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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten
Schaltgetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet ist,
das mit unsynchronisierten Gangkupplungen versehen ist, und dessen
Eingangswelle über eine automatisiert steuerbare Trennkupplung
mit der Triebwelle des Antriebsmotors verbindbar ist, wobei bei
einer Hochschaltung die Synchronisierung des Zielgangs bei geöffneter Trennkupplung
durch die Einstellung eines weitgehend konstanten Bremsmomentes
an einer mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehenden Getriebebremse
erfolgt.
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In
einem Schaltgetriebe tritt bei einer Schaltung zwischen einem Lastgang
und einem Zielgang nach dem Auslegen des Lastgangs an der dem Zielgang
zugeordneten und noch ausgerückten getriebeinternen Gangkupplung
eine Drehzahldifferenz auf, die vor dem Einlegen des Zielgangs,
also vor dem Einrücken der betreffenden Gangkupplung, ausgeglichen
werden muss. Dieser Vorgang wird allgemein als Synchronisierung
bezeichnet und erfolgt praktisch durch eine Drehzahlanpassung des
mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes in Triebverbindung stehenden
eingangsseitigen Teils der Gangkupplung.
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Bei
einer Hochschaltung dreht der eingangsseitige Teil der Gangkupplung
des Zielgangs nach dem Auslegen des Lastgangs schneller als der
ausgangsseitige Teil der Gangkupplung, so dass die Eingangswelle
zur Synchronisierung des Zielgangs verzögert werden muss.
Bei einer Rückschaltung dreht sich der eingangsseitige
Teil der Gangkupplung des Zielgangs nach dem Auslegen des Lastgangs
dagegen langsamer als der ausgangsseitige Teil der Gangkupplung,
so dass die Eingangswelle zur Synchronisierung des Zielgangs beschleunigt
werden muss.
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In
einem mit synchronisierten Gangkupplungen versehenen Schaltgetriebe
erfolgt die Synchronisierung des jeweiligen Zielgangs bzw. der dem
Zielgang zugeordneten Gangkupplung über eine Reibring-Synchronisiereinrichtung,
die der eigentlichen, mit formschlüssig ineinander greifenden
Kupplungsverzahnungen versehenen Gangkupplung vorgeschaltet ist.
Bei der Synchronisierung des Zielgangs wird die an der Gangkupplung
anliegende Drehzahldifferenz passiv, d. h. durch die Wirkung der
betreffenden Schaltkraft, mittels eines zwischen den Reibringen
der Synchronisiereinrichtung erzeugten Reibmomentes ausgeglichen,
bevor die Gangkupplung unter der Wirkung der Schaltkraft eingerückt
und damit der Zielgang eingelegt werden kann. Derartige sperrsynchronisierte
Gangkupplungen sind jedoch relativ kompliziert aufgebaut und entsprechend
teuer herstellbar. Auch erfordern synchronisierte Gangkupplungen
innerhalb des Schaltgetriebes einen relativ großen Bauraum
und vergrößern somit die Abmessungen sowie das
Gewicht des Schaltgetriebes. Aufgrund der verschleißbehafteten
Wirkungsweise der Synchronisiereinrichtungen ist zudem die Lebensdauer
eines mit synchronisierten Gangkupplungen versehenen Schaltgetriebes
eingeschränkt.
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Im
Gegensatz dazu sind unsynchronisierte Gangkupplungen, die allgemein
als Klauenkupplungen bezeichnet werden, einfach und kompakt aufgebaut,
preiswert herstellbar, und sie weisen bei sachgemäß durchgeführten
Schaltungen einen geringen Verschleiß und demzufolge eine
hohe Lebensdauer auf. In einem mit unsynchronisierten Gangkupplungen
versehenen Schaltgetriebe ist jedoch eine Fremdsynchronisierung
des jeweiligen Zielgangs bzw. der dem Zielgang zugeordneten Gangkupplung erforderlich.
