DE10190489B4

DE10190489B4 - Getriebe

Info

Publication number: DE10190489B4
Application number: DE10190489.4T
Authority: DE
Inventors: Dr. Berger Reinhard; Gunter Hirt; Jürgen Benz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: GB2380775A9; ITMI20010308A1; GB2380775A; DE10190489D2; GB0220719D0; JP2003522670A; FR2804911B1; WO2001060651A1; GB2380775B; BR0108322A; AU2001240426A1; RU2002124581A; FR2804911A1; US20030054920A1; DE10101597A1

Abstract

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.

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 sowie der US 5 603 672 A , EP 0 482 689 A2 , DE 43 09 903 A1 , GB 2 319 817 A , US 5 407 401 A , EP 0 627 556 A1 und der DE 195 04 847 A1 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 zu schaffen, welches Schaltvorgänge komfortabel und gleichzeitig schnell und einfach durchführen lässt.
Dies wird dadurch 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.
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, ist es 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 Gedanken ist es vorteilhaft 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, 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 M_AK das von der Schaltkupplung M_SK übertragbare Drehmoment bestimmt wird.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn mittels der Getriebeeingangsdrehzahl und der Getriebeausgangsdrehzahl eine Differenzdrehzahl Δn_SK an der Schaltkupplung bestimmt wird.
Vorteilhaft ist auch, wenn mittels der Differenzdrehzahl an der Schaltkupplung gemäß der Gleichung ΔM_AK = f(Δn_SK) eine ansteuerbare Änderung ΔM_AK des von der Anfahrkupplung übertragenen Drehmoments bestimmt wird.
Auch ist es zweckmäßig, wenn das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment M_AK durch M_AK = M_SK/i + ΔM_AK bestimmt wird, wobei i die Übersetzung des Zielganges ist.
Gemäß dem 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 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:
1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Getriebes,
2 ein Diagramm zur Darstellung eines Schaltungsablaufs,
3 ein Blockschaltbild zum Schaltungsablauf,
4a ein Diagramm,
4b ein Diagramm,
4c ein Diagramm,
5a ein Diagramm,
5b ein Diagramm,
6 ein Blockschaltbild,
7 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines Getriebes,
8a ein Diagramm,
8b ein Diagramm,
9 ein Diagramm,
10 ein Blockschaltbild,
11a ein Diagramm,
11b ein Diagramm,
11c ein Diagramm,
12 eine schematische Darstellung eines Getriebes und
13 eine schematische Darstellung eines Getriebes.
Die 1 zeigt schematisch einen Teil eines Getriebes 1 im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird der Antriebsmotor 2 durch das Massenträgheitsmoment J_Mot repräsentiert und der dem Getriebe folgende Antriebsstrang des Fahrzeuges 4 durch das Massenträgheitsmoment J_fzg.
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 M_Mot bzw. das Kupplungsmoment M_AK 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 M_ab zu Beginn der Schaltung dar. Der Abbau kann dabei durch folgende Komponenten erfolgen:

1. durch Sollvorgaben an die Motorsteuerung kann das Motormoment reduziert werden,
2. das übertragbare Drehmoment der Anfahrkupplung AK kann reduziert werden;
3. ein zusätzliches Drehmoment einer Lastschaltkupplung SK kann das Abtriebsmoment reduzieren.

