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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der
Schaltabläufe
eines Stufengetriebes, insbesondere eines automatisierten Stufengetriebes
für Kraftfahrzeuge.
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Bei
automatisierten Schaltgetrieben (ASG) erfolgen die Betätigung von
Schaltkupplungen des Stufengetriebes sowie die Betätigung einer
vorgeschalteten Anfahr- und Trennkupplung über Aktuatoren. Die Aktuatoren
können
beispielsweise elektromotorisch oder fluidisch betriebene Aktuatoren
sein. Die Aktuatoren werden koordiniert zueinander von einem Steuergerät angesteuert.
Die Gangwechsel können
sowohl von Hand ausgelöst
werden als auch vollautomatisch gemäß einer übergeordneten Schaltstrategie
erfolgen.
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Die
Schaltzeit ist insbesondere bei ASGs von besonderer Bedeutung, da
ein Gangwechsel generell mit einer Zugkraftunterbrechung oder zumindest einer
Zugkraftverringerung einhergeht. Ein Gangwechsel bei einem ASG beinhaltet
das Auslegen eines Start- oder
Quellganges und das Einlegen eines Zielganges.
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Die
zum Ein- und Auslegen der Gänge
verwendeten Schaltkupplungen dienen in erster Linie zum Herstellen
des Formschlusses, der die jeweilige Gangstufe einrichtet. Häufig sind
die Schaltkupplungen als Synchronkupplungen ausgebildet, die als weitere
Funktion die Drehzahlangleichung beim Einlegen einer Gangstufe besitzen.
Bei einer Synchronkupplung ist der Synchronpunkt die Position eines Schaltgliedes
der Synchronkupplung bei Beginn der Drehzahlangleichung. Die Synchronposition
ist die Position bei erfolgter Drehzahlangleichung.
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Aus
der Druckschrift
DE
101 10 898 A1 ist ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines
ASG bekannt. Dabei werden die zum Wählen und Schalten benötigten Getriebeparameter
vor dem Einbau des Stufengetriebes in ein Fahrzeug ermittelt und
in einem Steuergerät
gespeichert. Dies soll den Vorteil haben, dass die zum späteren Betrieb
erforderlichen Getriebeparameter vor dem Einbau unter Zuhilfenahme
externer Sensoren ermittelt werden können, um Serienstreuungen zu
kompensieren. Dies soll ferner zu einer hohen Genauigkeit bei der
Erfassung der Synchronpositionen der einzelnen Gangstufen führen. Unter
Getriebeparametern werden dabei die Geometriedaten der getriebeinternen
Schaltelemente, die Position von im Getriebe vorhandenen Anschlägen etc.
verstanden.
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Zum
Erfassen der Synchronposition einer Synchronkupplung wird bei dem
bekannten Verfahren die Eingangswelle des Getriebes vor dessen Einbau
durch einen externen Antrieb in Drehung versetzt. Die Synchronposition
wird angefahren. Die Drehzahländerung
der Eingangswelle wird überwacht.
Das Erreichen des Synchronpunktes (dort Synchronposition genannt)
wird bei einer Drehzahländerung
festgestellt, die größer ist
als ein vorbestimmter Schwellenwert. Dabei soll eine Schaltmuffe zum
Einlegen der betroffenen Gangstufe langsam und mit kleiner Kraft
durch den jeweiligen Aktuator betätigt werden.
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Alternativ
hierzu soll es auch möglich
sein, die Eingangswelle des Getriebes mit einem Eingangsmoment zu
beaufschlagen und das Abtriebsmoment zu überwachen. Das Erreichen des
Synchronpunktes wird bei einer Abtriebsmomentänderung festgestellt, die größer ist
als ein vorbestimmter Schwellenwert.
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Aus
der
DE 103 12 400
A1 ist es ferner bekannt, die Spannung eines als Aktuator
verwendeten Elektromotors beim Anfahren des Synchronpunktes so einzustellen,
dass bei einem Anfahren des Synchronpunktes mit konstanter Geschwindigkeit
die Synchronkraft genau getroffen wird.
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Das
Dokument
DE 101 61
636 A1 offenbart eine Betätigungseinrichtung für die automatische Steuerung
des Gangwechsels eines Schaltgetriebes. Zwischen einer Antriebseinheit
und einem Betätigungselement
ist ein verformbares elastisches Element angeordnet. Zum Einlegen
einer Gangstufe wird das elastische Element elastisch verformt,
so dass ein Formschluss bei dessen Entspannung schnell hervorgerufen
werden kann. Dabei sind Mittel zur Messung der Stromaufnahme der
Antriebseinheit sowie Mittel zur Messung der Drehzahl der zu synchronisierenden
Getriebewelle vorgesehen. Diese Mittel werden dazu verwendet, um
eine Position zu erfassen, in der das elastische Element die maximale Energie
gespeichert hat.
