DE102015010598A1

DE102015010598A1 - Steuerung einer Nebenwellenbremse

Info

Publication number: DE102015010598A1
Application number: DE102015010598.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Häggström; Peer Norberg
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2016-03-10
Also published as: SE538357C2; SE1451043A1

Abstract

Verfahren (300) und Steuereinheit (115) zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes (113) in einem Fahrzeug (100) zum Vermeiden des Überhitzens einer Nebenwellenbremse (250) im Getriebe (113). Das Verfahren (300) umfasst das Erkennen (301) eines Hochschaltwunsches, das Berechnen (302) einer Drehzahländerung an einer Nebenwelle (230) im Getriebe (113) zum Synchronisieren der Drehzahl der Nebenwelle (230) mit der Drehzahl der Hauptwelle (112) aufgrund des gewünschten Hochschaltens, die Prognose (303) der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) beim Bremsen der Nebenwelle (230) entwickelt, auf Basis der berechneten (302) Drehzahländerung sowie das Einleiten (304) einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) beim Schalten gemäß dem erkannten (301) Hochschaltwunsch entwickelt, wenn die prognostizierte (303) Wärmeenergie einen Grenzwert überschreitet.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument beschreibt ein Verfahren in einer Steuereinheit in einem Fahrzeug sowie eine Steuereinheit in einem Fahrzeug. Insbesondere ist die Steuerung einer Nebenwellenbremse in einem halbautomatisierten Getriebe in einem Fahrzeug mit einer Nebenwellenbremse beschrieben, wobei die Energieentwicklung im Reibbelag der Nebenwellenbremse verringert wird, wenn ein Überhitzen von diesem droht.
Hintergrund
Bei Schwerfahrzeugen wird häufig ein sogenanntes halbautomatisiertes Getriebe eingesetzt.
Unter Fahrzeugen sind in diesem Zusammenhang beispielsweise Lastkraftwagen, Fernlastzüge, Pritschenwagen, Transportfahrzeuge, Radlader, Busse, Geländefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Panzer, Allradfahrzeuge, Personenkraftwagen oder andere ähnliche motorgetriebene bemannte oder unbemannte Transportmittel, die für die landgebundene geographische Fortbewegung ausgebildet sind, zu verstehen.
Ein halbautomatisches Getriebe besteht im Allgemeinen aus einer konzentrischen Antriebswelle, einer Hauptwelle und einer Abtriebswelle sowie mindestens einer parallelen Nebenwelle. An diesen Wellen befindet sich eine Anzahl von Zahnradpaaren, die sich im konstanten Eingriff miteinander befinden. Die Nebenwellenzahnräder sind in Rotation gegen die Nebenwelle verriegelt, während die Zahnräder der anderen Wellen in Lagern montiert sind. Damit ein Zahnradpaar Drehmoment übertragen kann, wird das gelagerte Zahnrad im Paar gegen seine Welle verriegelt. Das Drehmoment wird von der Kraftquelle über die Kupplung und die Antriebswelle, über das eingekuppelte Splitgetriebe oder die Antriebsübersetzung auf die Nebenwelle, über eine eingekuppelte Hauptübersetzung auf die Hauptwelle und weiter auf die Kardanwelle, gegebenenfalls ebenfalls über ein Range-Getriebe, übertragen. Da sich die Übersetzung der anderen Zahnradpaare von der des aktiven Zahnradpaares unterscheidet, unterscheidet sich die Drehzahl der gelagerten Zahnräder von der Drehzahl der Hauptwelle.
Um auf komfortable Weise und ohne Gefahr von Schäden an den Einkupplungsgeometrien ein anderes Zahnradpaar einzukuppeln, das heißt die Übersetzung zu wechseln, sollten Drehzahlunterschiede zwischen der Hauptwelle und den Zahnrädern, die eingekuppelt werden sollen, synchronisiert werden. Dies erfolgt auf unterschiedliche Weisen, beispielsweise mit Synchronisierungseinheiten für jede Zahnradübersetzung. Ein Branchentrend besteht darin, die Synchronisierungseinheiten durch eine gemeinsame Nebenwellenbremse zum Hochschalten zu ersetzen und die Kraftquelle (den Motor) des Fahrzeugs zum Herunterschalten zu verwenden. Dies liegt darin begründet, dass die Synchronisierungseinheiten teuer in der Herstellung sind.
Eine Nebenwellenbremse kann beim Hochschalten zum Bremsen der Nebenwelle und der Antriebswelle verwendet werden, um die Schaltvorgänge schneller und komfortabler zu gestalten. Der Branchenstandard besteht in der Verwendung einer Nebenwellenbremse mit einem festen Bremsmoment. Nebenwellenbremsen sind üblicherweise pneumatisch betätigt. Zum Erzielen der richtigen Drehzahl im Getriebe zum Einkuppeln des nächsten Gangs muss daher die Nebenwellenbremse zum richtigen Zeitpunkt abgeschaltet werden und die Zeit, die das Bremsen der Nebenwelle auf die gewünschte Drehzahl erfordert, darf nicht zu stark mit der Temperaturentwicklung variieren, das heißt die Reibungszahl des Reibbelags darf nicht zu stark mit der Temperaturentwicklung aufgrund der erzeugten Reibung variieren.
Wenn die Synchronisierungseinheiten, eine pro Gang, durch eine zentrale Nebenwellenbremse ersetzt werden, nimmt die Anzahl der Zyklen für den Reibbelag zum Synchronisieren des Getriebes zu. Auch die Anzahl der Fälle, bei denen der gleiche Reibbelag wiederholte Male ohne ausreichende Kühlzeit zwischen den wärmeerzeugenden Bremsvorgängen verwendet wird, nimmt zu. Beide Probleme führen zu einem erhöhten Verschleiß und somit eine kürzere Lebensdauer von Reibbelägen.
Bei bestimmten Typen von Reibbelägen ist die Reibungszahl mit der Temperatur gekoppelt. Üblicherweise nimmt die Reibungszahl mit steigender Temperatur ab. Die weggebremste Rotationsenergie führt zu einer erhöhten Temperatur des Reibbelags. Eine niedrigere Reibungszahl bewirkt ein niedrigeres Bremsmoment, was zu einer längeren Schaltzeit führt.
Ferner kann eine erhöhte Reibungsenergie im Belag bei wiederholtem Bremsen mit der Nebenwellenbremse dazu führen, dass sich Öl im Reibbelag einbrennt, was zu einer schlechteren Bremsleistung führt. Dies bewirkt ebenfalls, dass die Zeitdauer für das Schalten verlängert wird, da das Synchronisieren der Drehzahl mehr Zeit erfordert.
Der Antriebsstrang befindet sich während des Schaltens in einem drehmomentlosen Zustand. Das Fahrzeug wird somit während des Zeitraums, in dem das Schalten erfolgt, nicht vom Motor vorwärts bewegt, sondern rollt aufgrund seiner Trägheit weiter in Fahrtrichtung.
Eine längere Schaltzeit kann daher für das Fahrzeug und dessen Fahrer problematisch werden, gegebenenfalls insbesondere beim Schalten unter erschwerten Bedingungen wie beispielsweise an einem steilen Anstieg mit geringer Geschwindigkeit und schwerer Last. Wenn der Motor während des Schaltvorgangs keine Zugkraft in der Fahrtrichtung erzeugt, verliert das Fahrzeug aufgrund der Kombination aus Anstieg und schwerer Last schnell an Geschwindigkeit.