Als schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für ein lastschaltendes Getriebe 2 von einem in 1 dargestellten Getriebeschema mit zwei unabhängigen Schaltkupplungen SK1 und SK2 ausgegangen. Während des Abbaus des Motormoments M_Mot 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 M_Ab modellierbar ist. Um die thermische Belastung der Schaltkupplung möglichst 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 Schaltkupplungsmoment verknüpfbar ist, wobei beispielsweise aus einem gegebenen Verlauf des Abtriebsmoments und einem Momentenverlauf an der Schaltkupplung auf ein gesuchtes Moment an der Anfahrkupplung geschlossen werden kann. Ein mögliches Beispiel zeigt 2 mit einem linearen Abbau von M_Ab und einem linearen Aufbau von M_SK2. Entscheidend ist der Verlauf des Motormoments M_Mot bzw. das Kupplungsmoment M_AK bei schlupfender Kupplung für das Abtriebsmoment.
Die 2 zeigt eine zeitliche Darstellung des Motormoments M_Mot, des Abtriebsmoments M_ab, des Moments M_SK2 der Schaltkupplung SK2 und der Anfahrkupplung M_AK. 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 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 M_AK: M_AK = M_Mot – J_Mot·φ .._Mot
Unter der Annahme, daß SK1 während des Momentenabbaus geschlossen bleibt, gilt:
und damit M_AK = M_Mot – J_Mot·φ .._Ab·i₁
Damit ergibt sich für eine haftende Anfahrkupplung:
Mit Hilfe von Gleichung (1) und (2) läßt sich das Motormoment (bzw. Kupplungsmoment im schlupfenden Fall) berechnen, welches einen geforderten zeitlichen Verlauf des Abtriebsmoments M_Ab(t) bei gegebenem M_SK2(t) erzeugt.
Für den einfachen Fall von läßt sich bei schlupfender Anfahrkupplung die Steigung des Kupplungsmomentes M ._AK aus der zeitlichen Ableitung von Gleichung (1) bestimmen:
Entsprechend kann man bei haftender Kupplung aus Gleichung (2) die Steigung des Motormoments M ._Mot berechnen:
Mit
erhält man
In der Steuerung einer Kupplung, wie einer Lastsxchaltkupplung, kann man die Beziehungen (1) und (2) für einen gesteuerten Abtriebsmomentenabbau benutzen.
Die 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ablaufdiagramm. Aus Komfortgründen kann man die Dauer des Momentenabbaus t_Ab sowie den zeitlichen Verlauf des Abtriebsmomentes M_Ab(t) festlegen, wobei dies in ienem weiteren Ausführungsbeispiel nicht festgelegt sein muß. Im Ausführungsbeispiel ist ein Momentenaufbau an der Schaltkupplung M_SK2(t) vorgegeben, der aber aucg in Abhängigkeit von Betriebsparametern erfolgen kann. Danach erfolgt ein zeitdiskreter Ablauf im Steuerungs-Interrupt. Dabei ist zu unterscheiden, ob die Anfahrkupplung schlupft oder haftet und ob entweder das Kupplungssollmoment und/oder das Motormoment oder das Motorsollmoment berechnet werden.
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 3 zeigt ein Blockdiagramm 100, in welchem bei 101 der Schaltvorgang begonnen wird. In Block 102 wird das Abtriebsmoment M_ab(t) und das von der Kupplung SK2 übertragbare Drehmoment M_SK2 festgelegt. Auch wird die Zeitdauer des Abbaus t_ab festgelegt. Diese entspricht im wesentlichen der Zeitdauer t₃–t₁ der 2.
In Block 103 wird abgefragt, ob die Kupplung schlupft, ob also die Drehzahl der Getriebeeingangswelle kleiner als die Motordrehzahl ist: n_GE < n_mot. Ist dies nicht der Fall, wird in Block 104 das Motormoment bestimmt, welches angesteuert werden soll. Dies ergibt sich aus Gleichung (2). Anschließend wird in Block 105 das Motor-Sollmoment dem bestimmten Motormoment gleichgesetzt.
Ist die Abfrage des Blocks 103 wahr, wird in Block 106 das von der Anfahrkupplung AK übertragbare Drehmoment gemäß Gleichung (1) bestimmt und in Block 107 wird das Soll-Kupplungsmoment gleich dem berechneten Moment M_AK gesetzt und angesteuert.
In Block 108 wird abgefragt, ob der Momentenabbau beendet ist, also t_n > t_AB ist. Ist dies der Fall, wird bei Block 109 der Schaltvorgang weitergeführt anderenfalls 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 Drehzahlanpassung im Getriebe bewirkt wird.
Dabei ist es einerseits vorteilhaft, wenn die während des gesamten Gangwechselvorgangs in die Kegelkupplung eingetragene Reibenergie möglichst gering gehalten wird, damit diese Bauteil nicht vorzeitig zerstört wird. Andererseits müssen die in den Kupplungen (Kegelkupplung, Hauptkupplung) wirkenden Reibmomente aufeinander abgestimmt werden, daß sich während dem gesamten Vorgang keine vom Fahrer als störend empfundene Momentensprünge 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 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 Tipschaltung oder ein Kickdown-Signal oder ein anderes Signal oder durch ein automatisches Schaltprogramm der Getriebesteuerung.
