DE102014216245B4

DE102014216245B4 - Verfahren und Steuerungssystem zum Betreiben eines Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102014216245B4
Application number: DE102014216245.9A
Authority: DE
Inventors: Ruben Cüppers; Christoph Hess
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2034-08-16
Also published as: DE102014216245A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der ein Antriebsaggregat (1) und ein zwischen das Antriebsaggregat (1) und einen Abtrieb (2) geschaltetes Getriebe (3) mit einem Hauptgetriebe (4) und einem dem Hauptgetriebe (4) nachgeschalteten Nachschaltgetriebe (5) aufweist, wobei in jedem eingelegten Gang des Hauptgetriebes eine Anzahl N Schaltelemente (8) des Hauptgetriebes (4) geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Nachschaltgetriebes (5) während der Fahrt von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe das Hauptgetriebe (4) zunächst in Neutral überführt wird, anschließend ein auf die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes (5) angepasster Gang für das Hauptgetriebe (4) ermittelt wird, darauffolgend für diesen angepassten Gang eine Anzahl N – 1 Schaltelemente (8) des Hauptgetriebes (4) vollständig geschlossen und ein N-tes Schaltelement (8) ebenfalls geschlossen wird, und anschließend abhängig davon, ob eine Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes (5) größer oder kleiner als eine Ausgangsdrehzahl desselben ist, entweder über einen Motoreingriff des Antriebsaggregats (1) oder durch schlupfendes Schließen eines N + 1-ten Schaltelements (8) des Hauptgetriebes (4) das Nachschaltgetriebe (5) synchronisiert und im synchronisierten Zustand die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes (5) eingelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuerungssystem zum Betreiben eines Antriebsstrangs.
1 zeigt ein aus der Praxis bekanntes Antriebsstrangschema eines zum Beispiel als Geländewagen ausgebildeten Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang der 1 ein Antriebsaggregat 1 und ein zwischen das Antriebsaggregat 1 und einen Abtrieb 2 geschaltetes Getriebe 3 mit einem Hauptgetriebe 4 und einem dem Hauptgetriebe 4 nachgeschalteten Nachschaltgetriebe 5 umfasst. Der Betrieb des Antriebsaggregats 1 wird von einer Motorsteuerungseinrichtung 6 und der Betrieb des Getriebes 3 von einer Getriebesteuerungseinrichtung 7 gesteuert und/oder geregelt.
Das Hauptgetriebe 4 umfasst mehrere, insbesondere reibschlüssige, Schaltelemente 8. In jedem eingelegten Gang des Hauptgetriebes 4 ist eine Anzahl N Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 geschlossen und eine Anzahl M Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 geöffnet, wobei N + M der Gesamtanzahl der Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 entspricht.
Bei dem dem Hauptgetriebe 4 nachgeschalteten Nachschaltgetriebe handelt es sich typischerweise um ein sogenanntes Verteiler- oder Untersetzungsgetriebe, über welches die Gesamtübersetzung des Getriebes 3 reduziert werden kann. So ist es bekannt, dass ein derartiges Verteiler- oder Untersetzungsgetriebe zwei Fahrstufen bereitstellen kann, nämlich eine sogenannte Low-Fahrstufe und eine sogenannte High-Fahrstufe. Durch die Reduzierung der Gesamtübersetzung des Getriebes in der Low-Fahrstufe können im Geländeeinsatz sowie beim Ziehen hoher Lasten Vorteile für den Betrieb des Antriebsstrangs realisiert werden.
Dann, wenn das Nachschaltgetriebe 5 ausgehend von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe umgeschaltet werden soll, muss das Nachschaltgetriebe 5, nämlich ein formschlüssiges Schaltelement 9 desselben, synchronisiert werden. Hierzu muss nach dem Stand der Technik das Nachschaltgetriebe 5 eine eigene Einrichtung zur Synchronisierung aufweisen. Dies ist aus Kostengründen und aus Bauraumgründen von Nachteil.
Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren und an einem Steuerungssystem zum Betreiben eines Antriebsstrangs, mit Hilfe derer ein Fahrstufenwechsel im Nachschaltgetriebe ausgeführt werden kann, ohne dass das Nachschaltgetriebe eine eigene Einrichtung zur Synchronisierung aufweist.
