DE102006003715A1

DE102006003715A1 - Verfahren zur Synchronisation eines automatisierten Schaltgetriebes mit einer Anpassung einer Eingangsdrehzahl

Info

Publication number: DE102006003715A1
Application number: DE102006003715A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wallner; Notker Dr. Amann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-02
Also published as: WO2007085360A2; WO2007085360A3

Abstract

Verfahren zur Synchronisation eines automatisierten Schaltgetriebes (14), welches auf seiner Eingangsseite durch einen Hauptantriebsmotor (1) und durch eine zusätzliche Elektromaschine (2) mit einem Drehmoment beaufschlagt werden kann, wobei sich die Drehmomente des Hauptantriebsmotors (1) und der zusätzlichen Elektromaschine (2) an einer Eingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes (4) überlagern. Eine Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) steuert die zusätzliche Elektromaschine (2) und wahlweise zusätzlich den Hauptantriebsmotor (1) in der Art an, dass die sich einstellende Getriebeeingangsdrehzahl (22) bei ausgelegtem Fahrgang einen gewünschten zeitlichen Verlauf aufweist. Hierdurch wird die Funktionssicherheit von Schaltvorgängen in Bezug auf eine Vermeidung des Ratschens und einer Zahn-auf-Zahn-Stellung deutlich verbessert, welches neben einem positiven Einfluss auf den Schaltkomfort und den Verschleiß von Getriebebauteilen, auch die Fahrsicherheit positiv beeinflusst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines automatisierten Schaltgetriebes mit einer Anpassung einer Eingangsdrehzahl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Automatisierte Schaltgetriebe werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen genutzt. Bekanntermaßen übersetzen in den meisten Fällen eingesetzte Stufenschaltgetriebe bei Kraftfahrzeugen eine von einem Hauptantriebsmotor bereitgestellte Eingangsdrehzahl in eine an die Räder des Fahrzeugs zu übertragende Ausgangsdrehzahl, indem unterschiedliche Zahnradpaarungen in den Kraftfluss zwischen Hauptantriebsmotor und angetriebenen Rädern geschaltet werden. Beim Wechsel des Getriebegangs wird zunächst das zuvor im Kraftfluss befindliche Zahnradpaar aus demselben herausgenommen und anschließend die Zahnräder des einzulegenden Ganges in drehmomentübertragend geschaltet. Für letzteres ist eine Synchronisation der beteiligten Zahnräder erforderlich, die entweder mittels einer Sperrsynchronisation oder aktiv durch eine Getriebebremse, den Verbrennungsmotor oder einen weiteren Antriebsmotor erfolgen kann. Die aktive Anpassung der Drehzahl der Getriebeeingangswelle ermöglicht eine Schaltung mittels einer mechanischen Klauenkupplung, die im Vergleich zu einer Sperrsynchronisierung erheblich einfacher und preiswerter in ein Schaltgetriebe integrierbar ist.
Um derartige Klauenkupplungen schließen zu können, muss die Differenzdrehzahl der Klauen jedoch relativ gering sein, da die Klauen sich ansonsten gegenseitig abweisen und es neben einem deutlich hörbaren so genannten Ratschen auch zu einem entsprechend erhöhtem Verschleiß und einer verlängerten Schaltdauer kommt. Andererseits kann es bei einer zu geringen Differenzdrehzahl beim Schließen der Klauenkupplung zu einer so genannten Zahn auf-Zahn-Stellung der Klauen kommen, die eine Aktivierung des Zielganges erst nach einer Erkennung dieses Zustandes und einem erneuten Öffnen und Schließen der Klauenkupplung ermöglicht.
In diesem Fall kommt es zwar nicht zu einem vergrößerten Verschleiß oder zu unerwünschten Geräuschen, es entsteht jedoch auch hier eine deutlich verlängerte Schaltzeit und dementsprechend eine verlängerte Zugkraftunterbrechung. Zudem wird ein gelegentliches Auftreten einer solchen Zahn auf Zahn-Stellung und noch in erheblich größerem Ausmaß das zuvor beschriebene Ratschen vom Fahrer als unnormales Verhalten des Getriebes wahrgenommen und verringert so sein Vertrauen in die Qualität und Zuverlässigkeit desselben.

Aus der DE 101 52 471 A1 sind ein elektrodynamisches Antriebssystem und ein Verfahren zum Anlassen einen Verbrennungsmotors eines derartig ausgerüsteten Fahrzeugs bekannt, welches einen Elektromotor und ein Planetengetriebe zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe umfasst. Dabei wird zunächst der Elektromotor auf eine grundsätzlich zum Anlassen des Verbrennungsmotors ausreichende Drehzahl beschleunigt und anschließend durch Schließen einer die Drehung einer Eingangswelle des Schaltgetriebes abbremsenden Bremse gegen ein feststehendes Gehäuseteil auf den Verbrennungsmotor ein Moment als Summe aus dem Moment des Elektromotors und dem Rotationsmoment der rotierenden Bauteile aufgebracht.

