DE102016007249B4

DE102016007249B4 - Verfahren und System zum Gangwechsel in einem Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102016007249B4
Application number: DE102016007249.0A
Authority: DE
Inventors: Tomas Selling; Per Arnelöf; Peer Norberg
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: SE1550992A1; BR102016013118A2; BR102016013118B1; DE102016007249A1; SE539177C2

Abstract

Verfahren zum Wechseln der Gangübersetzung in einem Getriebe (103) eines Fahrzeugs (100), wobei das Getriebe (103) zum Übertragen von Drehmoment zwischen einer Kraftquelle (101) und wenigstens einem Antriebsrad (113, 114) des Fahrzeugs (100) ausgebildet ist, das Getriebe (103) eine erste Getriebeeinheit (103A, 103B, 103C) und wenigstens eine zweite Getriebeeinheit (103A, 103B, 103C) umfasst, wobei die erste und zweite Getriebeeinheit einzeln auf wenigstens zwei Gänge mit verschiedenen Gangübersetzungen steuerbar sind, um eine kombinierte Gangübersetzung des Getriebes (103) zu bilden, wobei das Verfahren beim Wechseln der Gangübersetzung des Getriebes (103) gekennzeichnet ist durch:
- das Trennen der Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) des Getriebes (103) von der Kraftquelle (101) und von wenigstens einem Antriebsrad (113, 114), wobei die die Gangübersetzung bildenden Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) jeweils eingerückt bleiben; und
- wenn die Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) von der Kraftquelle (101) und vom wenigstens einen Antriebsrad (113, 114) getrennt sind, das Wechseln der Gangübersetzung von wenigstens einer der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeuggetriebe und insbesondere ein Verfahren und System zum Gangübersetzungswechsel in einem Fahrzeuggetriebe. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrzeug sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die das Verfahren gemäß der Erfindung implementieren.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt verschiedene Arten von Fahrzeuggetrieben. Beispielsweise kann ein Fahrzeuggetriebe vollautomatisch sein, bei dem eine Fahrzeugsteuerung vollständig die Gangwechselvorgänge steuert. Die in diesen Systemen verwendeten Getriebe können aus herkömmlichen Automatikgetrieben bestehen, bestehen aber häufig aus einem automatisierten Handschaltgetriebe, bei dem die Fahrzeugsteuerung automatisch den Gangwechsel im Getriebe steuert.
Insbesondere bei Nutzfahrzeugen ist eine größere Zahl von Gängen erforderlich, als normalerweise bei Personenkraftwagen vorhanden ist, um erwünschte Fahreigenschaften zu erzielen. Ein Getriebe nach Art eines Personenkraftwagens, das eine große Zahl von Gängen bietet, würde aber relativ komplex sein und viel Platz benötigen. Zusätzlich würde bei einem manuellen Durchführen des Gangwechsels die herkömmliche H-Schaltung relativ kompliziert werden.
Nutzfahrzeuge, die eine relativ große Zahl an Gängen benötigen, verwenden daher ein Getriebe, das aus zwei oder mehr Getriebeeinheiten besteht. Eine erste Getriebeeinheit kann aus einem herkömmlichen Hauptgetriebe bestehen, das auf eine Vielzahl von festen Gangübersetzungen, beispielsweise 3 bis 6 Gänge, steuerbar ist, und es können ein oder mehrere Zusatzgetriebe zum Bereitstellen zusätzlicher Gangwechselmöglichkeiten verwendet werden. Auf diese Weise kann die vom Hauptgetriebe bereitgestellte Zahl von Gangübersetzungen mit der von zusätzlichen Getriebeeinheiten Zahl von Gangübersetzungen multipliziert werden.
Beispielsweise wird üblicherweise ein allgemein als Bereichsgetriebe bezeichnetes Getriebe verwendet, das in eine niedrige Bereichsgangübersetzung und eine hohe Bereichsgangübersetzung geschaltet werden kann. Jede der Gangübersetzungen des Hauptgetriebes kann jeweils im niedrigen Bereich und im hohen Bereich verwendet werden, wobei die Verwendung eines Bereichsgetriebes zu einem Getriebe führt, das die doppelte Zahl von Gangübersetzungen als das Hauptgetriebe zur Verfügung stellt.
Wenn das Hauptgetriebe beispielsweise drei Vorwärtsgänge aufweist, stehen der erste bis dritte Gang zur Verfügung, wenn das Bereichsgetriebe in den niedrigen Bereich geschaltet ist. Ein Bereichswechsel in den hohen Bereich stellt drei zusätzliche Gänge zur Verfügung, wobei der erste Gang des Hauptgetriebes zum vierten wird, der zweite Gang zum fünften Gang usw.
Das Getriebe kann ferner mit einem Splitgetriebe ausgestattet sein, das im Wesentlichen jeden Gang des Hauptgetriebes in zwei unterteilt. Das heißt der erste Gang des Fahrzeuggetriebes entspricht dem ersten Gang des Hauptgetriebes / niedrige Splitgruppe, der zweite Gang entspricht dem ersten Gang des Hauptgetriebes / hohe Splitgruppe, der dritte Gang ist der zweite Gang des Hauptgetriebes / niedrige Splitgruppe, der vierte Gang ist der zweite Gang des Hauptgetriebes / hohe Splitgruppe usw.
