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Die
Erfindung betrifft ein Handschaltgetriebe, mit einer Eingangswelle
und einer Ausgangswelle, die durch mehrere über jeweils
eine reibsynchronisierte Gangkupplung selektiv schaltbare Gangradsätze
mit unterschiedlicher Übersetzung antriebswirksam miteinander
verbindbar sind, wobei die Gangkupplungen über eine mechanische
Schaltvorrichtung durch die manuelle Betätigung eines Handschalthebels
ein- und ausrückbar sind.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Schaltunterstützung
eines derartigen Handschaltgetriebes, bei dem bei einer Schaltung von
einem Lastgang in einen Zielgang die Synchronisierung des Zielgangs
bedarfsweise hilfskraftgesteuert unterstützt wird.
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Handschaltgetriebe
mit einer mechanischen Schaltvorrichtung sind üblicherweise
in einem H-Schema oder einem mehrfach-H-Schema schaltbar. Dies bedeutet,
dass der zugeordnete Handschalthebel innerhalb mehrerer Schaltgassen
und innerhalb einer die Schaltgassen verbindenden Wählgasse
bewegbar ist. Jede Schaltgasse weist mittig eine Neutralposition
auf, in der alle Gänge ausgelegt sind, und endseitig ein
oder zwei Schaltpositionen auf, in denen der jeweils zugeordnete
Gang eingelegt ist. Getriebeintern ist jeder Schaltgasse ein Schaltpaket
mit ein oder zwei reibsynchronisierten Gangkupplungen zugeordnet,
die durch die wechselseitige Betätigung eines getriebeinternen Übertragungselementes,
wie z. B. einer über eine Schaltgabel mit einer Schaltmuffe
des betreffenden Schaltpaketes in Eingriff befindlichen Schaltstange,
ein- und ausrückbar sind. Die Verbindung zwischen dem Handschalthebel
und den getriebeinternen Übertragungselementen erfolgt üblicherweise
durch ein getriebeexternes Schaftgestänge oder eine Seilzugvorrichtung, das
bzw. die über Umlenkhebel mit einer getriebeinternen Schaltwelle
in Verbindung steht.
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Die
Schaltwelle ist um ihre Längsachse drehbar sowie axial
verschiebbar gelagert und in einem Wählvorgang durch den
formschlüssigen Eingriff eines Schaltfingers an der Schaltwelle
in einen Mitnehmer mit einem der getriebeinternen Übertragungselemente
koppelbar. Wenn die Schaltwelle z. B. senkrecht zu den Schaltstangen
angeordnet ist, entspricht eine Wählbewegung des Handschalthebels
innerhalb der Wählgasse zum Wechsel der Schaltgasse einer
Axialverschiebung der Schaltwelle, die dadurch von einer Schaltstange
entkoppelt und mit einer anderen Schaltstange gekoppelt wird. Eine
Schaltbewegung des Handschalthebels innerhalb einer Schaltgasse
zum Ein- und Auslegen der zugeordneten Gänge entspricht
in diesem Fall einer Drehung der Schaltwelle um ihre Längsachse,
mit der z. B. die Gangkupplung eines ersten Gangs des zugeordneten
Schaltpaketes ausgerückt und die Gangkupplung eines zweiten
Gangs desselben Schaltpaketes synchronisiert und eingerückt
werden kann.
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Bei
einem Gangwechsel von einem Lastgang einer Schaltgasse in einen
Zielgang derselben oder einer anderen Schaltgasse wird ausgehend
von der Neutralposition der betreffenden Schaltgasse zunächst
die Synchronposition des Zielgangs angefahren, wobei die Synchronringe
der Gangkupplung zur Anlage kommen und durch eine als Schaltkraft
am Handschalthebel aufzubringende Anpresskraft aneinander gedrückt
werden, und wobei das wirksame Reibmoment die vorhandene Drehzahldifferenz
aufhebt, bevor die betreffende Gangkupplung eingerückt
und damit der Zielgang eingelegt werden kann.
