DE102014213514A1

DE102014213514A1 - Ermittlung einer Fahrzeuggetriebewellendrehzahl mittels eines Beschleunigungssensors

Info

Publication number: DE102014213514A1
Application number: DE102014213514.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Graf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2016-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Drehzahl (nab, nein) einer drehbaren Welle (1a, 1b, 1c) eines Fahrzeuggetriebes (1), wobei Schwingungssignale der Welle (1a, 1b, 1c) mittels zumindest eines Beschleunigungssensors (5, 5‘) an einem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes (1) erfasst werden und dass anhand der Schwingungssignale die Drehzahl (nab, nein) der Welle (1a, 1b, 1c) ermittelt wird. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechend ausgeführtes Steuergerät (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Drehzahl einer drehbaren Welle eines Fahrzeuggetriebes. Die Erfindung betrifft auch ein Getriebesteuergerät für ein Fahrzeuggetriebe zur Ausführung des Verfahrens.
Im Fahrzeugbau sind induktiv arbeitende Drehzahlsensoren sowie Hall-Effekt basierte Drehzahlsensoren bekannt. Des Weiteren sind optische Drehzahlsensoren bekannt, welche im Fahrzeugbau allerdings wenig verbreitet sind. Diese Drehzahlsensoren haben gemein, dass sie jeweils ein Geberelement sowie ein Nehmerelement benötigen, um die Drehzahl zu ermitteln. Das Geberelement ist dabei an dem drehenden Bauteil, beispielsweise einer Getriebewelle, angeordnet. Das Nehmerelement ist unmittelbar benachbart zu dem Geberelement angeordnet. Somit müssen Geberelement und Nehmerelement immer in unmittelbarer Nähe zu dem drehenden Bauteil angeordnet sein, wodurch sich Bauraumprobleme ergeben können.
Aus der DE 10 2010 021 186 A1 ist ein Verfahren zur Drehzahlerfassung eines drehbaren Bauteils bekannt. Bei diesem Verfahren werden Schwingungssensoren zur Ermittlung der Drehzahl genutzt. Die Verwendung eines derartigen Verfahrens im Fahrzeugbau ist bisher nicht bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehzahl einer drehbaren Welle eines Fahrzeuggetriebes kostengünstig und unter Umgehung von Bauraumproblemen zu ermitteln.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Getriebesteuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon ergeben sich jeweils aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Demgemäß wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Drehzahl einer drehbaren Welle eines Fahrzeuggetriebes vorgeschlagen, bei dem mechanische Schwingungen der Welle mittels zumindest eines Beschleunigungssensors an einem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes erfasst werden und dann anhand der ermittelten mechanischen Schwingungen die Drehzahl der Welle ermittelt wird.
Hierdurch kann die Drehzahl der Welle an einem zur Welle beabstandeten Ort des Fahrzeuggetriebes ermittelt werden. Dieser Ort kann flexibel an dem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes ausgewählt werden, wodurch sich keine Bauraumprobleme ergeben. Des Weiteren werden keine Geberelemente an der drehbaren Welle benötigt, wodurch das Verfahren sehr kostengünstig ist. Voraussetzung ist, dass die mechanischen Schwingungen der Welle an den Ort, an dem der Beschleunigungssensor angebracht ist, übertragen werden.
Kerngedanke der Erfindung ist es, dass Getriebewellen sowie die entsprechenden Wellenlagerungen immer mit einer gewissen Unwucht behaftet sind. Bei einer Rotation der Welle kommt es hierdurch zu mechanischen Schwingungen welche sich über die Wellenlagerung auf das Gehäuse des Fahrzeuggetriebes übertragen. Insbesondere die Frequenzen der Schwingungen sind dabei von der Drehzahl der Welle abhängig. Die Schwingungen können von einem Beschleunigungssensor, der mechanisch an das Gehäuse des Fahrzeuggetriebes angebunden ist, erfasst werden. Die von dem Beschleunigungssensor erfassten mechanischen Schwingungen können dann in einer elektronischen Auswertungsschaltung analysiert werden und daraus die Drehzahl der Welle ermittelt werden.
