-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines Fahrzeuggetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Bei Kraftfahrzeugen mit automatisierten Getrieben sind Schaltvorgänge üblicherweise mit einer Zugkraftunterbrechung oder zumindest mit einer Zugkraftverringerung im Antriebsstrang verbunden. Dabei wird meistens eine Anfahrkupplung, welche im Kraftfluss zwischen einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor und einem Getriebe angeordnet ist, automatisch geöffnet, um den bisherigen Gang lastfrei auszulegen. Nach dem Synchronisieren des neuen Gangs kann die Kupplung geschlossen und die Kraftüberragung im Antriebsstrang wieder aufgebaut werden. Bei Rückschaltungen im Zugbetrieb wird insbesondere ein Geschwindigkeitsverlust durch eine temporäre, gegebenenfalls auch ruckartige Unterbrechung und Wiederherstellung der Kraftübertragung im Antriebsstrang durch den Fahrer als Komfortverlust wahrgenommen. Um diesen Komfortverlust zu verringern, werden möglichst kurze Schaltzeiten bei gleichzeitig geringen Lastwechselreaktionen im Antriebsstrang angestrebt.
-
Rückschaltungen werden bei solchen zugkraftunterbrechend schaltenden automatisierten Getrieben in der Regel in mehreren, teilweise sich zeitlich überlappenden Schaltphasen durchgeführt. Ein derartiges Verfahren nach dem Stand der Technik wird anhand der 2 näher erläutert:
-
In einer ersten Phase einer Rückschaltung von einem bisherigen Gang i in einen neuen Gang j, die mit der Einleitung des Schaltvorgangs im Betriebspunkt P1’ beginnt, wird das Motormoment M_mot eines Antriebsmotors gemäß eines vorgegebenen Sollverlaufs M_mot_soll’ nahezu vollständig, also bis fast Null, reduziert. Das Drehmoment an der Anfahrkupplung verringert sich entsprechend. Gleichzeitig wird die Anfahrkupplung in Öffnungsrichtung betätigt und deren Betätigungsposition K_pos_ist’ von „zu“ nach „auf“ verstellt, bis sie vollständig geöffnet ist, so dass im Antriebstrang kein Drehmoment übertragen wird.
-
In einer zweiten Phase, beginnend im Betriebspunkt P2’, können bei nur teilweise geöffneter Anfahrkupplung bereits das oder die geschlossenen Schaltelemente des bisherigen Gangs i mit geringen Kräften geöffnet und der bisherige Gang i damit ausgelegt werden.
-
Bei der Rückschaltung vom bisherigen Gang i in den neuen Gang j kann anschließend in einer dritten Phase, die im Betriebspunkt P3’ beginnt, ein oder mehrere Getriebeelemente geschaltet oder, wie in der 2 gezeigt, ein mechanisch zwangssynchronisiertes Getriebeelement vom bisherigen Gang i in den neuen Gang j umgeschaltet werden. Entsprechend wird die Position G_pos_ist’ dieses Getriebeelements verändert.
-
Zeitlich parallel zum Schalten oder Umschalten des oder der Getriebeelemente wird in einer vierten Phase, die im Betriebspunkt P4’ beginnt, die Drehzahl n_mot_ist’ des Antriebsmotors auf eine Anschlussdrehzahl n_getr_ein’ des neuen Gangs j am Getriebeeingang angehoben. Die Drehzahl n_mot_ist’ erreicht etwa im Betriebspunkt P5’ schließlich den Wert eines zum Vergleich in 2 gezeigten Sollverlaufs n_mot_soll’. Dabei steigt unmittelbar nach dem nahezu vollständigen Abbau des Motormoments M_mot dieses zunächst wieder an, bevor es bis zum Einrücken des neuen Gangs j erneut vollständig absinkt (Zeitraum zwischen den beiden Betriebspunkten P2’ und P5’).
