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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geräuschoptimierten Einlegen von Gängen in einem automatisierten Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Automatisierte Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen genutzt. Sie sind üblicherweise als Stufenwechselgetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt, bei denen Losräder und Festräder auf wenigstens einer Getriebeeingangswelle sowie einer Getriebeausgangswelle angeordnet und zumindest paarweise im Zahneingriff miteinander sind. Zur Realisierung eines konkreten Getriebeganges wird ein Losrad mittels einer Schalt- oder Schiebemuffe mit einer gemeinsamen Getriebewelle drehfest verbunden, so dass eine Drehmomentübertragung vom Festrad auf das Losrad erfolgt. Die Schiebemuffe ist dabei drehfest sowie verschiebbar auf der gemeinsamen Getriebewelle angeordnet und wird abweichend von einem manuell schaltbaren Getriebe mittels eines Aktuators bzw. einer Stelleinrichtung betätigt, welcher seinerseits von einem Getriebesteuerungsgerät angesteuert wird. Ein solcher Aktuator kann bekanntermaßen hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbar ausgebildet sein. Bei der fluidbetriebenen Betätigung erfolgt die Bewegung der Schiebemuffen meist über einen Schaltzylinder mit Kolben. Da der Schaltvorgang selbst so schnell wie möglich ablaufen soll, wird vorwiegend mit großen Drücken gearbeitet. Bei der Betätigung der Schaltelemente entstehen deshalb vor allem beim Auftreffen des Kolbens am Anschlag und beim Aufeinanderprallen von Verzahnungen Auftreffgeräusche. Zusätzlich wird die Haltbarkeit der Bauteile durch den harten Aufprall negativ beeinflusst.
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Mit diesem Thema befasst sich ebenfalls die Schrift
DE 10 2005 011 273 A1 der Anmelderin. Hier wird versucht bei einem Aufeinanderprallen zweier Getriebeteile mit der geringsten möglichen Auftreffkraft zu arbeiten, so dass damit das geringstmögliche Auftreffgeräusch entsteht. Dazu wird die Schaltkolbengeschwindigkeit so variiert, dass der Schaltkolben während des Schaltweges bis zu einem Synchronisationsbeginn des Getriebes möglichst mit voller Druckkraft und hoher Geschwindigkeit bewegt wird und nach dem Ende der Synchronisierungsphase mit geringer Geschwindigkeit in seine Endstellung gebracht wird. Dies erfolgt über einzeln ansteuerbare pulsfähige Ventile, die gegeneinander oder miteinander ansteuerbar sind. Beim Synchronisierungsablauf geschieht folgendes:
- – Das Zuflussventil wird geöffnet und Druckmittel gelangt in den Arbeitsraum. Der Kolben startet seine Bewegung in Arbeitsrichtung. Das Abflussventil ist dabei geschlossen.
- – Bei Eintreten einer Synchronisierungsphase im Getriebe verharrt der Schaltkolben kurz vor seinem Anschlag an der Anschlagfläche in einer Sperrstellung, wobei die Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens durch weitere Zuführung von Druckmittel erheblich zunimmt.
- – Der in Bewegungsrichtung des Schaltkolbens liegende Teil des Arbeitsraumes wird während des gesamten Schaltvorgangs entspannt.
- – Mit Ende des Synchronisierungsvorgangs wird der Schaltkolben entsperrt, womit sich dieser mit großer Geschwindigkeit auf seinen Anschlag zu bewegt. Dabei wird die jeweilige Stellung des Kolbens von einer Wegmesseinrichtung erfasst und die Informationen werden so verarbeitet, dass die Entlüftung des zwischen Kolben und dem Anschlag liegenden Teils des Arbeitsraumes gestoppt wird und ein Luftpolster den Aufschlag abbremst.
- – Die Druckzuführung zur Bewegung des Kolbens in Bewegungsrichtung wird nach der Synchronisierung gestoppt, was ebenfalls positiv auf die Auftreffkraft des Kolbens am Anschlag wirkt.
