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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung eines Drehzahlverlaufs
einer Welle eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Steuerungseinrichtung eines
Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 6.
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Die
DE 102 24 064 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Abschätzung
eines Drehzahlverlaufs einer Welle eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs
nach einem Ausschalten eines auf die Welle wirkenden Synchronisierelements.
Dabei wird der Drehzahlverlauf einer Vorgelegewelle eines Zahnräderwechselgetriebes
nach dem Ausschalten einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten Vorgelegewellenbremse
abgeschätzt.
Bei dem Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Vorgelegewellenbremse
eine Ausschalt-Totzeit aufweist, also nach dem Ausschalten noch
für die
Dauer der Ausschalt-Totzeit
weiterhin wirkt. Für
die Abschätzung
des Drehzahlverlaufs wird daher ausgehend von der Drehzahl der Welle
zum Ausschaltzeitpunkt mit dem Drehzahlgradienten zum Ausschaltzeitpunkt
der zukünftige
Verlauf der Drehzahl abgeschätzt.
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Eine
genaue Abschätzung
des Drehzahlverlaufs ist notwendig, um Gangwechsel im Getriebe komfortabel
und sicher durchführen
zu können.
Dies gilt insbesondere für
automatisierte Getriebe ohne Synchronisiereinrichtungen für jeden
Gang, also für so
genannte unsynchronisierte Getriebe. Ein Einlegen eines Zielgangs
ist nur dann möglich,
wenn eine Differenzdrehzahl an einem Schaltelement des Zielgangs
nicht zu groß ist.
Da sowohl das Synchronisierelement, als auch das Schaltelement Totzeiten aufweisen,
können
die für
einen komfortablen und sicheren Gangwechsel notwendigen Zeitpunkte
zur Aktivierung bzw. Deaktivierung des Schaltelements und des Synchronisierelements
nur auf Basis einer Abschätzung
des Drehzahlverlaufs einer Welle des Getriebes erfolgen.
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Daher
ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung
vorzuschlagen, welche eine besonders genaue Abschätzung des
Drehzahlverlaufs der Welle ermöglichen. Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und
eine Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Erfindungsgemäß erfolgt
die Abschätzung unter
Berücksichtigung
eines Kennwerts, welcher von einer Einschaltdauer des Synchronisierelements abhängig ist.
Der sich nach dem Ausschalten des Synchronisierelements einstellende
Gradient der Drehzahl der Welle ist von einem Drehzahlgradienten der
Welle in einem zeitlichen Bereich um einen Ausschaltzeitpunkt des
Synchronisierelements, insbesondere dem Drehzahlgradienten zum Ausschaltzeitpunkt,
und auch in einem starken Maße
von der Einschaltdauer des Synchronisierelements abhängig. Dies
gilt insbesondere dann, wenn als Synchronisierelement eine pneumatisch,
hydraulisch oder elektromechanisch betätigte Lamellenbremse eingesetzt wird.
Falls das Synchronisierelement nur kurz betätigt wird, kann beispielsweise
der Betrag des Gradienten nach dem Ausschalten des Synchronisierelements
noch stark ansteigen, da der Gradient zum Ausschaltzeitpunkt die
Bremswirkung des Synchronisierelements noch nicht anzeigt. Die Abhängigkeit des
Kennwerts von der Einschaltdauer kann beispielsweise in einer Kennlinie
abgelegt sein. Es ist auch möglich,
dass der Kennwert in Abhängigkeit von
einer weiteren Größe, beispielsweise
einer Temperatur des Getriebes, in einem Kennfeld abgelegt ist.
Der Kennwert kann auch mittels einer gespeicherten Funktion aus
der Einschaltdauer ermittelt werden.
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Mit
einer Berücksichtigung
eines von einer Einschaltdauer des Synchronisierelements abhängigen Kennwerts
kann der sich nach dem Ausschalten des Synchronisierelements einstellende,
mittlere Gradient sehr genau abgeschätzt werden. Damit ist ausgehend
von einem gemessenen Drehzahlwert in einem Zeitbereich des Ausschaltzeitpunkts,
insbesondere der Drehzahl zum Ausschaltzeitpunkt selbst, eine besonders
genaue Abschätzung
des Drehzahlverlaufs möglich.