Wenn somit ein Bereichsgetriebeteil und ein Splitgetriebeteil verwendet werden, werden die ursprünglichen drei Gänge sowohl vom Splitgetriebe als auch vom Bereichsgetriebe verdoppelt, wodurch insgesamt 12 Gänge bereitgestellt werden. Kraftübertragungen in der Art, dass verschiedene Getriebeeinheiten verwendet werden, können auf eine kostengünstige Weise hergestellt werden und ebenfalls kompakter gestaltet werden als ein einzelnes Getriebe mit einer vergleichbaren Zahl an Gängen. Diese Vorteile sind aber mit dem Nachteil verknüpft, dass wenigstens bestimmte Gangwechsel ein gleichzeitiges Wechseln von Gangübersetzungen in verschiedenen Getriebeeinheiten erfordern, wodurch der Gangwechselvorgang relativ komplex und zeitaufwändig wird.
DE 101 52 857 A1 offenbart ein Mehrgruppengetriebe umfassend eine Vorschaltgruppe, eine Hautgruppe und eine Bereichsgruppe. Die Vorschaltgruppe und die Bereichsgruppe weisen jeweils eine erste Schaltstellung für eine langsame Gesamtgetriebeübersetzung, eine zweite Schaltstellung für eine schnelle Gesamtgetriebeübersetzung und eine dritte Schaltstellung als Neutralstellung zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung auf. Wird ein Gang in dem Mehrgruppengetriebe gewechselt, erfolgt zunächst die Trennung der Hauptgruppe von einem Antrieb durch Bringen der Vorschaltgruppe in die neutrale Schaltstellung. Gleichzeitig wird die Hauptgruppe von einem Abtrieb durch Bringen der Bereichsschaltgruppe in die neutrale Schaltstellung getrennt.
DE 10 2014 016 932 A1 offenbart einen Getriebeschaltvorgang bei einem Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei das Gruppengetriebe ein Hauptgetriebe und eine diesem vorgeschaltete oder nachgeschaltete Schaltgruppe aufweist. Das Gruppengetriebe ist mit einem Antriebsaggregat über eine Trennkupplung verbunden. Bei einem Gangwechselvorgang in dem Gruppengetriebe ist vorgesehen, dass die Trennkupplung teilweise geöffnet wird und zeitlich nacheinander das Hauptgetriebe und die Schaltgruppe mittels wenigstens eines Stellglieds synchronisiert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens und Systems zum Erleichtern eines Wechsels der Gangübersetzung eines Getriebes in einem Fahrzeug. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 16 erfüllt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Gangübersetzungswechsel in einem Getriebe eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei das Getriebe zum Übertragen von Drehmoment zwischen einer Kraftquelle und wenigstens einem Antriebsrad des Fahrzeugs ausgebildet ist. Das Getriebe umfasst eine erste Getriebeeinheit und wenigstens eine zweite Getriebeeinheit, wobei die erste und die zweite Getriebeeinheit einzeln auf wenigstens zwei Gänge mit verschiedenen Gangübersetzungen steuerbar sind, um eine kombinierte Gangübersetzung des Getriebes zu bilden. Das Verfahren umfasst beim Wechseln der Gangübersetzung des Getriebes Folgendes:

- Trennen der Gänge der Getriebeeinheiten des Getriebes von der Kraftquelle und vom wenigstens einen Antriebsrad, wobei die die Gangübersetzung bildenden Gänge der Getriebeeinheiten jeweils eingerückt bleiben; und
- wenn die Gänge der Getriebeeinheiten von der Kraftquelle und vom wenigstens einen Antriebsrad getrennt sind, Wechseln der Gangübersetzung von wenigstens einer der Getriebeeinheiten.

Wie zuvor erwähnt können Fahrzeuggetriebe insbesondere bei Nutzfahrzeugen relativ komplex im Aufbau sein und eine Vielzahl von Getriebeeinheiten, die in Reihe angeordnet sind, als eine Einzeleinheit montiert umfassen, um ein Getriebe zu bilden, das eine relativ große Zahl von Gangübersetzungen aufweisen kann.
Ein Wechsel der Gangübersetzung in Getrieben dieser Art erfordert ferner, dass der Antriebsstrang im Wesentlichen frei von Drehmoment ist, wenn ein Gangwechsel eintritt. Somit besteht eine Unterbrechung der Übertragung von Drehmoment von der Kraftquelle zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs, wenn der Antriebsstrang von Drehmoment entlastet wird. Häufig ist die Kupplung während eines Gangwechsels ausgekuppelt, so dass die Kraftquelle während des Gangwechselvorgangs vollständig von den Antriebsrädern des Fahrzeugs getrennt ist.