Zur Fremdsynchronisierung des Zielgangs ist es beispielsweise bekannt,
die Eingangswelle des Schaltgetriebes bei einer Hochschaltung mittels
einer an der Eingangswelle oder an einer mit dieser in Triebverbindung
stehenden Vorgelegewelle angeordneten Getriebebremse zu verzögern
und bei einer Rückschaltung durch ein teilweises Schließen der
Trennkupplung in Verbindung mit einer Drehzahlführung des
vorzugsweise als Verbrennungskolbenmotor ausgebildeten Antriebsmotors
zu beschleunigen.
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Vorliegend
wird von einer Getriebebremse ausgegangen, die nicht regelbar ist,
sondern konstruktiv bedingt oder durch eine entsprechende Betätigung
mit einer konstanten Anpresskraft oder einem konstanten Anpressdruck
auf ein konstantes Bremsmoment MBr einstellbar
ist. Hierdurch kann die Getriebebremse und die zugeordnete Betätigungseinrichtung
einfach, kompakt und kostengünstig aufgebaut werden, wodurch
eine Integration in ein bestehendes Schaltgetriebe auf relativ einfache
Weise möglich ist. Das weitgehend konstante Bremsmoment
MBr der Getriebebremse kann jedoch durch äußere
Einflüsse, wie die aktuelle Umgebungs- oder Betriebstemperatur
und den Verschleißzustand der Reibbeläge, von
einem Sollwert abweichen, wodurch die Synchronisierung des Zielgangs
bei einer Hochschaltung verzögert oder beschleunigt werden
kann. Bei der Trennkupplung handelt es sich um eine automatisiert steuerbare
Reibungskupplung, die als Anfahr- und Schaltkupplung genutzt, also
bei Anfahr- und Schaltvorgängen geöffnet und geregelt
geschlossen wird.
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Die
Anordnung einer Getriebebremse an der Eingangswelle eines als Gruppengetriebe
ausgebildeten, ein Hauptgetriebe und eine diesem nachgeschaltete
Bereichsgruppe umfassenden Schaltgetriebes ist beispielsweise aus
der
DE 10 2005
002 496 A1 (siehe dortige
1) bekannt,
wobei das Hauptgetriebe als mehrstufiges Vorgelegegetriebe und die Bereichsgruppe
als zweistufiges Planetengetriebe ausgeführt sind. Die
Anordnung einer Getriebebremse an einer über ein Eingangszahnradpaar
(Eingangskonstante) mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehenden
Vorgelegewelle eines in Vorgelegebauweise ausgeführten
Schaltgetriebes ist dagegen in der
DE 102 42 823 A1 (siehe dortige
3) beschrieben.
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Um
bei einer Hochschaltung eine schnelle Synchronisierung des Zielgangs
und ein problemloses Einrücken der unsynchronisierten Gangkupplung des
Zielgangs zu erreichen, sollte die Bremswirkung, also das Bremsmoment
MBr der Getriebebremse, möglichst
hoch sein, die Getriebebremse bis nahe an das Erreichen der Synchrondrehzahl
an der betreffenden Gangkupplung geschlossen sein, die Getriebebremse
nach einer asymptotischen Annäherung der Eingangsdrehzahl
nGKE an die Ausgangsdrehzahl nGKA der
Gangkupplung des Zielgangs beim Einrücken der Gangkupplung
gelöst sein und beim Einrücken der Gangkupplung
zur Unterstützung des Einspurens der Kupplungsverzahnungen
noch eine minimale Drehzahldifferenz an der Gangkupplung vorhanden
sein. Diese Anforderungen sind jedoch allein mit einer Getriebebremse,
deren Bremsmoment MBr über der
zu reduzierenden Drehzahldifferenz ΔnGK an der
Gangkupplung konstant ist, nicht zu erfüllen. So ist die
Getriebebremse bei einem höheren Bremsmoment MBr unterhalb
einer bestimmten Drehzahldifferenz ΔnGK nicht
mehr nutzbar, oder die Getriebebremse weist ein so niedriges Bremsmoment
MBr auf, dass die Synchronisierung des Zielgangs
und damit der gesamte Hochschaltvorgang zeitlich stark verzögert wird.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem Antriebsstrang
der eingangs genannten Art eine Hochschaltung ohne besondere konstruktive
Maßnahmen beschleunigt durchgeführt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe
besteht in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 darin, dass mit der Annäherung der Eingangsdrehzahl nGKE an die Ausgangsdrehzahl nGKA der
Gangkupplung des Zielgangs, also mit der Annäherung der
Drehzahldifferenz ΔnGK = nGKE – nGKA an
der Gangkupplung des Zielgangs an den Wert Null, zur Beendigung
der Synchronisierung die Trennkupplung teilweise geschlossen und
in etwa zeitgleich mit dem Lösen der Getriebebremse wieder
geöffnet wird.