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Das
Getriebe ist insbesondere als ein automatisiertes, unsynchronisiertes
Zahnräderwechselgetriebe
ausgeführt.
Mittels des Verfahrens kann beispielsweise der Drehzahlverlauf einer
Eingangswelle oder einer Vorgelegewelle des Getriebes, also von Wellen,
die nicht drehfest mit einer Ausgangswelle des Getriebes verbunden
sind, abgeschätzt
werden.
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Das
Synchronisierelement kann entweder eine Welle des Getriebes gegenüber einem
Gehäuse abbremsen
oder zwischen zwei Wellen eine Drehzahlangleichung bewirken. Beispielsweise
kann die Vorgelegewelle gegen das Gehäuse abgebremst oder die Vorgelegewelle
gegenüber
der Hauptwelle verzögert
oder beschleunigt werden. Die notwendigen Drehmomente können beispielsweise
mittels einer reibschlüssigen
Verbindung, hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch aufgebracht
werden.
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Der
Gradient wird beispielsweise ermittelt, indem eine Drehzahl von
einer Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes zu verschiedenen
Zeitpunkten gemessen und mit den sich aus den gemessenen Drehzahlen
ergebenden Drehzahldifferenzen und den Zeitabständen zwischen den Messungen
der zeitliche Gradient ermittelt wird. Darüber hinaus können weitere,
dem Fachmann bekannte Verfahren zur Ermittlung von Drehzahlen und
Drehzahlgradienten angewandt werden. Zusätzlich kann der Gradient mittels
eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise eines Tiefpassfilters, über mehrere Messwerte
geglättet
werden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird der Drehzahlverlauf ausgehend von
der gemessenen Drehzahl der Welle und einem angenommenen Gradienten,
welcher sich aus einem Produkt des ermittelten Drehzahlgradienten
und des genannten Kennwerts ergibt, abgeschätzt. Ein Drehzahlwert zu einem bestimmten
Zeitpunkt, der eine Zeitspanne nach dem Zeitpunkt liegt, bei dem
die gemessene Drehzahl bestimmt wurde, wird abgeschätzt, indem
zu der gemessenen Drehzahl das Produkt aus der genannten Zeitspanne
und dem angenommenen Gradienten addiert wird. Der Kennwert kann
beispielsweise mittels einer gespeicherten Kennlinie in Abhängigkeit
der Einschaltzeit des Synchronisierelements bestimmt werden.
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Es
ist ebenfalls möglich,
dass sich beispielsweise der angenommene Gradient aus der Summe aus
dem ermittelten Drehzahlgradienten und dem Kennwert ergibt. Ebenfalls
kann sich der angenommene Gradient beispielsweise aus einem Kennfeld
in Abhängigkeit
vom ermittelten Drehzahlgradienten und dem Kennwert ergeben. Darüber hinaus
können weitere
Arten der Berücksichtigung
des Kennwerts umgesetzt sein.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird die Abhängigkeit des Kennwerts von
der Einschaltdauer des Synchronisierelements auf Grund von sich
tatsächlich
ergebender Drehzahlverläufe
angepasst. Es wird also eine Adaption des Kennwerts durchgeführt. Dazu
wird der abgeschätzte
Drehzahlverlauf mit dem sich tatsächlich ergebenden Drehzahlverlauf
verglichen und der Kennwert so angepasst, dass eine Abschätzung des
Verlaufs mit dem angepassten Kennwert zumindest näher am tatsächlichen
Verlauf liegen würde.
Ist beispielsweise der Kennwert in einer Kennlinie abgelegt, so
wird die Kennlinie angepasst.