Die dort gezeigte Antriebsanordnung ist grundsätzlich in der Lage, ein Drehmoment einer Elektromaschine über eine erste Reibungskupplung an den Planetenträger eines Planetengetriebes weiterzuleiten, der wiederum drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbunden ist. Obwohl diese Druckschrift auf eine derartige Nutzung der Vorrichtung in keiner Weise eingeht, ist die beschriebene Vorrichtung grundsätzlich geeignet, um auch bei laufendem Verbrennungsmotor ein zusätzliches positives oder negatives Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle aufzubringen.

Auch die in der DE 199 34 696 A1 offenbarte Vorrichtung sieht einen Elektromotor zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe vor, welcher über ein Planetengetriebe auf eine Eingangswelle des Schaltgetriebes wirken kann. Die Druckschrift befasst sich mit der Schaffung eines Antriebssystems, bei welchem die Elektromaschine zur Drehmomenterhöhung beim Anfahren und als Boosterelement im Sinne eines zusätzlichen Antriebs während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs genutzt werden kann. Weiter ist der Betrieb der Elektromaschine als Generator zur Bordstromversorgung bzw. zur Versorgung von elektrisch angetriebenen Nebenantrieben und als zeitweiliger alleiniger Fahrzeugantrieb, sowie zum Starten des Verbrennungsmotors, insbesondere auch im Rahmen eines Start-Stopp-Betriebes beschrieben. Ein Hinweis auf eine Nutzung eines Elektroantriebes zur gezielten Beeinflussung der Eingangsdrehzahl eines Schaltgetriebes zur Synchronisation von Getriebeelementen zum Einlegen eines Fahrgangs findet sich auch in dieser Schrift nicht.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Synchronisation eines automatisierten Schaltgetriebes mit einer Beeinflussung einer Eingangsdrehzahl desselben vorzustellen, bei welchem eine zusätzliche Elektromaschine bei Bedarf ein Drehmoment auf die Eingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes in der Art aufbringt, dass sich die an der Getriebeeingangswelle anliegenden Momente eines Hauptantriebsmotors und der zusätzlichen Elektromaschine überlagern.

Auf diese Weise kann durch eine Funktionserweiterung der Nutzen grundsätzlich bekannter Vorrichtungen um die gezielte Beeinflussung einer Differenzdrehzahl zwischen Getriebeelementen entscheidend erweitert werden. Die Funktionssicherheit von Schaltvorgängen in Bezug auf eine Vermeidung des Ratschens und einer Zahn-auf-Zahn-Stellung kann so bei minimalem zusätzlichem baulichem Aufwand deutlich verbessert werden. Dies hat nicht nur einem positiven Einfluss auf den Schaltkomfort und den Verschleiß von Getriebebauteilen, sondern macht sich auch in Bezug auf die Fahrsicherheit positiv bemerkbar, da es beispielsweise bei Überholvorgängen entscheidend sein kann, dass ein Gangwechsel möglichst schnell, vor allem jedoch innerhalb einer zuvor einschätzbaren Zeitspanne durchgeführt wird.

Die Lösung der genannten Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Schaltkomfort bei einem Schaltvorgang deutlich verbessern und insbesondere ein Ratschen sowie eine Zahn-Auf-Zahn-Stellung von Klauenkupplungen zuverlässig vermeiden lässt, wenn die Drehzahl der Eingangswelle eines automatisierten Schaltgetriebes mit Hilfe einer zusätzlichen Elektromaschine und einem von dieser eingebrachten positivem oder negativem Drehmoment beeinflussbar ist.

Demnach geht die Erfindung von einem Verfahren zur Synchronisation eines automatisierten Schaltgetriebes aus, welches auf einer Eingangsseite durch ein Drehmoment eines Hauptantriebsmotors beaufschlagt werden kann, welcher gewöhnlich ein Kolbenmotor mit inneren Verbrennung, insbesondere ein Ottomotor oder ein Dieselmotor ist. Weiter ist eine zusätzliche Elektromaschine vorgesehen, welche als Elektromotor und/oder als Generator betreibbar ist, die ebenfalls auf die Eingangsseite des automatisierten Schaltgetriebes in der Art ein Drehmoment aufbringen kann, dass sich die Drehmomente des Hauptantriebsmotors und der zusätzlichen Elektromaschine an einer Eingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes überlagern.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist eine Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung vorgesehen, welche die zusätzliche Elektromaschine und wahlweise zusätzlich den Hauptantriebsmotor in der Art ansteuert, dass die sich einstellende Getriebeeingangsdrehzahl bei ausgelegtem Fahrgang einen gewünschten zeitlichen Verlauf aufweist.

Dabei ist es bereits allgemein bekannt, die Eingangsdrehzahl eines automatisierten Schaltgetriebes durch eine entsprechende Ansteuerung oder Regelung des Hauptantriebsmotors zu beeinflussen. Da sich auf diese Weise jedoch der tatsächliche Drehzahlverlauf der Getriebeeingangswelle aufgrund hoher beteiligter Massenträgheiten und verschiedener Totzeiten nur vergleichsweise träge und innerhalb der bei Schaltvorgängen geforderten kurzen Reaktionszeiten auch nur relativ ungenau steuern lässt, kann die Geschwindigkeit und Qualität der Einstellung der Eingangsdrehzahl des automatisierten Schaltgetriebes durch das erfindungsgemäße Verfahren entscheidend verbessert werden.

Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung auch die Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle des Hauptantriebsmotors steuert beziehungsweise regelt.

Es ist jedoch genauso möglich, dass diese Steuerung bzw. Regelung durch ein anderes Modul, beispielsweise eine eigenständige und separate Motorsteuerung in Abhängigkeit von zum Beispiel Signalen einer Getriebesteuerung durchgeführt wird, und die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung lediglich die jeweilige IST-Drehzahl der Abtriebswelle des Hauptantriebsmotors einliest bzw. sonst wie ermittelt, und bei Bedarf auch deren zukünftigen Verlauf auf Grundlage von vergangenheitsbezogenen Daten abschätzt.

Auf diese Weise könnte beispielsweise eine bereits bestehende und erprobte Kombination aus einem automatisiertem Schaltgetriebe, einer Getriebesteuerung, einem Kolben-Verbrennungsmotor und einer Motorsteuerung in der Art durch eine erfindungsgemäße Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung und eine entsprechend eingebundene Elektromaschine erweitert werden, dass die bereits zuvor vorhandenen Komponenten zumindest nahezu unverändert weiter genutzt werden können.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es für das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich unerheblich ist, ob die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung ein physikalisch eigenständiges Modul ist, oder ob diese in einem anderen Modul, beispielsweise einer Motorsteuerung oder einer Getriebesteuerung ganz oder teilweise integriert ist. Ebenso ist es unerheblich, ob die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung vollständig in einem einzigen Modul angeordnet oder deren Funktionen über mehrere, zumindest datentechnisch mit einander verbundene Module verteilt sind. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, an Stelle der zusätzlichen Elektromaschine eine Mehrzahl von Elektromaschinen vorzusehen, welche jedoch in ihrer Summe in der Lage sind, die Aufgabe der einen zusätzlichen Elektromaschine zu übernehmen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Kupplungselemente des automatisierten Schaltgetriebes zumindest eine formschlüssige Kupplung umfassen und die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungseinrichtung die Getriebeeingangsdrehzahl durch Ausgabe von Steuerungsbefehlen an zumindest die zusätzliche Elektromaschine so einstellt, dass diese bei ausgelegtem Fahrgang einen gewünschten zeitlichen Verlauf aufweist.

Obwohl die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei automatisierten Schaltgetrieben mit Reibkupplungen grundsätzlich vorteilhaft anwendbar ist und beispielsweise die Gesamtschaltzeit sowie der Kupplungsverschleiß durch eine gleichzeitige, koordinierte Wirksamkeit von Reibkupplung und zusätzlicher Elektromaschine minimiert werden können, bietet das Verfahren bei automatisierten Schaltgetrieben mit zumindest einer formschlüssigen Kupplung darüber hinaus den besonderen Vorteil, dass sowohl ein Ratschen durch eine zu hohe Differenzdrehzahl der Kupplungselemente als auch eine Zahn-auf-Zahn-Stellung der formschlüssigen Kupplung zuverlässig vermieden werden können.

Dies ist durch die mit einfachen Mitteln erzielbare, schnelle und genaue Einstellung eines gewählten Drehmomentes und/oder einer gewählten Drehgeschwindigkeit der zusätzlichen Elektromaschine möglich und insbesondere bei den meist als formschlüssige Kupplungen verwendeten Klauenkupplungen besonders vorteilhaft, da diese bei zu geringem Drehzahlunterschied zu Zahn-auf-Zahn-Stellungen neigen.

Eine aufgrund ihrer regelungstechnischen Einfachheit bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung Signale an die zusätzliche Elektromaschine ausgibt, welche diese in der Art beeinflussen, dass sich die einstellende Getriebeeingangsdrehzahl um einen vorbestimmten und zumindest nahezu konstanten Wert von der Zieldrehzahl des einzulegenden Fahrganges unterscheidet.

Die Zieldrehzahl ist dabei diejenige Drehzahl, die sich bei eingelegtem Zielgang aufgrund der kurzzeitig gleichbleibenden Fahrgeschwindigkeit an der Eingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes ergibt. Da diese Zieldrehzahl für den Vorgang des Gangwechsels bzw. des Einlegens des Zielgangs als konstant angesehen werden kann, bietet diese Variante den Vorteil, dass die einzustellende Getriebeeingangsdrehzahl und damit auch die Drehzahl der zusätzlichen Elektromaschine ebenfalls eine zumindest nahezu konstante Größe aufweist.

Dabei wird stets eine gewisse Abweichung der Drehgeschwindigkeit der Getriebeeingangswelle zu der Zieldrehzahl angestrebt, da bei einer zu geringen Abweichung eine Zahn-auf-Zahn-Stellung auftreten, und bei einer zu großen Abweichung ein merkbarer Schaltruck sowie ein hörbares Einspuren der Getriebeklauen und bei weiter steigender Abweichung auch das weiter vorne beschriebene Ratschen auftreten kann.