-
In einer fünften Phase, frühestens beginnend im Betriebspunkt P5’, wird die Anfahrkupplung geschlossen, und zwar erst dann, wenn sich das zu synchronisierende Getriebeelement oder die zu synchronisierenden Getriebeelemente in derjenigen Stellung befinden, die dem neuen Gang j entspricht, und die Motordrehzahl n_mot zumindest annähernd die Getriebeeingangsdrehzahl n_getr_ein’ im neuen Gang j erreicht hat. Um sicherzustellen, dass die Motordrehzahl n_mot an die Getriebeeingangsdrehzahl n_getr_ein’ des neuen Gangs j angeglichen ist bevor die Anfahrkupplung geschlossen wird, kann zur Vermeidung eines Schaltrucks ein Wartezeitraum kann vorgehalten werden.
-
Im neuen Gang j wird die Last dieses Gangs j am Antriebsmotor aufgebaut und entsprechend steigt das Motordrehmoment M_mot nun mehr oder weniger kontinuierlich bis zu einem Zielwert entsprechend eines Motorkennfelds an.
-
Vor diesem Hintergrund ist aus der
DE 42 10 626 A1 ein Verfahren zum Steuern eines Rückschaltablaufs bei einem Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Kupplung im Getriebe geöffnet, um den Kraftschluss zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang zu unterbrechen. Das Drehmoment des Antriebsmotors wird innerhalb eines Zeitraums vor Erreichen einer Synchrondrehzahl des neuen Ganges auf einen Minimalwert reduziert. Dieser Zeitraum wird durch einen flexibel vorgebbaren Gradient der Drehmomentreduzierung bestimmt, wodurch spürbare Drehzahländerungen und ein übermäßiges Schleifen der Kupplung im Getriebe verhindert werden sollen.
-
Die
DE 10 2007 043 694 A1 beschreibt ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes eines Kraftfahrzeugs. Das Gruppengetriebe umfasst zumindest zwei Teilgetriebe, welche als ein Hauptgetriebe in Vorgelegebauweise und ein diesem nachgeordnetes Bereichsgetriebe in Planetenbauweise ausgebildet sind. Eine Getriebeeingangswelle ist über eine steuerbare Trennkupplung mit einem Antriebsmotor antriebsverbindbar. Die beiden Teilgetriebe sind mittels doppelseitige, unsynchronisierte Schaltpakete schaltbar. Das Hauptgetriebe weist zudem eine Getriebebremse auf. Bei einer Bereichsschaltung erfolgt in beiden Teilgetrieben jeweils ein Wechsel zwischen zwei Übersetzungsstufen. Mittels einer aktiv gesteuerten Synchronisierung mittels der Getriebebremse und der Trennkupplung wird eine kurze Gesamtschaltzeit erreicht, wobei während des Lastabbaus des Antriebsmotors die Trennkupplung schon teilweise bis oberhalb der Schlupfgrenze ausgerückt wird.