Aus der DE 103 25 354 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs mit einem ein Hauptgetriebe und ein Nachschaltgetriebe umfassenden Getriebe bekannt, wobei bei Vorliegen einer Schaltanforderung für das Nachschaltgetriebe eine Steuerungseinrichtung vor Beginn der Schaltung ein Drehmoment an den an der Schaltung beteiligten Schaltgliedern reduziert und nach Abschluss der Schaltung das Drehmoment an den genannten Schaltgliedern wieder zulässt.
Aus der DE 10 2011 076 964 A1 ist ein Verfahren zum Schalten einer Übersetzungsstufe und/oder Untersetzungsstufe eines klauengeschalteten Getriebes im Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem Antriebsmotor und einem mehrere Reibschaltelemente aufweisenden Lastschaltgetriebe bekannt, bei dem zum Schalten eines Ganges im Lastschaltgetriebe zumindest zwei seiner Reibschaltelemente aktiviert werden, wobei eine Schaltklaue des klauengeschalteten Getriebes in die Neutralposition geschaltet wird, wenn eines der im gehenden Ganges aktivierten Reibschaltelemente deaktiviert wird. Zum Schalten der gewünschten Übersetzungsstufe oder Untersetzungsstufe des klauengeschalteten Getriebes wird die Drehzahl des Lastschaltgetriebes an die Synchrondrehzahl angeglichen. Sollte das Einspuren der Schaltklaue nicht möglich sein, wird zur Unterstützung des Einspurens der Schaltklaue zumindest ein Reibschaltelement des Lastschaltgetriebes ansynchronisiert.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und Steuerungssystem zum Betreiben eines Antriebsstrangs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird zum Umschalten des Nachschaltgetriebes von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe das Hauptgetriebe zunächst in Neutral überführt, anschließend wird ein auf die zweite Fahrstufe das Nachschaltgetriebes angepasster Gang für das Hauptgetriebe ermittelt, darauffolgend wird für diesen Gang eine Anzahl N – 1 Schaltelemente des Hauptgetriebes vollständig geschlossen und ein N-tes Schaltelement des Hauptgetriebes geschlossen, und anschließend wird abhängig davon, ob eine Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes größer oder kleiner als eine Ausgangsdrehzahl desselben ist, entweder über einen Motoreingriff des Antriebsaggregats oder durch schlupfendes Schließen eines N + 1-ten Schaltelements des Hauptgetriebes das Nachschaltgetriebe synchronisiert und im synchronisierten Zustand die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes eingelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es während der Fahrt des Kraftfahrzeugs im Nachschaltgetriebe die Fahrstufe zu wechseln, und zwar ohne das Erfordernis einer eigenen Synchronisierungseinrichtung für das Nachschaltgetriebe. Hierdurch können Bauraum, Gewicht und Kosten für ein Getriebe mit Nachschaltgetriebe reduziert werden.
Dann, wenn insbesondere bei einem Wechsel von der Low-Fahrstufe in die High-Fahrstufe des Nachschaltgetriebes die Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes kleiner als die Ausgangsdrehzahl desselben ist, wird das Nachschaltgetriebe über einen Motoreingriff des Antriebsaggregats synchronisiert wird. Dann, wenn insbesondere bei einem Wechsel von der High-Fahrstufe in die Low-Fahrstufe des Nachschaltgetriebes die Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes größer als die Ausgangsdrehzahl desselben ist, wird das Nachschaltgetriebe durch schlupfendes Schließen des N + 1-ten Schaltelements des Hauptgetriebes synchronisiert. Hiermit lässt sich auf besonders vorteilhafte Art und Weise ein Wechsel von der Low-Fahrstufe in die High-Fahrstufe sowie umgekehrt von der High-Fahrstufe in die Low-Fahrstufe des Nachschaltgetriebes realisieren.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt beim Schließen des N-ten Schaltelements erst nach Ablauf einer definierten Zeitspanne zur Synchronisierung des Nachschaltgetriebes entweder der Motoreingriff des Antriebsaggregats oder das schlupfende Schließen des N + 1-ten Schaltelements des Hauptgetriebes. Vorzugseise wird innerhalb der definierten Zeitspanne überwacht, ob das Hauptgetriebe ein Moment überträgt, wobei erst anschließend hieran zur Synchronisierung des Nachschaltgetriebes entweder der Motoreingriff des Antriebsaggregats oder das schlupfende Schließen des N + 1-ten Schaltelements des Hauptgetriebes erfolgt. Hiermit kann sichergestellt werden, dass Maßnahmen zur Synchronisierung des Nachschaltgetriebes, nämlich der Motoreingriff oder das schlupfende Schließen des N + 1-ten Schaltelements erst dann ergriffen werden, wenn das Hauptgetriebe ein Moment in Richtung auf das Nachschaltgetriebe übertragen kann, wobei die N-te Kupplung schlupffrei ist.
Nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird nach der Synchronisierung des Nachschaltgetriebes und vor dem Einlegen der zweiten Fahrstufe des Nachschaltgetriebes das N-te Schaltelement des Hauptgetriebes und/oder das N + 1-te Schaltelement des Hauptgetriebes derart geöffnet, dass beim Einlegen der zweiten Fahrstufe des Nachschaltgetriebes das Hauptgetriebe kein Moment überträgt. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das Einlegen der zweiten Fahrstufe im Nachschaltgetriebe am Abtrieb nicht spürbar ist. Hierdurch lässt sich der Komfort beim Einlegen der zweiten Fahrstufe des Nachschaltgetriebes steigern.
Das erfindungsgemäße Steuerungssystem zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 8 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Schema eines Antriebsstrangs;
2 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Steuerungssystem zum Betreiben eines Antriebsstrangs. Insbesondere kommt die Erfindung bei dem in 1 gezeigten Antriebsstrang zum Einsatz, der ein Antriebsaggregat 1 und ein zwischen das Antriebsaggregat 1 und einen Abtrieb 2 geschaltetes Getriebe 3 aufweist, wobei das Getriebe 3 zumindest ein Hauptgetriebe 4 und ein dem Hauptgetriebe 4 nachgeschaltetes Nachschaltgetriebe 5 umfasst. Das Hauptgetriebe 4 ist zwischen das Antriebsaggregat 1 und das Nachschaltgetriebe 5 geschaltet, wohingegen das Nachschaltgetriebe 5 zwischen das Hauptgetriebe 4 und den Abtrieb 2 geschaltet ist.
Das Hauptgetriebe 4 umfasst mehrere insbesondere reibschlüssige Schaltelemente 8, wobei in 1 lediglich ein solches reibschlüssiges Schaltelement 8 gezeigt ist. In jedem eingelegten Gang des Hauptgetriebes 4 ist eine Anzahl N Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 geschlossen und eine Anzahl M Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 geöffnet, wobei N + M der Gesamtanzahl der Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 entspricht.
Bei dem Nachschaltgetriebe 5 handelt es sich vorzugsweise um ein sogenanntes Verteiler- oder Untersetzungsgetriebe. Das Nachschaltgetriebe 5 kann zwei Fahrstufen bereitstellen, nämlich eine sogenannte Low-Fahrstufe und eine sogenannte High-Fahrstufe. Zum Umschalten zwischen der Low-Fahrstufe und der High-Fahrstufe muss ein formschlüssiges Schaltelement 9 des Nachschaltgetriebes 5, welches vorzugsweise als Klauenkupplung ausgebildet ist, synchronisiert und im synchronisierten Zustand geschlossen werden.
Ein solches Getriebe 3 mit mindestens zwei Teilgetrieben wird auch als Gruppengetriebe bezeichnet. Zusätzlich kann eine Vorschaltgruppe vorhanden sein, die dem Hauptgetriebe 4 vorgeschaltet und dann zwischen das Antriebsaggregat 1 und das Hauptgetriebe 4 geschaltet ist.
1 kann entnommen werden, dass der Betrieb des Antriebsaggregats 1 von einer Motorsteuerungseinrichtung 6 gesteuert bzw. geregelt wird, wozu die Motorsteuerungseinrichtung 6 mit dem Antriebsaggregat 1 im Sinne des gestrichelten Doppelpfeils Daten austauscht.
Der Betrieb des Getriebes 3, nämlich der Betrieb des Hauptgetriebes 4 sowie des Nachschaltgetriebes 5, wird von einer Getriebesteuereinrichtung 7 gesteuert und/oder geregelt, wozu die Getriebesteuereinrichtung 7 mit dem Hauptgetriebe 4 und dem Nachschaltgetriebe 5 gemäß den Doppelpfeilen der 1 Daten austauscht.
Ebenso tauschen die Motorsteuerungseinrichtung 6 und die Getriebesteuereinrichtung 7 untereinander Daten aus.
