DE10101597A1 - Getriebe - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Getriebe und ein Verfahren zum Steuern eines automatisierten Getriebes.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren insbesondere zur Steuerung oder Schaltung
eines Getriebes, sowie ein Getriebe.
In Kraftfahrzeugen sind Getriebe zur Anpassung der Motordrehzahl an die
Fahrgeschwindigkeit seit langem bekannt. Dabei unterscheidet man zwischen
Schaltgetrieben mit und ohne Zugkraftunterbrechung bei Schaltvorgängen
zwischen einzelnen Getriebeübersetzungen. Solchen Getrieben kann vorteilhaft
eingangsseitig eine Anfahrkupplung zugeordnet sein, mittels welcher der
Antriebsstrang im Bedarfsfalle geöffnet oder geschlossen werden kann.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Getriebe ohne
Zugkraftunterbrechung, welche mittels einer eingangsseitigen Anfahrkupplung
und zumindest einer lastschaltfähigen Schaltkupplung oder zumindest einer
Lastschaltkupplung versehen sind. Solche Getriebe sind beispielsweise in der
DE 198 59 458 und der älteren DE 199 45 473 offenbart. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich weiterhin auf die DE 198 59 458 und die ältere DE 199 45 473,
deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden
Anmeldung gehört.
Auch kann ein lastschaltfähiges Getriebe ein Getriebe sein, bei welchem im
wesentlichen jede Schaltkupplung zur Schaltung der einzelnen Gänge
lastschaltfähig ist und bei welchem die Getriebegänge zumindest im
wesentlichen unabhängig voneinander beispielsweise automatisiert betätigt oder
geschaltet werden können.
Bei lastschaltfähigen Getrieben ist der Abbau des Drehmomentes vor dem
Gangwechsel sehr entscheidend für den Komforteindruck des Fahrers von dem
Schaltvorgang. Aufgrund ungewollter Differenzen von Drehmomenten im
Bereich der Anfahr- und/oder Schaltkupplung kann dieser Schaltvorgang als
sehr ruckartig und unkomfortabel empfunden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Getriebe zu schaffen,
welche Schaltvorgänge komfortabel durchführen lassen und gleichzeitig schnell
und einfach durchführen fassen.
Dies wird erfindungsgemäß durch erreicht, daß das Abtriebsmoment am Abtrieb
des Getriebes durch die Steuerung des anliegenden Motormoments und/oder
des von der Anfahrkupplung übertragenden Drehmoments sowie durch eine
Steuerung des von einer Schaltkupplung übertragbaren Drehmomentes
bestimmt.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Schaltkupplung entsprechend des eingelegten
Ganges bis zum Abbau des Abtriebsmomentes geschlossen bleibt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn eine Schaltkupplung entsprechend eines nicht
eingelegten Ganges zur Reduzierung des Abtriebsmomentes angesteuert wird.
Entsprechend ist es auch zweckmäßig, wenn bei bekanntem Momentenverlauf
einer Schaltkupplung zu einem nicht eingelegten Gang, durch die Steuerung des
Motormomentes und/oder des von der Anfahrkupplung übertragbaren
Drehmomentes ein gezielter Verlauf der Absenkung oder Erhöhung des
Abtriebsmomentes erreicht wird.
Vorteilhaft ist die betätigte Schaltkupplung die Kupplung des neu einzulegenden
Ganges ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die betätigte Schaltkupplung nicht die Kupplung des
neu einzulegenden Ganges ist.
Gemäß eines weiteren Gedankens der Erfindung ist es bei einem Verfahren
zur Steuerung eines Gangwechsels eines Getriebes, wobei das Getriebe eine
Anfahrkupplung und zumindest eine Schaltkupplung zur Schaltung der
Übersetzungsstufen aufweist, wobei das Motormoment mittels eines
Steuergerätes und eines Aktuators steuerbar ist und die Kupplungen mittels
zumindest eines weiteren Aktuators steuerbar sind, vorteilhaft, wenn der
Schaltvorgang in mehreren Phasen erfolgt, wobei in einer ersten Phase das
Motormoment und das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment
reduziert werden, in einer zweiten Phase die Schaltkupplung des Zielganges
durch Ansteuerung eines Aktuators beaufschlagt wird und die Schaltmuffe des
aktuellen Ganges in Richtung Neutral beaufschlagt wird, in einer dritten Phase
wird der alte Gang bei einem vorgegebenen Restdrehmoment an der Kupplung
des alten Ganges herausgenommen und in einer vierten Phase wird die
Kupplung des Zielganges eingerückt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn in der vierten Phase das von der
Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment erhöht wird. Gemäß eines weiteren
Gedankens ist es zweckmäßig, wenn in der vierten Phase das Motormoment
erhöht wird.
Auch ist es zweckmäßig, wenn das von der Anfahrkupplung übertragbare
Drehmoment schneller erhöht wird als das Motormoment.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn am Ende der dritten Phase
Drehzahlgleichheit für den neuen Gang erreicht ist, also der neue Gang
synchronisiert ist.
Auch ist es zweckmäßig, wenn in der ersten Phase der Abbau von
Kupplungsmoment und Motormoment mit nicht schlupfender Kupplung erfolgt.
Vorteilhaft ist, wenn in der ersten Phase der Abbau von Kupplungsmoment und
Motormoment mit schlupfender Kupplung erfolgt.
Gemäß einem weiteren erfinderischen Gedanken wird die Aufgabe der
Erfindung bei einem Verfahren zur Steuerung eines Gangwechsels eines
Getriebes, wobei das Getriebe eine Anfahrkupplung und zumindest eine
Schaltkupplung zur Schaltung der Übersetzungsstufen aufweist, wobei das
Motormoment mittels eines Steuergerätes und eines Aktuators steuerbar ist
und die Kupplungen mittels zumindest eines weiteren Aktuators steuerbar sind
auch dadurch gelöst, daß Differenzmomente als Differenz eines von der
Anfahrkupplung übertragbaren Drehmoments und von einer Schaltkupplung
des Zielganges übertragbaren Drehmomentes anhand einer bestimmten
Beschleunigung der Getriebeeingangswelle ermittelt werden.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn mittels der Getriebeeingangsdrehzahl und dem
von der Anfahrkupplung übertragbaren Drehmoment MAK das von der
Schaltkupplung MSK übertragbare Drehmoment bestimmt wird.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn mittels der Getriebeeingangsdrehzahl und
der Getriebeausgangsdrehzahl eine Differenzdrehzahl ΔnSK an der
Schaltkupplung bestimmt wird.
Vorteilhaft ist auch, wenn mittels der Differenzdrehzahl an der Schaltkupplung
gemäß der Gleichung ΔMAK = f (ΔnSK) eine ansteuerbare Änderung ΔMAK
des von der Anfahrkupplung übertragenen Drehmoments bestimmt wird.
Auch ist es zweckmäßig, wenn das von der Anfahrkupplung übertragbare
Drehmoment MAK durch MAK = MSK/i + ΔMAK bestimmt wird, wobei i die
Übersetzung des Zielganges ist.
Gemäß einem weiteren erfinderischen Gedanken wird die Aufgabe der
Erfindung bei einem Verfahren zur Steuerung eines Gangwechsels eines
Getriebes, wobei das Getriebe eine Anfahrkupplung und zumindest eine
Schaltkupplung zur Schaltung der Übersetzungsstufen aufweist, wobei das
Motormoment mittels eines Steuergerätes und eines Aktuators steuerbar ist
und die Kupplungen mittels zumindest eines weiteren Aktuators steuerbar sind
auch dadurch gelöst, daß die Steuerung der Getriebesynchronisierung in vier
Schritten erfolgt: im ersten Schritt wird das von der Anfahrkupplung
übertragbare Drehmoment abgesenkt, im zweiten Schritt wird das
Momentengleichgewicht als Gleichheit zwischen dem von der Anfahrkupplung
übertragbaren Drehmoment und dem von einer Schaltkupplung des Zielganges
übertragbaren Drehmoment bestimmt, im dritten Schritt wird das von der
Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment weiter abgesenkt, bis ein
Wendepunkt der Getriebeeingangsdrehzahl erkannt wird und im vierten Schritt
wird das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment auf den Wert des
Gleichgewichtsmometes geregelt.
