DE102011075689A1

DE102011075689A1 - Konzept zum Schalten eines Getriebes

Info

Publication number: DE102011075689A1
Application number: DE201110075689
Authority: DE
Inventors: Thomas John
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-15

Abstract

Beim Schalten eines Getriebes (2) von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang wird eine Getriebehauptwelle (12a) des Getriebes (2) vor einer Synchronisation mit dem Fahrgang zunächst abgebremst.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung befassen sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Schalten eines Getriebes.
Getriebe und insbesondere Schalt- oder Stufengetriebe werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, beispielsweise im Fahrzeugbau. Bei Schaltgetrieben wird bei einigen Konstruktionen mittels einer Kupplung der Kraftschluss zwischen einer Kurbelwelle des Motors und einer Getriebehauptwelle unterbrochen, um einen möglichst lastfreien Schaltvorgang zwischen den Stufen des Getriebes zu ermöglichen. Eine Weiterentwicklung dieser Schaltgetriebe sind Doppelkupplungsgetriebe, die aus zwei Teilgetrieben bestehen, die unabhängig voneinander mittels ihnen jeweils zugeordneten Kupplungen mit der Kurbelwelle verbunden werden können. Die den Teilgetrieben zugeordneten Vorgelegewellen wirken auf eine gemeinsame Abtriebswelle, sodass im Doppelkupplungsgetriebe ein Kraftschluss sowohl über das erste als auch über das zweite Teilgetriebe hergestellt werden kann. Bei geeigneter Ansteuerung der beiden Kupplungen ermöglichen Doppelkupplungsgetriebe so ein annähernd unterbrechungsfreies Schalten, also ein Schalten ohne signifikante Unterbrechung des Kraftschlusses zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang. Dies wird erreicht, indem die erste Kupplung auskuppelt, während die zweite Kupplung zeitgleich einkuppelt.
Die oben beschriebenen Kupplungen können sowohl manuell als auch mittels Aktoren betätigt werden, also beispielsweise mittels einer Hydraulik oder eines elektromotorischen Antriebs. Selbiges gilt für die Gangwahl, also für das Einlegen bzw. das Auslegen eines Ganges auf einer bzw. auf beiden Vorgelegewellen. Insbesondere bei Doppelkupplungsgetrieben wird sowohl das Kuppeln als auch das Ein- und Auslegen der Gänge häufig mittels Aktoren, die von einem Steuergerät angesteuert werden, durchgeführt, was einen schnellen und unterbrechungsfreien Schaltvorgang sicherstellen kann.
Ein Wechsel von Gängen kann bei Getrieben zu sogenannten Schaltschlägen führen. Insbesondere bei einem Gangwechsel, der eine Änderung der Rotationsrichtung der Getriebeabtriebswelle bewirkt, also beispielsweise beim Wechsel von einen Rückwärtsgang zu einem Vorwärtsgang eines Kraftfahrzeugs, kann es zu Impulsüberträgen auf die Getriebeabtriebswelle in Form eines kurzen Kraftstoßes kommen, was zu einer erhöhten Belastung weiterer Komponenten des Antriebsstranges führen kann. Auch führt dies häufig zu einem wahrnehmbaren Ruck des gesamten Fahrzeugs, was als eine Verminderung des Schaltkomforts empfunden werden kann.
Es besteht also in einigen Anwendungsszenarien die Notwendigkeit, einen Schaltvorgang eines Getriebes zu verbessern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird beim Schalten eines Getriebes von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang vor einem Synchronisieren mit dem Fahrgang zunächst eine Getriebehauptwelle, die mittels einer Kupplung mit einem Motor oder dergleichen verbindbar ist, abgebremst, bevor die Synchronisation mit dem Fahrgang durchgeführt wird. Dies kann einen Schaltschlag beim Schalten aus dem Leerlauf in den Fahrgang verhindern, sodass eine Belastung weiterer Komponenten des Antriebsstranges sowie ein den Schaltkomfort verschlechternder Ruck verhindert werden kann.