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Ferner
offenbart die
DE 102
35 386 A1 ein Verfahren zum Ansteuern einer Getriebeaktuatorik mit
einem Kupplungsaktor und einem Steuergerät für eine automatisierte Kupplung
oder ein automatisiertes Schaltgetriebe. Das Steuergerät oder der
Kupplungsaktuator werden in Abhängigkeit
von bestimmten Betriebszuständen
derart angesteuert, dass sicherheitskritische Situationen vermieden
werden. Bei Fahrzeugen, die keine Absolutweg-Sensoren zur Bestimmung
der Getriebeposition aufweisen, soll es dabei möglich sein, die Getriebeaktuatorik
mit einer erheblich reduzierten Maximalkraft oder Maximalgeschwindigkeit
anzusteuern.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein verbessertes Optimierungsverfahren für Schaltabläufe von Kraftfahrzeug-Stufengetrieben
sowie ein damit betreibbares Steuergerät zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Optimieren des Schaltablaufes
bei einem in ein Kraftfahrzeug eingebauten Stufengetriebe, insbesondere bei
einem automatisierten Schaltgetriebe, gelöst, das mehrere Gangstufen
aufweist, die mittels jeweiliger Synchronkupplungen ein- und auslegbar
sind, mit den Schritten:
- – Erfassen eines Auslegepunktes
eines Schaltgliedes beim Auslegen einer Startgangstufe und Auslösen des
Einlegens einer Zielgangstufe;
- – schnelles
Betätigen
der Synchronkupplung der Zielgangstufe, so dass ein Weg-Sollwert
kurz vor dem Synchronpunkt erreicht wird,
- – weiteres
Betätigen
der Synchronkupplung der Zielgangstufe, um die Synchronisierung
an der Zielgangstufe durchzuführen,
- – wobei
während
der Fahrt des Kraftfahrzeuges der Toleranz- und/oder verschleißabhängige Synchronpunkt der Synchronkupplung
der Zielgangstufe erfasst wird, indem während ihrer Betätigung die
zweite Ableitung der Eingangsdrehzahl des Stufengetriebes erfasst
und auf Änderungen hin
ausgewertet wird, und
- – wobei
während
der Fahrt der dem so erfassten Synchronpunkt entsprechende Weg-Sollwert
des Schaltgliedes der Synchronkupplung in Abhängigkeit von dem Wert des erfassten
Synchronpunktes eingestellt wird.
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Ferner
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Steuergerät
für einen
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei das Stufengetriebe durch
ein Computerprogramm betrieben wird, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
ausgelegt ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
finden sich in den Unteransprüchen.
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Durch
das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren
ist es möglich,
bei einem bereits in ein Kraftfahrzeug eingebauten Stufengetriebe
die Schaltabläufe
zu optimieren. Hierbei werden bestimmte Parameter des Schaltablaufes
während
der Betriebszeit des Kraftfahrzeuges erfasst, und es werden bestimmte
Weg-Sollwerte der
Schaltkupplung in Abhängigkeit
von dem erfassten Parameterwert eingestellt oder Ereignisse auslöst.
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Dabei
kann das Optimierungsverfahren kontinuierlich während der Betriebszeit angewandt
werden. Es ist jedoch auch möglich,
das Optimierungsverfahren oder bestimmte Ausgestaltungen hiervon nur
einmalig oder diskontinuierlich, also beispielsweise im Rahmen der üblichen
Wartungsarbeiten, durchzuführen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
geht davon aus, dass die eingestellten Weg-Sollwerte adaptiv während der
Betriebszeit des Kraftfahrzeuges eingestellt werden. Hierdurch lassen
sich zeit- und komfortoptimierte
Schaltvorgänge
realisieren. Auch ist mittelbar eine Bestimmung des Verschleißes der
Getriebekomponenten möglich.
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Ein
Schaltvorgang kann das Auslegen eines Startganges, das Einlegen
eines Zielganges oder – bei
einem Gangwechsel – beides
beinhalten.
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Obgleich
das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere
bei ASGs Anwendung findet, ist es auch auf andere Getriebearten
anwendbar, beispielsweise auf Doppelkupplungsgetriebe.
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Das
Schaltglied der Schaltkupplung ist ein bei einem Schaltvorgang bewegtes
Glied, insbesondere eine Schaltmuffe oder ein damit gekoppeltes Glied
wie eine Schaltgabel, eine Schaltstange, ein Aktuatorabtrieb o.Ä.
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Das
Auslösen
eines dem Parameter entsprechenden Ereignisses kann beispielsweise
im Schaltverlauf das Starten eines Programmmoduls sein.
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Da
die Schaltkupplung eine Synchronkupplung ist und da der Parameter
der Synchronpunkt beim Einlegen einer Gangstufe ist, ist es beispielsweise
möglich,
einen Weg-Sollwert zum schnellen Anfahren des Synchronpunktes kurz
vor den tatsächlichen
Synchronpunkt zu legen. Hierdurch kann die Schaltzeit verringert
werden. Denn es wird vermieden, dass das Schaltglied schon weit
vor dem tatsächlichen
Synchronpunkt langsam verfahren wird, um einen Synchronschlag beim
Anfahren des Synchronpunktes zu vermeiden.
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Von
besonderem Vorteil ist es ferner, dass der Parameter während der
Fahrt des Kraftfahrzeuges erfasst wird.
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Hierbei
ist es möglich,
nicht nur statische, sondern auch dynamische Begleitumstände zu berücksichtigen.
Ferner ist es möglich,
die Parametererfassung ständig
während
der Fahrt durchzuführen, um
die Schaltabläufe
zu optimieren.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Parameter der Auslegepunkt beim Auslegen einer Gangstufe.
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Hierdurch
ist es möglich,
ein dem Auslegepunkt entsprechendes Ereignis unmittelbar nach dem
Erreichen des Auslegepunktes auszulösen. Im Stand der Technik wird
der Gang beim Gangausle gen erst nach einer festen Wegdifferenz (Δ-Position) als
ausgelegt gemeldet, wobei der Wert der Wegdifferenz alle Toleranzen
berücksichtigt
und relativ groß ist.