- – Unmittelbar vor dem Anschlag wird das Druckpolster, das sich im Anschlagarbeitsraum gebildet hat, entlüftet, um so ein Fahren des Kolbens bis in die Endstellung möglich zu machen. Dies wird ebenfalls über Wegmesssensoren gesteuert.
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Da das Geräuschniveau in modernen Fahrzeugen stetig weiter sinkt, können Geräusche, die im Getriebe bei Schaltvorgängen entstehen, immer mehr in den Vordergrund rücken. Insbesondere in geräuscharmen Betriebsphasen, zum Beispiel bei Stillstand, sehr langsamer Fahrt oder bei Hybridfahrzeugen, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet oder im Leerlauf ist, fallen fluidbetätigte Aktoren negativ auf, da die bewegten Massen mittels des zur Verfügung stehenden Drucks auf hohe Geschwindigkeiten gebracht werden und mit dieser dann auf Endanschläge oder auf Verzahnungen aufschlagen.
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Aufgabe dieser Erfindung ist deshalb ein einfaches Verfahren zum geräuschoptimierten Einlegen von Gängen in einem automatisierten Schaltgetriebe zu entwickeln, das möglichst ohne zusätzlich zu verbauende Komponenten umgesetzt werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem durch eine Druckabsenkung des Ansteuerungsdrucks der Aktoren der Systemdruck für einen bestimmten bevorstehenden Schaltvorgang oder eine bestimmte Betriebsphase auf ein niedrigeres Druckniveau abgesenkt wird, so dass der Druck gerade noch ausreichend hoch ist, um die sichere Durchführung des Schaltvorganges zu gewährleisten. Durch diese Druckabsenkung wird erreicht, dass die bewegten Massen keine so große kinetische Energie aufnehmen und die Kraft des Aufschlags des Kolbens auf einen Endanschlag bzw. von Verzahnungen aufeinander, reduziert wird. Dazu muss die Möglichkeit zur Steuerung des Drucks, der zur Ansteuerung der Aktoren dient, gegeben sein. Die Druckabsenkung wird allerdings während des Schaltvorganges selbst nicht variiert.
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Im Getriebe können unterschiedliche Getriebeteile bzw. Baugruppen unterschiedlich starke Geräusche erzeugt. So kann z. B. eine Schaltung einer Bereichsgruppe mit Planetensatz ein höheres Geräuschniveau erzeugen als die Schaltung eines Vorwärtsganges des Hauptgetriebes oder der eines Splitgruppengetriebes. Erfindungsgemäß kann gezielt eine Druckabsenkung bei der Aktivierung von besonders stark geräuschentwickelnden Bauteile bzw. Baugruppen erfolgen.
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Je nach Betriebsphase werden unterschiedliche Getriebebauteile verstellt. So kann speziell in Betriebsphasen, in denen besonders stark geräuschentwickelnde Bauteile oder Baugruppen geschalten werden, der Druck abgesenkt werden. In den übrigen Betriebsphasen wird der Druck wieder auf Normalniveau des Systemdrucks angehoben.
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Der Ansteuerungsdruck darf beim Vorgang der Druckabsenkung nicht beliebig abgesenkt werden. Es muss stets berücksichtigt werden, dass die Funktionalität der Schaltung erhalten bleibt. Bei unsynchronisierten Getriebeteilen muss der Ansteuerungsdruck ausreichen, um die Schaltelemente sicher verstellen zu können. Bei synchronisierten Getriebeteilen muss der Ansteuerungsdruck mindestens ausreichen, um die Synchronisierungsaufgabe sicher und in akzeptabler Zeit durchzuführen. Insbesondere bei Stillstandsschaltungen synchronisierter Getriebeteile ist jedoch eine große Druckabsenkung zulässig, da in diesen Situationen die Synchronisierung keine Energie aufnehmen muss, weil die zum Schalten des neuen Gangs nötigen Drehzahlverhältnisse bereits vorliegen. Das bedeutet, insbesondere bei oder nahe Fahrzeugstillstand, in Betriebsphasen, in denen die Schaltungen akustisch am stärksten auffallen, ist auch die zulässige Druckabsenkung am höchsten. Deshalb kann ebenfalls während bestimmter geräuscharmer Betriebsphasen, wie z. B. Stillstand, langsame Fahrt oder bei Hybridfahrzeugen bei deaktiviertem Verbrennungsmotor, in denen Schaltgeräusche besonders auffallen, der Ansteuerungsdruck der Schaltung zur Geräuschminimierung abgesenkt werden.
