DE102008000342A1

DE102008000342A1 - Getriebevorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges

Info

Publication number: DE102008000342A1
Application number: DE102008000342A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Dreibholz; Matthias Reisch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-08-20
Also published as: US20090205454A1; US8142332B2

Abstract

Es wird eine Getriebevorrichtung (5) mit wenigstens zwei lastschaltbaren Schaltelementen (6, 7) beschrieben, deren Übertragungsfähigkeiten über eine Betätigungseinrichtung (8) veränderbar sind. Darüber hinaus werden Verfahren zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung (5) ausgebildeten Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine vorgeschlagen. Eines der beiden Schaltelement (6, 7), das bei Vorliegen einer Anforderung für eine Schaltung in den Kraftfluss zugeschaltet ist, ist über die Betätigungseinrichtung (8) aus dem Kraftfluss abzuschalten. Das andere Schaltelement (7 oder 6) ist von der Betätigungseinrichtung (8) von einem abgeschalteten Betriebszustand in einen zugeschalteten Betriebszustand zu überführen. Die Betätigungseinrichtung (8) weist einen Aktor (9), mittels dem die zur Betätigung der Schaltelemente (6, 7) erforderliche Betätigungskraft zur Verfügung stellbar ist, und eine Koppeleinrichtung (10) auf, über die der Aktor (9) zur Betätigung der Schaltelemente (6, 7) jeweils mit den Schaltelementen (6, 7) in Wirkverbindung bringbar ist, so dass eine das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) betätigende Betätigungskraft des Aktors (9) reduzierbar ist, während eine das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) betätigende Betätigungskraft des Aktors (9) gleichzeitig erhöhbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit wenigstens zwei lastschaltbaren Schaltelementen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung ausgebildeten Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine.
Um Schaltungen bei Fahrzeugen bzw. Fahrzeugantriebssträngen zugkraftunterbrechungsfrei durchführen zu können, werden während Lastschaltungen zwei sogenannte Lastschaltelemente in Lastschaltgetrieben gleichzeitig betätigt. Hierfür sind den beiden Lastschaltelementen beispielsweise elektromechanische Betätigungseinrichtungen zugeordnet, die für jedes Lastschaltelement einen separaten Aktor bzw. ein separates Kraftstellelement aufweisen.
Ist ein Lastschaltgetriebe als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt, ist während eines Fahrbetriebes immer nur eines der Lastschaltelemente betätigt bzw. in einen Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges zugeschaltet, während das andere aus dem Kraftfluss abgeschaltet ist und sich in einem lastfreien Betriebszustand befindet.
Nur während einer Lastschaltung bzw. während der Lastübernahme ausgehend vom abzuschaltenden Schaltelement in Richtung des zuzuschaltenden Schaltelementes ist es während eines bestimmten Bereiches des Schaltablaufes notwendig, beide Lastschaltelemente gleichzeitig zu betätigen, da die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Lastschaltelementes während einer Zughoch- oder Schubrückschaltung zu erhöhen ist, während die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes im gleichen Ma ße reduziert wird. Während Zugrück- oder Schubhochschaltungen findet die letztbeschriebene Vorgehensweise erst zum Ende des Schaltvorganges statt.
Um Beeinträchtigungen eines Schaltkomforts zu vermeiden und im weiteren Verlauf einer Lastschaltung unnötige Reibungsverluste in einem Lastschaltgetriebe zu verhindern, wird die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes zum Lastübernahmezeitpunkt, zu dem die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes einen Wert aufweist, zu dem ein Drehmoment der Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebsstranges zum wesentlichen Teil über das zuzuschaltende Schaltelement führbar ist, auf einen Wert abgesenkt, zu dem über das abzuschaltende Schaltelement möglichst nur noch ein sehr geringes Drehmoment übertragbar ist.
Zusätzlich sind die zur Betätigung der Lastschaltelemente vorgesehenen elektromechanischen Betätigungseinrichtungen derart ausgeführt, dass die beiden Lastschaltelemente im Fehlerfall nicht gleichzeitig in einem derartigen Umfang betätigt werden, dass im Bereich von Antriebsrädern des Fahrzeugantriebsstranges starke Bremseffekte aufgrund eines Verspannungszustandes im Bereich des Lastschaltgetriebes auftreten, die unter Umständen fahrsicherheitskritische Situationen verursachen können.
Die Ausgestaltung der elektromechanischen Betätigungseinrichtungen mit separaten Aktoren für die Lastschaltelemente erfordert einen hohen Steuer- und Regelaufwand während Lastschaltungen und verursacht hohe Herstellkosten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung mit wenigstens zwei lastschaltbaren Schaltelementen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchen Schaltungen, insbesondere Lastschaltungen, auf einfache und kostengünstige Art und Weise durchführbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie mit Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10, 16 oder 20 gelöst.
Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung ist mit wenigstens zwei lastschaltbaren Schaltelementen ausgebildet, deren Übertragungsfähigkeit über eine Betätigungseinrichtung veränderbar ist. Eines der beiden Schaltelemente, das bei Vorliegen einer Anforderung für eine Schaltung in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung zugeschaltet ist, ist über die Betätigungseinrichtung aus dem Kraftfluss abzuschalten, während das andere Schaltelement von der Betätigungseinrichtung von einem abgeschalteten Betriebszustand in einen zugeschalteten Betriebszustand zu überführen ist.
Erfindungsgemäß weist die Betätigungseinrichtung einen Aktor auf, mittels dem die zur Betätigung der Schaltelemente erforderliche Betätigungskraft zur Verfügung stellbar ist. Zusätzlich ist die Betätigungseinrichtung mit einer Koppeleinrichtung ausgebildet, über die der Aktor zur Betätigung der Schaltelemente jeweils mit den Schaltelementen in Wirkverbindung bringbar ist, so dass eine das abzuschaltende Schaltelement betätigende Betätigungskraft des Aktors reduzierbar ist, während eine das zuzuschaltende Schaltelement betätigende Betätigungskraft des Aktors gleichzeitig erhöhbar ist.
Damit ist die Getriebevorrichtung nach der Erfindung mit einem System ausgebildet, welches zwei Lastschaltelemente umfasst, die über einen einzigen Aktor gegenläufig mit Kraft beaufschlagbar sind, wobei vorliegend unter dem Begriff gegenläufig die Vorgehensweise zu verstehen ist, dass das eine Lastschaltelement in Abhängigkeit der aktorseitigen Betätigung mit einer in Schließrichtung des Schaltelementes wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt wird, während das andere abzuschaltende Schaltelement gleichzeitig mit einer in Öffnungsrichtung des Schaltelementes wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist der Aktor im Bereich der Koppeleinrichtung auf einfache Art und Weise reib- oder formschlüssig mit den Schaltelementen in Wirkverbindung bringbar, wobei die Koppeleinrichtung bei weiteren Ausführungsformen der Getriebevorrichtung elektromagnetisch, elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch betreibbar ist.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles sind über die Koppeleinrichtung während der Betätigung der Schaltelemente rotatorisch und/oder translatorisch zu bewegende Elemente bei weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Getriebevorrichtung nach der Erfindung miteinander in Wirkverbindung bringbar.
Alternativ oder zusätzlich hierzu sind bei weiteren Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung über die Koppeleinrichtung über einen hydrostatisch wirkenden Druck betätigbare Flüssigkeitssäulen miteinander in Wirkverbindung bringbar, um die Schaltelemente mit dem Aktor zu koppeln oder die Wirkverbindung zwischen dem Aktor und den Schaltelementen jeweils zu trennen.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Getriebevorrichtung nach der Erfindung ist im Bereich der Koppeleinrichtung ein betriebsbedingter Verschleiß der Schaltelemente und/oder Fertigungstoleranzen ausgleichbar, womit insbesondere bei als trockenlaufende Reibkupplungen ausgeführten Lastschaltelementen innerhalb der Betätigungsstrecke zwischen den Schaltelementen und dem Aktor ein Verschleißausgleich vorgesehen ist, mittels dem im Stellsystem die durch Belagabtragungen auftretenden Wegveränderungen kompensierbar sind und/oder durch Fertigungstoleranzen voneinander abwei chende Bauteilabmessungen der Baugruppen, die die Betätigungsstrecke ausbilden, ohne zusätzlichen Applikationsaufwand berücksichtigbar sind und eine Getriebevorrichtung mit der erwünschten Funktionalität zur Verfügung stellbar ist.
Eine kostengünstige und einfach handhabbare Ausgestaltung der Getriebevorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wirkverbindung zwischen den Schaltelementen und dem Aktor im Bereich der Koppeleinrichtung bei Unterschreiten eines Schwellwertes der aktorseitigen Betätigungskraft selbsttätig löst, da sowohl eine Überwachung eines derartigen Betriebszustandes der Getriebevorrichtung als auch eine entsprechende Betätigung der Koppeleinrichtung bei Vorliegen eines solchen Betriebszustandes der Getriebevorrichtung nicht erforderlich ist.