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Durch
die Synchronisierung wird demnach der die Eingangswelle umfassende
eingangsseitige Getriebezug auf die Synchrondrehzahl an der Gangkupplung
des Zielgangs gebracht, d. h. bei einer Hochschaltung verzögert
und bei einer Rückschaltung beschleunigt. Die dabei durch
die Synchronisierung auszugleichende Drehzahldifferenz bezogen auf
die Eingangswelle des Schaltgetriebes ΔnSyn ergibt
sich mit der Drehzahl der Eingangswelle vor der Schaltung nGE_vS, der Übersetzung des Zielgangs iG_Ziel und der Übersetzung des Lastgangs
iG_Last im Idealfall zu ΔnSyn = nGE_vS·(1 – iG_Ziel/iG_Last).
Tatsächlich kann die Drehzahldifferenz ΔnSyn aber noch signifikant höher
ausfallen, beispielsweise dann, wenn bei einer Hochschaltung das
Auslegen des Lastgangs bei noch nicht vollständig geöffneter
Trennkupplung erfolgt. In diesem Fall ist der z. B. bei einer Membranfederkupplung
durch die in der Mitnehmerscheibe tangential angeordneten Schraubenfedern
gebildete Torsionsschwingungsdämpfer noch gespannt, welches
nach dem Auslegen des Lastgangs eine Beschleunigung der Eingangswelle
und damit eine erhöhte Drehzahldifferenz an der Gangkupplung
des Zielgangs bewirkt. Die erhöhte Drehzahldifferenz führt
bei gleicher Schaltkraft im Handschalthebel zu einer Verlängerung
der Synchronisierdauer und damit zu einer Verzögerung des
Schaltvorgangs. Alternativ dazu kann der Fahrer die auf den Handschalthebel
ausgeübte Schaltkraft und damit das in der Synchronisierung
erzeugte Reibmoment erhöhen, um eine Verzögerung
des Schaltvorgangs zu vermeiden. In beiden Fällen hat die
erhöhte Drehzahldifferenz nachteilig eine erhöhte
Belastung und damit einen erhöhten Verschleiß der
Synchronisierung der Gangkupplung des Zielgangs zur Folge.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Handschaltgetriebe
und ein Verfahren zur Schaltunterstützung eines derartigen
Handschaltgetriebes vorzuschlagen, mit denen der schaltungsbedingte
Verschleiß der Synchronisierungen verringert und der Schaltkomfort
erhöht werden kann.
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Die
das Handschaltgetriebe betreffende Aufgabe ist erfindungsgemäß in
Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch
gelöst, dass eine in Wirkverbindung mit der Eingangswelle
stehende oder bringbare hilfskraftbetätigte Getriebebremse
vorgesehen ist, die bedarfsweise in Abhängigkeit von einer
schaltungsbedingt an der Gangkupplung eines Zielgangs auftretenden Drehzahldifferenz
von einem Bremssteuergerät automatisiert betätigbar
ist, welches zumindest mit Sensoren zur Erfassung der Schalt position
des Handschalthebels oder eines zugeordneten Übertragungselementes
der Schaltvorrichtung, der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl
der Ausgangswelle in Verbindung steht.
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Die
Erfindung geht demnach aus von einem konventionellen Handschaltgetriebe
mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, die in an sich bekannter
Weise durch mehrere über jeweils eine reibsynchronisierte
Gangkupplung selektiv schaltbare Gangradsätze mit unterschiedlicher Übersetzung antriebstechnisch
miteinander verbindbar sind, wobei die Gangkupplungen über
eine mechanische Schaltvorrichtung, wie z. B. ein über
eine Schaltwelle selektiv mit mehreren Schaltstangen koppelbares Schaltgestänge,
durch die manuelle Betätigung eines Handschalthebels ein-
und ausrückbar sind.
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Dieses
Handschaltgetriebe ist erfindungsgemäß mit einer
hilfskraftgesteuerten Getriebebremse versehen, die bedarfsweise,
also bei einem schaltungsbedingten Auftreten einer positiven, durch
ein Abbremsen der Eingangswelle zu reduzierenden Drehzahldifferenz
an einer zu synchronisierenden Gangkupplung, von einem mit Sensoren
zur Erfassung zumindest der Schaltposition des Handschalthebels
oder eines zugeordneten Übertragungselementes der Schaltvorrichtung,
der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl der Ausgangswelle
in Verbindung stehenden Bremssteuergerät automatisiert
betätigbar ist, d. h. mindestens ein- und ausschaltbar
ist.