Insbesondere in Anwendungen, in denen die Getriebehauptwelle im Leerlauf, beispielsweise durch auf diese Welle über eine Kupplung wirkende Schleppmomente, in Rotation versetzt wird, kann das Abbremsen der Getriebehauptwelle vor der Synchronisation mit einem gewählten Fahrgang einen Schaltruck verhindern oder verringern. Dieser kann bei rotierender Getriebehauptwelle daher rühren, dass während des Einlegens eines Ganges und vor dem Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen einer Vorgelegewelle und einem dem gewählten Gang zugeordneten Zahnrad, zunächst ein Kraftschluss zwischen dem frei laufenden Zahnrad und der Vorgelegewelle hergestellt wird, um die Drehzahl der Welle mit der Drehzahl des Zahnrades zu synchronisieren. Bei einer im Leerlauf rotierenden Getriebehauptwelle wird daher bereits beim Synchronisieren ein Drehmoment auf die Vorgelegewelle übertragen, welches über die Vorgelegewelle auf die Getriebeabtriebswelle wirkt. Mit einem Zahnrad auf der Getriebeabtriebswelle steht häufig ein mit der Vorgelegewelle fest verbundenes Zahnrad im permanenten Eingriff, um einen permanenten Kraftschluss zwischen Vorgelegewelle und Abtriebswelle zu ermöglichen.
Allein die Synchronisation mit einem Gang kann also bereits zum Übertragen eines Kraftstoßes auf die übrigen Komponenten des Antriebsstranges führen, was durch ein Abbremsen der Getriebehauptwelle vor der Synchronisation vermieden werden kann. Insbesondere, wenn das Getriebe von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Gang geschalten wird und das Getriebe vor dem Schalten in den Leerlauf in einen Gang geschalten war, der einer der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung zugeordnet ist, kann der Schaltschlag einen großen Kraftstoß bewirken. Dies rührt daher, dass die die Kraftübertragung an der Getriebeausgangsseite vermittelnden Zahnräder während des Leerlaufs mit unterschiedlichen Zahnflanken aneinander anliegen, als dies nach dem Schalten des Getriebes in den der Fahrtrichtung zugeordneten Gang der Fall ist. Aufgrund des vorhandenen Spiels zwischen den Zahnrädern kommt es also während des Synchronisierens des Ganges zu einem Anlagewechsel der Zahnflanken im Getriebe. Dies kann eine Erhöhung des Impulsübertrages bewirken, was wiederum zu einem deutlichen Schaltruck führen kann, wenn die Getriebeabtriebswelle, also die Welle an der Getriebeausgangsseite, fest steht. Dies ist beispielsweise bei Kraftfahrzeugen allein deshalb der Fall, weil die Räder im Leerlauf üblicherweise stillstehen, was daher auch für die Getriebeabtriebswelle gilt.
Durch Abbremsen der Getriebehauptwelle vor dem Synchronisieren mit dem der Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang kann der Schaltschlag und die daraus resultierende Belastung des Antriebsstranges verhindert werden. Allgemein gesprochen ist unter einer Fahrtrichtung also auch eine Rotationsrichtung der Getriebeabtriebswelle zu verstehen, wobei auch bei einem Schaltvorgang, der einen Wechsel dieser Rotationsrichtung bewirkt, ein Schaltruck deutlich verringert oder sogar ganz vermieden werden kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird das Abbremsen durch eine zusätzlich auf der Getriebehauptwelle angebrachten Bremsvorrichtung bewirkt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird zum Abbremsen eine zumindest teilweise Synchronisation mit einem Gang vorgenommen, der einer der gewählten Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung zugeordnet ist. Dies kann ein Abbremsen der Getriebehauptwelle bewirken, ohne dass ein Anlagewechsel von Zahnrädern erfolgt, so dass das Abbremsen der Getriebehauptwelle ohne oder mit einem stark verminderten Schaltruck möglich ist. Dabei kann auf zusätzliche Komponenten in einem schon existierenden Getriebe verzichtet werden, um das Abbremsen zu bewirken, sodass eine Verbesserung des Schaltvorganges ohne zusätzliche Kosten erzielt werden kann. Beispielsweise kann dies durch eine geeignete Programmierung eines Steuergerätes erfolgen, welches den Gangwechsel des Getriebes steuert. Dies ermöglicht insbesondere auch die Verbesserung der Schaltbarkeit bereits eingebauter Getriebe, beispielsweise durch ein Update einer Betriebssoftware eines Steuergeräts, also ohne zusätzliche Kosten durch bauliche Veränderungen des Getriebes selbst.
Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen kann das Abbremsen durch ein zumindest teilweises Synchronisieren mit dem höchsten zur Verfügung stehenden Gang erfolgen, das heißt also, mit dem Gang, der die höchste Übersetzung der Drehzahl bietet. Dies kann dazu führen, dass ein Abbremsen der Welle, auch wenn es mit einem Anlagewechsel im Getriebe einhergeht, ohne merklichen Schaltruck geschieht. Dies kann der Fall sein, wenn durch die hohe Übersetzung und die dadurch verursachte hohe Rotationsgeschwindigkeit der Vorgelegewelle der Anlagewechsel zu einem so frühen Zeitpunkt während der Synchronisation mit dem höchstmöglichen Gang geschieht, dass ein Kraftschluss zwischen dem Getriebezahnrad und der Vorgelegewelle noch nicht vollständig erfolgt ist. Durch den dann noch möglichen Schlupf zwischen den Synchronringen kann ein Schaltschlag durch kontinuierliche Absorption des Momentes in den Synchronringen verhindert werden.
