-
Vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren für ein sperrsynchronisiertes Schaltgetriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere wird mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren eine maximale Synchronkraft und/oder ein exaktes Ende der Synchronphase beim Gangwechsel eines sperrsynchronisierten Schaltgetriebes in einem Gesamtfahrzeug anhand einer Schaltkraft-Zeit-Funktion bestimmt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren abläuft.
-
Bei der Bestimmung der maximalen Synchronkraft und dem Ende einer Synchronphase eines Schaltvorgangs stellt im Stand der Technik weniger die reine Messung der Betätigungs- bzw. Reaktionskraft (z. B. mit einer Kraftmessdose) die Problematik dar, sondern vielmehr die exakte Detektion der Synchronkraft in einem Schaltkraft-Zeit-Verlauf (auch: Schaltkraft-Zeit-Funktion). Diese Schaltkraft-Zeit-Verläufe sind in der Realität sehr inhomogener Natur, mit starkem Rauschen belegt und von vielen Störgrößen aus dem Getriebe und dessen Umgebung belegt. Zwar werden in der Literatur diverse charakteristische Erkennungsmerkmale in den Schaltkraft-Zeit-Funktionen eines Schaltvorgangs beschrieben, anhand derer eine Synchronphase detektiert werden kann, diese müssen jedoch als sehr akademisch betrachtet werden und helfen bei der Anwendung auf einen reellen Messschrieb nur bedingt. Die Synchronkraft ist der Anteil der Schaltkraft im Gangeinlegevorgang, der durch den reibschlüssigen Kontakt der Synchronelemente in der Phase der Drehzahlangleichung zwischen den zum restlichen Fahrzeugtriebstrang drehfesten Getriebeabtrieb und dem durch eine schaltbare Kupplung vom Motor getrennten Getriebeantrieb, auf die Schaltelemente wirkt. Der Maximalwert dieser Phase ist die bestimmende charakteristische Größe der Bauteilbelastung während eines Gangwechsels.
-
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Prüfverfahren für ein sperrsynchronisiertes Schaltgetriebe anzugeben, das bei einfacher, kostengünstiger und effizienter Durchführung ein genaues Erkennen des Endes der Synchronphase ermöglicht.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch den unabhängigen Anspruch. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weitergestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
-
Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Prüfverfahren für ein sperrsynchronisiertes Schaltgetriebe. Das Prüfverfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: (i) Aufzeichnen einer Schaltkraft-Zeit-Funktion durch Messen einer aufgewendeten Schaltkraft während eines Schaltvorgangs. Insbesondere wird die Schaltkraft beim Schalten eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug gemessen. (ii) Bilden einer Ableitungsfunktion durch Ableiten der Schaltkraft-Zeit-Funktion nach der Zeit. Es wird die Ableitung erster Ordnung gebildet. (iii) Bereitstellen eines Schwellwertes, und (iv) Erkennen eines Endes einer Synchronphase des Schaltvorgangs, als den Zeitpunkt, an dem die Ableitungsfunktion den Schwellwert unterschreitet.
-
Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Prüfen eines sperrsynchronisierten Schaltgetriebes gelöst, die folgende Mittel aufweist: eine Aufzeichnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Schaltkraft-Zeit-Funktion durch Messen einer aufgewendeten Schaltkraft während eines Schaltvorgangs aufzuzeichnen, eine Ermittlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Ableitungsfunktion durch Ableiten der Schaltkraft-Zeit-Funktion nach der Zeit zu ermitteln, eine Bereitstellungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Schwellwert bereitzustellen, und eine Erkennungseinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Ende einer Synchronphase des Schaltvorgangs zu erkennen, als den Zeitpunkt, an dem die Ableitungsfunktion den Schwellwert unterschreitet.
