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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Schaltgetriebes,
das mit wenigstens einer fremdkraftbetätigten, trennbaren Kopplungseinrichtung
und mit wenigstens zwei Kraftübertragungseinrichtungen,
die zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb des Schaltgetriebes
angeordnet sind und die zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungen
zwischen Antrieb und Abtrieb mittels wenigstens einer Stelleinrichtung
umschaltbar sind, sowie mit wenigstens einer Sensoreinrichtung zur
Ermittlung wenigstens eines Zustandssignals ausgerüstet
ist.
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Ein
automatisiertes Schaltgetriebe kann in der Art eines konventionellen
Handschaltgetriebes aufgebaut sein und unterscheidet sich von diesem durch
die Ansteuerung der einen oder mehrerer Schaltwellen zur Betätigung
der Zahnradsätze mittels hydraulischer, elektromechanischer
oder pneumatischer Stelleinrichtungen. Die dem automatisierten Schaltgetriebe
zugeordnete wenigstens eine Kopplungseinrichtung kann insbesondere
als hydraulisch, elektromechanisch oder pneumatisch angesteuerte
Ein- oder Mehrscheibenkupplung oder als Drehmomentwandler mit Kraftübertragung
im Ölbad verwirklicht werden. Eine Sondervariante des automatisierten
Schaltgetriebes ist das Doppelkupplungsgetriebe, bei dem zwischen
einer Antriebsseite des Schaltgetriebes, die dem Abtrieb einer Antriebsmaschine,
insbesondere einer Brennkraftmaschine oder eines Elektromotors,
zugeordnet ist, und der Abtriebsseite des Schaltgetriebes, der eine
zu den anzutreibenden Rädern führende Antriebswelle
zugeordnet ist, zwei unabhängig voneinander zu betätigende
Zahnradsätze vorgesehen sind, die auch als Kraftübertragungseinrichtungen
bezeichnet werden. Dabei ist dem ersten Zahnradsatz eine erste Kupplung
zugeordnet, während dem zweiten Zahnradsatz eine zweite
Kupplung zugeordnet ist. Durch wechselweises Einrücken
der jeweiligen Zahnradsätze mit Hilfe entsprechender Stelleinrichtungen
und der jeweils zugeordneten Kupplungen können rasche,
zumindest nahezu zugkraftunterbrechungsfreie Gangwechsel realisiert werden.
Beispielsweise weist ein 5-Gang-Getriebe mit Rückwärtsgang
insgesamt sechs Kraftübertragungseinrichtungen auf, es
wird also jede Paarung von Zahnrädern, die eine Kraftübertragung
zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb ermöglicht, als Kraftübertragungseinrichtung
angesehen.
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Aus
der
DE 11 2004
000 668 T5 ist ein Doppelkupplungsschaltgetriebe bekannt,
das in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden kann. In einem
ersten Betriebsmodus werden die beiden im Doppelkupplungsgetriebe
vorgesehenen, unterschiedlichen Zahnradsätze, denen jeweils
eine eigene Kupplung zugeordnet ist, jeweils wechselweise für eine
zugkraftunterbrechungsfreie Kraftübertragung genutzt. Dabei
wird bei einem Schaltvorgang die dem ersten Zahnradsatz zugeordnete
Kupplung ausgerückt und gleichzeitig wird die dem zweiten
Zahnradsatz zugeordnete Kupplung eingerückt. Der zweite Zahnradsatz
wurde bereits vor dem Ausrücken der Kupplung, die dem ersten
Zahnradsatz zugeordnet ist, in Eingriff mit der korrespondierenden
Abtriebswelle gebracht, so dass die gewünschte zugkraftunterbrechungsfreie
Kraftübertragung gewährleistet ist. In einem zweiten
Betriebsmodus, der bei einem teilweisen Ausfall von Steuer-, Sensor-
und/oder Stelleinrichtungen des Doppelkupplungsschaltgetriebes vorgesehen
ist, werden die Schaltvorgänge wie bei einem automatisierten
Schaltgetriebe mit nur einer Kupplung vorgenommen, d. h., dass zuerst
die dem ersten Zahnradsatz zugeordnete Kupplung vollständig
geöffnet wird, bevor der nächste Gang eingelegt wird.