Auch diese Schaltverbesserung kann durch eine Programmierung eines Steuergerätes bzw. einer Ansteuereinrichtung erzielt werden, wobei diese Implementierung besonders einfach ist, da das Steuergerät nicht speichern muss, in welcher Fahrtrichtung das Getriebe vor dem Schalten in den Leerlauf betrieben wurde. Vielmehr kann immer derselbe, voreingestellte Gang zum Abbremsen verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen daher auch ein Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente wie beispielsweise auf einem Steuergerät abläuft.
Bei einigen Ausführungsbeispielen von Fahrzeuggetrieben, bei denen eine Schaltverbesserung eines Doppelkupplungsgetriebes durchgeführt wird, ist als höchstmöglicher Gang im Sinne der obigen Absätze derjenige Gang zu verstehen, der die höchstmögliche Übersetzung bietet und gleichzeitig auf derselben Vorgelegewelle angeordnet ist, wie der ausgewählte Fahrgang. Bei weiteren Ausführungsbeispielen, bei denen der Rückwärtsgang und der erste Vorwärtsgang, d. h. der Vorwärtsgang mit der geringsten Übersetzung, auf einer gemeinsamen Vorgelegewelle angeordnet sind, ist als höchstmöglicher Gang im Sinne der obigen Absätze derjenige Gang zu verstehen, der die höchstmögliche Übersetzung bietet und gleichzeitig auf derselben Vorgelegewelle angeordnet ist. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann mit einem beliebigen höheren Gang derselben Vorgelegewelle zumindest teilweise zwischensynchronisiert werden, bevor der Fahrgang eingelegt wird.
Allgemein ermöglichen es die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang zu schalten, ohne dass ein spürbarer Schaltruck auftritt, indem vor dem Synchronisieren mit dem Fahrgang ein Abbremsen der Getriebehauptwelle erfolgt. Der Schaltvorgang selbst kann beispielsweise von einem Bediener des Getriebes mittels eines Schaltstockes, eines Schaltpaddels oder dergleichen vorgewählt werden, was ein diesbezügliches Schaltkommando erzeugt, welches signalisiert, dass in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang geschalten werden soll. Das Schaltkommando kann selbstverständlich auch auf jedwede andere Art erzeugt werden, beispielsweise automatisch oder auf elektronischem Weg in einem Steuergerät, z. B. wenn ein Doppelkupplungsgetriebe im Automatikmodus betrieben wird.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann somit eine Schaltverbesserung allein mittels eines diesbezüglich angepassten Steuergerätes implementiert werden, welches einen Schaltsignalerzeuger umfasst, der ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Schaltkommando ein Schaltsignal für das Getriebe zu erzeugen, das eine Synchronisation mit dem Fahrgang bewirkt, wobei der Schaltsignalerzeuger ferner vor dem Erzeugen des Schaltsignals ein Korrektursignal für das Getriebe erzeugt, welches ein Abbremsen einer Getriebehauptwelle des Getriebes bewirkt.
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel eines Steuergerätes;
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Schalten eines Getriebes;
3 eine Darstellung einer Schaltcharakteristik eines Doppelkupplungsgetriebes;
4 eine Darstellung einer Schaltcharakteristik eines Vergleichsbeispiels; und
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Steuergerätes.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Doppelkupplungsgetriebes 2 für ein Kraftfahrzeug, wobei zur Vereinfachung der Darstellung eine Kupplungsbaugruppe 4 sowie eine Übersetzungsbaugruppe 6 räumlich voneinander getrennt dargestellt sind. In der Kupplungsbaugruppe 4 kann mittels zweier unabhängig voneinander zu betätigender Kupplungen 8a und 8b ein Kraftschluss zwischen einer Antriebswelle 10, beispielsweise einer Kurbelwelle eines Motors, und zwei Getriebehauptwellen 12a und 12b hergestellt werden. Diese bilden, zusammen mit ihnen jeweils zugeordneten Vorgelegewellen 14a und 14b, unabhängig voneinander schaltbare Teilgetriebe.
