DE10033811B4

DE10033811B4 - Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE10033811B4
Application number: DE2000133811
Authority: DE
Inventors: Oliver Dipl.-Ing. Rabus
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: DE10033811A1

Abstract

Schalteinrichtung mit einer Synchronisiervorrichtung (13), die zumindest ein von einem Stellaktuator (12) betätigbares Synchronisierelement (17) aufweist, über das zumindest ein Element (18, 19) synchronisierbar ist, wobei über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11, 24) eine Stellkraft des Stellaktuators (12) abhängig von zumindest einer Betriebsgröße während eines Synchronisiervorgangs (21) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11, 24) zur Erhöhung der Stellkraft (F_N) während des Synchronisiervorgangs (21) bei abnehmender Drehzahldifferenz und damit zur Einstellung der Synchronisierleistung (P_syn) während des Synchronisiervorgangs (21) stets auf einen bestimmten Wert vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Kraftfahrzeuggetrieben sind Schalteinrichtungen erforderlich, um eine Übersetzung einem aktuellen Fahrzustand anzupassen. Bei Handschaltgetrieben wird ein Gangwechsel vom Fahrer veranlaßt und ausgeführt. Eine Entlastung von dieser Tätigkeit hängt bei teilautomatisierten Getrieben vom Grad der Automatisierung ab, wobei bei vollautomatisierten Getrieben eine Getriebesteuerung eine Übersetzungsänderung bzw. einen Gangwechsel herbeiführt.

Aus der Druckschrift DE 198 29 299 A1 ist eine gattungsgemäße Schalteinrichtung mit einer Synchronisiervorrichtung bekannt, die einen von einer Verschiebebetätigungsvorrichtung betätigbaren Synchronring aufweist, über den ein Leerlaufzahnrad mit einer Ausgangswelle synchronisierbar ist. Über eine Drucksteuervorrichtung ist eine Stellkraft der Verschiebebetätigungsvorrichtung abhängig von über Drehzahlsensoren erfassten Umdrehungen pro Minute eines Eingangs in ein Getriebe und Umdrehungen pro Minute einer Vorgelegewelle in der Weise steuerbar, dass Änderungsraten der Umdrehungen pro Minute im Wesentlichen konstant sind.

Vor Beginn des Schaltens wird die Schaltmuffe mittels einer Rastvorrichtung in einer Mittelstellung gehalten. Wird von einem Kraftfahrzeugfahrer eine Schaltkraft eingeleitet, führt diese zu einer Axialbewegung der Schaltmuffe, wodurch die Druckstücke über die Kugelbolzen zunächst den Synchronring mit seinem Gegenkonus an den Reibkonus des Kupplungskörpers drücken. Infolge der vorhandenen Drehzahldifferenz von Schaltmuffe und Synchronring gegenüber dem Losrad wird der Synchronring bis zu einem Anschlag verdreht. Die Schaltmuffe wird weiterbewegt. Dadurch berühren sich Dachschrägen von der Klaueninnenverzahnung der Schaltmuffe und Dachschrägen von der Klauenaußenverzahnung des Synchronrings. Eine Hauptsynchronisation beginnt. Die Schaltkraft wird über die Druckstücke und die Schaltmuffe in den Synchronring eingeleitet. An den Dachschrägen entsteht ein Verzahnungsmoment, das entgegen einem Reibmoment zwischen dem Reibkonus des Kupplungskörpers und dem Gegenkonus des Synchronrings wirkt, jedoch kleiner ist als dieses, so daß die Schaltmuffe in Schaltrichtung in seiner Bewegung gesperrt ist. Mit Erreichen eines Gleichlaufs strebt das Reibmoment gegen Null. Ein Entsperrvorgang beginnt. Das Verzahnungsmoment wird größer als das Reibmoment und bewirkt über die Dachschrägen ein Rückdrehen des Synchronrings. Die Schaltmuffe kann durchgeschaltet und eine formschlüssige Verbindung zwischen der Schaltmuffe und dem zu schaltenden Losrad kann hergestellt werden.