Diese Unterbrechung in der Übertragung von Drehmoment ist meist höchst unerwünscht, insbesondere wenn ein stark beladenes Fahrzeug in einem Anstiegsabschnitt einer Straße fährt. Eine Unterbrechung des Drehmoments bei einer Bergauffahrt führt zu einer unerwünschten Verzögerung des Fahrzeugs. Längere Drehmomentunterbrechungen können aus einer Fahrerperspektive aus verschiedenen Gründen ebenfalls als negativ betrachtet werden. Beispielsweise können längere Unterbrechungen mit entsprechenden Verzögerungen für den Fahrer unkomfortabel sein. Ebenso kann ein Fahrzeug, das längere Unterbrechungen in der Übertragung von Drehmoment aufweist, als ein weniger kraftvolles Fahrzeug im Vergleich zu Fahrzeugen, die kürzere Unterbrechungen in der Übertragung von Drehmoment aufweisen, betrachtet werden.
Somit ist es wünschenswert, dass automatische Gangwechsel in Getrieben, die auf eine Zahl von festen Gangübersetzungen geschaltet werden können, mit minimalen Unterbrechungen in der Übertragung von Drehmoment von der Kraftquelle auf die Antriebsräder des Fahrzeugs durchgeführt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Dauer von Drehmomentunterbrechungen beim Gangwechsel mit einem Verfahren verkürzt werden, bei dem das Getriebe von der Kraftquelle wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern des Fahrzeugs getrennt wird. Wenigstens in einigen Situationen kann ein effizienter Gangwechsel durch Trennen des Getriebes und somit der Getriebeeinheiten, die das Getriebe bilden, von der Kraftquelle und den Antriebsrädern des Fahrzeugs erzielt werden. Da das Getriebe und somit die verschiedenen Gänge der Getriebeeinheiten von der Kraftquelle und den Antriebsrädern getrennt sind, können sich die drehenden Teile des Getriebes vollständig unabhängig von beispielsweise der Drehung, die andernfalls durch die Antriebsräder des Fahrzeugs bewirkt wird, drehen. Dies bietet den Vorteil, dass keine Synchronisierung von Geschwindigkeiten, die von aktuellen Fahrbedingungen wie der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, beim tatsächlichen Wechsel der Gangübersetzung erforderlich ist. Stattdessen kann eine solche Synchronisierung zum Ausführen ausgebildet sein, wenn die Wechsel der Gangübersetzung in der einen oder den mehreren Getriebeeinheiten durchgeführt wurden und das Getriebe wieder mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden ist.
Das Getriebe kann beispielsweise vom wenigstens einen Antriebsrad durch Trennen des Getriebes von einer Kardanwelle des Fahrzeugs getrennt werden.
Ferner können gemäß einer Ausführungsform sich drehende Teile wie Wellen usw. einer von einer Getriebebremse, beispielsweise einer Wellenbremse, ausgeübten Bremskraft ausgesetzt werden, um die Drehzahl von sich drehenden Teilen auf eine Drehzahl zu verringern, bei der ein Wechsel der Gangübersetzung ohne die Gefahr einer Abnutzung aufgrund eines Eingriffsfehlers bei hoher Drehzahl erfolgen kann. Es kann eine leistungsfähige Wellenbremse verwendet werden, da aufgrund der Unabhängigkeit der Drehzahl der Kraftquelle und der Drehzahl der Antriebsräder des Fahrzeugs alle Gangwechsel ausgebildet sein können, bei niedrigen Drehzahlen oder Stillstand der Getriebeinnenteile durchgeführt zu werden.
Die Bremskraft kann vor dem Trennen der eingelegten Gänge der Getriebeeinheiten ausgeübt werden. Dies bietet den Vorteil, dass, wenn die Gänge noch eingelegt sind, eine auf ein sich drehendes Teil ausgeübte Bremskraft automatisch die anderen sich drehenden Teile des Getriebes, die an der Übertragung von Drehmoment zwischen Kraftquelle und Antriebsrädern beteiligt sind, bremst.
Das Getriebe kann vorteilhafterweise so gestaltet sein, dass eine der Getriebeeinheiten ein Bereichsgetriebe darstellt, das zum Bereitstellen eines hohen Bereichsgangs und eines niedrigen Bereichsgangs ausgebildet ist. Insbesondere kann das Bereichsgetriebe so gestaltet sein, dass es ein Planetengetriebe umfasst, und es kann die am nächsten zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs angeordnete Getriebeeinheit sein..
Insbesondere umfasst das Planetengetriebe gemäß einer Ausführungsform ein mit einer Abtriebswelle der ersten Getriebeeinheit verbundenes Sonnenrad und einen eine Vielzahl von Planetenrädern, die in das Sonnenrad eingreifen, tragenden Planetenradträger, wobei der Planetenradträger selektiv mit einer Abtriebswelle der zweiten Getriebeeinheit verbindbar ist. Da die Abtriebswelle mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs über beispielsweise eine Kardanwelle verbunden ist, ist das Planetengetriebe mit den Antriebsrädern verbunden, wenn es mit der Abtriebswelle verbunden ist. Das Planetengetriebe wird vom wenigstens einen Antriebsrad durch Trennen des Planetenradträgers von der Abtriebswelle der zweiten Getriebeeinheit getrennt.
Beispielsweise kann eine axial verschiebbare Kupplungsmuffe in einer ersten Position ausgebildet sein, das Planetengetriebe mit der Abtriebswelle zu verbinden, und in einer zweiten Position ausgebildet sein, das Planetengetriebe von der Abtriebswelle und somit auch von den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu trennen.