Neben dem Zielgang müssen auch weitere, die bevorstehende Schaltung beschreibende Parameter wie Auffüllmoment, Momentengradienten oder Zeitparameter 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 abgebaut 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 Spannung 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 Schiebemuffe des alten Ganges mit einer Vorspannung in Richtung Neutral beaufschlagt 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 Absinkens 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 Klauenverzahung 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 Momentensprung 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 angenommen, würde die Momentenauffüllung kleiner als beabsichtigt, siehe 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 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 entsprechende Momentenungleichgewicht zwischen Einleitung ins Getriebe und Schaltkupplung, wie beispielsweise Kegelkupplung, ermitteln.
Nachdem der Übergang von Phase II zu Phase III bestimmt oder erkannt worden 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 4a ist eine sprunghafte Sollwertänderung des von der Anfahrkupplung übertragbaren Drehmomentes dargestellt, wobei die Systemantwort erfolgt etwas verzögert erfolgt. Das Motormoment 202 ist in dieser Phase größer als das Kupplungsmoment 211, damit die Kupplung schlupft und somit schwere Motormasse abgekoppelt wird. Somit erfolgt zunächst nur die Synchronisierung des Getriebes 213. Mit Motormoment ist das aus der Verbrennung erzeugte Motormoment 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 Kupplungsmoment noch weiter abgesenkt werden. Dies kann beispielsweise als Ersatzstrategie durchgeführt werden.
Auch kann das Kupplungsmoment während der Synchronisierung des Getriebes 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 Schaltkupplung, 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 5a das physikalische Moment, welches durch die Hauptkupplung 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 Kegelkupplung des neuen Gangs 333 noch nicht den Zielwert der Momentenauffüllung 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 Rutschmomentes 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 Eingangswelle des Getriebes synchronisiert werden kann.
Geht der Fehler in die andere Richtung, d. h., ist das tatsächlich durch die Hauptkupplung geleitete Moment 440 gemäß 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 Blockschaltbild 500 der 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_ein: 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 parallel und abgestimmt mit dem weiteren Aufbau des Momentes an der Kegelkupplung 503, wobei M_HK und/oder M_Mot dekrementiert und M_KK inkrementiert 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 Maus 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 sowie dem aktuell errechneten Moment der Hauptkupplung gesteuert bzw. geregelt 510.
Nach Erreichen der Drehzahlgleichheit im Rahmen einer vorgebbaren Genauigkeit 511, wird dann der neue Gang geschaltet, siehe 512, wobei bei 513 der Schaltvorgang beendet ist.
Automatisierte Schaltgetriebe weisen Lastschaltkupplungen oder Schaltkupplungen zur Schaltung der Gänge des Getriebes auf, die beispielsweise als Reibungskupplungen, wie ebene Kupplungen oder Kegelkupplungen oder als Synchronisierkupplungen ausgebildet sein können. Die Synchronisierkupplungen 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 Eingangswelle erlaubt.
Ein wesentliches Problem bei der Synchronisierung stellt das empfindliche Einstellen der absoluten Momente an der Schaltkupplung 602 M_SK und der Anfahrkupplung 601 M_K dar. Die beiden Momente sind wie in 7 dargestellt, entgegen gerichtet und über eine Übersetzung gekoppelt. Das Differenzmoment M_Diff = M_K – M_SK/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 Anmeldungsunterlagen 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 Steuerungsstrategie ist, daß das Sollmoment der Anfahrkupplung linear oder anderweitig reduziert wird. Damit folgt auch das Istmoment trotz einer gegebenenfalls vorhandenen 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 Momentenabbau nicht schlupft oder wenn beim Herausziehen des alten Gangs eine positive Momentendifferenz besteht, die die Eingangswelle wieder auf die Motordrehzahl beschleunigt. Eine Erkennung des Gleichgewichts erfolgt dann beispielsweise beim Ablösen der Eingangswelle vom Motor.
2. Die Getriebeeingangsdrehzahl ist kleiner als die Motordrehzahl. Diese Situation entsteht beispielsweise dann, wenn die Momentendifferenz nach Herausziehen des Gangs klein oder negativ ist oder im Verlauf der Steuerung der Synchronisierung. Dann wird die Eingangswellendrehzahl des Getriebes zum Zeitpunkt des Momentengleichgewichts einen Extremwert (Maximum oder Minimum) durchlaufen, der zur Erkennung des Gleichgewichtspunktes verwendet werden kann. Die Steuerung benutzt hier nur das Maximum, welches zum Zeitpunkt des Momentengleichgewichts nach Herausziehen des Ganges entsteht.