-
Das erfindungsgemäße Prüfverfahren kann sowohl manuell als auch maschinell ausgeführt werden. Entsprechend dem Prüfverfahren kann also ein Messschrieb durch einen Menschen ausgewertet werden oder es erfolgt eine Analyse der Messwerte mittels eines Computerprogramms. Basierend auf dem erkannten Ende der Synchronphase können bevorzugt weitere charakteristische Punkte, wie beispielsweise die maximale Synchronkraft, innerhalb der Schaltkraft-Zeit-Funktion erkannt werden. Das Prüfverfahren ermöglicht eine exakte Auswertung einer Schaltkraft-Zeit-Funktion und somit eine Unterstützung bei der Auslegung oder Funktionsüberprüfung eines Getriebes.
-
Insbesondere, um Untersuchungen einer Verschleiß- oder Schadensakkumulation von Getriebesynchronisationen unter z. B. Laborbedingungen auf einem Prüfstand übertragen zu können, ist eine Automatisierung der Detektion des Synchronvorgangs vorteilhaft. Darüber hinaus kann das Prüfverfahren auch in einem benutzten Fahrzeug zur Zustandserrechnung der einzelnen Sperrsynchronisationen verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren bedarf es nicht, wie im Stand der Technik, einer aufwendigen Messtechnik. Insbesondere muss nicht die exakte rotatorische Geschwindigkeit der Getriebeeingangsdrehzahl an der Sekundärseite der Kupplungsscheibe gemessen werden. Ferner bedarf es auch keiner Messung der getriebeseitigen Abtriebsdrehzahl (Triebstrangdrehzahl). Im Stand der Technik wurde aus übersetzungsbereinigten Differenzdrehzahlen am Getriebe ein Zeitfenster ermittelt, in dem ansynchronisiert, die Sperrverzahnung geöffnet, synchronisiert und eingespurt wird. Allerdings konnte innerhalb dieses Zeitfensters der Zeitpunkt jedes einzelnen Vorgangs nicht weiter detektiert werden. Es wurde also nur Anfangszeitpunkt und Endzeitpunkt des gesamten Zeitfensters detektiert.
-
Für die weitere Differenzierung war stets die Expertise eines Spezialisten notwendig. Zumindest folgende Größen mussten dabei messtechnisch erfasst werden: eine immer zum Getriebeantrieb proportionale Drehzahl, eine immer zum Getriebeabtrieb proportionale Drehzahl, die Übersetzung des einzulegenden Ganges, die Schaltkraft in Schaltrichtung und der Schaltweg in Schaltrichtung. Da Handschaltgetriebe rein mechanisch betätigt werden, sind Sensoren zur Drehzahlmessung in den meisten Anwendungsfällen nicht vorhanden. Im Stand der Technik setzte die Messung der benötigten Drehzahlen also stets voraus, dass Sensoren an den entsprechenden Stellen des Getriebes positioniert werden können, ohne dass es zu funktionalen Einschränkungen im Betrieb kommt. Weiterhin wird die Baugruppe Schaltgetriebe unter Umständen so in ihren Eigenschaften (Kühlung, Strömung, Schwingungsverhalten) verändert, dass eine zusätzliche Unschärfe in der Aussage über das reale Verhalten zu berücksichtigen war. All diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Prüfverfahren beseitigt, da erfindungsgemäß lediglich eine Schaltkraft-Zeit-Funktion gemessen werden muss.
-
In entsprechender Weise gelten die vorstehenden Ausführungen auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schwellwert so definiert ist, dass er betragsmäßig kleiner ist, als ein Minimum der Ableitungsfunktion. Das heißt, es wird ein Minimum der Ableitungsfunktion bestimmt, wobei der Schwellwert höher als das Minimum ist.