Dies kann insbesondere beim Fahren in beispielsweise einer Grube problematisch werden, da hier oft schwere Lasten und Anstiege in Kombination mit schlechten Straßen, welche die Geschwindigkeit begrenzen, vorkommen. Wenn das Getriebe versucht hochzuschalten, es aber aufgrund von überhitzten Reibbelägen der Nebenwellenbremse zu einer Verzögerung kommt, weist der neue, höhere Gang gegebenenfalls eine zu niedrige Drehzahl nach dem Schaltvorgang aufgrund der niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit auf, was wiederum dazu führt, dass der Motor ein zu niedriges Drehmoment für das Fahrzeug erzeugt und abstirbt. Alternativ kann das Getriebe schnell herunterschalten, um dem entgegen zu wirken, was wiederum zu einem drehmomentlosen Zustand führt und weiter die Fahrzeuggeschwindigkeit senkt usw.
Ein weiteres Problem aus Herstellerperspektive stellt die Dimensionierung der Nebenwellenbremse und des dazugehörigen Reibbelags für die hergestellten Fahrzeuge dar, da die Schalthäufigkeit und somit die Belastung des Reibbelags bei verschiedenen Fahrzeugen je nach Typ und Einsatzbereich, aber auch Fahrstil stark unterschiedlich ist. Ein Fernlastzug im Fernverkehr kann lange Strecken mit konstanter Geschwindigkeit und wenig Schaltvorgängen zurücklegen, während ein Lastkraftwagen im Grubenbetrieb in einem Tagebau mit vielen Anstiegen, ein Müllfahrzeug oder ein Lieferfahrzeug im Stadtverkehr sehr viele Schaltvorgänge absolvieren muss. Die Dimensionierung von Reibbelägen für die härtesten Verhältnisse, die für Getriebe und Nebenwellenbremse denkbar sind, ist kostspielig und führt zu einer unnötigen Ressourcenverschwendung, da die meisten Getriebe solch extremen Belastungen nicht ausgesetzt sind. Wenn andererseits die Dimensionierung von Reibbelägen für die Belastung von Durchschnittsfahrzeugen erfolgt, treten die zuvor beschriebenen Nachteile durch unterdimensionierte Beläge bei Fahrzeugen, die harten Schaltbedingungen ausgesetzt sind, auf. Das Verwenden von unterschiedlich dimensionierten Reibbelägen in unterschiedlichen Fahrzeugen entsprechend der prognostizierten Belastung kann ebenfalls schwierig sein, da der Hersteller nicht immer vorab weiß, wie der Anwender/Käufer sein Fahrzeug verwenden will. Ferner kann sich der Verwendungsbereich eines bestimmten Fahrzeugs während der Lebensdauer des Fahrzeugs ändern.
Es ist festzustellen, dass noch viel Verbesserungsbedarf beim Schalten von Fahrzeugen mit einem halbautomatischen Getriebe besteht, insbesondere bei Fahrzeugen, die unter schwierigen und/oder unvorhersehbaren Fahrbedingungen fahren.
Zusammenfassung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, zumindest eines der zuvor aufgeführten Probleme zu lösen und das Verfahren beim Schalten in einem Fahrzeug mit halbautomatischem Getriebe zu verbessern, um das Überhitzen einer Nebenwellenbremse im Getriebe zu vermeiden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren in einer Steuereinheit zum Steuern eines Getriebes in einem Fahrzeug gelöst. Das Getriebe ist ein halbautomatisches Getriebe. Das Verfahren betrifft das Vermeiden eines Überhitzens einer Nebenwellenbremse im Getriebe. Das Verfahren umfasst das Erkennen eines Hochschaltwunsches und eine Berechnung einer Drehzahländerung einer Nebenwelle im Getriebe, um die Drehzahl der Nebenwelle mit der Drehzahl der Hauptwelle aufgrund des gewünschten Hochschaltens zu synchronisieren. Ferner umfasst das Verfahren eine Prognose der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse beim Bremsen der Nebenwelle entwickelt, auf Basis der berechneten Drehzahländerung. Ferner umfasst das Verfahren das Einleiten einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse beim Schalten entsprechend dem erkannten Hochschaltwunsch entwickelt, wenn die prognostizierte Wärmeenergie einen Grenzwert überschreitet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Steuereinheit gelöst, die zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes zum Vermeiden des Überhitzens einer Nebenwellenbremse im Getriebe angeordnet ist. Die Steuereinheit umfasst einen Prozessorkreis, der zum Erkennen eines Hochschaltwunsches angeordnet ist. Ferner ist der Prozessorkreis zum Berechnen einer Drehzahländerung einer Nebenwelle im Getriebe angeordnet, um die Drehzahl der Nebenwelle mit der Drehzahl der Hauptwelle aufgrund des gewünschten Hochschaltens zu synchronisieren. Der Prozessorkreis ist ebenfalls für eine Prognose der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse beim Bremsen der Nebenwelle entwickelt, auf Basis der berechneten Drehzahländerung angeordnet. Ferner ist der Prozessorkreis zum Einleiten einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse beim Schalten entsprechend dem erkannten Hochschaltwunsch entwickelt, wenn die prognostizierte Wärmeenergie einen Grenzwert überschreitet, angeordnet.
Durch die Prognose des Zeitpunkts, zu dem die Reibungsenergie, die sich in einem Reibbelag in der Nebenwellenbremse entwickelt, so hoch wird, dass der Reibbelag so warm wird, dass die Reibungszahl sinkt, was zu einer schlechteren Bremswirkung und somit einer längeren Schaltzeit führt, kann eine reibungsenergiehemmende Maßnahme durchgeführt werden, welche die Reibungsenergie verringert, die sich andernfalls im Reibbelag entwickelt hätte. Dadurch kann die Gefahr eines Überhitzens des Reibbelags der Nebenwellenbremse verringert werden, was die Lebensdauer des Reibbelags verlängert. Wenn die Temperatur des Reibbelags unter einem bestimmten Grenzwert gehalten werden kann, wird sichergestellt, dass der Belag die gewünschte Reibungszahl und somit die maximale Bremsleistung aufweist, wenn dies erforderlich ist, was zu einer kürzeren Schaltzeit und somit einer kürzeren Dauer des drehmomentlosen Zustands des Antriebsstrangs führt. Dadurch wird die Schaltleistung von Getriebe und Fahrzeug verbessert. Ein weiterer Vorteil der zuvor genannten Maßnahmen ist, dass die Oxidation des Getriebeöls verringert wird, da die Öltemperatur niedrig gehalten wird.
Weitere Vorteile und neue Merkmale gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor.
Beschreibung der Figuren
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend ausführlicher in Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, die verschiedene Ausführungsbeispiele zeigen.
1A zeigt ein Szenario mit einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
1B zeigt ein Beispiel für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt ein Getriebe mit einer Nebenwellenbremse gemäß einer Ausführungsform.
3 zeigt ein Fließdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt.
4 zeigt eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Die Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein Verfahren und eine Steuereinheit, die gemäß einem der nachfolgend beschriebenen Beispiele ausgeführt sein können. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und ist nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsformen begrenzt zu betrachten, die viel mehr zum Hervorheben und Veranschaulichen verschiedener Aspekte dienen.
Weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung gehen gegebenenfalls aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Figuren hervor. Die Figuren sind jedoch ausschließlich als Beispiele für verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zu betrachten und dürfen nicht als für die Erfindung begrenzend betrachtet werden, die ausschließlich von den beigefügten Ansprüchen begrenzt wird. Ferner sind die Figuren nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt und dienen vorbehaltlich abweichender Angaben zur konzeptuellen Darstellung von Aspekten der Erfindung.