Da eventuell der zweite Zahnradsatz aufgrund eines Ausfalls der
zugeordneten Steuer-, Sensor- und/oder Stelleinrichtungen nicht
mehr ansteuerbar ist, wird die nächste beim ersten Zahnradsatz
verfügbare Getriebestufe eingelegt und anschließend
die Kupplung wieder eingerückt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines
automatisierten Schaltgetriebes bereitzustellen, das bei Auftreten
von Fehlern eine Weiterfahrt des damit ausgerüsteten Kraftfahrzeugs
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Patentan spruches
9 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs
10 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren sind folgende
Schritte vorgesehen: Während des Betriebs des automatisierten
Schaltgetriebes wird in kontinuierlicher oder intervallartiger Abfolge,
insbesondere in regelmäßigen oder stochastisch
gewählten Zyklen, wenigstens ein Zustandssignal durch wenigstens eine
Sensoreinrichtung ermittelt. Bei der Sensoreinrichtung kann es sich
um einen Positionssensor zur Ermittlung der Position einer Stelleinrichtung
zur Verschiebung von Zahnradsätzen, um einen an der Eingangswelle
oder der Ausgangswelle des Schaltgetriebes oder im Schaltgetriebe
platzierten Drehzahlsensor oder um einen Drucksensor für
ein hydraulisches oder pneumatisches System, beispielsweise zur
Betätigung der Kupplungen, handeln. Das von der wenigstens
einen Sensoreinrichtung zur Verfügung gestellte wenigstens
eine Zustandssignal wird zur Ermittlung eines Betriebszustands des Schaltgetriebes
herangezogen. Der Betriebszustand gibt Auskunft darüber,
ob alle Funktionen des Schaltgetriebes voll nutzbar sind, oder ob
es aufgrund von Sensorausfällen oder Ausfällen
von Stelleinrichtungen zu Einschränkungen für
das Schaltgetriebe kommt.
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Für
den Fall, dass ein Istzustand des wenigstens einen Zustandssignals
einem vorgebbaren Sollzustand entspricht, können die im
Schaltgetriebe vorhandenen Kraftübertragungseinrichtungen
freigegeben werden. D. h., dass eine Schaltanforderung, die unmittelbar
oder mittelbar von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs, das mit dem
automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet ist, ausgelöst
wird, in einen entsprechenden Gangwechsel im Schaltgetriebe umgesetzt
werden kann, um den Antriebsmotor in einem vorteilhaften Betriebszustand
betreiben zu können.
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Liegt
jedoch eine Abweichung des Istzustandes des wenigstens einen Zustandssignals
von einem vorgebbaren Sollzustand vor, so kann die jeweilige Kraftübertragungseinrichtung,
für die diese Abweichung detektiert wurde, gesperrt werden.
Bei Vorliegen einer Schaltanforderung werden für die Auswahl
der nächsten ein zulegenden Gangstufe nur die freigegebenen
Kraftübertragungseinrichtungen berücksichtigt.
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In
Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Vorliegen
einer Schaltanforderung mittels der wenigstens einen Stelleinrichtung
ein Schaltvorgang durchgeführt wird, bei dem eine freigegebene
Kraftübertragungseinrichtung in kraftübertragenden
Eingriff gebracht wird. Gesperrte Kraftübertragungseinrichtungen
bleiben hingegen bei Vorliegen einer Schaltanforderung unberücksichtigt.
Die Schaltanforderung kann in einem Hochschalten um einen oder mehrere
Gänge für die Vorwärtsfahrt, in einem Herunterschalten
um einen oder mehrere Gänge für die Vorwärtsfahrt,
in der Anwahl des Rückwärtsgangs oder in der Anwahl
einer Leerlaufstellung bestehen. Soll beispielsweise ein Hochschaltvorgang um
eine Gangstufe vorgenommen werden, so wird überprüft,
ob die für die nächste Gangstufe vorgesehene Kraftübertragungseinrichtung
freigegeben oder gesperrt ist. Bei freigegebener Kraftübertragungseinrichtung
kann der nächste Gang wie gewünscht eingelegt
werden. Ist die für den nächsten Gang vorgesehene
Kraftübertragungseinrichtung hingegen nicht freigegeben,
so wird in Abhängigkeit von der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs
eine Gangstufe übersprungen. Durch diese Vorgehensweise
ist sichergestellt, dass bei einem teilweisen Ausfall von Getriebefunktionen
dennoch eine – gegebenenfalls geschwindigkeitsbeschränkte – Weiterfahrt
vorgenommen werden kann (Notlauffunktion), da die noch zur Verfügung
stehenden Kraftübertragungseinrichtungen genutzt werden,
während die übrigen, gesperrten Kraftübertragungseinrichtungen
ungenutzt bleiben.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Vorliegen