Vorteilhaft ist, wenn der Wert des Gleichgewichtsmomentes als
Kupplungsmomentwert bei dem Maximum oder Minimum der
Getriebeeingangsdrehzahl erkannt wird.
Zweckmäßig ist es auch, wenn der Maximumwert oder der Minimumwert der
Getriebeeingangsdrehzahl durch Differenzwert- oder Ableitungsbildung
ermittelt wird.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beispielhaft näher
erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Getriebes,
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung eines Schaltungsablaufs,
Fig. 3 ein Blockschaltbild zum Schaltungsablauf,
Fig. 4a ein Diagramm,
Fig. 4b ein Diagramm,
Fig. 4c ein Diagramm,
Fig. 5a ein Diagramm,
Fig. 5b ein Diagramm,
Fig. 6 ein Blockschaltbild,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines
Getriebes,
Fig. 8a ein Diagramm,
Fig. 8b ein Diagramm,
Fig. 9 ein Diagramm,
Fig. 10 ein Blockschaltbild,
Fig. 11a ein Diagramm,
Fig. 11b ein Diagramm,
Fig. 11c ein Diagramm,
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Getriebes und
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Getriebes.
Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Getriebes 1 im Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird der Antriebsmotor 2 durch das
Massenträgheitsmoment JMot repräsentiert und der dem Getriebe folgende
Antriebsstrang des Fahrzeuges 4 durch das Massenträgheitsmoment Jfzg.
Die Kupplung 3 ist zwischen Antriebsmotor 2 und Getriebe 1 als Anfahrkupplung
(AK) angeordnet.
Das Getriebe umfaßt unter anderem die beiden Übersetzungsstufen 10 und
11, welchen die Lastschaltkupplungen 12 (SK1) und 13 (SK2) zugeordnet sind.
Die Übersetzungsstufen weisen dabei die Übersetzungen i1 und i2 auf.
Ein wesentlicher Bestandteil einer Lastschaltung eines lastschaltfähigen
Getriebes 1 stellt der Abbau und Aufbau des Abtriebsmoments am Abtrieb 4
des Getriebes 1 auf das Momentenniveau der Lastschaltkupplung dar.
Im folgenden wird eine Strategie für ein Getriebe mit zwei unabhängigen
Schaltkupplungen, mit der das Abtriebsmoment nach einem vorgegebenen
Verlauf abgebaut werden kann, dargestellt. Dafür wird der zeitliche Verlauf
des von der Schaltkupplung, wie Lastschaltkupplung, übertragbaren
Drehmomentes, wie Schaltkupplungsmoments, vorausgesetzt. Je nach
Betriebszustand der Anfahrkupplung 3, ob sie haftend oder schlupfend
betrieben wird, kann das Motormoment MMot bzw. das Kupplungsmoment MAK
als das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment gesteuert werden,
um ein gewünschtes Abtriebsmoment einzustellen.
Ein Merkmal eines Schaltungsablaufs einer lastschaltenden Schaltung stellt
der Abbau des Abtriebsmoments Mab zu Beginn der Schaltung dar. Der Abbau
kann dabei durch folgende Komponenten erfolgen:
- 1. durch Sollvorgaben an die Motorsteuerung kann das Motormoment redu ziert werden,
- 2. das übertragbare Drehmoment der Anfahrkupplung AK kann reduziert wer den;
- 3. ein zusätzliches Drehmoment einer Lastschaltkupplung SK kann das Ab triebsmoment reduzieren.
Als schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für ein lastschal
tendes Getriebe 2 von einem in Fig. 1 dargestellten Getriebeschema mit zwei
unabhängigen Schaltkupplungen SK1 und SK2 ausgegangen. Während des
Abbaus des Motormoments MMot wird bei geschlossener Schaltkupplung SK1
ein zusätzliches Drehmoment von der Schaltkupplung SK2 aufgebaut, also von
ihr übertragen.
Aus Komfortgründen ist es vorteilhaft, wenn der Abbau des Abtriebsmoments
MAb modellierbar ist. Um die thermische Belastung der Schaltkupplung mög
lichst gering zu halten, sollte sie nicht gleich zu Beginn des Momentenabbaus
ein Moment übertragen. Vorteilhaft ist es somit, wenn das Abtriebsmoment mit
dem Motormoment und/oder dem Kupplungsmoment und dem Schaltkupp
lungsmoment verknüpfbar ist, wobei beispielsweise aus einem gegebenen
Verlauf des Abtriebsmoments und einem Momentenverlauf an der Schalt
kupplung auf ein gesuchtes Moment an der Anfahrkupplung geschlossen wer
den kann. Ein mögliches Beispiel zeigt Fig. 2 mit einem linearen Abbau von
MAb und einem linearen Aufbau von MSK2. Entscheidend ist der Verlauf des
Motormoments MMot bzw. das Kupplungsmoment MAK bei schlupfender Kupp
lung für das Abtriebsmoment.
Die Fig. 2 zeigt eine zeitliche Darstellung des Motormoments MMot, des Ab
triebsmoments Mab, des Moments MSK2 der Schaltkupplung SK2 und der An
fahrkupplung MAK. Für t im Zeitbereich t0 bis t1 ist das Abtriebsmoment und das
Motormoment im wesentlichen konstant. Anschließend soll im Zeitbereich von
t1 bis t3 das Abtriebsmoment reduziert werden.
Die Fig. 2 zeigt, wie beispielsweise das Motormoment und/oder des Moment
der Anfahrkupplung reduziert wird und das Moment der Lastschaltkupplung
SK2 erhöht wird. Dabei wird das Motormoment im Zeitbereich von t1 bis t2 mit
einer anderen Rate, wie Steigung, reduziert als im Zeitbereich von t2 nach t3,
wobei gleichzeitig im Zeitbereich von t2 nach t3 das von der Kupplung SK2
übertragbare Drehmoment erhöht wird.
Es gelten folgende Momentengleichgewichte:
Daraus folgt
Gleichung (1) gilt allgemein für haftende und schlupfende Anfahrkupplung. Im
haftenden Zustand ergibt sich für das von der Anfahrkupplung übertragene
Moment MAK:
Unter der Annahme, daß SK1 während des Momentenabbaus geschlossen
bleibt, gilt:
und damit
Damit ergibt sich für eine haftende Anfahrkupplung:
Mit Hilfe von Gleichung (1) und (2) läßt sich das Motormoment (bzw. Kupp
lungsmoment im schlupfenden Fall) berechnen, welches einen geforderten
zeitlichen Verlauf des Abtriebsmoments MAb(t) bei gegebenem MSK2(t) erzeugt.
Für den einfachen Fall von Abb. 2 läßt sich bei schlupfender Anfahrkupplung
die Steigung des Kupplungsmomentes AK aus der zeitlichen Ableitung von
Gleichung (1) bestimmen:
Entsprechend kann man bei haftender Kupplung aus Gleichung (2) die Stei
gung des Motormoments Mot berechnen:
Mit
erhält man
In der Steuerung einer Kupplung, wie einer Lastschaltkupplung, kann man die
Beziehungen (1) und (2) für einen gesteuerten Abtriebsmomentenabbau be
nutzen.
Die Fig. 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ablaufdiagramm. Aus Komfort
gründen kann man die Dauer des Momentenabbaus tAb sowie den zeitlichen
Verlauf des Abtriebsmomentes MAb(t) festlegen, wobei dies in einem weiteren
Ausführungsbeispiel nicht festgelegt sein muß. Im Ausführungsbeispiel ist ein
Momentenaufbau an der Schaltkupplung MSK2(t) vorgegeben, der aber auch in
Abhängigkeit von Betriebsparametern erfolgen kann. Danach erfolgt ein zeit
diskreter Ablauf im Steuerungs-Interrupt. Dabei ist zu unterscheiden, ob die
Anfahrkupplung schlupft oder haftet und ob entweder das Kupplungssollmo
ment und/oder das Motormoment oder das Motorsollmoment berechnet wer
den.
Weiterhin ist es auch möglich, daß zwischen Sollmoment und Istmoment von
Motor und Kupplung ein zeitlich verzögertes Verhalten, wie beispielsweise ein
PT1-Verhalten mit Totzeit, existieren kann, das gegebenenfalls berücksichtigt
werden kann.