Aus Sicherheitsgründen
können
bei einem Gangwechsel bestimmte Abläufe erst eingeleitet werden, wenn
der Startgang als ausgelegt gemeldet ist. Erfindungsgemäß wird der
Auslegepunkt bei einem in ein Kraftfahrzeug eingebauten Stufengetriebe
adaptiv erfasst und kann demzufolge unmittelbar (bzw. mit einer
sehr viel kleineren Wegdifferenz) zur Auslösung weiterer Ereignisse dienen
(z.B. Meldung „Gang
ausgelegt").
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist
der Parameter der Hinterlegungspunkt beim Auslegen einer Gangstufe.
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An
den Schaltverzahnungen sind bekanntermaßen häufig so genannte Hinterlegungen
vorgesehen, die in erster Linie dazu dienen, ein versehentliches
Gangauslegen zu vermeiden. Die Hinterlegungen haben in Bezug auf
den Auslegepunkt eine vorgegebene Entfernung. Demzufolge lässt sich
der Auslegepunkt mittelbar über
die Erfassung des Hinterlegungspunktes beim Auslegen einer Gangstufe ermitteln.
Auch hierbei kann dann ein entsprechendes Ereignis bei Erreichen
des Auslegepunktes ausgelöst
werden, beispielsweise die Meldung „Gang ausgelegt" bzw. das Einleiten
weiterer Schritte, die im Verlauf des Gangwechsels notwendig sind.
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Von
besonderem Vorteil ist es insgesamt, wenn der Synchronpunkt während der
Lebensdauer des Kraftfahrzeuges immer aufs Neue erfasst wird.
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Hierdurch
kann der Schaltablauf in Abhängigkeit
von der Veränderung
des Parameters (z.B. auf Grund von Verschleiß) immer neu optimiert werden.
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Gemäß einer
insgesamt bevorzugten Ausführungsform
wird der Synchronpunkt und/oder Auslegepunkt erfasst, indem das
Schaltglied bewegt wird und indem die Veränderung der Geschwindigkeit
des Schaltgliedes erfasst wird.
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Für den Fall,
dass der Parameter der Synchronpunkt ist, so wird das Schaltglied
in der Regel über
den Synchronpunkt hinweg bewegt, wobei an der Schaltkupplung eine
Differenzdrehzahl vorhanden sein muss. Das Schaltglied wird vorzugsweise langsam
(mit minimaler Kraft) in Einlegerichtung bewegt. Wird die Geschwindigkeit
des Schaltgliedes kleiner, so entspricht die aktuelle Position des
Schaltgliedes dem Synchronpunkt.
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Sofern
der Parameter der Auslegepunkt ist, lässt sich dieser beispielsweise
mittelbar über
die Hinterlegungsposition erfassen. Sofern die Schaltverzahnung
der Schaltkupplung mit einer Hinterlegung versehen ist, erfolgt
eine Veränderung
der Geschwindigkeit des Schaltgliedes, wenn dieses in Richtung neutral
bewegt wird, und zwar an der Hinterlegungsposition. Voraussetzung
hierfür
ist, dass der auszulegende Gang unter Moment steht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Synchronpunkt und/oder Auslegepunkt erfasst, indem das
Schaltglied bewegt wird und indem die Veränderung der Stellgröße eines
Aktuators erfasst wird, der das Schaltglied betätigt.
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Diese
Ausführungsform
entspricht dem Grunde nach der Art und Weise der Parametererfassung
unter Benutzung der Veränderung
der Geschwindigkeit des Schaltgliedes. Sofern der Parameter der
Synchronpunkt ist, steigt bei Erreichen des Synchronpunktes der
Strom (eines elektromotorischen Aktuators) bzw. der Druck (bei einem
fluidischen Aktuator) auf Grund der Gegenkraft an. Dieser Anstieg
der Stellgröße findet
im Bereich des Synchronpunktes statt. Voraussetzung ist wiederum
eine Differenzdrehzahl an der Schaltkupplung des Zielganges.
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Bei
dem Auslegen einer Gangstufe ist ein entsprechender kurzer Anstieg
des Stromes bzw. Druckes dann festzustellen, wenn die Hinterlegung der
Schaltkupplungsverzahnung erreicht wird. Somit lässt sich der Auslegepunkt mittelbar über die
Hinterlegungsposition bestimmen.
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Gemäß weiteren
bevorzugten Ausführungsformen
wird der Synchronpunkt und/oder Auslegepunkt erfasst, indem das
Schaltglied bewegt wird und indem die zweite Ableitung der Eingangsdrehzahl des
Stufengetriebes erfasst wird.
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Diese
Art der Parametererfassung bietet sich insbesondere dann an, wenn
die Kupplung nach Auslegen des Startganges geöffnet ist und der Synchronpunkt
noch nicht erreicht ist. Dann nämlich
wird die Getriebeeingangsdrehzahl durch das Schleppmoment des Getriebes
bestimmt.
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Anstelle
der Getriebeeingangsdrehzahl kann auch die Differenzdrehzahl von
Eingangsdrehzahl zu Getriebeausgangsdrehzahl verwendet werden.
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Falls
der Parameter der Synchronpunkt ist, ändert sich der Gradient der
Getriebeeingangsdrehzahl, wenn der Synchronpunkt erreicht wird.
Die Änderung
des Drehzahlverlaufes ist ein Indiz hierfür. Bei einer Hochschaltung
wird der Drehzahlgradient nach Erreichen des Synchronpunktes steiler.
Daher lässt sich
der Synchronpunkt über
die Änderung
des Gradienten der Getriebeeingangsdrehzahl (die zweite Ableitung)
bestimmen. Bei einer Rückschaltung nimmt
die Drehzahl nach Auslegen des Startgangs stetig ab, bis die Drehzahl
beim Erreichen des Synchronpunktes nicht mehr fällt, sondern in Richtung der
Zieldrehzahl ansteigt. Dabei wechselt das Vorzeichen des Drehzahlgradienten.