Demgemäß ist die drehbare Welle insbesondere in dem Fahrzeuggetriebe drehbar gelagert. Der Beschleunigungssensor ist insbesondere an einem Gehäuseteil des Fahrzeuggetriebes angeordnet, an welchem die Schwingungen der Welle besonders gut erfassbar sind. Dies kann außerhalb oder innerhalb des Gehäuses sein. Der Beschleunigungssensor steht insbesondere direkt im mechanischen Kontakt mit dem Gehäuse. Dadurch können die mechanischen Schwingungen der Welle besonders gut von dem Gehäuse auf den Sensor übertragen werden. Insbesondere kann der Beschleunigungssensor an das Gehäuse angepresst sein, beispielsweise mittels eines Federelementes oder dergleichen. Auch dadurch ist eine besonders gute Übertragung der Schwingungen auf den Beschleunigungssensor möglich.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Welle um eine Antriebswelle, also eine Eingangswelle, oder eine Abtriebswelle, also eine Ausgangswelle, des Fahrzeuggetriebes. Mittels einer solchen Antriebswelle wird ein Drehmoment von außen in das Fahrzeuggetriebe hineingeführt. Mittels einer solchen Abtriebswelle wird ein Drehmoment von dem Fahrzeuggetriebe nach außen hinausgeführt. Die Drehzahlen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes sind im Fahrzeugantriebsstrang von besonderer Bedeutung und werden daher regelmäßig mittels Sensoren ermittelt. Das Verfahren kann auch ausgeführt sein, um die Drehzahl sowohl der Antriebswelle, als auch der Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes zu ermitteln. In diesem Fall erfasst der Beschleunigungssensor die mechanischen Schwingungen beider Wellen aus welchen dann die jeweilige Drehzahl ermittelt wird. Ebenso kann das Verfahren dazu eingesetzt werden, um die Drehzahl einer oder mehrerer Zwischenwellen des Fahrzeuggetriebes entsprechend zu ermitteln. Bei einer solchen Zwischenwelle handelt es sich beispielsweise um eine Vorgelegewelle eines als Vorgelegegetriebe ausgeführten Fahrzeuggetriebes.
Bei dem Fahrzeuggetriebe handelt es sich insbesondere um ein mehrstufiges Fahrzeuggetriebe. Ein derartiges mehrstufiges Fahrzeuggetriebe verfügt über mehrere unterschiedliche Gangübersetzungen, welche selektiv einlegbar sind. Die Gangübersetzungen können manuell einlegbar ausgeführt sein (manuelles Fahrzeuggetriebe) oder die Gangübersetzungen können automatisch einlegbar ausgeführt sein (Automatikgetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe). Bei dem Fahrzeuggetriebe kann es sich allerdings auch um ein Verteilergetriebe, wie beispielsweise ein Allradverteilergetriebe oder ein Achsverteilergetriebe, eines Fahrzeugs handeln. Ein solches Verteilergetriebe verfügt häufig über eine feste Übersetzung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Bei dem Fahrzeug, an dem das Fahrzeuggetriebe angeordnet ist bzw. für welches das Fahrzeuggetriebe bestimmt ist, handelt es sich insbesondere um ein Personenkraftfahrzeug (PKW) oder um ein Lastkraftfahrzeug (LKW).
Vorzugsweise ist in dem Verfahren ein Filter vorgesehen, welcher die erfassten Schwingungen in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern des Fahrzeuggetriebes oder Fahrzeugs, an welchem das Fahrzeuggetriebe angeordnet ist, filtert. Dabei wird anschließend anhand der gefilterten Schwingungen die Drehzahl der Welle bestimmt. Hierdurch können mechanische Schwingungen, die nicht von derjenigen Welle stammen, deren Drehzahl ermittelt werden sollen, herausgefiltert werden. Somit wird die Güte, mit welcher die Drehzahl ermittelt wird, verbessert. Als geeignete Parameter können insbesondere eine Antriebsmotordrehzahl des Fahrzeugs und/oder eine Raddrehzahl des Fahrzeugs sowie eine momentan eingelegte Gangübersetzung des Fahrzeuggetriebes genutzt werden. Diese Parameter werden insbesondere im Betrieb des Fahrzeuggetriebes ermittelt und auf den Filter angewendet, beispielsweise unmittelbar nach Ermittlung. oder sie werden dem Filter fest vorgegeben, insbesondere dauerhaft fest vorgegeben. Vorzugsweise wird ein Fangbereich des Filters in Abhängigkeit des bzw. der Parameter des Fahrzeuggetriebes oder Fahrzeugs angepasst. Bei dem Fangbereich handelt es sich insbesondere um einen Frequenzbereich, in welchem der Filter durchlässig für Schwingungssignale ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Filter daher um einen Bandpassfilter, dessen durchlässiger Filterbereich in Abhängigkeit des bzw. der Parameter angepasst wird.