einer Schaltanforderung und wenigstens einer gesperrten Kraftübertragungseinrichtung
die gegenwärtig in Eingriff befindliche Kraftübertragungseinrichtung
weiterhin in Eingriff bleibt, wenn keine besser geeignete Kraftübertragungseinrichtung
zur Verfügung steht. Dies kann beispielsweise der Fall
sein, wenn bei einem Schaltgetriebe mit sechs Vorwärts-Gängen
bereits der fünfte Gang eingelegt ist, der sechste Gang
jedoch gesperrt ist, so dass bei einer Schaltaufforderung zum Einlegen
eines höheren Gangs weder ein Gangwechsel noch ein Überspringen
der gesperr ten Gangstufe möglich ist. In diesem Fall wird
die eingelegte Gangstufe beibehalten und es kann eine Fehlermeldung
in optischer oder akustischer Form an den Fahrer erfolgen, um die
teilweise Fehlfunktion des Schaltgetriebes kenntlich zu machen.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Sperrung
sämtlicher Kraftübertragungseinrichtungen und
Vorliegen einer Schaltanforderung kein Schaltvorgang vorgenommen
wird. In diesem Fall ist vorgesehen, den Fahrer darüber
zu informieren, dass das Schaltgetriebe zumindest vorübergehend
in einen Notlaufzustand übergegangen ist und dass eine
Beeinflussung der Fahrzeuggeschwindigkeit nur noch über
die Motordrehzahl möglich ist.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine
Kraftübertragungseinrichtung vorübergehend gesperrt
wird, wenn mittels des Zustandssignals eine reversible Istwertabweichung
ermittelt wird. Eine reversible Istwertabweichung liegt vor, wenn
zu erwarten ist, dass der Istwert aufgrund äußerer
Bedingungen in absehbarer Zeit und ohne äußeren
Eingriff wieder in den Bereich des vorgebbaren Sollwerts gelangt.
Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine zur Betätigung
der Stelleinrichtung notwendige elektrische Bordspannung oder ein hydraulischer
Druck zu gering ist. Sobald das elektrische Bordnetz durch Abschaltung
von Verbrauchern oder durch Aufladung der Kraftfahrzeugbatterie
wieder auf einem Spannungsniveau liegt, das eine uneingeschränkte
Funktion der Stelleinrichtung gewährleistet, können
die zugeordneten Kraftübertragungseinrichtungen wieder
freigegeben werden. In ähnlicher Form kann auch ein zeitweilig
zu geringer hydraulischer Druck, der gegebenenfalls zur Ansteuerung
der Stelleinrichtung und/oder der Kupplung genutzt wird, durch Erwärmung
des Hydrauliköls und/oder durch mehrfaches Schalten von
Hydraulikventilen, die eine zeitweilige Fehlfunktion aufweisen, wieder
das gewünschte Druckniveau erreichen und somit die Freigabe
der vorübergehend gesperrten Kraftübertragungseinrichtungen
ermöglichen.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kraftübertragungseinrichtung permanent
gesperrt wird, wenn mittels des Zustandssignals eine irreversible
Istwertabweichung ermittelt wird. Eine irreversible Istwertabweichung
kann nur durch äußeren Eingriff, beispielsweise
durch Reparatur in einer Werkstatt behoben werden. Eine solche Istwertabweichung
kann beispielsweise darin liegen, dass von einer Sensoreinrichtung
kein Signal vorliegt, so dass auch ein Betätigungszustand
einer Stelleinrichtung ungewiss ist. In diesem Fall sollten die
davon betroffenen Kraftübertragungseinrichtungen bis zur Überprüfung
der Sensoreinrichtung gesperrt werden, um unvorhergesehene Schaltvorgänge
im Schaltgetriebe zu vermeiden.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Sperrung
sämtlicher Kraftübertragungseinrichtungen und
Vorliegen einer Schaltanforderung in eine Neutralstellung eine fremdkraftbetätigte
Ansteuerung der Kopplungsvorrichtung vorgenommen wird, um einen
Kraftfluss zu unterbrechen. Somit kann für den Fall, dass
kein Gangwechsel mehr vorgenommen werden kann und ein Anhalten des
Kraftfahrzeugs gewünscht ist, eine behelfsmäßige
Neutralstellung gewährleistet werden, in der der Motor
des Kraftfahrzeugs zur Sicherstellung anderer Funktionen wie dem
Betrieb einer Klimaanlage und/oder einer Beleuchtungseinrichtung
weiterlaufen kann, ohne dass das Kraftfahrzeug weiterfährt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuereinrichtung für
ein automatisiertes Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen, die zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Kraftfahrzeuggetriebe
und einer Steuereinrichtung, die zur Durchführung eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet
ist, vorgesehen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Doppelkupplungsschaltgetriebes, und
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2 ein
Flussdiagramm zur Darstellung der grundlegenden Steuerungsabläufe
in dem Doppelkupplungsschaltgetriebe gemäß der 1.