-
Was das Bereitstellen des Schwellwerts angeht, so sind verschiedene Vorgehensweisen denkbar: Bei dem bereitgestellten Schwellwert kann es sich um einen hinterlegten Schwellwert handeln, der fest vorgegeben ist. Dieser hinterlegte bzw. fest vorgegebene Schwellwert kann im Vorfeld durch Messversuche ermittelt werden, wobei die Messversuche mit dem Typ von Schaltgetriebe und der ggf. zugehörigen Peripherie durchzuführen sind, der später dann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüft werden soll. Dies bedeutet, dass für jeden Typ von Schaltgetriebe, der mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren geprüft werden soll, ein individueller Schwellwert bereitzustellen ist. Es ist denkbar, den hinterlegten und somit fest vorgegebenen Schwellwert während der Anwendung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens nachzuführen, das heißt, an eventuell sich während des Prüflaufs ändernde Gegebenheiten anzupassen. Alternativ ist es denkbar, anstelle eines hinterlegten, fest vorgegebenen Schwellwerts bzw. anstelle eines ausgehend von diesem angepassten Schwellwerts, statt dessen den Schwellwert unmittelbar, das heißt ohne Rückgriff auf einen hinterlegten Schwellwert, während eines Prüflaufs basierend auf der aufgezeichneten Schaltkraft-Zeit-Funktion zu ermitteln.
-
Vorzugsweise ist dieses Minimum ein absolutes Minimum der Ableitungsfunktion oder ein bestimmter Minimalwert der Ableitungsfunktion. Dieser Minimalwert wird festgelegt, um nicht das absolute Minimum der Ableitung bestimmen zu müssen.
-
Erfindungsgemäß wird das Ende der Synchronphase erkannt, als der Zeitpunkt, an dem die Ableitungsfunktion den Schwellwert unterschreitet. Wenn der Schwellwert betragsmäßig relativ klein ist, das heißt relativ hoch liegt, kann es vorkommen, dass die Ableitungsfunktion den Schwellwert öfters unterschreitet. In diesem Falle liegt das Ende der Synchronphase zu dem Zeitpunkt vor, an dem die Ableitungsfunktion zeitlich vor dem Minimum den Schwellwert letztmalig unterschreitet. Wenn der Schwellwert betragsmäßig relativ groß ist, das heißt relativ niedrig liegt, so kann das Erkennen des Endes der Synchronphase vereinfacht werden. In diesem Falle wird das erstmalige Unterschreiten des Schwellwertes als Ende der Synchronphase erkannt.
-
Der Schwellwert wird vorzugsweise errechnet aus bzw. entspricht dem Produkt des Minimums mit einem Faktor. Der Faktor liegt dabei zwischen 0 und 1. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Untergrenze des Faktors bei zumindest 0,2, vorzugsweise bei zumindest 0,3 liegt. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Obergrenze des Faktors bei maximal 0,9, vorzugsweise bei maximal 0,7, besonders vorzugsweise bei maximal 0,5, liegt. Je nach Aufbau des zu prüfenden Getriebes, wird der Faktor entsprechend festgelegt.
-
Da erfindungsgemäß das exakte Ende der Synchronphase erkannt wird, ist es wesentlich leichter, als im Stand der Technik, auch die maximale Synchronkraft zu detektieren. In der Schaltkraft-Zeit-Funktion liegt die maximale Synchronkraft in demjenigen zeitlichen Abschnitt, der vor dem Ende der Synchronphase liegt bzw. der dieses Ende gerade noch mit einschließt. Insbesondere wird das Maximum in der Schaltkraft-Zeit-Funktion, das zeitlich direkt vor dem Ende der Synchronphase liegt, als maximale Synchronkraft bestimmt.
-
Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltkraft-Zeit-Funktion an einem Schalthebel des Schaltgetriebes gemessen wird. Insbesondere wird direkt am Schaltknopf, vorzugsweise unter Verwendung einer geeigneten Vorrichtung, wie beispielsweise einer Kraftmessdose, gemessen. Da bei der Schaltbetätigung an einem konventionellen Schaltgetriebe Bewegungen entlang, aber auch entgegen des Schaltkraftvektors auftreten können, ist eine Kraftrichtungskorrektur bereits vor der Datenaufzeichnung bevorzugt vorgesehen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung im Detail erläutert. Dabei zeigen:
-
1 schematisch vereinfachte Messergebnisse eines Schaltvorgangs für das erfindungsgemäße Prüfverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
-
2 eine Ableitung einer Schaltkraft-Zeit-Funktion für das erfindungsgemäße Prüfverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel.