Der Synchronpunkt liegt dabei jedoch dort, wo der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl
sich vom Wert her ändert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Synchronpunkt und/oder Auslegepunkt erfasst, indem das
Schaltglied bewegt wird und indem die Eingangsdrehzahl des Stufengetriebes
erfasst wird.
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Für den Fall,
dass der Parameter der Synchronpunkt ist, kann dies erreicht werden,
indem der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges mit der Getriebeeingangswelle
verbunden ist und das Schaltglied bis zu dem Weg-Sollwert hin gefahren
wird. Bei Erreichen des Synchronpunktes kann ein kurzfristiger Einbruch
der Drehzahl des Verbrennungsmotors detektiert werden.
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Für den Fall,
dass der Parameter der Auslegepunkt ist, wird dem auszulegenden
Gang ein Moment aufgeprägt
und das Schaltglied in Richtung neutral bewegt. Sobald der Formschluss
gelöst
wird, ergibt sich eine Änderung
der Getriebeeingangsdrehzahl.
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Entsprechend
kann dies auch durch eine Veränderung
der Stellgröße des Aktuators
erfasst werden.
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Das
Detektieren der Getriebeparameter (z.B. des Synchronpunktes bzw.
des Auslegepunktes) kann erfindungsgemäß zur adaptiven Einstellung
eines entsprechenden Weg-Sollwertes verwendet werden. Der Weg-Sollwert
berücksichtigt
somit den Verschleiß der
Synchronkupplung oder ähnliches.
Alternativ kann die Erfassung des Parameters auch unmittelbar zum
Auslösen
eines entsprechenden Ereignisses verwendet werden, beispielsweise
zum Einleiten weiterer Verfahrensschritte (nach der Art eines Software-Interrupts oder ähnliches).
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Es
versteht sich, dass der Parameter des Stufengetriebes vorzugsweise
ein Wegparameter jeweiliger Schaltkupplungen des Stufengetriebes
ist.
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Ferner
versteht sich, dass das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren bzw.
das erfindungsgemäße Steuergerät in gleichem
Maße auch
auf andere Getriebetypen anwendbar ist, insbesondere auch auf Doppelkupplungsgetriebe,
bei denen ebenfalls Gangstufen formschlüssig durch jeweilige Schaltkupplungen
eingerichtet werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines automatisierten Schaltgetriebes,
bei dem das erfindungsgemäße Optimie rungsverfahren
bzw. das erfindungsgemäße Steuergerät verwendet
werden können;
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2 Diagramme
zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Synchronpunktes einer Schaltkupplung;
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3 Diagramme
zur Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zur Erfassung und Einstellung des Synchronpunktes;
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4 Diagramme
zur Erläuterung
einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Synchronpunktes bei einem Hochschaltvorgang;
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5 eine
Abwandlung der dritten Ausführungsform
bei einer Rückschaltung;
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6 Diagramme
zur Erläuterung
einer vierten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen eines Auslegepunktes;
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7 Diagramme
zur Erläuterung
einer fünften
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Auslegepunktes; und
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8 Diagramme
zur Erläuterung
einer sechsten Ausführungsform
des erfindungsgemäßes Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Auslegepunktes.
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In 1 ist
ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges generell mit 10 bezeichnet.
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Der
Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor 12,
eine Anfahr- und Trennkupplung 14 sowie ein Stufengetriebe 16 auf.
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Ein
Eingangsglied der Trennkupplung 14 ist mit einer Motorabtriebswelle 20 verbunden.
Die Drehzahl der Motorabtriebswelle 20 ist mit nM bezeichnet. Ein Ausgangsglied der Trennkupplung 14 ist
mit einer Getriebeeingangswelle 22 verbunden. Die Drehzahl
der Getriebeeingangswelle ist mit nI bezeichnet.
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Das
Stufengetriebe 16 weist getriebeeingangsseitig zunächst einen
Konstanten-Radsatz 24 auf, der die Getriebeeingangswelle 22 mit
einer Vorgelegewelle 26 verbindet.
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Das
Stufengetriebe 16 weist ferner eine Getriebeausgangswelle 28 auf,
deren Drehzahl mit nO bezeichnet ist.
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Ferner
beinhaltet das Stufengetriebe 16 eine Mehrzahl von Radsätzen entsprechend
einer Mehrzahl von Gangstufen, die durch das Stufengetriebe 16 eingerichtet
werden können.
Im vorliegenden Fall sind aus Gründen
einer übersichtlichen
Darstellung nur zwei Radsätze 30, 38 gezeigt,
obgleich die Anzahl der Gangstufen bei typischen Antriebssträngen der
gezeigten Art fünf,
sechs, sieben oder mehr beträgt.
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Der
erste Radsatz 30 weist ein mit der Vorgelegewelle 26 verbundenes
Festrad 32 und ein drehbar an der Getriebeausgangswelle 28 gelagertes Losrad 34 auf.
Das Losrad 34 ist mittels einer ersten Schaltkupplung 36 (Synchronkupplung)
mit der Getriebeausgangswelle 28 verbindbar.
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Der
zweite Radsatz 38 weist ein mit der Vorgelegewelle 26 verbundenes
Festrad 40 und ein drehbar an der Getriebeausgangswelle 28 gelagertes
zweites Losrad 42 auf. Das zweite Losrad 42 ist mittels
einer zweiten Schaltkupplung 44 mit der Getriebeausgangswelle 28 verbindbar.