-
Aus der
DE 10 2007 055 720 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Gruppengetriebe bekannt, wobei das Gruppengetriebe ein unsynchronisiertes Hauptgetriebe, eine synchronisierte Vorschaltgruppe und/oder eine synchronisierte Nachschaltgruppe umfasst. Das Gruppengetriebe ist über eine Kupplung mit einem Antriebsmotor antriebsverbindbar. Bei einer Schaltung von einem Istgang in einen Sollgang wird ein Motormoment bis annähernd Null abgebaut, wobei die geschlossene Kupplung nicht betätigt wird. Im Falle, dass das Hauptgetriebe und eine der Vor- oder Nachschaltgruppen betätigt wird, wird das Hauptgetriebe und die Vor- oder Nachschaltgruppe in Neutral geschaltet, der Motor auf eine Zieldrehzahl gebracht, die Vor- oder Nachschaltgruppe synchronisiert, die Hauptgruppe und die Vor- oder Nachschaltgruppe in den Sollgang geschaltet und das Motormoment wieder aufgebaut. Im Falle, dass nur die Vor- oder Nachschaltgruppe betätigt wird, wird diese in Neutral geschaltet, der Motor auf eine Zieldrehzahl gebracht, die Vor- oder Nachschaltgruppe in den Sollgang geschaltet und das Motormoment wieder aufgebaut.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Fahrzeuggetriebes anzugeben, das im Vergleich zum Stand der Technik kürzere Schaltzeiten bei Rückschaltungen und einen hohen Schaltkomfort ermöglicht.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem automatisierten Fahrzeuggetriebe mit zugkraftunterbrochener oder zugkraftverminderter Schaltung, bei einer Rückschaltung von einem bisherigen Gang in einen neuen Gang der Drehmomentverlauf des Antriebsmotors die Gesamtschaltzeit der Rückschaltung wesentlich bestimmt. Insbesondere eine Reduzierung des Motordrehmoments, welche erfolgt um den bisherigen Gang auszulegen, und eine unmittelbar darauf folgende Anhebung des Motordrehmoments, welche erfolgt um die Motordrehzahl auf eine Anschlussdrehzahl des neuen Gangs anzuheben, beeinflusst die Schaltzeit der Rückschaltung und damit einen Zugkraftverlust beim Antrieb des Fahrzeugs erheblich. Durch eine optimierte Drehmomentsteuerung des Antriebsmotors, mit einem begrenzten Drehmomentabbau am Antriebsmotor, kann die Schaltzeit bei einer Rückschaltung deutlich verkürzt werden.
-
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Schaltsteuerung eines Fahrzeuggetriebes, welches als ein automatisiertes Getriebe ausgebildet ist, das über eine steuerbare Trennkupplung mit einem Antriebsmotor triebverbindbar ist, bei dem bei einem Schaltvorgang die Zugkraft im Antriebsstrang temporär unterbrochen oder zumindest verringert ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass eine Rückschaltung in einem Zugbetrieb mit folgenden Schaltphasen durchgeführt wird:
- – Reduzieren des Drehmoments M_mot des Antriebsmotor auf einen vorbestimmten Wert M_mot_x, welcher größer Null ist, und Öffnen der Trennkupplung,
- – Auslegen eines bisherigen Gangs i,
- – Schalten eines oder mehrerer Getriebeelemente eines neuen Gangs j oder Umschalten eines Getriebeelements vom bisherigen Gang i in den neuen Gang j,
- – Anheben einer Motordrehzahl n_mot auf die Getriebeeingangsdrehzahl n_getr_ein des neuen Gangs j, und
- – Schließen der Trennkupplung, wenn die vorherigen Schaltphasen abgeschlossen sind.
-
Unter dem Begriff Schaltphase wird ein zeitlich begrenzter Abschnitt während eines Schaltvorgangs verstanden, in dem eine bestimmte Funktion zur Durchführung einer Getriebeschaltung ausgeführt wird. Einzelne Schaltphasen können aufeinander folgen oder sich teilweise überlappen.
-
Unter einem automatisierten Getriebe eines Fahrzeugs wird ein Getriebe verstanden, bei dem Vorgänge zur Änderung der Übersetzung des Getriebes, welche durch Schaltprogramme und/oder auf Fahreranforderung veranlasst sind, automatisiert durchgeführt werden, wobei vorübergehend die Zugkraft im Antriebsstrang unterbrochen oder zumindest vermindernd wird.
-
Durch dieses Verfahren kann bei Kraftfahrzeugen mit automatisierten Schaltgetrieben sowohl im Personenkraftwagenbereich als auch im Nutzkraftwagenbereich erreicht werden, dass eine zugkraftfreie oder zugkraftverminderte Phase während einer Schaltung im Vergleich zu bisherigen gattungsgemäßen Verfahren sehr kurz ist. Dadurch kann im Zugbetrieb bei einer Rückschaltung ein Geschwindigkeitsverlust des Fahrzeugs vergleichsweise gering gehalten werden. Insbesondere an Steigungen und/oder bei relativ schweren Fahrzeugen kann durch verkürzte zugkraftfreie Phasen eine deutliche Fahrkomfortverbesserung erreicht werden.