Feststehende Zahnräder 16a bis 16c der ersten Getriebehauptwelle 12a, das heißt also Zahnräder, die mit der Getriebehauptwelle 12a dauerhaft drehfest verbunden sind, stehen im permanenten Eingriff mit ihnen jeweils zugeordneten Losrädern 18a bis 18c der ersten Vorgelegewelle 14a. Die Losräder 18a bis 18c sind auf der ersten Vorgelegewelle 14a drehbar gelagert, können aber durch Schaltmuffen oder ähnliche Vorrichtungen drehfest mit der ersten Vorgelegewelle 14a verbunden werden. Während dieses Verbindens, also während des Schaltens, wird mittels ein- oder mehrteiliger Synchronringe zwischen den Schaltmuffen und den Losrädern 18a bis 18c eine Drehzahl des zu schaltenden Zahnrades mit der Drehzahl der Vorgelegewelle synchronisiert. Die erste Vorgelegewelle 14a weist ferner ein feststehendes Zahnrad 20 auf, das mit einem feststehenden Zahnrad 22 einer Getriebeabtriebswelle 24 im permanenten Eingriff steht. Sobald eines der Losräder 18a bis 18c drehfest mit der ersten Vorgelegewelle 14a verbunden wird, wird der Kraftschluss von der ersten Getriebehauptwelle 12a über das betreffende Zahnradpaar, beispielsweise das Paar von Zahnrädern 18b und 16b über die feststehenden Zahnräder 20 und 22 bis zu der Getriebeabtriebswelle 24 hergestellt. Somit liegt nach dem Einkuppeln der Kupplung 8a eine Drehzahl der Antriebswelle 10, verändert um das Übersetzungsverhältnis des geschalteten Ganges, an der Getriebeabtriebswelle 24 an.
Auf dieselbe Art und Weise ist ein Kraftschluss zwischen den feststehenden Zahnrädern 26a bis 26c der zweiten Getriebehauptwelle 12b und den jeweils zugeordneten Losrädern 28a bis 28c der zweiten Vorgelegewelle 14b herstellbar.
Wie aus 1 ersichtlich, können beim Doppelkupplungsgetriebe Prinzip bedingt zwei Gänge gleichzeitig eingelegt sein, was dazu benutzt werden kann, elektronisch einen nächsten benötigten Gang vorzuwählen und einzulegen, so dass zwischen dem aktuellen Gang und dem nächsten Gang durch simultanes Betätigen der Kupplungen 8a und 8b nahezu unterbrechungsfrei gewechselt werden kann. Dabei werden zum Ein- und Auslegen der Gänge und zum Betätigen der Kupplungen 8a und 8b üblicherweise Aktoren, beispielsweise hydraulischer oder elektromechanischer Art verwendet, welche von einem Steuergerät 30 angesteuert werden. D. h., das Getriebe bzw. die in dem oder an dem Getriebe befindlichen Aktoren sind derart mit dem Steuergerät 30 gekoppelt, dass von dem Steuergerät 30 ein Schaltsignal für das Getriebe erzeugt werden kann, das eine Synchronisation bzw. ein Einlegen eines gewählten Fahrgangs bewirkt. Ferner kann von einem Kuppelsignal ein Ein- oder Auskuppeln der Kupplungen 8a und 8b bewirkt werden. Die Kopplung kann dabei sowohl durch optische Fasern, Datenbusse, herkömmliche Kabel oder auch drahtlos, wie beispielsweise durch Bluetooth, WLAN, UWB (Abkürzung für „ultra-wide-band” Funkverbindungen) oder dergleichen erfolgen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Steuergerät 30 aus einer Kombination aus elektronischen Bauteilen und einer Hydraulik bestehen, wobei mittels Hydraulikleitungen die Kopplung hergestellt wird, so dass hydraulische Aktoren von dem Steuergerät 30 direkt angesteuert und betrieben werden können.
Für die nachfolgenden Betrachtungen wird angenommen, dass sich die ungeraden Gänge 1, 3 und 5 auf der ersten Vorgelegewelle 14a und die geraden Gänge 2,4 und 6 auf der zweiten Vorgelegewelle 14b befinden. Ferner soll sich der Rückwärtsgang auf der ersten Vorgelegewelle 14a befinden. Dabei versteht es sich von selbst, dass die vorliegende Konfiguration lediglich als beispielhaft zu verstehen ist und dass das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Schalten eines Getriebes auch bei beliebigen anderen Getriebekonstellationen verwendet werden kann. Zur Verdeutlichung ist anhand der schematischen Ausschnittsvergrößerungen 32a und 32b in 1 die Position des Zahnrads 20 relativ zu dem Zahnrad 22 der Getriebeabtriebswelle 24 für die zwei unterschiedlichen Fahrtrichtungen bzw. Rotationsrichtungen der Getriebeabtriebswelle 24 dargestellt, wenn also beispielsweise ein das Getriebe beinhaltendes Fahrzeug sich vorwärts oder rückwärts bewegt.