Die Getriebevorrichtung nach der Erfindung weist bei vorteilhaften Ausführungsformen im Bereich der Koppeleinrichtung für jedes Schaltelement ein separates Koppelelement auf, wobei jedem Koppelelement ein separates Betätigungsorgan zugeordnet ist oder mehrere Koppelelemente jeweils über ein gemeinsames Betätigungsorgan betätigbar sind. Dabei ist die mit separaten Betätigungsorganen ausgeführte Getriebevorrichtung durch einen höheren Freiheitsgrad bezüglich der individuellen Betätigung der verschiedenen Koppelelemente im Vergleich zu der mit mehreren Koppelelementen zugeordneten Betätigungsorganen ausgebildeten Ausführungsform gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu ist die Ausführung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung, bei der mehrere Koppelelemente jeweils über ein gemeinsames Betätigungsorgan betätigbar sind, durch einen geringeren Bauraumbedarf und niedrigere Herstellkosten als die Ausführungsform der Getriebevorrichtung gekennzeichnet, bei der jedem Koppelelement ein separater Aktor zugeordnet ist.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Fahr zeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine wird die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes bei Vorliegen einer Schaltanforderung für eine Zughochschaltung oder eine Schubrückschaltung sowie einem ersten Betriebszustand der Koppeleinrichtung, zu dem das abzuschaltende Schaltelement mit dem Aktor gekoppelt und das zuzuschaltende Schaltelement vom Aktor entkoppelt ist, und bei Vorliegen des abzuschaltenden Schaltelementes mit einer einem angeforderten Wert entsprechenden Übertragungsfähigkeit auf einen Grenzwert reduziert, der dem Wert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes zum Lastübernahmezeitpunkt entspricht und zu dem zumindest das Drehmoment der Antriebsmaschine über das abzuschaltende Schaltelement oder das zuzuschaltende Schaltelement führbar ist.
Damit wird die Getriebevorrichtung bei Vorliegen einer Schaltanforderung für eine Zughochschaltung oder eine Schubrückschaltung für die Durchführung des Schaltablaufes entsprechend vorbereitet, um die Schaltung mit geringerem Steuer- und Regelaufwand sowie mit hohem Schaltkomfort durchführen zu können.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Grenzwert der Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes um einen Sicherheitsoffsetwert größer als der Wert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes zum Lastübernahmezeitpunkt, womit eine Unterbrechung des Kraftflusses in der Getriebevorrichtung bzw. ein unstetiger Verlauf des am Abtrieb des Fahrzeugantriebsstranges anliegenden Abtriebsmomentes, der einen Fahrkomfort in unerwünschtem Umfang beeinträchtigt, auf einfache Art und Weise vermieden wird.
Die Koppeleinrichtung wird bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in einen zweiten Betriebszustand überführt, zu dem sowohl das abzuschaltende Schaltelement als auch das zuzuschaltende Schaltelement über die Koppeleinrichtung mit dem Aktor wirkverbunden sind, um die angeforderte Zughoch- bzw. Schubrückschaltung durch gleichzeitige Betätigung des abzuschaltenden Schaltelementes und des zuzuschaltenden Schaltelementes über den einen Aktor durchführen zu können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens nach der Erfindung wird die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes bei Vorliegen des zweiten Betriebszustandes der Koppeleinrichtung im Wesentlichen auf Null und die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes auf einen vordefinierten Schwellwert eingestellt, zu dem das zuzuschaltende Schaltelement in den Kraftfluss zugeschaltet ist und das Drehmoment der Antriebsmaschine über das zuzuschaltende Schaltelement führbar ist.
Ein von der Antriebsmaschine erzeugtes Drehmoment wird bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen vorzugsweise betriebszustandsabhängig variierbaren Drehmomentwert eingestellt, der mit dem vordefinierten Schwellwert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes korrespondiert, um die Schaltung mit möglichst hohem Komfort durchführen zu können.
Die Koppeleinrichtung wird während einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in einen dritten Betriebszustand überführt, zu dem das abzuschaltende Schaltelement im Bereich der Koppeleinrichtung vom Aktor getrennt und das zuzuschaltende Schaltelement über die Koppeleinrichtung mit dem Aktor wirkverbunden ist, wenn die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes wenigstens annähernd Null ist und die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes zumindest dem Schwellwert entspricht. Damit wird auf einfache Art und Weise eine fehlerhafte Betätigung des abzuschaltenden Schaltelementes durch den Aktor vermieden, wenn das zuzuschaltende Schaltelement mit der ausreichenden Übertragungsfähigkeit zur Verfügung steht und die Lastübernahme wenigstens annähernd vollständig abgeschlossen ist.
Bei dem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine wird die Koppeleinrichtung bei Vorliegen einer Schaltanforderung für eine Zugrückschaltung oder eine Schubhochschaltung und bei Vorliegen einer einem angeforderten Wert entsprechenden Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes, zu dem das abzuschaltende Schaltelement schlupft, sowie einem Sollwert entsprechenden Drehmoment der Antriebsmaschine, mittels dem in der Getriebevorrichtung eine Synchrondrehzahl der über die Schaltanforderung einzulegenden Zielübersetzung einstellbar ist, von einem ersten Betriebszustand der Koppeleinrichtung, zu dem das abzuschaltende Schaltelement mit dem Aktor gekoppelt und das zuzuschaltende Schaltelement vom Aktor entkoppelt ist, in einen zweiten Betriebszustand überführt, zu dem sowohl das abzuschaltende Schaltelement als auch das zuzuschaltende Schaltelement über die Koppeleinrichtung mit dem Aktor wirkverbunden sind, wenn in der Getriebevorrichtung eine Synchronität einer in der Getriebevorrichtung einzulegenden Übersetzung erkannt wird.