1A zeigt ein Fahrzeug 100, das zum Schalten und motorgetriebenen Fortbewegen in unter anderem einer ersten Fahrtrichtung 105 ausgebildet ist. Beispielsweise, aber nicht notwendigerweise, kann das Fahrzeug 100 ein beschleunigender Lastkraftwagen, ein Lieferfahrzeug im Stadtverkehr, ein Müllfahrzeug, ein Bus im Stadtverkehr, ein im Grubenbetrieb eingesetzter Lastkraftwagen oder ein auf Forstwegen eingesetzter Holztransporter sein, um nur einige anschauliche Beispiele zu nennen.
1B zeigt schematisch einen Antriebsstrang im Fahrzeug 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor 110, der über eine Abtriebswelle am Verbrennungsmotor 110, beispielsweise über ein Schwungrad, mit einer Antriebswelle 112 eines Getriebes 113 über eine Kupplung 114 verbunden ist. Insbesondere kann ein Sensor 111 zum Ermitteln der Drehzahl des Verbrennungsmotors an der Weile 112 angeordnet sein. Solch ein Sensor 111 kann auch als Drehzahlmesser bezeichnet werden. Das Getriebe 113 ist ein halbautomatisches Getriebe. Alle Bezüge in der vorliegenden Beschreibung auf ein „Getriebe” oder „Getriebe des Fahrzeugs” beziehen sich auf ein solches halbautomatisches Getriebe.
Die Kupplung 114 kann beispielsweise aus einer automatisch gesteuerten Kupplung bestehen, die beispielsweise eine Trockenlamellenausführung aufweist. Der Eingriff des Reibelements (der Lamelle) in das Schwungrad an der Abtriebswelle des Motors kann mit einer Druckplatte gesteuert werden, die in Längsrichtung mit beispielsweise einem Hebel, dessen Funktion von einem Kupplungsstellglied gesteuert werden kann, verschiebbar sein kann. Das Einwirken des Kupplungsstellglieds auf den Hebel wird wiederum von der Kupplungssteuerung des Fahrzeugs über eine Steuereinheit 115 gesteuert. Die Steuereinheit 115 steuert ebenfalls das Getriebe 113 und die Gangwahl in diesem durch einen Steueralgorithmus. Der Steueralgorithmus, der das Getriebe 113 des Fahrzeugs steuert, wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen von einem oder mehreren Parametern beeinflusst, die fahrerabhängig, indirekt fahrerabhängig oder fahrerunabhängig sein können, wie beispielsweise Neigung des Fahrzeug, Fahrzeuggewicht, Fahrzeugtyp, Fahrkomfort, Stellung des Gaspedals, Stellungsänderungsgeschwindigkeit des Gaspedals, Leistungswahl, Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Motordrehzahl, um nur einige Beispiele zu nennen. Ein oder mehrere solche Parameter steuern somit die Gangwahl im halbautomatischen Getriebe 113. Wenn die Steuereinheit 115 beispielsweise die momentane Drehzahl über den Sensor 111 ermittelt und feststellt, dass die ermittelte Drehzahl einen ermittelten Schaltpunkt für einen höheren Gang überschreitet, kann ein Schaltbefehl von der Steuereinheit 115 erzeugt und an das halbautomatische Getriebe 113 geschickt werden, damit der höhere Gang eingelegt wird.
Das Fahrzeug 100 umfasst ebenfalls Antriebsachsen 116, 117, die mit den Antriebsrädern 118, 119 verbunden sind und von einer Abtriebswelle 120 am Getriebe 113 über ein Achsgetriebe 121 wie beispielsweise ein Differentialgetriebe angetrieben werden. Das in 1B schematisch dargestellte Fahrzeug 100 umfasst nur zwei Antriebsräder 118, 119; aber die Ausführungsformen der Erfindung eignen sich auch für Fahrzeuge mit einer Vielzahl von Antriebsachsen mit einem oder einer Vielzahl von Antriebsrädern.
Im Anschluss an das Getriebe 113 bzw. die Nebenwelle 230 des Getriebes befindet sich eine Nebenwellenbremse 250, die von der Steuereinheit 115 gesteuert wird. Die Nebenwellenbremse 250 umfasst wenigstens einen Reibbelag, der an die Nebenwelle 230 angelegt werden, wenn die Drehzahl der Nebenwelle 230 verringert werden muss, um diese mit der Abtriebsdrehzahl zu synchronisieren. Der Reibbelag bildet dann die Reibfläche zwischen Nebenwelle 230 und Nebenwellenbremse 250.
Die Steuereinheit 115 kann in bestimmten Ausführungsformen mit anderen Einheiten im Fahrzeug 100 über eine Steuerung kommunizieren, die aus einem Kommunikationsbussystem bestehend aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen zum Koppeln einer Anzahl von elektronischen Steuereinheiten (ECUs) oder Kontrolleinheiten/Controllern und verschiedenen am Fahrzeug 100 angeordneten Komponenten gebildet wird. Eine solche Steuerung kann eine große Anzahl an Kontrolleinheiten umfassen und die Zuständigkeit für eine bestimmte Funktion kann auf mehr als eine Kontrolleinheit aufgeteilt sein. Ebenso kann eine Kontrolleinheit für mehrere Funktionen zuständig sein.
Die Steuereinheit 115 ist somit zum Kommunizieren einerseits mit anderen Einheiten, andererseits zum Empfangen von Signalen und Messwerten sowie gegebenenfalls Auslösen einer Messung, beispielsweise in bestimmten Zeitintervallen, angeordnet. Ferner ist die Steuereinheit 115 zum Kommunizieren beispielsweise über die Kommunikationsbusse des Fahrzeugs angeordnet, die aus einem oder mehreren Kabeln, einem Datenbus wie einem CAN-(Controller-Area-Network-)Bus, einem MOST-(Media-Oriented-Systems-Transport-)Bus oder einer anderen Buskonfiguration bestehen können.
Die Steuereinheit 115 kann ebenfalls oder alternativ gemäß bestimmten Ausführungsformen zur drahtlosen Kommunikation über eine drahtlose Schnittstelle angeordnet sein. Die drahtlose Schnittstelle kann aus einem Funksender bestehen, der auf drahtloser Kommunikationstechnologie wie 3rd Generation Partnership Project (3GPP), Long Term Evolution (LTE), LTE-Advanced, Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Global System for Mobile Communications/Enhanced Data rate for GSM Evolution (GSM/EDGE), Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA), World-Wide Interoperability for Microwave Access (WiMax), Wireless Local Area Network (WLAN), Ultra Mobile Broadband (UMB), Bluetooth (BT), Near Field Communication (NFC), WiFi oder einem Infrarotsender beruht, um nur einige denkbare Beispiele für drahtlose Kommunikation zu nennen.
Zur Vereinfachung ist in der 1B nur eine Steuereinheit 115 dargestellt, bei der eine Vielzahl von Steuerfunktionen wie die Steuerung des halbautomatischen Getriebes 113 und dessen Nebenwellenbremse 250 zusammengefasst sind; das Fahrzeug 100 kann aber in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Steuereinheiten umfassen, auf die verschiedene Steuerfunktionen verteilt sein können.
2 zeigt schematisch ein halbautomatisches Getriebe 113 im Fahrzeug 100. Das halbautomatische Getriebe 113 umfasst ein Splitgetriebe 210 und ein Hauptgetriebe 220. Ferner kann das halbautomatische Getriebe 113 in bestimmten Ausführungsformen ein Range-Getriebe (nicht dargestellt) umfassen, das aus einem Planetengetriebe besteht. Im Anschluss an das Splitgetriebe 210 ist eine Nebenwelle 230 angeordnet.