-
1 zeigt drei Diagramme. Auf der X-Achse ist jeweils die Zeit in Sekunden aufgetragen.
-
Das oberste Diagramm zeigt an der Y-Achse eine Drehzahl 1. Aufgetragen sind zwei Drehzahl-Zeit-Funktionen 6 für die Getriebeeingangsdrehzahl an der Sekundärseite der Kupplungsscheibe und der getriebeseitigen Abtriebsdrehzahl. Die Diagramme zeigen dabei jeweils einen vollständigen Schaltvorgang an einem sperrsynchronisierten Schaltgetriebe.
-
Das mittlere Diagramm in 1 zeigt auf der Y-Achse eine Schaltkraft 2. Aufgetragen ist eine Schaltkraft-Zeit-Funktion 4.
-
Das untere Diagramm in 1 zeigt auf der Y-Achse einen Schaltweg 3. Aufgetragen ist eine Schaltweg-Zeit-Funktion 5.
-
2 zeigt eine Ableitungsfunktion 7 erster Ordnung der Schaltkraft-Zeit-Funktion 4 aus 1.
-
In der Ableitungsfunktion 7 gibt es ein absolutes Minimum 8 und einen Minimalwert 9. Entweder das absolute Minimum 8 oder der Minimalwert 9 werden als „Minimum” der Ableitungsfunktion 7 definiert. Zwischen dem Minimum und dem Nullwert der Ableitungsfunktion 7 ist ein Schwellwert 10 definiert.
-
Ein Ende 11 der Synchronphase des Schaltvorgangs wird erkannt, als der Zeitpunkt, an dem die Ableitungsfunktion 7 vor dem Minimum letztmalig den Schwellwert 10 unterschreitet. Dadurch kann das Ende der Synchronphase sehr exakt bestimmt werden. Dies ermöglicht auch eine einfachere Bestimmung einer maximalen Synchronkraft 12 in der Schaltkraft-Zeit-Funktion 4. Diese maximale Synchronkraft 12 muss nämlich zeitlich vor dem Ende 11 der Synchronphase gesucht werden.
-
Mit der mathematischen Ableitungsfunktion 7 der Schaltkraft-Zeit-Funktion 4 nach der Zeit ergeben sich zwei numerisch charakteristische Merkmale in der abgeleiteten neuen Funktion innerhalb des Schaltablaufes. Dazu ist lediglich die messtechnische Erfassung der Schaltkraft-Zeit-Funktion 4 erforderlich. Auf die Messung anderer Größen, wie z. B. der Getriebeeingangsdrehzahl, an der Sekundärseite der Kupplungsscheibe und der getriebeseitigen Abtriebsdrehzahl sowie des Schaltweges, kann dadurch verzichtet werden.
-
Bei einem Schaltkraftverlauf eines unter dynamischen Bedingungen durchgeführten Gangwechsels sind statische und dynamische Schaltkraftanteile überlagert. Die statischen Anteile sind im Wesentlichen auf Reaktions- bzw. Betätigungskräfte federbelasteter Elemente zurückzuführen, die zur Exaktheit, aber auch zur Sicherstellung der Funktion innerhalb des Getriebes angeordnet sind. Die dynamischen Anteile sind auf Reaktionskräfte bei der Herstellung einer reibschlüssigen Verbindung an dem Synchronelement des einzulegenden Ganges zurückzuführen. Ein Auftreten dieser dynamischen Anteile ist damit im Wesentlichen auf die Phase des Gangeinlegevorgangs begrenzt.
