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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines automatisierten Gruppengetriebes eines Kraftwagens, insbesondere eines Nutzkraftwagens.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind sogenannte Gruppengetriebe bekannt. Derartige Gruppengetriebe werden üblicherweise bei Nutzkraftwagen eingesetzt. Ein solches Gruppengetriebe umfasst ein Hauptgetriebe. Ferner umfasst das Gruppengetriebe wenigstens eine Schaltgruppe, die dem Hauptgetriebe bezogen auf einen Kraft- und/oder Momentenfluss durch das Gruppengetriebe vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist. Eine dem Hauptgetriebe vorgeschaltete Schaltgruppe wird üblicherweise auch als Split-Gruppe oder Vorschaltgruppe bezeichnet, wobei eine dem Hauptgetriebe nachgeschaltete Schaltgruppe üblicherweise auch als Nachschaltgruppe oder als Range-Gruppe oder als Bereichsgruppe bezeichnet wird. Üblicherweise umfasst ein Gruppengetriebe sowohl eine Split-Gruppe als auch eine Range-Gruppe.
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Das Hauptgetriebe ist als Wechselgetriebe ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von einlegbaren beziehungsweise schaltbaren Gängen. Durch Schalten des Hauptgetriebes können die jeweiligen Gänge eingelegt werden, so dass beispielsweise von einem der Gänge in einen anderen der Gänge umgeschaltet werden kann.
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Auch die Schaltgruppe (Split-Gruppe beziehungsweise Range-Gruppe) ist schaltbar. Dabei weist die Schaltgruppe wenigstens zwei schaltbare Stufen auf. Durch Schalten der Schaltgruppe wird eine der Stufen eingelegt beziehungsweise geschaltet, so dass durch Schalten der Schaltgruppe die Stufe gewechselt beziehungsweise zwischen den Stufen hin- und hergeschaltet werden kann.
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Durch die wenigstens zwei Stufen der Schaltgruppe können die Gänge des Hauptgetriebes verdoppelt werden, so dass dann das Gruppengetriebe insgesamt eine Anzahl an Gängen aufweist, die mindestens doppelt so groß ist wie die Anzahl an Gängen des Hauptgetriebes an sich.
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Umfasst das Gruppengetriebe sowohl eine Split-Gruppe als auch eine Range-Gruppe, welche jeweils zwei Stufen aufweisen, so kann die Anzahl an Gängen des Hauptgetriebes vervierfacht werden, so dass das Gruppengetriebe insgesamt eine Anzahl an schaltbaren Gängen aufweist, welche viermal so groß ist wie die Anzahl an Gängen des Hauptgetriebes alleine. Durch die Verwendung eines solchen Gruppengetriebes kann der Nutzkraftwagen äußerst effizient betrieben sowie auf unterschiedlichen Fahrbahnen beziehungsweise Böden bewegt werden.
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Ein solches Gruppengetriebe weist üblicherweise jedoch eine hohe Komplexität, hohe Kosten sowie ein hohes Gewicht auf, da eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten erforderlich ist. Insbesondere sind üblicherweise Synchronisierungselemente zum Synchronisieren der Schaltgruppe erforderlich. Unter „Synchronisieren” beziehungsweise „Synchronisation” wird insbesondere in Bezug auf Getriebe das Angleichen von Drehzahlen zweier sich drehender Getriebeelemente verstanden, welche beim Schalten des Getriebes beziehungsweise des Gruppengetriebes miteinander formschlüssig gekoppelt werden. Vor dem Schalten weisen die Getriebeelemente voneinander unterschiedliche Drehzahlen auf. Da eine formschlüssige Schaltung erfolgt, muss dieser Drehzahlunterschied durch das sogenannte Synchronisieren mindestens nahezu aufgehoben werden.
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Eines dieser Getriebeelemente ist beispielsweise eine Schaltmuffe, wobei das andere Getriebeelement ein Gangrad ist. Das Gangrad ist einem Gang des Hauptgetriebes beziehungsweise einer Stufe der Schaltgruppe zugeordnet. Die Schaltmuffe ist dabei beispielsweise mit einer um eine Drehachse drehbaren Welle drehfest gekoppelt, während das Gangrad als Losrad ausgebildet ist. Das Losrad ist auf der Welle angeordnet, wobei sich die Welle relativ zu dem Losrad drehen kann, wenn das Losrad nicht mit der Schaltmuffe gekoppelt ist. Beim Schalten wird die Schaltmuffe mit dem Gangrad gekoppelt, so dass dadurch das Gangrad mit der Welle über die Schaltmuffe drehfest gekoppelt wird. Ein solches Schalten kann nur dann stattfinden, wenn das in Eingriff zu bringende Losrad des zu schaltenden Ganges beziehungsweise der zu schaltenden Stufe und die Welle die mindestens nahezu gleiche Drehzahl aufweisen, was im Rahmen der Synchronisierung erfolgt.
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Synchrongetriebe und Verfahren zur Synchronisierung beim Schalten von Synchrongetrieben sind beispielsweise aus der
DE 10 2011 088 833 A1 und der
DE 10 2011 080 849 A1 bekannt. Verfahren zur Durchführung von Schaltungen von Gruppengetrieben mit einem unsynchronisierten Hauptgetriebe und einer unsynchronisierten Schaltgruppe sind aus der
WO 2008/107 318 A1 bzw.
EP 2118530 B1 und der
EP 1 438 525 B1 bekannt. Diese bekannten Verfahren sind nur sehr zeitaufwändig durchzuführen da die Räder und Wellen auf ein sehr niedriges Drehzahlniveau gebremst und von dort aus wieder auf die eigentliche Zieldrehzahl beschleunigt werden müssen um Ratschen zu vermeiden. Zudem kann es zu unsauberen, hakeligen Gangwechseln kommen wenn etwa, wie in
EP 1 438 525 B1 vorgeschlagen, das Beschleunigen der Räder und Wellen über das Synchronpaket einer Vorschaltgruppe erfolgt. Hier wird zudem selbstredend eine synchronisierte Vorschaltgruppe vorausgesetzt
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In der
EP 1 838 979 wird ein Ablauf zum Durchführen von Schaltungen von Gruppengetrieben mit einem unsynchronisierten Hauptgetriebe und einer unsynchronisierten Schaltgruppe vorgeschlagen, das eine Optimierung hinsichtlich des unnötigen Verzögerns und Beschleunigens der Räder und Wellen und somit einen schnelleren Synchronisationsvorgang ermöglicht. Allerdings beschränkt sich das Verfahren auf Getriebe mit einer auf dem Getriebeeingang positionierten Getriebebremse und zudem ist das Verfahren nur für Hochschaltungen anwendbar.
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In der
EP 2 037 159 B1 wird ein Ablauf zum Durchführen von Schaltungen von Gruppengetrieben mit einem unsynchronisierten Hauptgetriebe und einer unsynchronisierten Schaltgruppe vorgeschlagen, der das Problem der Rückschaltung löst. Dieses Verfahren beschränkt sich außerdem nicht auf Getriebe mit einer auf dem Getriebeeingang positionierten Getriebebremse. Es wird in dieser Schrift auch bereits ein Vorschlag gemacht wie das Problem der Synchronisierung der Antriebsmaschine unterstützt werden kann, indem bei der Hochschaltung die Getriebebremse zur Unterstützung der Antriebsmaschinensynchronisation angesteuert wird. Um dadurch eine spürbare Verbesserung der Antriebsmaschinensynchronisation zu erreichen ist allerdings eine sehr groß dimensionierte Getriebebremse vorauszusetzen, was für vorliegende Erfindung nicht nötig ist. Außerdem weist das Verfahren Schwächen bei der Kompensierung der prinzipbedingten Nachteile des sequentiellen Schaltablaufs auf, indem die Kupplung zu Beginn der Schaltung vollständig geöffnet sein muss bzw. zum Ende der Schaltung nur teilweise eingerückt werden darf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Schalten eines Gruppengetriebes eines Kraftwagens bereitzustellen, welches ein zeitgünstiges und sauberes Schalten des Gruppengetriebes sowie eine besonders gewichts- und kostengünstige Ausgestaltung des Gruppengetriebes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schalten eines ein Hauptgetriebe und wenigstens eine dem Hauptgetriebe vorgeschaltete oder nachgeschaltete Schaltgruppe umfassenden Gruppengetriebes eines Kraftwagens, insbesondere eines Nutzkraftwagens, werden das Hauptgetriebe und die Schaltgruppe geschaltet. Dies bedeutet, dass die Schaltgruppe wenigstens zwei schaltbare Stufen aufweist, wobei beim Schalten von einer der Stufen zur anderen Stufe gewechselt beziehungsweise geschaltet wird. Ferner bedeutet dies, dass das Hauptgetriebe eine Mehrzahl von schaltbaren Gängen aufweist, wobei von einem der Gänge in einen anderen der Gänge gewechselt beziehungsweise geschaltet wird.