Wenn der Wechsel der Gangübersetzung in einer oder mehreren der Getriebeeinheiten durchgeführt wurde, werden die Drehmoment übertragenden Wellen durch das Getriebe wieder mit der Kraftquelle verbunden und können von der Kraftquelle beschleunigt werden, beispielsweise dadurch, dass die Kupplung teilweise oder vollständig eingekuppelt wird. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Getriebewellen durch herkömmliche Steuerung der Kraftquellendrehzahl mit der nach dem Getriebe vorliegenden Drehzahl, beispielsweise einer Kardanwellendrehzahl, synchronisiert werden, so dass das Getriebe mit den Antriebsrädern, beispielsweise durch Verbinden mit einer Kardanwelle, ohne große Wellendrehzahlunterschiede verbunden werden kann, wodurch die Gefahr von übermäßiger Abnutzung verringert wird.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Drehmoment übertragenden Wellen auf eine solche Drehzahl beschleunigt, dass ein Drehzahlunterschied in der Position zum Verbinden des Getriebes mit dem wenigstens einen Antriebsrad höchstens ein erster Drehzahlunterschied ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und in den beigefügten Zeichnungen dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1A zeigt einen Antriebsstrang eines beispielhaften Fahrzeugs, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise verwendet werden kann.
1B zeigt ein Beispiel einer Steuereinheit in einer Fahrzeugsteuerung.
2 zeigt ein Beispiel von Getriebeeinheiten des Getriebes von 1A.
3 zeigt eine Getriebeeinheit von 2 detaillierter.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt Wellendrehzahlen bei einem beispielhaften Gangwechselvorgang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
1A zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines beispielhaften Fahrzeugs 100. Der Antriebsstrang umfasst eine Kraftquelle, im vorliegenden Beispiel einen Verbrennungsmotor 101, der auf herkömmliche Weise über eine Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 101, normalerweise über ein Schwungrad 102, über eine Kupplung 106 mit einem Getriebe 103 verbunden ist. Eine Kardanwelle 107 verbindet das Getriebe 103 über einen Achsantrieb 108 wie ein normales Differential und mit dem Achsantrieb 108 verbundenen Antriebsachsen 104, 105 mit Antriebsrädern 113, 114.
Der Verbrennungsmotor 101 wird von der Fahrzeugsteuerung über eine Steuereinheit 115 gesteuert. Die Kupplung 106 und das Getriebe 103 werden ebenfalls von der Fahrzeugsteuerung durch eine Steuereinheit 116 gesteuert.
Wie zuvor erwähnt umfassen Fahrzeuge allgemein ein Getriebe, das in eine Zahl von Gangübersetzungen geschaltet werden kann, wobei Schwerlast-/Nutzfahrzeuge häufig ein Getriebe umfassend eine Vielzahl von einzeln steuerbaren Getriebeeinheiten umfassen, um eine kombinierte Gangübersetzung des Getriebes zu bilden.
Die vorliegende Erfindung betrifft wenigstens zwei Getriebeeinheiten umfassende Getriebe und ein eine Vielzahl von (im vorliegenden Beispiel drei) Getriebeeinheiten umfassendes beispielhaftes Getriebe 103 ist in 2 dargestellt.
2 zeigt den Verbrennungsmotor 101 und die Kupplung 106. Die Figur zeigt ferner das drei Getriebeeinheiten 103A, 103B, 103C umfassende Getriebe 103. Das Getriebe 103A stellt ein herkömmliches Hauptgetriebe dar, das in drei verschiedene Vorwärtsgangübersetzungen und in einen Rückwärtsgang geschaltet werden kann. Die Figur zeigt ferner eine Getriebeeinheit 103B, die ein nach der Hauptgetriebeeinheit 103A angeordnetes Bereichsschaltgetriebe oder einfach ein Bereichsgetriebe darstellt. Die Bereichsgetriebeeinheit 103B wird ausführlich in Bezug auf 3 beschrieben. Die dritte Getriebeeinheit 103C ist vor dem Hauptgetriebe 103B in Richtung des Drehmoments vom Verbrennungsmotor 101 zum Antreiben der Räder 113, 114 angeordnet. Die Getriebeeinheit 103C stellt ein Splitgetriebe dar, das jeden Gang des Hauptgetriebes in zwei Gangstufen mit verschiedenen Gangübersetzungen unterteilt, um mehr Gangübersetzungen des Getriebes 103 bereitzustellen.
Beim Hauptgetriebe umfasst eine Vorgelegewelle 202 Getrieberäder 203A, 204A, 205A, die drehbar an der Vorgelegewelle 202 befestigt sind und jeweils eine Gangübersetzung darstellen. Beispielsweise stellt das Getrieberad 203A den ersten Gang, das Getrieberad 204A den zweiten Gang und das Getrieberad 205A den dritten Gang dar. Eine Hauptwelle 206 umfasst entsprechende Getrieberäder 203B, 204B, 205B, die sich frei in Bezug zur Hauptwelle 206 drehen, die aber selektiv zur Drehung mit der Hauptwelle 206 zum Einrücken eines Gangs gesperrt werden können. Beispielsweise kann der erste Hauptgetriebegang durch Betätigen einer zum Drehen mit der Hauptwelle 206 ausgebildeten Klauenkupplung 207 in eine Position, in der das Getrieberad 203B eingerückt ist (das heißt links in der Figur), wodurch das Getrieberad 203B in Drehung mit der Hauptwelle 206 gebracht und ebenfalls die Vorgelegewelle 202 in Eingriff mit der Hauptwelle 206 über das Getrieberad 203A gebracht wird.