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Durch
den bedarfsweisen Einsatz dieser Getriebebremse kann sowohl eine
durch die Entspannung eines Drehschwingungsdämpfers an
der Eingangswelle auftretende Drehzahlüberhöhung
abgebaut als auch eine bei einer Hochschaltung an der Gangkupplung
des Zielgangs auftretende Drehzahldifferenz reduziert werden. Dies
führt zu einer geringeren Belastung der Synchronvorrichtungen
der Gangkupplungen und somit zu einem geringeren Verschleiß an
den Gangkupplungen. Ebenso ist dadurch zum Einlegen der Gänge
eine geringere Schaltkraft am Handschalthebel erforderlich, wodurch
die Schaltbetätigung einfacher und komfortabler ist.
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Eine
in Wirkverbindung mit der Eingangswelle eines Schaltgetriebes stehende
oder bringbare hilfskraftbetätigte Getriebebremse ist zwar
an sich bekannt, sie kommt aber bislang nur in Verbindung mit automatisierten
oder zumindest teilautomatisierten Schaltgetrieben zur Anwendung.
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So
ist in der
DE 2 246
908 A1 ein Handschaltgetriebe mit reibsynchronisierten
Gangkupplungen beschrieben, an dessen Eingangswelle eine automatisiert
betätigbare Getriebebremse angeordnet ist. Bei diesem Schaltgetriebe
handelt es sich jedoch um ein weitgehend automatisiertes Schaltgetriebe,
da die zwischen dem Antriebsmotor und der Eingangswelle angeordnete
Trennkupplung über einen fremdkraftgesteuerten Kupplungssteller
und die Gangkupplungen durch fremdkraftgesteuerte Gangsteller ein-
und ausrückbar sind. Die Schaltvorgänge sind lediglich über
einen Handschalthebel manuell auslösbar. Es besteht jedoch
keine mechanische Verbindung zwischen dem Handschalthebel und getriebeinternen
Schaltelementen. Vielmehr wird die jeweilige Schaltposition des
Handschalthebels sensorisch erfasst und die entsprechenden Signale
einem Getriebesteuergerät zugeführt, durch das
die Schaltvorgänge nach einer Überprüfung
auf Zulässigkeit der Schaltung durch eine entsprechende
Ansteuerung des Kupplungsstellers und der betreffenden Gangsteller
ausgelöst werden.
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Aus
der
DE 10 2005
002 496 A1 ist dagegen ein automatisiertes Gruppengetriebe
bestehend aus einem mehrstufigen Hauptgetriebe und einer diesem nachgeschalteten
zweistufigen Bereichsgruppe bekannt, bei dem eine automatisiert
betätigbare Getriebebremse an der Eingangswelle des Hauptgetriebes angeordnet
ist. Nach dem dort beschriebenen Schaltsteuerungsverfahren wird
bei einer Bereichsschaltung zuerst die Bereichsgruppe und danach
das Hauptgetriebe umgeschaltet. Dabei wird die Getriebebremse bei
einer Bereichshochschaltung zur Synchronisierung der Zielübersetzungsstufe
der Bereichsgruppe und bei einer Bereichsrückschaltung zur
Synchronisierung der Zielübersetzungsstufe des Hauptgetriebes
betätigt.
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Die
das Verfahren zur Schaltunterstützung eines Handschaltgetriebes
betreffende Aufgabe ist erfindungsgemäß in Verbindung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 2 dadurch gelöst, dass
eine in Wirkverbindung mit der Eingangswelle stehende oder bringbare
hilfskraftbetätigte Getriebebremse in Abhängigkeit
von einer schaltungsbedingt an der Gangkupplung des Zielgangs auftretenden Drehzahldifferenz
von einem Bremssteuergerät automatisiert betätigt
wird, wobei über zugeordnete Sensoren zumindest die Schaltposition
des Handschalthebels oder eines zugeordneten Übertragungselementes
der Schaltvorrichtung, die Drehzahl der Eingangswelle und die Drehzahl
der Ausgangswelle als Eingangssignale erfasst werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 10.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren geht von einem Handschaltgetriebe
mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle aus, die durch mehrere über
jeweils eine reibsynchronisierte Gangkupplung selektiv schaltbare
Gangradsätze mit unterschiedlicher Übersetzung
antriebstechnisch miteinander verbindbar sind, und dessen Gangkupplungen über
eine mechanische Schaltvorrichtung durch die manuelle Betätigung
eines Handschalthebels ein- und ausrückbar sind. Bei einer
Schaltung von einem Lastgang in einen Zielgang wird die Synchronisierung
des Zielgangs bedarfsweise hilfskraftgesteuert unterstützt,
indem eine in Wirkverbindung mit der Eingangswelle stehende oder
bringbare hilfskraftbetätigte Getriebebremse in Abhängigkeit
von einer schaltungsbedingt an der Gangkupplung des Zielgangs auftretenden
Drehzahldifferenz von einem Bremssteuergerät automatisiert
betätigt wird, wobei über zugeordnete Sensoren
zumindest die Schaltposition des Handschalthebels oder eines zugeordne ten Übertragungselementes
der Schaltvorrichtung, die Drehzahl der Eingangswelle und die Drehzahl
der Ausgangswelle als Eingangssignale erfasst werden.