In der Praxis kann beispielsweise eine Drehzahlabweichung zwischen der Zieldrehzahl und der einzustellenden Drehzahl der in Höhe von plus oder minus wenigstens 2% und höchstens 6% und bevorzugt von 4% vorgesehen werden. Alternativ oder in Kombination dazu ist auch eine Vorgabe der Drehzahlabweichung in absoluten Werten, etwa 30 Umdrehungen pro Minute möglich, wobei die tatsächlichen Sollwerte bevorzugt jeweils im Einzelfall unter Berücksichtigung der verwendeten Komponenten ermittelt werden.

Unter ungünstigen Umständen könnte es in seltenen Fällen allerdings bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens dennoch zu einer Zahn-auf-Zahn-Stellung kommen, wenn kurz vor dem Einspuren der Klauenkupplung durch äußere Einflüsse eine plötzliche Änderung der zu Grunde liegenden Rahmenparameter eintritt. Betätigt der Fahrer etwa die Bremse und verlangsamt das Fahrzeug mit einer großen Verzögerungsrate, so kann die schnelle Änderung der Fahrgeschwindigkeit und die sich daraus ergebende Änderung der Zielgeschwindigkeit der Eingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes dazu führen, dass die beabsichtigte Drehzahlabweichung von der Zieldrehzahl geringer ausfällt, und sich dadurch eine Zahn-auf-Zahn-Stellung ergibt. Ebenso kann es beispielsweise durch das Anspringen oder Abschalten eines Nebenaggregates, etwa eines Klimakompressors oder einer Hydraulikpumpe, zu einer kurzzeitigen Schwankung der vom Hauptantriebsmotor bereitgestellten Drehzahl kommen.

Obwohl der Vorteil einer Elektromaschine gerade darin liegt, derartige Schwankungen innerhalb besonders kurzer Zeitspannen kompensieren zu können, liegt dennoch eine endliche Reaktionsgeschwindigkeit vor, so dass eine ungenügende Drehzahldifferenz zwischen der Getriebeeingangsdrehzahl und der Zieldrehzahl zwar hochgradig unwahrscheinlich, aber nicht ausgeschlossen ist.

Wenn dagegen die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung Signale an die zusätzliche Elektromaschine ausgibt, die diese in der Art beeinflussen, dass die sich einstellende Getriebeeingangsdrehzahl gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf um einen Soll-Mittelwert pendelt, kann es zwar periodisch zu Drehzahlen der Getriebeeingangswelle kommen, die mit der Zieldrehzahl übereinstimmen, jedoch sind diese Drehzahlgleichheiten und auch die Zeitbereiche, in denen die Abweichung der Getriebeeingangsdrehzahl geringer als gewünscht ist, im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Verfahrensvariante in Bezug auf deren Dauer sehr gut abschätzbar.

Bevorzugt werden die Periode und Amplitude des zeitlichen Verlaufes so gewählt, dass während des Schließens der formschlüssigen Kupplung stets eine genügende Drehzahlabweichung realisiert wird, um eine Zahn-auf-Zahn-Stellung zuverlässig auszuschließen. Sollte etwa im ungünstigsten Fall gerade in dem Moment, in dem sich die Klauen der Klauenkupplung berühren, eine Drehzahlgleichheit und zudem zufällig eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegen, so führt dies dennoch nicht zu einem Blockieren des Schaltvorganges, da sich die Drehzahl der Getriebeeingangswelle gemäß dem vorgegebenen zeitlichen Verlauf ständig, vorzugsweise periodisch, ändert.

Sofern die Amplitude und Frequenz der Drehzahländerung sachgerecht gewählt sind, ergibt sich stets eine genügend hohe Drehzahldifferenz zwischen den Klauen, um deren Einspuren zu ermöglichen. Die Klauen berühren sich zwar zunächst in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung, rutschen jedoch in ihre zugedachte Position, bevor der Anpressdruck zwischen den Klauen so groß wird, dass dieser ein ordnungsgemäßes Einspuren verhindern könnte.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung Signale an die zusätzliche Elektromaschine ausgibt, die diese in der Art beeinflussen, dass der Soll-Mittelwert, um den die sich einstellende Getriebeeingangsdrehzahl gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf pendelt, die Zieldrehzahl des einzulegenden Fahrganges ist.

Dies bietet den Vorteil, dass sowohl für den Fall einer plötzlichen Herabsetzung der Zieldrehzahl, etwa durch ein Bremsmanöver, als auch bei einer plötzlichen Änderung der Drehzahl und des Drehmomentes des Hauptantriebsmotors, etwa durch Zu- oder Abschalten von Nebenaggregaten, eine ungewollte Vergrößerung der Differenz zwischen der Getriebeeingangsdrehzahl und der Zieldrehzahl bis in den Bereich eines auftretenden Ratschens besonders leicht vermieden werden kann.

Gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Variante des Verfahrens kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung Signale an die zusätzliche Elektromaschine ausgibt, die diese in der Art beeinflussen, dass der Soll-Mittelwert einen vorbestimmten, konstanten Abstand von der Zieldrehzahl des einzulegenden Fahrganges aufweist.