Bei einem Fahrtrichtungswechsel ändert sich die Rotationsrichtung des Zahnrads 22 der Getriebeabtriebswelle 24, wie dies in 1 dargestellt ist. Es werde nun angenommen, die Konstellation für die Vorwärtsfahrt sei in der Darstellung 32a gezeigt. Dort liegen die Zahnflanken der Zahnräder 20 und 22 in Richtung der Rotation derart aneinander an, dass sich aufgrund des Spiels ein Spalt 34 zwischen den Zahnrädern 20 und 22 an der gezeigten Position ergibt. Im Rückwärtsbetrieb liegen die jeweils gegenüberliegenden Zahnflanken aneinander an, sodass sich der Spalt 34 auf der anderen Seite ergibt, wie die Darstellung 32b illustriert. D. h., beim Umschalten von einem der Vorwärtsrichtung zugeordneten Fahrgang in einen der Rückwärtsrichtung zugeordneten Fahrgang findet ein Anlagewechsel der Zahnflanken der Zahnräder 20 und 22 statt. Sofern sich im weiteren Antriebsstrang Differenziale oder weitere Getriebe befinden, findet auch dort jeweils ein Anlagewechsel statt. Rotiert die erste Vorgelegewelle 14a bereits im Leerlauf, was beispielsweise bei nasslaufenden Kupplungen 8a und 8b aufgrund eines durch die Viskosität des Öls vermittelten Schleppmomentes der Fall sein kann, kann es beispielsweise beim Schalten von einem Rückwärtsgang über Neutral in einen Vorwärtsgang und umgekehrt aus den oben dargelegten Gründen zu einem Schaltruck kommen.
Ausführungsbeispiele von Steuergeräten 30 können das Auftreten eines solchen Schaltruckes und die damit einhergehende Belastung der Antriebsstrangkomponenten beispielsweise dadurch verringern oder unterbinden, dass beim Schalten des Getriebes 2 von dem Leerlauf in einen ausgewählten Fahrgang (dem Zielgang), beispielsweise in den ersten Vorwärtsgang oder in den Rückwärtsgang, die Getriebehauptwelle 12 abgebremst wird, indem vor einem Synchronisieren mit dem Zielgang zumindest teilweise mit einem Gang synchronisiert wird, dessen Fahrtrichtung entgegengesetzt zu der Fahrtrichtung des Zielganges ist. Das heißt, Ausführungsbeispiele von Steuergeräten 30 implementieren das in 2 schematisch dargestellte Verfahren zum Schalten eines Getriebes von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang, bei dem zunächst in einem Abbremsschritt 40 die Hauptwelle des Getriebes abgebremst wird, wobei erst nach dem Abbremsen in einem Synchronisationsschritt 42 mit dem Fahrgang bzw. mit dem Zielgang selbst synchronisiert wird. Weitere Ausführungsbeispiele von Steuergeräten und Verfahren implementieren zusätzlich den in 2 dargestellten, optionalen Empfangsschritt 38, in dem ein Schaltkommando empfangen wird, das den zu schaltenden Fahrgang anzeigt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen eines Getriebes wird das Abbremsen durch ein zumindest teilweises Synchronisieren mit einem höchstmöglichen Gang erreicht. Dabei wird als höchstmöglicher Fahrgang für ein Doppelkupplungsgetriebe der in 1 dargestellten Art derjenige Gang verstanden, der auf derselben Vorgelegewelle wie der Zielgang, also beispielsweise der erste Vorwärtsgang und/oder der Rückwärtsgang angeordnet ist und die höchstmögliche Übersetzung, also das geringste Übersetzungsverhältnis aller auf der Vorgelegewelle angeordneten Gänge bzw. Zahnradpaarungen aufweist.
Das in 1 dargestellte Steuergerät 30 zum Steuern eines Schaltvorgangs eines Getriebes von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang weist insbesondere also einen Schaltsignalerzeuger auf, der ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Schaltkommando ein Schaltsignal für das Getriebe zu erzeugen, das eine Synchronisation mit dem Fahrgang bewirkt, wobei der Schaltsignalerzeuger ferner ausgebildet ist, um vor dem Erzeugen des Schaltsignals ein Korrektursignal für das Getriebe zu erzeugen, welches ein Abbremsen einer Getriebehauptwelle des Getriebes bewirkt.