Der zweite Hauptgetriebegang kann durch Ausrücken der Klauenkupplung 207 vom Getrieberad 203B und stattdessen Bringen der Klauenkupplung 208 in eine Position (rechts in der Figur), in der stattdessen das Getrieberad 204B eingerückt ist, wodurch das Getrieberad 204B in Drehung mit der Hauptwelle 206 gebracht wird, eingelegt werden. Entsprechend kann der dritte Hauptgetriebegang durch Betätigen der Klauenkupplung 208 in eine Position (links), in der stattdessen das Getrieberad 205B eingerückt ist, eingelegt werden, wodurch das Hauptgetriebe in den dritten Gang geschaltet wird. Jeder Gang von erstem bis drittem Gang wird für eine Vielzahl der Gesamtzahl von Gängen verwendet, die vom Getriebe insgesamt bereitgestellt werden. Beispielsweise wird der erste Gang des Hauptgetriebes für den ersten und zweiten Gang des Getriebes 103 (niedrige und hohe Splitgruppe, niedriger Bereich) und ebenfalls für den siebten und achten Gang (niedrige und hohe Splitgruppe, hoher Bereich) auf eine Weise verwendet, die dem Fachmann wohlvertraut ist.
Ferner umfasst beim Splitgetriebe die Vorgelegewelle 202 ein zusätzliches Getrieberad 209A, das ähnlich wie zuvor beschrieben drehbar an der Vorgelegewelle 202 befestigt ist. Eine Antriebswelle 201 umfasst ein entsprechendes Getrieberad 209B, das sich frei in Bezug zur Antriebswelle 201 dreht, das aber selektiv zur Drehung mit der Antriebswelle 201 durch eine Kupplungseinheit 210, beispielsweise eine Synchronisiereinheit, auf bekannte Weise gesperrt werden kann. Ebenfalls in Betracht zu ziehen ist, dass die Einheit 210 aus einer Klauenkupplung besteht oder solch eine umfasst. Die Kupplungseinheit 210 kann ferner zum direkten Verbinden der Getriebeantriebswelle 201 mit dem Getrieberad 205B verwendet werden. Das Getrieberadpaar 209A-B und die Kupplungseinheit 210 können somit zum Unterteilen von jedem Gang des Hauptgetriebes in zwei Teile verwendet werden.
Wenn beispielsweise der erste Gang eingelegt ist, ist die Kupplungseinheit 210 zum Einrücken des Getrieberads 205B ausgebildet. Dies bewirkt, dass die Antriebswelle 201 direkt mit dem Getrieberad 205B verbunden ist, das über das Getrieberad 205A eine erste Gangübersetzung zwischen Antriebswelle 201 und Vorgelegewelle 202 herstellt. Das Getrieberad 205B ist aber nicht mit der Hauptwelle 206 verbunden, während hingegen die Vorgelegewelle 202 durch das Getrieberadpaar 203A-B mit der Hauptwelle 206 verbunden ist. Entsprechend wird der erste Gang durch Antriebswelle 201 -> Getrieberad 205B -> Getrieberad 205A -> Vorgelegewelle 202 -> Getrieberad 203A -> Getrieberad 203B -> Hauptwelle 206 erzielt.
Wenn der zweite Gang eingelegt ist (das heißt die hohe Splitgruppe des ersten Hauptgetriebegangs), wird das Fahrzeug stattdessen mit dem eingerückten Getrieberadpaar 209A-B angetrieben, was zu einer zweiten Gangübersetzung zwischen Antriebswelle und Vorgelegewelle 202 führt. Das Getrieberad 203B bleibt durch die Klauenkupplung 207 wie zuvor beschrieben eingerückt, wodurch der Bereich von jedem Gang vergrößert wird.
Die Unterteilung kann für jeden Gang durchgeführt werden, wobei, wenn die Kupplungseinheit 210 das Getrieberad 205B einrückt und die Klauenkupplung 208 ebenfalls das Getrieberad 205B einrückt, eine Gangübersetzung von 1:1 durch die Getriebeeinheiten 103C, 103A erzielt wird. Schließlich umfasst das Hauptgetriebe 103B einen Rückwärtsgang, der dadurch eingelegt wird, dass das Getrieberadpaar 212A-B durch die Klauenkupplung 207 nach rechts in der Figur bewegt wird, und wobei die Änderung der Drehrichtung der Hauptwelle 206 durch ein Zwischengetrieberad 212C erzielt wird.