Vorzugsweise sind mehrere Beschleunigungssensoren an unterschiedlichen Orten des Gehäuses des Fahrzeuggetriebes angeordnet. Dabei wird die Drehzahl der Welle anhand der von dieser Mehrzahl an Beschleunigungssensoren erfassten Schwingungen ermittelt. Auch hierdurch kann die Güte verbessert werden, mit welcher die Drehzahl ermittelt wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zusätzlich eine Ortsposition der Welle ermittelt oder abgeschätzt wird, an welcher sich die Welle im Getriebe befindet. Hierdurch kann sehr genau diejenige Welle bestimmt werden, deren Drehzahl gerade ermittelt wird. Damit ist es beispielsweise möglich, sehr genau zwischen der ermittelten Drehzahl der Antriebswelle und der ermittelten Drehzahl der Abtriebswelle zu differenzieren. Hierbei wird die Ortsposition der Welle vorzugsweise anhand einer Phasendifferenz zwischen den von den mehreren Beschleunigungssensoren erfassten mechanischen Schwingungen ermittelt.
Der Beschleunigungssensor kann ein baulich separater Sensor bilden oder baulich innerhalb eines Steuergerätes, wie beispielsweise einem Getriebesteuergerät, angeordnet sein. Die Erfindung bezieht sich dementsprechend auch auf ein Getriebesteuergerät für ein Fahrzeuggetriebe mit zumindest einem solchen Beschleunigungssensor (baulich getrennt voneinander oder ineinander integriert). Dabei ist das Getriebesteuergerät zur Ausführung des obig erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt.
Das Getriebesteuergerät ist insbesondere so ausgeführt, dass es anhand der ermittelten Drehzahl der Getriebewelle und gegebenenfalls weiterer Parameter des Fahrzeuggetriebes oder des Fahrzeugs, an welchem das Fahrzeuggetriebe angeordnet ist, eine von mehreren unterschiedlichen Gangübersetzungen des Fahrzeuggetriebes auswählt und mittels Aktoren des Fahrzeuggetriebes automatisch einlegt. Dementsprechend handelt es sich bei dem Getriebesteuergerät insbesondere um ein solches, welches für ein Automatikgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe bestimmt ist.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Beschleunigungssensor, der zur Ermittlung der Drehzahl der Welle genutzt wird, so innerhalb des Steuergerätes angeordnet, dass der Beschleunigungssensor mit dem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes unmittelbar in Kontakt steht, wenn das Getriebesteuergerät an dem Fahrzeuggetriebe bestimmungsgemäß angebracht ist. Der Beschleunigungssensor kann dabei beispielsweise gefedert in dem Getriebesteuergerät gelagert sein, und zwar so, dass er gegen das Gehäuse des Fahrzeuggetriebes federbelastet gepresst wird, wenn das Getriebesteuergerät an dem Fahrzeuggetriebe angebracht bzw. montiert ist. Hierdurch werden die Schwingungen der Welle besonders gut über das Getriebegehäuse auf den Beschleunigungssensor übertragen, wodurch dieser eine besonders exakte Ermittlung der Drehzahl ermöglicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Darstellung näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen:
1, ein Fahrzeugantriebsstrang in einer Draufsicht,
2, eine Seitenansicht eines Fahrzeuggetriebes,
3, eine Seitenansicht eines Fahrzeuggetriebes,
4, einen Schnitt durch ein Fahrzeuggetriebe,
5, ein von einem Beschleunigungssensor ermitteltes Frequenzspektrum,
6, ein Aufbau eines Getriebesteuerungssystems,
7, erfasste Schwingungsverläufe eines ersten und zweiten Beschleunigungssensors eines Fahrzeuggetriebes.
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder zumindest funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Draufsicht auf einen schematisch dargestellten Fahrzeugantriebsstrangs, in welchem die vorliegende Erfindung einsetzbar ist. Im Detail handelt es sich um einen sogenannten front-längs-Fahrzeugantriebsstrang, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Erfindung auch in einem sogenannten front-quer-Fahrzeugantriebsstrang einsetzbar ist sowie in anderen Konfigurationen eines Fahrzeugantriebsstranges.