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Ein
Bedarf zur Betätigung der Getriebebremse liegt dann vor,
wenn aufgrund eines zu frühen Auslegens des Lastgangs durch
die Entspannung eines eingangsseitigen Drehschwingungsdämpfers eine
Beschleunigung der Eingangswelle erfolgt, und wenn bei einer Hochschaltung
die Drehzahl der Eingangswelle zur Synchronisierung des Zielgangs
reduziert werden muss.
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Demzufolge
ist zur Erkennung und Reduzierung einer Drehzahlspitze der Eingangswelle
vorgesehen, dass die Drehzahl nGE_vS der
Eingangswelle unmittelbar vor der Schaltung erfasst und abgespeichert
wird, dass nach dem Auslegen des Lastgangs die aktuelle Drehzahl
nGE_nA der Eingangswelle erfasst und mit
der Drehzahl der Eingangswelle vor der Schaltung nGE_vS verglichen
wird, und dass die Getriebebremse dann eingeschaltet wird, wenn
die aktuelle Drehzahl nGE_nA die Drehzahl
vor der Schaltung nGE_vS um mehr als einen
vorgegebenen Schwellwert ΔnSw überschritten
hat (nGE_nA > nGE_vS + ΔnSw).
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Zur
Erkennung einer Hochschaltung und zur Synchronisierung des Zielgangs
der Hochschaltung ist zudem vorgesehen, dass die Drehzahl der Eingangswelle
unmittelbar vor der Schaltung nGE_vS erfasst
und mit einer für eine Hochschaltung signifikanten oberen
Motordrehzahlgrenze nM_Gr des Antriebsmotors
verglichen wird, und dass die Getriebebremse nach dem Auslegen des
Lastgangs dann eingeschaltet wird, wenn die Drehzahl vor der Schaltung nGE_vS die obere Motordrehzahlgrenze nM_Gr erreicht oder überschritten
hat (nGE_vS ≥ nM_Gr).
Da bei einer hohen Motordrehzahl nM vor
einer Schaltung, die aufgrund der geschlossenen Trennkupplung zwischen dem
Antriebsmotor und der Eingangswelle gleich der Drehzahl der Eingangswelle
nGE_vS ist, mit hoher Wahrscheinlichkeit
von einer Hochschaltung auszugehen ist, kann die Getriebebremse
schon nach dem Auslegen des Lastgangs eingeschaltet werden, obwohl
der Zielgang der Schaltung zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannt
ist.
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Zur
Beendigung der Betätigung der Getriebebremse kann vorgesehen
sein, dass nach dem Auslegen des Lastgangs die aktuelle Schaltposition erfasst
wird, und dass die Getriebebremse spätestens dann ausgeschaltet
wird, wenn der Handschalthebel oder das zugeordnete Übertragungselement der
Schaltvorrichtung die Neutralposition der Schaltgasse des Lastgangs
verlassen hat. Der Bremseingriff der Getriebebremse ist somit auf
den Zeit- und Stellwegbereich zwischen der Auslegeposition des Lastgangs
und der Neutralposition derselben Schaltgasse beschränkt.