Bisher wurden die Getriebeeinheiten 103A, 103C beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass 2 lediglich ein Beispiel einer Konstruktion solcher Getriebeeinheiten zeigt und dass die vorliegende Erfindung für verschiedene unterschiedliche Konstruktionen solcher Getriebeeinheiten verwendet werden kann. Beispielsweise kann auf das Splitgetriebe verzichtet werden. Wie zuvor erläutert kann die Erfindung für jedes Getriebe umfassend eine Vielzahl von Getriebeeinheiten verwendet werden, die von der Kraftquelle und den Antriebsrädern des Fahrzeugs getrennt werden können. Die Erfindung eignet sich aber möglicherweise besonders gut zur Verwendung in einem System, in dem ein Bereichsgetriebe, beispielsweise umfassend ein Planetengetriebe, verwendet wird und von den Antriebsrädern des Fahrzeugs getrennt werden kann.
Die Getriebeeinheit 103B wird in Bezug auf 3 beschrieben.
Die Getriebeeinheit 103B stellt eine Getriebeeinheit in einer Ausführung dar, die üblicherweise als Bereichsgetriebe bezeichnet wird. Wie zuvor erwähnt wird das Bereichsgetriebe zum Verdoppeln der Zahl von Gangübersetzungen, die vom Hauptgetriebe verfügbar sind, und ebenfalls wie in diesem Fall der Zahl der von der Kombination von Getriebeeinheiten 103A, 103C verfügbaren Gänge verwendet. Somit stellt das Getriebe 103 insgesamt 2x3x2=12 Gangübersetzungen bereit.
Die Getriebeeinheit 103B ist wie in den Figuren dargestellt nach dem Hauptgetriebe 103A vom Verbrennungsmotor 101 aus gesehen angeordnet und umfasst eine Antriebswelle 316, die durch die sich in die Getriebeeinheit 103B erstreckende Hauptwelle 206 gebildet sein kann. Die Getriebeeinheit 103B befindet sich in einem Getriebegehäuse 312, das getrennt vom Gehäuse des Hauptgetriebes 103A sein kann, obwohl es im Allgemeinen am Hauptgetriebegehäuse angebracht ist.
Getriebe dieser Art umfassen häufig ein Planetengetriebe 314 mit einem niedrigen Gang und einem hohen Gang, mit dem die Gangwechselmöglichkeiten des Hauptgetriebes in eine niedrige Bereichsmenge von Gängen und eine hohe Bereichsmenge von Gängen unterteilt werden. Gemäß dem offenbarten Beispiel erfolgt ein Herunterschalten durch das Planetengetriebe 314 in den niedrigen Bereichsmodus. Im hohen Bereichsmodus beträgt die Gangübersetzung durch das Planetengetriebe 314 gemäß dem vorliegenden Beispiel 1:1.
Das Planetengetriebe 314 umfasst drei Hauptkomponenten, die zueinander drehbar sind. Diese Komponenten bestehen aus einem Sonnenrad 318, das drehbar an der Antriebswelle 316 befestigt sein kann, einem Planetenradträger 320, der eine Vielzahl von Planetenrädern 324 trägt, und einem Hohlrad 322.
Die Planetenräder sind drehbar am Planetenradträger 320 befestigt, beispielsweise mit Lagern, und greifen auf bekannte Weise in das Sonnenrad 318 ein. Das Hohlrad 322 wiederum umgibt die Planetenräder 324 und greift in diese ein. Der Planetenradträger 320 ist wie nachfolgend erläutert ausgebildet, selektiv zur Drehung mit einer Abtriebswelle 328, die drehbar an der Kardanwelle 107 befestigt ist, und somit den Antriebsrädern 113, 114 des Fahrzeugs in Eingriff gebracht zu werden.
Die Getriebeeinheit 103B umfasst ferner eine erste axial verschiebbare Kupplungsmuffe 340, die zum Trennen der Antriebswelle 316 und somit des Sonnenrads 318 vom Planetenradträger 320 in einer ersten Position (niedriger Bereich) ausgebildet ist, und die in einer zweiten Position (hoher Bereich) zum Verbinden der Antriebswelle 316 / des Sonnenrads 318 zur Drehung mit dem Planetenradträger 320 ausgebildet ist. Das Verbinden/Trennen erfolgt dadurch, dass die Muffe selektiv Kupplungsnaben oder -scheiben 346, 348 zum Eingriff bringt, die jeweils drehbar an Sonnenrad/Antriebswelle und Planetenradträger befestigt sind. Die erste Kupplungsmuffe 340 wird durch ein geeignetes Mittel wie beispielsweise einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 364 verschoben.
Eine zweite axial verschiebbare Kupplungsmuffe 342 ist in einer ersten Position zum Sperren des Hohlrads 322 zum Getriebegehäuse 312 ausgebildet, wodurch das Hohlrad 322 arretiert wird. In einer zweiten Position der zweiten Kupplungsmuffe 342 kann sich das Hohlrad 322 frei in Bezug zum Getriebegehäuse 312 drehen. Die zweite Kupplungsmuffe 342 wird durch beispielsweise einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 366 verschoben.