Der Fahrzeugantriebsstrang verfügt beispielhaft über ein mehrstufiges Fahrzeuggetriebe 1, einen Antriebsmotor 2, ein Verteilergetriebe 3 sowie über Fahrzeugräder 4. Das Fahrzeuggetriebe 1 verfügt über ein Gehäuse, innerhalb dessen Getriebewellen 1a, 1b, 1c drehbar gelagert sind. Die Wellen 1a, 1b, 1c übertragen ein von dem Antriebsmotor 2 bereitgestelltes Drehmoment auf das (Achs-)Verteilergetriebe 3, welches das Drehmoment an die Fahrzeugräder 4 einer Hinterachse abgibt. Bei der Welle 1a handelt es sich um eine Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes 1, und bei der Welle 1b handelt es sich um eine Abtriebswelle des Fahrzeuggetriebes 1, und bei der Welle 1c handelt es sich um eine Vorgelegwelle des Fahrzeuggetriebes 1.
Wie in 1 dargestellt, kann der Fahrzeugantriebsstrang des Weiteren über ein optionales (Allrad-)Verteilergetriebe 3‘ verfügen, welches das von der Abtriebswelle 1b abgegebene Drehmoment zumindest zum Teil auf eine Vorderachse weiterleiten kann, um über ein weiteres (Achs-)Verteilergetriebe 3‘‘ vordere Fahrzeugräder 4 anzutreiben.
Die Erfindung sieht nun vor, dass zumindest ein Beschleunigungssensor 5 an zumindest einem der Fahrzeuggetriebe 1, 3, 3‘, 3‘‘ angeordnet ist, welcher mechanische Schwingungen der jeweils in dem Getriebe 1, 3, 3‘, 3‘‘ gelagerten Welle(n), beispielsweise Welle 1a und/oder 1b und/oder 1c, erfasst und dass anhand dieser erfassten Schwingungen die Drehzahl der jeweiligen Welle, beispielsweise der Welle 1a, 1b, 1c, ermittelt wird.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des mehrstufigen Fahrzeuggetriebes 1 aus 1. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Wellen 1a, 1b, 1c in einem Gehäuse des Getriebes 1 drehbar gelagert sind. Mechanische Schwingungen der Wellen 1a, 1b, 1c, welche bei einer Rotation dieser Wellen 1a, 1b, 1c auftreten, werden somit auf das Gehäuse übertragen. An dem Gehäuse können diese Schwingungen mittels eines Beschleunigungssensors 5 (siehe beispielsweise 3) erfasst werden. Das Auftreten der Schwingungen ist von der Drehzahl der jeweiligen Welle 1a, 1b, 1c abhängig, insbesondere ist die Schwingungsfrequenz von der Drehzahl abhängig. Wie in 3 dargestellt, ist daher zumindest ein Beschleunigungssensor 5 an dem Getriebegehäuse angeordnet. Dies kann wie in 3 dargestellt beispielsweise an einem Gehäuseteil außen an dem Gehäuse erfolgt sein. Alternativ kann der Beschleunigungssensor 5 auch an einem Gehäuseteil im Inneren des Gehäuses angeordnet sein. Des Weiteren können ein oder mehrere weitere Beschleunigungssensoren 5‘ an dem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes 1 angeordnet sein. Diese können dann ebenfalls zur Ermittlung der Drehzahl der Welle 1a, 1b, 1c genutzt werden.
Bei dem mehrstufigen Fahrzeuggetriebe 1 handelt es sich insbesondere um ein sogenanntes Automatikgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe. Bei einem derartigen Fahrzeuggetriebe sind mehrere selektiv auswählbare Gangübersetzungen vorgesehen. Die momentan erforderlichen Gangübersetzungen wird mithilfe eines Getriebesteuergerätes des Fahrzeuggetriebes 1 ermittelt und mittels Aktoren des Fahrzeuggetriebes 1 eingelegt. Ein Getriebesteuergerät des Fahrzeuggetriebes 1 dient dementsprechend vorzugsweise dazu, um eine geeignete Gangübersetzung des Fahrzeuggetriebes 1 auszuwählen und mittels Aktoren des Fahrzeuggetriebes 1 einzulegen. Ein Getriebesteuergerät für ein Verteilergetriebe 3, 3‘, 3‘‘ (siehe 1) dient insbesondere dazu, um eine Verteilung eines Antriebsdrehmoments auf die jeweiligen Ausgänge des Verteilergetriebes 3, 3‘, 3‘‘ zu bestimmen und/oder mittels Aktoren vorzunehmen. Beispielsweise zur Einstellung einer Antriebsdrehmomentverteilung zwischen einer Vorder- und Hinterachse (Allradverteilergetriebe 3) oder zur Einstellung einer Antriebsdrehmomentverteilung zwischen rechter und linker Fahrzeugseite (Achsverteilergetriebe 3‘, 3‘‘).