Durch diese Maßnahme können bei Schaltvorgängen, die ohne die genannten externen Störungen durchgeführt werden, die Phasen der zeitweiligen, vollständigen oder weitgehenden Gleichheit der Eingangswellen-Drehzahl des automatisierten Schaltgetriebes mit der Zieldrehzahl gänzlich vermieden werden. In diesen Fällen kann eine formschlüssige Kupplung im automatisierten Schaltgetriebe daher mit besonders hoher Geschwindigkeit geschlossen werden.

Für den Fall von bereits vorstehend erläuterten externen Störungen wird eine Zahn-auf-Zahn-Stellung dennoch zuverlässig vermieden bzw. wieder aufgelöst, und zwar sogar in dem Fall, in dem die Störung nach Betrag und Größe zufällig gerade so ausfällt, dass es zu einer Gleichheit des Soll-Mittelwertes und der Zieldrehzahl kommt. In diesem Fall gilt das im vorstehenden Abschnitt gesagte.

Eine weitere Verbesserung des Verfahrens lässt sich erreichen, wenn zusätzlich ein Erkennungsmodul für externe Störungen vorgesehen ist und dieses Erkennungsmodul die Zieldrehzahl sowie die Drehzahl des Hauptantriebsmotors überwacht, und welches bei einer Überschreitung einer Änderungsgeschwindigkeit oder einer prozentualen bzw. absoluten Drehzahlabweichung im Vergleich zu einem Bezugszeitpunkt wenigstens einer dieser Drehzahlen ein Signal ausgibt, welches eine Verringerung der Verfahrgeschwindigkeit der formschlüssigen Kupplung bewirkt.

Ein derartiges Erkennungsmodul für externe Störungen kann in Betriebsfällen, in denen bei maximaler Verfahrgeschwindigkeit der formschlüssigen Kupplung ein Risiko einer nicht selbst auflösenden Zahn-auf-Zahn-Stellung besteht, durch eine Herabsetzung dieser Verfahrgeschwindigkeit dafür sorgen, dass sich zwar eventuell zwischenzeitlich die Zähne bzw. Klauen mit ihren Stirnseiten berühren, der Anpressdruck jedoch so langsam aufgebaut wird, dass die Zähne oder Klauen stets bei einsetzender relativer Drehzahländerung in die funktionsgemäße Position rutschen. Ein derartiges Vorgehen verlängert die Schaltzeit nur sehr unwesentlich und ist der Gefahr einer nur durch abermaliges Öffnen der formschlüssigen Kupplung behebbaren Zahn-auf-Zahn-Stellung bei weitem vorzuziehen.

Das Erkennungsmodul für externe Störungen kann vorteilhaft in die Eingangsdrehzahl-Steuerungseinrichtung integriert sein, kann jedoch auch an beliebigen anderen Stellen und insbesondere innerhalb einer Getriebesteuerung vorteilhaft angeordnet sein. Der für ein derartiges Erkennungsmodul zu treibende Aufwand ist bei modernen Fahrzeugen meist sehr gering, da die relevanten Rohdaten zumeist ohnehin über einen fahrzeuginternen Datenbus zur Verfügung stehen und von dort ausgelesen werden können.

Nachfolgend werden zeitliche Verläufe des Soll-Mittelwertes erläutert, die im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung besondere Vorteile aufweisen.

Wenn die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung die Getriebeeingangsdrehzahl durch Ausgabe von Steuerbefehlen an zumindest die zusätzliche Elektromaschine so einstellt, dass diese mit einer vorgegebenen zeitlichen Verlauf um einen Soll-Mittelwert pendelt, wobei der vorgegebnen zeitliche Verlauf zumindest annähernd eine Sinus- oder Kosinuskurve ist, hat dies den Vorteil einer auf besonders einfache Weise bereitzustellbaren Führungsgröße. Wichtiger ist jedoch, dass die am zusätzlichen Elektromotor bei ansonsten gleichbleibenden Randbedingungen vorzunehmenden Beschleunigungen bzw. Verzögerungen einerseits mit einfachen Mitteln und andererseits besonders materialschonend realisiert werden können.

In Verbindung mit einer vorstehend erläuterten, zumindest annähernden Gleichheit des Soll-Mittelwertes und der Zieldrehzahl des einzulegenden Fahrganges ist von besonderem Interesse, dass die Änderungsgeschwindigkeit im hierbei kritischen Bereich des Nulldurchganges möglichst groß ist. Dieser Anforderung wird ein sinus- bzw. kosinusförmiger Verlauf gerecht, der bekanntlich im Bereich der Nulldurchgänge seine maximale Steigung aufweist.

In einer dazu alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung die Getriebeeingangsdrehzahl durch Ausgabe von Steuerbefehlen an zumindest die zusätzliche Maschine so einstellt, dass diese mit einem vorgegebenen zeitli chen Verlauf um einen Soll-Mittelwert pendelt, wobei der vorgegebene zeitliche Verlauf zumindest annähernd eine Dreieckkurve ist.