An Stelle einer gemeinsamen Getriebesteuereinrichtung 7 für Hauptgetriebe 4 und dem Nachschaltgetriebe 5 kann auch vorgesehen sein, dass eine Getriebesteuereinrichtung 7 mit für Hauptgetriebe 4 und Nachschaltgetriebe 5 separaten Teilgetriebesteuerungseinrichtungen zum Einsatz kommt.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun solche Details, mit Hilfe derer das Nachschaltgetriebe 5 während der Fahrt komfortabel ohne eigene Synchronisierungseinrichtung von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe umgeschaltet werden kann, zum Beispiel bei einem als Verteiler- oder Untersetzungsgetriebe ausgebildeten Nachschaltgetriebe 5 von einer Low-Fahrstufe in eine High-Fahrstufe oder umgekehrt von der High-Fahrstufe in die Low-Fahrstufe.
Zur Ausführung eines Wechsels der Fahrstufe im Nachschaltgetriebe 5 während der Fahrt, nämlich zum Umschalten des Nachschaltgetriebes 5 von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe, wird das Hauptgetriebe 4 zunächst in Neutral überführt. Anschließend wird ein auf die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes angepasster Gang für das Hauptgetriebe 4 steuerungsseitig ermittelt.
Darauffolgend wird für diesen an die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes angepassten Gang eine Anzahl N – 1 Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 vollständig geschlossen, wobei für diesen Gang ein N-tes Schaltelement 8 des Hauptgetriebes 4 in einen schlupffreien Zustand gebracht wird, so dass dasselbe ein Moment übertragen kann. Anschließend wird abhängig davon, ob eine Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes 5 größer oder kleiner als eine Ausgangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes 5 ist, das Nachschaltgetriebe 5 entweder über einen Motoreingriff des Antriebsaggregats 1 oder durch schlupfendes Schließen eines N + 1-ten Schaltelements 8 des Hauptgetriebes 4 synchronisiert. Im synchronisierten Zustand wird die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 eingelegt.
Mit diesem Verfahren kann das Nachschaltgetriebe 5 während der Fahrt des Kraftfahrzeugs auch ohne eigene Synchronisierungseinrichtung des Nachschaltgetriebes 5 sicher und zuverlässig von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe umgeschaltet werden.
Weitere Details des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben, wobei in 2 über der Zeit t mehrere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt sind.
Beim Kurvenverlauf 10 handelt es sich um den zeitlichen Verlauf einer steuerungsseitigen Umschaltanforderung für das Nachschaltgetriebe 5. Bei einem Wechsel vom Zustand 0 auf den Zustand 1 liegt eine Umschaltanforderung für das Nachschaltgetriebe 5 vor.
Der Kurvenverlauf 11 zeigt einen zeitlichen Kraftschlussverlauf für das Hauptgetriebe 4. Im Zustand 1 besteht Kraftschluss im Hauptgetriebe 4. Im Zustand 3 befindet sich das Hauptgetriebe 4 in Neutral. Im Zustand 2 wird im Hauptgetriebe 4 entweder Kraftschluss aufgebaut oder abgebaut.
Der Kurvenverlauf 12 mit den Teilkurvenverläufen 12a, 12b, 12c und 12d visualisieren den zeitlichen Verlauf von Ansteuerungen für Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4.
Der Kurvenverlauf 13 visualisiert den zeitlichen Verlauf eines steuerungsseitig angeforderten Soll-Zustands des Nachschaltgetriebes 5 und der Kurvenverlauf 14 visualisiert den Ist-Zustand des Nachschaltgetriebes 5, wobei d er Zustand L der Low-Fahrstufe, der im Zustand H der High-Fahrstufe und der Zustand N Neutral entspricht.
Der Kurvenverlauf 15 verdeutlicht den zeitlichen Verlauf einer Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes 5, wohingegen der Kurvenverlauf 16 den zeitlichen Verlauf einer Ausgangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes 5 visualisiert. Der zeitliche Kurvenverlauf 17 visualisiert den zeitlichen Verlauf der sich am Hauptgetriebe 4 einstellenden Getriebeeingangsdrehzahl.
Der Kurvenverlauf 18 verdeutlicht den zeitlichen Verlauf eines Motoreingriffs durch das Antriebsaggregat 1.
Der zeitliche Kurvenverlauf 19 visualisiert den zeitlichen Verlauf einer Gangvorgabe für das Hauptgetriebe 4.