Ferner sind allgemein gattungsbildende Schalteinrichtungen bekannt, bei denen eine Schaltkraft vollständig oder zu einer vom Kraftfahrzeugfahrer aufgebrachten Kraft unterstützend von einem Stellaktuator aufgebracht wird. Der Stellaktuator erzeugt dabei während des Synchronisiervorgangs eine konstante Schaltkraft. Die Schaltkraft ist dabei so bemessen, daß bei einer hohen Drehzahldifferenz eine zulässige Synchronisierleistung bzw. Reibleistung nicht überschritten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Schalteinrichtung weiterzuentwickeln, insbesondere hinsichtlich einer realisierbaren Schaltzeit. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer Schalteinrichtung mit einer Synchronisiervorrichtung, die zumindest ein von einem Stellaktuator betätigbares Synchronisierelement aufweist, über das zumindest ein Element synchronisierbar ist.

Es wird vorgeschlagen, daß über eine Stellkraft des Stellaktuators eine Synchronisierleistung abhängig von zumindest einer Betriebsgröße während eines Synchronisiervorgangs einstellbar ausgeführt ist, beispielsweise abhängig von einer Synchronisierzeit oder anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Betriebsgrößen. Die Synchronisierleistung kann während des Synchronisiervorgangs stets auf einen vorteilhaften Wert eingestellt und Synchronisier- bzw. Schaltzeit kann eingespart werden.

Die Einrichtung kann von einer einfachen Steuereinrichtung und/oder besonders vorteilhaft von einer Regeleinrichtung gebildet sein. Mit einer Regelung kann die eingestellte Synchronisierleistung gegenüber einer reinen Steuerung exakter auf einen oder auf bestimmte Werte eingeregelt und Störgrößen können ausgeregelt werden. Ferner kann insbesondere die Synchronisierleistung vorteilhaft auf eine systembedingt maximal zulässige Synchronisierleistung geregelt und eine optimale Schaltzeit erreicht werden. Ein Ende eines Synchronisiervor gangs kann frühzeitig erkannt und anschließende Schaltvorgänge können frühzeitig eingeleitet werden. Ferner kann eine hohe Lebensdauer und eine hohe Sicherheit erreicht werden, in dem ein Überschreiten einer zulässigen Synchronisierleistung sicher vermeidbar ist.

Zur Bestimmung der systembedingt maximal zulässigen Synchronisierleistung, die von einem konstanten Wert oder auch von einer Funktion abhängig vom Synchronisiervorgang gebildet sein kann, sind insbesondere Materialwerte, eine gewünschte Lebensdauer und durch möglicherweise vorliegende Toleranzen bedingte Sicherheitswerte zu berücksichtigen. Ein Wert für die maximal zulässige Synchronisierleistung liegt vorteilhaft zwischen 60% und 95% einer rein materialbedingt maximal zulässigen Synchronisierleistung.

Anstatt auf eine systembedingt zulässige Synchronisierleistung, kann die vorliegende Synchronisierleistung auf andere Synchronisierleistungswerte geregelt werden, beispielsweise bei dessen Vorliegen ein besonders komfortables Schalten realisierbar ist.

Ferner werden vorteilhaft bei der Regelung der Synchronisierleistung eine erfaßte Reibgeschwindigkeit, eine vorliegende Flächenpressung und/oder eine Reibarbeit berücksichtigt. Bevor ein systembedingt maximal zulässiger Wert der Reibgeschwindigkeit, der Flächenpressung und/oder der Reibarbeit überschritten wird, kann in die Regelung der Synchronisierleistung eingegriffen und dadurch insgesamt eine hohe Sicherheit erreicht werden. Ferner kann eine zusätzliche, die Einrichtung überwachende Sicherungseinheit aufgebaut werden, indem über eine Sensoreinheit ein Betätigungsweg des Stellaktuators erfaßbar ist. Aus einem Stellweg des Stellaktuators kann vorteilhaft auf eine Synchronisationsphase geschlossen werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß eine vorgesteuerte Stellkraft des Stellaktuators und/oder die Einrichtung abhängig von zumindest einer erfaßten Größe veränderbar ist. Es ist ein selbstlernendes System erreichbar, mit dem eine gewünschte Stellkraft bzw. eine gewünschte Synchronisierleistung stets in besonders kurzer Zeit mit einer kleinen Regelgröße eingeregelt werden kann. Die vorgesteuerte Stellkraft und/oder die Einrichtung können abhängig von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Größen veränderbar ausgeführt sein, wie beispielsweise abhängig von einem erfaßten Verschleiß, einem Stellweg des Aktuators, einer Getriebe- und/oder Außentemperatur, einer Laufzeit des Getriebes, einer Luftfeuchtigkeit usw.

