DE10065387A1 - Verfahren zur Überwachung der eingelegten Gangstufe eines automatisierten Schaltgetriebes - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Überwachung der eingelegten Gangstufe eines automatisierten Schaltgetriebes, welches mit mindestens einem Aktuator zum Wählen der Schaltgasse und zum Schalten der Gangstufe versehen ist und mittels einer Kupplung mit einem Antriebsmotor koppelbar ist, bei dem die Steifigkeit der mechanischen Übertragungsstrecke zwischen dem Aktuator und der Gangstufe überwacht wird und ein Schließen der Kupplung bei einem Abweichen der festgestellten Steifigkeit von der Sollsteifigkeit verhindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der eingelegten Gangstufe eines automatisierten Schaltgetriebes nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge sind bereits in vielen Ausführungsformen be­ kannt geworden. Unter einem Schaltgetriebe wurden bislang hauptsächlich Hand­ schaltgetriebe verstanden, bei denen der Fahrer eines mit einem solchen Getriebe ausgestatteten Kraftfahrzeugs den Vorgang des Wählens der Schaltgasse und der Durchführung des Schaltvorgangs von Hand über den Schalthebel durchgeführt hat. Neben diesen von Hand betätigten Schaltgetriebe sind zwischenzeitlich auch bereits automatisierte Schaltgetriebe bekannt geworden, bei denen der Vorgang des Wählens und des Schaltens der ausgewählten Gangstufe beispielsweise pro­ grammgesteuert über am Schaltgetriebe vorgesehene Aktuatoren abläuft. Über die Stellung des Schalthebels, der beispielsweise in einem H-Schaltbild betätigt wird, hat der Fahrer eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Handschaltgetriebe Kenntnis darüber, in welcher Gangstufe sich das Getriebe momentan befindet. Wenn sich im Kraftübertragungsweg zwischen dem Schalthebel und den getrie­ beinternen Betätigungselementen ein Defekt beispielsweise in der Form eines Bruches einer Schaltstange einstellt, so kann der Fahrer dies beim Wählen oder Schalten am Schalthebel feststellen.

Wenn bei einem automatisierten Schaltgetriebe beispielsweise aufgrund eines Defekts eines Betätigungselements des Getriebes der Vorgang des Wählens der Schaltgasse der zu schaltenden Gangstufe nicht funktioniert, kann dies dazu füh­ ren, dass trotz einer neuen Zielgangstufe die auszulegende alte Gangstufe wieder eingelegt wird. Zur Erfassung des Wählvorgangs und des Schaltvorgangs durch beispielsweise zwei Elektromotoren am automatisierten Schaltgetriebe können in diesen Motoren Wegmessungen folgen, so dass ein Defekt in der den Motoren nachgeschalteten Mechanik nicht erfasst werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung der eingelegten Gangstufe eines automatisierten Schaltgetrie­ bes zu schaffen, so dass ein Verschalten durch das unbeabsichtigte Einlegen ei­ ner nicht gewollten Gangstufe erkannt und das Herstellen eines Kraftflusses vom Motor zum Antriebsstrang des Fahrzeugs verhindert wird.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Nach der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Überwachung der eingelegten Gangstufe eines automatisierten Schaltgetriebes vorgesehen, welches mit minde­ stens einem Aktuator zum Wählen der Schaltgasse und zum Schalten der Gang­ stufe versehen ist und mittels einer Kupplung mit einem Antriebsmotor gekoppelt werden kann, wobei nach dem Verfahren die Steifigkeit der mechanischen Über­ tragungsstrecke zwischen dem Aktuator und der Gangstufe überwacht wird und ein Schließen der Kupplung bei einem Abweichen der festgestellten Steifigkeit von einer Sollsteifigkeit verhindert wird.