Zwischen den Zeitpunkten t0 und t7 der 2 erfolgt ein Wechsel von der Low-Fahrstufe in die High-Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 während der Fahrt des Kraftfahrzeugs, wohingegen zwischen den Zeitpunkten t10 und t18 ein Wechsel von der High-Fahrstufe in die Low-Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 während der Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
Zum Zeitpunkt t0 liegt gemäß dem Kurvenverlauf 10 eine Anforderung für eine Umschaltung des Nachschaltgetriebes 5 vor, nämlich in 2 eine Schaltungsanforderung für einen Wechsel von der Low-Fahrstufe in die High-Fahrstufe. Beginnend mit dem Zeitpunkt t0 wird zunächst bei Vorliegen der Schaltungsanforderung für das Nachschaltgetriebe 5 zum Umschalten desselben das Hauptgetriebe 4 in Neutral überführt.
Gemäß dem Kurvenverlauf 12 werden hierzu alle Schaltelemente des Hauptgetriebes 4 geöffnet, wobei sich das Öffnen zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 ereignet. Zum Zeitpunkt t1 ist das Hauptgetriebe 4 gemäß dem Kurvenverlauf 11 in Neutral überführt. Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 erfolgt der Abbau des Kraftschlusses im Hauptgetriebe 4, wodurch sich gemäß dem Kurvenverlauf 17 die Eingangsdrehzahl des Hauptgetriebes 4 ändert.
Anschließend an das Überführen des Hauptgetriebes 4 in Neutral wird ein auf die im Nachschaltgetriebe 5 einzulegende zweite Fahrstufe angepasster Gang für das Hauptgetriebe 4 ermittelt, wobei dieser an die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 angepasste Gang in erster Linie von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig ist. Der Kurvenverlauf 19 der 2 zeigt den zeitlichen Verlauf einer exemplarischen steuerungsseitigen Gangvorgabe für das Hauptgetriebe 4.
Anschließend werden die für diesen angepassten Gang des Hauptgetriebes 4 benötigten Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 derart angesteuert, dass eine Anzahl N – 1 Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 für diesen angepassten Gang vollständig geschlossen werden, wohingegen ein N-tes Schaltelement 8 des Hauptgetriebes 4 für diesen Gang desselben derart geschlossen wird, dass dasselbe ein Drehmoment überträgt. Die Kurvenverläufe 12a und 12b verdeutlichen für den Fall, dass N = 3 ist, dass N – 1 Schaltelemente 8 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei des Hauptgetriebes 4 vollständig geschlossen und das dritte Schaltelement 8 des Hauptgetriebes 4 in schlupffreien Zustand gebracht wird, wobei über das N-te Schaltelement nur ein geringes Drehmoment übertragen werden kann. Zum Zeitpunkt t4 sind N – 1 Schaltelement 8 des Getriebes 4 und auch das N-te (im Ausführungsbeispiel der 2 das dritte) Schaltelement 8 drehmomentübertragend.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t4 wird ein Timer gestartet. Insbesondere wird während der Zeitspanne Δt₄₅, also zwischen den Zeitpunkten t4 und t5, überwacht, ob das Hauptgetriebe 4 ein Moment überträgt. Dies kann gemäß dem Kurvenverlauf 15 dadurch festgestellt werden, dass die Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes 5 über das momentübertragende Hauptgetriebe 4 angehoben werden kann.
Anschließend erfolgt die Synchronisierung des Nachschaltgetriebes 5, nämlich dadurch, dass dann, wenn gemäß den Kurvenverläufen 15 und 16 insbesondere beim Wechsel von der Low-Fahrstufe in die High-Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 die Eingangsdrehzahl 15 kleiner als die Ausgangsdrehzahl 16 des Nachschaltgetriebes 5 ist, dass gemäß dem Kurvenverlauf 18 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 ein Motoreingriff durch Anheben der Motordrehzahl durchgeführt wird, um die Eingangsdrehzahl 15 des Nachschaltgetriebes 5 auf die Ausgangsdrehzahl 16 des Nachschaltgetriebes 5 anzuheben. Zum Zeitpunkt t6 ist die Synchronisierung des Nachschaltgetriebes 5 abgeschlossen und der Motoreingriff gemäß dem Kurvenverlauf 18 beendet.