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Das
dadurch über die Trennkupplung von dem Antriebsmotor auf
die Eingangswelle des Schaltgetriebes übertragene Kupplungsmoment
MK wirkt dem von der Getriebebremse auf
die Eingangswelle oder eine mit der Eingangswelle in Triebverbindung
stehende Vorgelegewelle übertragenen Bremsmoment MBr entgegen und bewirkt somit eine schnelle
Beendigung der über die Getriebebremse erfolgenden Synchronisierung
des Zielgangs bzw. der Gangkupplung des Zielgangs. Da sich das Kupplungsmoment
MK der Trennkupplung gegenüber
der Triebwelle (Kurbelwelle) des Antriebsmotors abstützt,
wird durch das dadurch verursachte Abbremsen der Triebwelle zudem
die schaltungsbedingte Drehzahlanpassung des Antriebsmotors unterstützt und
beschleunigt.
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Die
durch die Betätigung der Trennkupplung ermöglichte
Beschleunigung der Synchronisierung des Zielgangs und damit des
gesamten Hochschaltvorgangs wird im wesentlichen dadurch erzielt,
dass die Getriebebremse bei unverändertem Bremsmoment MBr länger betätigt wird
und/oder dass an der Getriebebremse ein erhöhtes Bremsmoment
MBr eingestellt wird.
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Ein
erhöhtes Bremsmoment MBr der Getriebebremse
kann entweder durch die Verwendung einer verstärkten Getriebebremse
konstruktiv vorgegeben werden oder durch eine Betätigung
der vorhandenen Getriebebremse mit einer erhöhten Anpresskraft
oder einem erhöhten Anpressdruck erzeugt werden.
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Das
Schließen der Trennkupplung während der Synchronisierung
des Zielgangs beginnt zweckmäßig bei Erreichen
oder Unterschreiten einer vorgebbaren höheren ersten Grenzdrehzahldifferenz ΔnGK_Gr1 an der Gangkupplung des Zielgangs.
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Ebenso
ist es zweckmäßig, dass das Öffnen der
Trennkupplung während der Synchronisierung des Zielgangs
bei Erreichen oder Unterschreiten einer vorgebbaren niedrigeren
zweiten Grenzdrehzahldifferenz ΔnGK_Gr2;
(|ΔnGK_Gr2| < |ΔnGK_Gr1|)
an der Gangkupplung des Zielgangs beginnt.
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Während
die Getriebebremse, wie eingangs vorausgesetzt wurde, nicht regelbar
ist, sondern nur beim Einschalten auf ein konstantes Bremsmoment MBr eingestellt und wieder abgeschaltet werden
kann, ist die automatisiert steuerbare Trennkupplung zur Steuerung
von Anfahr- und Schaltvorgängen sowie zur Synchronisierung
des jeweiligen Zielgangs bei Rückschaltungen regelbar ausgebildet.