Die Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm 100, in welchem bei 101 der Schaltvor
gang begonnen wird. In Block 102 wird das Abtriebsmoment Mab(t) und das
von der Kupplung SK2 übertragbare Drehmoment MSK2 festgelegt. Auch wird
die Zeitdauer des Abbaus tab festgelegt. Diese entspricht im wesentlichen der
Zeitdauer t3-t1 der Fig. 2.
In Block 103 wird abgefragt, ob die Kupplung schlupft, ob also die Drehzahl der
Getriebeeingangswelle kleiner als die Motordrehzahl ist: nGE < nmot. Ist dies
nicht der Fall, wird in Block 104 das Motormoment bestimmt, welches ange
steuert werden soll. Dies ergibt sich aus Gleichung (2). Anschließend wird in
Block 105 das Motor-Sollmoment dem bestimmten Motormoment gleichge
setzt.
Ist die Abfrage des Blocks 103 wahr, wird in Block 106 das von der Anfahr
kupplung AK übertragbare Drehmoment gemäß Gleichung (1) bestimmt und in
Block 107 wird das Soll-Kupplungsmoment gleich dem berechneten Moment
MAK gesetzt und angesteuert.
In Block 108 wird abgefragt, ob der Momentenabbau beendet ist, also tn < tAB
ist. Ist dies der Fall, wird bei Block 109 der Schaltvorgang weitergeführt ande
renfalls wird bei Block 103 das Verfahren noch einmal durchlaufen.
Vorteilhaft ist es, wenn durch Anlegen der Schaltkupplung, wie beispielsweise
Kegelkupplung, des neuen Gangs ein Moment auf den Abtrieb übertragen
wird, während durch zeitgleiches beispielsweise teilweises Öffnen der Anfahr-
oder Hauptkupplung zwischen Motor und Getriebe die eigentliche Drehzahlan
passung im Getriebe bewirkt wird.
Dabei ist es einerseits vorteilhaft, wenn die während des gesamten Gang
wechselvorgangs in die Kegelkupplung eingetragene Reibenergie möglichst
gering gehalten wird, damit diese Bauteil nicht vorzeitig zerstört wird. Anderer
seits müssen die in den Kupplungen (Kegelkupplung, Hauptkupplung) wirken
den Reibmomente aufeinander abgestimmt werden, daß sich während dem
gesamten Vorgang keine vom Fahrer als störend empfundene Momenten
sprünge oder rasche Momentenänderungen ergeben.
Der koordinierte Schaltablauf mit gleichzeitiger Betätigung von Getriebe und
Kupplung sowie Motoreingriff und die daraus resultierenden Drehzahlen von
Motor und Getriebe sind beispielsweise in den Fig. 4a bis 4c gezeigt.
Der Schaltablauf umfaßt 4 Phasen, I, II, III und IV. Er wird ausgelöst durch die
Schaltabsicht 201 entsprechend einem Fahrerwunsch durch eine Tipschal
tung oder ein Kickdown-Signal oder ein anderes Signal oder durch ein auto
matisches Schaltprogramm der Getriebesteuerung.
Neben dem Zielgang müssen auch weitere, die bevorstehende Schaltung
beschreibende Parameter wie Auffüllmoment, Momentengradienten oder Zeit
parameter von der Steuereinheit vorgegeben werden. Die Schaltung läuft wie
folgt ab:
Phase I: Das Motormoment und das von der Kupplung, wie Anfahrkupplung,
übertragbare Drehmoment, wie Kupplungsmoment werden gemeinsam abge
baut 202. Es besteht die Möglichkeit, dies nicht schlupfend durchzuführen, da
das Motormoment kleiner ist als das Kupplungsmoment oder dies schlupfend
durchzuführen, wenn das Kupplungsmoment kleiner ist als das Motormoment.
Phase II: Parallel zum Abbau von Motor- und Kupplungsmoment wird die
Schaltkupplung, wie beispielsweise Kegelkupplung, des Zielgangs mit Span
nung beaufschlagt 203. Dementsprechend wird ein Rutschmoment an der
Kegelkupplung aufgebaut 204, während der alte Gang noch formschlüssig
eingelegt ist.
Damit der vom Fahrer spürbare Momentenabbau stetig bleibt, werden die
Abbaugeschwindigkeiten von Motor- und Kupplungsmoment vorzugsweise
gegenüber Phase I korrigiert 205.
Parallel zum Anlegen der Kegelkupplung des Zielganges, wird die Schiebe
muffe des alten Ganges mit einer Vorspannung in Richtung Neutral beauf
schlagt 206.
Phase III: Den Übergang von Phase II zu Phase III 207 bildet das Loslaufen
des Schaltaktuators des alten Ganges infolge der Vorspannung und des Ab
sinkens des Momentes in der Klauenkupplung des alten Ganges unter die
vorspannungsabhängige Auslegeschwelle. Diese Auslegeschwelle ist eine sich
aus der Geometrie der Klauenkupplung und den Reibungsverhältnissen in der
Schaltbetätigung ergebende Größe.
Weil in der Regel das ins Getriebe eingeleitete Moment und das Reibmoment
an der Kegelkupplung des neuen Ganges nicht übereinstimmen 208, erfolgt
das Herausnehmen des alten Ganges, wenn noch ein Restmoment in der
entsprechenden Klauenverzahnung übertragen wird. Deshalb gibt es am Abtrieb
einen kleinen Momentensprung und die Eingangswelle wird zu Beginn der
Phase III zunächst zumindest geringfügig beschleunigt 209. Vorteilhaft ist es
dabei, die Vorspannung so zu wählen, daß der Fahrer diesen kleinen Momen
tensprung nicht als störend wahrnimmt.
Vorteilhaft erreicht das Rutschmoment an der Kegelkupplung zeitgleich mit
dem Herausziehen des alten Gangs das Ziel-Auffüllmoment 210. Würde der
Gang früher herausgezogen, wenn das Kupplungsmoment kleiner ist als ange
nommen, würde die Momentenauffüllung kleiner als beabsichtigt, siehe Fig.
5a. Würde das Zielmoment in der Kegelkupplung erreicht, bevor der alte Gang
herausgenommen wird, kann man das in das Getriebe eingeleitete Moment,
wie Motor- bzw. Kupplungsmoment, allein weiter abbauen siehe Fig. 5b.
Das Herausziehen des alten Ganges bei einem bestimmten, wie berechneten
oder abgeschätzten, Restmoment an der Klauenkupplung ist ein wesentlicher
Aspekt eines Ausführungsbeispiels der beschriebenen erfinderischen Lösung.
Daraus kann das dem bekannten Restmoment an der Klauenverzahnung ent
sprechende Momentenungleichgewicht zwischen Einleitung ins Getriebe und
Schaltkupplung, wie beispielsweise Kegelkupplung, ermitteln.
Nachdem der Übergang von Phase II zu Phase III bestimmt oder erkannt wor
den ist, wird das Rutschmoment der Hauptkupplung vorteilhaft auf einen Wert
reduziert, der kleiner als das Rutschmoment in der Kegelkupplung ist 211. Dies
ist ein weiterer Aspekt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In Fig. 4a
ist eine sprunghafte Sollwertänderung des von der Anfahrkupplung übertragba
ren Drehmomentes dargestellt, wobei die Systemantwort erfolgt etwas verzö
gert erfolgt. Das Motormoment 202 ist in dieser Phase größer als das Kupp
lungsmoment 211, damit die Kupplung schlupft und somit schwere Motorma
sse abgekoppelt wird. Somit erfolgt zunächst nur die Synchronisierung des
Getriebes 213. Mit Motormoment ist das aus der Verbrennung erzeugte Mo
tormoment korrigiert um den auf die Eigenbeschleunigung bzw. -verzögerung
der Drehmasse des Motors entfallende Anteil gemeint. Es handelt sich also um
das am nach dem Schwungrad in die Kupplung eingeleitete Motormoment. Der
Schaltaktuator des alten Ganges wird nach Neutral verfahren 214. Das Ende
der Phase III wird durch das Erreichen der Drehzahlgleichheit für den neuen
Gang beschrieben. Da bei diesem Gleit-Haft-Übergang das in den Triebstrang
eingeleitete Moment vom Rutschmoment der Kegelkupplung auf den Wert des
Rutschmomentes der Hauptkupplung springt 215, sollte das Moment der
Hauptkupplung zum Ende der Synchronisierung hin bis auf eine akzeptable,
vom Fahrer nicht störend wahrgenommene Schwelle unterhalb des von der
Schaltkupplung übertragenen Drehmomentes, wie Kegelkupplungsmomentes,
angehoben werden 216.