Bevor nachfolgend die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 eingelegt wird, wird zunächst beginnend mit dem Zeitpunkt t6 das N-te Schaltelement 8 des Hauptgetriebes 4 so weit geöffnet (Druckverlauf 12c), dass das Hauptgetriebe 4 kein Moment mehr überträgt, wobei anschließend zum Zeitpunkt t7 gemäß dem Kurvenverlauf 14 im Nachschaltgetriebe 5 die zweite Fahrstufe, nämlich die High-Fahrstufe, eingelegt wird. Anschließend an den Zeitpunkt t7, also dann, wenn im Nachschaltgetriebe 5 die einzulegende zweite Fahrstufe eingelegt wurde, wird das N-te Schaltelement des Hauptgetriebes 4 gemäß dem Kurvenverlauf 12c vollständig geschlossen, sodass nachfolgend vom Hauptgetriebe 4 und Nachschaltgetriebe 5 ausgehend vom Antriebsaggregat 1 ein Moment in Richtung auf den Abtrieb 2 übertragen wird.
In der oben beschriebenen Variante, in welcher zwischen den Zeitpunkten t0 und t7 beim Wechsel von der ersten Fahrstufe in die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 bei der Synchronisierung des Nachschaltgetriebes 5 die Eingangsdrehzahl 15 desselben kleiner als die Ausgangsdrehzahl 16 ist, erfolgt demnach die Synchronisierung des Nachschaltgetriebes 5 durch eine Ansteuerung einer Anzahl N Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 in Kombination mit einem Motoreingriff 18 des Antriebsaggregats 1. Wie bereits ausgeführt, ist dies insbesondere beim Wechsel von der Low-Fahrstufe in die High-Fahrstufe der Fall.
Ebenfalls unter Bezugnahme auf 2 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeitpunkte t10 bis t18 ein weiterer Wechsel der Fahrstufe im Nachschaltgetriebe 5 beschrieben, nämlich im Ausführungsbeispiel der 2 ein Wechsel von der High-Fahrstufe in die Low-Fahrstufe, wobei hierbei, wie den Kurvenverläufen 15 und 16 entnommen werden kann, bei der Synchronisierung des Nachschaltgetriebes 5 die Eingangsdrehzahl 15 desselben größer als die Ausgangsdrehzahl 16 desselben ist.
Zum Zeitpunkt t10 ist wiederum gemäß dem Kurvenverlauf 10 eine Schaltungsanforderung für das Nachschaltgetriebe 5 zur Ausführung eines Wechsels von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 vor, nämlich in 2 eine Schaltungsanforderung zur Ausführung eines Wechsels von der High-Fahrstufe in die Low-Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5.
Zur Ausführung dieses Fahrstufenwechsels wird zunächst das Hauptgetriebe 4 in Neutral überführt. Hierzu werden, beginnend mit dem Zeitpunkt t10 sämtliche Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 geöffnet, wobei zwischen den Zeitpunkten t10 und t11 ein Kraftschlussabbau im Hauptgetriebe 4 erfolgt, sodass zum Zeitpunkt t11 das Hauptgetriebe 4 in Neutral überführt wurde. Zwischen den Zeitpunkten t10 und t11 ändert sich hierdurch die Eingangsdrehzahl 15 des Nachschaltgetriebes 5.
Dann, wenn zum Zeitpunkt t12 das Hauptgetriebe 4 in Neutral überführt wurde, wird nachfolgend steuerungsseitig ein zur im Nachschaltgetriebe 5 einzulegenden zweiten Fahrstufe, im gezeigten Ausführungsbeispiel zur einzulegenden Low-Fahrstufe, passender Gang ermittelt, wobei zum Zeitpunkt t13 eine entsprechende Ganganforderung für das Hauptgetriebe 4 steuerungsseitig vorgegeben wird.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t13 werden für diesen an die einzulegende Fahrstufe des Nachschaltgetriebes 5 angepassten Gang im Hauptgetriebe 4 eine Anzahl N – 1 Schaltelemente 8 des Hauptgetriebes 4 vollständig geschlossen, wobei weiterhin ein N-tes Schaltelement 8 geschlossen wird, wobei nur geringe Drehmomentkapazität zur Verfügung steht. Dabei ist wiederum gemäß 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel N = 3, sodass gemäß den Kurvenverläufen 12a und 12b zwei Schaltelemente für den angepassten Gang des Hauptgetriebes 4 im Hauptgetriebe 4 vollständig geschlossen werden, und gemäß dem Kurvenverlauf 12c anschließend ein drittes Schaltelement in schlupffreien Zustand gebracht wird, nämlich derart, dass dasselbe Moment übertragen kann.
