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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Genauer gesagt betrifft die Erfindung die Steuerung eines Nebenabtriebs am Getriebe.
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In
DE 11 2012 003 552 T5 wird ein Hauptcomputer für ein Fahrzeug beschrieben, welcher eine Hauptverarbeitungseinheit zur Steuerung einer Kraftübertragungsvorrichtung und eine Sicherungsfunktionsverabeitungseinheit zur Überwachung der Kraftübertragungsvorrichtung aufweist.
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Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang, der üblicherweise einen Antriebsmotor, ein Getriebe und ein Antriebsrad umfasst. Insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug ist, kann ein zusätzlicher Antriebsbedarf bestehen, beispielsweise für einen Generator, eine Hydraulikpumpe oder eine Zapfwelle. Hierfür kann mittels eines Nebenabtriebs (power take-off, PTO) Drehmoment aus dem Antriebsstrang entnommen werden. Der Nebenabtrieb umfasst üblicherweise ein Steuergerät, das eine Anforderung zum Zu- oder Abschalten des Nebenabtriebs akzeptiert und den Nebenabtrieb in Abhängigkeit eines Betriebsparameters zu- oder abschaltet. Der Betriebsparameter kann beispielsweise eine Drehzahl des Antriebsmotors umfassen und das Zuschalten des Nebenabtriebs kann erfordern, dass die Drehzahl einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Manche Getriebe sind nach dem Baukastenprinzip aufgebaut und erlauben es, in unterschiedlichen Ausführungsformen mit keinem, einem oder mehreren Nebenabtrieben ausgestattet zu werden. Die Nebenabtriebe unterscheiden sich üblicherweise nach ihrer Art oder Lage am Antriebsstrang und durch ihre Verwendung. Ein erster Nebenabtrieb kann beispielsweise einen Generator, ein zweiter Nebenabtrieb eine Hydraulikpumpe antreiben. Zur Steuerung jedes Nebenabtriebs ist üblicherweise dedizierte Steuervorrichtung bereitgestellt, auf der ein entsprechend angepasstes Steuerverfahren abläuft. Häufig ist die Steuervorrichtung mit dem Nebenabtrieb integriert ausgeführt und physisch mit dem Nebenabtrieb verbunden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine übergreifende, weniger komplexe Lösung zur Steuerung eines Nebenabtriebs bereitzustellen, die bevorzugterweise einen Aufwand zur Entwicklung oder Implementation der Steuerung minimiert. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Getriebe umfasst einen oder mehrere schaltbare Nebenabtriebe. Eine Steuervorrichtung für das Getriebe umfasst eine erste Schnittstelle zum Abtasten einer Anforderung, den Nebenabtrieb zu- oder abzuschalten, einen Steuerausgang zum Zu- oder Abschalten des Nebenabtriebs, und eine zweite Schnittstelle zum Abtasten eines Betriebsparameters eines Antriebsstrangs, der das Getriebe umfasst. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, den Nebenabtrieb in Abhängigkeit der Anforderung und des Betriebsparameters zu- oder abzuschalten, wobei die Steuervorrichtung zur parallelen Steuerung mehrerer Nebenabtriebe eingerichtet ist.
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Durch das Auslegen der Steuervorrichtung derart, dass mehrere Nebenabtriebe durch sie steuerbar sind, kann ein Entwicklungs- und Implementierungsaufwand für mehrere Nebenabtriebe eingespart werden. Insbesondere eine Funktionsüberprüfung und Validierung der Steuereinrichtung können dadurch weniger aufwendig sein. Teile der Steuervorrichtung, insbesondere Teile der zur Verarbeitung der Betriebsparameter und der Anforderung erforderlichen Logik, können für mehrere Nebenabtriebe genutzt werden. Trotzdem können unterschiedliche Charakteristika von Nebenabtrieben geeignet berücksichtigt werden. Die Steuervorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, zusätzlich eine Getriebefunktion zu steuern. Die Getriebefunktion kann beispielsweise einen Gangwechsel oder eine Kupplungsbetätigung, optional mittels einer Doppelkupplung, umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, auf die am Getriebe angeschlossenen Nebenabtriebe parametrisiert zu werden, wobei nur die parametrisierten Nebenabtriebe durch die Steuervorrichtung zu- oder abgeschaltet werden. Eine Verarbeitung von Parametern für einen Nebenabtrieb, der am Getriebe nicht angebracht ist, kann so eingespart werden. Eine Verarbeitungslast der Steuervorrichtung kann so reduziert werden. Dadurch kann eine Temperaturentwicklung im Bereich der Steuervorrichtung verringert werden oder die Steuervorrichtung kann für andere Bestimmungen genutzt werden. Das Parametrisieren wird üblicherweise bei der Konfiguration des Antriebsstrangs bzw. bei der Herstellung eines Kraftfahrzeugs, das den Antriebsstrang umfasst, durchgeführt. Entsprechend einer Parametrisierung anderer Steuergeräte an Bord des Kraftfahrzeugs können dabei Existenz, Charakteristika oder Verwendung der verwendeten Nebenabtriebe definiert werden. Die Parametrisierung erfolgt üblicherweise nur einmal während der Lebensdauer der Steuervorrichtung. Eine Reparametrisierung kann jedoch möglich sein, wenn beispielsweise ein Nebenabtrieb am Getriebe hinzukommt oder geändert oder entfernt wird.