Dies erfordert zwar aufgrund der größeren Geschwindigkeitsänderungen in den Umkehrpunkten erheblich größere durch den Elektromotor aufzubringende maximale Drehmomente, bietet jedoch den Vorteil eines Geschwindigkeitsverlaufes der nahezu keine annähernd konstanten Geschwindigkeitsbereiche aufweist. Die Gefahr einer Gleichheit der Drehzahlen der Getriebeeingangswelle mit der Zieldrehzahl ist daher besonders klein.

Gemäß einer anderen Variante kann vorgesehen sein, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung die Getriebeeingangsdrehzahl durch Ausgabe von Steuerbefehlen an zumindest die zusätzliche Elektromaschine so einstellt, dass diese gemäß einer mathematischen Zufallsfunktion um einen Soll-Mittelwert pendelt.

Zudem kann zumindest bei bestimmten Motortypen die Ansteuerung der Motoren noch einfacher sein, als dies bei dem vorstehend beschriebenen, sinus- bzw. kosinusförmigen Verlauf der Fall ist. Bei Motoren, deren Drehmoment proportional mit der anliegenden Spannung steigt, genügt für eine in erster Näherung ausreichende Annäherung des Drehzahlverlaufes an eine Dreieckskurve bereits eine konstante Grundspannung, welche durch eine periodisch hinzu geschaltete Rechteckspannung periodisch überlagert wird.

Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu sind der Beschreibung vier Zeichnungsfiguren beigefügt. In diesen zeigt

1 den grundsätzlichen Aufbau eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Antriebssystems,

2 eine Prinzipdarstellung ähnlich derjenigen in 1, jedoch mit einem höheren Detaillierungsgrad,

3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Solldrehzahl und der Zieldrehzahl gemäß einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und