Die Nebenwellenbremse 250 ist zum Einwirken auf die Nebenwelle 230, geregelt durch die Steuereinheit 115, angeordnet, indem ein Reibbelag der Nebenwellenbremse 250 an der Nebenwelle 230 anliegt, um deren Drehzahl zu verringern.
Die Steuereinheit 115 ist zum Prognostizieren oder Berechnen einer geschätzten weggebremsten Energie im Reibbelag der Nebenwellenbremse auf Basis beispielsweise der Drehzahländerung der Nebenwelle 230, des jeweils einzulegenden Gangs (und damit der Rotationsträgheit) und der gemessenen oder geschätzten Öltemperatur im Getriebe 113 angeordnet. Die weggebremste Energie kann beispielsweise wie folgt berechnet werden:
dabei gilt:
E = weggebremste Energie, I_R = reflektierte Massenträgheit der jeweiligen Welle, ω₂ = endgültige Drehzahl, ω₁ = ursprüngliche Drehzahl, E_D = Energieverluste durch Öl, Lager, Zahnräder usw.
E_D ist temperaturabhängig und kann berechnet werden, wenn die Temperatur beispielsweise von einem Temperatursensor bekannt ist, oder kann andernfalls geschätzt oder als ein konstanter Wert angesetzt werden, der bei Betriebstemperatur gemessen wird, wenn die meisten Schaltvorgänge schätzungsweise bei Betriebstemperatur erfolgen. Die weggebremste Energie E kann somit gemäß bestimmten Ausführungsformen als proportional zum Drehzahlunterschied angesetzt werden. Durch Prognostizieren oder Berechnen einer geschätzten weggebremsten Energie E im Reibbelag einer Nebenwellenbremse statt Messen der momentanen Temperatur im Reibbelag kann man vorhersagen, ob eine Überlastung im Reibbelag eintritt, indem diese prognostizierte weggebremste Energie E mit einem Grenzwert G verglichen wird. Ferner kann, wenn dies eintrifft, ein proaktives Maßnahmenpaket aktiviert werden, um zu vermeiden, dass ein solches überhitzen des Reibbelags eintritt.
Wenn ein Messen der Temperatur des Reibbelags erfolgt, kann nur nachträglich festgestellt werden, dass der Reibbelag überlastet wurde, und gegebenenfalls reaktiv eingeschränkt werden, dass sich die bereits eingetretene Überhitzung verschlimmert. Das Messen der Temperatur von Bremsbelägen ist darüber hinaus schwierig und erfordert eine besonders angepasste und somit kostspielige Messausrüstung.
Wenn die gesamte Energiemenge E in einem bestimmten Zeitraum einen vorgegebenen Grenzwert G überschreitet, kann die Steuereinheit 115 eine Maßnahme durchführen, welche die weggebremste Energie E im Reibbelag der Nebenwellenbremse verringert oder beseitigt und somit die Lebensdauer des Belags verlängert.
Der vorgegebene Grenzwert G kann auf Basis beispielsweise der Kühlkapazität, der thermischen Trägheit, der Temperaturbeständigkeit, der Verschleißeigenschaften bei hoher Temperatur, des Abkühlverhaltens und/oder ähnlichen Eigenschaften des Reibbelags bestimmt werden. Ferner kann der vorgegebene Grenzwert G entweder die Energie beim Bremsen der Nebenwelle oder die in einem bestimmten Zeitraum angesammelte Energie betreffen.
Die Maßnahmen, welche die Steuereinheit 115 ausführen kann, können beispielsweise das Synchronisieren des Getriebes 113 durch Ändern der Motordrehzahl bei geschlossener Kupplung 114 umfassen, was wiederum das Bremsen der Antriebswelle 112 durch den Motor 110 umfassen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann das Splitgetriebe während des Schaltens in Neutralstellung gebracht werden, auch wenn das Splitgetriebe normalerweise nicht hätte schalten müssen, um die Trägheit (und somit die Energieentwicklung E) zu verringern, der die Nebenwellenbremse 250 und der Reibbelag ausgesetzt sind. Die Steuereinheit 115 kann auch in bestimmten Ausführungsformen die gewünschte Gangwahl ändern, indem beispielsweise mehrere kleine Schaltstufen mit Kühlzeit dazwischen statt einer großen Schaltstufe durchgeführt werden; alternativ kann ein Schalten vollständig unterbleiben, indem Schaltvorgänge für eine bestimmte Dauer verhindert werden. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 115 zum Verwenden anderer Bremsvorrichtungen im Getriebe 113 zum Verteilen der Belastung, beispielsweise eine Bremse an der Antriebswelle 112 und/oder eine Splitgetriebesynchronisierung, angeordnet sein.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Getriebe 113 sowohl Synchronisierungseinheiten (nicht dargestellt) als auch eine Nebenwellenbremse 250 umfassen. Die Steuereinheit 115 kann dann im Synchronisierungsverfahren zwischen der Nutzung der Nebenwellenbremse 250 und der Synchronisierungseinheit zu diesem Zweck wechseln. Dadurch wird die Gefahr eines Überhitzens des Reibbelags von Synchronisierungseinheiten und Nebenwellenbremse 250 verringert. Hierdurch kann eine weitere Verbesserung der Bremskapazität und eine Verlängerung der Lebensdauer des Reibbelags der Nebenwellenbremse 250 und der Synchronisierungseinheiten im Vergleich zum Stand der Technik mit ausschließlicher Verwendung von Synchronisierungseinheiten erzielt werden.
Durch Ausführen von wenigstens einer dieser Maßnahmen kann die Lebensdauer des Reibbelags der Nebenwellenbremse 250 verlängert werden. Ferner kann die Gefahr einer Überlastung des Reibbelags in der Nebenwellenbremse 250 beseitigt oder wenigstens verringert werden. Wenn die Temperatur des Reibbelags unter einem bestimmten Grenzwert gehalten werden kann, wird sichergestellt, dass der Belag die gewünschte Reibungszahl und somit die maximale Bremsleistung aufweist, wenn dies erforderlich ist, was zu einer kürzeren Schaltzeit und somit einer kürzeren Dauer des drehmomentlosen Zustands des Antriebsstrangs führt. Dadurch wird eine bessere Schaltleistung erzielt, da das Fahrzeug 100 nicht so viel Geschwindigkeit beim Schalten verliert wie bei den Verfahren nach dem Stand der Technik. Ein weiterer Vorteil der zuvor genannten Maßnahmen ist, dass die Oxidation des Getriebeöls verringert wird, da die Öltemperatur niedrig gehalten wird.
Eine Oxidation des Getriebeöls führt zu einer Reihe von Verschlechterungen der Eigenschaften des Getriebeöls wie erhöhte Viskosität, Korrosion sowie niedrigerer Flammpunkt und bewirkt ein Verstopfen von Filtern und harzartigen Belägen im Getriebe 113, die auf unterschiedliche Weise dem Getriebe 113 schaden können.
Durch Verringern der Oxidation des Getriebeöls wird die Lebensdauer von diesem verlängert, was zu geringeren Kosten für Ölwechsel und Reinigung führt. Ferner führt eine unveränderte (oder sich weniger ändernde) Viskosität (aufgrund der geringeren Erwärmung des Öls) zu weniger Verschleiß und Abnutzung von Lagern und Gleitflächen der Komponenten des Getriebes 113. In bestimmten Ausführungsformen können einige oder alle der aufgezählten Maßnahmen zum Verringern oder Entfernen der weggebremsten Energie E im Reibbelag der Nebenwellenbremse in einer hierarchischen Reihenfolge eingesetzt werden, wobei eine Vielzahl von Grenzwerten G₁, G₂, ..., G_n angewendet werden kann, wobei G₁ < G₂ < , ..., < G_n.