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Die Parametrisierung umfasst bevorzugterweise eine Lage des Nebenabtriebs im Antriebsstrang. Aus dieser Lage kann insbesondere geschlossen werden, unter welchen Umständen dem Nebenabtrieb ein Drehmoment zur Verfügung gestellt wird. Ferner umfasst die Parametrisierung bevorzugterweise einen Verwendungszweck des Nebenabtriebs. Der Verwendungszweck kann unmittelbar Zu- oder Abschaltbedingungen zugeordnet sein. Beispielsweise kann ein Nebenabtrieb zum Umwälzen eines Betonbehälters, der auf dem Kraftfahrzeug angebracht ist, permanent laufen müssen, während ein elektrischer Generator nur in einem vorbestimmten Drehzahlbereich betrieben werden soll.
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Die Lage des Nebenabtriebs im Antriebsstrang kann insbesondere eines von motorseitig, kupplungsseitig, getriebeseitig oder abtriebsseitig umfassen. Ein motorseitiger Nebenabtrieb wird üblicherweise unmittelbar von einem Antriebsmotor, beispielsweise mittels einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, angetrieben. Solange der Antriebsmotor läuft, steht für den Antriebsstrang ein Drehmoment zur Verfügung und eine Drehbewegung, die der Nebenabtrieb abgreift, kann eine relativ hohe Drehzahl aufweisen. Einem kupplungsseitigen Nebenabtrieb steht immer dann Drehmoment zur Verfügung, wenn eine Kupplung, die üblicherweise zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe angeordnet ist, geschlossen ist. Ein getriebeseitiger Nebenabtrieb kann an einer beliebigen Stelle zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite des Getriebes angeordnet sein, beispielsweise einer Nebenwelle. Drehmoment ist üblicherweise verfügbar, wenn sich das Antriebsrad dreht. Die Drehzahl bei einem getriebeseitigen Abgriff kann niedriger als die Drehzahl am Antriebsmotor oder an der Kupplung sein. Ein abtriebsseitiger Nebenabtrieb ist allgemein, bezogen auf eine übliche Flussrichtung des Drehmoments, stromabwärts der Ausgangsseite des Getriebes angeordnet. Die Drehzahl an dieser Stelle ist üblicherweise abhängig von einer Drehzahl eines oder mehrerer Antriebsräder des Kraftfahrzeugs.
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Sind am Getriebe mehrere Nebenabtriebe angeschlossen und bevorzugterweise am Steuergerät parametrisiert, so ist kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, einen der Nebenabtriebe in Abhängigkeit eines Betriebsparameters eines anderen Nebenabtriebs zu- oder abzuschalten. Dadurch kann eine gewisse Synergie genutzt werden, indem beispielsweise die Summe der durch die Nebenabtriebe angeforderten Drehmomente bestimmt wird und auf der Basis der Summe entschieden wird, ob nur einer oder beide Nebenabtriebe zugeschaltet werden können. Ein Kommunikationsaufwand zwischen unterschiedlichen Steuergeräten, die jeweils einem der Nebenabtriebe zugeordnet sind, kann hierbei vermieden werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass für jeden parametrisierten Nebenabtrieb eine oder mehrere Zuschalt- oder Abschaltbedingungen vorbestimmt sind, die sich auf einen oder mehrere Betriebsparameter beziehen. Dadurch kann eine Reihe von Bedingungen definiert sein, die beispielsweise aus Sicherheitsgründen ein Zuschalten verhindern oder ein Abschalten erzwingen können.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform bezieht sich wenigstens eine Zuschalt- oder Abschaltbedingung auf eine vorbestimmte Verknüpfung mehrerer Betriebsparameter. Die Betriebsparameter können beispielsweise eine Drehzahl eines Antriebsmotors, eine Drehzahl eines Antriebsrads, eine eingelegte Gangstufe, einen Schließzustand einer Kupplung, den Betätigungszustand einer Feststellbremse oder weitere Parameter umfassen.