Wie oben dargelegt, kann das Korrektursignal ein weiteres Schaltsignal umfassen, das eine Synchronisation mit einem Gang bewirkt, der einer zu der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung zugeordnet ist. Ferner kann das Korrektursignal ein weiteres Schaltsignal umfassen, das eine zumindest teilweise Synchronisation mit einem höchstmöglichen Gang bewirkt. Mit anderen Worten kann das Steuergerät ansprechend auf ein einziges Schaltkommando, das einen ausgewählten Fahrgang anzeigt, zunächst ein erstes Schaltsignal erzeugen, das eine zumindest teilweise Synchronisation mit einem höchstmöglichen Gang oder mit einem Gang, der einer zu der Fahrtrichtung des Fahrganges entgegengesetzten Richtung zugeordneten ist, bewirkt, um darauffolgend ein zweites Schaltsignal zu erzeugen, das eine Synchronisation mit dem Fahrgang bewirkt. Alternativ kann das Korrektursignal eine Betätigung einer zusätzlichen, mit der Getriebehauptwelle gekoppelten Bremsvorrichtung bewirken. Nach der Synchronisation mit dem Fahrgang können auf herkömmliche Art weitere Betätigungssignale erzeugt werden, die beispielsweise ein Einkuppeln der Kupplung 8a bewirken, um den Kraftschluss mit dem Motor herzustellen.
Das Schaltkommando, das die Erzeugung dieser Signale des Schaltsignalerzeugers im Steuergerät auslöst, kann dabei beispielsweise von dem Steuergerät selbst erzeugt werden, wenn dieses in einem Automatikmodus betrieben wird. Alternativ kann das Schaltkommando durch externe Signale ausgelöst werden. Solche externen Signale können beispielsweise durch Betätigen einer Schaltwippe an einem Lenkrad, durch Betätigen eines Schaltknüppels oder eines Gangwählers erzeugt werden. Selbstverständlich muss der Schaltsignalerzeuger nicht unmittelbar in einem mit dem Getriebe fest verbundenen Steuergerät angeordnet sein. Vielmehr ist es beispielsweise auch möglich, dass ein zentrales Fahrzeugsteuergerät einem bereits im Fahrzeug verbauten Steuergerät für die Getriebeansteuerung die erforderliche Sequenz von (Schalt.-)Signalen liefert und somit als Schaltsignalerzeuger im oben beschriebenen Sinn fungiert.
3 zeigt einen Schaltverlauf sowie die sich aus dem Schaltverlauf ergebenden Längskräfte im Antriebsstrang eines Fahrzeugs, welche ein Maß für den auftretenden Schaltruck sind, bei Verwendung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Schalten des Getriebes. 4 zeigt dieselben Größen für ein Vergleichsbeispiel, bei dem auf herkömmliche Art und Weise aus dem Leerlauf direkt mit dem Fahrgang synchronisiert wird. Insbesondere betreffen die 3 und 4 die Schaltsequenz von dem Leerlauf in den ersten Vorwärtsgang (D), wobei vor dem Schalten in den Leerlauf (N) der Rückwärtsgang (R) eingelegt war. Die dargestellte Sequenz ergibt sich also aus dem Wechsel R-N-D.
Die 3 und 4 zeigen jeweils 3 Diagramme, auf deren x-Achsen die Zeit in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist. Die jeweils obere Darstellung zeigt in einem ersten Graph 50 den zeitlichen Verlauf der näherungsweise konstanten Leerlaufdrehzahl des Motors und in einem zweiten Graph 52 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Hauptantriebswelle des Getriebes. Die jeweils mittlere Darstellung zeigt in einem ersten Schaltweggraphen 54 den Schaltweg des ersten Vorwärtsganges und in einem zweiten Schaltweggraphen 56 den Schaltweg des Rückwärtsgangs. Die jeweils untere Darstellung der beiden Figuren zeigt einen Graphen einer am Fahrzeug gemessene Längsbeschleunigung, die ein Maß für den beim Schalten auftretenden Schaltruck ist.
Wie in den jeweiligen mittleren Grafen der 3 und 4 dargestellt, wird jeweils innerhalb eines Schaltbereichs 60 in den Fahrgang, also in den Vorwärtsgang, geschalten, das heißt innerhalb des Schaltbereichs 60 wird der gesamte Schaltweg des ersten Vorwärtsganges von der ausgelegten bis zu der vollständig eingelegten Position zurückgelegt. Als Schaltweg kann dabei beispielsweise die Wegstrecke einer dem Gang zugeordneten Schaltmuffe verstanden werden, die diese beim Einlegen des Ganges auf der Vorgelegewelle zurücklegt. Während des Zurücklegens dieses Schaltweges findet auch die Synchronisation statt, das heißt, die Drehzahl des Losrades des betreffenden Ganges wird mittels Synchronringen mit der Drehzahl der dieses Zahnrad tragenden Welle synchronisiert. Wird ein Gang nicht vollständig eingelegt, der Schaltweg also nicht vollständig zurückgelegt, kann eine Synchronisation beispielsweise nur teilweise erfolgen, das heißt ein Drehzahlunterschied zwischen Zahnrad und Welle kann durch schleifende Synchronringe möglich sein.