Schließlich ist eine dritte axial verschiebbare Kupplungsmuffe 343 ausgebildet, selektiv den Planetenradträger 320 mit der Abtriebswelle 328 zu verbinden. Das heißt in einer in 3 dargestellten ersten Position sperrt die Kupplungsmuffe 343 den Planetenradträger 320 zur Drehung mit der Abtriebswelle 328 und somit der Kardanwelle 107 und den Antriebsrädern 113, 114 des Fahrzeugs über eine Kupplungsnabe oder -scheibe 353, die zur Drehung mit der Abtriebswelle 328 gesperrt ist. In der zweiten Position trennt die Kupplungsmuffe 343 den Planetenradträger 320 von der Abtriebswelle 328, so dass sich das Planetengetriebe vollständig unabhängig von der Drehung der Kardanwelle 107 und der Antriebsräder 113, 114 des Fahrzeugs drehen kann. Die dritte Kupplungsmuffe wird durch beispielsweise einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder 367 verschoben.
Der niedrige Bereichsmodus wird durch Anordnen der ersten Kupplungsmuffe 340 zum Trennen des Planetenradträgers 320 von der Antriebswelle 316 und Anordnen der zweiten Kupplungsmuffe 342, so dass das Hohlrad 322 drehbar zum Getriebegehäuse 312 gesperrt ist, während die dritte Kupplungsmuffe den Planetenradträger zur Abtriebswelle sperrt, erzielt.
Im hohen Bereichsmodus, der in 3 dargestellt ist, ist die erste Kupplungsmuffe 340 zum Verbinden der Antriebswelle 316 mit dem Planetenradträger 320 angeordnet. Die zweite Kupplungsmuffe 342 ist ferner in der Position zum Trennen des Hohlrads vom Getriebegehäuse angeordnet. Das Übertragen von Drehmoment von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle erfolgt im hohen Bereichsmodus durch die Antriebswelle 316, den Planetenradträger 320 und ferner auf die Abtriebswelle 328 durch die dritte Kupplungsmuffe, wobei die Gangübersetzung durch das Planetengetriebe 314 1:1 beträgt.
Das in 3 dargestellte Planetengetriebe 314 ist aus funktionaler Sicht erläutert und offenbart keine besonderen konstruktiven Merkmale. Das Planetengetriebe ist aber ausführlich in der schwedischen Patentanmeldung SE 1450626 beschrieben, die hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist. Aus diesem Grund wird in Bezug auf besondere Vorteile und Merkmale dieses Getriebes auf die Anmeldung SE 1450626 verwiesen und in der vorliegenden Anmeldung wird die Funktion nur insoweit beschrieben, als dies zum Erläutern der Erfindung erforderlich ist. Weitere Details sind in der Anmeldung offenbart.
Im Unterschied zur Anmeldung, auf die verwiesen wird, wird die dritte Kupplungsmuffe gemäß dem vorliegenden Beispiel zum Trennen des Planetengetriebes von der Abtriebswelle verwendet. In der Anmeldung, auf die verwiesen wird, ist hingegen die dritte Kupplungsmuffe zum Verbinden des Hohlrads mit der Abtriebswelle statt zum Trennen des Planetengetriebes von der Abtriebswelle ausgebildet. Auf diese Weise wird ein Rückwärtsgang durch das Planetengetriebe bereitgestellt. Dies ist in der Ausführung, auf die verwiesen wird, ausführlich beschrieben.
Ebenfalls in Betracht zu ziehen ist, dass die dritte Kupplungsmuffe in drei verschiedene Stellungen gebracht werden kann, um ebenfalls einen Rückwärtsgang bereitzustellen. Alternativ ist in Betracht zu ziehen, dass eine zusätzliche Kupplungsmuffe verwendet wird. Lösungen, bei denen das Planetengetriebe ausgebildet ist, von den Antriebsrädern des Fahrzeugs getrennt zu werden, sind in der Parallelanmeldung SE 1550665 beschrieben. Diese Anmeldung ist ebenfalls hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Durch die Möglichkeit des Trennens des Planetengetriebes von der Abtriebswelle bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das zeitsparende Gangwechsel mit minimaler Abnutzung ermöglicht Ein beispielhaftes Verfahren 400 der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt, wobei das Verfahren wenigstens teilweise beispielsweise in der Steuereinheit 116 zum Steuern des Betriebs der Kupplung 106 und des Getriebes 103 ausgeführt sein kann. Die Funktionen eines Fahrzeugs werden im Allgemeinen durch eine Reihe von Steuereinheiten gesteuert und Steuerungen in Fahrzeugen der offenbarten Art umfassen im Allgemeinen ein Kommunikationsbussystem, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen zum Verbinden einer Reihe von elektronischen Steuereinheiten oder Controllern mit verschiedenen Komponenten an Bord des Fahrzeugs besteht. Solch eine Steuerung kann eine große Zahl von Steuereinheiten umfassen und die Steuerung einer bestimmten Funktion kann auf zwei oder mehrere von diesen aufgeteilt sein.