Daher wird die Regelbarkeit des Kupplungsmomentes MK vorliegend
bei Hochschaltungen auch zur Beendigung der Synchronisierung genutzt,
indem das Schließen und Öffnen der Trennkupplung
vorteilhaft jeweils in Abhängigkeit der momentanen Drehzahldifferenz ΔnGK = nGKE – nGKA an der Gangkupplung des Zielgangs geregelt
wird.
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Dabei
wird beim Schließen der Trennkupplung der Momentenaufbaugradient
dMK/dt > 0
und die Höhe des eingestellten Kupplungsmomentes MK zweckmäßig umgekehrt
proportional zur Drehzahldifferenz ΔnGK geregelt
(dMK/dt ~ 1/ΔnGK;
MK ~ 1/ΔnGK), und
beim Öffnen der Trennkupplung der Momentenabbaugradient
dMK/dt < 0
des eingestellten Kupplungsmomentes MK zweckmäßig
absolut proportional zur Drehzahldifferenz ΔnGK geregelt
(|dMK/dt| ~ ΔnGK).
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Dies
bedeutet, dass das Kupplungsmoment MK der
Trennkupplung in der Momentenaufbauphase bei Vorliegen einer höheren
Drehzahldifferenz ΔnGK weniger
schnell und weniger stark aufgebaut wird als bei einer niedrigeren
Drehzahldifferenz ΔnGK, um der Synchronisierung
durch das Bremsmoment MBr der Getriebebremse
nicht zu früh und zu stark entgegenzuwirken.
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In
der Momentenabbauphase wird das Kupplungsmoment MK der
Trennkupplung bei Vorliegen einer niedrigeren Drehzahldifferenz ΔnGK dagegen schneller abgebaut als bei einer
höheren Drehzahldifferenz ΔnGK,
um eine für das Einspuren der Gangkupplung des Zielgangs
vorteilhafte Drehzahldifferenz ΔnGK zu
erhalten und eine unerwünschte Beschleunigung der Eingangswelle
des Schaltgetriebes durch das Kupplungsmoment MK der
Trennkupplung zu vermeiden.
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Aus ähnlichen
Gründen ist es zudem vorteilhaft, wenn das Schließen
und Öffnen der Trennkupplung jeweils in Abhängigkeit
von dem momentanen Differenzdrehzahlgradienten dΔnGK/dt < 0
an der Gangkupplung des Zielgangs geregelt wird, wobei beim Schließen
der Trennkupplung der Momentenaufbaugradient dMK/dt > 0 und die Höhe
des eingestellten Kupplungsmomentes MK zweckmäßig
proportional zu dem Absolutwert des Differenzdrehzahlgradienten
dΔnGK/dt < 0 eingestellt werden (dMK/dt
~ |dΔnGK/dt|, MK ~
|dΔnGK/dt|), und beim Öffnen
der Trennkupplung der Momentenabbaugradient dMK/dt < 0 und die Höhe
des eingestellten Kupplungsmomentes MK zweckmäßig
absolut proportional zu dem Absolutwert des Differenzdrehzahlgradienten dΔnGK/dt eingestellt wird (|dMK/dt|
~ |dΔnGK/dt|).
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Hierdurch
wird das Kupplungsmoment MK der Trennkupplung
in der Momentenaufbauphase bei schneller Synchronisierung des Zielgangs
durch die Getriebebremse schneller und stärker aufgebaut
als bei langsamer Synchronisierung, um der Verzögerung
der Eingangswelle durch das Bremsmoment MBr der
Getriebebremse rechtzeitig und wirkungsvoll entgegenzuwirken, und
in der Momentenabbauphase bei schneller Synchronisierung des Zielgangs schneller
abgebaut als bei langsamer Synchronisierung, um eine für
das Einspuren der Gangkupplung des Zielgangs vorteilhafte Drehzahldifferenz ΔnGK zu erhalten und eine unerwünschte
Beschleunigung der Eingangswelle des Schaltgetriebes durch das Kupplungsmoment
MK der Trennkupplung zu vermeiden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer
Hochschaltung somit die Synchronisierung des Zielgangs bzw. der
Gangkupplung des Zielgangs und damit der gesamte Hochschaltvorgang
deutlich beschleunigt, ohne dass dafür besondere konstruktive
Maßnahmen erforderlich sind. Das erfindungsgemäße
Verfahren lässt sich leicht in ein vorhandenes Kupplungs-
oder Getriebesteuergerät in Form eines Programms einfügen.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. Diese
zeigt in 1 Drehzahl- und Drehmomentverläufe
bei einer erfindungsgemäßen Synchronisierung des
Zielgangs bei einer Hochschaltung.