Zur Verwirklichung eines automatisierten Schaltgetriebes wird aus Kosteneinspa­ rungsgründen versucht, ein bekanntes Handschaltgetriebe mit als Add-on Lösung vorgesehenen Aktuatoren zu versehen, wobei beispielsweise für den Wählvor­ gang ein Aktuator vorgesehen ist und für den Schaltvorgang ein weiterer Aktuator, die beide Elektromotoren mit einer Übersetzungsstufe sein können. Es hat sich nun gezeigt, dass bei solchen automatisierten Schaltgetrieben unterschiedliche Stei­ figkeiten in der Kraftübertragungsstrecke zwischen dem Aktuator und den Getrie­ bewellenbauteilen, wie beispielsweise Zahnrädern vorliegen.

Die Steifigkeit drückt dabei das Formänderungs- oder Verlagerungsverhalten in Abhängigkeit von der vom Aktuator erzeugten Kraft aus und ist daher mit der Fe­ derkonstante oder Federrate vergleichbar. Handschaltgetriebe weisen üblicher­ weise in den einzelnen Vorwärtsgangstufen unterschiedliche Steifigkeiten auf, wo­ bei sich die Steifigkeiten der Vorwärtsgänge in der Regel signifikant von der Stei­ figkeit der Rückwärtsgangstufe unterscheidet. Nach der Erfindung wird nun dieser signifikante Unterschied der Steifigkeit beim Einlegen des Rückwärtsganges und den Vorwärtsgängen, also insbesondere dem ersten Vorwärtsgang ausgewertet und zwar um zu verhindern, dass fälschlicherweise beispielsweise der Rückwärts­ gang eingelegt wird, obwohl programmgesteuert der erste Vorwärtsgang eingelegt werden soll.

Die Steifigkeiten der Vorwärtsgänge und des Rückwärtsgangs können innerhalb einer Getriebeserie zwar streuen, es ist aber ein signifikanter Unterschied inner­ halb der Serie zwischen dem ersten Vorwärtsgang und dem Rückwärtsgang vor­ handen, der zur Unterscheidung herangezogen werden kann, ob ein Vorwärts­ gang, also beispielsweise der erste Vorwärtsgang eingelegt worden ist, oder ob der Rückwärtsgang eingelegt wurde. Wenn nun verschiedene automatisierte Schaltgetriebe mit verschiedenen Aktuatoren bestückt und deren Steifigkeiten beim Einlegen des ersten Vorwärtsgangs und beim Einlegen des Rückwärtsgangs erfasst werden, so können Sollsteifigkeiten für den ersten Vorwärtsgang und für den Rückwärtsgang ermittelt werden. Diese Sollsteifigkeiten werden dann als Re­ ferenzwert für den Vergleich der festgestellten Steifigkeit und der Sollsteifigkeit herangezogen, so dass aufgrund dieser Auswertung festgestellt werden kann, ob beispielsweise tatsächlich der erste Gang eingelegt worden ist und nicht fälschli­ cherweise der Rückwärtsgang oder auch umgekehrt, worauf dann damit reagiert werden würde, dass die Kupplung nicht geschlossen wird so dass ein Losfahren des Kraftfahrzeugs in die Richtung entgegengesetzt zu der gewünschten Richtung vermieden wird.

Neben der vorstehend beschriebenen Reihenauswertung ist es aber auch mög­ lich, dass die Programmsteuerung für das Wählen und Schalten des automati­ sierten Schaltgetriebes am einzelnen Getriebe die den einzelnen Gangstufen ei­ gene Steifigkeit adaptiert, also durch das beispielsweise mehrmalige Durchschal­ ten der einzelnen Gangstufen deren inhärente Steifigkeiten feststellt und diese Steifigkeiten dann als Sollsteifigkeiten für den späteren Vergleich mit den bei ein­ zelnen Schaltvorgängen festgestellten Steifigkeiten heranzieht. Eine solche Initia­ lisierung mit Steifigkeitswerten als Sollsteifigkeiten kann beispielsweise bei einem kurzen Prüfstandslauf bei der Montage eines automatisierten Schaltgetriebes am Kraftfahrzeug erfolgen. Diese Steifigkeitswerte können dann zum späteren Abruf zum Vergleich mit den festgestellten Steifigkeiten in einer Tabelle hinterlegt und abgespeichert werden.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Steifigkeit beim Schalten der Gangstufe überwacht. Es bedeutet dies, dass die Steifigkeit während des Einlegens der neu einzulegenden Gangstufe überwacht wird, also während der Verschiebung der Schiebemuffe oder Schaltmuffe, so dass die Überwachung der Steifigkeit nach Abschluß des Wählvorgangs durchgeführt wird. Es ist aber auch möglich, dass bereits während des Wählvorgangs die Steifigkeit der mecha­ nischen Kraftübertragungsstrecke zwischen dem den Wählvorgang durchführen­ den Aktuator und den getriebeinternen Betätigungselementen überwacht wird, womit beispielsweise auch ein Defekt der Wählaktorik, also der mechanischen Kraftübertragungsstrecke zwischen dem Wählaktuator und einer beispielsweise zentralen Schaltwelle im Getriebe festgestellt werden kann.