Bei einer Variante des Verfahrens nach der Erfindung werden die Übertragungsfähigkeiten des abzuschaltenden Schaltelementes und des zuzuschaltenden Schaltelementes im zweiten Betriebszustand der Koppeleinrichtung auf für die Lastübernahme durch das zuzuschaltende Schaltelement erforderliche Zielwerte geführt, wobei das Drehmoment der Antriebsmaschine bei Erreichen der Zielwerte vollständig vom zuzuschaltenden Schaltelement übertragen wird und das abzuschaltende Schaltelement im wesentlichen lastfrei ist, um die Schaltung mit hohem Schaltkomfort durchführen zu können.
Ein von der Antriebsmaschine erzeugtes Drehmoment wird bei einer Variante des Verfahrens nach der Erfindung auf einen vorzugsweise betriebszustandabhängig variierbaren Drehmomentwert eingestellt, der mit dem Zielwert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes korrespondiert, womit die Lastübernahme durch das zuzuschaltende Schaltelement mit geringem Steuer- und Regelaufwand durchführbar ist.
Bei einer weiteren Variante des Verfahrens nach der Erfindung wird die Koppeleinrichtung in einen dritten Betriebszustand überführt, zu dem das abzuschaltende Schaltelement im Bereich der Koppeleinrichtung vom Aktor getrennt und das zuzuschaltende Schaltelement über die Koppeleinrichtung mit dem Aktor wirkverbunden ist, wenn die Übertragungsfähigkeiten des abzuschaltenden Schaltelementes und des zuzuschaltenden Schaltelementes den Zielwerten entsprechen. Damit ist auf einfache Art und Weise gewährleistet, dass die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes nach der Lastübernahme des zuzuschaltenden Schaltelementes durch eine fehlerhafte aktorseitige Betätigung auf einen Wert angehoben wird, zu dem über das abzuschaltende Schaltelement ein Drehmomentwert führbar ist, zu dem in der Getriebeeinrichtung ein unerwünschtes Verspannmoment aufgebaut wird, das im Bereich eines Abtriebes eines Fahrzeugantriebsstranges unerwünschte Bremsmomente zur Folge hat, die eine Fahrsicherheit u. U. nachteilig beeinflussen.
Bei einem weiteren alternativen erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine wird die Koppeleinrichtung bei Vorliegen einer einem angeforderten Wert entsprechenden Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes, zu dem zumindest das Drehmoment der Antriebsmaschine (4) über das abzuschaltende Schaltelement führbar ist, sowie einem Sollwert entsprechenden Drehmoment der Antriebsmaschine bei einer Schaltanforderung eine lastfreie Schaltung von einem ersten Betriebszustand der Koppeleinrichtung, zu dem das abzuschaltende Schaltelement mit dem Aktor gekoppelt und das zuzuschaltende Schaltelement vom Aktor entkoppelt ist, in einen zweiten Betriebszustand überführt, zu dem sowohl das abzuschaltende Schaltelement als auch das zuzuschaltende Schaltelement über die Koppeleinrichtung mit dem Aktor wirkverbunden sind, wenn die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes und das von der Antriebsmaschine erzeugte Antriebsmoment wenigstens annähernd Null sind.
Die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes wird bei Vorliegen der Koppeleinrichtung im zweiten Betriebszustand bei einer Variante des Verfahrens nach der Erfindung auf einen Zielwert angehoben, zu dem das Drehmoment der Antriebsmaschine über das zuzuschaltende Schaltelement führbar ist, und das Antriebsmoment der Antriebsmaschine (4) wird auf einen mit dem Zielwert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes korrespondierenden Zielwert eingestellt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 eine vereinfachte Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeuges;
2 ein Teil der Getriebevorrichtung nach der Erfindung in einer Blockschaltbilddarstellung; und
3 eine detailliertere Darstellung einer Koppeleinrichtung der Getriebevorrichtung gemäß 1 und 2.
In 1 ist ein Fahrzeugantriebsstrang 1 mit zwei Fahrzeugachsen 2, 3, einer vorliegend als Brennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine 4 und einer Getriebevorrichtung 5 zum Darstellen verschiedener Übersetzungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt dargestellt. Die erste Fahrzeugachse 2 des Fahrzeugantriebsstranges 1 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 die Fahrzeughinterachse und die zweite Fahrzeugachse 3 stellt die Fahrzeugvorderachse dar. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles bzw. eines gewünschten Fahrzeugkonzeptes besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die erste Fahrzeugachse 2 die Fahrzeugvorderachse und die zweite Fahrzeugachse 3 die Fahrzeughinterachse ist.