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Die
Schaltkupplungen 36, 44 sind als Schaltkupplungspaket
integriert und mittels einer Schaltmuffe 46 betätigbar,
die axial verschieblich ist.
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Die
Schaltmuffe 46 wird mittels eines Schaltgliedes 50 betätigt, bei
dem es sich beispielsweise um eine Schaltgabel oder eine Schaltschwinge
handeln kann.
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Der
dargestellte Antriebsstrang 10 ist ein automatisierter
Antriebsstrang. Das Stufengetriebe 16 ist ein automatisiertes
Schaltgetriebe. Demzufolge ist ein Steuergerät 60 vorgesehen, das
einen Aktuator 52 ansteuert, der das Schaltglied 50 – und damit
die Schaltmuffe 46 – automatisiert
betätigt.
Es versteht sich, dass das Steuergerät 60 in gleichem Maße dazu
ausgelegt sein kann, auch die Trennkupplung 14 automatisiert
zu betätigen.
Ferner ist in der Regel eine übergeordnete
Steuerung implementiert, die auch Parameter des Verbrennungsmotors 12 berücksichtigt
bzw. beeinflusst.
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Der
Weg der Schaltmuffe 46 bzw. des Schaltgliedes 50 bzw.
des Aktuators 52 ist in 1 schematisch
mit s bezeichnet.
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Es
versteht sich, dass der dargestellte Getriebeaufbau lediglich beispielhaft
ist und die Zusammenhänge
bei dem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren
veranschaulichen soll. Es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren
in gleichem Maße
auf andere Arten von Antriebssträngen
anwendbar ist, bei denen Schaltkupplungen zum Ein- und Auslegen
von Gangstufen verwendet werden, beispielsweise auf Doppelkupplungsgetriebe.
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2 zeigt
Diagramme zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Synchronpunktes einer Schaltkupplung.
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In
der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
wird der Synchronpunkt durch Beobachtung der Bewegung der Schaltmuffe 46 (oder
des Schaltgliedes 50 bzw. des Aktuatorabtriebs 52)
erfasst.
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In 2 ist
der Weg s der Schaltmuffe 46 über der Zeit aufgetragen. Ferner
sind dargestellt die erste Ableitung s . des Weges s über der
Zeit und die zweite Ableitung s .. des Weges s über der Zeit.
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Bei
dieser Ausführungsform
des Optimierungsverfahrens wird die Schaltmuffe 46 des
Zielganges langsam (mit minimaler Kraft) in Richtung Gang bewegt.
Dabei ist über
der Zielsynchronisation eine Differenzdrehzahl vorhanden.
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Kommt
die Schaltmuffe bei noch vorhandener Differenzdrehzahl zum Stehen
bzw. wird ihre Geschwindigkeit kleiner, so ent spricht die aktuelle
Position der Schaltmuffe 46 dem Bereich des Synchronpunktes
SPun. Der entsprechende Synchronpunkt-Zeitpunkt ist mit ts bezeichnet.
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Bei
SPos ist die Synchronposition dargestellt, also jene Position der
Schaltmuffe, bei der die Drehzahlangleichung der Zielgangstufe erreicht
ist. Bei G ist jene Position der Schaltmuffe 46 dargestellt, bei
der der Formschluss erreicht und die Gangstufe eingelegt ist. Bei
N ist der Neutralpunkt der zugehörigen
Schaltkupplung dargestellt.
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In
dem Diagramm der Geschwindigkeit s . der Schaltmuffe 46 ist
zu erkennen, dass diese bei dem Synchronpunkt SPun von einem relativ
konstanten Wert abfällt.
Dies ist ebenfalls in dem Diagramm betreffend die Beschleunigung s .. zu
erkennen.
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Um über der
Zielsynchronisation eine Differenzdrehzahl aufzuprägen, sind
folgende Maßnahmen
möglich:
Erstens,
die Differenzdrehzahl kann durch einen Schaltwunsch ausgelöst werden
und ist dann Folge der unterschiedlichen Übersetzung von Start- und Zielgang,
wobei die Schaltung während
der Fahrt erfolgen muss. Demzufolge kann die Detektierung des Synchronpunktes
bei einem normalen Schaltvorgang während der Fahrt erfolgen.
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Zweitens,
die Differenzdrehzahl kann über die
Kupplung erzeugt werden. Beispielsweise kann die Kupplung die Drehzahl
des Antriebsmotors (Verbrennungsmotor, E-Motor, Gasturbine, ...)
auf den Getriebeeingang 22 aufprägen und somit auch für eine Differenzdrehzahl über der
Zielsynchronisation sorgen, unabhängig davon, ob das Kraftfahrzeug fährt oder
nicht, also auch im Stillstand.
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Drittens,
die Differenzdrehzahl kann über den
Startgang aufgeprägt
werden. Lässt
sich die Schaltmuffe 46 der Zielsynchronisation unabhängig von
der Schaltmuffe des Startganges verfahren (sind also die Schaltkupplungen
von Start- und Zielgang nicht Teil eines Kupplungspaketes), so lässt sich
bei geöffneter
Kupplung durch den eingelegten Gang eine Differenzdrehzahl über der
Zielsynchronisation aufprägen.
Es ist lediglich notwendig, dass irgendein Gang eingelegt ist und
der Wagen sich noch bewegt, fährt/rollt.
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3 zeigt
Diagramme zur Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zur Erfassung und Einstellung des Synchronpunktes.
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In 3 ist
dargestellt die Getriebeeingangsdrehzahl nI über der
Zeit t. Bei dieser Ausführungsform
ist die Trennkupplung 14 geschlossen, so dass die Getriebeeingangsdrehzahl
nI gleich der Motordrehzahl nM ist.