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Ein Getriebe umfasst einen oder mehrere Nebenabtriebe und die oben beschriebene Steuervorrichtung. Dabei ist insbesondere bevorzugt, dass die Steuervorrichtung außerdem zur Steuerung des Getriebes eingerichtet ist. Eine Übergabe von Betriebsparametern, beispielsweise einer Drehzahl oder eines eingelegten Gangs, zwischen der Getriebesteuerung und der Nebenabtriebssteuerung kann dadurch vereinfacht sein.
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Ein Verfahren zum Steuern eines oder mehrerer Nebenabtriebe eines Getriebes umfasst Schritte des Erfassens einer Anforderung, einen ersten Nebenabtrieb des Getriebe zu- oder abzuschalten, des Erfassens eines ersten Betriebsparameters eines Antriebsstrangs, der das Getriebe umfasst, des Erfassens eines zweiten Betriebsparameters eines zweiten Nebenabtriebs des Getriebes, und des Zu- oder Abschaltens des Nebenabtriebs in Abhängigkeit der Anforderung, des ersten Betriebsparameters und des zweiten Betriebsparameters. Der zweite Betriebsparameter kann insbesondere einen Aktivierungszustand oder eine Anforderung des zweiten Nebenabtriebs umfassen.
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Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert ist. Die Verarbeitungseinrichtung kann insbesondere die weiter oben beschriebene Steuervorrichtung umfassen. Dabei ist bevorzugt, dass die Steuervorrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer umfasst.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 einen ersten exemplarischen Antriebsstrang; und
- 2 einen zweiten exemplarischen Antriebsstrang
darstellt.
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1 zeigt einen exemplarischen Antriebsstrang 100, der insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug umfassen. Der dargestellte Antriebsstrang 100 umfasst einen Antriebsmotor 105 mit einer Abtriebswelle 110, einen Nebenabtrieb 115, der mit der Abtriebswelle 110 des Antriebsmotors 105 verbunden ist, und ein Getriebe 120 mit einer Kupplung 125. Die Kupplung 125 ist mit dem Nebenabtrieb 115 verbunden, wobei der Nebenabtrieb 115 üblicherweise bezüglich der Kupplung 125 lediglich eine durchleitende Funktion aufweist und eine Drehzahl der Eingangsseite der Kupplung 125 nicht verändert. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Nebenabtrieb 115 auch beispielsweise mittels eines Ketten- oder Riemenantriebs mit der Abtriebswelle 110 gekoppelt sein, optional auch auf einer anderen Seite als der, die zur Kupplung 125 führt.
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Die Kupplung 125 ist dazu eingerichtet, einen Drehmomentschluss zwischen der Abtriebswelle 110 bzw. dem Nebenabtrieb 115 und dem Getriebe 120 selektiv zu öffnen oder zu schließen. Das Getriebe 120 kann auch ein Doppelgetriebe sein, wobei die Kupplung 125 eine Doppelkupplung sein kann. Auf der Ausgangsseite des Getriebes 120 führt in der dargestellten Ausführungsform eine Antriebswelle 130 zu einem oder mehreren Antriebsrädern (nicht dargestellt). Dabei können noch zusätzliche Getriebe vorgesehen sein, beispielsweise ein Verteilergetriebe, ein Synchronisationsgetriebe oder ein Kardangetriebe.