-
In der Synchronphase wird in Abhängigkeit der wirkenden Kraft (unter Berücksichtigung geometrischer sowie tribologischer Faktoren) an der Synchronisierung, an den Synchronelementen ein Reibmoment aufgebaut. Dieses Reibmoment bricht bei einem sperrsynchronisierten Getriebe zum Zeitpunkt des vollständigen Drehzahlangleichs ruckartig zusammen. Dieser Momenteneinbruch bewirkt entsprechend der Newton'schen Axiome einen ebenfalls ruckartigen Abfall der Schaltkraft.
-
In der Ableitungsfunktion 7 erster Ordnung der Schaltkraft-Zeit-Funktion 4 nach der Zeit ergibt sich zu diesem Zeitpunkt ein, aufgrund des starken negativen Gradienten in der Schaltkraft-Zeit-Funktion 4, sehr geringer Wert, welcher mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit dem Minimum innerhalb der Ableitungsfunktion 7 entspricht. Das erstmalige Auftreten des Minimums, also des absoluten Minimums 8 oder des Minimalwertes 9, zeigt den Zeitpunkt auf, zu dem unmittelbar zuvor das Ende 11 der Synchronphase liegt. Dementsprechend wird vorzugsweise in dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren der Schwellwert 10 über bzw. oberhalb dieses Minimums angesetzt, das heißt er ist betragsmäßig kleiner als das Minimum.
-
Des Weiteren vereinfacht das Erkennen des Endes 11 der Synchronphase auch das Erkennen der maximalen Synchronkraft 12, da diese unmittelbar zeitlich vor dem Ende der Synchronphase liegt.
-
Die Höhe des Schwellwertes orientiert sich dabei an dem Minimum der Ableitungsfunktion 7.
-
Die Synchronphase, dessen Ende 11 detektiert wird, umfasst insbesondere die Ansynchronisation, die Synchronisation, die Entsperrung, das Einspuren sowie das Herstellen des Formschlusses.
-
Des Weiteren ist vorgesehen, dass, basierend auf dem erkannten Ende 11 der Synchronphase, mit dem Schließen der Kupplung begonnen wird.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren ist es möglich, den Zeitpunkt des Endes der Synchronphase ohne Drehzahlsensoren festzulegen, wodurch eine automatisierte Bestimmung der maximalen Synchronkraft erreicht werden kann. Ferner kann der auftretende Ist-Wert der charakteristischen Größe der Bauteilbelastung (maximale Schaltkraft in der Synchronphase) automatisiert mit einem Soll-Wert verglichen werden. Es erfolgt dabei kein Eingriff in die Getriebebaugruppe und die umgebenden Komponenten. Eine Änderung der physikalischen Eigenschaften im Umfeld des Getriebes ist ausgeschlossen. Der daraus resultierende Prüfaufbau für die Erprobung ist einfach und fahrzeugunabhängig. In Verbindung mit einer geeigneten Vorrichtung wird eine schädigungsäquivalente Erprobung der Schaltvorrichtung eines sperrsynchronisierten Schaltgetriebes am Gesamtfahrzeugprüfstand gewährleistet. Im Feldversuch ist das Schaltverhalten eines Kunden erfassbar, so dass die Zielvorgabe bezüglich Bauteildimensionierung und Absicherungsprofile bei Neuentwicklung von Handschaltgetrieben berücksichtigt werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drehzahl
- 2
- Schaltkraft
- 3
- Schaltweg
- 4
- Schaltkraft-Zeit-Funktion
- 5
- Schaltweg-Zeit-Funktion
- 6
- Drehzahl-Zeit-Funktion
- 7
- Ableitungsfunktion (erster Ordnung)
- 8
- absolutes Minimum
- 9
- Minimalwert
- 10
- Schwellwert
- 11
- Ende der Synchronphase
- 12
- maximale Synchronkraft