Ein von der Antriebsmaschine 4 zur Verfügung gestelltes Drehmoment ist über die Getriebevorrichtung 5 in Abhängigkeit der in der Getriebevorrichtung 5 aktuell eingestellten Übersetzung in entsprechend gewandelter Form im Bereich der ersten Fahrzeugachse anlegbar und zur Darstellung eines Zug- oder eines Schubbetriebes des Fahrzeugantriebsstranges der ersten Fahrzeugachse 2 zuführbar.
Ein Teil der Getriebevorrichtung 5, das bei dem in der Zeichnung betrachteten Ausführungsbeispiel als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist und in an sich bekannter Art und Weise zwei lastschaltbare Schaltelemente 6, 7 aufweist, deren Übertragungsfähigkeit über eine in 2 und 3 näher dargestellte Betätigungseinrichtung 8 veränderbar ist, ist im Bereich der Betätigungseinrichtung 8 mit einem Aktor 9 und einer Koppeleinrichtung 10 ausgeführt.
Dabei ist die Koppeleinrichtung 10 der Betätigungseinrichtung 8 zwischen drei Betriebszuständen umschaltbar. Während eines ersten Betriebszustandes ist über die Koppeleinrichtung 10 nur eine Wirkverbindung zwischen dem Schaltelement 6 und dem Aktor 9 hergestellt, während das Schaltelement 7 von dem Aktor 9 entkoppelt ist. Im zweiten Betriebszustand der Koppeleinrichtung 8 sind beide Schaltelemente 6 und 7 mit dem Aktor 9 wirkverbunden, während im dritten Betriebszustand nur das Schaltelement 7 mit dem Aktor 9 in Wirkverbindung steht.
Dabei ist im zweiten Betriebszustand der Koppeleinrichtung 8 jeweils eines der beiden Schaltelemente 6 oder 7, das bei Vorliegen einer Anforderung für eine Schaltung in der Getriebevorrichtung 5 in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung 5 zugeschaltet ist, über die Betätigungseinrichtung 8 aus dem Kraftfluss abschaltbar, während das andere Schaltelement 7 oder 6 von der Betätigungseinrichtung 8 von einem abgeschalteten Betriebszustand in einen zugeschalteten Betriebszustand überführbar ist, um die aktuell in der Getriebeeinrichtung 5 eingelegte Ist-Übersetzung in Richtung der durch die Schaltung angeforderten Ziel-Übersetzung zu verändern.
Mittels des Aktors 9 der Betätigungseinrichtung 8 werden die zur Betätigung der Schaltelemente 6 und 7 erforderlichen Betätigungskräfte zur Verfügung gestellt. Über die Koppeleinrichtung 10 der Betätigungseinrichtung 8 ist der Aktor 9 zur Betätigung der Schaltelemente 6 und 7 jeweils mit den Schaltelementen 6 und 7 in Wirkverbindung bringbar, wobei eine das abzuschaltende Schaltelement 6 oder 7 betätigende Betätigungskraft des Aktors 9 in der nachbeschriebenen Art und Weise reduzierbar ist, während eine das zuzuschaltende Schaltelement 7 oder 6 betätigende Betätigungskraft des Aktors 9 gleichzeitig erhöhbar ist. Somit sind bei der Getriebevorrichtung 5 beide lastschaltbaren Schaltelemente 6 und 7 mit dem einen Aktor 9 in allen Fahrzuständen eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 ausgebildeten Fahrzeuges und auch während der Lastübernahmephase zwischen den beiden Schaltelementen 6 und 7 betätigbar. In der Zeichnung nicht näher dargestellte hydraulische Zentralausrücker der Schaltelemente 6 und 7 werden jeweils über Betätigungskolben 6A, 7A der Schaltelemente 6 und 7 und hydraulische Leitungen betätigt.
Soll ein Anfahrvorgang des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges über das Schaltelement 6 durchgeführt werden, so wird der vorliegend als Elektromotor mit Spindelantrieb ausgeführte Aktor 9 mit dem Betätigungskolben 6A des Schaltelementes 6 durch Aufprägen einer Betätigungskraft auf einen Hebel 13 verbunden, wobei die Betätigungskraft den Hebel 13 um eine Lagerstelle 14 des Hebels 13 in die durch den Pfeil R1 dargestellte Richtung verschwenkt.
Die Schwenkbewegung in Richtung R1 des Hebels 13 führt dazu, dass das vorliegend als selbsthemmender Keil ausgeführte Koppelelement 11 form- und reibschlüssig eine Wirkverbindung zwischen einer mit dem Aktor 9 verbundenen Stange 16 und einem Übertragungselement 17, das wiederum mit dem Betätigungskolben 6A des Schaltelementes 6 verbunden ist, herstellt. Durch Vorgabe einer Sollkraft bzw. eines Sollweges im Bereich des extern ansteuerbaren Aktors 9 wird der Betätigungskolben 6A des Schaltelementes 6 von der Stange 16 bewegt, wobei die Vorgabe der Sollkraft bzw. des Sollweges und somit die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes 6 völlig frei einstellbar ist.