Der Stellaktuator kann elektromotorisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch ausgeführt sein. Mit einem hydraulischen Stellaktuator kann auf ausgereifte Standardbauteile zurückgegriffen werden. Ferner kann insbesondere mit einem über zumindest ein Proportionaldruckventil gesteuerten hydraulischen Stellaktuator die Stellkraft besonders exakt auf einen Wert eingestellt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,

2 ein Diagramm mit einer über der Zeit aufgetragenen Stellkraft und Differenzdrehzahl,

3 ein Diagramm mit einer über der Zeit aufgetragenen Synchronisierleistung und

4 eine hydraulische Stelleinheit mit einem hydraulischen Stellaktuator zur Betätigung eines Synchronisierelements.

1 zeigt einen Ausschnitt einer Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe 16 mit einer Synchronisiervorrichtung 13. Die Synchronisiervorrichtung 13 besitzt einen hydraulischen Stellaktuator 12, über den ein Synchronisierelement 17 bzw. eine Schaltmuffe betätigbar und zwei Losräder 18, 19 synchronisierbar und schaltbar sind.
Erfindungsgemäß sind über eine Sensoreinheit 10 eine Drehzahldifferenz n_diff, eine Übersetzungsdifferenz i_diff, eine Schaltzeit t, eine Flächenpressung p_R und ein vom Stellaktuator 12 durchgeführter Stellweg s erfaßbar. Die Betriebsgrößen n_diff, i_diff, t, p_R, s können über eine Datenleitung 20 an eine Regel- und Auswerteeinrichtung 11 weitergeleitet werden. Ausgehend von den erfaßten Betriebsgrößen n_diff, i_diff, t, s und abgespeicherten Systemkenngrößen, wie insbesondere einer Reibfläche A und einem Reibwert μ, kann in der Regel- und Auswerteeinrichtung 11 eine vorliegende Synchronisierleistung P_syn ermittelt und diese auf eine zulässige Synchronisierleistung P_{syn_zul} über eine Stellkraft F_N des hydraulischen Stellaktuators 12 geregelt werden. Der Stellaktuator 12 wird dabei von der Regel- und Auswerteeinrichtung 11 über zwei Datenleitungen 23, 32 und über zwei Proportionaldruckventile 14, 15 angesteuert, wobei mit dem einen Proportionaldruckventil 14 der Stellaktuator 12 in die eine Stellrichtung und mit dem anderen Proportionaldruckventil 15 der Stellaktuator 12 in die andere Stellrichtung betätigbar ist.
Die Stellkraft F_N steigt dabei während eines Synchronisiervorgangs 21 bei abnehmender Drehzahldifferenz n_diff an (2), so daß die vorliegende Synchronisierleistung P_syn während des Synchronisiervorgangs 21 im wesentlichen konstant auf der maximal zulässigen Synchronisierleistung P_{syn_zul} gehalten wird (3). Im Vergleich zu einer während eines Synchronisiervorgangs 21 abnehmenden Synchronisierleistung P_syn' bei konstanter Stellkraft F_N wird ein als schraffierte Fläche 22 gekennzeichneter Performancegewinn erreicht und damit Synchronisier- und Schaltzeit t eingespart.
Ferner ist die Synchronisierleistung Psyn abhängig von einer erfaßten bzw. aus den erfaßten Betriebsgrößen n_diff, i_diff, t ermittelten Reibgeschwindigkeit v, Reibarbeit W und einer erfaßten Flächenpressung p_R regelbar, und zwar wird bevor eine maximal zulässige Reibgeschwindigkeit v_zul, eine maximal zulässige Reibarbeit W_zul und eine maximal zulässige Flächenpressung p_R überschritten wird die Synchronisierleistung P_syn entsprechend reduziert.
Soll ein Synchronisiervorgang 21 durchgeführt werden, wird ein Schaltsignal 30 an eine Steuereinrichtung 24 gegeben. Die Steuereinrichtung 24 leitet anschließend der Regel- und Auswerteeinrichtung 11 über eine Datenleitung 25 eine Kenngröße für eine vorgesteuerte Stellkraft F_N zu, die von der Regel- und Auswerteeinrichtung 11 auf einen gewünschten Wert, insbesondere auf eine Stellkraft F_N eingeregelt wird, bei der über den Synchronisiervorgang 21 sich die maximal zulässige Synchronisierleistung P_{syn_zul} einstellt.
Um stets eine gewünschte Stellkraft F_N in kurzer Zeit mit einer kleinen Regelgröße einregeln zu können, ist die Steuereinrichtung 24 und damit die vorgesteuerte Stellkraft F_N und die Regel- und Auswerteeinrichtung 11 insbesondere abhängig von einem vorliegenden Verschleiß und einer vorliegenden Temperatur veränderbar. Hierfür ist die Steuereinrichtung 24 mit einer Datenleitung 26 mit der Sensoreinheit 10 und über eine Datenleitung 27 mit der Regel- und Auswerteeinrichtung 11 verbunden. Ferner sind die Steuereinrichtung 24 über eine Datenleitung 28 und die Regel- und Auswerteeinrichtung 11 über eine Datenleitung 29 mit einem nicht näher dargestellten Datennetzwerk bzw. mit einem CAN-Bus (CAN: Controller Area Network) des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Steuereinrichtung 24 und die Regel- und Auswerteeinrichtung 11 können grundsätzlich auch von einer Einheit mit zumindest teilweisen gleichen Bauteilen gebildet sein.
In 4 ist der hydraulische Stellaktuator 12 integriert in einer hydraulischen Stelleinheit 41 gemeinsam mit einem hydraulischen Stellaktuator 31 für eine Gassenwahl dargestellt. Zur Realisierung einer H-Schaltung sind die Stellaktuatoren 12, 31 senkrecht aufeinander stehend ausgeführt. Die Proportionaldruckventile 14, 15 des Stellaktuators 12 sind mit ihren Datenleitungen 23, 32 mit der in 4 nicht näher dargestellten Regel- und Auswerteeinrichtung 11 verbunden. Der Stellaktuator 31 zur Gassenwahl besitzt ebenfalls zwei Proportionaldruckventile 33, 34, die über Datenleitungen 35, 36 mit einem in 4 nicht näher dargestellten Steuergerät verbunden sind. Stellwege s der Stellaktuatoren 12, 31 werden jeweils über Wegsensoren 37, 38 ermittelt, die auf den Stellaktuatoren 12, 31 angeordnet sind. Die erfaßten Stellwege s können über Datenleitungen 39, 40 an die entsprechenden Steuereinrichtung 24 und Regel- und Auswerteeinrichtungen 11 geleitet werden.