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Ein
weiteres Kriterium zur Beendigung des Bremseingriffs der Getriebebremse
kann darin bestehen, dass nach dem Auslegen des Lastgangs die aktuelle
Drehzahl der Eingangswelle nGE und die aktuelle
Motordrehzahl des Antriebsmotors nM erfasst werden,
und dass die Getriebebremse spätestens dann ausgeschaltet
wird, wenn die aktuelle Drehzahl der Eingangswelle nGE die
Motordrehzahl nM erreicht oder unterschritten
hat (nGE ≤ nM).
Aufgrund des noch nicht bekannten Zielgangs wird in diesem Fall
die Motordrehzahl nM des Antriebsmotors
ersatzweise als Synchrondrehzahl des Zielgangs verwendet.
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Da
bei einer Hochschaltung mindestens in den nächsthöheren
Gang geschaltet wird, kann auch vorgesehen sein, dass nach dem Auslegen
des Lastgangs die aktuelle Drehzahl der Eingangswelle nGE und
die aktuelle Drehzahl der Ausgangswelle nGA erfasst
werden, und aus der Drehzahl der Ausgangswelle nGA sowie
der Übersetzung iG_Last+1 des nächsthöheren
Gangs die auf die Eingangswelle bezogene Synchrondrehzahl nSyn bestimmt wird (nSyn = nGA·iG_Last+1),
und dass die Getriebebremse spätestens dann ausgeschaltet
wird, wenn die aktuelle Drehzahl der Eingangswelle nGE innerhalb
eines Toleranzbereichs die Synchrondrehzahl nSyn erreicht
hat (nGE ≈ nSyn).
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Alternativ
zu einer frühen Betätigung der Getriebebremse
unmittelbar nach dem Auslegen des Lastgangs kann jedoch auch vorgesehen
sein, dass die Getriebebremse erst dann eingeschaltet wird, wenn
eine Hochschaltung und der Zielgang der Hochschaltung sicher ermittelt
worden sind. Hierzu ist zweckmäßig vorgesehen,
dass nach dem Auslegen des Lastgangs die aktuelle Schaltposition
erfasst wird, und dass die Getriebebremse dann eingeschaltet wird,
wenn der Handschalthebel oder das zugeordnete Übertragungselement
der Schaltvorrichtung die Neutralposition der Schaltgasse des Lastgangs
in Richtung eines höheren Gangs derselben Schaltgasse oder
nach einem Wechsel der Schaltgasse die Neutralposition einer anderen
Schaltgasse in Richtung eines höheren Gangs verlassen hat.
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Zur
Beendigung der Betätigung der Getriebebremse kann in diesem
Fall vorgesehen sein, dass nach dem Verlassen der Neutralposition
der betreffenden Schaltgasse die aktuelle Schaltposition erfasst
wird, und dass die Getriebebremse spätestens dann ausgeschaltet
wird, wenn der Handschalthebel oder das zugeordnete Übertragungselement
der Schaltvorrichtung die Synchronposition des angesteuerten höheren
Gangs (Zielgang) erreicht hat. Der Bremseingriff der Getriebebremse
ist demzufolge auf den Zeit- und Stellwegbereich zwischen der Neutralposition
der Schaltgasse des Zielgangs und der Synchronposition des Zielgangs
beschränkt.
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Ein
weiteres Kriterium zur Beendigung des Bremseingriffs der Getriebebremse
kann in diesem Fall auch darin bestehen, dass nach dem Verlassen der
Neutralposition der betreffenden Schaltgasse die aktuelle Drehzahl
der Eingangswelle nGE und die aktuelle Drehzahl
der Ausgangswelle nGA erfasst werden, und
aus der Drehzahl der Ausgangswelle nGA und
der Übersetzung iG_Ziel des angesteuerten
höheren Gangs (Zielgang) die auf die Eingangswelle bezogene
Synchrondrehzahl nSyn bestimmt wird (nSyn = nGA·iG_Ziel), und dass die Getriebebremse spätestens dann
ausgeschaltet wird, wenn die aktuelle Drehzahl der Eingangswelle
nGE innerhalb eines Toleranzbereichs die
Synchrondrehzahl nSyn erreicht hat (nGE ≈ nSyn). Durch
die erfindungsgemäße Steuerung der Getriebebremse
wird die bei einer Hochschaltung durch die Synchronvorrichtung des
Zielgangs zu reduzierende Drehzahldifferenz ΔnSyn jeweils
aufgehoben oder zumindest stark verringert. Hierdurch werden der
Verschleiß an den Synchronringen des Schaltgetriebes und
die an dem Handschalthebel jeweils aufzubringende Schaltkraft entsprechend
reduziert, was sich positiv auf die Lebensdauer und den Schaltkomfort
des Schaltgetriebes auswirkt.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser
zeigt
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1 einen
erfindungsgemäßen Ablauf einer Hochschaltung eines
Handschaltgetriebes mit Zeitverläufen relevanter Betriebsparameter
in einem dreiteiligen Zeitdiagramm,
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2 eine
erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Handschaltgetriebes in schematischer Darstellung, und
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3 eine
zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Handschaltgetriebes in schematischer Darstellung.