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Der Kraftwagen umfasst eine Trennkupplung, über welche das Gruppengetriebe mit einem Antriebsaggregat, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine koppelbar ist. Die Trennkupplung besitzt an jeder Position ein maximal übertragbares Moment. In ihrer Geschlossen-Position ist dieses maximal übertragbare Moment deutlich größer als das von der Antriebsmaschine maximal zur Verfügung stellbare Moment. Die Position an der kein Moment mehr übertragen wird kann als Trennpunkt bezeichnet werden. Diese Position ist mit den üblicherweise vorhandenen Mitteln (Sensoren, Aktoren) nicht ohne weiteres ermittelbar. In der Regel wird sie durch eine Toleranzbetrachtung der konstruktiven Ausführung der Kupplung als eine Position vorgegeben ab der die Kupplung unter Berücksichtigung aller Toleranzen getrennt sein muss. Diese Position kann auch als vollständig ausgerückt oder geöffnet bezeichnet werden. Einfacher ist es den sogenannten Berührpunkt der Kupplung, auch Kisspoint genannt, zu ermitteln. Der Kisspoint ist eine Position der Kupplung an der diese ein geringes Moment überträgt was sich über die Ermittlung eines definierten Schlupfes einfach ermitteln lässt. Die Kenntnis dieses Kisspoints ist entscheidend für Funktionen wie das Anfahren und wird deswegen laufend ermittelt, angepasst oder nachgeführt indem ein definierter Schlupf anhand der verfügbaren Sensoren ermittelt wird oder indem sich ändernde Randbedingungen wie Temperaturen geeignet berücksichtigt werden. Für das vorliegende Verfahren kann die Kenntnis des Kisspoints vorteilhaft verwendet werden. Im Folgenden sollen folgende Begrifflichkeiten verwendet werden: Wenn von Kupplung öffnen die Rede ist, so ist ein Anfahren derjenigen Kupplungsposition gemeint bei der die Kupplung unter Betrachtung aller Bauteiltoleranzen kein Moment mehr übertragt, folglich vollständig getrennt hat. Wenn von Kupplung schließen die Rede ist, so wird darunter das Anfahren eine Kupplungsposition verstanden bei der die Kupplung mehr Moment überträgt als die Antriebsmaschine zur Verfügung stellt. Wenn von Kupplung teilweise geöffnet die Rede ist, so ist darunter das Anfahren des Kisspoints verstanden, bei dem die Kupplung ein Moment überträgt, das so gering ist, dass die Synchronisation des Getriebes nicht merklich beeinflusst wird. Wenn von Kupplung teilweise einrücken die Rede ist, so ist damit das Einstellen einer Kupplungsposition gemeint, bei dem die Kupplung im Schlupf ist und ein die Synchronisation des Getriebes merklich beeinflussendes Moment erzeugt.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Hauptgetriebe und die Schaltgruppe zeitlich nacheinander mittels wenigstens eines Stellglieds synchronisiert, wobei vor dem jeweiligen Synchronisieren die Trennkupplung teilweise geöffnet wird. Darunter, dass die Trennkupplung teilweise geöffnet wird, wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass die Kupplung ein betragsmäßig kleines Moment überträgt, welches eine unabhängige Synchronisation von Antriebsaggregat und Gruppengetriebe nicht behindert aber die Reaktionszeit der Trennkupplung beim Einrücken auf ein Minimum reduziert. Vorzugsweise bleibt die Trennkupplung während des jeweiligen Synchronisierens teilweise geöffnet und wird erst nach dem Synchronisieren des Hauptgetriebes oder der Nachschaltgruppe wieder geschlossen Damit wird erreicht, dass einerseits die Synchronisierung nicht merklich behindert wird und andererseits die Verzögerungszeit beim anschließenden Schließen der Kupplung eliminiert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stellglied um ein von der Schaltgruppe und dem Hauptgetriebe, insbesondere vom Gruppengetriebe, unterschiedliches Stellglied, welches also beispielsweise nicht auf einer Welle des Hauptgetriebes oder auf einer Welle der Schaltgruppe angeordnet ist. Durch diesen Verfahrensablauf ist eine besonders zeitgünstige sowie saubere Schaltung ohne Hakeln darstellbar. Zudem sind bauraum-, kosten- und gewichtsintensive und in das Gruppengetriebe integrierte Synchronisierungselemente nicht erforderlich. Als Stellglied zum Synchronisieren wird beispielsweise eine Bremseinrichtung zum Abbremsen einer Welle des Gruppengetriebes und/oder das Antriebsaggregat, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine, des Kraftwagens und/oder die Trennkupplung zum Koppeln des Antriebsaggregats mit dem Gruppengetriebe verwendet. Die Bremseinrichtung wird üblicherweise auch als Wellenbremse bezeichnet und umfasst ein erstes Bremselement, welches zum Abbremsen der Welle mit einem mit der Welle drehfest verbundenen, korrespondierenden zweiten Bremselement oder direkt mit einer außenumfangsseitigen Mantelfläche der Welle zusammenwirkt.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Hauptgetriebe als unsynchronisiertes Hauptgetriebe und die wenigstens eine dem Hauptgetriebe vorgeschaltete oder nachgeschaltete Schaltgruppe als unsynchronisierte Schaltgruppe ausgebildet. Hierdurch können der Bauraumbedarf, die Kosten und das Gewicht des Gruppengetriebes besonders gering gehalten werden.
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Durch die mittels des Stellglieds bewirkte Synchronisierung beziehungsweise Synchronisation des Hauptgetriebes und der Schaltgruppe kann auf Synchronisierungselemente wie beispielsweise Reibkegel des Gruppengetriebes verzichtet werden. Mit anderen Worten ist das Hauptgetriebe vorzugsweise als unsynchronisiertes Hauptgetriebe ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Hauptgetriebe keine Synchronisierungselemente beispielsweise zum Synchronisieren von Gangrädern mit Schaltmuffen aufweist.
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Ferner ist vorzugsweise auch die Schaltgruppe als sogenannte unsynchronisierte Schaltgruppe ausgebildet. Dies bedeutet, dass auch die Schaltgruppe keine Synchronisierungselemente zum Synchronisieren zweier Getriebeelemente wie beispielsweise einer Schaltmuffe und korrespondierenden Zahnrädern aufweist. Die Synchronisierung des Hauptgetriebes und der Schaltgruppe wird vielmehr durch eine geeignete Ansteuerung beziehungsweise Regelung des Stellglieds realisiert, wobei auch mehrere Stellglieder wie beispielsweise die Bremseinrichtung, das Antriebsaggregat und die Kupplung verwendet werden können. Hierdurch kann auch eine Zeitspanne, welche zum Schalten des Gruppengetriebes erforderlich ist, gering gehalten werden. Die Synchronisierung des Hauptgetriebes und der Schaltgruppe sowie vorzugsweise auch das Schalten des Hauptgetriebes und das Schalten der Schaltgruppe sind zeitlich sequentialisiert, das heißt zeitlich aufeinander folgend, wobei jeweilige Drehzahlniveaus des Hauptgetriebes und der Schaltgruppe gering gehalten werden können. Dadurch kann auch ein beim Schalten auftretender Drehzahlsprung gering gehalten werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Abtriebswelle des Hauptgetriebes, welche auch als Hauptwelle bezeichnet wird, bei einem eingelegten Gang des Hauptgetriebes synchronisiert wird.