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Querschnittes eines Fahrzeuggetriebes 1. Beispielsweise handelt es sich bei dem Fahrzeuggetriebe 1 um das mehrstufige Fahrzeuggetriebe 1 aus 1. Das Fahrzeuggetriebe 1 verfügt über ein am äußeren des Getriebegehäuses angeordnetes Getriebesteuergerät 6. Das Getriebesteuergerät 6 kann alternativ auch im Inneren des Getriebes 1 angeordnet sein. Innerhalb des Fahrzeuggetriebes 1 befindet sich die Welle 1a, 1b, 1c. Die Welle 1a, 1b, 1c ist innerhalb des Getriebes 1 drehbar gelagert. Somit werden mechanische Schwingungen der Welle 1a, 1b, 1c auf das Gehäuse des Getriebes 1 übertragen, sowie auf das Steuergerät 6. Das Getriebesteuergerät 6 kann auch in bzw. an dem Verteilergetriebe 3, 3‘, 3‘‘ der 1 vorgesehen sein, wo es dann unter anderem zur Drehzahlermittlung einer entsprechenden Welle des Verteilergetriebes 3, 3‘, 3‘‘ einsetzbar ist.
Das Steuergerät 6 verfügt in dessen Inneren über den Beschleunigungssensor 5. Dieser liegt mit einer Seite direkt an dem Getriebegehäuse an, wodurch mechanische Schwingungen des Getriebegehäuses unmittelbar auf den Beschleunigungssensor 5 übertragen werden. Vorzugsweise wird der Beschleunigungssensor 5 von einer dem Getriebegehäuse gegenüberliegenden Seite mittels eines Federelementes 7 gegen das Getriebegehäuse gepresst. Dementsprechend kann der Beschleunigungssensor 5, wie in 4 gezeigt, in dem Steuergerät 6 federnd gelagert sein und zwar derart, dass der Beschleunigungssensor 5 mit dem Getriebegehäuse federbelastet unmittelbar in Kontakt steht und an dieses gepresst wird, wenn das Getriebesteuergerät 6 an dem Fahrzeuggetriebe 1 angebracht bzw. montiert ist. Alternativ kann der Beschleunigungssensor 5 auch anderweitig an das Getriebegehäuse angebunden sein, beispielsweise geschraubt oder geklebt oder geklipst.
Im Inneren des Steuergerätes 6 befindet sich ein Steuermodul (ECU, TCU), welches für die Steuerung und/oder Regelung der Getriebefunktionen, beispielsweise die Auswahl der geeigneten Gangübersetzungen und/oder Ansteuerung der Aktoren des Fahrzeuggetriebes 1, zuständig ist. Zur Ermittlung der Drehzahl der Welle 1a, 1b, 1c ist das Steuermodul 8 über eine Signalleitung mit dem Beschleunigungssensor 5 verbunden. Hierdurch werden die von dem Beschleunigungssensor 5 erfassten Schwingungen, beispielsweise in Form von zu den erfassten Schwingungen korrespondierende elektrische Signale, an das Steuermodul 8 ausgegeben. Innerhalb des Steuermoduls 8 erfolgt dann die eigentliche Ermittlung der Drehzahl der Welle 1a, 1b, 1c anhand der vom Beschleunigungssensor 5 erfassten und an das Steuermoduls 8 ausgegebenen Schwingungssignale.
5 zeigt vereinfacht ein von einem Beschleunigungssensor an einem Fahrzeuggetriebe erfasstes Frequenzspektrum, beispielsweise des Beschleunigungssensors 5, 5‘ aus 1, 3 oder 4. Das Frequenzspektrum zeigt im Wesentlichen zwei Spektrallinien. Aufgrund des charakteristischen Frequenzmusters der Schwingungen innerhalb der jeweiligen Spektrallinie kann geschlossen werden, welche der Getriebewellen ursächlich für die jeweilige Spektrallinie ist. Beispielsweise ist die Drehzahl am Getriebeeingang, also an der Antriebswelle 1a, normalerweise größer als die Drehzahl an dem Getriebeausgang, also der Ausgangswelle 1b. Dementsprechend ist die Spektrallinie, welche einen größeren Anteil an Schwingungen mit hohen Frequenzen aufweist, der Antriebswelle 1a zuzuordnen, während die Spektrallinie, welche mehrheitlich Schwingungen mit niedrigen Schwingungsfrequenzen aufweist, der langsam drehenden Abtriebswelle 1b zuzuordnen. In diesem Fall ist die Spektrallinie x also der Abtriebswelle 1b zuzuordnen und die Spektrallinie y der Antriebswelle 1a zuzuordnen. Anhand der Frequenzen kann dann die jeweilige Drehzahl der Welle 1a, 1b ermittelt werden.