Zum Zeitpunkt t14 wird ein Timer gestartet, der den Ablauf der Zeitspanne Δt₁₄₁₅, die durch die Zeitpunkt t15 und t14 definiert ist, überwacht. Erst nach Ablauf dieser Zeitspanne Δt₁₄₁₅ wird eine weitere Maßnahme ergriffen, um das Nachschaltgetriebe 5 letztendlich zu synchronisieren. Zum Zeitpunkt t15 wird davon ausgegangen, dass das N-te Schaltelement 8 des Hauptgetriebes 4 soweit geschlossen wurde, dass das Hauptgetriebe 4 ein Moment übertragen kann.
Insbesondere bei Wechsel von der High-Fahrstufe in die Low-Fahrstufe ist, wie 2 entnommen werden kann, die Eingangsdrehzahl 15 der Nachschaltgruppe größer als die Ausgangsdrehzahl 16 der Nachschaltgruppe 5.
Dann, wenn die Eingangsdrehzahl 15 der Nachschaltgruppe 5 größer als die Ausgangsdrehzahl 16 der Nachschaltgruppe 5 ist, erfolgt zur Synchronisierung des Nachschaltgetriebes 5 kein Motoreingriff, sondern vielmehr wird gemäß dem Kurvenverlauf 12d ein N + 1-tes Schaltelement 8, also in 2 ein viertes Schaltelement 8, des Hauptgetriebes 4, in Schlupf gebracht wird, um durch Überbestimmung des Hauptgetriebes die Eingangsdrehzahl 15 des Nachschaltgetriebes 5 in Richtung auf die Ausgangsdrehzahl 16 desselben abzusenken und so das Nachschaltgetriebe 5, nämlich ein formschlüssiges Schaltelement desselben, zu synchronisieren.
Zum Zeitpunkt t17 wurde in das Nachschaltgetriebe 5 durch das N –+ 1-te Schaltelement 8 des Hauptgetriebes 4 entsprechend synchronisiert, wobei dann zum Zeitpunkt t17 das N-te Schaltelemente und das N + 1-te Schaltelement 8 des Hauptgetriebes 4 beide derart geöffnet werden, dass das Hauptgetriebe 4 kein Moment mehr in Richtung auf das Nachschaltgetriebe 5 überträgt. Erst nachfolgend wird zum Zeitpunkt t18 im Nachschaltgetriebe 5 gemäß dem Kurvenverlauf 15 die zweite Fahrstufe, nämlich gemäß 1 die Low-Fahrstufe, eingelegt, sodass dieses Einlegen wiederum mit hohem Komfort ohne Rückwirkung auf den Abtrieb 2 erfolgen kann.
Sobald zum Zeitpunkt t18 die zweite Fahrstufe im Nachschaltgetriebe 5 eingelegt wurde, wird nachfolgend das N-te Schaltelement des Hauptgetriebes 4 vollständig geschlossen, sodass dann nachfolgend sowohl vom Hauptgetriebe 4 als auch vom Nachschaltgetriebe 5 ein Moment, ausgehend von Antriebsaggregat 1 in Richtung auf den Abtrieb 2 übertragen wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuerungssystem zum Betreiben eines Antriebsstrangs, welches der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. Dieses Steuerungssystem umfasst die Motorsteuerungseinrichtung 6 zum Steuern bzw. Regeln des Betriebsantriebsaggregats 1 und die Getriebesteuerungseinrichtung 7 zum Steuern bzw. Regeln des Betriebs des Getriebes 3.
Die Steuerungseinrichtung umfasst Mittel zur Durchführung des Verfahrens, wobei es sich bei diesen Mitteln um hardwareseitige Mittel und um softwareseitige Mittel handelt.