Claims

Schalteinrichtung mit einer Synchronisiervorrichtung (13), die zumindest ein von einem Stellaktuator (12) betätigbares Synchronisierelement (17) aufweist, über das zumindest ein Element (18, 19) synchronisierbar ist, wobei über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11, 24) eine Stellkraft des Stellaktuators (12) abhängig von zumindest einer Betriebsgröße während eines Synchronisiervorgangs (21) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11, 24) zur Erhöhung der Stellkraft (F_N) während des Synchronisiervorgangs (21) bei abnehmender Drehzahldifferenz und damit zur Einstellung der Synchronisierleistung (P_syn) während des Synchronisiervorgangs (21) stets auf einen bestimmten Wert vorgesehen ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Sensoreinheit (10) zumindest eine Betriebsgröße (n_diff, i_diff, t, s, p_R) zur Ermittlung einer Synchronisierleistung (P_syn) erfaßbar und die Synchronisierleistung (P_syn) über die Regeleinrichtung (11) regelbar ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierleistung (P_syn) während eines Synchronisiervorgangs (21) auf eine maximal zulässige Synchronisierleistung (P_{syn_zul}) regelbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierleistung (P_{syn_zul}) abhängig von einer erfaßten Reibgeschwindigkeit (v) regelbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierleistung (P_syn) abhängig von einer erfaßten Reibarbeit (W) regelbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierleistung (P_syn) abhängig von einer erfaßten Flächenpressung (p_R) regelbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die Sensoreinheit (10) ein Betätigungsweg (s) des Stellaktuators (12) erfaßbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgesteuerte Stellkraft (F_N) des Stellaktuators (12) abhängig von zumindest einer erfaßten Größe veränderbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer und/oder Regeleinrichtung (11, 24) abhängig von zumindest einer erfaßten Größe veränderbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellaktuator (12) hydraulisch ausgeführt ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellaktuator (12) über zumindest ein Proportionaldruckventil (14, 15) steuerbar ist.