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3 zeigt
ferner den Weg s der Schaltmuffe des Zielganges über der Zeit.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
kann die Synchronpunktdetektierung im Stillstand erfolgen. Dabei
ist zunächst
die Kupplung zu schließen
und der Verbrennungsmotor beispielsweise im Leerlauf zu betreiben.
Es darf kein Gang eingelegt sein.
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Nunmehr
wird die Schaltmuffe 46 von Neutral N in Richtung hin zum
Synchronpunkt SPun bewegt, wie es dem Diagramm in 3 zu
entnehmen ist. Bei Erreichen des Synchronpunktes wird ein kurzfristiger
Einbruch der Drehzahl des Verbrennungsmotors detektiert. Der Zeitpunkt
ts des Einbruchs der Drehzahl des Verbrennungsmotors
zeigt den Synchronpunkt SPun an. Dieser Punkt kann auch dazu benutzt
werden, um die Schaltmuffe 46 anzuhalten, wie es dem Diagramm
der 3 zu entnehmen ist (denn ansonsten würde ja bei
geschlossener Trennkupplung 14 im Stillstand des Kraftfahrzeuges
die Gangstufe eingelegt werden, was naturgemäß zu einem Abwürgen des
Motors führen
würde,
oder zu einer Beschädigung
der Schaltkupplung).
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Es
versteht sich, dass die Differenzdrehzahl hierbei auch durch einen
Elektromotor erzeugt werden kann, wie er beispielsweise in Hybridfahrzeugen vorhanden
ist, durch eine Gasturbine, durch einen Kurbelwellenstartergenerator,
etc.
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Anstelle
der Detektierung über
die Schaltmuffenposition oder die Getriebeeingangs- bzw. Motordrehzahl
ist es auch möglich,
den Synchronpunkt durch Beobachtung der Stellgröße des Aktuators 52 zu
erfassen. Bei einem hydraulischen Stellzylinder kann die Stellgröße beispielsweise
der Druck sein, bei einem Elektromotor beispielsweise der Strom.
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Sofern
eine Differenzdrehzahl über
dem Zielgang vorhanden ist, kann man bei Erreichen des Synchronpunktes
SPun eine kurzfristige Änderung der
Stellgröße (z.B.
Anstieg des Stromes bzw. des Druckes) feststellen, und zwar abhängig von
der Art des Reglers bzw. der Steuerung. Dieser Anstieg ist eine
Folge einer Ände rung
des Übertragungsverhaltens
der Regelstrecke (Verfahren aus Neutral ohne Widerstand und Andrücken der
Synchronringe).
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4 zeigt
Diagramme zur Erläuterung
einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Synchronpunktes bei einem Hochschaltvorgang.
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Wird
ein Schaltvorgang während
einer Fahrt des Kraftfahrzeuges durchgeführt, muss die Getriebeeingangsdrehzahl
nI vom Drehzahlniveau des Startganges auf
das des Zielganges angepasst werden. Wenn der Startgang ausgelegt
wurde, die Kupplung offen ist und der Synchronpunkt noch nicht erreicht
ist, wird die Getriebeeingangsdrehzahl nI durch das
Schleppmoment des Getriebes bestimmt (Bereich A in 4).
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In 4 sind übereinander
dargestellt die Getriebeeingangsdrehzahl nI über der
Zeit bei einem Hochschaltvorgang, entsprechend der Gradient n .I der Getriebeeingangsdrehzahl und die Änderung n ..I des Gradienten der Getriebeeingangsdrehzahl über der
Zeit. Ferner ist in 4 dargestellt der Weg der Schaltmuffe
s über
der Zeit.
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Man
erkennt in den Diagrammen der 4, dass
der Drehzahlgradient n .I nach Erreichen des Synchronpunktes
SPun steiler wird. Der Synchronpunkt SPun lässt sich in diesem Fall über die Änderung n .. des
Gradienten der Getriebeeingangsdrehzahl bestimmen (d.h. die zweite
Ableitung n ..I der Drehzahl nI).
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5 zeigt
Diagramme zur Erläuterung
einer Abwandlung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Synchronpunktes bei einem Rückschaltvorgang.
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Die
grundlegende Funktionsweise ist vergleichbar mit den Vorgängen beim
Hochschalten.
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Bei
dem Rückschaltvorgang
nimmt die Drehzahl nI nach dem Auslegen
des Startgangs stetig ab, bis die Drehzahl beim Erreichen des Synchronpunktes
SPun nicht mehr fällt,
sondern in Richtung der Zieldrehzahl ansteigt. Dabei wechselt das
Vorzeichen des Drehzahlgradienten, d.h. der ersten Ableitung n .I der Getriebeeingangsdrehzahl nI von
(–) auf (+).
Der Synchronpunkt SPun liegt tatsächlich jedoch dort, wo der
Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl sich vom Wert her ändert, also
dort, wo die zweite Ableitung n ..I der Getriebeeingangsdrehzahl
eine Wertänderung
erfährt.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
gemäß den 4 und 5 lässt sich
anstelle der Getriebeeingangsdrehzahl nI auch
die Differenzdrehzahl von Getriebeeingangsdrehzahl nI und
Getriebeausgangsdrehzahl nO verwenden.
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Ziel
der bislang beschriebenen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
ist eine adaptive Erfassung und Speicherung des Synchronpunktes
der Schaltkupplungen des Stufengetriebes 16, und zwar während der
Lebensdauer des Kraftfahrzeuges. Wie dargestellt, kann dies kontinuierlich
erfolgen, also beispielsweise bei jedem Schaltvorgang des Stufengetriebes.
