprünge - für eine Hoch- oder Rückschaltung festgelegt sind (Schaltbefehl 81) .
• 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß für jeden Schaltpunkt (61 bis 78) mehrere Schaltsprünge (Schaltbefehl 88) festgelegt sind und daß deren Auswahl drehzahlabhängig, vorrangig otor- bzw. turbinendrehzahl- abhängig, erfolgt (Fig.
3) .
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e e n n ¬ z e i c h n e t , daß jede Schaltpunktermittlung und jede Gang¬ umschaltung unabhängig vom gerade eingelegten Gang erfolgt.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Beschleunigung fortlaufend aus der Drehzahl der Getriebeabtriebswelle (11) in der elektronischen Steuereinheit (2) ermittelt wird.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Momentanforderung (Gashebelstellung 4) in Bereiche, z. B.
-
Gashebel nicht betätigt, Gashebel in Mittelstellung, Gashebel voll betätigt,
aufgeteilt sind und diesen jeweils die ermittelten Beschleuni¬ gungswerte (51A bis 56C) zugeordnet sind (- ig. 2) .
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Beschleunigung (5) in Bereiche (51A bis 56A, 51B bis 56B, 51C bis 56C) aufgeteilt sind, die den Be¬ reichen der Momentanforderung (41 bis 43) zugeordnet und als Schaltpunkte (61 bis 78) gespeichert sind.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Verstellgeschwindigkeit der Momentan¬ forderung (41 bis 43) - Weg der Gashebelverstellung in der Zeit¬ einheit - zur Bildung der Schaltpunkte (61 bis 78) und der Schalt¬ befehle (81 bis 98) in Form des Schaltsprunges (81) /der Schalt¬ sprünge (88) verwendet wird.
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß über einen Wählschalter (3, 30) die auto¬ matische Schaltung aufgehoben wird (Stellung M) und Auf- und Ab¬ wärtsschaltungen manuell erfolgen können.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Aufwärts^, oder Rückschaltungen über eine weitere Verstellung (+; -) des Wählhebels (3, 30) möglich sind.

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优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

LUPCT/EP85/00124||1985-03-23||

EP8500124||1985-03-23||DE19863662245| DE3662245D1|1985-03-23|1986-03-12|Control device for shifting step-by-step shift gears|

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