Um den Anfahrvorgang über das Schaltelement 6 durchführen zu können, ist die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 6 über den Aktor 9 wie bei Anfahrelementen herkömmlicher Getriebevorrichtungen von Fahrzeugantriebssträngen einzustellen.
Liegt eine Anforderung für eine Lastschaltung in der Getriebevorrichtung 5 vor, bei welcher zwischen den beiden Schaltelementen 6 und 7 eine Lastübernahme stattfinden soll, und ist das Schaltelement 6 in den Kraftfluss zugeschaltet, während das Schaltelement 7 sich in abgeschaltetem Zustand befindet, befindet sich die Koppeleinrichtung 10 zunächst im ersten Betriebszustand, zu dem das dem Schaltelement 6 zugeordnete Koppelelement 11 die Wirkverbindung zwischen der Stange 16 und dem Übertragungselement 17 herstellt, während über das dem Schaltelement 7 zugeordnete Koppelelement 12 keine Wirkverbindung zwischen der Stange 16 und einem dem Betätigungskolben 7A des Schaltelementes 7 zugeordneten Übertragungselementes 18 herstellt ist.
Ausgehend von dem letztbeschriebenen Betriebszustand der Getriebevorrichtung 5 wird die Übertragungsfähigkeit des zugeschalteten Schaltelementes 6, welches nunmehr das abzuschaltende Schaltelement 6 der Lastschaltung darstellt, über den Aktor 9 soweit verringert, dass das Schaltelement 6 gerade nicht rutscht bzw. das am Schaltelement 6 anliegende Drehmoment schlupffrei übertragen wird.
Weist das abzuschaltende Schaltelement 6 diesen Wert der Übertragungsfähigkeit auf, wird der Hebel 13 mit einer Betätigungskraft beaufschlagt, die den Hebel in eine durch den Pfeil R2 entsprechende Richtung um die Lagerstelle 14 nach oben verschwenkt, womit die Wirkverbindung zwischen der Stange 16 und dem dem Schaltelement 7 zugeordneten Übertragungselement 18 herstellt, wobei das dem Schaltelement 6 zugeordnete Koppelelement 11 in seiner Kopplungsposition verbleibt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die über die weiche Feder 15 an dem Koppelelement 11 angreifende Federkraft, die an dem Koppelelement 11 in einer die Wirkverbindung zwischen der Stange 16 und dem Übertragungselement 17 lösende Richtung angreift, nicht ausreicht, um die Klemmwirkung zwischen dem Übertragungselement 17 und der Stange 16 zu überwinden.
Anschließend wird im zweiten Betriebszustand der Kopplungseinrichtung 10 eine den Betätigungskolben 7A des Schaltelementes 7 betätigende Sollkraft bzw. ein über den Aktor 9 im Bereich des Spindelantriebes darzustellender Sollweg eingestellt, um die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 7 auf einen vordefinierten Wert anzuheben, zu dem das Schaltelement 7 das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 4 im Schlupfbetrieb vollständig überträgt.
Da das Schaltelement 6 ebenfalls mit dem Aktor 9 in Wirkverbindung steht, wird die auf dem Betätigungskolben 6A wirkende Betätigungskraft des Aktors 9 in dem Maße reduziert, in dem sich die Betätigungskraft des Aktors 9 im Bereich des Betätigungskolbens 7A des Schaltelementes 7 erhöht, wobei das abzuschaltende Schaltelement 6 vollständig entlastet ist und schlupffrei vorliegt.
Das bedeutet, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem die über den Aktor 9 einzustellende Sollkraft im Bereich des Betätigungskolbens 7A des Schaltelementes 7 anliegt, der Betätigungskolben 6A des Schaltelementes 6 im Wesentlichen lastfrei ist. Dann unterschreitet die Klemmwirkung im Bereich des Koppelelementes 11 einen Grenzwert und das Koppelelement 11 wird von der weichen Feder 15 in einen die Wirkverbindung zwischen der Stange 16 und dem Schaltelement 6 trennenden Betriebszustand überführt bzw. gezogen, womit die Koppeleinrichtung in ihren dritten Betriebszustand überführt ist.
Wiederum im Anschluss daran ist die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 7 über den Aktor 9 in an sich bekannter Art und Weise durch Anheben der über die Stange 16 auf den Betätigungskolben 7A des Schaltelementes 7 wirkenden Betätigungskraft weiter anhebbar und das Schaltelement in an sich bekannter Art und Weise auf seine volle Übertragungsfähigkeit anhebbar und die Lastschaltung beendet. Das Schaltelement 6 ist im Wesentlichen vollständig geöffnet, womit über das Schaltelement 6 kein Drehmoment mehr führbar ist.