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Ist die Schaltgruppe beispielsweise als dem Hauptgetriebe nachgeschaltete Nachschaltgruppe, das heißt als Range-Gruppe, ausgebildet, und erfolgt eine Hochschaltung der Range-Gruppe, so ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zunächst die Range-Gruppe und zeitlich anschließend das Hauptgetriebe synchronisiert wird. Mit der Hochschaltung der Range-Gruppe geht dabei in der Regel eine Rückschaltung des Hauptgetriebes einher, um den Drehzahlsprung gering zu halten und in einen höheren Gang des Gruppengetriebes insgesamt zu schalten.
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Ist die Schaltgruppe beispielsweise als Range-Gruppe ausgebildet und erfolgt eine Rückschaltung der Range-Gruppe, so ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zunächst das Hauptgetriebe und zeitlich anschließend die Range-Gruppe synchronisiert werden. Eine Rückschaltung der Range-Gruppe geht in der Regel mit einer Hochschaltung des Hauptgetriebes einher, um dadurch den Drehzahlsprung gering zu halten und in einen kleineren Gang des Gruppengetriebes insgesamt zu schalten.
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Ist die Trennkupplung geöffnet, so dass eine Kraft- beziehungsweise Momentenübertragung zwischen dem Antriebsaggregat und dem Gruppengetriebe unterbrochen ist, so kann das Antriebsaggregat unabhängig von der Bremseinrichtung insbesondere hinsichtlich einer Drehzahl einer Abtriebswelle des Antriebsaggregats beeinflusst beziehungsweise eingestellt werden. Hierdurch kann die Schaltzeit gering gehalten werden. Ist die Trennkupplung dagegen teilweise geöffnet, befindet sie sich also im Bereich des Kisspoints, so kann das Antriebsaggregat nach wie vor nahezu unabhängig von der Bremseinrichtung beeinflusst beziehungsweise eingestellt werden und man erreicht weiterhin den Vorteil, dass bei einem anschließenden Einrückvorgang der Kupplung keine Stellverzögerung in Kauf genommen werden muss. Hierdurch kann die gesamte Schaltzeit noch weiter reduziert werden.
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Durch das Verfahren ist es möglich, auf ein Synchronpaket zur Schaltung der Schaltgruppe zu verzichten und ein Klauenpaket zu verwenden. Ein solches Klauenpaket weist eine nur sehr geringe Teileanzahl sowie einfach und kostengünstig herzustellende Teile auf. Darüber hinaus kann dadurch der Bauraumbedarf der Schaltgruppe besonders gering gehalten werden. Somit kann zusätzlicher Bauraum geschaffen werden. Alternativ ist es möglich, bei gleichbleibendem Bauraum höhere Drehmomente zu übertragen. Ferner ermöglicht es das Verfahren, ohnehin vorgesehene Komponenten zur Synchronisation des Gruppengetriebes zu verwenden. Zusätzliche Synchronisationsaktoren sind nicht erforderlich und nicht vorgesehen. Mit anderen Worten ermöglicht es das Verfahren, beispielsweise bei bestehenden Gruppengetrieben mit synchronisierter Schaltgruppe eine solche synchronisierte Schaltgruppe durch eine unsynchronisierte Schaltgruppe zu ersetzen, ohne dass zusätzliche oder modifizierte Synchronisationsaktoren verwendet werden müssten. Ferner ermöglicht es das Verfahren, den Schaltzeitunterschied zu einer Schaltung eines bestehenden Gruppengetriebes mit unsynchronisierter Hauptgruppe und synchronisierter Schaltgruppe so gering zu halten, dass für den Fahrer kein Unterschied spürbar ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird zum Synchronisieren eine Motorbremse der Verbrennungskraftmaschine verwendet. Bei einer solchen Motorbremse arbeitet die Verbrennungskraftmaschine gegen ein von außen auf sie bzw. ihre Abtriebswelle aufgebrachtes Drehmoment, so dass die Drehzahl der Abtriebswelle verringert wird. Bei der Motorbremse werden also Maßnahmen ergriffen, um die Verbrennungskraftmaschine bzw. ihre Abtriebswelle abzubremsen. Hierzu wird beispielsweise die Treibstoffzufuhr unterbrochen. Als Motorbremse kann auch eine Dekompressionsbremse verwendet werden. Hierbei wird das Bremsmoment der Verbrennungskraftmaschine derart erhöht, dass die von der Verbrennungskraftmaschine im Verdichtungstakt geleistete Arbeit für den folgenden Takt ungenutzt gelassen wird. Hierfür werden am Ende des Verdichtungstakts die Auslassventile oder ein zusätzlich eingebautes Ventil geöffnet und damit der Druck in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine abgebaut (dekomprimiert). Dadurch kann im Expansionstakt keine Arbeit mehr an die Kurbelwelle abgegeben werden, da die für die Kompression aufgewendete Energie durch das Entspannen bereits abgeführt wurde. Ein besonders vorteilhafte Art der Drehzahlanpassung mit Motorbremsunterstützung ist in der
EP 2 220 355 A0 beschrieben.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zum Synchronisieren Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht und dadurch eine Drehzahlerhöhung einer Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine bewirkt.
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Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine vorgebbare Zieldrehzahl zum Schalten des Hauptgetriebes und zum anschließenden Einspuren der Schaltgruppe eingestellt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden bei einer Hochschaltung die folgenden Schritte durchgeführt:
Zunächst wird ein Lastabbau des Antriebsaggregats durchgeführt. Zudem wird die Trennkupplung teilweise geöffnet. Das Antriebsaggregat bzw. dessen Abtriebswelle wird (mit Motorbremsunterstützung) auf eine Zieldrehzahl eines einzulegenden bzw. zu schaltenden Anschlussgangs gestellt, wobei zumindest im Wesentlichen zeitgleich die Schaltgruppe, insbesondere die Range-Gruppe geschaltet wird. Dabei wird die Range-Gruppe zunächst in ihrer Neutralstellung geschaltet. Dann wird die Hauptwelle über die Bremseinrichtung auf eine Zieldrehzahl für die nachgeschaltete Range-Gruppe gebracht. Im Anschluss daran wird schließlich die Range-Gruppe geschaltet, das heißt sie wird von ihrer Neutralstellung in eine von der Neutralstellung unterschiedliche Stufe geschaltet, wobei sie vorliegend eine Stufe hochgeschaltet wird.
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Das Hauptgetriebe wird in seine Neutralstellung geschaltet, wobei dies zeitgleich mit der Schaltung der Range-Gruppe erfolgen kann. Alternativ können die Schaltung der Range-Gruppe und das Einlegen der Neutralstellung des Hauptgetriebes zeitlich nacheinander erfolgen. Gegebenenfalls, also für Hochschaltungen, bei welchen ein Wechsel bzw. ein Schalten einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Split-Gruppe des Gruppengetriebes erforderlich ist, wird der Wechsel der Split-Gruppe bzw. ihrer Stufen durchgeführt. Dies kann zeitgleich mit dem Neutralstellung-schalten des Hauptgetriebes beginnen um die Stellzeiten von Split-Gruppe und Hauptgruppe nicht aufzusummieren sondern zu parallelisieren. Während des Wechsels der Split-Gruppe wird die Kupplung im Falle einer Splitrückschaltung teilweise eingerückt, dass ein die Splitsynchronisation unterstützendes und das Durchschalten nicht behinderndes Kupplungsmoment eingestellt wird. Damit wird eine weitere Verkürzung des Gangwechsels erreicht indem die Split-Gruppenschaltung verkürzt und die Kupplung bereits eingerückt wird. Im Falle einer Splithochschaltung bleibt die Kupplung wie während der Synchronisation der Range-Gruppe teilweise geöffnet.