Falls die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 213 nach dem Reduzieren des
Kupplungsmomentes 204 nicht wie bestimmt sinkt, kann das Kupplungsmo
ment noch weiter abgesenkt werden. Dies kann beispielsweise als Ersatzstra
tegie durchgeführt werden.
Auch kann das Kupplungsmoment während der Synchronisierung des Getrie
bes konstant bleiben, daß heißt, die Zielwerte zu Beginn und Ende der Phase
III können auch gleich sein.
Phase IV: Nach der Drehzahlanpassung im Getriebe wird die Klauenkupplung
des neuen Gangs durchgeschaltet 217, die Kegelkupplung, wie Schaltkupp
lung, ist nicht mehr wirksam. Die Anfahrkupplung oder die Hauptkupplung baut
das Moment 218 schneller als der Verbrennungsmotor 219 auf, um auch die
Drehzahl des Motors an die neue Getriebedrehzahl anzupassen 220.
Ist gemäß Fig. 5a das physikalische Moment, welches durch die Hauptkupp
lung geleitet wird 330, niedriger als angenommen 331, wird der alte Gang
infolge der Vorspannung des Getriebeaktuators bereits zu einem Zeitpunkt 332
herausgenommen, zu welchem der Aufbau des Reibmomentes an der Kegel
kupplung des neuen Gangs 333 noch nicht den Zielwert der Momentenauffül
lung 334 erreicht hat.
Eine robuste Regelungsstrategie ist es, ab diesem Zeitpunkt das Moment in
der Kegelkupplung konstant zu halten 335 und die Hauptkupplung relativ zum
aktuellen Betriebspunkt um einen Betrag 336 zu öffnen, der größer als das
Restmoment im Triebstrang 337 beim Herausziehen des alten Ganges ist.
Dabei muß der nicht korrigierte angeforderte Absolutbetrag des Rutschmo
mentes der Hauptkupplung 338 nicht einmal kleiner als das ermittelte Moment
an der Kegelkupplung 335 sein. Das tatsächliche von der Hauptkupplung
übertragene Moment 339 liegt um den Fehlerbetrag niedriger, so daß die Ein
gangswelle des Getriebes synchronisiert werden kann.
Geht der Fehler in die andere Richtung, d. h., ist das tatsächlich durch die
Hauptkupplung geleitete Moment 440 gemäß Fig. 5b größer als
angenommen 441, kann der alte Gang noch nicht durch die Wirkung der
Vorspannung herausgezogen werden, wenn das Kupplungsmoment 442 der
Schalt- oder Kegelkupplung gerade seinen Zielwert 443 erreicht. Das
Kupplungsmoment der Anfahr- oder Hauptkupplung muß mit verhältnismäßig
kleinem Gradienten solange weiter abgebaut werden, bis an der
Klauenverzahnung des Getriebes die Auslegeschwelle 444 erreicht wird und
der Gang herausgenommen werden kann 445. Für die Synchronisierung ist
wieder ein auf den Momentanwert bezogener Momentenabbau 446 der
Hauptkupplung anzufordern.
Der beschriebene Schaltungsablauf wird schematisch auch in dem Block
schaltbild 500 der Fig. 6 dargestellt.
Folgende Variablennamen werden benutzt:
M_KK Moment an der Kegelkupplung des neuen Gangs
M_Füll_Ziel Ziel-Auffüllmoment an der Kegel- oder Schaltkupplung.
M_HK Rutschmoment der Haupt- oder Anfahrkupplung
M_Mot Moment des Verbrennungsmotors
M_aus Triebstrangmoment, bei dem die Vorspannung des Schaltaktuators den alten Gang auslegt
M_Syn Momentendifferenz zwischen Haupt- und Kegel- oder Schaltkupplung beim Synchronisieren
N_GE Drehzahl der Getriebeeingangswelle
dn_eine erlaubte Drehzahldifferenz beim Schalten des neuen Ganges
M_KK Moment an der Kegelkupplung des neuen Gangs
M_Füll_Ziel Ziel-Auffüllmoment an der Kegel- oder Schaltkupplung.
M_HK Rutschmoment der Haupt- oder Anfahrkupplung
M_Mot Moment des Verbrennungsmotors
M_aus Triebstrangmoment, bei dem die Vorspannung des Schaltaktuators den alten Gang auslegt
M_Syn Momentendifferenz zwischen Haupt- und Kegel- oder Schaltkupplung beim Synchronisieren
N_GE Drehzahl der Getriebeeingangswelle
dn_eine erlaubte Drehzahldifferenz beim Schalten des neuen Ganges
In Block 501 wird der Schaltvorgang begonnen. Nach der Abfrage 501, ob an
der Kegelkupplung das Ziel-Auffüllmoment bereits erreicht wurde, M_KK <
M_Füll_Ziel, erfolgt entweder der koordinierte Kupplungs- und Motoreingriff
allein 504, wobei dabei M_HK und/oder M_Mot dekrementiert wird, oder par
allel und abgestimmt mit dem weiteren Aufbau des Momentes an der Kegel
kupplung 503, wobei M_HK und/oder M_Mot dekrementiert und M_KK inkre
mentiert wird.
In Block 505 wird der Schaltaktuator des alten Gangs in Richtung auf Neutral
vorgespannt. Nachdem der alte Gang in Block 506 ausgelegt worden ist, wird
in Block 507 das Kupplungsmoment M_HK der Hauptkupplung sehr schnell um
den Betrag abgesenkt, der dem Restmoment M_aus beim Auslegen des alten
Ganges zuzüglich dem für die Synchronisierung notwendigen Differenzmoment
M_Syn entspricht, siehe 507. Der Beginn der Synchronisierung kann am
Drehzahlverlauf der Getriebeeingangswelle erkannt werden 508, wobei in
Block 508 abgefragt wird, ob die Getriebedrehzahl N_GE in Richtung auf die
Getriebezieldrehzahl n_GE_Ziel verändert wird.
Während der eigentlichen Synchronisierung wird dann der Momentenverlauf
der Hauptkupplung gemäß einer vorgebbaren Funktion in Abhängigkeit von
beispielsweise der Drehzahl, der Zieldrehzahl, dem zu schaltenden Gang so
wie dem aktuell errechneten Moment der Hauptkupplung gesteuert bzw. gere
gelt 510.
Nach Erreichen der Drehzahlgleichheit im Rahmen einer vorgebbaren Genau
igkeit 511, wird dann der neue Gang geschaltet, siehe 512, wobei bei 513 der
Schaltvorgang beendet ist.
Automatisierte Schaltgetriebe weisen Lastschaltkupplungen oder Schaltkupp
lungen zur Schaltung der Gänge des Getriebes auf, die beispielsweise als
Reibungskupplungen, wie ebene Kupplungen oder Kegelkupplungen oder als
Synchronisierkupplungen ausgebildet sein können. Die Synchronisierkupplun
gen können mit erhöhter Leistungsfähigkeit im Vergleich zu konventionellen
Synchronisierkupplungen von Handschaltgetrieben mit Zugkraftunterbrechung
ausgestattet sein. Damit können sie für eine Lastschaltung benutzt werden.
Differenzen zwischen dem Moment der Anfahrkupplung und dem Moment der
Synchronisierung beschleunigen aber die kleine Masse der Eingangswelle des
Getriebes sehr schnell und machen eine Steuerung der Synchronisation nicht
leicht.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Momentendifferenz erkannt werden kann und eine
Steuerungsstrategie durchgeführt wird, welche die Synchronisation der Ein
gangswelle erlaubt.
Ein wesentliches Problem bei der Synchronisierung stellt das empfindliche
Einstellen der absoluten Momente an der Schaltkupplung 602 MSK und der
Anfahrkupplung 601 MK dar. Die beiden Momente sind wie in Fig. 7 darge
stellt, entgegen gerichtet und über eine Übersetzung gekoppelt. Das Diffe
renzmoment MDiff. = MK - MSK/i wirkt auf die Getriebeeingangsmasse J, wie
Massenträgheitsmoment der Getriebeeingangswelle.