-
Das Verfahren lässt sich mit geringem Aufwand als eine Softwarefunktion in vorhandene Regeleinrichtungen und/oder Steuereinrichtungen von allen Kraftfahrzeugantriebssträngen mit einer steuerbaren Trennkupplung zwischen einem Antriebmotor und einem automatisierten Getriebe sowie einer elektronischen Motor- und Getrieberegelung realisieren. Zusätzliche Vorrichtungen oder Steuergeräte sind nicht erforderlich.
-
Durch eine geeignete Drehmomentsteuerung des Antriebsmotors bietet das Verfahren gemäß der Erfindung die Möglichkeit, die Schaltzeit deutlich zu verkürzen. Demnach erfolgt in einer ersten Schaltphase eine Drehmomentrücknahme am Antriebsmotor und entsprechend an der Trennkupplung. Parallel dazu wird die Trennkupplung in Öffnungsrichtung betätigt. Das Motordrehmoment wird jedoch nicht vollständig auf den Wert Null reduziert, sondern nur teilweise auf einen Wert, der deutlich größer als Null ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Motordrehmoment auf einen Wert reduziert wird, der deutlich größer als Null aber kleiner ist als ein Motordrehmoment, welches erforderlich ist, um die Motordrehzahl des Antriebsmotors auf die Getriebeeingangsdrehzahl des neuen Gangs anzuheben.
-
In einer zweiten Phase können die Schaltelemente des bisherigen Gangs nun bereits mit geringen Kräften ausgelegt werden. Da die Trennkupplung den Antriebsstrang vollständig vom Antriebsmotor trennt, ist trotz des weiter vorhandenen Motordrehmoments das im Antriebsstrang übertragene Drehmoment Null.
-
In einer dritten Phase beginnt das Einlegen der Getriebeelemente des neuen Gangs. Falls bei der Rückschaltung nur ein mechanisch zwangssynchronisiertes Getriebeelement umzuschalten ist, kann dieses nun vom bisherigen Gang in den neuen Gang umgeschaltet werden.
-
In einer vierten Phase wird die Motordrehzahl auf die Getriebeeingangsdrehzahl des neu geschalteten Gangs erhöht, welche bekanntermaßen durch die Gesamtübersetzung des Antriebsstrangs im neuen Gang von der Getriebeeingangswelle bis zu den Fahrzeugrädern sowie die Drehzahl der Fahrzeugräder bestimmt ist. Da die kinetische Energie des Antriebsmotors durch die begrenzte Drehmomentrücknahme zum Teil erhalten bleibt, kann das temporäre Wiederanheben des Motordrehmoments zum Zwecke der Erhöhung der Motordrehzahl auf die neue Getriebeeingangsdrehzahl in deutlich kürzerer Zeit erfolgen. Aufgrund der nur teilweisen Motordrehmomentreduzierung wird somit die neue Getriebeeingangsdrehzahl zu einem frühen Zeitpunkt des Schaltvorgangs erreicht als bei bekannten Verfahren.
-
In einer fünften Phase wird die Trennkupplung geschlossen. Da die Motordrehzahl bereits die neue Getriebeeingangsdrehzahl aufweist, bevor das synchronisierte Getriebeelement des neuen Gangs geschaltet oder umgeschaltet ist, ist sichergestellt, dass keine Wartezeit auf die zur neuen Getriebeeingangsdrehzahl passende Motordrehzahl entsteht. Die Trennkupplung kann daher verzögerungsfrei geschlossen werden.