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Anschließend wird die Neutralstellung des Hauptgetriebes abgewartet. Mit anderen Worten wird gewartet, bis sich das Hauptgetriebe in seiner Neutralstellung befindet. Im Anschluss daran wird die Trennkupplung teilweise eingerückt solange die Antriebsmaschine noch nicht, wenigstens ungefähr, die Zieldrehzahl des Anschlussganges erreicht hat und geschlossen wenn die Antriebsmaschine, wenigstens ungefähr, die Zieldrehzahl des Anschlussganges erreicht hat, um eine Vorgelegewelle des Hauptgetriebes auf eine Zieldrehzahl des zu schaltenden Anschlussgangs einzustellen. Im Anschluss daran wird der Anschlussgang im Hauptgetriebe eingelegt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich das Einlegen des Anschlussganges im Hauptgetriebe genau dann zu beginnen, wenn sich über eine Drehzahlextrapolation von Ist- und Zieldrehzahl eine verbleibende Zeit bis zum Erreichen der Zieldrehzahl ergibt, die in der Größenordnung der Stellverzögerung des Ganges im Hauptgetriebe liegt.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn bei einer Rückschaltung die folgenden Schritte durchgeführt werden:
Zunächst wird ein Lastabbau des Antriebsaggregats durchgeführt. Zudem wird die Trennkupplung teilweise geöffnet. Schließlich wir das Antriebsaggregat bzw. dessen Abtriebswelle auf eine Zieldrehzahl des Anschlussgangs gestellt. Dann wird das Hauptgetriebe geschaltet, wobei das Hauptgetriebe zunächst in seine Neutralstellung geschaltet wird. Dann wird – falls erforderlich – die Split-Gruppe entweder jetzt oder nach dem folgenden Verfahrensschritt und vor dem übernächsten Verfahrensschritt gewechselt. Dies kann zeitgleich mit dem Neutralstellung-schalten der Range-Gruppe beginnen um die Stellzeiten von Split-Gruppe und Range-Gruppe nicht aufzusummieren sondern zu parallelisieren. Während des Wechsels der Split-Gruppe wird die Kupplung im Falle einer Splitrückschaltung teilweise eingerückt, dass ein die Splitsynchronisation unterstützendes und das Durchschalten nicht behinderndes Kupplungsmoment eingestellt wird. Damit wird eine weitere Verkürzung des Gangwechsels erreicht indem die Split-Gruppenschaltung verkürzt und die Kupplung bereits eingerückt wird. Im Falle einer Splithochschaltung bleibt die Kupplung wie während der Synchronisation der Hauptgruppe teilweise geöffnet. Im nächsten Verfahrensschritt wird die Vorgelegewelle über die Bremseinrichtung auf die Zieldrehzahl für den Zielgang im Hauptgetriebe gestellt. Dann wird der Zielgang im Hauptgetriebe eingelegt. Gleichzeitig kann die Range-Gruppe in ihre Neutralstellung gestellt werden. Alternativ kann das Einlegen des Ganges im Hauptgetriebe und das Auslegen der Range-Gruppe nacheinander erfolgen. Dann wird abgewartet, bis sich die Range-Gruppe in ihrer Neutralstellung befindet. Daraufhin wird die Trennkupplung geschlossen, um die Hauptwelle auf die Zieldrehzahl des zu schaltenden Gangs bzw. Stufe in der Range-Gruppe zu bringen, woraufhin die zu schaltende Stufe der Range-Gruppe eingelegt wird bzw. die Range-Gruppe eingelegt wird. Als besonders vorteilhaft erweist es sich das Einlegen der Range-Gruppe genau dann zu beginnen, wenn sich über eine Drehzahlextrapolation von Ist- und Zieldrehzahl eine verbleibende Zeit bis zum Erreichen der Zieldrehzahl ergibt, die in der Größenordnung der Stellverzögerung der Range liegt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Schnittansicht eines Gruppengetriebes für einen Kraftwagen, mit einem Hauptgetriebe, einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Vorschaltgruppe und einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Nachschaltgruppe, wobei eine Trennkupplung vorgesehen ist, über welche das Gruppengetriebe mit einem Antriebsaggregat des Kraftwagens koppelbar ist.
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Die Fig. zeigt ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Gruppengetriebe für einen Kraftwagen, beispielsweise in Form eines Nutzkraftwagens. Ferner dient die Fig. zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Schalten des Gruppengetriebes 10. Das Gruppengetriebe 10 umfasst ein Hauptgetriebe 12 mit einer Mehrzahl von schaltbaren Gängen. Vorliegend umfasst das Hauptgetriebe 12 vier schaltbare Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang. Der erste Vorwärtsgang umfasst ein Zahnrad 14. Der zweite Vorwärtsgang umfasst ein Zahnrad 16. Der dritte Gang umfasst ein Zahnrad 18 und der vierte Gang umfasst ein Zahnrad 20. Im Folgenden ist unter „Schalten” oder „Einlegen” oder „Wechseln” eines Gangs zu verstehen, dass einer der Vorwärtsgänge ausgelegt und ein anderer der Vorwärtsgänge eingelegt wird. Bei einer Hochschaltung ist der andere Vorwärtsgang größer als der eine Vorwärtsgang. Bei einer Rückschaltung ist der andere Vorwärtsgang kleiner als der eine Vorwärtsgang. Der Rückwärtsgang umfasst ein Zahnrad 21. Im Folgenden werden die Vorwärtsgänge der Übersicht wegen als „Gänge” bezeichnet. Die Zahnräder 14, 16, 18, 20, 21 werden üblicherweise auch als „Losräder” bezeichnet, da sie auf einer Hauptwelle 22 des Hauptgetriebes 12 angeordnet und an sich relativ zu der Hauptwelle 22 drehbar sind. Die Zahnräder 14, 16, 18, 20 werden üblicherweise auch als „Gangräder” bezeichnet. Die Hauptwelle 22, welche auch als Abtriebswelle bezeichnet wird, ist um eine erste Drehachse drehbar. Über diese Hauptwelle 22 werden Drehmomente aus dem Hauptgetriebe 12 ausgeleitet beziehungsweise von diesem abgeleitet.
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Das Hauptgetriebe 12 umfasst ferner eine Vorgelegewelle 24. Auf der Vorgelegewelle 24 sind Zahnräder 25, 26, 28, 30, 32 angeordnet, wobei die Zahnräder 25, 26, 28, 30, 32 drehfest mit der Vorgelegewelle 24 verbunden sind. Wie aus der Fig. erkennbar ist, kämmt das Zahnrad 25 mit dem Zahnrad 14, das Zahnrad 26 mit dem Zahnrad 16, das Zahnrad 28 mit dem Zahnrad 18 und das Zahnrad 30 mit dem Zahnrad 20. Das Zahnrad 25 kämmt ferner mit einem Zahnrad 34, welches wiederum mit dem Zahnrad 21 des Rückwärtsgangs kämmt. Dadurch ist eine Drehrichtungsumkehr bewirkbar, so dass der Kraftwagen rückwärts gefahren werden kann.