Wie aus 4 ersichtlich führt ein Direktes Synchronisieren mit dem Fahrgang zu einem zeitgleich auftretenden Schaltschlag in den Bereichen 64 und 66, da ein Abbremsen der Getriebehauptwelle durch die direkte Synchronisation mit dem Fahrgang zu einem Anlagewechsel der Zahnflanken im Getriebe führt.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zunächst in einem zeitlich vor dem Schaltbereich 60 liegenden Abbremsbereich 62 zumindest teilweise mit dem Rückwärtsgang synchronisiert, sodass die Getriebehauptwelle innerhalb des Abbremsbereichs 62 und nicht innerhalb des Schaltbereichs 60 bis zum annähernden Stillstand abgebremst wird. Ohne einen Anlagewechsel erfolgt dieses Abbremsen ohne Auftreten einer signifikanten Längsbeschleunigung des Fahrzeugs bzw. im Antriebsstrang und auch das darauffolgende Synchronisieren mit dem Fahrgang kann bei stillstehender Getriebehauptwelle ohne Schaltschlag erfolgen.
Wie aus 4 ersichtlich, tritt bei dem Vergleichsbeispiel mit direkter Synchronisation des Vorwärtsgangs eine erhebliche Längsbeschleunigung in den Bereichen 64 und 66 auf, obwohl dort bereits versucht wird, den Schaltruck durch ein zweistufiges Synchronisieren bzw. Einlegen des Ganges zu verringern. Diese erheblichen Längsbeschleunigungen können, wie die in 3 dargestellten Messwerte zeigen, durch die Verwendung von Ausführungsbeispielen der Erfindung reduziert bzw. minimiert werden.
5 zeigt schematisch erneut ein Ausführungsbeispiel eines Steuergerätes 30 bzw. eines auf einem Prozessor ablaufenden Verfahrens, wie es beispielsweise für das in 1 dargestellten Getriebe verwendet werden kann.
Das Steuergerät 30 dient zum Steuern des Schaltvorgangs eines Getriebes 2 von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang. Das Steuergerät 30 weist einen Schaltsignalerzeuger 68 auf, der ein Schaltkommando 70, das den gewünschten bzw. den vorgewählten Fahrgang anzeigt, empfängt. Ansprechend auf das Schaltkommando 70 erzeugt der Schaltsignalerzeuger 68 zunächst vor dem Erzeugen eines Schaltsignals 74 ein Korrektursignal 72 für das Getriebe, welches ein Abbremsen einer Getriebehauptwelle des Getriebes bewirkt.
Nach dem Korrektursignal 72 erzeugt der Schaltsignalerzeuger 68 das Schaltsignal 74 für das Getriebe, das eine Synchronisation mit dem Fahrgang bewirkt.
Obwohl im vorhergehenden insbesondere anhand eines Doppelkupplungsgetriebes mit spezieller Anordnung der Getriebezahnräder bzw. der Vorgelegewellen illustriert, versteht es sich von selbst, dass weitere Ausführungsbeispiele von Schaltverfahren bzw. Steuergeräten auch bei anderen Getriebekonstruktionen angewendet werden können. Diese müssen insbesondere auch nicht Doppelkupplungsgetriebe sein. Beispielsweise können auch automatisch betätigte Schaltgetriebe mit nur einer Kupplung durch das oben beschriebene Schaltkonzept profitieren.