4 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Solldrehzahl und der Zieldrehzahl gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wie eingangs bereits erwähnt wurde, zeigt 1 den grundsätzlichen Aufbau eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Systems, wobei ein Hauptantriebsmotor 1, der ein Verbrennungsmotor, beispielsweise ein üblicher Dieselmotor sein kann, auf ein Summiergetriebe 3 wirkt. Eine zusätzliche Elektromaschine 2 wirkt ebenfalls auf das Summiergetriebe 3, welches die Summe der Drehmomente des Hauptantriebsmotors 1 und der zusätzlichen Elektromaschine 2 in eine hier nicht gezeigte Eingangswelle eines automatisierten Schaltgetriebes 4 bzw. in einen mit diesem verbundenen Antriebsstrang des Fahrzeugs einleitet. Eine Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung 5 ist – durch unterbrochene Linien angedeutet – sowohl mit dem Hauptantriebsmotor 1 als auch mit der zusätzlichen Elektromaschine 2 datentechnisch verbunden, wobei diese zumindest indirekt wenigstens die Ausgangsdrehzahl des Hauptantriebsmotors 1 erfasst und zumindest eine Drehgeschwindigkeit und bevorzugt auch ein Drehmoment der zusätzlichen Elektromaschine 2 steuern und/oder regeln kann.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung des Fahrzeugantriebsstrangs ähnlich demjenigen gemäß 1, jedoch mit einem höheren Detaillierungsgrad. Dabei sind wiederum der hier in Form einer Kurbelwelle angedeutete Hauptantriebsmotor 1 und eine zusätzliche Elektromaschine 2, die hier beispielsweise als 42V-Drehfeld-Elektromaschine ausgebildet sein kann, vorgesehen, wobei der Hauptantriebsmotor 1 im Betrieb über eine Fahrkupplung 6 und eine Dämpfungseinrichtung 7 ein Drehmoment an eine Hohlradwelle 10 übertragen kann.
Die zusätzliche Elektromaschine 2 kann im Betrieb ein positives oder negatives Drehmoment über eine Kupplung, bevorzugt eine nasse Lamellenkupplung 9, an die Hohlradwelle 10 übertragen, und ist gleichzeitig drehfest und antriebswirksam mit dem Sonnenrad 8 des Summierungsgetriebes 3 verbunden, welches hier als Planetengetriebe ausgebildet ist. Die Planetenräder 11 sind dabei in üblicher Weise auf dem Planetenträger 12 gelagert, an dem die Summe der vom Hauptantriebsmotor 1 und dem zusätzlichen Elektromotor 2 eingeleiteten Drehmomente anliegt, die über einen Freilauf 13 an die Eingangswelle 4 eines automatisierten Schaltgetriebes 14 überragen wird.
Das automatisierte Schaltgetriebe 14 umfasst eine Mehrzahl von Zahnradpaaren 15, welche die Fahrgänge bilden, wobei jeweils eine Zahnradpaarung 15 durch auf der Getriebeabtriebswelle 17 befindliche Klauenkupplungen 16in den aktiven Kraftfluss zu den nicht gezeigten angetriebenen Rädern des Fahrzeugs schaltbar ist. Der genaue Aufbau dieses automatisierten Schaltgetriebes 14 mit Zahnradpaarungen 15, Klauenkupplungen 16, Getriebeabtriebswelle 17 und Vorgelegewelle 18 ist hinlänglich und in einer Vielzahl von Varianten bekannt. Ebenso ist das Summierungsgetriebe 3 in Form eines Planetengetriebes 3 als solches bekannt.
Die Eingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung 5 steht auch gemäß 2 mit dem Hauptantriebsmotor 1 und dem zusätzlichen Elektromotor 2 in datentechnischer bzw. steuerungstechnischer Verbindung, welche bevorzugt über einen Datenbus realisiert ist.
In 3 ist ein zeitlicher Verlauf der Solldrehzahl und der Zieldrehzahl gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei ist auf einer horizontalen Achse die Zeit aufgetragen, während die Hoch achse der Drehzahl zugeordnet ist. Eine über die Zeit leicht abfallende Kurve kennzeichnet die berechnete Zieldrehzahl 19 der Getriebeeingangswelle 4. Sie entspricht derjenigen Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4, die sich bei aktiviertem Zielgang und einer gegebenen Drehgeschwindigkeit der Getriebeabtriebswelle 17 zwangsweise einstellen würde, und ist dementsprechend leicht aus grundsätzlich bekannten Werten, nämlich der Getriebeübersetzung des zu aktivierenden Zielganges und der Drehgeschwindigkeit der Getriebeabtriebswelle 17 zu ermitteln, die entweder direkt bekannt ist, oder jedenfalls aus der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs leicht ermittelt werden kann.
Die von der Zieldrehzahl 19 der Getriebeeingangswelle 4 in konstantem Abstand verlaufende, mit der Bezugsziffer 20 bezeichnete Linie gibt die Solldrehzahl der Getriebeeingangswelle an. Diese Solldrehzahl 20 ist die für einen Schaltvorgang in den gewünschten Zielgang als zweckmäßig angesehene Drehzahl der Getriebeeingangswelle. Es wurde bereits ausführlich erläutert, dass bei einem zu geringem Unterschied der berechnete Zieldrehzahl 19 der Getriebeeingangswelle und der Solldrehzahl 20 der Getriebeeingangswelle die Gefahr einer dauerhaften Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenkupplung 16 besteht, während bei einem zu großem Unterschied das so genannte Ratschen auftreten kann. Die Drehzahldifferenz zwischen der Solldrehzahl 20 der Getriebeeingangswelle und der berechnete Zieldrehzahl 19 der Getriebeeingangswelle ist mit Bezugsziffer 21 bezeichnet.
Der Verlauf der tatsächlichen Getriebeeingangsdrehzahl 22 zeigt erfindungsgemäß eine schelle Anhebung der Getriebeeingangsdrehzahl 22 bis zur Solldrehzahl 20 der Getriebeeingangswelle, wodurch ein problemloses Aktivieren des Zielganges durch die zu schließende Klauenkupplung 16 gewährleistet ist.
Die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung 5 steuert hierfür entweder sowohl den Hauptantriebsmotor 1 als auch die zusätzliche Elektro mschine 2 in der Art an, dass sich über das Planetengetriebe 3 die gewünschte Solldrehzahl der Getriebeeingangswelle 20 als tatsächliche Getriebeeingangsdrehzahl 22 einstellt, oder sie steuert alternativ lediglich die Drehzahl und/oder Leistung der zusätzlichen Elektromaschine 2 entsprechend. Die benötigte Drehzahl der zusätzlichen Elektromaschine 2 ergibt sich bei einer Konfiguration gemäß 2 gemäß folgender Formel: nE-Maschine = nZieldrehzahl Getreibeeingangswelle·(1 – i0) + nHauptantriebsmotor·i0
Wobei N_E-Maschine die Drehzahl der Elektromaschine, n_{Zieldrehzahl Getriebeeingangswelle} die Zieldrehzahl der Getriebeeingangswelle, n_{Hauptantriebsmotor} die Drehzahl des Hauptantriebsmotors und i₀ die Standgetriebeübersetzung des Planetengetriebes 3 ist.
Das Diagramm der 4 zeigt den zeitlichen Verlaufs der Solldrehzahl und der Zieldrehzahl gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Solldrehzahl 20 der Getriebeeingangswelle einen sinusförmigen Verlauf aufweist und um einen Soll-Mittelwert pendelt, der durch die Zieldrehzahl 19 der Getriebeeingangswelle gegeben ist.
Auf diese Weise kann die mittlere Abweichung zwischen der Solldrehzahl 20 der Getriebeeingangswelle und der Zieldrehzahl 19 der Getriebeeingangswelle sehr gering gehalten werden, während gleichzeitig innerhalb der von der Klauenkupplung 16 benötigten Schließzeit eine ausreichende Fluktuation der Getriebeeingangsdrehzahl 22 gewährleistet ist, um eine Zahn-auf-Zahn-Stellung sicher zu vermeiden bzw. eine sich zwischenzeitig kurzfristig einstellende Zahn-auf-Zahn-Stellung wieder aufzuheben, bevor der Anpressdruck der Klauen aufeinander so groß wird, dass es zu einer Blockierung des Schaltvorganges kommen kann.
Unabhängig von den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen erfasst die Erfindung auch die Verwendung des Verfahrens in Antriebssträngen mit allen anderen möglichen und unterschiedlichen Antriebskoppelungen zwischen dem Verbrennungsmotor 1, der Elektromaschine 2, dem Summierungsgetriebe 3, der Reibungskupplung 9 und dem Getriebe 14, welches hier jedoch nicht gesondert dargestellt ist.