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Das Gruppengetriebe umfasst auch eine dem Hauptgetriebe 12 nachgeschaltete Schaltgruppe, welche auch als Nachschaltgruppe oder als Range-Gruppe 36 oder als Bereichsgruppe bezeichnet wird. Die Range-Gruppe 36 umfasst wenigstens einen Planetenradsatz beziehungsweise ist als Planetengetriebe ausgebildet und umfasst ein Sonnenrad 38 als Eingangselement, Planetenräder 40, einen Planetenträger 42 und ein Hohlrad 44. Die Planetenräder 40 sind an dem Planetenträger 42 drehbar gelagert. Der Planetenträger 42 ist ein Ausgangselement des Planetengetriebes und ist mit einer um eine zweite Drehachse drehbaren Getriebeausgangswelle 46 gekoppelt oder koppelbar. Die zweite Drehachse fällt mit der ersten Drehachse zusammen.
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Vom Hauptgetriebe 12 aus- beziehungsweise abgeleitete Drehmomente können über das Eingangselement der Range-Gruppe 36 in die Range-Gruppe 36 eingeleitet werden. Auf das Ausgangselement können Drehmomente vom Eingangselement übertragen/eingeleitet werden, wobei über das Ausgangselement der Range-Gruppe 36 Drehmomente aus dem Gruppengetriebe 10 insgesamt ausgeleitet beziehungsweise von diesem abgeleitet werden.
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Die Range-Gruppe 36 weist zwei schaltbare Stufen auf. Zum Schalten dieser Stufen sind wenigstens ein Schaltelement 48 und ein Aktor 50 vorgesehen. Diese schaltbaren Stufen weisen voneinander unterschiedliche Übersetzungen auf. Die Range-Gruppe 36 kann geschaltet werden, so dass von einer der Stufen zur anderen Stufe beziehungsweise in die andere Stufe geschaltet werden kann. Durch diese zwei Stufen kann die Anzahl der Gänge des Hauptgetriebes 12 verdoppelt werden, so dass das Gruppengetriebe 10 insgesamt eine Anzahl an schaltbaren Gängen aufweist, welche doppelt so groß ist wie die Anzahl an schaltbaren Gängen des Hauptgetriebes 12 alleine. Das Schaltelement 48 ist zum Schalten der Stufen der Range-Gruppe 36 mittels des Aktor 50 in axialer Richtung der Getriebeausgangswelle 46 relativ zu dieser translatorisch bewegbar, das heißt verschiebbar. Dies ist in der Fig. durch einen Doppelpfeil 52 veranschaulicht.
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Ferner kann die Range-Gruppe 36 auch in eine Neutralstellung geschaltet werden, in der beispielsweise eine Übertragung von Drehmomenten von dem Ausgangselement auf die Getriebeausgangswelle 46 unterbrochen ist. Zum Schalten der Range-Gruppe 36 in die Neutralstellung wird das Schaltelement 48 mittels des Aktors 50 in eine entsprechende Neutrallage bewegt. Der Weg, um den das Schaltelement 48 mittels des Aktors 50 bewegt wird bzw. die Position des Schaltelements 48 wird mittels eines Sensors 54 erfasst. Die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 46 wird mittels eines Sensors 56 erfasst. Die Drehzahl der Hauptwelle 22 wird mittels eines Sensors 58 erfasst. Ferner wird auch die Drehzahl der Vorgelegewelle 24 mittels eines Sensors 60 erfasst.
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Um beispielsweise ausgehend vom höchsten Gang des Hauptgetriebes 12 und ausgehend von der niedrigsten Stufe der Range-Gruppe 36 in den nächst höheren Gang des Gruppengetriebes 10 insgesamt zu schalten, wobei das Hauptgetriebe 12 von seinem höchsten Gang in seinen niedrigsten Gang und die Range-Gruppe 36 von ihrer niedrigsten Stufe in ihre höchste Stufe beziehungsweise in ihre nächsthöhere Stufe geschaltet wird. Die höchste oder nächsthöhere Stufe der Range-Gruppe 36 weist dabei eine geringere Übersetzung auf als die demgegenüber niedrigere bzw. niedrigste Stufe, so dass die höchste Stufe auch als schnelle Stufe oder als schnelle Gruppe und die niedrigste Stufe auch als langsame Stufe oder langsame Gruppe bezeichnet wird. Bei einer Rückschaltung des Gruppengetriebes 10 insgesamt erfolgt der geschilderte Vorgang umgekehrt, so dass hierbei vom niedrigsten Gang des Hauptgetriebes 12 in den höchsten Gang und von der höchsten Stufe der Range-Gruppe 36 in ihre niedrigste Stufe geschaltet wird. Durch diese Vorgänge kann bei eingelegtem höchstem Gang oder bei eingelegtem niedrigstem Gang des Hauptgetriebes 12 in den nächst höheren beziehungsweise nächst kleineren Gang des Gruppengetriebes 10 insgesamt geschaltet werden. Der bei einer Hochschaltung oder Rückschaltung des Hauptgetriebes insgesamt entsprechend einzulegende Gang wird auch als Anschlussgang bezeichnet,
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Das Gruppengetriebe 10 umfasst auch eine dem Hauptgetriebe 12 vorgeschaltete Schaltgruppe, welche auch als Vorschaltgruppe oder als Split-Gruppe 62 bezeichnet wird. Die Split-Gruppe 62 umfasst das Zahnrad 20 und ein Zahnrad 64, welches auf einer Getriebeeingangswelle 66 des Gruppengetriebes 10 angeordnet ist. Auch das Zahnrad 64 ist als Losrad ausgebildet und somit an sich relativ zur Getriebeeingangswelle 66 drehbar. Das Zahnrad 64 kämmt mit dem Zahnrad 32. Die Getriebeeingangswelle 66 ist um eine dritte Drehachse drehbar, wobei die erste Drehachse, die zweite Drehachse und die dritte Drehachse zusammenfalle, das heißt koaxial zueinander angeordnet sind. Die Vorgelegewelle 24 ist um eine vierte Drehachse drehbar, wobei die vierte Drehachse von der ersten Drehachse beabstandet ist.
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Auch die Split-Gruppe 62 umfasst wenigstens zwei schaltbare Stufen, wobei die höhere beziehungsweise höchste Stufe der Split-Gruppe 62 eine geringere Übersetzung aufweist als die demgegenüber niedrigere oder niedrigste Stufe. Daher wird die höchste Stufe auch als schnelle Gruppe oder schnelle Stufe bezeichnet, wobei die niedrigste Stufe beziehungsweise niedrigere Stufe auch als langsame Gruppe oder langsame Gruppe bezeichnet wird.
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Zum Schalten der Stufen der Split-Gruppe sind ein Schaltelement 68, beispielsweise eine Schaltmuffe, und ein Aktor 70 vorgesehen. Mittels des Aktors 70 wird zum Schalten der Stufen das Schaltelement 68 in axialer Richtung relativ zur Getriebeeingangswelle 66 verschoben. Dies ist durch einen Doppelpfeil 72 veranschaulicht. Ist die erste Stufe der Split-Gruppe eingelegt, so ist das Zahnrad 64 über das Schaltelement 68 mit der Getriebeeingangswelle 66 drehfest gekoppelt. Ist die zweite Stufe der Split-Gruppe 62 geschaltet bzw. eingelegt, so ist das Zahnrad 64 von der Getriebeeingangswelle 66 entkoppelt und diese ist unter Ausbildung eines direkten Durchtriebs mit der Hauptwelle 22 drehfest gekoppelt. Die Split-Gruppe 62 weist eine Neutralstellung auf, in welcher keine Drehmomente von der Getriebeeingangswelle 66 auf das Zahnrad 64 oder auf die Hauptwelle 22 übertragbar sind. Der Kraftfluss ist dann unterbrochen.
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In der ersten Stufe der Split-Gruppe 62 ist diese mit dem Hauptgetriebe 12 über die Vorgelegewelle 24 gekoppelt. Dies bedeutet, dass zwischen der Split-Gruppe 62 und dem Hauptgetriebe 12 Drehmomente über die Vorgelegewelle 24 übertragbar sind. Die Position des Schaltelements 68 wird mittels eines Sensors 74 erfasst.