Das reale Frequenzspektrum eines Fahrzeuggetriebes ist selbstverständlich wesentlich komplexer, da weitere Schwingungseinflüsse hinzukommen, wie beispielsweise durch den Antriebsmotor sowie durch Getriebezahnräder und deren Zahneingriffe und durch Straßenverhältnisse etc. Dementsprechend treten in der Realität deutlich mehr Spektrallinien auf. Um die Genauigkeit der Drehzahlermittlung zu erhöhen, ist es daher vorgesehen, dass ein Filter diejenigen Schwingungen, die von dem Beschleunigungssensor erfasst werden, in Abhängigkeit von bekannten Parametern des Fahrzeuggetriebes und/oder des Fahrzeugs bzw. des Fahrzeugantriebsstranges filtert. Anhand dieser gefilterten Schwingungssignale wird anschließend diejenige Wellendrehzahl, die von Interesse ist, ermittelt. Als Filter ist hierzu insbesondere ein Hochpassfilter, ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter vorgesehen. Vorzugsweise wird der Fangbereich des Filters in Abhängigkeit zumindest einer der Parameter angepasst. Ein geeigneter Parameter ist beispielsweise eine Drehzahl des Antriebsmotors 2 des Fahrzeugantriebsstranges und/oder einer Drehzahl eines Rades 4 des Fahrzeugantriebsstranges. Des Weiteren kann als Parameter alternativ oder zusätzlich eine momentan im Fahrzeuggetriebe 1 eingelegte Gangübersetzung genutzt werden. Wie in 5 dargestellt, kann hierdurch der Fangbereich x‘, y‘ des Filters auf die jeweilige Spektrallinie x, y eingegrenzt werden. Hierdurch werden Schwingungsfrequenzen außerhalb des Fangbereichs x‘, y‘ bei der Ermittlung der Drehzahl außer Acht gelassen.
6 zeigt beispielhaft ein Steuerungssystem für das Fahrzeuggetriebe 1 der 1. Das Steuerungssystem verfügt über ein Getriebesteuergerät 6, aufweisend einen darin integrierten ersten Beschleunigungssensor 5 sowie ein Steuermodul 8. Das Steuerungssystem verfügt zudem über einen Datenbus 9, über einen zweiten Beschleunigungssensor 5‘ und über ein ABS (Antiblockiersystem). Das Steuermodul 8 des Getriebesteuergerätes 6 erhält vom ABS über den Datenbus 9 Signale zu den Drehzahlen n_Rad der Fahrzeugräder 4. Des Weiteren erhält das Steuermodul 8 über den Datenbus 9 zumindest ein Signal zu einer Drehzahl n_mot des Antriebsmotors 2 des Fahrzeugantriebsstranges, und das Steuermodul 8 erhält über den Datenbus 9 ein Signal zu den vom zweiten Beschleunigungssensor 5‘ erfassten mechanischen Schwingungen. Des Weiteren erhält das Steuermodul 8 direkt von dem ersten Beschleunigungssensor 5 ein Signal zu den vom ersten Beschleunigungssensor 5 erfassten mechanischen Schwingungen. Das Steuermodul 8 kann zudem weitere Signale von anderen Sensoren und/oder Aktoren des Fahrzeugs, des Fahrzeugantriebsstranges und/oder des Fahrzeuggetriebes erhalten.
Das Steuermoduls 8 ermittelt anhand der eingehenden Signale, insbesondere derjenigen der Beschleunigungssensoren 5, 5‘, eine Drehzahl n_ein einer Antriebswelle 1a des Fahrzeuggetriebes 1 und/oder eine Drehzahl n_ab einer Abtriebswelle 1b des Fahrzeuggetriebes 1. Alternativ oder zusätzlich können auch Drehzahlen anderer Getriebewellen 1c des Fahrzeuggetriebes 1 ermittelt werden.
7 zeigt oben nochmals eine Seitenansicht eines Fahrzeuggetriebes 1, auf welchem ein erster und ein zweiter Beschleunigungssensor 5, 5‘ an unterschiedlichen Stellen des Getriebegehäuses 1 angeordnet sind. Beispielsweise handelt es sich um das mehrstufige Getriebe 1 der 1, 2 oder 3. Es kann sich aber auch um eines der Verteilergetriebe 3, 3‘, 3‘‘ aus 1 handeln.