Die absoluten Drehmomente von Schaltkupplung 602 und Anfahrkupplung 601
sind nicht bekannt. Das Moment der Anfahrkupplung (AK) kann über eine
Tastpunktadaption oder eine Momentennachführung an das Motormoment
angeglichen werden. Diesbezüglich sei auf die DE 195 04 847 verwiesen,
deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmel
dungsunterlagen gehört.
Für den Fall, daß das von der Schaltkupplung übertragbare Drehmoment im
wesentlichen konstant ist, muß J durch Variation des von der Anfahrkupplung
übertragbaren Drehmomentes synchronisiert werden.
Wesentlich für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerungs
strategie ist, daß das Sollmoment der Anfahrkupplung linear oder anderweitig
reduziert wird. Damit folgt auch das Istmoment trotz einer gegebenenfalls vor
handenen Verschiebung um eine Totzeit mit etwa der gleichen Steigung.
Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Erreichen des Momentengleichgewichts des
Drehmomentes der Anfahrkupplung und des Momentes der Schaltkupplung
sich am Verhalten der Getriebeeingangsdrehzahl erkennen läßt. Dazu sind
folgende zwei Fälle zu unterscheiden:
- 1. Die Getriebeeingangsdrehzahl ist beim Erreichen des Gleichgewichts gleich der Motordrehzahl. Dies ist dann der Fall, wenn die Kupplung beim Mo mentenabbau nicht schlupft oder wenn beim Herausziehen des alten Gangs eine positive Momentendifferenz besteht, die die Eingangswelle wieder auf die Motordrehzahl beschleunigt. Eine Erkennung des Gleichge wichts erfolgt dann beispielsweise beim Ablösen der Eingangswelle vom Motor.
- 2. Die Getriebeeingangsdrehzahl ist kleiner als die Motordrehzahl. Diese Si tuation entsteht beispielsweise dann, wenn die Momentendifferenz nach Herausziehen des Gangs klein oder negativ ist oder im Verlauf der Steue rung der Synchronisierung. Dann wird die Eingangswellendrehzahl des Ge triebes zum Zeitpunkt des Momentengleichgewichts einen Extremwert (Ma ximum oder Minimum) durchlaufen, der zur Erkennung des Gleichgewichts punktes verwendet werden kann. Die Steuerung benutzt hier nur das Ma ximum, welches zum Zeitpunkt des Momentengleichgewichts nach Heraus ziehen des Ganges entsteht.
Bei Kenntnis des Gleichgewichtszeitpunkts und der dabei bestehenden Dreh
zahldifferenz kann unter Berücksichtigung des PT1-Verhaltens ein Umkehr
punkt der Drehzahl beispielsweise der Getriebeeingangswelle berechnet wer
den, bei dem das Kupplungsmoment wieder auf das Gleichgewichtsmoment
geregelt wird. Da für eine sprungartige Änderung des Sollmoments ein expo
nentielles Annähern des Istmoments resultiert (PT1-Verhalten), kann ein sanf
tes oder komfortables Synchronisationsende mit geringer Momentendifferenz
erreicht werden.
Die Steuerung der Synchronisierung erfolgt also in 4 Schritten:
- 1. Linearer Abbau des Kupplungsmomentes
- 2. Erkennung und Bestimmung des Momentengleichgewichts
- 3. Weiter linearer Abbau bis zum berechneten Umkehrpunkt
- 4. Zurückregeln des Kupplungsmomentes auf Gleichgewichtsmoment
Ein Parameter, der bei der Steuerung angepaßt werden kann, ist der Gradient
des linearen Momentenabbaus. Ein kleiner Gradient erleichtert die Erkennung
des Gleichgewichts, verlängert aber die Zeit bis zum Erreichen des Gleichge
wichts und belastet damit die Synchronisierung. Bei einem zu großen Gra
dienten ist der Umkehrpunkt unter Umständen schon erreicht, bevor eine Er
kennung überhaupt erfolgen konnte.
Die Fig. 8a und 8b zeigen die zeitliche Entwicklung der Motordrehzahl n
mot, der Getriebeeingangsdrehzahl n_GE und der Drehzahl der Getriebeaus
gangswelle n_GA, sowie die Differenzmomente MDiff des Soll- und des Istmo
ments. Dabei wird nur der Fall gezeigt, bei dem das Gleichgewicht am Ablö
sen der Eingangswelle vom Motor erkannt wird. Es wird nur die Anfahrkupp
lung im Moment variiert, die Synchronisierkupplung soll dabei ein konstantes
Moment übertragen. Daher kann man sich auf das Differenzmoment MDiff
zwischen Anfahrkupplung und Synchronisierkupplung beschränken. Es wird
eine Synchronisierung einer 1-2 Schaltung dargestellt.
Die Fig. 8b zeigt jeweils ein Minimum der Kurven für den Istwert und den
Sollwert der Momentendifferenz. Dieses kann als Maß für einen Wendepunkt
oder Umkehrpunkt des Drehzahlverlaufes der Getriebeeingangsdrehzahl an
gesehen werden.
Bei automatisierten Schaltgetrieben insbesondere mit unabhängig voneinander
schaltbaren Schaltkupplungen können Differenzen zwischen dem Synchroni
sierungsmoment MSK oder MSK/i und dem Kupplungsmoment MK zu schnellen
Drehzahländerungen der Eingangswelle führen. Dies macht die Synchronisie
rung der Eingangswelle steuerungstechnisch schwer beherrschbar.
Vorteilhaft kann es nun sein, wenn mit Hilfe der Getriebeeingangsdrehzahl nGE
das Kupplungsmoment MK und das Synchronmoment MSK abgleichbar ist, d. h.
deren Differenz festzustellen und in der Steuerung berücksichtigbar ist.
Für eine geregelte bzw. gesteuerte Synchronisierung ist es vorteilhaft, daß
man das Moment an der Schaltkupplung MSK des einzulegenden Ganges rela
tiv zum Anfahrkupplungsmoment MK kennt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerungsstrategie nutzt
das physikalische Verhalten eines Massenmodells und leitet aus den Differen
tialgleichungen dieses Modells eine Drehmomentdifferenz ab. Aus der Be
schleunigung der Getriebeeingangswelle kann auf das darauf wirkende
Drehmoment zurückgerechnet werden, welches genau aus der Differenz aus
Kupplungsmoment MK und Synchronmoment MSK/i nach der Übersetzung
besteht. In Fig. 7 ist das für ein Getriebe mit einer Schaltkupplung und einer
Anfahrkupplung verwendete Modell schematisch dargestellt, wobei nur eine
Schaltkupplung des Getriebes in einer vereinfachten Darstellung betrachtet
wird. Selbstverständlich enthält das Getriebe mehrere Schaltkupplungen zum
Schalten der einzelnen Getriebeübersetzungen. Das vereinfachte Modell ent
hält nur die Masse des Getriebeeingangs und die zwei Kupplungen sowie eine
Übersetzung.
Da die Steuerung der Synchronisierung innerhalb eines Interrupts, wie Zeitfen
ster, abläuft, wird auch in diesem Interruptzeit-Intervall Δt integriert. In Fig. 9
ist der zeitliche Verlauf einer Drehmomentes MK, welches von der Anfahr
kupplung übertragbar ist, dargestellt, wobei die verwendeten Bezeichnungen
schematisch eingezeichnet sind. MK(tn) und MK(tn-1) stellen Drehmomentwerte
zu den Zeitpunkten tn und tn-1 dar. Die Drehmomentdifferenz ergibt sich zu
ΔMK.
Es gilt:
mit Δn = nGE (tn-1) - nGE (tn)
wobei ΔMAK = MAK (tn-1) - MAK (tn)
Die Erkennung des Momentengleichgewichts durch die Beobachtung der Ein
gangswellendrehzahl erfolgt wie oben beschrieben. Nach dem Auskuppeln des
alten Ganges kann das Getriebe mit dem oben beschriebenen Modell darge
stellt werden und somit das Schaltkupplungsmoment MSK bestimmt werden.