1: Hauptantriebsmotor
2: Zusätzliche Elektromaschine
3: Summierungsgetriebe, Planetengetriebe
4: Eingangswelle automatisiertes Schaltgetriebe
5: Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung
6: Fahrkupplung
7: Dämpfungseinrichtung
8: Sonnenrad
9: Nasse Lamellenkupplung
10: Hohlradwelle
11: Planetenrad
12: Planetenträger
13: Freilauf
14: Automatisiertes Schaltgetriebe
15: Zahnradpaarung
16: Formschlüssige Kupplung, Klauenkupplung
17: Getriebeabtriebswelle
18: Vorgelegewelle
19: Zieldrehzahl der Getriebeeingangswelle
20: Solldrehzahl der Getriebeeingangswelle
21: Drehzahldifferenz zwischen der Solldrehzahl und der berechnete Zieldrehzahl der Getriebeeingangswelle
22: Getriebeeingangsdrehzahl

Claims

Verfahren zur Synchronisation eines automatisierten Schaltgetriebes (14), welches auf seiner Eingangsseite durch einen Hauptantriebsmotor (1) und durch eine zusätzliche Elektromaschine (2) mit einem Drehmoment beaufschlagt werden kann, wobei sich die Drehmomente des Hauptantriebsmotors (1) und der zusätzlichen Elektromaschine (2) an einer Eingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes (4) überlagern, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) vorgesehen ist, welche die zusätzliche Elektromaschine (2) und wahlweise zusätzlich den Hauptantriebsmotor (1) in der Art ansteuert, dass die sich einstellende Getriebeeingangsdrehzahl (22) bei ausgelegtem Fahrgang einen gewünschten zeitlichen Verlauf aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungselemente des automatisierten Schaltgetriebes (14) zumindest eine formschlüssige Kupplung (16) umfassen und die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) die Getriebeeingangsdrehzahl (22) durch Ausgabe von Steuerungsbefehlen an zumindest die zusätzliche Elektromaschine (2) so einstellt, dass sie bei ausgelegtem Fahrgang einen gewünschten zeitlichen Verlauf aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) Signale an die zusätzliche Elektromaschine (2) ausgibt, die diese in der Art beeinflussen, dass sich die einstellende Getriebeeingangsdrehzahl (22) um einen vorbestimmten und zumindest nahezu konstanten Wert von der Zieldrehzahl (19) der Getriebeeingangswelle für den einzulegenden Fahrganges unterscheidet.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) Signale an die zusätzliche Elektromaschine (2) ausgibt, die diese in der Art beeinflussen, dass die sich einstellende Getriebeeingangsdrehzahl (22) gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf um einen Soll-Mittelwert pendelt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) Signale an die zusätzliche Elektromaschine (2) ausgibt, die diese in der Art beeinflussen, dass der Soll-Mittelwert die Zieldrehzahl (19) der Getriebeeingangswelle des einzulegenden Fahrganges ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) Signale an die zusätzliche Elektromaschine (2) ausgibt, die diese in der Art beeinflussen, dass der Soll-Mittelwert einen vorbestimmten, konstanten Abstand von der Zieldrehzahl (19) der Getriebeeingangswelle des einzulegenden Fahrganges aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Erkennungsmodul für externe Störungen vorgesehen ist, und dass dieses Erkennungsmodul die Zieldrehzahl (19) der Getriebeeingangswelle und der Drehzahl des Hauptantriebsmotors (1) überwacht, und dass dieses Erkennungsmodul bei einer Überschreitung einer Änderungsgeschwindigkeit oder einer prozentualen oder absoluten Drehzahlabweichung im Vergleich zu einem Bezugszeitpunkt wenigstens einer dieser Drehzahlen ein Signal ausgibt, welches eine Verringerung der Verfahrgeschwindigkeit der formschlüssigen Kupplung (16) bewirkt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) die Getriebeeingangsdrehzahl (22) durch Ausgabe von Steuerungsbefehlen an zumindest die zusätzliche Elektromaschine (2) so einstellt, dass diese mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf um einen Soll-Mittelwert pendelt, wobei der vorgegebnen zeitliche Verlauf zumindest annähernd eine Sinuskurve oder eine Kosinuskurve ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) die Getriebeeingangsdrehzahl (22) durch Ausgabe von Steuerungsbefehlen an zumindest die zusätzliche Elektromaschine (2) so einstellt, dass diese mit einer vorgegebenen zeitlichen Verlauf um einen Soll-Mittelwert pendelt, wobei der vorgegebnen zeitliche Verlauf zumindest annähernd eine Dreieckkurve ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangsdrehzahl-Steuerungsvorrichtung (5) die Getriebeeingangsdrehzahl (22) durch Ausgabe von Steuerungsbefehlen an zumindest die zusätzliche Elektromaschine (2) so einstellt, dass diese gemäß einer mathematischen Zufallsfunktion um einen Soll-Mittelwert pendelt.