Bei Kenntnis des Gleichgewichtszeitpunkts und der dabei bestehenden Drehzahldifferenz kann unter Berücksichtigung des PT1-Verhaltens ein Umkehrpunkt der Drehzahl beispielsweise der Getriebeeingangswelle berechnet werden, bei dem das Kupplungsmoment wieder auf das Gleichgewichtsmoment geregelt wird. Da für eine sprungartige Änderung des Sollmoments ein exponentielles Annähern des Istmoments resultiert (PT1-Verhalten), kann ein sanftes 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 Gleichgewichts und belastet damit die Synchronisierung. Bei einem zu großen Gradienten ist der Umkehrpunkt unter Umständen schon erreicht, bevor eine Erkennung überhaupt erfolgen konnte.
Die 8a und 8b zeigen die zeitliche Entwicklung der Motordrehzahl n-mot, der Getriebeeingangsdrehzahl n_GE und der Drehzahl der Getriebeausgangswelle n_GA, sowie die Differenzmomente M_Diff des Soll- und des Istmoments. Dabei wird nur der Fall gezeigt, bei dem das Gleichgewicht am Ablösen der Eingangswelle vom Motor erkannt wird. Es wird nur die Anfahrkupplung im Moment variiert, die Synchronisierkupplung soll dabei ein konstantes Moment übertragen. Daher kann man sich auf das Differenzmoment M_Diff zwischen Anfahrkupplung und Synchronisierkupplung beschränken. Es wird eine Synchronisierung einer 1–2 Schaltung dargestellt.
Die 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 angesehen werden.
Bei automatisierten Schaltgetrieben insbesondere mit unabhängig voneinander schaltbaren Schaltkupplungen können Differenzen zwischen dem Synchronisierungsmoment M_SK oder M_SK/i und dem Kupplungsmoment M_K zu schnellen Drehzahländerungen der Eingangswelle führen. Dies macht die Synchronisierung der Eingangswelle steuerungstechnisch schwer beherrschbar.
Vorteilhaft kann es nun sein, wenn mit Hilfe der Getriebeeingangsdrehzahl n_GE das Kupplungsmoment M_K und das Synchronmoment M_SK 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 M_SK des einzulegenden Ganges relativ zum Anfahrkupplungsmoment M_K kennt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerungsstrategie nutzt das physikalische Verhalten eines Massenmodells und leitet aus den Differentialgleichungen dieses Modells eine Drehmomentdifferenz ab. Aus der Beschleunigung der Getriebeeingangswelle kann auf das darauf wirkende Drehmoment zurückgerechnet werden, welches genau aus der Differenz aus Kupplungsmoment M_K und Synchronmoment M_SK/i nach der Übersetzung besteht. In 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 enthält nur die Masse des Getriebeeingangs und die zwei Kupplungen sowie eine Übersetzung.
Da die Steuerung der Synchronisierung innerhalb eines Interrupts, wie Zeitfenster, abläuft, wird auch in diesem Interruptzeit-Intervall Δt integriert. In 9 ist der zeitliche Verlauf einer Drehmomentes M_K, welches von der Anfahrkupplung übertragbar ist, dargestellt, wobei die verwendeten Bezeichnungen schematisch eingezeichnet sind. M_K(t_n) und M_K(t_n-1) stellen Drehmomentwerte zu den Zeitpunkten t_n und t_n-1 dar. Die Drehmomentdifferenz ergibt sich zu ΔM_K.
Es gilt:
mit Δn = n_GE(t_n-1) – n_GE(t_n) ∫M(t)dt = (M_Off + 1 / 2ΔM_AK)·Δt = J_GE·Δn wobei ΔM_AK – M_AK(t_n-1) – M_AK(t_n)
Die Erkennung des Momentengleichgewichts durch die Beobachtung der Eingangswellendrehzahl erfolgt wie oben beschrieben. Nach dem Auskuppeln des alten Ganges kann das Getriebe mit dem oben beschriebenen Modell dargestellt werden und somit das Schaltkupplungsmoment M_SK bestimmt werden. Aus der Kenntnis der Momentendifferenz kann nun eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung wirksam werden. Als einfaches Beispiel wäre ein PID-Regler denkbar, der als Eingangsgröße die Drehzahldifferenz an der Schaltkupplung benutzt und als Ausgangsgröße ein Moment ΔM_PID ausgibt, welches der Momentendifferenz entspricht. Damit wird das Kupplungsmoment zu M_AK = M_SK/i – ΔM_PID.