Nach der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass zur Überwachung der Steifigkeit eine Erfassung der vom Aktuator oder vom jeweiligen Aktuator erbrachten Wähl­ kraft und/oder Schaltkraft und eine Wegmessung durchgeführt wird.

Es wird daher die vom jeweiligen Aktuator für das Wählen und/oder Schalten er­ brachte Kraft festgestellt und der während der Krafterbringung durch den Aktuator zurückgelegte Weg erfasst. Aus der somit ermittelten Kraft und dem dabei zurück­ gelegten Weg kann die Steifigkeit als Quotient aus der Kraft und der Wegstrecke bestimmt werden. Wenn nun die somit festgestellte Steifigkeit beispielsweise beim Schaltvorgang aus dem auszulegenden Rückwärtsgang in den einzulegenden er­ sten Vorwärtsgang nicht innerhalb bestimmter Grenzwerte mit der Sollsteifigkeit für das Einlegen der ersten Vorwärtsgangstufe übereinstimmt, dann kann der Fall eingetreten sein, dass der Wählvorgang zum Erreichen der Schaltgasse, in dem die einzulegende erste Vorwärtsgangstufe liegt, nicht durchgeführt werden konnte, was beispielsweise bei einem Bruch getriebeinterner Betätigungselemente der Fall sein kann, woraufhin dann bei gleicher Schaltrichtung des Rückwärtsgangs und des ersten Vorwärtsgangs der Rückwärtsgang wieder eingelegt werden würde. Das Einlegen des Rückwärtsgangs ist aber nun mit einer Steifigkeit verbunden, die sich von der Steifigkeit beim Einlegen der ersten Vorwärtsgangstufe unter­ scheidet, was nach dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt wird, worauf­ hin ein Schließen der den Antriebsmotor mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbindenden Kupplung verhindert wird, so dass schließlich das Fahrzeug nicht rückwärts anstatt vorwärts losfährt.