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Der Ansteuerungsdruck, auf den maximal abgesenkt werden kann, kann experimentell bestimmt und festgelegt werden. Es kann, z. B. durch Adaption von einem sehr niedrigen Druckniveau aus, der Ansteuerungsdruck der Schaltungen soweit angehoben werden, bis keine funktionalen Einschränkungen mehr auftreten. Ebenso wäre es möglich, eine Adaption von einem hohen Druckniveau ausgehend durchzuführen. Hierbei wird der Ansteuerungsdruck bei Schaltungen abgesenkt, bis funktionale Einschränkungen auftreten. Diese Grenzwerte dürfen nicht unterschritten werden und können als Basisdruckwerte für die Schaltung in der jeweils getesteten Betriebsphase eingestellt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass bezüglich der Geräuschentwicklung zulässige Druckniveau mittels Sensoren zu bestimmen. Moderne automatisierte Schaltgetriebe sind häufig mit Neigungs- und Beschleunigungssensoren ausgestattet. Sofern diese Sensoren Beschleunigungen der Aktorik messen können, ist davon auszugehen, dass das Anschlagen der Aktuatoren einen Ruck erzeugt und dieser mittels dieser Beschleunigungssensoren gemessen wird. Weiterhin ist davon auszugehen, dass die Stärke des entstandenen Geräusches sich proportional zum entstandenen Ruck verhält. Somit kann z. B. experimentell ermittelt werden, wie groß der zulässige Ruck und damit auch das entstehende Geräusch sein darf. Mittels des Beschleunigungssensors können im Betrieb die entsprechenden Schaltungen bewertet und der einzustellende Ansteuerungsdruck für die kommenden Schaltungen definiert werden.
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Anhand der folgenden Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben:
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1: Beispielhafter Getriebeaufbau
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2: Schematischer Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung
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Die schematische Darstellung in 1 zeigt einen beispielhaften Getriebeaufbau eines automatisierten Schaltgetriebes 6 mit einem Hauptgetriebe 8 mit den Gangstufen G1 bis G5 und der Rückwärtsgangstufe RG und einem Bereichsgruppengetriebe 10 mit einem Planetensatz 12. Das Hauptgetriebe 8 ist über eine Kupplung 14 mit dem Fahrzeugantrieb 16 verbunden. Von der Kupplung 14 geht die Getriebeeingangswelle 18 in das Hauptgetriebe 8 hinein. Von dort wird die Drehzahl je nach Gangwahl über eine Vorgelegewelle 20 mit den jeweiligen Zahnradpaaren und der damit verbundenen Übersetzung zurück auf die Hauptwelle bzw. Getriebeausgangswelle 22 übertragen. Die Synchronisierungselemente sind mit S1 bis S4 gekennzeichnet und dienen zur Drehzahlanpassung der Losräder im Hauptgetriebe 8 sowie in Getriebemodulen wie dem Bereichsgruppengetriebe 10. Die Steuerung der Synchronisierungen wird in diesen automatisierten Getrieben durch die pneumatische Ansteuerung von Schaltelementen durchgeführt.