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Um die jeweiligen Vorwärtsgänge des Hauptgetriebes 12 einzulegen, sind die jeweiligen Zahnräder 14, 16, 20 mit der Hauptwelle 22 zu verbinden. Hierzu sind Schaltelemente 76, 78, insbesondere Schaltmuffen vorgesehen, welche – wie durch Richtungspfeile 80, 82 angedeutet ist – in axialer Richtung relativ zur Hauptwelle 22 verschoben werden können. Mittels des Schaltelements 76 ist wahlweise das Zahnrad 14 oder das Zahnrad 16 mit der Hauptwelle 22 drehfest verbindbar. Mittels des Schaltelements 78 ist wahlweise das Zahnrad 18 oder das Zahnrad 20 mit der Hauptwelle 22 drehfest verbindbar. Auch dem Rückwärtsgang ist ein Schaltelement 84, insbesondere eine Schaltmuffe, zugeordnet, welche – wie durch einen Richtungspfeil 86 angedeutet ist, in axialer Richtung relativ zur Hauptwelle 22 verschiebbar ist. Mittels des Schaltelements 84 ist das Zahnrad 21 mit der Hauptwelle 22 drehfest verbindbar. Die Schaltelemente 76, 78, 84 sind jeweils auch in eine Neutralposition bewegbar, so dass keines der Zahnräder 14, 16, 18, 20, 21 mit der Hauptwelle 22 drehfest gekoppelt ist. Dann befindet sich das Hauptgetriebe 12 in seiner Neutralstellung bzw. im Leerlauf, da keine Drehmomente von den Zahnrädern 14, 16, 18, 20, 21 auf die Hauptwelle 22 übertragen werden können.
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Zum Verschieben der Schaltelemente 76, 78, 82 ist ein Aktor 88 vorgesehen, welcher wahlweise das Schaltelement 76 oder 78 oder 84 verschieben kann. Die Position des jeweiligen Schaltelements 76, 78, 84 ist mittels eines Sensors 90 erfassbar. Um Auszuwählen, welches der Schaltelemente 76, 78, 84 durch den Aktor 88 bewegt wird, ist ein Aktor 92 vorgesehen, wobei die Position des Aktors 88 mittels eines Sensors 94 erfasst wird.
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Das Gruppengetriebe 10 umfasst ferner eine Bremse 96 zum Abbremsen der Vorgelegewelle 24. Die Bremse 96 wird auch als Vorgelegewellenbremse bezeichnet und ist beispielsweise als Reibbremse mit einer Mehrzahl von Reiblamellen ausgebildet.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Kraftwagen auch eine Trennkupplung 98 umfasst. Über die Trennkupplung 98 ist das Gruppengetriebe 10 mit einem Antriebsaggregat in Form einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens koppelbar. Die Trennkupplung 98 ist mittels eines Aktors 100 zwischen einer geschlossenen Stellung und wenigstens einer geöffneten Stellung verstellbar. Die Stellung der Trennkupplung 98 wird mittels eines Sensors 102 erfasst. Die Trennkupplung 98 besitzt an jeder Position ein maximal übertragbares Moment. In ihrer Geschlossen-Position ist dieses maximal übertragbare Moment deutlich größer als das von der Verbrennungskraftmaschine maximal zur Verfügung stellbare Moment. Die Position an der kein Moment mehr übertragen wird kann als Trennpunkt bezeichnet werden. Diese Position ist mit den üblicherweise vorhandenen Mitteln (Sensoren, Aktoren) nicht ohne weiteres ermittelbar. In der Regel wird sie durch eine Toleranzbetrachtung der konstruktiven Ausführung der Kupplung als eine Position vorgegeben ab der die Kupplung unter Berücksichtigung aller Toleranzen getrennt sein muss. Diese Position kann auch als vollständig ausgerückt oder geöffnet bezeichnet werden. Einfacher ist es den sogenannten Berührpunkt der Kupplung, auch Kisspoint genannt, zu ermitteln. Der Kisspoint ist eine Position der Kupplung an der diese ein geringes Moment überträgt was sich über die Ermittlung eines definierten Schlupfes einfach ermitteln lässt Die Kenntnis dieses Trennpunkts oder Kisspoints ist entscheidend für Funktionen wie das Anfahren und wird deswegen laufend ermittelt, angepasst oder nachgeführt indem ein definierter Schlupf zwischen einer Abtriebswelle 104 der Verbrennungsmaschine und der Getriebeingangswelle 66 anhand der verfügbaren Sensoren ?? ermittelt wird oder indem sich ändernde Randbedingungen wie Temperaturen geeignet berücksichtigt werden. Ist nun die Trennkupplung 98 geöffnet, so ist das Gruppengetriebe vom Antriebsaggregat vollständig entkoppelt, die Kupplungsposition folglich über dem Trennpunkt. Ist die Trennkupplung geschlossen, so ist das Gruppengetriebe 10 mit dem Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, d. h. es besteht kein Schlupf zwischen der Abtriebswelle 104 der Verbrennungsmaschine und der Getriebeingangswelle 66 und das maximal übertragbare Moment ist größer als das maximal stellbare Antriebsmaschinenmoment. Des Weiteren kann die Kupplung sich zwischen der Geschlossen- und der Geöffnet-Position befinden. Je nachdem ob nun das maximal übertragbare Moment der Kupplung kleiner oder größer als das aktuelle Antriebsmaschinenmoment ist wird sich ein schlupfender oder ein schlupffreier Zustand einstellen. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, wobei die Abtriebswelle 104 eine Kurbelwelle ist.
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Zum Schmieren und Kühlen des Gruppengetriebes 10 wird ein Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, eingesetzt, dessen Temperatur mittels eines Sensors 106 erfasst wird.
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Das Hauptgetriebe 12, die Range-Gruppe 36 und die Split-Gruppe 62 sind jeweils unsynchronisiert bzw. als unsynchronisiertes Getriebe ausgebildet. Dies bedeutet, dass diese keine Synchronisierelemente zum Synchronisieren umfassen. Unter Synchronisieren wird das Angleichen der Drehzahlen zweier drehbarer Getriebeelemente des Hauptgetriebes 12 bzw. der Range-Gruppe 36 bzw. der Split-Gruppe 62 verstanden. Dies bedeutet, dass auch die Range-Gruppe 36 und die Split-Gruppe 62 keinerlei Synchronisierungselemente zum Synchronisieren der Range-Gruppe 36 bzw. der Split-Gruppe 62 aufweisen. Auch hierbei wird unter Synchronisieren das Angleichen der Drehzahlen zweier drehbarer Getriebeelemente der Range-Gruppe 36 bzw. der Split-Gruppe 62 verstanden.
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Um dennoch eine Schaltung des Gruppengetriebes 10 mit einer kurzen Schaltzeit ermöglichen zu können, wird das genannte Verfahren durchgeführt. Im Rahmen des Verfahrens ist es vorgesehen, dass beim Schalten des Gruppengetriebes 10, wobei das Hauptgetriebe 12 und wenigstens eine der Schaltgruppen (Range-Gruppe 36 und/oder Split-Gruppe 62) geschaltet werden, das Hauptgetriebe 12 und die zu schaltende Schaltgruppe zeitlich nacheinander mittels wenigstens eines Stellglieds synchronisiert werden und wobei zeitlich vor dem Synchronisieren des Hauptgetriebes 12 und der zu schaltenden Schaltgruppe die Trennkupplung 98 teilweise geöffnet wird.
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Zunächst wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Hochschaltung beschrieben:
Im Rahmen dieser Hochschaltung wird die höchste Stufe beziehungsweise die nächst höhere Stufe der Range-Gruppe 36 geschaltet, wodurch die Übersetzung der Range-Gruppe 36 reduziert wird. Bei einer Hochschaltung der Range-Gruppe 36 wird bei einem ersten Schritt der Triebstrang des Nutzkraftwagens momentenfrei geschaltet, wobei die Trennkupplung 98 teilweise geöffnet wird. Bei dem ersten Schritt wird die Range-Gruppe 36 in ihre Neutralstellung geschaltet. Dies bedeutet, dass keine Stufe der Range-Gruppe 36 eingelegt beziehungsweise geschaltet ist, so dass keine Drehmomente auf die Getriebeausgangswelle 46 übertragen werden können.