Nach einer Weiterbildung des Verfahrens ist es dabei vorgesehen, dass die Weg­ messung als Messung der vom Aktuator zurückgelegten Drehwinkelinkremente durchgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Aktuator ein Elektromotor ist, wenn aber beispielsweise anstatt eines solchen Elektromotors Hydraulikelemente für den Wählvorgang und den Schaltvorgang vorgesehen sind, so kann eine Wegmessung als Verfahrweg eines Kolbens eines hydraulischen Stellglieds erfasst werden.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei vorgese­ hen, dass die Krafterfassung als Erfassung der Spannung und oder des Strom­ werts der Aktuators durchgeführt wird. Bei einem hydraulischen Aktuator kann die Krafterfassung über eine Erfassung der Druckbeaufschlagung der wirksamen Kol­ benfläche durchgeführt werden. Aus der festgestellten Kraft und der Wegmessung in Form der beispielsweise vorstehend genannten Drehwinkelinkrementmessung ergibt sich ein Zusammenhang zwischen der Spannung und/oder dem Stromwert und den Drehwinkelinkrementen, der für die einzelnen Gangstufen charakteri­ stisch ist, so dass über den Zusammenhang der am Aktuator anliegenden Span­ nung und/oder dem den Aktuator beaufschlagenden Stromwert und den zurück­ gelegten Drehwinkelinkrementen festgestellt werden kann, ob beim überwachten Wählvorgang oder Schaltvorgang ein signifikantes Abweichen von den Sollwert­ vorgaben stattfindet, also dem gelernten Zusammenhang zwischen den Drehwin­ kelinkrementen und der Spannung bzw. dem Strom.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Überwachung der Steifigkeit in Abhängigkeit der Drehrich­ tung des Aktuators durchgeführt wird. Damit kann das Verfahren auch bei Getrie­ ben mit Kulissenanschlägen durchgeführt werden, die annähernd gleiche Endan­ schlagsteifigkeiten in allen Gängen aufweisen, bei denen aber schaltrichtungsab­ hängig unterschiedliche Steifigkeiten der mechanischen Übertragungsstrecke ge­ geben sind. Eine solche Verfahrensausgestaltung kann beispielsweise bei einem automatisierten Schaltgetriebe von Vorteil sein, bei dem die erste Gangstufe in der gleichen Schaltgasse wie die Rückwärtsgangstufe liegt, aber in entgegengesetzter Schaltrichtung zu schalten ist. Bei einem elektromotorischen Aktuator führt daher das Schalten der ersten Gangstufe zu einer anderen Drehrichtung als das Schal­ ten der Rückwärtsgangstufe, so dass aufgrund der Drehrichtungsumkehr unter­ schiedliche Steifigkeiten festgestellt werden können selbst dann, wenn das Anfah­ ren der Endanschläge des Rückwärtsgangs und des ersten Gangs mit gleichen Endanschlagsteifigkeiten verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Verwendung als Ver­ schaltsicherung gegen ein Verschalten zwischen der Vorwärtsfahrtrichtung und der Rückwärtsfahrtrichtung des automatisierten Schaltgetriebes vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der am Aktuator anliegenden Steuerspannung und dem sich daraus ergeben­ den Drehwinkel; und

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Steifigkeiten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines automatisierten Schaltgetriebes be­ schrieben, welches unterschiedliche Schaltgassen für den Rückwärtsgang und den ersten Gang aufweist.

Ausgangssituation ist dabei ein eingelegter Rückwärtsgang und es soll für die Fahrt des Fahrzeugs nach vorne der erste Gang eingelegt werden. Im Bereich der Kraftübertragung vom Wählaktuator zur zentralen Schaltwelle des Getriebes liegt eine Störung in der Form beispielsweise eines Bruchs des dem Wählaktuator nachgeschalteten Schneckengetriebes vor.

Zur Durchführung des Wählvorgangs wird der Wählaktuator mit Strom beauf­ schlagt, was zu einer Drehung der Ankerwelle des elektrischen Wählmotors führt. Die Drehwinkelinkremente werden erfasst, was dazu führt, dass die Programm­ steuerung des Wählmotors von einem richtigen Funktionieren des Wählvorgangs ausgeht. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Bruchs im Schneckengetriebe des Wählaktuators führt die Drehbewegung der Ankerwelle aber nicht zu einer zum Wählen der richtigen Schaltgasse des ersten Gangs erforderlichen Betäti­ gung der zentralen Schaltwelle, so dass sich der Schaltfinger der zentralen Schaltwelle immer noch in der Schaltgasse des Rückwärtsgangs befindet. Nach vermeintlich richtigem Abschluß des Wählvorgangs wird der Schaltmotor, also der Schaltaktuator mit Strom beaufschlagt, so dass anstelle des ersten Gangs wieder der Rückwärtsgang eingelegt wird.