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In
den Diagrammen von 1 sind für einen erfindungsgemäßen
Ablauf einer Hochschaltung die Zeitverläufe charakteristischer
Betriebsparameter eines Antriebsstrangs wiedergegeben, der ein mit
unsynchronisierten Gangkupplungen versehenes automatisiertes Schaltgetriebe
umfasst, dessen Eingangswelle über eine automatisiert steuerbare Trennkupplung
mit der Triebwelle eines Antriebsmotors in Verbindung steht, und
das eine mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehende Getriebebremse
aufweist. In dem Teildiagramm a) sind die Drehzahlverläufe
der Eingangswelle nGE des Schaltgetriebes
und der Triebwelle des Antriebsmotors nM, in
dem Teildiagramm b) der Drehmomentverlauf MBr der
Getriebebremse, und in dem Teildiagramm c) der Drehmomentverlauf
des übertragbaren Drehmomentes MK der
Trennkupplung dargestellt.
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Zu
Beginn des Hochschaltvorgangs erfolgen in etwa zeitgleich ab dem
Zeitpunkt t1 der Lastabbau an dem Antriebsmotor und das vollständige Öffnen der
Trennkupplung. Hierzu ist in dem Teildiagramm c) der vollständig
geschlossene Zustand der Trennkupplung mit MK =
1 und der vollständig geöffnete Zustand der Trennkupplung
mit MK = 0 bezeichnet. Nach dem Auslegen
des zuvor lastführenden Lastgangs wird ab dem Zeitpunkt
t2 die Getriebebremse betätigt, um den höheren
Zielgang zu synchronisieren, d. h. die Eingangsdrehzahl nGKE des mit der Eingangswelle in Triebverbindung
stehenden eingangsseitigen Teils der Gangkupplung des Zielgangs
durch Abbremsen an die Ausgangsdrehzahl nGKA des über die
Ausgangswelle und einen Achsantrieb mit den Antriebsrädern
des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden ausgangsseitigen
Teils der Gangkupplung des Zielgangs anzupassen. Hierzu wird die ungeregelt
ausgebildete Getriebebremse, ausgehend von dem in Teildiagramm b)
mit MBr = 0 bezeichneten unbetätigten
Zustand auf ein weitgehend konstantes Bremsmoment MBr eingestellt,
das im Teildiagramm b) mit MBr = 1 bezeichnet
ist.
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Mit
der Verringerung der Drehzahldifferenz ΔnGK =
nGKE – nGKA an
der Gangkupplung des Zielgangs wird bei Erreichen einer vorgegebenen
höheren ersten Grenzdrehzahldifferenz ΔnGK_Gr1 ab dem Zeitpunkt t3 die Trennkupplung
teilweise geschlossen und damit dem Abbremsen der Eingangswelle durch
die Getriebebremse mit einem relativ niedrigen Kupplungsmoment MK << 1 entgegengewirkt.
Dabei wird der Aufbaugradient dMK/dt > 0 an der Kupplung und
die Höhe des Kupplungsmomentes MK zumindest
in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahldifferenz ΔnGK an der Gangkupplung des Zielgangs geregelt.