Beispielsweise kann gemäß bestimmten Ausführungsformen, wenn die prognostizierte weggebremste Energie E < G₁, das Bremsen mit der Nebenwellenbremse 250 ohne Maßnahmen zum Verringern der entwickelten Wärmeenergie E erfolgen. Ferner kann gemäß bestimmten Ausführungsformen, wenn G₁ < E < G₂, die Wärmeenergie E dadurch verringert werden, dass das Getriebe 113 bei geschlossener Kupplung 114 synchronisiert wird und/oder das Splitgetriebe des Getriebes in Neutralstellung gebracht wird, bevor die Synchronisierung des Getriebes 113 erfolgt. Wenn G₂ < E < G₃, können die reibungshemmenden Maßnahmen umfassen, dass das Bremsen mit dem Motor 110 des Fahrzeugs an der Antriebswelle 112 des Getriebes und/oder eine Splitgetriebesynchronisierung erfolgt. Wenn G₃ < E, können die Maßnahmen umfassen, dass für einen vorgegebenen Zeitraum ein Schalten verhindert wird.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass bei einer begrenzten prognostizierten Energiebelastung E des Reibbelags nur reibungshemmende Maßnahmen durchgeführt werden, die sich nicht oder nur marginal auf die Wahrnehmung des Schaltvorgangs durch den Fahrer auswirken. Dadurch kann das vollständige Verhindern des Durchführens eines bestimmten Schaltvorgangs vermieden werden, was sich vermutlich auf die Fahrwahrnehmung des Fahrers negativ auswirken würde, oder zumindest verhindert werden, dass solch ein Schaltvorgang durchgeführt wird, wenn die prognostizierte Energiebelastung E des Reibbelags einen sehr hohen Grenzwert G_hög überschreitet, wenn G < G_hög und offensichtlich keine andere Maßnahme die Überbelastung verringern kann.
3 zeigt ein Beispiel für die Ausführungsformen der Erfindung. Das Fließdiagramm in 3 veranschaulicht ein Verfahren 300 in einer Steuereinheit 115 zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes 113 in einem Fahrzeug 100 zum Vermeiden des Überhitzen einer Nebenwellenbremse 250 und von einem oder mehreren Reibbelägen im Getriebe 113. Der Reibbelag ist ein Bestandteil der Nebenwellenbremse 250 und bildet die Reibfläche in der Nebenwellenbremse 250, die bei der Drehzahlsynchronisierung durch Bremsen der Nebenwelle 230 an der Nebenwelle 230 angelegt wird. Das halbautomatische Getriebe 113 kann ein Splitgetriebe 210 und ein Hauptgetriebe 220 umfassen. Gegebenenfalls können bestimmte Ausführungsformen auch ein Range-Getriebe umfassen.
Die Aufgabe des Verfahrens 300 besteht im Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag beim Schalten gemäß einem Hochschaltwunsch entwickelt. Dadurch kann die Lebensdauer des Reibbelags einer Nebenwellenbremse verlängert werden.
Zum optimalen Steuern des Getriebes 113 im Fahrzeug 100 für das Vermeiden eines Überhitzens einer Nebenwellenbremse 250 und von dessen Reibbelag kann das Verfahren 300 eine Anzahl an Schritten 301 bis 304 umfassen. Es ist jedoch zu beachten, dass bestimmte der hier beschriebenen Schritte 301 bis 304 alternative Ausführungsformen umfassen. Das Verfahren 300 umfasst folgende Schritte:
Schritt 301
Ein Schaltwunsch wird erkannt.
Solch ein Schaltwunsch kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass die Drehzahl des Motors oder ein anderer schaltsteuernder Parameter einen bestimmten Schaltpunkt für einen neuen höheren Gang überschreitet bzw. einen bestimmten Schaltpunkt für einen neuen niedrigeren Gang unterschreitet. Verschiedene Schaltpunkte können mit verschiedenen Gängen verknüpft sein. Ferner können in bestimmten Ausführungsformen Gänge, etwa ein Gang, zwei Gänge, drei Gänge usw., übersprungen werden, je nachdem, welcher Schaltpunkt erreicht wird.
Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen solch ein schaltsteuernder Parameter durch Messen der Drehzahl des Motors mit einem Sensor 111 ermittelt werden. Solch eine Messung kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen kontinuierlich oder in bestimmten Zeitintervallen erfolgen. Ferner kann gemäß bestimmten Ausführungsformen der schaltsteuernde Parameter eine Vielzahl von Parametern umfassen, die beispielsweise einen oder mehrere Parameter wie Drehzahl, Geschwindigkeit, Rollwiderstand, Straßenneigung, Gesamtgewicht, Außentemperatur, prognostizierte Drehzahl im alternativen Gang, prognostizierte Leistung im alternativen Gang, Beschleunigungsleistung, Komfortniveau und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen, um nur einige Beispiele zu nennen.
Das Ermitteln der Parameterwerte kann in diesem Fall gemäß bestimmten Ausführungsformen das Einsammeln der aktuellen Parameterwerte und das Berechnen gemäß einem ausgewogenen Algorithmus des Werts für den schaltsteuernden Parameter umfassen.
Schritt 302
Eine Drehzahländerung zum Synchronisieren der Drehzahl der Nebenwelle 230 mit der Drehzahl der Hauptwelle aufgrund des erkannten 301 gewünschten Hochschaltens wird berechnet. Die Drehzahländerung betrifft die Nebenwelle 230.
Die Drehzahländerung kann eine Änderung der Drehzahl der Nebenwelle 230 von einer ersten Drehzahl ω₁ zu einer zweiten Drehzahl ω₂ umfassen.
Zum Ermitteln der Drehzahländerung kann die Antriebswellendrehzahl oder die Nebenwellendrehzahl gemessen oder berechnet werden. (Der Unterschied zwischen diesen besteht in der Übersetzung zwischen dem Zahnradpaar, das die Antriebswelle 112 mit der Nebenwelle 230 verbindet, was das Berechnen der Nebenwellendrehzahl erleichtert.) In einer Ausführungsform kann die Drehzahl ω₁ direkt an der Nebenwelle 230, beispielsweise mit einem Drehzahlsensor, gemessen werden, wodurch die Antriebswellendrehzahl für diesen Zweck nicht ermittelt werden muss. Mit der Nebenwellendrehzahl und dem Wissen über die Übersetzung des Getriebes kann die Drehzahl des Zahnrads ausgerechnet werden, das an der Hauptwelle sitzt und von der Nebenwelle 230 angetrieben wird. Dadurch erhält man die eine Drehzahl ω₁. Zum Ermitteln der zweiten Drehzahl ω₂, mit dem die erste zu vergleichen ist, muss die Hauptwellendrehzahl bekannt sein, die man direkt messen oder aus der Abtriebswellendrehzahl berechnen kann. Jetzt kann man berechnen, welche Änderung der Drehzahl der Nebenwelle 230 erfolgen kann, um die Drehzahl der Nebenwelle 230 mit der Drehzahl der Hauptwelle zu synchronisieren.
Schritt 303
Es erfolgt eine Prognose der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag beim Bremsen der Nebenwelle 230 entwickelt, auf Basis der berechneten 302 Drehzahländerung der Nebenwelle 230.