Alternativ ist es auch möglich,
hierzu spezielle Verfah rensschritte durchzuführen, beispielsweise im Stillstand
des Fahrzeuges (dies kann beispielsweise im Rahmen von Wartungsarbeiten
oder Ähnlichem
erfolgen).
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Durch
genaues kontinuierliches („adaptives") Erfassen des Synchronpunktes
ist es zu jedem Zeitpunkt während
der Lebensdauer des Kraftfahrzeuges möglich, die Schaltmuffe 46 beim
Einlegen des Zielganges jeweils schnell bis kurz vor den Synchronpunkt
anzufahren und erst kurz vor Erreichen des Synchronpunktes auf eine
langsamere Schaltmuffenbewegung umzuschalten. Hierdurch kann die
Schaltzeit optimiert werden.
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Ferner
ist es durch Protokollierung des Synchronpunktes über die
Lebensdauer des Kraftfahrzeuges möglich, den Verschleiß der jeweiligen
Synchronbeläge
zu erfassen.
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Zusätzlich oder
alternativ zu der erfindungsgemäßen Optimierung
der Erfassung und Einstellung des Synchronpunktes ist es auch möglich, den
Auslegepunkt des Startganges optimiert zu erfassen und einzustellen.
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Während im
Stand der Technik ein Gang aus Sicherheitsgründen häufig erst eine relativ große Wegdifferenz
nach dem tatsächlichen
Lösen des Formschlusses
am Startgang als „ausgelegt" gemeldet wird, um
weitere Verfahrensschritte im Rahmen eines Gangwechsels einzuleiten,
wird der Auslegepunkt bei den nachfolgend erläuterten Verfahren während der
Betriebszeit kontinuierlich erfasst. Demzufolge ist es möglich, eine
Meldung „Gang
ausgelegt" bereits
unmittelbar (d.h. eine sehr kurze Wegstrecke nach dem tatsächlichen
Lösen des
Formschlusses) abzugeben, um somit die Schaltzeit noch weiter zu
optimieren.
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6 zeigt
Diagramme zur Erläuterung
einer vierten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Auslegepunktes APun.
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In 6 erfolgt
das Erfassen und Einstellen des Auslegepunktes APun mittelbar durch
Erfassung der Hinterlegungsposition H, und zwar anhand der Schaltmuffenbewegung.
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Das
Verfahren der vierten Ausführungsform entspricht
der grundsätzlichen
Art und Weise des Ablaufes der ersten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform
kann unabhängig
davon, ob eine Schaltung aktiv ist oder nicht, durchgeführt werden. Es
ist lediglich notwendig, dass der Startgang (der eingelegte Gang)
unter einem Moment steht.
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Wird
die Schaltmuffe des Startganges nun langsam (mit minimaler Kraft)
in Richtung Neutral N bewegt, kommt sie auf Grund des Momentes,
welches über
dem eingelegten Gang ansteht, an der Hinterlegung zum Stehen. Diese
ermittelte Hinterlegungsposition H ist die Berechnungsgrundlage
für die
Position des Auslegepunktes APun.
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Es
versteht sich, dass die vierte Ausführungsform nur dann verwendet
werden kann, wenn an den Verzahnungen der Schaltkupplung des Startganges
tatsächlich
Hinterlegungen vorhanden sind, was jedoch bei Synchronkupplungen
regelmäßig der Fall
ist, um ein unbeabsichtigtes Lösen
der eingelegten Gangstufe zu verhindern.
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Bei
der vierten Ausführungsform
wird davon ausgegangen, dass ein Abstand zwischen einer Hinterlegungsposition
H und dem Auslegepunkt APun eine feste Größe ist.
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Die
Aufprägung
des Momentes über
dem Startgang kann auf folgende Art und Weise erfolgen:
Erstens,
das Moment kann über
die Trennkupplung 14 aufgeprägt werden. Diese Art der Momentenaufprägung ist
unabhängig
vom Getriebetyp und ist ferner unabhängig davon, ob eine Schaltung
aktiv ist oder nicht. Ferner ist diese Art der Momentenaufprägung sowohl
dann möglich,
wenn sich der Wagen im Stillstand befindet, als auch dann, wenn
er fährt.
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Zweitens,
das Moment kann über
den Zielgang aufgeprägt
werden. Wenn sich die Schaltmuffe eines anderen Ganges unabhängig von
der Schaltmuffe des Startganges verfahren lässt, so kann bei geöffneter
Kupplung durch Aufprägen
eines Synchronmomentes auf diesen anderen Gang ein Moment (eine
Verspannung) über
dem Startgang erreicht werden.
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Drittens,
ferner kann ein Moment durch jede andere „Momentenquelle" erfolgen, beispielsweise durch
Elektromotoren bei Hybridfahrzeugen, durch Kombinationen von erstens
und zweitens, etc.
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Ferner
ist die vierte Ausführungsform
abwandelbar, indem anstelle der Schaltmuffenposition die Stellgröße des Aktuators
des Startganges erfasst wird. Je nach Art der Schaltmuffenbetätigung wird man
beim Erreichen der Hinterlegung H unter Moment zumindest kurzfristig
eine Änderung
der Stellgröße (z.B.
An stieg eines Stromes eines Elektromotors bzw. Anstieg eines Druckes
in einem Hydraulikzylinder) feststellen können, und zwar abhängig von der
Art des Reglers/der Steuerung. Dieser Anstieg ist eine Folge der Änderung
des Übertragungsverhaltens
der Regelstrecke.
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7 zeigt
Diagramme zur Erläuterung
einer fünften
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Auslegepunktes.