-
Außerdem kann vorgesehen sein, dass bereits während des Öffnens der Trennkupplung die Motordrehzahl in Richtung zur Getriebeeingangsdrehzahl des neuen Ganges erhöht wird. Dadurch kann die Schaltzeit weiter verkürzt werden.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Motordrehmoments bei der Drehmomentreduzierung während des Öffnens der Trennkupplung in einem Schlupfbetrieb in den Antriebsstrang eingeleitet wird. Dadurch kann die nicht zugkraftfreie Zeit zu Beginn der Schaltung verkürzt werden, so dass die Gesamtschaltzeit weiter verkürzt wird.
-
Schließlich kann vorgesehen sein, dass unmittelbar vor Beginn einer Rückschaltung ermittelt wird, ob sich das Fahrzeug in einem Zugbetrieb befindet, wobei auf einen Zugbetrieb dann geschlossen wird, wenn das aktuelle Motordrehmoment größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert des Motordrehmoments.
-
Vorzugsweise wird das beschriebene Verfahren nur im Zugbetrieb durchgeführt. Dies kann einfach dadurch sichergestellt werden, dass unmittelbar vor einer, durch eine Motor- oder Getriebesteuerung signalisierten Rückschaltung, das Vorhandensein eines signifikanten Motordrehmoments erkannt wird.
-
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt
-
1 einen Ablauf einer Schaltung eines automatisierten Getriebes gemäß der Erfindung, und
-
2 den Ablauf einer Schaltung eines automatisierten Getriebes gemäß dem Stand der Technik.
-
Ein automatisiertes Getriebe ist in bekannter Weise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet und über eine als Reibungskupplung ausgebildete sowie steuerbare Trennkupplung mit einem als Verbrennungsmaschine ausgebildeten Antriebsmotor antriebsverbindbar. Zur Schaltung von Übersetzungen sind steuerbare Schaltelemente vorgesehen, welche die jeweiligen Getriebeelemente der Gänge aktivieren. Die Schaltsteuerung des Getriebes erfolgt mittels einer elektronischen Einrichtung zur Motor- und Getriebesteuerung. Solche Antriebsstränge sind an sich bekannt und werden daher hier nicht weiter erläutert.
-
Bei einem Verfahren zur Schaltsteuerung eines solchen Fahrzeuggetriebes wird, nachdem das Vorliegen eines Zugbetriebs erkannt wurde, gemäß 1 in einer ersten Phase einer Rückschaltung von einem bisherigen Gang i in einen neuen Gang j, die mit der Einleitung des Schaltvorgangs im Betriebspunkt P1 beginnt, das Drehmoment M_mot eines Antriebsmotors entsprechend eines vorgegebenen Sollverlaufs M_mot_soll reduziert, jedoch nicht bis Null wie beim Stand der Technik gemäß 2, sondern auf einen deutlich höheren Wert M_mot_x.
-
Gleichzeitig wird die Trennkupplung in Öffnungsrichtung betätigt und deren Position K_pos_ist von „zu“, also geschlossen, nach „auf“, also geöffnet verstellt, so dass im Antriebstrang kein Drehmoment vom Antriebsmotor auf die Fahrzeugräder übertragen wird. Während die Trennkupplung beim Öffnen noch schlupft, wird ein Teil des noch anliegenden Motordrehmoments M_mot in den Antriebsstrang geleitet.
-
In einer zweiten Phase, die im Betriebspunkt P2 beginnt, können bereits das oder die geschlossenen Schaltelemente des bisherigen Gangs i mit geringen Kräften geöffnet und der bisherige Gang i damit ausgelegt werden. Da der Antriebsstrang durch das Öffnen der Kupplung lastfrei wird, ist es nicht erforderlich, das Motordrehmoment M_mot vollständig auf den Wert Null zu reduzieren, um den bisherigen Gang i auszulegen.
-
Bei der Rückschaltung vom bisherigen Gang i in den neuen Gang j kann anschließend in einer dritten Phase, die im Betriebspunkt P3 beginnt, ein oder mehrere Getriebeelemente geschaltet oder, wie in der 1 beispielhaft angedeutet, ein mechanisch zwangssynchronisiertes Getriebeelement vom bisherigen Gang i in den neuen Gang j umgeschaltet werden. Entsprechend wird die Ist-Position G_pos_ist dieses Getriebeelements während des Schaltverlaufs verändert.