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Wird der Antriebsstrang 100 für eine andere Applikation eingesetzt, so kann die Antriebswelle 130 auch auf ein anderes Antriebselement wirken, beispielsweise auf einen Schiffspropeller oder ein Zwischenaggregat wie einen Generator, der auf einen Elektromotor wirkt oder eine Hydraulikpumpe, die auf einen Hydraulikmotor wirkt. Der Antriebsstrang 100 kann auch im Sondermaschinenbau verwendet werden, beispielsweise in einem fahrbaren Kran, einer Betonpumpe oder einer Hebebühne. Der Antriebsstrang 100 kann auch an einer stationären Einrichtung Verwendung finden. Das über die Antriebswelle 130 bereitgestellte Drehmoment ist in vielen Ausführungsformen größer als das über den Nebenabtrieb 115 bereitgestellte Drehmoment.
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Dem Antriebsmotor 105 ist optional ein erstes Steuergerät 135 zugeordnet, dem Nebenabtrieb 115 optional ein zweites Steuergerät 140, und dem Getriebe 120 optional ein drittes Steuergerät 145. Die Steuergeräte 135 bis 145 können Schnittstellen zur gegenseitigen Kommunikation oder zur Kommunikation mit anderen Einrichtungen umfassen. Diese Schnittstellen sind hier vereinfachend durch einen gemeinsamen Kommunikationsbus 150 dargestellt. Über den Kommunikationsbus 150 kann jedes der Steuergeräte 135 bis 145 Anfragen bzw. Anforderungen entgegennehmen, auf deren Basis der Antriebsmotor 105, der Nebenabtrieb 115 bzw. das Getriebe 120 mittels der Steuergeräte 135 bis 145 gesteuert werden können. Die Anforderungen können von weiteren Komponenten oder Subsystemen ausgehen oder beispielsweise mittels eines Bedienelements durch eine Bedienperson steuerbar sein.
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Der dargestellte Nebenabtrieb 115 liegt bezüglich einer üblichen Flussrichtung von Drehmoment im Antriebsstrang 100 vor dem Getriebe 120 und vor der Kupplung 125. Es handelt sich daher um einen motorseitigen Nebenabtrieb 115.
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2 zeigt einen weiteren exemplarischen Antriebsstrang 100 als Variation der in 1 dargestellten Ausführungsform. Hier ist der Nebenabtrieb 115 ausgangsseitig am Getriebe 120 angeordnet, es handelt sich also um einen (bezogen auf das Getriebe 120) abtriebsseitigen Nebenabtrieb 115.
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Außerdem ist in 2 ein optionaler weiterer Nebenabtrieb 115 dargestellt, der beispielhaft in Serie zu dem bereits in 1 dargestellten Nebenabtrieb 115 angeordnet ist. Dem weiteren Nebenabtrieb 115 ist optional ein weiteres Steuergerät 140 zugeordnet. Auch die Lage des zweiten Nebenabtriebs 115 kann als abtriebsseitig bezeichnet werden.
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Die Ausführungsformen der 1 und 2 können auch miteinander kombiniert werden, sodass beispielsweise ein erster Nebenabtrieb 115 antriebsseitig des Getriebes 120 und ein zweiter Nebenabtrieb 115 abtriebsseitig vorgesehen ist. Es können auch drei oder mehr Nebenabtriebe 115 vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ für einen der Nebenabtriebe 115 kann auch ein Nebenabtrieb 115 zwischen der Kupplung 125 und dem Getriebe 120 oder innerhalb des Getriebes 120 vorgesehen sein. Jeder der dargestellten Nebenabtriebe 115 kann auch mehrfach ausgeführt sein, wobei eine Parallel- oder eine Serienschaltung Verwendung finden kann. So können beispielsweise dedizierte, schaltbare Nebenabtriebe 115 für einen elektrischen Stromgenerator und einen Klimakompressor unabhängig voneinander mit der Antriebswelle 110 des Antriebsmotors 105 gekoppelt werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Steuergeräte 140 miteinander integriert werden, sodass die mit dem Getriebe 120 verbundenen Nebenabtriebe 115 möglichst alle durch das gleiche Steuergerät 140 gesteuert werden. Bevorzugterweise ist dieses Steuergerät 140 zusätzlich integriert mit dem dritten Steuergerät 145 zur Steuerung des Getriebes 120, sodass nicht nur die Nebenabtriebe 115, sondern auch das Getriebe 120 mittels einer einzigen Verarbeitungseinrichtung gesteuert werden. Es ist außerdem bevorzugt, dass eine Funktionalität, die zum Zuschalten oder Abschalten eines der Nebenabtriebe 115 erforderlich ist, möglichst für mehrere Nebenabtriebe 115 mehrfach verwendbar ausgeführt ist. Diese Funktionalität kann als Verfahren dargestellt werden und beispielsweise in Form eines Computerprogramms auf der Verarbeitungseinrichtung 140 ablaufen. Durch geeignete Auslegung des Verfahrens können mehrere Nebenabtriebe 115 mittels desselben Mechanismus gesteuert werden.