Aus der Kenntnis der Momentendifferenz kann nun eine entsprechende Steue
rung bzw. Regelung wirksam werden. Als einfaches Beispiel wäre ein PID-
Regler denkbar, der als Eingangsgröße die Drehzahldifferenz an der Schalt
kupplung benutzt und als Ausgangsgröße ein Moment ΔMPID ausgibt, welches
der Momentendifferenz entspricht. Damit wird das Kupplungsmoment zu
MAK = MSK/i - ΔMPID.
Ein entsprechendes Ablaufdiagramm 700 ist in Fig. 10 dargestellt. In Block
701 wird der Schaltungsbeginn initialisiert und der Momentenabbau kann be
gonnen werden. In Block 702 wird abgefragt, ob ein Momentengleichgewicht
zwischen dem Moment MK und dem Moment MSK erreicht ist, also die zeitliche
Veränderung der Getriebeeingangswellendrehzahl dnge/dt = 0 ist. Solange das
nicht der Fall ist, wird Block 702 wiederholt. Anderenfalls wird in Block 703 das
Synchronmoment gemäß Gleichung (3) berechnet. In Block 704 wird die Diffe
renzdrehzahl dem Regler oder der Steuerung vorgegeben und als Ausgang ein
Differenzmoment erhalten. In Block 705 wird das Solldrehmoment MAK der
Anfahrkupplung bestimmt und angesteuert. In Block 706 wird abgefragt, ob
die Synchronisierung beendet ist, das heißt ob Δnsync = nGE/i - nGA = 0 ist. Ist
dies der Fall, wird der Schaltvorgang weiter durchgeführt, anderenfalls wird bei
Block 703 fortgefahren.
Erfindungsgemäß kann eine Schaltung eines Getriebeganges mit einer Last
schaltung in mehrere Phasen unterteilt werden, siehe Fig. 11a bis 11c, in
welchen ein zeitlicher Verlauf einer Zug-Hochschaltung dargestellt ist. Die Mo
mentenverläufe sind zur besseren Übersicht linear. Prinzipiell sind auch andere
Kurvenverläufe möglich. Für die Übersetzung des Getriebes wurde zur Vereinfa
chung i = 1 gewählt. Ein eingelegter Gang wird in der Skizze mit einem unendlich
großen Rutschmoment der jeweiligen Synchronkupplung als Modell für den
Formschluß dargestellt.
In Fig. 11a sind die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle nGE, der Aus
gangsweile nGA und des Motors nmot dargestellt. In Fig. 11b ist das Abtriebs
moment Mab am Abtrieb des Getriebes dargestellt. In Fig. 11c ist das von den
Kupplungen der Anfahrkupplung AK und den Schaltkupplungen SK1 und SK2
übertragbare Drehmoment MAK, MSK1 und MSK2 als Funktion der Zeit darge
stellt.
In Phase I beginnt die Schaltung, das Abtriebsmoment MAB wird gemäß einer
Komfort bestimmenden Funktion Mab(t) = f(t) abgebaut. Dazu wird das Motor
moment und/oder das Kupplungsmoment abgebaut. In Fig. 11a bis 11c ist
ein schlupfender Momentenabbau dargestellt.
In Phase II wird das Synchronmoment MSK2 an der Synchronkupplung SK2 des
Zielganges aufgebaut während der alte Gang noch eingelegt ist. Aufgrund der
Wirkung des Synchronmoments auf den Abtrieb wird gegebenenfalls der Ab
bau des Motor- bzw. Kupplungsmoments angepaßt.
In Phase III wird das von der Kupplung übertragbare Drehmoment weiter redu
ziert, bis der unter einer Vorspannung stehende alte Gang in Abhängigkeit von
der angelegten Kraft bei einer bestimmten Momentendifferenz zwischen
Kupplungsmoment MAK und Synchronmoment MSK2 herausgezogen werden
kann. Nach Herausziehen des Ganges wird das Abtriebsmoment nur noch
durch das Moment an der Synchronkupplung SK2 bestimmt. Bei einer Mo
mentendifferenz zwischen Kupplung und Synchronkupplung entsteht ein
Sprung im Abtriebsmoment. Außerdem wird die Getriebeeingangswelle durch
die Momentendifferenz beschleunigt, d. h. nGE steigt an (max. bis zu nMot). Da
nach wird das Kupplungsmoment MAK weiter abgebaut, bis der Punkt des
Momentengleichgewichts zwischen Kupplungsmoment MAK und Synchron
moment MSK2 erreicht wird.
In Phase IV wird durch Steuerung bzw. Regelung des Kupplungsmoments MAK
die Getriebeeingangswelle synchronisiert. Diese Phase wird verlassen, wenn
die Synchronkupplung des Zielganges ins Haften kommt und der Gang durch
geschaltet werden kann.
In Phase V wird das Abtriebsmoment aufgebaut und die Motordrehzahl auf die
Getriebeeingangsdrehzahl abgebremst. Diese Phase zeigt einen Momenten
aufbau bei einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG).
Die Fig. 12 zeigt schematisch die Anordnung 800 eines Getriebes 803 gemäß
der Erfindung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Antriebsmo
tor 801, einer Anfahrkupplung 802 und einem abtriebsseitigen Strang 804 und
einem angetriebenen Rad 805. Der Motor 801 ist mittels einer Motorsteuerung
810 steuerbar, so daß die Motordrehzahl und/oder das Motormoment steuer
bar ist. Die Anfahrkupplung 802 ist mittels eines Aktuators 811 automatisiert
betätigbar. Das Getriebe weist beispielhaft zwei schaltbare Kupplungen 806
und 807 auf, die mittels der Aktuatoren 812 und 813 automatisiert betätigbar
sind um die Übersetzung des Getriebes 803 zu schalten. Auch können mehr
als zwei Schaltkupplungen 806 und 807 vorgesehen sein, zur Schaltung von
mehr als zwei verschiedenen Getriebeübersetzungen.
Die Fig. 12 zeigt schematisch ein Getriebe 901 eines Kraftfahrzeuges, welches
einer Antriebseinheit 902, wie Motor oder Brennkraftmaschine, und einer An
fahrkupplung 903, wie beispielsweise eine Reibungskupplung, nachgeordnet ist.
Das Getriebe 901 weist eine Eingangswelle 904, eine Vorgelegewelle 905 und
gegebenenfalls eine zusätzliche Ausgangswelle auf, wobei im Ausführungsbei
spiel der Fig. 12 die Vorgelegewelle gleich der Ausgangswelle ist. In einem
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn eine
zusätzliche Ausgangswelle zur Eingangswelle 904 und zur Vorgelegewelle 905
vorgesehen ist.
Zwischen Motor 902 und Getriebe 901 ist ein Schwungrad 910 angeordnet, auf
welchem die Reibungskupplung 903 mit Druckplatte und Kupplungsdeckel an
geordnet ist. Ebenso kann statt des starren Schwungrades 910 ein Zweimas
senschwungrad vorgesehen sein, welches zwei relativ zueinander verdrehbar
gelagerte Schwungmassen aufweist, die entgegen Rückstellkräften beispiels
weise von zwischen den Schwungmassen angeordneten Kraftspeichern ver
drehbar sind.
Zwischen Kupplungsmitnehmerscheibe 903a und Getriebeeingangswelle 904 ist
ein Drehschwingungsdämpfer 911 angeordnet. Dieser weist zumindest zwei
relativ zueinander verdrehbar gelagerte scheibenförmige Bauteile 911a, 911b
auf, die entgegen Rückstellkräften beispielsweise von zwischen den Bauteilen
angeordneten Kraftspeichern 912 verdrehbar sind. Radial außen an der Mitneh
merscheibe sind vorzugsweise Reibbeläge angeordnet.
Die Wellen, wie Eingangswelle, Ausgangswelle und gegebenenfalls Vorgelege
welle sind mittels Lager innerhalb eines Getriebegehäuses drehbar gelagert und
in radialer Richtung zentriert und gegebenenfalls in axialer Richtung gelagert.
Diese Lager sind jedoch nicht explizit dargestellt.
Die Eingangswelle 904 und die Ausgangswelle 905 sind im wesentlichen parallel
zueinander ausgerichtet angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel
kann die Ausgangswelle auch koaxial zur Eingangswelle angeordnet sein, wobei
diese ebenfalls innerhalb des Getriebegehäuses gelagert und zentriert sein
kann.