Grundsätzlich werden bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung Schaltungen, nachdem die Lastübernahme durch das zuzuschaltende Schaltelement erfolgt ist und das abzuschaltende Schaltelement im Wesentlichen mit einer Übertragungsfähigkeit vorliegt, zu der kein Drehmoment über das abzuschaltende Schaltelement führbar ist, in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles in an sich bekannter Art und Weise bzw. auf konventionelle Art und Weise durchgeführt bzw. abgeschlossen. D. h., dass die Übertragungsfähigkeit des zugeschalteten Schaltelementes am Ende der Lastübernahme, zu dem das Schaltelement schlupfend oder schlupffrei betrieben wird und das Drehmoment der Antriebsmaschine vollständig überträgt, mittels an sich bekannter Vorgehensweisen auf seine volle Übertragungsfähigkeit angehoben und/oder das von der Antriebsmaschine erzeugte Drehmoment auf einen vordefinierten Drehmomentwert eingestellt wird.

1: Fahrzeugantriebsstrang
2, 3: Fahrzeugachse
4: Antriebsmaschine
5: Getriebevorrichtung
6: lastschaltbares Schaltelement
6A: Betätigungskolben
7: lastschaltbares Schaltelement
7A: Betätigungskolben
8: Betätigungseinrichtung
9: Aktor
10: Koppeleinrichtung
11, 12: Koppelelement
13: Hebel
14: Lagerstelle
15: Feder
16: Stange
17, 18: Übertragungselement
R1, R2: Schwenkrichtung

Claims

Getriebevorrichtung (5) mit wenigstens zwei lastschaltbaren Schaltelementen (6, 7), deren Übertragungsfähigkeiten über eine Betätigungseinrichtung (8) veränderbar sind, wobei eines der beiden Schaltelemente (6 oder 7), das bei Vorliegen einer Anforderung für eine Schaltung in den Kraftfluss zugeschaltet ist, über die Betätigungseinrichtung (8) aus dem Kraftfluss abzuschalten ist und das andere Schaltelement (7 oder 6) von der Betätigungseinrichtung (8) von einem abgeschalteten Betriebszustand in einen zugeschalteten Betriebszustand zu überführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (8) einen Aktor (9), mittels dem die zur Betätigung der Schaltelemente (6, 7) erforderliche Betätigungskraft zur Verfügung stellbar ist, und eine Koppeleinrichtung (10) aufweist, über die der Aktor (9) zur Betätigung der Schaltelemente (6, 7) jeweils mit den Schaltelementen (6, 7) in Wirkverbindung bringbar ist, so dass eine das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) betätigende Betätigungskraft des Aktors (9) reduzierbar ist, während eine das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) betätigende Betätigungskraft des Aktors (9) gleichzeitig erhöhbar ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (9) im Bereich der Koppeleinrichtung (10) reib- oder formschlüssig mit den Schaltelementen (6, 7) in Wirkverbindung bringbar ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10) elektromagnetisch, elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch betreibbar ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die Koppeleinrichtung (10) während der Betätigung der Schaltelemente (6, 7) rotatorisch und/oder translatorisch zu bewegende Elemente miteinander in Wirkverbindung bringbar sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Koppeleinrichtung über einen hydrostatisch wirkenden Druck betätigbare Flüssigkeitssäulen miteinander in Wirkverbindung bringbar sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Koppeleinrichtung (10) ein betriebsbedingter Verschleiß der Schaltelemente (6, 7) ausgleichbar ist.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Koppeleinrichtung (10) Fertigungstoleranzen ausgleichbar sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wirkverbindung zwischen den Schaltelementen (6, 7) und dem Aktor (9) im Bereich der Koppeleinrichtung (10) bei Unterschreiten eines Schwellwertes der aktorseitigen Betätigungskraft selbsttätig löst.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10) für jedes Schaltelement (6, 7) ein separates Koppelelement (11, 12) aufweist, wobei jedem Koppelelement (11, 12) ein separates Betätigungsorgan zugeordnet ist oder mehreren Koppelelementen (11, 12) jeweils über ein gemeinsames Betätigungsorgan (13) betätigbar sind.