Ein entsprechendes Ablaufdiagramm 700 ist in 10 dargestellt. In Block 701 wird der Schaltungsbeginn initialisiert und der Momentenabbau kann begonnen werden. In Block 702 wird abgefragt, ob ein Momentengleichgewicht zwischen dem Moment M_K und dem Moment M_SK erreicht ist, also die zeitliche Veränderung der Getriebeeingangswellendrehzahl dn_ge/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 Differenzdrehzahl dem Regler oder der Steuerung vorgegeben und als Ausgang ein Differenzmoment erhalten. In Block 705 wird das Solldrehmoment M_AK der Anfahrkupplung bestimmt und angesteuert. In Block 706 wird abgefragt, ob die Synchronisierung beendet ist, das heißt ob Δn_sync = n_GE/i – n_GA = 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 Lastschaltung in mehrere Phasen unterteilt werden, siehe 11a bis 11c, in welchen ein zeitlicher Verlauf einer Zug-Hochschaltung dargestellt ist. Die Momentenverläufe sind zur besseren Übersicht linear. Prinzipiell sind auch andere Kurvenverläufe möglich. Für die Übersetzung des Getriebes wurde zur Vereinfachung 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 11a sind die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle n_GE, der Ausgangswelle n_GA und des Motors n_mot dargestellt. In 11b ist das Abtriebsmoment M_ab am Abtrieb des Getriebes dargestellt. In 11c ist das von den Kupplungen der Anfahrkupplung AK und den Schaltkupplungen SK1 und SK2 übertragbare Drehmoment M_AK, M_SK1 und M_SK2 als Funktion der Zeit dargestellt.
In Phase I beginnt die Schaltung, das Abtriebsmoment M_AB wird gemäß einer Komfort bestimmenden Funktion M_ab(t) = f(t) abgebaut. Dazu wird das Motormoment und/oder das Kupplungsmoment abgebaut. In 11a bis 11c ist ein schlupfender Momentenabbau dargestellt.
In Phase II wird das Synchronmoment M_SK2 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 Abbau des Motor- bzw. Kupplungsmoments angepaßt.
In Phase III wird das von der Kupplung übertragbare Drehmoment weiter reduziert, bis der unter einer Vorspannung stehende alte Gang in Abhängigkeit von der angelegten Kraft bei einer bestimmten Momentendifferenz zwischen Kupplungsmoment M_AK und Synchronmoment M_SK2 herausgezogen werden kann. Nach Herausziehen des Ganges wird das Abtriebsmoment nur noch durch das Moment an der Synchronkupplung SK2 bestimmt. Bei einer Momentendifferenz zwischen Kupplung und Synchronkupplung entsteht ein Sprung im Abtriebsmoment. Außerdem wird die Getriebeeingangswelle durch die Momentendifferenz beschleunigt, d. h. n_GE steigt an (max. bis zu n_Mot). Danach wird das Kupplungsmoment M_AK weiter abgebaut, bis der Punkt des Momentengleichgewichts zwischen Kupplungsmoment M_AK und Synchronmoment M_SK2 erreicht wird.
In Phase IV wird durch Steuerung bzw. Regelung des Kupplungsmoments M_AK die Getriebeeingangswelle synchronisiert. Diese Phase wird verlassen, wenn die Synchronkupplung des Zielganges ins Haften kommt und der Gang durchgeschaltet werden kann.
In Phase V wird das Abtriebsmoment aufgebaut und die Motordrehzahl auf die Getriebeeingangsdrehzahl abgebremst. Diese Phase zeigt einen Momentenaufbau bei einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG).
Die 12 zeigt schematisch die Anordnung 800 eines Getriebes 803 gemäß der Erfindung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Antriebsmotor 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 steuerbar 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 12 zeigt schematisch ein Getriebe 901 eines Kraftfahrzeuges, welches einer Antriebseinheit 902, wie Motor oder Brennkraftmaschine, und einer Anfahrkupplung 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 Ausführungsbeispiel der 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 angeordnet ist. Ebenso kann statt des starren Schwungrades 910 ein Zweimassenschwungrad vorgesehen sein, welches zwei relativ zueinander verdrehbar gelagerte Schwungmassen aufweist, die entgegen Rückstellkräften beispielsweise von zwischen den Schwungmassen angeordneten Kraftspeichern verdrehbar 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 Mitnehmerscheibe sind vorzugsweise Reibbeläge angeordnet.