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Bei einem zweiten Schritt wird die Range-Gruppe 36 synchronisiert. Hierzu wird bei einem ersten Teilschritt des zweiten Schritts die Hauptwelle 22 synchronisiert. Diese Synchronisierung der Hauptwelle 22 erfolgt über die Vorgelegewelle 24, welche mit der Hauptwelle 22 gekoppelt ist, da während des zweiten Schritts S2 noch ein Gang des Hauptgetriebes 12 eingelegt beziehungsweise geschaltet ist. Die Synchronisierung der Hauptwelle 22 über die Vorgelegewelle 24 erfolgt mittels eines ersten Stellglieds in Form der Bremse 96. Mittels der Bremse 96 wird die Vorgelegewelle 24 abgebremst, das heißt in ihrer Drehzahl verlangsamt, wodurch auch die mit der Vorgelegewelle 24 gekoppelte Hauptwelle 22 abgebremst beziehungsweise in ihrer Drehzahl reduziert wird. Die Hauptwelle 22 kann über die Vorgelegewelle 24 abgebremst werden, da die Hauptwelle 22 über den eingelegten Gang mit der Vorgelegewelle 24 gekoppelt ist.
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Bei einem zweiten Teilschritt des zweiten Schritts S2 wird das Antriebsaggregat (Verbrennungskraftmaschine) synchronisiert. Diese Synchronisierung erfolgt über ein zweites Stellglied in Form einer Motorbremse beziehungsweise über einen Schleppgradienten. Durch diese Synchronisierung der Verbrennungskraftmaschine wird diese beziehungsweise ihre Kurbelwelle (Abtriebswelle 104) auf eine gewünschte Zieldrehzahl eingestellt, damit später die Trennkupplung 98 einfach wieder geschlossen werden kann.
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Bei einem dritten Schritt des Verfahrens gemäß der dargestellten Ausführungsform wird die Range-Gruppe 36 hochgeschaltet, was auch als „nach Hi stellen” bezeichnet wird.
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Bei einem sich zeitlich an den zweiten Schritt und den dritten Schritt anschließenden, vierten Schritt wird das Hauptgetriebe 12 synchronisiert. Im Rahmen des vierten Schritts wird bei einem dritten Teilschritt des vierten Schritts das Hauptgetriebe 12 in seine Neutralstellung gebracht. Dies bedeutet, dass kein Gang des Hauptgetriebes 12 eingelegt ist. Somit sind die Gangräder, welche auf der Hauptwelle 22 relativ zur Hauptwelle 22 drehbar gelagert sind, nicht mit der Hauptwelle 22 drehfest verbunden, so dass keine Drehmomente zwischen den Gangrädern und der Hauptwelle 22 übertragen werden können. Bei einem vierten Teilschritt des vierten Schritts wird die Trennkupplung 98 geschlossen, und das Hauptgetriebe 12 wird synchronisiert.
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Bei einem fünften Schritt wird schließlich ein vorgebbarer Gang, welcher auch als Zielgang oder Anschlussgang bezeichnet wird, des Hauptgetriebes 12 eingelegt beziehungsweise geschaltet. Sollte im Rahmen des fünften Schritts eine Zahn-auf-Zahn-Stellung erfasst werden, so wird im Rahmen des fünften Schritts diese Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgehoben, indem die zwei miteinander formschlüssig beim Schalten zu koppelnden Getriebeelemente relativ zueinander verdreht werden. Eine solche Zahn-auf-Zahn-Stellung bezeichnet eine Stellung der jeweilige Verzahnungen aufweisenden Getriebeelemente, in denen wenigstens ein Zahn eines ersten der Getriebeelemente in axialer Richtung durch wenigstens einen Zahn des anderen Getriebeelements überdeckt ist.
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Im Folgenden wird die Ausführungsform des Verfahrens bei einer Rückschaltung beschrieben:
Bei der Rückschaltung des Gruppengetriebes 10 wird einem sechsten Schritt der Triebstrang momentenfrei geschaltet, indem die Trennkupplung 98 teilweise geöffnet wird. Ferner wird das Hauptgetriebe 12 beim sechsten Schritt in seine Neutralstellung geschaltet. Bei einem siebten Schritt wird das Hauptgetriebe 12 synchronisiert. Hierbei wird bei einem fünften Teilschritt des siebten Schritts die Vorgelegewelle 24 mittels der Bremse 96 synchronisiert. Bei einem sechsten Teilschritt des siebten Schritts wird die Verbrennungskraftmaschine durch Befeuerung synchronisiert. Dies bedeutet, dass zum Synchronisieren Kraftstoff in wenigstens einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird, wodurch die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bzw. ihrer Abtriebswelle 104 erhöht wird.
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An den siebten Schritt schließt sich zeitlich ein achter Schritt an, in dessen Rahmen die Range-Gruppe 36 synchronisiert wird. Bei einem siebten Teilschritt des achten Schritts wird das Hauptgetriebe 12 in den vorgebbaren Zielgang geschaltet. Bei einem achten Teilschritt des achten Schritts wird die Range-Gruppe 36 in ihre Neutralstellung geschaltet.
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Bei einem neunten Schritt wird die Trennkupplung 98 geschlossen und die Hauptwelle 22 und somit die Range-Gruppe 36 werden synchronisiert, da die Range-Gruppe 36 über ihr Eingangselement mit der Hauptwelle 22 gekoppelt ist. Bei einem zehnten Schritt wird die Range-Gruppe 36 in die gewünschte Stufe der Range-Gruppe 36 geschaltet. Wird im Rahmen des zehnten Schritts eine Zahn-auf-Zahn-Stellung erfasst, so wird diese Zahn-auf-Zahn-Stellung auf die geschilderte Weise behoben beziehungsweise aufgelöst. Insgesamt ist erkennbar, dass der Hochschaltung und der Rückschaltung gemein ist, dass die Synchronisierungen des Hauptgetriebes 12 und der Range-Gruppe 36 zeitlich nacheinander erfolgen und dass die Trennkupplung 98 zu Beginn des Verfahrens, das heißt vor den Synchronisierung teilweise geöffnet wird und vorzugsweise während der ersten Synchronisierungen teilweise geöffnet bleibt, also vorzugsweise erst nach den ersten Synchronisierungen wieder geschlossen wird. Beim Hochschalten wird zunächst die Range-Gruppe 36 und erst daran anschließend das Hauptgetriebe 12 synchronisiert, wobei beim Rückschalten beziehungsweise Runterschalten zunächst das Hauptgetriebe 12 und zeitlich daran anschließend die Range-Gruppe 36 synchronisiert wird.
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Bei dem geschilderten Verfahren gemäß dieser Ausführungsform, bei welchem ein Schalten der Range-Gruppe 36 und des Hauptgetriebes 12 erfolgt, kann auch die Schaltung der Split-Gruppe 62 integriert werden. Die Schaltung der Split-Gruppe 62 bei der Hochschaltung der Range-Gruppe 36 erfolgt beispielsweise zeitlich nachdem oder während das Hauptgetriebe 12 in dessen Neutralstellung geschaltet wird und bevor die Trennkupplung 98 geschlossen wird. Je nach Schaltrichtung der Split-Gruppe 62 bietet sich ein weiteres Einrücken der Trennkupplung 98 an um durch das Kupplungsmoment die Synchronisierung der Split-Gruppe 62 zu unterstützen. Wird die Split-Gruppe 62 an dieser Stelle geschaltet sind die Drehzahlen und damit die Drehzahlsprünge gering, folglich wird ein schneller Wechsel der Split-Gruppe 62 erreicht.