Das Einlegen des ersten Gangs ist mit einer Steifigkeit verbunden, die sich von der Steifigkeit beim Einlegen des Rückwärtsgangs signifikant unterscheidet. Die Programmsteuerung des Schaltmotors hat die dem Schalten des ersten Gangs und dem Schalten des Rückwärtsgangs zugeordneten Steifigkeiten gelernt oder in Form von Tabellenwerten zur Verfügung, so dass die beim fälschlicherweise Ein­ legen des Rückwärtsgangs festgestellte Steifigkeit mit der Sollsteifigkeit verglichen wird, die für das Einlegen des ersten Gangs in Vorwärtsfahrtrichtung charakteri­ stisch ist. Dieser signifikante Unterschied zwischen der festgestellten Steifigkeit und der Sollsteifigkeit wird nach dem Verfahren festgestellt und ein Schließen der Kupplung zwischen dem automatisierten Schaltgetriebe und dem Antriebsmotor verhindert. Ein Anfahren des Fahrzeugs nach hinten ist damit unterbunden wor­ den.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt nun ein Diagramm des Drehwinkels des Schaltmotors, also des für den Schaltvorgang zuständigen Aktuators aufgetragen über die an ihm anliegende Steuerspannung. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, weist der obere Linienzug 1 eine deutlich höhere Steigung auf als der untere Linienzug 2. Der obere Linienzug ist dabei dem ersten Gang zugeordnet, während der untere Linienzug 2 dem Rückwärtsgang zugeordnet ist. Bei der dargestellten relativen Steuerspannung und dem darüber aufgetragenen relativen Drehwinkel ist es ohne weiteres ersichtlich, dass beim Linienzug 2, also dem Rückwärtsgang der relative Drehwinkel des Schaltmotors bei gleicher Steuerspannung deutlich niedriger ist als beim oberen Linienzug 1, also dem dem ersten Gang zugeordneten Linienzug.

Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Steifigkeit beim Einlegen des Rück­ wärtsgangs höher ist als die Steifigkeit beim Einlegen des ersten Gangs, was bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel dazu führt, dass eine deutlich höhere Steifigkeit festgestellt wird als die zu erwartende Sollsteifigkeit für den ersten Gang, dass also in den Rückwärtsgang geschaltet wurde anstelle des ersten Vor­ wärtsgangs.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine Darstellung der entsprechenden Steifigkeiten bei einer Reihenüberprüfung von automatisierten Schaltgetrieben mit verschiedenen Aktuatoren.

Zur Erläuterung wurde dabei die Steifigkeit des ersten Gangs (Gang 1) und des Rückwärtsgangs (Gang R) hervorgehoben. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, ist die Steifigkeit der mechanischen Übertragungsstrecke zwischen dem Aktuator und den getriebeinternen Betätigungselementen bei allen untersuchten Kombinationen aus Getrieben und verschiedenen Aktuatoren höher als die entsprechende Steifig­ keit des ersten Gangs. Es liegt daher zwischen den Steifigkeiten des ersten Gangs und des Rückwärtsgangs ein signifikanter Unterschied vor, so dass auf­ grund dieses Unterschieds zwischen einem geschalteten ersten Gang und einem geschalteten Rückwärtsgang unterschieden werden kann.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfin­ dung wird im übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwie­ sen.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die An­ melderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbil­ dung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selb­ ständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rück­ bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Tei­ lungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verste­ hen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abände­ rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschrei­ bung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Ver­ fahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung der eingelegten Gangstufe eines automati­ sierten Schaltgetriebes, welches mit mindestens einem Aktuator zum Wählen der Schaftgasse und zum Schalten der Gangstufe versehen ist und mittels einer Kupplung mit einem Antriebsmotor koppelbar ist, da­ durch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der mechanischen Übertra­ gungsstrecke zwischen dem Aktuator und der Gangstufe überwacht wird und ein Schließen der Kupplung bei einem Abweichen der festgestellten Steifigkeit von der Sollsteifigkeit verhindert wird.

2. Verfahren insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit beim Schalten der Gangstufe überwacht wird.

3. Verfahren insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Steifigkeit beim Wählvorgang Überwacht wird.

4. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zur Überwachung der Steifigkeit eine Erfassung der vom Aktuator erbrachten Wählkraft und/oder Schaltkraft und eine Weg­ messung durchgeführt wird.

5. Verfahren insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmessung als Messung der vom Aktuator zurückgelegten Drehwin­ kelinkremente durchgeführt wird.

6. Verfahren insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafterfassung als Erfassung der Spannung und/oder des Stromwerts des Aktuators durchgeführt wird.

7. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Überwachung der Steifigkeit in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Aktuators durchgeführt wird.

8. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche als Verschaltsicherung gegen ein Verschalten zwischen der Vorwärtsfahrt­ richtung und der Rückwärtsfahrtrichtung des automatisierten Schaltgetrie­ bes.