Die Prognose der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und deren Reibbelag beim Bremsen der Nebenwelle 230 entwickelt, kann gemäß einer Ausführungsform wie folgt berechnet werden:
wobei gilt:
E = weggebremste Energie, I_R = reflektierte Massenträgheit der jeweiligen Welle, ω₂ = endgültige Drehzahl, ω₁ = ursprüngliche Drehzahl, E_D = Energieverluste durch Öl, Lager, Zahnräder usw.
Die berechnete Wärmeenergie E kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise die prognostizierte entwickelte Wärmeenergie in einem einzelnen Bremsvorgang oder die in einem bestimmten Zeitraum angesammelte Wärmeenergie E umfassen.
Schritt 304
Eine Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie E wird eingeleitet, die sich in der Nebenwellenbremse 250 beim Schalten entsprechend dem erkannten 301 Hochschaltwunsch entwickelt, wenn die prognostizierte 303 Wärmeenergie E einen Grenzwert überschreitet.
Solch ein Grenzwert G kann die höchstzulässige Wärmeenergie bei einem Bremsvorgang oder die höchstzulässige in einem bestimmten Zeitraum angesammelte Energie betreffen.
Die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, können in bestimmten Ausführungsformen die Synchronisierung des Getriebes 113 bei geschlossener Kupplung 114 umfassen.
Der Verbrennungsmotor wird auf die Drehzahl eingestellt, die eine synchrone Drehzahl zwischen der Hauptwelle und dem jeweiligen Zahnrad, das eingekuppelt werden soll, ergibt.
Die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse 250 entwickelt, kann alternativ auch das Synchronisieren mit Kupplungslamellen umfassen. Während die Kupplung geöffnet ist, kann der Verbrennungsmotor 110 auf die Drehzahl eingestellt werden, die eine synchrone Drehzahl zwischen der Hauptwelle und dem jeweiligen Zahnrad, das eingekuppelt werden soll, ergibt. Die Kupplung 114 kann anschließend geschlossen werden und die Lamellen können in bestimmten Ausführungsformen die Drehzahl synchronisieren.
In anderen Ausführungsformen können die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, ein Bringen des Splitgetriebes des Getriebes in Neutralstellung, bevor eine Synchronisierung des Getriebes 113 erfolgt, umfassen, ungeachtet dessen, ob dies für den Schaltvorgang erforderlich ist oder nicht. Dadurch werden die Antriebswelle 112 und die Kupplungslamellen ausgekuppelt, wodurch sich auch die Masse, die von der Nebenwellenbremse 250 gebremst werden muss, durch diese Ausführungsform verringert, was wiederum zu einer geringeren Energieentwicklung E im Reibbelag führt.
In bestimmten Ausführungsformen, bei denen der ermittelte 301 Hochschaltwunsch das Überspringen von wenigstens einer Schaltstufe umfasst, können die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, das Ändern des Schaltwunsches durch Absolvieren von wenigstens zwei Schaltstufen umfassen, beispielsweise mit einem vorgegebenen Zeitraum oder einer vorgegebenen Abkühlzeit dazwischen. Solch eine vorgegebene Abkühlzeit kann entsprechend dem Typ von Reibbelag der Nebenwellenbremse 250 und der Kapazität des Belags festgelegt werden.
Durch Aufteilen eines mehrstufigen Schaltvorgangs in beispielsweise zwei einstufige Schaltvorgänge, wobei der eine Schaltvorgang ausschließlich den Splitschaltvorgang umfasst und sich somit nicht auf die Nebenwellenbremse 250 auswirkt, wird eine geringere Wärmeentwicklung in der Nebenwellenbremse 250 erzielt.
Die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 entwickelt, können ebenfalls ein Ändern des Schaltwunsches durch Verhindern, dass der Schaltvorgang durchgeführt wird, bevor ein bestimmter vorgegebener oder konfigurierbarer Zeitraum oder eine Abkühlzeit verstrichen ist, umfassen. Ein solcher vorgegebener Zeitraum kann auf einige Sekunden oder einige Minuten in verschiedenen Ausführungsformen festgelegt werden, beispielsweise abhängig vom Fahrzeugtyp, vom Typ des Reibbelags, von der Menge der weggebremsten Energie E, von der Temperatur des Reibbelags und/oder anderer ähnlicher Parameter.
Ferner können die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse (250) bzw. im Reibbelag entwickelt, alternativ ein Bremsen mit dem Motor 110 des Fahrzeugs an der Antriebswelle 112 des Getriebes umfassen. Dadurch wird die Nebenwellenbremse 250 nicht belastet und kann während dieser Zeit abkühlen.
Gemäß bestimmten weiteren Ausführungsformen können die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 entwickelt, das Verwenden von Synchronisierungseinheiten umfassen. Diese Ausführungsform setzt voraus, dass das Getriebe 113 sowohl mit einer Nebenwellenbremse 250 als auch mit wenigstens einer Synchronisierungseinheit zum Synchronisieren der Nebenwelle 230 ausgestattet ist. Durch abwechselndes Bremsen der Nebenwelle 230 mit der Nebenwellenbremse 250 und der Synchronisierungseinheit kann die Reibungsbelastung des jeweiligen Reibbelags verringert und die Abkühlzeit zwischen jedem Bremsvorgang verlängert werden.
Die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, kann in bestimmten Ausführungsformen ein Abwechseln zwischen einer Vielzahl der zuvor beschriebenen Maßnahmen zum Verringern der entwickelten Wärmeenergie E umfassen. Dadurch kann die Energieentwicklung E der Nebenwellenbremse 250 und des Belags zusätzlich verringert werden, was zu einer längeren Lebensdauer des Reibbelags führt.
Ein solches Abwechseln kann in bestimmten Ausführungsformen durch ein Durchführen von Maßnahmen in einer bestimmten hierarchischen Reihenfolge erfolgen, wobei die erste Maßnahme das Bringen des Splitgetriebes des Getriebes in Neutralstellung, bevor ein Synchronisieren des Getriebes 113 erfolgt, umfassen kann. Eine zweite Maßnahme, die durchgeführt werden kann, wenn die Prognose vorliegt, dass die Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 entwickelt, einen Grenzwert überschreitet, kann die Verwendung von weiteren Sychronisierungseinheiten oder sonstigen Synchronisierungseinheiten in den Ausführungsformen, in denen solche vorhanden sind, umfassen. Ferner kann eine Maßnahme darin bestehen, ein motorgesteuertes Schalten durchzuführen. Eine weitere Maßnahme kann gemäß bestimmten Ausführungsformen das Ändern der Gangwahl sowie das Verhindern des Ausführens eines Schaltvorgangs, bis ein bestimmter vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, sein.
Das motorgesteuerte Schalten umfasst, dass die Drehzahl des Motors auf die Drehzahl eingestellt wird, die ein synchrone Drehzahl zwischen der Hauptwelle und dem Zahnrad, das eingekuppelt werden soll, ergibt. Dies bedeutet, dass diese Maßnahme nicht mit anderen kombiniert werden muss, da diese die Synchronisierungsaufgabe erfüllt.
4 zeigt eine Ausführungsform einer zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes (113) in einem Fahrzeug 100 angeordnete Steuereinheit 115, um das Überhitzen einer Nebenwellenbremse 250 und von dessen Reibbelag im Getriebe 113 zu vermeiden. Der Reibbelag bzw. die Reibbeläge sind ein Bestandteil der Nebenwellenbremse 250 und bilden die Reibfläche in der Nebenwellenbremse 250, die bei der Drehzahlsynchronisierung durch Bremsen der Nebenwelle 230 an der Nebenwelle 230 angelegt wird. Das halbautomatische Getriebe 113 kann ein Splitgetriebe 210 und ein Hauptgetriebe 220 umfassen.