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Ein
in der 1 schematisch dargestelltes Doppelkupplungsgetriebe 10 soll
nachfolgend näher beschrieben werden. Dabei ist zu beachten,
dass der Aufbau, die Anordnung und die Anzahl der einzelnen Komponenten
des Doppelkupplungsgetriebes 10 ausschließlich
der Darstellung von grundlegenden Funktionalitäten und
Funktionsabläufen dienen und weder im Hinblick auf Maßstäblichkeit
noch im Hinblick auf eine tatsächliche Realisierung korrekt
wiedergegeben sind.
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Das
Doppelkupplungsgetriebe 10 ist mit einer Brennkraftmaschine 12 über
eine Doppelkupplungsanordnung 14 in kraftübertragende
Verbindung bringbar. Die Doppelkupplungsanordnung 14 umfasst
eine drehfest mit der Ausgangswelle 16 der Brennkraftmaschine 12 verbundene
Kupplungsscheibe 18. Mit Hilfe einer elektromechanischen Kupplungsbetätigung 20 kann
die Kupplungsscheibe 18 in eine kraftübertragende
Reibschlussverbindung mit einer gegenüberliegend angeordneten
Kupplungsplatte 22 oder mit einer die Kupplung 18 und
die Kupplungsplatte 22 umgreifende Kupplungsglocke 24 gebracht
werden.
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Die
Kupplungsplatte 22 ist drehfest mit einer ersten Getriebewelle 26 verbunden,
auf der zwei Zahnräder 28 und 30 drehfest
schiebebeweglich aufgenommen sind. Die Kupplungsglocke 24 ist
mit einer Hohlwelle 32 drehfest verbunden, die zwei drehfest
verschieblich gelagerte Zahnräder 34 und 36 trägt.
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Das
erste Zahnradpaar 28/30 und das zweite Zahnradpaar 34/36 können
jeweils mit Hilfe einer zugeordneten Stelleinrichtung 38, 40 auf
der jeweiligen Welle verschoben werden, um jeweils wechselweise einen
kraftübertragenden Eingriff in Zahnräder 42, 44, 46 und 48 zu
ermöglichen, die orts- und drehfest auf einer Abtriebswelle 50 angeordnet
sind.
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Wird
beispielsweise die Kupplungsscheibe 18 mittels der Kupplungsbetätigung 20 in
reibschlüssige kraftübertragende Verbindung mit
der Kupplungsglocke 24 gebracht, so wird die Antriebsleistung der
Brennkraftmaschine 12 auf die Hohlwelle 32 übertragen.
Von dort kann sie entweder über die Zahnradpaarung 34/42 oder über
die Zahnradpaarung 36/44 auf die Abtriebswelle 50 übertragen
werden. Mit Hilfe der Stelleinrichtung 40 können
die Zahnräder 34, 36 auf der Hohlwelle 32 verschoben werden,
um entweder die eine oder die andere Zahnradpaarung in Eingriff
zu bringen.
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Wird
die Kupplungsscheibe 18 in reibschlüssig kraftübertragende
Verbindung mit der Kupplungsplatte 22 gebracht, so wird
die Antriebsleistung auf die Getriebewelle 26 übertragen
und kann von dort über die Zahnradpaarungen 28/46 oder 30/48 auf
die Abtriebswelle 50 übertragen werden. Die Auswahl der
jeweiligen Zahnradpaarung wird durch die Stelleinrichtung 38 vorgegeben,
die die Zahnräder 28, 30 auf der Getriebewelle 26 verschieben
kann.
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Die
Brennkraftmaschine 12, die Kupplungsbetätigung 20,
die Stelleinrichtungen 38, 40 und die Abtriebswelle 50 sind
jeweils mit Sensoren 52, 54, 56, 58, 60 gekoppelt,
die die Ermittlung von Drehzahlen oder Positionen ermöglichen.
Weitere Sensoren wie Drucksensoren für Hydraulikdrücke
oder Spannungssensoren zur Ermittlung elektrischer Spannungen sind
aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt, können
jedoch ebenfalls vorgesehen werden, um einer Steuereinrichtung 62 Informationen über den
Betriebszustand des Doppelkupplungsgetriebes 10 zu geben.
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In
der Steuereinrichtung 62 werden die Sensorsignale ausgewertet
und in einen Zusammenhang gebracht. Durch die Auswertung der Sensorsignale kann
beispielsweise eine fehlerhafte Positionierung einer der Stelleinrichtungen 38, 40 oder
eine Fehlfunktion der Kupplungsbetätigung 20 festgestellt
werden.