-
In einer vierten Phase, die im Betriebspunkt P4 beginnt und zeitlich vor dem bereits genannten Betriebspunkt P3 einsetzt, wird die Ist-Drehzahl n_mot_ist des Antriebsmotors auf eine Getriebeeingangsdrehzahl n_getr_ein des neuen Gangs j angehoben. Zum Vergleich ist zusätzlich ein Sollverlauf n_mot_soll der Motordrehzahl gezeigt. Das Anheben der Motordrehzahl n_mot erfolgt nicht nach dem Öffnen der Trennkupplung, wie beim Stand der Technik gemäß 2, sondern kann bereits während des Öffnens der Trennkupplung beginnen, wie 1 zeigt. Entsprechend wird das Motordrehmoment M_mot_ist kurzfristig wieder angehoben, um die neue Drehzahl n_mot_ist zu erreichen. Bereits zu einem Zeitpunkt deutlich vor dem Einrücken der Getriebeelemente des neuen Gangs j ist das Motordrehmoment M_mot wieder vollständig abgesunken.
-
In einer fünften Phase, die im Betriebspunkt P5 beginnt, wenn sich das zu synchronisierende Getriebeelement in derjenigen Stellung befindet, die dem neuen Gang j entspricht, wird die Trennkupplung geschlossen. Da das zum Schaltungsbeginn nur zum Teil abgebaute Motordrehmoment M_mot zu einem frühen Zeitpunkt des Schaltverlaufs wieder soweit wie erforderlich angehoben werden kann, um die Motordrehzahl n_mot_ist auf die Getriebeeingangsdrehzahl n_getr_ein des neuen Gangs j zu erhöhen, und der Antriebsmotor noch eine entsprechend hohe kinetische Energie besitzt, ist die neue Motordrehzahl n_mot_ist bereits vor dem Abschluss des Umschaltens des Getriebeelements in die Position G_pos_ist des neuen Gangs j erreicht. So ist sichergestellt, dass keine Wartezeit hinsichtlich der Einstellung der zur Getriebeeingangsdrehzahl n_getr_ein passenden Motordrehzahl n_mot_ist entsteht. Das Schließen der Trennkupplung kann somit in jedem Fall verzögerungs- und ruckfrei erfolgen.
-
Im neuen Gang j wird schließlich die Last dieses Gangs j am Antriebsmotor aufgebaut und entsprechend steigt das Motormoment M_mot nun etwa kontinuierlich bis zum Erreichen eines Zielwerts entsprechend eines Motorkennfelds an. Die Rückschaltung im Zugbetrieb ist damit abgeschlossen.
-
Bezugszeichen
-
-
- G_pos_ist, G_pos_ist’
- Verlauf der Schaltposition eines Getriebeelements
- i
- Bisheriger Gang
- j
- Neuer Gang
- K_pos
- Verlauf der Schaltposition einer Trennkupplung
- Kpos_ist, Kpos_ist’
- Istverlauf einer Trennkupplungsposition
- M_mot
- Motordrehmoment
- M_mot_soll, M_mot_soll’
- Sollverlauf eines Motordrehmoments
- M_mot_x
- Drehmomentwert
- n_getr_ein, n_getr_ein’
- Getriebeeingangsdrehzahl
- n_mot
- Motordrehzahl
- n_mot_ist, n_mot_ist’
- Istverlauf einer Motordrehzahl
- n_mot_soll, n_mot_soll’
- Sollverlauf einer Motordrehzahl
- P1–P4, P1’–4’
- Betriebspunkte, Beginn einer Schaltphase
- t
- Zeit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4210626 A1 [0010]
- DE 102007043694 A1 [0011]
- DE 102007055720 A1 [0012]