Die Drehzahldifferenz ΔnGK sowie
die Grenzdrehzahldifferenz ΔnGK_Gr1 an
der Gangkupplung bilden sich in dem in Teildiagramm a) abgebildeten
Drehzahlverlauf der Eingangswelle jeweils durch eine Multiplikation
mit der Übersetzung iGK zwischen der
Eingangswelle und der Gangkupplung des Zielgangs ab (ΔnGE = nGE – nGE_Ziel = iGK·ΔnGK und ΔnGE_Gr1 =
iGK·ΔnGK_Gr1).
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Mit
der weiteren Verringerung der Drehzahldifferenz ΔnGK = nGKE – nGKA an der Gangkupplung des Zielgangs werden
bei Erreichen einer vorgegebenen niedrigeren zweiten Grenzdrehzahldifferenz ΔnGK_Gr2(ΔnGE_Gr2 =
iGK·ΔnGK_Gr2)
ab dem Zeitpunkt t4 in etwa zeitgleich die Getriebebremse geöffnet
(MBr = 0) und die Trennkupplung wieder vollständig
geöffnet (MK = 0). Das Öffnen
der Trennkupplung erfolgt zweckmäßig derart, dass
eine unerwünschte Beschleunigung der Eingangswelle vermieden
wird und eine für das Einspuren der Kupplungsverzahnungen der
Gangkupplung des Zielgangs günstige minimale Drehzahldifferenz ΔnGK erhalten bleibt. Hierzu wird der Abbaugradient
dMK/dt < 0
des Kupplungsmomentes MK zumindest in Abhängigkeit
von der momentanen Drehzahldifferenz ΔnGK an
der Gangkupplung des Zielgangs geregelt.
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Nach
Erreichen des Synchronlaufs und dem Einrücken der Gangkupplung
des Zielgangs werden ab dem Zeitpunkt t5 die Trennkupplung vollständig geschlossen
sowie die zuvor schon begonnene und durch das teilweise Schließen
der Trennkupplung unterstützte Drehzahlanpassung des Antriebsmotors abgeschlossen
(siehe Verlauf der Motordrehzahl nM).
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Da
die Eingangswelle des Getriebes durch die vorübergehende
Betätigung der Trennkupplung während der Verzögerung
durch die Getriebebremse praktisch „eingefangen” wird,
kann die Getriebebremse bei unverändert hohem Bremsmoment
MBr länger oder auch mit einem
höheren Bremsmoment MBr betätigt
werden. Hierdurch ergibt sich ohne einen zusätzlichen konstruktiven
Aufwand eine Beschleunigung der Synchronisierung des Zielgangs und
damit eine Verkürzung des gesamten Hochschaltvorgangs.
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- iGK
- Übersetzung
zwischen Eingangswelle und Gangkupplung
- MBr
- Bremsmoment
- MK
- Kupplungsmoment
- dMK/dt
- Momentenaufbaugradient,
Momentenabbaugradient
- n
- Drehzahl
- nGE
- Drehzahl
der Eingangswelle
- nGE_Ziel
- Zieldrehzahl
der Eingangswelle
- nGKA
- Ausgangsdrehzahl
an Gangkupplung
- nGKE
- Eingangsdrehzahl
an Gangkupplung
- nM
- Motordrehzahl
- Δn
- Drehzahldifferenz
- ΔnGE
- Drehzahldifferenz
an Eingangswelle
- ΔnGE_Gr1
- Erste
Grenzdrehzahldifferenz an Eingangswelle
- ΔnGE_Gr2
- Zweite
Grenzdrehzahldifferenz an Eingangswelle
- ΔnGK
- Drehzahldifferenz
an Gangkupplung
- ΔnGK_Gr1
- Erste
Grenzdrehzahldifferenz an Gangkupplung
- ΔnGK_Gr2
- Zweite
Grenzdrehzahldifferenz an Gangkupplung
- dΔnGK/dt
- Differenzdrehzahlgradient
an Gangkupplung
- t
- Zeit
- t1–t5
- Zeitpunkte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005002496
A1 [0007]
- - DE 10242823 A1 [0007]