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In 2 ist eine Schaltvorrichtung 24 dargestellt, die die Steuerung von Schaltelementen, eines Schaltzylinders 30 für das Hauptgetriebe 8 und eines Schaltzylinders 32 für das Bereichsgruppengetriebe 10, zeigt. Durch die Druckversorgung 26 über die Druckleitung 28 werden die Schaltzylinder 30 und 32 zur Schaltung von Gängen mit einem Systemdruck versorgt. Schaltzylinder 30 ist dabei ein Schaltzylinder des Hauptgetriebes 8, der mindestens eine Synchronisierung S1–S3 im Hauptgetriebe betätigt. Eine Ansteuerung weiterer Synchronisierungen ist je nach Getriebeversion möglich. Es wird hier lediglich auf die Aktuatoren 30, 32 zum Schalten bzw. Synchronisieren der Gänge eingegangen. Aktuatoren für den Wählvorgang sind nicht dargestellt. Weitere Schaltzylinder im Schaltsystem, z. B. für Synchronisierungen in weiteren Getriebemodulen, sind möglich. Im Weiteren sind fünf Ventile 34, 36, 38, 40 und 42 dargestellt. Das Ventil 34 dient zur Einstellung des Ansteuerungsdrucks für die Aktuatoren 30, 32, welcher durch den Drucksensor 44 aufgenommen wird. Die Ventile 36 und 38 sind Schaltventile des Hauptgetriebes 8 und die Ventile 40 und 42 sind Schaltventile des Bereichsgruppengetriebes 10. Die Abluft wird über die Abluftleitung 46 abgeführt. Beide Schaltzylinder 30 und 32 befinden sich in der Ausgangstellung Neutral. Alle Arbeitsräume der Schaltzylinder 30 und 32 sind entlüftet und der Kolben steht mittig in den Schaltzylindern 30 und 32.
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Beispielhaft werden anhand des vorgestellten Schaltsystems 24 die folgenden vier Fälle beschrieben:
Fall 1: Schalten eines nicht stark geräuschentwickelnden Bauteils in einer Standardbetriebsphase
Fall 2: Schalten eines stark geräuschentwickelnden Bauteils in einer Standardbetriebsphase
Fall 3: Betriebsphase mit Schaltung mindestens eines stark geräuschentwickelnden Bauteils
Fall 4: Schalten eines nicht stark geräuschentwickelnden Bauteils in einer geräuscharmen Betriebsphase
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Fall 1: Der Kolben des Schaltzylinders 30 soll in einer Standardbetriebsphase komplett eingefahren werden. Dieser Vorgang wurde als ein Schaltvorgang mit nicht stark geräuschentwickelnden Bauteilen identifiziert. Ventil 34 und Ventil 38 werden deshalb geschaltet und der komplette Systemdruck in die Druckleitung 28, zum Druckanschluss der Ventile 34, 38 und in den Arbeitsraum im Schaltzylinder 30 geführt. Der Schaltzylinder 30 fährt ein und synchronisiert, bis der Gang komplett geschalten ist. Der Schaltzylinder 32 bleibt in Neutralstellung. Nach Abschluss des Schaltvorganges werden alle Ventile 34, 38 in ihre Ausgangslage zurückgestellt.
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Fall 2: Der Kolben des Schaltzylinders 32 soll in einer Standardbetriebsphase komplett ausgefahren werden und dabei ein Bereichsgruppengetriebe 10 schalten. Bei diesem Schaltvorgang wurden besonders stark geräuschentwickelnde Bauteile identifiziert und ein experimentell ermittelter Ansteuerdruck im System hinterlegt. Wird der Schaltvorgang gestartet, werden das Ventil 34 und das Ventil 42 betätigt. Der Systemdruck wird vom Drucksensor 44 erfasst und der Druck wird so geregelt, dass der hinterlegte minimale Ansteuerungsdruck nicht über- oder unterschritten wird. Der minimale Ansteuerungsdruck wird in die Druckleitung 28, zum Druckanschluss der Ventile 34, 42 und in den Arbeitsraum im Schaltzylinder 32 geführt. Der Schaltzylinder 32 fährt aus und synchronisiert, bis der Gang komplett geschalten ist. Der Schaltzylinder 30 bleibt in Ausgangsstellung. Nach Abschluss des Schaltvorganges werden alle Ventile 34, 42 in ihre Ausgangslage zurückgestellt.