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Damit
können
Bauteilstreuungen zwischen Getrieben und Veränderungen des Getriebes bzw. einzelner
Bauteile, wie beispielsweise des Synchronisierelements, während der
Lebensdauer des Getriebes ausgeglichen werden. Somit sind für verschiedene
Getriebe über
ihre gesamte Lebensdauer genaue Abschätzungen der Drehzahlverläufe möglich.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist der Kennwert von einer Temperatur
des Getriebes abhängig. Insbesondere
ist der zur Abschätzung
verwendete Kennwert immer größer als
ein temperaturabhängiger
Mindestwert. Der Kennwert ist beispielsweise von einer Temperatur
eines Getriebeöls
abhängig. Der
Kennwert und insbesondere der Mindestwert sind beispielsweise bei
niedrigen Temperaturen größer als
bei hohen Temperaturen. Diese Temperaturabhängigkeit wirkt sich insbesondere
bei sehr tiefen Temperaturen von unter 0 °C aus.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung
hervor. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe
mit einem Synchronisierelement,
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2 eine
Kennlinie, in der der für
die Abschätzung
verwendete Kennwert über
der Einschaltzeit des Synchronisierelements aufgetragen ist und
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3 eine
Kennlinie, in der ein Mindestwert für den Kennwert über einer
Temperatur des Getriebes aufgetragen ist.
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Gemäß 1 weist
ein Antriebsstrang 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs
eine Antriebsmaschine 14 auf, welche von einer Steuerungseinrichtung 16 angesteuert
wird.
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Die
Antriebsmaschine 14 kann mittels einer Ausgangswelle 13 und
einer Reibungskupplung 12 mit einer koaxial zur Ausgangswelle 13 angeordneten
Getriebeeingangswelle 11 eines automatisierten, unsynchronisierten
Zahnräderwechselgetriebes 19, eines
so genannten Klauengetriebes, verbunden werden. Die Kupplung 12 und
das Zahnräderwechselgetriebe 19 werden
von einer Steuerungseinrichtung 49 angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 49 steht
in Signalverbindung mit nicht dargestellten Stellgliedern der Kupplung 12 und
des Zahnräderwechselgetriebes 19.
Damit kann die Steuerungseinrichtung 49 die Kupplung 12 öffnen oder
schließen und
Gangwechsel im Zahnräderwechselgetriebe 19 durchführen. Die
Steuerungseinrichtung 49 steht außerdem mit einem Drehzahlsensor 53 und
einem Temperatursensor 54 in Signalverbindung. Mittels des
Drehzahlsensors 53 kann eine Drehzahl einer Vorgelegewelle 22 und
mittels des Temperatursensors 54 eine Temperatur eines
Getriebeöls
gemessen werden.
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Das
Zahnräderwechselgetriebe 19 ist
als ein so genanntes Zwei-Gruppengetriebe ausgeführt. Drehfest verbunden mit
der Getriebeeingangswelle 11 ist ein Vorschaltgetriebe
in Form einer Splitgruppe 17 angeordnet. Der Splitgruppe 17 nachgeordnet
ist ein Hauptgetriebe 18.
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Mittels
der Splitgruppe 17 kann die Getriebeeingangswelle 11 über zwei
verschiedene Zahnradpaarungen 20, 21 mit der parallel
zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten Vorgelegewelle 22 in Wirkverbindung
gebracht werden. Die Zahnradpaarungen 20, 21 weisen
eine unterschiedliche Übersetzung
auf. Auf der Vorgelegewelle 22 sind verdrehfest Festräder 23, 24, 25 für den 3.,
2. und 1. Gang des Hauptgetriebes 18 angeordnet. Die Festräder 23, 24, 25 kämmen jeweils
mit zugehörigen
Losrädern 26, 27, 28,
welche drehbar auf einer koaxial zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten
Hauptwelle 29 angeordnet sind. Das Losrad 26 kann
mittels einer Schiebemuffe 30, die Losräder 27 und 28 mittels
einer Schiebemuffe 31 verdrehfest und formschlüssig mit
der Hauptwelle 29 verbunden werden.
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An
der Vorgelegewelle 22 ist ein Synchronisierelement in Form
einer Getriebebremse 52 angeordnet, welche von der Steuerungseinrichtung 49 ansteuerbar
ist. Die Getriebebremse 52 ist als eine pneumatisch betätigbare
Lamellenbremse ausgeführt,
welche die Vorgelegewelle 22 gegen ein Gehäuse des
Zahnräderwechselgetriebes 19 abbremsen
kann. Mittels der Getriebebremse 52 kann die Drehzahl der
Vorgelegewelle 22 und damit auch die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 11 gezielt
verringert werden.