Bei den hardwareseitigen Mitteln handelt es sich um Schnittstellen, mit Hilfe derer die Steuerungseinrichtungen 6 und 7 untereinander sowie mit dem Antriebsaggregat 1 und dem Getriebe 3 Daten austauschen können, zum Beispiel zur Ansteuerung der an der Durchführung des Verfahrens beteiligten Baugruppen. Ferner handelt es sich bei den hardwareseitigen Mitteln um einen Prozessor zur Datenverarbeitung und um einen Speicher zur Datenspeicherung. Bei den softwareseitigen Mitteln handelt es sich insbesondere um Programmbausteine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung erlaubt einen Fahrstufenwechsel in einem Nachschaltgetriebe 5 eines Kraftfahrzeuggetriebes 3 ohne eigene Synchronisierungseinrichtung für das Nachschaltgetriebe 5 während der Fahrt. Durch den Entfall der Synchronisierungseinrichtung im Nachschaltgetriebe 5 können Bauraum, Gewicht und Kosten eingespart werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsaggregat
2: Abtrieb
3: Getriebe
4: Hauptgetriebe
5: Nachschaltgetriebe
6: Motorsteuerungseinrichtung
7: Getriebesteuerungseinrichtung
8: Schaltelement
9: Schaltelement
10: Kurvenverlauf
11: Kurvenverlauf
12: Kurvenverlauf
12a: Kurvenverlauf
12b: Kurvenverlauf
12c: Kurvenverlauf
12d: Kurvenverlauf
13: Kurvenverlauf
14: Kurvenverlauf
15: Kurvenverlauf
16: Kurvenverlauf
17: Kurvenverlauf
18: Kurvenverlauf
19: Kurvenverlauf

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der ein Antriebsaggregat (1) und ein zwischen das Antriebsaggregat (1) und einen Abtrieb (2) geschaltetes Getriebe (3) mit einem Hauptgetriebe (4) und einem dem Hauptgetriebe (4) nachgeschalteten Nachschaltgetriebe (5) aufweist, wobei in jedem eingelegten Gang des Hauptgetriebes eine Anzahl N Schaltelemente (8) des Hauptgetriebes (4) geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Nachschaltgetriebes (5) während der Fahrt von einer ersten Fahrstufe in eine zweite Fahrstufe das Hauptgetriebe (4) zunächst in Neutral überführt wird, anschließend ein auf die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes (5) angepasster Gang für das Hauptgetriebe (4) ermittelt wird, darauffolgend für diesen angepassten Gang eine Anzahl N – 1 Schaltelemente (8) des Hauptgetriebes (4) vollständig geschlossen und ein N-tes Schaltelement (8) ebenfalls geschlossen wird, und anschließend abhängig davon, ob eine Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes (5) größer oder kleiner als eine Ausgangsdrehzahl desselben ist, entweder über einen Motoreingriff des Antriebsaggregats (1) oder durch schlupfendes Schließen eines N + 1-ten Schaltelements (8) des Hauptgetriebes (4) das Nachschaltgetriebe (5) synchronisiert und im synchronisierten Zustand die zweite Fahrstufe des Nachschaltgetriebes (5) eingelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes kleiner als die Ausgangsdrehzahl desselben ist, das Nachschaltgetriebe (5) über einen Motoreingriff des Antriebsaggregats (1) synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Eingangsdrehzahl des Nachschaltgetriebes größer als die Ausgangsdrehzahl desselben ist, das Nachschaltgetriebe (5) durch schlupfendes Schließen des N + 1-ten Schaltelements (8) des Hauptgetriebes (4) synchronisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des N-ten Schaltelements erst nach Ablauf einer definierten Zeitspanne zur Synchronisierung des Nachschaltgetriebes (5) entweder der Motoreingriff des Antriebsaggregats (1) oder das schlupfende Schließen des N + 1-ten Schaltelements (8) des Hauptgetriebes (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der definierten Zeitspanne überwacht wird, ob das Hauptgetriebe (4) ein Moment überträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Synchronisierung des Nachschaltgetriebes (5) und vor dem Einlegen der zweiten Fahrstufe im Nachschaltgetriebe (5) das N-te Schaltelement (8) des Hauptgetriebes (4) und/oder das N + 1-te Schaltelement (8) des Hauptgetriebes (4) derart geöffnet wird, dass beim Einlegen der zweiten Fahrstufe im Nachschaltgetriebe (5) das Hauptgetriebe (4) kein Moment überträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einlegen der zweiten Fahrstufe im Nachschaltgetriebe (5) das N-te Schaltelement (8) des Hauptgetriebes (4) vollständig geschlossen wird.
Steuerungssystem zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der ein Antriebsaggregat (1) und ein zwischen das Antriebsaggregat (1) und einen Abtrieb (2) geschaltetes Getriebe (3) mit einem Hauptgetriebe (4) und einem dem Hauptgetriebe (4) nachgeschalteten Nachschaltgetriebe (5) aufweist, wobei der Betrieb des Antriebsaggregats (1) über eine Motorsteuerungseinrichtung (6) und der Betrieb des Getriebes (3) über eine Getriebesteuerungseinrichtung (7) gesteuert und/oder geregelt wird, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.