Unter der Seitenansicht des Fahrzeuggetriebes 1 sind bespielhaft zeitliche Verläufe der von den Beschleunigungssensoren 5, 5‘ jeweils erfassten mechanischen Schwingungen dargestellt (= Schwingungsverläufe). Die durchgängig gezeichneten Schwingungsverläufe gehen dabei auf eine Schwingung der Abtriebswelle 1b zurück, während die strichliert dargestellten Schwingungsverläufe auf die Antriebswelle 1a zurückgehen. Hieraus ist ersichtlich, dass die Schwingungsverläufe der Antriebswelle 1a und der Abtriebswelle 1b unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Antriebswelle 1a schneller rotiert, als die Abtriebswelle 1b. Diese Darstellung stellt eine Vereinfachung dar, da es in der Praxis es zu einer additiven Überlagerung der mechanischen Schwingungen der Wellen 1a, 1b, also der beiden Schwingungsverläufe, zu einem gemeinsamen Schwingungsverlauf kommt. Durch eine Anpassung des Fangbereiches des zur Ermittlung der jeweiligen Drehzahl genutzten Filters kann die zur Ermittlung der jeweiligen Drehzahl benötigte Schwingung allerdings aus dem gemeinsamen Schwingungsverlauf herausgegriffen werden.
Der untere Graph in 7 zeigt den bzw. die von dem ersten Beschleunigungssensor 5 erfassten Schwingungsverläufe. Der obere Graph in 7 zeigt hingegen den bzw. die vom zweiten Beschleunigungssensor 5‘ erfassten Schwingungsverläufe. Der erste Beschleunigungssensor 5 ist im Bereich der Antriebswelle 1a angeordnet, und der zweite Beschleunigungssensor 5‘ ist im Bereich der Abtriebswelle 1b angeordnet. D.h. der erste Beschleunigungssensoren 5 ist näher an der Antriebswelle 1a als an der Abtriebswelle 1b angeordnet, während der zweite Beschleunigungssensoren 5 näher an der Abtriebswelle 1b als an der Antriebswelle 1a angeordnet ist. Dementsprechend sind die Entfernungen zwischen den Wellen 1a, 1b und dem jeweiligen Beschleunigungssensor 5, 5‘ unterschiedlich. Die von den Wellen 1a, 1b ausgehenden mechanischen Schwingungen legen dementsprechend unterschiedlich lange Übertragungswege und Übertragungszeiten zu den Beschleunigungssensoren 5, 5‘ zurück. Dadurch kommt es zu einer Phasendifferenz Δ1, Δ2 zwischen den vom ersten Beschleunigungssensor 5 ermittelten Schwingungsverläufen und den vom zweiten Beschleunigungssensor 5‘ ermittelten Schwingungsverläufen.
Der von dem ersten Beschleunigungssensor 5 erfasste Schwingungsverlauf, der auf die Antriebswelle 1a zurückgeht, eilt dementsprechend dem von dem zweiten Beschleunigungssensor 5’ ermittelten Schwingungsverlauf, der ebenfalls auf die Antriebswelle 1a zurückgeht, voraus. Hierdurch entsteht eine erste Phasendifferenz Δ1 zwischen den von den Beschleunigungssensoren 5, 5’ jeweils erfassten Schwingungsverläufen der Antriebswelle 1a. Umgekehrt eilt der von dem ersten Beschleunigungssensor 5 erfasste Schwingungsverlauf, der auf die Abtriebswelle 1b zurückgeht, dem von dem zweiten Beschleunigungssensor 5‘ erfassten Schwingungsverlauf, der auf die Abtriebswelle 1b zurückgeht, nach. Hierdurch entsteht eine zweite Phasendifferenz Δ2 zwischen den von den Beschleunigungssensoren 5, 5’ jeweils erfassten Schwingungsverläufen der Abtriebswelle 1b. Durch Auswertung der Phasendifferenz Δ1 und/oder Δ2 kann ermittelt werden, von welcher Welle 1a, 1b die jeweilige Schwingung ausgeht und daher welche Position die Welle 1a, 1b innerhalb des Getriebegehäuses einnimmt. Die Genauigkeit der Positionsermittlung kann durch eine Erhöhung der Anzahl der an dem Getriebe 1 vorgesehenen Beschleunigungssensoren 5, 5‘ verbessert werden. Hierdurch können auch die Drehzahlen und Positionen beliebig weiterer Wellen innerhalb des Fahrzeuggetriebes 1 genauer ermittelt werden.