Die Wellen, wie Eingangswelle, Ausgangswelle und gegebenenfalls Vorgelegewelle 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 beispielsweise als naß laufende Reibungskupplung beispielsweise innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 903 beispielsweise als Trockenreibungskupplung beispielsweise 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 Zahnradpaarung 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 Zahnradpaarung 925, 935 stellt die Paarung für den zweiten Gang dar. Die Zahnradpaarung 921, 931 stellt die Paarung für den dritten Gang dar. Die Zahnradpaarung 924, 934 stellt die Paarung für den vierten Gang dar. Die Zahnradpaarung 922, 932 stellt die Paarung für den fünften Gang dar. Die Zahnradpaarung 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 Vorgelegewelle. 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, Schaltkupplung oder Kegelkupplung, mit der Vorgelegewelle 905 drehfest formschlüssig verbindbar. Gleiches gilt für das Zahnrad 932 welches unter axialer Verlagerung 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 formschlüssig 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 unabhängig 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 Kupplungen 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 Synchronisiereinrichung mit einem oder mehr als einem Synchronisierring 50 ausgebildet sein. Ebenso können auch Kombinationen von reibschlüssigen 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 elektromagnetischen 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 Getriebeeingangsdrehzahl, 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 Steuereinheit 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 gemessener Drehzahlen von anderen Wellen mit der gegebenen Übersetzung berechnet 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 Lichtmaschine, 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 Antriebsmotor starten, in einem weiteren Betriebsmodus jedoch auch Drehmoment an den Abtrieb des Getriebes geben und somit eine Antriebsunterstützung zu dem Antriebsmotor liefern. In geeigneter Weise kann die Elektromaschine 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 Bergabfahrten und/oder bei Bremsvorgängen des Fahrzeuges erfolgen. Ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebe kann dadurch in vorteilhafter Art den Treibstoffverbrauch und die Schadstoffemission senken. Die Elektromaschine kann auch bei Schaltvorgängen ein Momentenniveau anheben.
Bei der Erfindung handelt es sich um ein lastschaltendes oder lastschaltfähiges Getriebe 901.
Das System umfaßt weiterhin eine elektronische Steuereinheit mit Mikroprozessor zur elektronischen Steuerung des Getriebes und der Kupplungen, eine Drehzahlerfassung, eine elektronische Drosselklappensteuerung oder Motorbefüllung und ein elektronisches Motorsteuerungssystem für den Verbrennungsmotor, 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 welchem eine Zusatzmasse, wie beispielsweise ein Zusatzmassering mit der Getriebeeingangswelle 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 Vorliegen 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, ausgebildet sein, der mit der Getriebeeingangswelle 904 verbunden ist. Auch kann die Zusatzmasse mit der Kupplungsscheibe verbunden sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Masse auf möglichst großem Durchmesser angeordnet ist.
Gemäß eines weiteren erfinderischen Gedankens wird vorgeschlagen, in Verbindung mit dem vorliegenden Getriebe eine Elektromaschine vorzusehen, deren Rotor, beispielsweise mit einer frei drehbare Schwungmasse, die vorteilhaft mittels zumindest einer Kupplung von der Antriebseinheit wie Brennkraftmaschine und von der Abtriebseinheit wie Getriebe zum Schwungnutz isolierbar ist, verbunden ist, beziehungsweise diese bildet, so daß mittels dieser Anordnungen Hybridantriebe möglich sind.
Das Getriebe ermöglicht gemäß dieser Ausgestaltung eine umfassende Nutzung der Elektromaschine beispielsweise als Startereinheit für die Brennkraftmaschine, Stromgenerator, Teilantrieb, Vollantrieb sowie als Einheit zur Umwandlung kinetischer Energie in elektrische Energie oder in kinetische Rotationsenergie unter Verwendung des Rotors als Schwungmasse bei Verzögerungsvorgängen des Fahrzeugs bei abgekoppelter Brennkraftmaschine (Rekuperation).
Durch die erfindungsgemäße Koppelung einer Elektromaschine mit einem Getriebe kann die Zusatzmasse als Teil der Elektromaschine ausgestaltet sein.

Claims

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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Gleichgewichtsmomentes als Kupplungsmomentwert bei dem Maximum oder Minimum der Getriebeeingangsdrehzahl erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximumwert oder der Minimumwert der Getriebeeingangsdrehzahl durch Differenzwert- oder Ableitungsbildung ermittelt wird.