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Bei einer Rückschaltung der Range-Gruppe 36 im Rahmen des Verfahrens gemäß der dieser Ausführungsform erfolgt eine Schaltung der Split-Gruppe 62 beispielsweise nachdem das Hauptgetriebe 12 in dessen Neutralstellung geschaltet wird und bevor das Hauptgetriebe 12 synchronisiert wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft wenn dadurch die an der Vorgelegewelle 24 resultierende Massenträgheit dadurch kleiner wird, folglich die anschließende Verzögerung der Vorgelegewelle 24 durch die Bremse 96 verkürzt wird.
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Je besser die Synchronisierung des Antriebsaggregats vonstattengeht, desto einfacher, zuverlässiger und schneller ist der Schaltvorgang des Gruppengetriebes 10. Eine entsprechend vorteilhafte Synchronisierung des Antriebsaggregats lässt sich durch entsprechend vorteilhaftes Befeuern (Drehzahlerhöhung) oder Abbremsen durch die Motorbremse (Drehzahlreduzierung) realisieren.
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Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass erfasst beziehungsweise überwacht wird, ob sich die Range-Gruppe 36 in ihrer Neutralstellung befindet. Dies kann über jeweilige Drehzahlen des Gruppengetriebes 10 erfolgen. Darüber hinaus ist es von Vorteil, eine definierte Neutralstellung der Range-Gruppe 36 vorzusehen.
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Vorzugsweise wird das Verfahren in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hauptwelle 22 durchgeführt. Hierzu ist beispielsweise der als Drehzahlsensor ausgebildete Sensor 58 vorgesehen, mittels welchem die Drehzahl der Hauptwelle 22 erfasst werden kann. Fällt dieser Drehzahlsensor aus, so ist es gegebenenfalls möglich, die Drehzahl der Hauptwelle 22 über die Drehzahl der Vorgelegewelle 24 zu ermitteln. Die Drehzahl der Vorgelegewelle 24 wird mittels des als Drehzahlsensor ausgebildeten Sensors 60 erfasst. Bei eingelegtem Gang des Hauptgetriebes 12 ist die Hauptwelle 22 mit der Vorgelegewelle 24 gekoppelt, so dass im Rahmen einer Ersatzwertbildung in Abhängigkeit von der Übersetzung des eingelegten Gangs und aus der Drehzahl der Vorgelegewelle 24 die Drehzahl der Hauptwelle 22 berechnet werden kann. Da bei der Range-Gruppe 36 keine Synchronisierungselemente vorgesehen sind, kann das Schalten der Range-Gruppe 36 mittels des Aktors 50 mit einer nur sehr geringen Betätigungskraft erfolgen, da Synchronisationskräfte nicht aufgebracht werden müssen. Hierdurch kann das Gewicht und der Bauraumbedarf des Aktors 50 und somit der Range-Gruppe 36 insgesamt gering gehalten werden. Auch die Schaltung des Hauptgetriebes 12 und/oder der Split-Gruppe 62 erfolgt automatisch mittels des jeweiligen, wenigstens einen Aktors 88, 92, 100.
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Darüber hinaus können besonders einfache und somit zeit- und kostengünstig herzustellende Verzahnungen verwendet werden. Zudem ist es möglich, lediglich Schaltungen der Range-Gruppe 36 vorzusehen. Dies kann beispielsweise für einen Baustelleneinsatz des Kraftwagens vorteilhaft sein, insbesondere bei einer Fahrt aus einer Ebene in eine Steigung. Hierdurch kann in besonders kurzer Zeit beispielsweise eine Schaltung vom zehnten in den vierten Gang des Gruppengetriebes 10 insgesamt realisiert werden, wobei das Gruppengetriebe 10 beispielsweise zwölf Gänge aufweist.
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Zusammenfassend kann die dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Hochschaltung wie folgt beschrieben werden:
Zunächst wird ein Lastabbau des Antriebsaggregats durchgeführt. Zudem wird die Trennkupplung 98 teilweise geöffnet. Das Antriebsaggregat bzw. dessen Abtriebswelle 104 wird auf eine Zieldrehzahl des Anschlussgangs gestellt, wobei zumindest im Wesentlichen zeitgleich die Schaltgruppe, insbesondere die Range-Gruppe 36 geschaltet wird. Dabei wird die Range-Gruppe 36 zunächst in ihrer Neutralstellung geschaltet. Dann wird die Hauptwelle 22 über die Bremse 96 auf eine Zieldrehzahl für die nachgeschaltete Range-Gruppe 36 gebracht. Im Anschluss daran wird schließlich die Range-Gruppe 36 geschaltet, das heißt sie wird von ihrer Neutralstellung in eine der Stufen geschaltet, wobei sie vorliegend eine Stufe hochgeschaltet wird.
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Das Hauptgetriebe 12 wird in seine Neutralstellung, wobei dies zeitgleich mit der Schaltung der Range-Gruppe 36 erfolgen kann. Alternativ können die Schaltung der Range-Gruppe 36 und das Einlegen der Neutralstellung des Hauptgetriebes 12 zeitlich nacheinander erfolgen.
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Gegebenenfalls, also für Hochschaltungen, bei welchen ein Wechsel bzw. ein Schalten der Split-Gruppe 62 erforderlich ist, wird der Wechsel der Split-Gruppe 62 bzw. ihrer Stufen durchgeführt.
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Anschließend wird die Neutralstellung des Hauptgetriebes 12 sowie gegebenenfalls das Einlegen der Split-Gruppe 62 abgewartet. Mit anderen Worten wird gewartet, bis sich das Hauptgetriebe 12 in seiner Neutralstellung befindet. Im Anschluss daran wird die Trennkupplung 98 geschlossen, um die Vorgelegewelle 24 auf eine Zieldrehzahl des zu schaltenden Anschlussgangs einzustellen. Im Anschluss daran wird der Anschlussgang im Hauptgetriebe 12 eingelegt.
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Zusammenfassend kann die dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Rückschaltung wie folgt beschrieben werden:
Zunächst wird ein Lastabbau der Verbrennungskraftmaschine (Antriebsaggregat) durchgeführt. Zudem wird die Trennkupplung 98 teilweise geöffnet. Schließlich wir die Verbrennungskraftmaschine bzw. dessen Abtriebswelle 104 auf eine Zieldrehzahl des Anschlussgangs gestellt. Dann wird das Hauptgetriebe 12 geschaltet, wobei das Hauptgetriebe 12 zunächst in seine Neutralstellung geschaltet wird. Dann wird – falls erforderlich – die Split-Gruppe 62 entweder jetzt oder nach dem folgenden Verfahrensschritt und vor dem übernächsten Verfahrensschritt gewechselt. In diesem nächsten Verfahrensschritt wird die Vorgelegewelle 24 über die Bremse 96 auf die Zieldrehzahl für den Zielgang im Hauptgetriebe 12 gestellt. Dann wird der Zielgang eingelegt. Gleichzeitig kann die Range-Gruppe 36 in ihre Neutralstellung gestellt werden. Dann wird abgewartet, bis sich die Range-Gruppe 36 in ihrer Neutralstellung befindet. Daraufhin wird die Trennkupplung 98 geschlossen, um die Hauptwelle 22 auf die Zieldrehzahl des von der Neutralstellung unterschiedlichen zu schaltenden Gangs bzw. Stufe in der Range-Gruppe 36 zu bringen, woraufhin die zu schaltende Stufe der Range-Gruppe 36 eingelegt wird bzw. die Range-Gruppe 36 eingelegt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088833 A1 [0009]
- DE 102011080849 A1 [0009]
- WO 2008/107318 A1 [0009]
- EP 2118530 B1 [0009]
- EP 1438525 B1 [0009, 0009]
- EP 1838979 [0010]
- EP 2037159 B1 [0011]
- EP 2220355 A0 [0025]