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In
einer ersten Ausführungsvariante weist ein in Vorgelegebauart
ausgeführtes Handschaltgetriebe 1 nach 2 eine
Eingangswelle 2, eine Vorgelegewelle 3 und eine
Ausgangswelle 4 auf. Die Eingangswelle 1 ist über
eine als Reibungskupplung ausgebildete, über ein nicht
abgebildetes Kupplungspedal aus- und einrückbare Trennkupplung 5 mit
der Triebwelle 6 eines als Verbrennungskolbenmotor ausgebildeten
Antriebsmotors 7 verbindbar. Die Vorgelegewelle 3 steht über
eine aus zwei Festrädern gebildete Eingangskonstante 8 permanent
mit der Eingangswelle 2 in Triebverbindung. Zur selektiven Triebverbindung
der Vorgelegewelle 3 mit der Ausgangswelle 4 sind
vier Gangzahnradsätze 9, 10, 11, 12 mit
jeweils einem auf der Vorgelegewelle 3 drehfest angeordneten
Festrad und einem auf der Ausgangswelle 4 drehbar gelagerten
sowie über eine zugeordnete reibsynchronisierte Gangkupplung
drehfest verbindbaren Losrad vorgesehen.
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Der
erste Gang G1 ist durch den ersten Gangzahnradsatz 9 mit
einer hohen Übersetzung > 1 gebildet
und ist durch das Einrücken der zugeordneten Gangkupplung
schaltbar. Der zweite Gang G2 ist durch den zweiten Gangzahnradsatz 10 mit
einer mittleren Übersetzung > 1 gebildet und ist durch das Einrücken
der zugeordneten Gangkupplung schaltbar. Die Gangkupplungen des
ersten Gangs G1 und des zweiten Gangs G2 sind in einem gemeinsamen Schaltpaket 13 mit
einer Schaltmuffe zusammengefasst, die zum Ein- und Auslegen der
beiden Gänge G1, G2 in an sich bekannter Weise über
eine mechanisch mit einem Handschalthebel verbindbare Schaltstange
oder Schaltschwinge betätigbar ist.
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Der
dritte Gang G3 ist durch den dritten Gangzahnradsatz 11 mit
einer geringen Übersetzung > 1 gebildet und ist durch das Einrücken
der zugeordneten Gangkupplung schaltbar. Der vierte Gang G4 ist
als Direktgang ausgebildet und durch eine unmittelbare Triebverbindung
der Eingangswelle 2 mit der Ausgangswelle 4 gebildet,
die durch das Einrücken einer zugeordneten Gangkupplung
schaltbar ist. Die Gangkupplungen des dritten Gangs G3 und des vierten
Gangs G4 sind ebenfalls in einem gemeinsamen Schaltpaket 14 mit
einer Schaltmuffe zusammengefasst, die in gleicher Weise von dem
Handschalthebel aus betätigbar ist.
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Der
Rückwartsgang R wird durch den ein zusätzliches
Zwischenrad aufweisenden vierten Gangzahnradsatz 12 mit
einer hohen negativen Übersetzung < –1 gebildet und ist durch
das Einrücken der zugeordneten Gangkupplung schaltbar.
Die betreffende Gangkupplung ist alleine einem Schaltpaket 15 mit
einer in bekannter Weise betätigbaren Schaltmuffe zugeordnet.