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7 zeigt
generell eine Möglichkeit
der Detektierung des Auslegepunktes APun während der Fahrt. Dabei wird
der Startgang (z.B. bei einem Schaltwunsch) unter Beobachtung der
Getriebeeingangs- und -ausgangsdrehzahl und/oder unter Beobachtung
der Drehzahl des Verbrennungsmotors ausgelegt, wobei sich der Startgang
während
des gesamten Auslegevorganges unter einem Moment befinden muss.
Der Startgang muss also, wie auch bei der vierten Ausführungsform,
unter einem Moment stehen, also verspannt sein. Wird nun der Formschluss
des Startganges gelöst,
hat dies eine Änderung
bei mindestens einer der zuvor genannten Drehzahlen zur Folge.
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In 7 sind
dem gemäß dargestellt
die Getriebeeingangsdrehzahl nI über der
Zeit (bei einer Fahrsituation unter Zug oder bei einem angedrückten niedrigeren
Gang), die Getriebeeingangsdrehzahl n'I über der
Zeit (z.B. bei einem angedrückten
höheren Gang)
sowie die Getriebeausgangsdrehzahl nO (z.B. bei
einer Fahrsituation unter Schub).
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Die
Aufprägung
des Momentes über
dem Startgang kann folgendermaßen
erreicht werden:
Erstens, das Moment kann über die Trennkupplung 14 auf
geprägt
werden. Diese Art der Momentenaufprägung ist unabhängig vom
Getriebetyp, muss aber bei fahrendem Wagen erfolgen und ist aufrechtzuerhalten,
bis der Startgang ausgelegt meldet.
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Zweitens,
die Aufprägung
des Momentes kann über
den Zielgang erfolgen. Lässt
sich die Schaltmuffe eines anderen Ganges unabhängig von der Schaltmuffe des
eingelegten Startganges verfahren, so kann bei geöffneter
Kupplung durch Aufprägen
eines Synchronmomentes auf diesen anderen Gang ein Moment (eine
Verspannung) über
dem Startgang erreicht werden. Auch bei dieser Ausführungsform
muss der Getriebeausgang eine Drehzahl aufweisen (das Fahrzeug muss
fahren/rollen).
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Drittens,
das Moment kann durch jede andere Art von „Momentengenerator" erfolgen, beispielsweise
durch einen Elektromotor in einem Hybridfahrzeug, durch einen Kurbelwellenstartergenerator, durch
Kombination von erstens und zweitens, etc.
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8 zeigt
Diagramme zur Erläuterung
einer sechsten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens
zum Erfassen und Einstellen des Auslegepunktes APun. Dabei erfolgt
die Auslegepunkterfassung im Fahrzeugstillstand, beispielsweise
auch bei Bandende des Fahrzeugherstellers.
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Bei
der sechsten Ausführungsform
wird die Schaltmuffe des eingelegten Startganges bei getretener
Fußbremse
und einem durch die Kupplung aufgeprägten Getriebeeingangsmoment
langsam in Richtung Neutralposition bewegt, bis der Formschluss
des auszulegenden Startganges gelöst wird und die Getriebeeingangsdrehzahl
sich wegdreht oder überhaupt
eine Drehzahl messbar wird.
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Wie
die Drehzahl am Getriebeeingang, so erhöht sich auch die Drehzahl des
Verbrennungsmotors (wegen der schleifenden Kupplung).
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Demzufolge
sind in 8 über der Zeit die Drehzahl nM des Verbrennungsmotors sowie die Getriebeeingangsdrehzahl
nI dargestellt. Der Auslegepunkt APun wird
bei einer Änderung
einer dieser Drehzahlen erfasst.
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In
einer Abwandlung der sechsten Ausführungsform wird man anstelle
einer Änderung
der Drehzahlen nM und/oder nI den
Auslegepunkt APun auch durch Beobachtung der Stellgröße des Aktuators 52 erfassen
können.
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Wird
nämlich
der Gang unter einer Vorspannung ausgelegt, so wird man eine Änderung
der Stellgröße (z.B.
ein Abfallen des Stromes eines Elektromotors bzw. ein Abfallen des
Druckes eines hydraulischen Stellzylinder) feststellen können. Dieser Abfall
ist Folge einer Änderung
des Übertragungsverhaltens
der Regelstrecke des auszulegenden Ganges unter Moment.
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Es
versteht sich, dass die verschiedenen Ausführungsformen zum Erfassen und
Einstellen des Synchronpunktes auch miteinander kombiniert werden
können.
Gleichfalls können
die verschiedenen Ausführungsformen
zur Erfassung und Einstellung des Auslegepunktes miteinander kombiniert
werden.
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Ferner
versteht sich, dass die jeweils erfassten Werte des Synchronpunktes
SPun bzw. des Auslegepunktes APun in einem Steuergerät gespeichert werden
und zur zeit- und sicherheitsoptimierten Ansteuerung der zugehörigen Aktuatoren 52 verwendet werden.
Die verschiedenen Optimierungsverfahren werden folglich in einem
Steuergerät
gespeichert, wie es in 1 schematisch mit 60 dargestellt
ist.
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Insgesamt
ergeben sich zeit- und komfortoptimierte Schaltabläufe von
automatisierten Schaltgetrieben (oder anderen Arten von Stufengetrieben
wie Doppelkupplungsgetrieben) über
die gesamte Lebensdauer. Es sind reproduzierbarere Schaltungen bei
gleicher Fahrsituation (von Schaltung zu Schaltung bzw. Fahrzeug
zu Fahrzeug) möglich.
Auch ergibt sich ein Sicherheitsgewinn durch eine Verschleißberücksichtigung
der Getriebekomponenten.