Die Steuereinheit 115 ist zum Ausführen von wenigstens einigen der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte 301 bis 304, welche die Beschreibung des Verfahrens 300 zum Steuern des Getriebes 113 im Fahrzeug 100 umfasst.
Um das Schalten des Getriebes 113 auf ordnungsgemäße Weise steuern zu können, umfasst die Steuereinheit 115 eine Anzahl an Komponenten, die nachfolgend ausführlicher beschrieben sind. Einige der beschriebenen Teilkomponenten sind in einem Teil der Ausführungsformen, aber nicht notwendigerweise in allen enthalten. Die Steuereinheit 115 kann auch zusätzliche Elektronik umfassen, die zum Verstehen der Funktion der Steuereinheit 115 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht notwendig ist.
Die Steuereinheit 115 umfasst einen Prozessorkreis 420, der zum Erkennen eines Hochschaltwunsches und ebenfalls zum Berechnen einer Drehzahländerung einer Nebenwelle 230 im Getriebe 113 zum Synchronisieren der Drehzahl der Nebenwelle 230 mit der Drehzahl der Hauptwelle 112 aufgrund des gewünschten Hochschaltens angeordnet ist. Der Prozessorkreis 420 ist ferner für eine Prognose der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag beim Bremsen der Nebenwelle 230 entwickelt, auf Basis der berechneten Drehzahländerung angeordnet. Der Prozessorkreis 420 ist ebenfalls zum Einleiten einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 beim Schalten entsprechend dem erkannten Hochschaltwunsch entwickelt, wenn die prognostizierte Wärmeenergie einen Grenzwert überschreitet, angeordnet. Ferner kann der Prozessorkreis 420 zum Anstoßen einer Synchronisierung der Nebenwelle 230 durch Erzeugen eines Steuersignals für die Nebenwellenbremse 250 und zum Durchführen des Schaltvorgangs in den gewünschten Gang, sobald die Synchronisierung erfolgt ist, angeordnet sein.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Prozessorkreis 420 ebenfalls zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Belag entwickelt, durch Ändern des Schaltwunsches durch Verhindern, dass der Schaltvorgang im Getriebe 113 durchgeführt wird, bevor ein bestimmter vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, angeordnet sein.
Der Prozessorkreis 420 kann ebenfalls zum Erzeugen eines Steuersignals zum Bremsen der Antriebswelle 112 des Getriebes mit dem Motor 110 des Fahrzeugs und somit Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250/im Reibbelag entwickelt, angeordnet sein.
Ferner kann der Prozessorkreis 420 ebenfalls gemäß bestimmten Ausführungsformen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, durch Senden von Steuersignalen zum Durchführen der Splitgetriebesynchronisierung angeordnet sein.
Der Prozessorkreis 420 kann darüber hinaus auch zum Wechseln zwischen einer Vielzahl von Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, angeordnet sein. Ein solches Abwechseln kann in bestimmten Ausführungsformen durch ein Durchführen von Maßnahmen in einer bestimmten hierarchischen Reihenfolge erfolgen, wobei eine erste Gruppe von Maßnahmen das Synchronisieren des Getriebes 113 bei geschlossener Kupplung 114 und das Bringen des Splitgetriebes des Getriebes in Neutralstellung, bevor ein Synchronisieren des Getriebes 113 erfolgt, umfassen kann. Eine zweite Gruppe von Maßnahmen, die bei einer Prognose, dass die Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 entwickelt, einen Grenzwert überschreitet, durchgeführt werden können, kann das Bremsen mit dem Motor 110 des Fahrzeugs an der Antriebswelle 112 des Getriebes und/oder das Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse 250 entwickelt, durch Splitgetriebesynchronisierung umfassen. Zusätzlich kann gemäß bestimmten Ausführungsformen eine Gruppe von Maßnahmen, die bei einer Prognose, dass die Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 entwickelt, einen Grenzwert G überschreitet, durchgeführt werden können, ein Ändern des Schaltwunsches durch Verhindern, dass der Schaltvorgang durchgeführt wird, bevor ein bestimmter vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, umfassen.
Ferner kann der Prozessorkreis ebenfalls zur Prognose der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250/im Reibbelag beim Bremsen der Nebenwelle 230 durch ein Berechnen der Energie E wie folgt angeordnet sein:
dabei gilt:
E = weggebremste Energie, I_R = reflektierte Massenträgheit der jeweiligen Welle, ω₂ = endgültige Drehzahl, ω₁ = ursprüngliche Drehzahl, E_D = Energieverluste durch Öl, Lager, Zahnräder usw.
Der Prozessorkreis 420 kann beispielsweise eine oder mehrere CPUs (Central Processing Units), Mikroprozessoren oder eine andere zum Interpretieren und Ausführen von Anweisungen und/oder Lesen und Schreiben von Daten ausgebildete Logik umfassen. Der Prozessorkreis 420 kann Daten für Eingang, Ausgang oder zur Datenverarbeitung von Daten umfassend ebenfalls das Speichern von Daten, Kontrollfunktionen u. Ä. handhaben.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Prozessorkreis 420 zum Durchführen einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, durch Erzeugen und Senden eines Steuersignals zur Senden des Getriebes 113 bei geschlossener Kupplung 114 angeordnet sein.
Der Prozessorkreis 420 kann ebenfalls zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und im Reibbelag entwickelt, durch Erzeugen und Senden eines Steuersignals zum Bringen des Splitgetriebes des Getriebes in Neutralstellung, bevor eine Synchronisierung des Getriebes 113 erfolgt, angeordnet sein.
Ferner kann der Prozessorkreis 420 in bestimmten Ausführungsformen, wenn der erkannte Hochschaltwunsch das Überspringen von wenigstens einer Schaltstufe umfasst, zum Erzeugen und Senden eines Steuersignals zum Ändern des Schaltwunsches durch Absolvieren von wenigstens zwei Schaltstufen mit einem vorgegebenen Zeitraum dazwischen und dadurch Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelag entwickelt, angeordnet sein.
Der Prozessorkreis 420 kann zum Ermitteln eines schaltsteuernden Parameters auf Basis von beispielsweise Drehzahl, Geschwindigkeit, Rollwiderstand, Straßenneigung, Gesamtgewicht, Außentemperatur, prognostizierter Drehzahl im alternativen Gang, prognostizierter Leistung im alternativen Gang, Beschleunigungsleistung und/oder Komfortniveau angeordnet sein.
Die Steuereinheit 115 kann ebenfalls einen sendenden Kreis 430 umfassen, der zum Senden eines Steuersignals beispielsweise an die Nebenwellenbremse 250 zum Durchführen des Schaltvorgangs in den gewünschten Gang angeordnet ist. Der sendende Kreis 430 kann zum Senden eines Steuersignals zum Durchführen des Schaltvorgangs in den gewünschten Gang an das Getriebe 113 angeordnet sein.
Die Steuereinheit 115 kann ebenfalls in bestimmten Ausführungsformen einen empfangenden Kreis 410 umfassen, der zum Erfassen einer Drehzahl oder eines Parameterwerts für einen schaltsteuernden Parameter angeordnet ist. Beispielsweise kann das Erfassen eines solchen Parameters das Ermitteln der momentanen Drehzahl des Motors 110 des Fahrzeugs durch einen Sensor 111 umfassen. Der Sensor 111 wird in diesem Fall als Drehzahlgeber, Drehzahlmesser und/oder Drehzahlsensor bezeichnet.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinheit 115 eine Speichereinheit 425 umfassen, die ein nichtflüchtiges Speichermedium für Daten umfasst. Ein solcher Speicher 425 kann zum Speichern von Informationen zu Gängen, Schaltpunkten, Drehzahlintervallen zum Einlegen eines bestimmten Gangs, mit bestimmten Gängen verknüpfte Solldrehzahlen, Grenzwert G, vorgegebenen Zeiträumen und ähnlichen Informationen, die das Einlegen eines neuen Gangs erleichtern, angeordnet sein.