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Eine
Schiebemuffe 41 der Splitgruppe 17 und die Schiebemuffen 30, 31, 39 des
Hauptgetriebes 18 sind jeweils mit Schaltstangen 42, 43, 44, 45 betätigbar.
Damit kann eine formschlüssige
Verbindung zwischen zugehörigen
Schaltelementen und der Hauptwelle 29 hergestellt oder
unterbrochen werden. Die Schaltstangen 42, 43, 44, 45 können mit
einem Stellglied in Form eines pneumatischen Schaltaktors 48,
welcher von der Steuerungseinrichtung 49 angesteuert wird,
betätigt
werden.
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Von
der Hauptwelle 29 wird das gewandelte Drehmoment und die
Drehzahl der Antriebsmaschine 14 mittels einer Antriebswelle 32 an
ein Achsgetriebe 33 übertragen,
welches in an sich bekannter Weise die Drehzahl in gleichen oder
unterschiedlichen Anteilen über
zwei Abtriebswellen 34, 35 an Antriebsräder 36, 37 überträgt.
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Der
Ablauf eines Gangwechsels von einem Ursprungsgang in einen Zielgang
ist in der
DE 102
24 064 A1 ausführlich
beschrieben. Der Inhalt der
DE 102 24 064 A1 , insbesondere die Beschreibung
des Ablaufs der Gangwechsel wird hiermit in die Offenbarung der
vorliegenden Anmeldung aufgenommen.
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Beim
Einlegen des Zielgangs darf eine Drehzahldifferenz zwischen der
Hauptwelle 29 und dem dem Zielgang zugeordneten Losrad 26, 27, 28 nicht zu
groß sein.
Damit muss die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 in einen
Bereich um oder in der Nähe
der so genannten Synchrondrehzahl gebracht werden. Die Synchrondrehzahl
ist die Drehzahl der Vorgelegewelle 22, die sich nach dem
Einlegen des Zielgangs einstellt.
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Zur
Bestimmung eines Ausschaltzeitpunkts der Getriebebremse 52 und
eines Ansteuerzeitpunkts des Schaltaktors 48 ist es notwendig,
dass der Verlauf der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 nach einem
Ausschalten der Getriebebremse 52 vorausberechnet bzw.
abgeschätzt
wird.
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Die
Steuerungseinrichtung 49 schätzt einen Drehzahlwert zu einem
bestimmten Zeitpunkt nach dem Ausschaltzeitpunkt der Getriebebremse 52 ab, indem
sie zur Drehzahl der Vorgelegewelle 22 zum Ausschaltzeitpunkt
das Produkt aus einem angenommenen Gradienten mit der Zeitspanne
zwischen Abschätzzeitpunkt
und Ausschaltzeitpunkt addiert. Der angenommene Gradient ergibt
sich aus dem Produkt des von der Einschaltdauer der Getriebebremse 52 abhängigen Kennwerts
mit dem Gradienten der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 zum
Ausschaltzeitpunkt der Getriebebremse 52. Der Kennwert
ist in einer Kennlinie über
der Einschaltdauer der Getriebebremse 52 in der Steuerungseinrichtung 49 gespeichert.
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In 2 ist
ein Beispiel für
eine solche Kennlinie dargestellt. In der Steuerungseinrichtung
des Zahnräderwechselgetriebes
sind Stützstellen
der Kennlinie abgespeichert. Für
jede Stützstelle
sind der dimensionslose Kennwert (F) und die zugehörige Einschaltzeit
(t ein) in Sekunden abgespeichert. Die Stützstellen sind in der 2 als
Kreise dargestellt. Beispielsweise hat der Kennwert der Stützstelle 60 den
Wert 1,5 bei einer Einschaltzeit von 0,15 s. Für die Abschätzung des Drehzahlverlaufs
wird mit der aktuellen Einschaltzeit der Vorgelegewellenbremse ein
aktueller Kennwert durch lineare Interpolation zwischen den Stützstellen
bestimmt und für
die Vorausberechnung verwendet.