Die Anfahrkupplung 903 ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel bei
spielsweise als naß laufende Reibungskupplung beispielsweise innerhalb des
Getriebegehäuses angeordnet. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei
spiel ist die Kupplung 903 beispielsweise als Trockenreibungskupplung bei
spielsweise innerhalb einer Kupplungsglocke zwischen Motor 902 und Getriebe
901 angeordnet.
Mit der Eingangswelle 904 des Getriebes 901 sind die Gangräder 920, 921, 922,
923, 924, 925 und 926 axial fest und drehfest verbunden. Die Gangräder 920 bis
926 kämmen Zahnräder 930, 931, 932, 933, 934, 935 und 936, wie Losräder,
die auf der Vorgelegewelle 905 verdrehbar und mittels Kupplungen mit der Welle
905 drehfest verbindbar sind. Zwischen Zahnrad 926 und Zahnrad 936 ist das
Zwischenzahnrad 937 zur Drehrichtungsumkehr angeordnet. Die Zahnradpaa
rung 926, 936, 937 stellt somit die Paarung für den Rückwärtsgang R dar. Die
Zahnradpaarung 920, 930 stellt die Paarung für den ersten Gang dar. Die Zahn
radpaarung 925, 935 stellt die Paarung für den zweiten Gang dar. Die Zahn
radpaarung 921, 931 stellt die Paarung für den dritten Gang dar. Die Zahn
radpaarung 924, 934 stellt die Paarung für den vierten Gang dar. Die Zahn
radpaarung 922, 932 stellt die Paarung für den fünften Gang dar. Die Zahn
radpaarung 923, 933 stellt die Paarung für den sechsten Gang dar. Die Losräder
930 bis 936 können in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel auch
auf der Eingangswelle angeordnet sein und die Gangräder auf der Vorgelege
welle. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können auf jeder Welle sowohl
Los- als auch Gangräder vorgesehen sein.
Die Zahnräder 930, 931 sind unter axialer Verlagerung der Kupplungen
940a, 940b, wie Schiebemuffe, Synchronkupplung, Lastschaltkupplung, Schalt
kupplung oder Kegelkupplung, mit der Vorgelegewelle 905 drehfest formschlüs
sig verbindbar. Gleiches gilt für das Zahnrad 932, welches unter axialer Verlage
rung der Schiebemuffe 941a mit der Vorgelegewelle 905 drehfest formschlüssig
verbindbar ist. Dies gilt auch für die Zahnräder 933, 934, welche unter axialer
Verlagerung der Schiebemuffe 942a, 942b mit der Ausgangswelle 905 form
schlüssig verbindbar sind. Dies gilt auch für die Zahnräder 935, 936, welche
unter axialer Verlagerung der Schiebemuffe 943a, 943b mit der Ausgangswelle
905 formschlüssig verbindbar sind. Dabei können vorzugsweise die Gänge un
abhängig voneinander geschaltet werden, das heißt die Kupplungen 940a bis
943b können unabhängig voneinander beaufschlagbar sein.
Die Kupplungen 40,41 und/oder 42 können vorteilhaft als reibschlüssige Kupp
lungen gebildet sein. Ebenso können sie in einem weiteren Ausführungsbeispiel
als reibschlüssige Kupplungen mit konischen oder ebenen kreisringförmigen
Reibflächen mit einer oder mehr als einer Reibfläche, wie als Lamellenkupplung,
ausgebildet sein. Weiterhin können sie in einem anderen Ausführungsbeispiel
mit einer Synchronisiereinrichtung mit einem oder mehr als einem Synchronisier
ring 50 ausgebildet sein. Ebenso können auch Kombinationen von reibschlüssi
gen und formschlüssigen Kupplungen ausgebildet sein.
Die Kupplungen 940a bis 943b werden durch die Betätigungseinheiten 960, 961
betätigt, wie axial verlagert, wobei zwischen den Betätigungseinheiten und den
Kupplungen jeweils eine Verbindung, wie ein Gestänge, eine hydrostatische
Strecke oder ein Seilzug oder ein Bowdenzug oder eine Schaltwelle vorgesehen
ist. Die Betätigungseinheit kann einen elektromotorischen, einen elektromagneti
schen und/oder einen druckmittelbetätigten Antrieb, wie beispielsweise eine
Hydraulikeinheit, vorsehen. Diesbezüglich verweisen wir auf die DE 44 26 260,
DE 195 04 847, DE 196 27 980, DE 196 37 001. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich weiterhin auf diese älteren Patentanmeldungen, deren Inhalt hiermit
ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Patentanmeldung gehört.
Zur Detektion der Getriebeausgangsdrehzahl, der Drehzahl der Welle 905 ist
ein Drehzahlsensor 970 vorgesehen. Zur Detektion der Getriebeeingangsdreh
zahl, der Drehzahl der Welle 904 kann weiterhin ein zusätzlicher Drehzahlsensor
972 vorgesehen sein. Zur Detektion der Motordrehzahl ist ein Drehzahlsensor
971 vorgesehen. Zur Steuerung der Betätigung von Anfahr/Schaltkupplung und
der Kupplungen zur Getriebeübersetzungsänderung ist eine elektronische Steu
ereinheit vorgesehen, die mit Speicher und Computereinheit versehen ist und
anhand der eingehenden Signale Steuersignale generiert zur Ansteuerung der
Betätigungseinheiten. Die Drehzahlen von Wellen können auch anhand gemes
sener Drehzahlen von anderen Wellen mit der gegebenen Übersetzung berech
net werden.
Die Anfahrkupplung 903 ist mittels eines Aktuators betätigbar.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des Getriebes ist, daß über ein Zahnrad des
Getriebes, wie beispielsweise Zahnrad 920 bis 926 eine Elektromaschine, wie
Starter, Generator oder auch Startergenerator 90 des Antriebsmotors die
Welle 904 antreiben kann. Ebenso kann damit ein Elektrogenerator, wie Licht
maschine, angetrieben werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Starter
und der Generator zu einer kombinierten Elektromaschine, wie Starter-
Generator, zusammen gefaßt ist. Die Elektromaschine kann somit den An
triebsmotor starten, in einem weiteren Betriebsmodus jedoch auch Drehmo
ment an den Abtrieb des Getriebes geben und somit eine Antriebsunterstüt
zung zu dem Antriebsmotor liefern. In geeigneter Weise kann die Elektroma
schine bei geringen Drehmoment- oder Leistungsanforderungen auch alleine
zum Antrieb des Fahrzeuges zumindest kurzfristig oder kurzzeitig verwendet
werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel oder Anwendungsbeispiel der
Erfindung kann die Elektromaschine dazu verwendet werden, um aus der
kinetischen Energie des Fahrzeuges einen Teil der Energie in elektrische
Energie umzuwandeln und beispielsweise in einer Batterie zu speichern. Dies
kann beispielsweise im Schubbetrieb des Motors 902 beispielsweise bei Ber
gabfahrten und/oder bei Bremsvorgängen des Fahrzeuges erfolgen. Ein Fahr
zeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebe kann dadurch in vorteilhafter Art
den Treibstoffverbrauch und die Schadstoffemission senken. Die Elektroma
schine kann auch bei Schaltvorgängen ein Momentenniveau anheben.
Bei der Erfindung handelt es sich um ein lastschaltendes oder lastschaltfähi
ges Getriebe 901.
Das System umfaßt weiterhin eine elektronische Steuereinheit mit Mikropro
zessor zur elektronischen Steuerung des Getriebes und der Kupplungen, eine
Drehzahlerfassung, eine elektronische Drosselklappensteuerung oder Motor
befüllung und ein elektronisches Motorsteuerungssystem für den Verbren
nungsmotor, ein manuell betätigbares Element zur Gangwahl, wie Hebel,
Schalter oder ähnliches zur manuellen und/oder automatisierten Gangwahl,
eine Anzeige im Fahrzeuginnenraum zur Ganganzeige.