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In
der 2 ist die grundlegende Funktionsweise der Steuereinrichtung 62 näher
dargestellt. Ein in der Steuereinrichtung 62 gespeichertes
Softwaremodul SHS (shift strategy) legt aufgrund von eingehenden
Signalen und Zustandsdaten die Schaltstrategie fest. Das Softwaremodul
SHS ermittelt anhand der Sensorsignale den gegenwärtig
eingelegten Gang (aktiver Gang) und den nächsten einzulegenden
Gang (passiver Gang) und legt den Zeitpunkt fest, zu dem ein Gangwechsel
erfolgen soll.
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Das
Softwaremodul SHS gibt die ermittelten Werte an das Softwaremodul
DRM (drive line manager) weiter, dem die Aufgabe zukommt, die Vorgaben des
Softwaremoduls SHS in die Praxis umzusetzen. Das Softwaremodul DRM
greift mit Hilfe des Softwaremoduls SHM (shift-fork manager) auf
die mit den Stelleinrichtungen 38, 40 gekoppelten
Schaltgabeln zu, um die Positionen der Zahnräder 28, 30, 34, 36 verändern
zu können. Zudem greift das Softwaremodul DRM mit Hilfe
des Softwaremoduls CLM (clutch manager) auf die Kupplungsbetätigung 20 zu,
um die reibschlüssig kraftübertragende Verbindung
der Kupplungsscheibe 18 mit der Kupplungsplatte 22 oder
der Kupplungsglocke 24 zu beeinflussen.
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Sowohl
in dem Softwaremodul SHM als auch in dem Softwaremodul CLM sind
jeweils Überwachungsmodule integriert, die eventuell auftretenden Fehlerzustände
detektierten und an das jeweilige Softwaremodul melden können.
Beispielsweise werden von dem Überwachungsmodul im Softwaremodul
SHM die Positionen der beiden Stelleinrichtungen 38, 40 überwacht
und bei Auftreten von fehlerhaften Positionssignalen eine Fehlermeldung
ausgegeben.
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Diese
Fehlermeldung wird vom Softwaremodul SHM als Fehlercode an das Softwaremodul
TEM (transmission error manager) weitergegeben, das anhand des aufgetretenen
Fehlers nach fest vorgebbaren Regeln entscheidet, welche Kraftübertragungseinrichtung
vorübergehend oder langfristig gesperrt werden soll. Das
Ergebnis dieser Entscheidung des Softwaremoduls TEM wird als Sperrflagge an
das Softwaremodul SHS weitergegeben, das daraufhin eine geänderte
Schaltstrategie zurechtlegen kann.
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Beispielsweise
wird das komplette Doppelkupplungsgetriebe permanent gesperrt, wenn
sowohl in dem sich an die Kupplungsscheibe 22 anschließenden
Getriebepfad als auch in dem sich an die Kupplungsglocke 24 anschließenden
Getriebepfad Fehler aufgetreten sind. In diesem Fall wird der Fahrer über
den Totalausfall des Doppelkupplungsgetriebes informiert und aufgefordert,
bei nächster Gelegenheit das Fahrzeug zum Stillstand zu
bringen und abschleppen zu lassen.
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Einer
der beiden Getriebepfade wird permanent gesperrt, wenn kein Signal über
die Position der Stelleinrichtung 38 oder 40 vorliegt,
um zu vermeiden, dass ein Schaltvorgang zu einer Überbelastung der
Brennkraftmaschine 12 führt.
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Eine
vorübergehende Sperrung eines Getriebepfades kann vorgesehen
werden, wenn bei hydraulischer Ansteuerung der Kupplungsbetätigung 20 eine
Fehlfunktion eines Hydraulikventils vorliegt, da diese eventuell
durch mehrmaliges Betätigen des Hydraulikventils aufgehoben
werden kann. Solange dies jedoch nicht der Fall ist, bleibt der
entsprechende Getriebepfad gesperrt. Eine vorübergehende Sperrung
eines Getriebepfades kann auch vorgesehen werden, wenn sich ein
mittels der Stelleinrichtung 38 oder 40 durchzuführender
Gangwechsel nicht auf Anhieb vornehmen lässt, weil beispielsweise
ein ungünstiger Zeitpunkt für den Gangwechsel vorlag.
Nach Ablauf einer fest vorgebbaren oder variabel anpassbaren Zeitdauer
kann erneut das Einlegen des jeweiligen Gangs versucht werden, um
bei erfolgreichem Versuch die Sperrung des jeweiligen Getriebepfades
wieder aufzuheben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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T5 [0003]