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Ob ein Nebenabtrieb 115 zugeschaltet wird, sodass ein mit ihm verbundener Generator, ein Kompressor, eine Hydraulikpumpe oder eine andere Einrichtung angetrieben werden kann, hängt üblicherweise zunächst davon ab, ob eine entsprechende Anforderung vorliegt. Diese Anforderung kann insbesondere durch einen Fahrer oder eine Bedienperson des Antriebsstrangs 100 gegeben und beispielsweise mittels des Kommunikationsbusses 150 transportiert werden. Die Anforderung kann auch von einer anderen Komponente stammen, sodass durch die Komponente aktiv Drehmoment angefordert werden kann.
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Trotz einer vorliegenden Anforderung können einer oder mehrere Gründe vorliegen, warum ein Nebenabtrieb 115 doch nicht zugeschaltet wird. Für einen antriebsseitigen Nebenabtrieb 115 (vgl. 1) kann beispielsweise erforderlich sein, dass der Antriebsmotor 105 läuft. Außerdem kann gefordert sein, dass eine Drehzahl des Antriebsmotors 105 zwischen vorbestimmten Drehzahlgrenzen liegt. Ferner kann gefordert sein, dass sich keines der Antriebsräder dreht, das Kraftfahrzeug, das den Antriebsstrang 100 umfasst, also stillsteht. Zusätzlich kann beispielsweise gefordert sein, dass eine Betriebsbremse aktiviert ist.
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Ein Nebenabtrieb 115 kann auch unabhängig von einer vorliegenden Anforderung abgeschaltet werden, beispielsweise wenn eine Drehzahl des Antriebsmotors 105 unter eine vorbestimmt Schwelle absinkt oder ein Signal zum Abstellen des Antriebsmotors 105 empfangen wurde. Auch beispielsweise ein Fehlersignal einer Vorrichtung, die mit einem Nebenabtrieb 115 verbunden ist, kann trotz des Vorliegens einer benutzergesteuerten Zuschaltanforderung zu einem Abschalten des Nebenabtriebs 115 führen. Beispielsweise kann eine mechanisch mit dem Nebenabtrieb 115 verbundene Seilwinde ein vorhandenes Seil vollständig auf- oder abgespult haben und daher ein Abschaltsignal abgeben, um die Seilwinde anzuhalten. Dieses Signal wird bevorzugterweise ebenfalls über den Kommunikationsbus 150 transportiert.
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Zusätzlich zur Auswertung der Anforderung und von Betriebsparametern des Antriebsstrangs 100 ist bevorzugt, dass für die Steuerung eines der Nebenabtriebe 115 auch ein Betriebsparameter eines anderen Nebenabtriebs 115 berücksichtigt wird. Alle aufgenommenen Parameter und Betriebsparameter können miteinander in Kontext gesetzt werden, beispielsweise mittels Schwellenwertbildung, logischer Verknüpfung (Bool'sche Algebra) oder einer Kombination aus beiden. Auch ein zeitliches Verhalten der einzelnen Signale kann berücksichtigt werden, sodass beispielsweise eine bevorzugte Reihenfolge des Zuschaltens unterschiedlicher Nebenabtriebe 115 eingehalten wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann auch die Steuerung des Getriebes 120 von Betriebsparametern eines der Nebenabtriebe 115 sein. Erfordert einer der Nebenabtriebe 115 beispielsweise, dass ein eingelegter Gang nicht verändert wird („shift lock“), so kann die Betätigung der Kupplung 125 gesperrt werden, solange der Nebenabtrieb 115 zugeschaltet ist.
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Bezugszeichen
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- 100
- Antriebsstrang
- 105
- Antriebsmotor
- 110
- Abtriebswelle
- 115
- Nebenabtrieb
- 120
- Getriebe
- 125
- Kupplung
- 130
- Antriebswelle
- 135
- erstes Steuergerät
- 140
- zweites Steuergerät
- 145
- drittes Steuergerät
- 150
- Kommunikationsbus