Die Speichereinheit 425 kann beispielsweise eine Speicherkarte, einen Flash-Speicher, einen USB-Speicher, eine Festplatte oder eine andere ähnliche Datenspeichereinheit beispielsweise aus folgender Gruppe umfassen: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-Speicher, EEPROM (Electrically Erasable PROM) usw. in verschiedenen Ausführungsformen.
Ferner umfasst die Erfindung gemäß bestimmten Ausführungsformen ein Computerprogramm zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes 113 in einem Fahrzeug 100 zum Vermeiden des Überhitzen einer Nebenwellenbremse 250 und dessen Reibbelags im Getriebe 113. Solch ein Computerprogramm kann das Durchführen des Verfahrens 300 gemäß einem der Schritte 301 bis 304, wenn das Computerprogramm in einem Prozessor 420 in einer Steuereinheit 115 ausgeführt wird, umfassen. Das Computerprogramm ist zum Durchführen des Verfahrens 300 gemäß wenigstens einem der zuvor beschriebenen Schritte 301 bis 304 angeordnet, wobei das Computerprogramm im Prozessor 420 in der Steuereinheit 115 zusammen mit dem Computerprogrammcode zum Durchführen von einem, einigen, bestimmten oder allen der zuvor beschriebenen Schritte 301 bis 304 ausgeführt wird. Dadurch kann ein Computerprogramm umfassend Anweisungen zum Ausführen der Schritte 301 bis 304 das halbautomatische Getriebe 113 steuern und ein Steuersignal zum Einleiten einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie E, die sich in der Nebenwellenbremse 250/im Reibbelag beim Schalten entsprechend dem erkannten Hochschaltwunsch entwickelt, erzeugen, wenn die prognostizierte Wärmeenergie E einen Grenzwert G überschreitet und das Computerprogramm im Prozessorkreis 420 geladen ist.
Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung umfassen ebenfalls ein halbautomatisches Getriebe 113 in einem Fahrzeug 100, wobei das Getriebe 113 von einer Steuereinheit 115 gesteuert wird, um das überhitzen einer Nebenwellenbremse 250 bzw. dessen Belag im Getriebe 113 zu vermeiden. Die Nebenwellenbremse 250 ist im Anschluss an die Nebenwelle 230 im Getriebe 113 angeordnet.
Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung umfassen ebenfalls ein System zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes 113 in einem Fahrzeug 100 zum Vermeiden des Überhitzens einer Nebenwellenbremse 250 im Getriebe 113. Solch ein System kann eine Steuereinheit 115 wie zuvor beschrieben, einen zum Ermitteln der Drehzahl angeordneten Sensor 111 und ein halbautomatisches Getriebe 113 im Fahrzeug 100 umfassen. Einige Ausführungsformen der Erfindung umfassen auch ein Fahrzeug 100, welches das zuvor beschriebene halbautomatische Getriebe 113 umfasst.

Claims

Verfahren (300) in einer Steuereinheit (115) zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes (113) in einem Fahrzeug (100) zum Vermeiden des Überhitzens einer Nebenwellenbremse (250) im Getriebe (113), wobei das Verfahren (300) gekennzeichnet ist durch: ein Erkennen (301) eines Hochschaltwunsches; ein Berechnen (302) einer Drehzahländerung einer Nebenwelle (230) im Getriebe (113) zum Synchronisieren der Drehzahl der Nebenwelle (230) mit der Drehzahl der Hauptwelle (112) aufgrund des gewünschten Hochschaltens; eine Prognose (303) der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) beim Bremsen der Nebenwelle (230) entwickelt, auf Basis der berechneten (302) Drehzahländerung; ein Einleiten (304) einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) beim Schalten entsprechend dem erkannten (301) Hochschaltwunsch entwickelt, wenn die prognostizierte (303) Wärmeenergie einen Grenzwert überschreitet.
Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt, eine motorgesteuerte Synchronisierung des Getriebes (113) bei geschlossener Kupplung (114) umfassen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt, eine Synchronisierung mit den Kupplungslamellen umfassen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt, ein Bringen des Splitgetriebes des Getriebes in Neutralstellung vor Ausführen der Synchronisierung des Getriebes (113) umfassen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erkannte (301) Hochschaltwunsch der Überspringen von wenigstens einer Schaltstufe umfasst, wobei die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt, das Ändern des Schaltwunsches durch Absolvieren von wenigstens zwei Schaltstufen umfassen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt, ein Ändern des Schaltwunsches durch Verhindern, dass der Schaltvorgang durchgeführt wird, bevor ein bestimmter vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, umfassen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt, ein Bremsen mit dem Motor (110) des Fahrzeugs an der Antriebswelle (112) des Getriebes umfassen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt, ein Bringen des Splitgetriebes in Neutralstellung umfassen, worauf eine Splitgetriebesychronisierung erfolgt, um wieder den Gang einzulegen.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend ein Wechseln zwischen einer Vielzahl von Maßnahmen zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) entwickelt.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Prognose (303) der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) beim Bremsen der Nebenwelle (230) entwickelt, wie folgt berechnet wird:
wobei gilt: E = weggebremste Energie, I_R = reflektierte Massenträgheit der jeweiligen Welle, ω₂ = endgültige Drehzahl, ω₁ = ursprüngliche Drehzahl, E_D = Energieverluste durch Öl, Lager, Zahnräder.
Zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes (113) in einem Fahrzeug (100) angeordnete Steuereinheit (115), um ein Überhitzen einer Nebenwellenbremse (250) im Getriebe (113) zu vermeiden, wobei die Steuereinheit (115) gekennzeichnet ist durch: einen zum Erkennen eines Hochschaltwunsches sowie zum Berechnen einer Drehzahländerung einer Nebenwelle (230) im Getriebe (113) zum Synchronisieren der Drehzahl der Nebenwelle (230) mit der Drehzahl der Hauptwelle (112) aufgrund des gewünschten Hochschaltens und ebenfalls zur Prognose der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) beim Bremsen der Nebenwelle (230) entwickelt, auf Basis der Drehzahländerung angeordneter Prozessorkreis (420), der ebenfalls zum Einleiten einer Maßnahme zum Verringern der Wärmeenergie, die sich in der Nebenwellenbremse (250) beim Schalten gemäß dem erkannten Hochschaltwunsch entwickelt, wenn die prognostizierte Wärmeenergie einen Grenzwert überschreitet, angeordnet ist.
Computerprogramm zum Steuern eines halbautomatischen Getriebes (113) in einem Fahrzeug (100) zum Vermeiden des Überhitzen einer Nebenwellenbremse (250) im Getriebe (113), umfassend das Durchführen des Verfahrens (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Computerprogramm in einem Prozessorkreis (420) in einer Steuereinheit (115) nach Anspruch 11 ausgeführt wird.
Halbautomatisches Getriebe (113) in einem Fahrzeug (100), wobei das Getriebe (113) von einer Steuereinheit (115) nach Anspruch 11 gesteuert wird, wobei das Getriebe (113) eine im Anschluss an die Nebenwelle (230) im Getriebe (113) angeordnete Nebenwellenbremse (250) umfasst.
Fahrzeug (100) umfassend ein halbautomatisches Getriebe (113) nach Anspruch 13.