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Die
Kennlinie steigt ausgehend von einem Wert von ca. 1,8 bei einer
Einschaltzeit von 0,06 s auf einen Wert von über 2 bei einer Einschaltzeit
von 0,085 s an. Dieser maximale Wert gilt für eine Einschaltzeit, welche
ungefähr
der Einschalt-Totzeit der Vorgelegewellenbremse entspricht. Die
Einschalt-Totzeit ist in diesem Zusammenhang die Zeitspanne zwischen
der Ansteuerung und dem Wirken der Vorgelegewellenbremse. Der Anstieg
ist damit begründet,
dass für
Einschaltzeiten kleiner als die Einschalt-Totzet zum Ausschaltzeitpunkt
der Druck auf die Lamellen der Vorgelegewellenbremse noch nicht
aufgebaut ist. Der maximale Wert im Bereich der Einschalt-Totzeit
ist darin begründet,
dass zum Ausschaltzeitpunkt der aktuelle Gradient die Bremswirkung
der Vorgelegewellenbremse noch nicht anzeigt. Der Betrag des Gradienten
steigt damit während
der Ausschalt-Totzeit der Vorgelegewellenbremse noch an. Für längere Einschaltzeiten
als die Einschalt-Totzeit sinkt der Kennwert ab, da dann zum Ausschaltzeitpunkt
der Gradient schon nahe dem betragsmäßig maximal möglichen
Gradienten ist. Der Kennwert wird ca. bei einer Einschaltzeit von
0,205 s 1 und sinkt dann langsam bis auf einen Wert von ca. 0,65
bei einer Einschaltzeit von 0,33 s ab. Dieser Wert wird dann auch
für Einschaltzeiten > 0,33 s gehalten.
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Die
Kennlinie wird während
des Betriebs des Getriebes angepasst. Dazu wird nach dem Ausschalten
der Vorgelegewellenbremse ein mittlerer Gradient der Vorgelegewellendrehzahl über eine
festgelegte Zeitspanne von beispielsweise 0,07 s bestimmt. Mit dem
so bestimmten mittleren Gradienten und der zugehörigen Einschaltzeit wird die
Kennlinie angepasst. Dazu existiert um jede Stützstelle in Bezug auf die Einschaltzeit
ein Adaptionsbereich, der in der 2 mit „+" abgegrenzt ist.
Beispielsweise wird der Adaptionsbereich für die Stützstelle 60 durch
die Grenzen 61 und 62 eingegrenzt. Liegt die zugehörige Einschaltzeit
des mittleren Gradienten innerhalb dieser Grenzen, so wird der Kennwert
der Stützstelle
angepasst. Der neue Wert ergibt sich aus folgender Formel: F_neu = F_alt·c + F_mit·(1 – c), wobei F_neu der neue
Kennwert, F_alt der alte Kennwert, c eine Konstante zwischen 0 und
1, beispielsweise 0,9 und F_mit der genannte mittlere Gradient ist.
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Für den bei
der Abschätzung
verwendeten Kennwert existiert ein Mindestwert, welcher von der Temperatur
des Getriebeöls
abhängig
ist. Die untere Grenze ist ebenfalls als eine Kennlinie in der Steuerungseinrichtung
des Zahnräderwechselgetriebes abgelegt.
In 3 ist ein beispielhafter Verlauf der Kennlinie
abgelegt. In der Steuerungseinrichtung sind Stützstellen der Kennlinie abgespeichert.
Für jede
Stützstelle
sind der dimensionslose Kennwert (F_Min) und die zugehörige Temperatur
(T) in °C
abgespeichert. Die in der 3 dargestellten
Temperaturstützstellen
(T_Min1, T_Min2, T_Min3) können beispielsweise
die Werte –50; –10; 40
und die zugehörigen
Mindestwerte (F_Min1, F_Min2, F_Mini) die Werte 1,2; 1; 0,5 haben.
Wenn die Steuerungseinrichtung einen Kennwert aus der Kennlinie
aus 2 ausliest, prüft
sie ab, ob der Wert größer ist
als der zur aktuellen Temperatur des Getriebeöls gehörende Mindestwert. Ist dies
der Fall, so wird für
die Abschätzung
der ausgelesene Kennwert genutzt. Ist der Wert kleiner als der Mindestwert,
so wird für
die Abschätzung
der Mindestwert genutzt.