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Zur
Schaltunterstützung des Handschaltgetriebes 1 ist
erfindungsgemäß eine über einen Bremssteller 16 hilfskraftgesteuert
betätigbare Getriebebremse 17 vorgesehen, die
vorliegend an der Eingangswelle 2 angeordnet ist. Zur automatisierten Betätigung
der Getriebebremse 17 steht der Bremssteller 16 über
eine Steuerleitung mit einem Bremssteuergerät 18 in
Verbindung. Zur Erkennung eines Hochschaltvorgangs und/oder einer
durch ein Abbremsen der Eingangswelle 2 zu synchronisierenden Drehzahldifferenz
an der Gangkupplung eines Zielgangs steht das Bremssteuergerät 18 über
zugeordnete Sensorleitungen zumindest mit einem an der Eingangswelle 2 angeordneten
Drehzahlsensor 19, mit einem an der Ausgangswelle 4 angeordneten Drehzahlsensor 20 sowie
mit an jedem Schaltpaket 13, 14, 15 oder
einem jeweils zugeordneten Verbindungselement, wie z. B. einer jeweils
zugeordneten Schaltstange, angeordneten Positions- oder Wegsensor 21, 22, 23 in
Verbindung.
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Wird
aufgrund entsprechender Sensordaten der Sensoren 19, 20, 21, 22, 23 eine
Hochschaltung mit einer hohen zu synchronisierenden Drehzahldifferenz
an der Gangkupplung des Zielgangs erkannt, so wird die Getriebebremse 17 automatisch
frühestens nach dem Auslegen des Lastgangs eingeschaltet
sowie spätestens vor dem Einlegen des Zielgangs abgeschaltet
und somit die Synchronvorrichtung des Zielgangs deutlich entlastet.
Allgemein ergeben sich durch den Einsatz der automatisierten Getriebebremse 17 ein
geringerer Verschleiß an den Synchronringen der Gangkupplungen
und geringere von einem Fahrer an dem Handschalthebel aufzubringende Schaltkräfte.
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Eine
zweite Ausführungsvariante eines Handschaltgetriebes 1' nach 3 unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform nach 2 nur dadurch,
dass die Getriebebremse 17' an der Vorgelegewelle 3 angeordnet
ist, die über die Eingangskonstante 8 permanent
mit der Eingangswelle 2 in Triebverbindung steht. Eine
derartige Anordnung der Getriebebremse 17' ist aufgrund
eines beengten Bauraums an der Eingangswelle 2 des Schaltgetriebes 1' vor teilhaft
und ermöglicht eine axial kürzere Baulänge
der aus dem Schaltgetriebe 1' und der Trennkupplung 5 gebildeten
Getriebeeinheit.
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In
dem Zeitdiagramm von 1 ist in Teil a) der Fahrpedalwinkel αFP eines Fahrpedals, in Teil b) der Ausrückweg
xK der Trennkupplung 5, und in
Teil c) mit der durchgezogenen Linie die Drehzahl nGE der Eingangswelle 2 bei
einer Betätigung der Getriebebremse 17, 17',
mit der mit kurzen Strichen gestrichelten Linie die Drehzahl nGE' der Eingangswelle ohne eine Betätigung
der Getriebebremse 17, 17', und mit der mit langen
Strichen gestrichelten strichpunktierten Linie die Motordrehzahl
nM des Antriebsmotors 7 während
eines Hochschaltvorgangs für einen beispielhaften Ablauf
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schaltunterstützung
eines Handschaltgetriebes 1, 1' über
der Zeit t dargestellt.
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Die
Hochschaltung beginnt zum Zeitpunkt t0 mit dem Loslassen des Fahrpedals
und dem Ausrücken der Trennkupplung 5. Da die
Trennkupplung 5 mit zunehmendem Ausrückweg xK in Schlupf gerät, fällt
die Drehzahl nGE der Eingangswelle 2 gegenüber der
Motordrehzahl nM zunächst ab. Da
der Lastgang aber zum Zeitpunkt t1 bei noch gespanntem Drehschwingungsdämpfer
der Trennkupplung 5 ausgelegt wird, wird die Eingangswelle 2 danach
durch die Entspannung des Drehschwingungsdämpfers über
die Motordrehzahl nM hinaus beschleunigt.
In etwa zeitgleich zum Zeitpunkt t2 erreichen das Fahrpedal seine
Ruhestellung (αFP = 0) und die
Trennkupplung 5 ihren Anschlag des Ausrückweges
xK.