Verfahren zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung (5) gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche ausgebildeten Fahrzeugan triebsstranges (1) mit einer Antriebsmaschine (4), dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Schaltanforderung für eine Zughochschaltung oder eine Schubrückschaltung sowie einem ersten Betriebszustand der Koppeleinrichtung (10), zu dem das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) mit dem Aktor (9) gekoppelt und das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) vom Aktor (9) entkoppelt ist, und bei Vorliegen des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) mit einer einem angeforderten Wert entsprechenden Übertragungsfähigkeit die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) auf einen Grenzwert reduziert wird, der dem Wert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) zum Lastübernahmezeitpunkt entspricht und zu dem zumindest das Drehmoment der Antriebsmaschine (4) über das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) oder das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) führbar ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert der Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) um einen Sicherheitsoffsetwert größer als der Wert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) zum Lastübernahmezeitpunkt ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10) in einen zweiten Betriebszustand überführt wird, zu dem sowohl das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) als auch das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) über die Koppeleinrichtung (10) mit dem Aktor (9) wirkverbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) im Wesentlichen auf Null und die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) auf einen vordefinierten Schwellwert, zu dem das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) in den Kraftfluss zugeschaltet ist und das Drehmoment der Antriebsmaschine (4) über das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) führbar ist, bei Vorliegen des zweiten Betriebszustandes der Koppeleinrichtung (10) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Antriebsmaschine (4) erzeugtes Drehmoment auf einen vorzugsweise betriebszustandsabhängig variierbaren Drehmomentwert eingestellt wird, der mit dem vordefinierten Schwellwert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) korrespondiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10) in einen dritten Betriebszustand überführt wird, zu dem das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) im Bereich der Koppeleinrichtung (10) vom Aktor (9) getrennt und das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) über die Koppeleinrichtung (10) mit dem Aktor (9) wirkverbunden ist, wenn die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) wenigstens annähernd Null ist und die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelement (7 oder 6) zumindest dem Schwellwert entspricht.
Verfahren zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung (5) gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche ausgebildeten Fahrzeugantriebsstranges (1) mit einer Antriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10) bei Vorliegen einer Schaltanforderung für eine Zugrückschaltung oder eine Schubhochschaltung und bei Vorliegen des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) mit einer einem angeforderten Wert entsprechenden Übertragungsfähigkeit, zu dem das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) schlupft, sowie einem mit der eingestellten Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) korrespondierenden Sollwert des Drehmomentes der Antriebsmaschine (4), mittels dem in der Getriebevorrichtung (5) eine Synchrondrehzahl der über die Schaltanforde rung einzulegenden Zielübersetzung einstellbar ist, von einem ersten Betriebszustand der Koppeleinrichtung (10), zu dem das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) mit dem Aktor (9) gekoppelt und das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) vom Aktor (9) entkoppelt ist, in einen zweiten Betriebszustand überführt wird, zu dem sowohl das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) als auch das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) über die Koppeleinrichtung (10) mit dem Aktor (9) wirkverbunden sind, wenn in der Getriebevorrichtung (5) eine Synchronität einer in der Getriebevorrichtung (5) einzulegenden Übersetzung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeiten des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) und des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) im zweiten Betriebszustand der Koppeleinrichtung (10) auf für die Lastübernahme durch das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) erforderliche Zielwerte geführt werden, wobei das Drehmoment der Antriebsmaschine (4) bei Erreichen der Zielwerte vollständig vom zuzuschaltenden Schaltelement (7 oder 6) übertragen wird und das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) im wesentlichen lastfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Antriebsmaschine (4) erzeugtes Drehmoment auf einen vorzugsweise betriebszustandsabhängig variierbaren Drehmomentwert eingestellt wird, der mit dem Zielwert der Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10) in einen dritten Betriebszustand überführt wird, zu dem das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) im Bereich der Koppeleinrichtung (10) vom Aktor (9) getrennt und das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) über die Koppeleinrichtung (10) mit dem Aktor (9) wirkver bunden ist, wenn die Übertragungsfähigkeiten des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) und des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) den Zielwerten entsprechen.
Verfahren zum Betreiben eines mit der Getriebevorrichtung (5) gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche ausgebildeten Fahrzeugantriebsstranges (1) mit einer Antriebsmaschine (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung (10) bei Vorliegen einer einem angeforderten Wert entsprechenden Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7), zu dem zumindest das Drehmoment der Antriebsmaschine (4) über das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) führbar ist, sowie einem mit dem Wert der Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) korrespondierenden Sollwertes des Drehmomentes der Antriebsmaschine (4) bei einer Schaltanforderung für eine lastfreie Schaltung von einem ersten Betriebszustand der Koppeleinrichtung (10), zu dem das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) mit dem Aktor (9) gekoppelt und das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) vom Aktor (9) entkoppelt ist, in einen zweiten Betriebszustand überführt wird, zu dem sowohl das abzuschaltende Schaltelement (6 oder 7) als auch das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) über die Koppeleinrichtung (10) mit dem Aktor (9) wirkverbunden sind, wenn die Übertragungsfähigkeit des abzuschaltenden Schaltelementes (6 oder 7) und das von der Antriebsmaschine (4) erzeugte Antriebsmoment wenigstens annähernd Null sind.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) bei Vorliegen der Koppeleinrichtung (10) im zweiten Betriebszustand auf einen Zielwert verändert wird, zu dem das Drehmoment der Antriebsmaschine über das zuzuschaltende Schaltelement (7 oder 6) führbar ist, und das Antriebsmoment der Antriebsmaschine (4) auf einen mit dem Zielwert der Über tragungsfähigkeit des zuzuschaltenden Schaltelementes (7 oder 6) korrespondierenden Zielwert eingestellt wird.