Der Schaltvorgang wird beispielsweise durch den Schaltwunsch des Fahrers
oder der automatischen Steuerung eingeleitet.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Getriebe der oben genannten Art, bei wel
chem eine Zusatzmasse, wie beispielsweise ein Zusatzmassering mit der Ge
triebeeingangswelle verbunden ist, so daß das Massenträgheitsmoment der
Getriebeeingangsmasse erhöht wird. Diese Zusatzmasse kann vorteilhaft mit
der Getriebeeingangswelle verbunden sein oder mit einem damit verbundenen
Element, wie beispielsweise eine Kupplungsscheibe oder ähnliches. Dies hat
der erfindungsgemäßen Vorteil, daß bei einem Synchronisiervorgang bei Vor
liegen eines auf die Welle wirkenden Drehmomentes der Drehzahlanstieg nicht
so stark erfolgt, als ohne eine solche erfindungsgemäße Zusatzmasse. Die
Zusatzmasse 999 kann beispielsweise als Metallring, wie Blechring, ausgebil
det sein, der mit der Getriebeeingangswelle 904 verbunden ist. Auch kann die
Zusatzmasse mit der Kupplungsscheibe verbunden sein. Dabei ist es zweck
mäßig, wenn die Masse auf möglichst großem Durchmesser angeordnet ist.
Gemäß eines weiteren erfinderischen Gedankens wird vorgeschlagen, in Ver
bindung mit dem vorliegenden Getriebe eine Elektromaschine vorzusehen,
deren Rotor, beispielsweise mit einer frei drehbare Schwungmasse, die vorteil
haft mittels zumindest einer Kupplung von der Antriebseinheit wie Brennkraft
maschine und von der Abtriebseinheit wie Getriebe zum Schwungnutz isolier
bar ist, verbunden ist, beziehungsweise diese bildet, so daß mittels dieser
Anordnungen Hybridantriebe möglich sind.
Das Getriebe ermöglicht gemäß dieser Ausgestaltung eine umfassende Nut
zung der Elektromaschine beispielsweise als Startereinheit für die Brennkraft
maschine, Stromgenerator, Teilantrieb, Vollantrieb sowie als Einheit zur Um
wandlung kinetischer Energie in elektrische Energie oder in kinetische Rotati
onsenergie unter Verwendung des Rotors als Schwungmasse bei Verzöge
rungsvorgängen des Fahrzeugs bei abgekoppelter Brennkraftmaschine (Reku
peration).
Durch die erfindungsgemäße Koppelung einer Elektromaschine mit einem
Getriebe kann die Zusatzmasse als Teil der Elektromaschine ausgestaltet sein.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor
schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die
Anmelderin 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 Aus
bildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des je
weiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung
eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen
der rückbezogenen 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 Erfindun
gen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteran
sprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verste
hen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Ab
änderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Ele
mente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kom
bination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemei
nen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebe
nen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Ver
fahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe
entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegen
stand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen,
auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Claims (21)
1. Verfahren zur Steuerung eines Gangwechsels eines Getriebes, wobei das
Getriebe eine Anfahrkupplung und zumindest eine Schaltkupplung zur
Schaltung der Übersetzungsstufen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
das Abtriebsmoment am Abtrieb des Getriebes durch die Steuerung des
anliegenden Motormoments und/oder des von der Anfahrkupplung
übertragenden Drehmoments sowie durch eine Steuerung des von einer
Schaltkupplung übertragbaren Drehmomentes bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltkupplung entsprechend des eingelegten Ganges bis zum Abbau des
Abtriebsmomentes geschlossen bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Schaltkupplung entsprechend eines nicht eingelegten Ganges zur
Reduzierung des Abtriebsmomentes angesteuert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß bei bekanntem Momentenverlauf einer Schaltkupplung
zu einem nicht eingelegten Gang, durch die Steuerung des Motormomentes
und/oder des von der Anfahrkupplung übertragbaren Drehmomentes ein
gezielter Verlauf der Absenkung oder Erhöhung des Abtriebsmomentes
erreicht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die betätigte Schaltkupplung die Kupplung des neu
einzulegenden Ganges ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die betätigte Schaltkupplung nicht die Kupplung des
neu einzulegenden Ganges ist.
7. Verfahren zur Steuerung eines Gangwechsels eines Getriebes, wobei das
Getriebe eine Anfahrkupplung und zumindest eine Schaltkupplung zur
Schaltung der Übersetzungsstufen aufweist, wobei das Motormoment
mittels eines Steuergerätes und eines Aktuators steuerbar ist und die
Kupplungen mittels zumindest eines weiteren Aktuators steuerbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorgang in mehreren Phasen
erfolgt, wobei in einer ersten Phase das Motormoment und das von der
Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment reduziert werden, in einer
zweiten Phase die Schaltkupplung des Zielganges durch Ansteuerung
eines Aktuators beaufschlagt wird und die Schaltmuffe des aktuellen
Ganges in Richtung Neutral beaufschlagt wird, in einer dritten Phase wird
der alte Gang bei einem vorgegebenen Restdrehmoment an der Kupplurig
des alten Ganges herausgenommen und in einer vierten Phase wird die
Kupplung des Zielganges eingerückt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der vierten
Phase das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der vierten
Phase das Motormoment erhöht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das von
der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment schneller erhöht wird als
das Motormoment.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der
dritten Phase Drehzahlgleichheit für den neuen Gang erreicht ist, also der
neue Gang synchronisiert ist.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten
Phase der Abbau von Kupplungsmoment und Motormoment mit nicht
schlupfender Kupplung erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten
Phase der Abbau von Kupplungsmoment und Motormoment mit
schlupfender Kupplung erfolgt.
14. Verfahren zur Steuerung eines Gangwechsels eines Getriebes, wobei das
Getriebe eine Anfahrkupplung und zumindest eine Schaltkupplung zur
Schaltung der Übersetzungsstufen aufweist, wobei das Motormoment
mittels eines Steuergerätes und eines Aktuators steuerbar ist und die
Kupplungen mittels zumindest eines weiteren Aktuators steuerbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß Differenzmomente als Differenz eines von
der Anfahrkupplung übertragbaren Drehmoments und von einer
Schaltkupplung des Zielganges übertragbaren Drehmomentes anhand
einer bestimmten Beschleunigung der Getriebeeingangswelle ermittelt
werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der
Getriebeeingangsdrehzahl und dem von der Anfahrkupplung übertragbaren
Drehmoment MAK das von der Schaltkupplung MSK übertragbare
Drehmoment bestimmt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß
mittels der Getriebeeingangsdrehzahl und der Getriebeausgangsdrehzahl
eine Differenzdrehzahl ΔnSK an der Schaltkupplung bestimmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß
mittels der Differenzdrehzahl an der Schaltkupplung gemäß der Gleichung
ΔMAK = f (ΔnSK) eine ansteuerbare Änderung ΔMAK des von der
Anfahrkupplung übertragenen Drehmoments bestimmt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das von der
Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment MAK durch MAK = MSK/i + ΔMAK
bestimmt wird, wobei i die Übersetzung des Zielganges ist.
19. Verfahren zur Steuerung eines Gangwechsels eines Getriebes, wobei das
Getriebe eine Anfahrkupplung und zumindest eine Schaltkupplung zur
Schaltung der Übersetzungsstufen aufweist, wobei das Motormoment
mittels eines Steuergerätes und eines Aktuators steuerbar ist und die
Kupplungen mittels zumindest eines weiteren Aktuators steuerbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Getriebesynchronisierung
in vier Schritten erfolgt: im ersten Schritt wird das von der Anfahrkupplung
übertragbare Drehmoment abgesenkt, im zweiten Schritt wird das
Momentengleichgewicht als Gleichheit zwischen dem von der
Anfahrkupplung übertragbaren Drehmoment und dem von einer
Schaltkupplung des Zielganges übertragbaren Drehmoment bestimmt, im
dritten Schritt wird das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment
weiter abgesenkt, bis ein Wendepunkt der Getriebeeingangsdrehzahl
erkannt wird und im vierten Schritt wird das von der Anfahrkupplung
übertragbare Drehmoment auf den Wert des Gleichgewichtsmometes
geregelt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des
Gleichgewichtsmomentes als Kupplungsmomentwert bei dem Maximum
oder Minimum der Getriebeeingangsdrehzahl erkannt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der
Maximumwert oder der Minimumwert der Getriebeeingangsdrehzahl durch
Differenzwert- oder Ableitungsbildung ermittelt wird.
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Owner name: LUK LAMELLEN UND KUPPLUNGSBAU BETEILIGUNGS KG, 778 |
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