Ferner sind weitere Ausführungsbeispiele selbstverständlich nicht auf Getriebe von Kraftfahrzeugen beschränkt. Vielmehr können sämtliche Schalt- bzw. Stufengetriebe auch in anderen Anwendungen durch die Implementierung des Schaltkonzeptes profitieren.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch ein Steuergerät, einen Prozessor, ein Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System an Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbare Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch eine Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

2: Doppelkupplungsgetriebe
4: Kupplungsbaugruppe
6: Übersetzungsbaugruppe
8a, 8b: Kupplungen
10: Antriebswelle
12a, b: Getriebehauptwellen
14a, b: Vorgelegewellen
16a–c: Festräder
18a–c: Losräder
20: Zahnrad
22: Zahnrad
24: Getriebeabtriebswelle
26a–c: Festräder
28a–c: Losräder
30: Steuergerät
32a, b: Ausschnittsvergrößerungen
34: Spalt
38: Empfangsschritt
40: Abremsschritt
42: Synchronisationsschritt
50: Graph einer Motordrehzahl
52: Graph der Drehzahl einer Hauptantriebswelle eines Getriebes
54: Graph des Schaltwegs eines ersten Vorwärtsganges
56: Graph des Schaltwegs eines Rückwärtsganges
60: Schaltbereichs
62: Abbremsbereich
64: Bereich
66: Bereich
68: Schaltsignalerzeuger
70: Schaltkommando
72: Korrektursignal
74: Schaltsignal

Claims

Verfahren zum Schalten eines Getriebes (2) von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang, umfassend: Abbremsen einer Getriebehauptwelle (12a) des Getriebes (2) vor einer Synchronisation mit dem Fahrgang.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Abbremsen ein zumindest teilweises Synchronisieren mit einem Gang umfasst, der einer der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung zugeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Abbremsen ein zumindest teilweises Synchronisieren mit einem höchstmöglichen Gang des Getriebes umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Abbremsen ein zumindest teilweises Synchronisieren mit einem weiteren Gang umfasst, der einer identischen Vorgelegewelle wie der Fahrgang zugeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Abbremsen ein Betätigen einer mit der Getriebehauptwelle gekoppelten Bremsvorrichtung umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Getriebe ein Doppelkupplungsgetriebe (2) ist.
Steuergerät (30) zum Steuern eines Schaltvorgangs eines Getriebes (2) von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang, mit folgenden Merkmalen: einem Schaltsignalerzeuger (68), der ausgebildet ist, um ansprechend auf ein zu dem Fahrgang korrespondierendes Schaltkommando (70) ein Korrektursignal (72) für das Getriebe (2) zu erzeugen, welches ein Abbremsen einer Getriebehauptwelle (12a) des Getriebes (2) bewirkt, wobei der Schaltsignalerzeuger (68) ferner ausgebildet ist, um nach dem Erzeugen des Korrektursignals (72) ein Schaltsignal (74) für das Getriebe (2) zu erzeugen, das eine Synchronisation mit dem Fahrgang bewirkt.
Steuergerät gemäß Anspruch 7, bei dem das Korrektursignal (72) ein weiteres Schaltsignal umfasst, das eine Synchronisation mit einem Gang bewirkt, der einer zu der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung zugeordnet ist.
Steuergerät gemäß Anspruch 7, bei dem das Korrektursignal (72) ein weiteres Schaltsignal umfasst, das eine Synchronisation mit einem höchstmöglichen Gang des Getriebes bewirkt.
Getriebe (2) mit einem Steuergerät (30) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9.
Getriebe gemäß Anspruch 10, wobei das Getriebe ein Doppelkupplungsgetriebe (2) ist.
Getriebe gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem das Getriebe (2) einen auf einer gemeinsamen Vorgelegewelle (14a) angeordneten Vorwärtsgang und Rückwärtsgang und/oder wenigstens eine nasslaufende Kupplung (8a, 8b) zum kraftschlüssigen Verbinden einer Getriebehauptwelle (12a, 12b) des Getriebes (2) mit einer Kurbelwelle (10) eines Motors aufweist.
Verfahren zum Steuern eines Schaltvorgangs eines Getriebes (2) von einem Leerlauf in einen einer Fahrtrichtung zugeordneten Fahrgang, mit folgenden Schritten: ansprechend auf ein zu dem Fahrgang korrespondierendes Schaltkommando (70), erzeugen eines Korrektursignals (72) für das Getriebe, welches ein Abbremsen einer Getriebehauptwelle (12a) des Getriebes (2) bewirkt; und nach dem Erzeugen des Korrektursignals, erzeugen eines Schaltsignals (74) für das Getriebe, welches eine Synchronisation mit dem Fahrgang bewirkt.
Verfahren zum Steuern eines Schaltvorgangs gemäß Anspruch 13, bei dem das Korrektursignal (72) ein weiteres Schaltsignal umfasst, das eine Synchronisation mit einem höchstmöglichen Gang des Getriebes bewirkt.
Verfahren zum Steuern eines Schaltvorgangs gemäß Anspruch 13, bei dem das Korrektursignal (72) ein weiteres Schaltsignal umfasst, das eine Synchronisation mit einem Gang bewirkt, der einer zu der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung zugeordnet ist.
Programm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der Verfahren gemäß Anspruch 13 bis 15, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.