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Da
in diesem Fall spätestens nach dem Auslegen des Lastgangs
zumindest die aktuelle Drehzahl nGE der
Eingangswelle 2 und die aktuelle Motordrehzahl nM sensorisch erfasst werden, wird die Überhöhung
der Drehzahl nGE der Eingangswelle 2 erkannt
und die Getriebebremse 17, 17' zum Zeitpunkt t3
eingeschaltet, wodurch die Eingangswelle 2 verzögert
wird. Nach dem Abbremsen der Eingangswelle 2 um die Drehzahldifferenz ΔnBr und dem Erreichen der Motordrehzahl nM zum Zeitpunkt t4 (nGE ≈ nM) wird die Getriebebremse 17, 17' wieder
abgeschaltet. Eine danach zu der auf die Eingangswelle 2 bezogenen
Synchrondrehzahl nSyn des Zielgangs noch
vorhandene Drehzahldifferenz ΔnSyn wird
zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 in an sich bekannter Weise durch
das Anfahren der Reibsynchronvorrichtung des Zielgangs aufgehoben
und nachfolgend der Zielgang eingelegt. Das Einrücken der
Trennkupplung 5 und der Lastaufbau des Antriebsmotors 7 erfolgt
danach zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 durch eine entsprechende
Betätigung des Fahrpedals und des Kupplungspedals durch
den Fahrer.
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Gegenüber
einer konventionellen Synchronisierung des Zielgangs, bei der die
Synchronvorrichtung der zugeordneten Gangkupplung die Drehzahldifferenz ΔnSyn' ausgleichen muss, ist die durch ein Reibmoment
der Synchronvorrichtung auszugleichende Drehzahldifferenz ΔnSyn durch die Betätigung der Getriebebremse 17, 17' deutlich
reduziert, wodurch der Verschleiß an den betreffenden Synchronringen
und die von dem Fahrer an dem Handschalthebel aufzubringende Schaltkraft
entsprechend verringert sind.
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- 1
- Handschaltgetriebe,
Schaltgetriebe
- 1'
- Handschaltgetriebe,
Schaltgetriebe
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Vorgelegewelle
- 4
- Ausgangswelle
- 5
- Trennkupplung
- 6
- Triebwelle
- 7
- Antriebsmotor
- 8
- Eingangskonstante
- 9
- Erster
Gangzahnradsatz (G1)
- 10
- Zweiter
Gangzahnradsatz (G2)
- 11
- Dritter
Gangzahnradsatz (G3)
- 12
- Vierter
Gangzahnradsatz (R)
- 13
- Schaltpaket
von G1 und G2
- 14
- Schaltpaket
von G3 und G4
- 15
- Schaltpaket
von R
- 16
- Bremssteller
- 17
- Getriebebremse
- 17'
- Getriebebremse
- 18
- Bremssteuergerät
- 19
- Drehzahlsensor
- 20
- Drehzahlsensor
- 21
- Positionssensor,
Wegsensor
- 22
- Positionssensor,
Wegsensor
- 23
- Positionssensor,
Wegsensor
- G1–G4
- Vorwärts-Gänge Übersetzung
- iG_Last
- Übersetzung
des Lastgangs
- iG_Last+1
- Übersetzung
des nächsthöheren Gangs
- iG_Ziel
- Übersetzung
von Zielgang
- n
- Drehzahl
- nGA
- Drehzahl
der Ausgangswelle
- nGE
- Drehzahl
der Eingangswelle
- nGE'
- Drehzahl
der Eingangswelle
- nGE_nA
- Drehzahl
der Eingangswelle nach Auslegen des Lastgangs
- fGE_vS
- Drehzahl
der Eingangswelle vor der Schaltung
- nM
- Motordrehzahl
- nM_Gr
- Obere
Motordrehzahlgrenze
- nSyn
- Synchrondrehzahl
des Zielgangs
- R
- Rückwärtsgang
- t
- Zeit
- t0–t8
- Zeitpunkte
- xK
- Ausrückweg
der Trennkupplung
- αFP
- Fahrpedalwinkel
- ΔnBr
- Drehzahldifferenz
- ΔnSw
- Schwellwert
von nGE
- ΔnSyn
- Drehzahldifferenz
- ΔnSyn'
- Drehzahldifferenz
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2246908
A1 [0013]
- - DE 102005002496 A1 [0014]