Aus diesen Ausführungen ist ersichtlich, dass mit den vorgestellten Maßnahmen kostengünstig und bauraumsparend eine Drehzahl einer oder mehrerer Getriebewellen ermittelbar ist. Als weiterer Vorteil kann zudem die Position einer rotierenden Getriebewelle in einem Fahrzeuggetriebe ermittelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeuggetriebe; mehrstufiges Fahrzeuggetriebe
1a: Getriebewelle, Antriebswelle
1b: Getriebewelle, Abtriebswelle
1c: Getriebewelle, Vorgelegewelle
2: Antriebsmotor
3, 3‘, 3‘‘: Fahrzeuggetriebe; Verteilergetriebe
4: Fahrzeugräder
5, 5‘: Beschleunigungssensor
6: Getriebesteuergerät
7: Federelement
8: Steuermodul
9: Daten-BUS
n_Rad: Raddrehzahl
n_mot: Antriebsmotordrehzahl
n_ab: Abtriebswellendrehzahl
n_ein: Antriebswellendrehzahl
Δ1, Δ2: Phasendifferenz
X: Spektrallinie
X‘: Fangbereich
Y: Spektrallinie
Y‘: Fangbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010021186 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Drehzahl (n_ab, n_ein) einer drehbaren Welle (1a, 1b, 1c) eines Fahrzeuggetriebes (1), dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Schwingungen der Welle (1a, 1b, 1c) mittels zumindest eines Beschleunigungssensors (5, 5‘) an einem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes (1) erfasst werden und dass anhand der erfassten mechanischen Schwingungen die Drehzahl (n_ab, n_ein) der Welle (1a, 1b, 1c) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Welle (1a, 1b, 1c), deren Drehzahl ermittelt wird, um eine Antriebswelle (1a) und/oder eine Abtriebswelle (1c) des Fahrzeuggetriebes (1) handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Filter die erfassten Schwingungssignale in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter des Fahrzeuggetriebes (1) und/oder Fahrzeugs, an dem das Fahrzeuggetriebe (1) angeordnet ist, filtert und anhand der gefilterten mechanischen Schwingungen die Drehzahl (n_ab, n_ein) der Welle (1a, 1b, 1c) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Fangbereich (X‘, Y‘) des Filters in Abhängigkeit des zumindest einen Parameters des Fahrzeuggetriebes (1) oder Fahrzeugs, an dem das Fahrzeuggetriebe (1) angeordnet ist, angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Fangbereich (X‘, Y‘) des Filters in Abhängigkeit zumindest einer Antriebsmotordrehzahl (n_mot) und/oder einer Raddrehzahl (n_Rad) des Fahrzeugs, an dem das Fahrzeuggetriebe (1) angeordnet ist, angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Fangbereich (X‘, Y‘) des Filters in Abhängigkeit zumindest einer momentan eingelegten Gangübersetzung des Fahrzeuggetriebes (1) angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Beschleunigungssensoren (5, 5‘) an unterschiedlichen Orten des Gehäuses des Fahrzeuggetriebes (1) angeordnet sind und die Drehzahl (n_ab, n_ein) der Welle (1a, 1b, 1c) anhand der von dieser Mehrzahl an Beschleunigungssensoren (5, 5‘) erfassten mechanischen Schwingungen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Ortsposition der Welle (1a, 1b, 1c) anhand einer Phasendifferenz (Δ1, Δ2) zwischen den von den mehreren Beschleunigungssensoren (5, 5‘) erfassten mechanischen Schwingungen ermittelt wird.
Getriebesteuergerät (6) für ein Fahrzeuggetriebe (1) mit zumindest einem Beschleunigungssensor (5, 5‘), dadurch gekennzeichnet dass, das Getriebesteuergerät (6) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit dem Beschleunigungssensor (5, 5‘) ausgeführt ist.
Getriebesteuergerät (6) nach Anspruch 9, wobei der zumindest eine Beschleunigungssensor (5, 5‘), der zur Ermittlung der Drehzahl der Welle (1a, 1b, 1c) genutzt wird, so innerhalb des Getriebesteuergerätes (6) angeordnet ist, dass dieser mit dem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes (1) unmittelbar in Kontakt steht, wenn das Getriebesteuergerät (6) an dem Fahrzeuggetriebe (1) angebracht ist.
Getriebesteuergerät (6) nach Anspruch 10, wobei der Beschleunigungssensor (5, 5‘) so in dem Getriebesteuergerät (6) angeordnet ist, dass dieser federbelastet im am Fahrzeuggetriebe (1) montierten Zustand gegen das Gehäuse des Fahrzeuggetriebes gepresst wird.