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Fall 3: Es wurde ein Schaltvorgang in einer Standardbetriebsphase angestoßen, bei dem in der Betriebsphase der Kolben des Schaltzylinders 30 einfahren soll und der Kolben des Schaltzylinders 32 komplett ausfahren soll. Beim Schaltvorgang des Schaltzylinders 32 wurden besonders stark geräuschentwickelnde Bauteile identifiziert. Damit wurde diese Betriebsphase als besonders stark geräuschentwickelnd identifiziert und ein experimentell ermittelter Ansteuerdruck für die komplette Betriebsphase im System hinterlegt. Wird der Schaltvorgang gestartet, werden das Ventil 34, das Ventil 36 und das Ventil 42 betätigt. Der Systemdruck wird vom Drucksensor 44 erfasst und der Druck so geregelt, dass der hinterlegte minimale Ansteuerungsdruck nicht über- oder unterschritten wird. Der minimale Ansteuerungsdruck wird in die Druckleitung 28, zum Druckanschluss der Ventile 34, 36 und 42 und in den Arbeitsraum der Schaltzylinder 30 und 32 geführt. Die Kolben der Schaltzylinder 30 und Schaltzylinder 32 verfahren parallel oder nacheinander in Bewegungsrichtung und synchronisieren, bis die Schaltung komplett abgeschlossen ist. Nach Abschluss des Schaltvorganges werden alle Ventile 34, 36 und 42 in ihre Ausgangslage zurückgestellt.
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Fall 4: Der Kolben des Schaltzylinders 30 soll während einer langsamen Fahrt komplett ausgefahren werden und dabei einen Gang des Hauptgetriebes 8 schalten. Bei diesem Schaltvorgang wurden keine besonders stark geräuschentwickelnden Bauteile identifiziert. Da die Betriebsphase an sich allerdings eine geräuscharme Betriebsphase ist, wurde ein experimentell ermittelter Ansteuerungsdruck für diesen Schaltvorgang im System hinterlegt. Wird der Schaltvorgang gestartet, werden das Ventil 34 und das Ventil 38 betätigt. Der Systemdruck wird vom Drucksensor 44 erfasst und so geregelt, dass der hinterlegte minimale Ansteuerungsdruck nicht über- oder unterschritten wird. Der minimale Ansteuerungsdruck wird in die Druckleitung 28, zum Druckanschluss der Ventile 34, 38 und in den Arbeitsraum im Schaltzylinder 30 geführt. Der Schaltzylinder 30 fährt aus und synchronisiert, bis der Gang komplett geschalten ist. Der Schaltzylinder 32 bleibt in Ausgangsstellung. Nach Abschluss des Schaltvorganges werden alle Ventile 34, 38 in ihre Ausgangslage zurückgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- G1–G5
- Gangstufen 1 bis 5
- RG
- Rückwärtsgangstufe
- S1–S4
- Synchronisierungselemente
- 6
- Automatisiertes Schaltgetriebe
- 8
- Hauptgetriebe
- 10
- Bereichsgruppengetriebe
- 12
- Planetensatz
- 14
- Kupplung
- 16
- Fahrzeugantrieb
- 18
- Getriebeeingangswelle
- 20
- Vorgelegewelle
- 22
- Hauptwelle
- 24
- Schaltvorrichtung
- 26
- Druckversorgung
- 28
- Druckleitung
- 30
- Schaltzylinder Hauptgetriebe
- 32
- Schaltzylinder Getriebemodul
- 34
- Druckventil
- 36, 38
- Schaltventil Hauptgetriebe
- 40, 42
- Schaltventil Getriebemodul
- 44
- Drucksensor
- 46
- Abluftleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005011273 A1 [0003]