Zur Vereinfachung stellt 1A lediglich die Steuereinheiten 115 und 116 dar; Fahrzeuge 100 der dargestellten Art sind aber häufig mit wesentlich mehr Steuereinheiten ausgestattet, was einem Fachmann klar ist. Die Steuereinheiten 115 und 116 sind zum Kommunizieren miteinander und mit verschiedenen Komponenten über das Kommunikationsbussystem und andere Kabel, die teilweise durch Verbindungslinien in 1A dargestellt sind, ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung kann in jeder geeigneten Steuereinheit im Fahrzeug 100, nicht notwendigerweise in der Steuereinheit 116, ausgeführt sein. Das Steuern eines Gangwechsels gemäß der vorliegenden Erfindung hängt üblicherweise von Signalen ab, die von anderen Steuereinheiten und/oder Fahrzeugkomponenten empfangen werden, und im Allgemeinen sind Steuereinheiten der offenbarten Art normalerweise zum Empfangen von Sensorsignalen von verschiedenen Teilen des Fahrzeugs 100 ausgebildet. Die Steuereinheit 116 kann beispielsweise Signale beispielsweise von der Motorsteuereinheit 115 oder jeden beliebigen Steuereinheit empfangen, dass ein Gangwechsel durchzuführen ist. Die Steuereinheit 116 kann ferner zum Empfangen von Signalen von verschiedenen Sensoren in Bezug auf die Steuerung des Getriebes, beispielsweise von Signalen zur Angabe von Stellungen von Kupplungsmuffen, Klauenkupplungen usw., ausgebildet sein. Steuereinheiten der dargestellten Art sind ebenfalls üblicherweise zum Liefern von Steuersignalen für verschiedene Teile und Komponenten des Fahrzeugs, beispielsweise für Stellglieder von Kupplungsmuffen, Klauenkupplungen usw. des Getriebes, und/oder beispielsweise für die Steuereinheit 115 zum Anfordern einer bestimmten Motorsteuerung vor, während und/oder nach einem Gangwechsel ausgebildet sein. All dies ist einem Fachmann bekannt.
Eine Steuerung dieser Art erfolgt häufig durch programmierte Anweisungen. Die programmierten Anweisungen bestehen typischerweise aus einem Computerprogramm, das bei Ausführen auf einem Computer oder in einer Steuereinheit den Computer / die Steuereinheit zum Ausführen der gewünschten Steuerung als Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung veranlasst. Das Computerprogramm stellt üblicherweise einen Teil eines Computerprogrammprodukts dar, wobei das Computerprogrammprodukt ein geeignetes Speichermedium 121 (siehe 1B) umfasst und das Computerprogramm 126 auf dem Speichermedium 121 gespeichert ist. Das Computerprogramm kann nichtflüchtig auf dem Speichermedium gespeichert sein. Das digitale Speichermedium 121 kann beispielsweise aus einem Element der Gruppe bestehen, die Folgendes umfasst: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-Speicher, EEPROM (Electrically Erasable PROM), Festplatteneinheit usw., und kann in der Steuereinheit oder in Kombination mit dieser ausgebildet sein, wobei das Computerprogramm von der Steuereinheit ausgeführt wird. Das Verhalten des Fahrzeugs in einer bestimmten Situation kann somit durch Ändern der Anweisungen des Computerprogramms angepasst werden.
Eine beispielhafte Steuereinheit (Steuereinheit 116) ist schematisch in 1B dargestellt, wobei die Steuereinheit eine Verarbeitungseinheit 120 umfassen kann, die beispielsweise aus einem geeigneten Typ von Prozessor oder Mikrocomputer, beispielsweise einem Kreis zur digitalen Signalverarbeitung (Digital Signal Processor, DSP) oder einen Kreis mit einer vorgegebenen spezifischen Funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) bestehen kann. Die Verarbeitungseinheit 120 ist mit einer Speichereinheit 121 verbunden, welche die Verarbeitungseinheit 120 beispielsweise mit dem gespeicherten Programmcode 126 und/oder den gespeicherten Daten versorgt, welche die Verarbeitungseinheit 120 zum Durchführen von Berechnungen benötigt. Die Verarbeitungseinheit 120 ist ebenfalls zum Speichern von Teil- oder Endergebnissen von Berechnungen in der Speichereinheit 121 ausgebildet.
Ferner ist die Steuereinheit 116 mit Vorrichtungen 122, 123, 124, 125 jeweils zum Empfangen und Senden von Ein- und Ausgangssignalen ausgestattet. Diese Ein- und Ausgangssignale können Wellenformen, Impulse oder andere Attribute umfassen, welche die Vorrichtungen 122, 125 zum Empfangen von Eingangssignalen als Information für die Verarbeitung durch die Verarbeitungseinheit 120 erkennen können. Die Vorrichtungen 123, 124 zum Senden von Ausgangssignalen sind zum Umwandeln der Berechnungsergebnisse von der Verarbeitungseinheit 120 in Ausgangssignale zur Übertragung an andere Teile der Fahrzeugsteuerung und/oder die Komponente(n), für welche die Signale bestimmt sind, ausgebildet. Jede einzelne der Verbindungen mit den Vorrichtungen zum Empfangen und Senden von Ein- und Ausgangssignalen können aus einem oder mehreren Elementen der folgenden Gruppe bestehen: CAN-Bus (Controller Area Network Bus), MOST-Bus (Media Orientated Systems Transport Bus) oder eine andere Buskonfiguration oder eine drahtlose Verbindung.
Wieder in Bezug auf das in 4 dargestellte beispielhafte Verfahren 400 beginnt das Verfahren in Schritt 401, in dem ermittelt wird, ob ein Gangwechsel durchzuführen ist. Dieser Gangwechsel kann ausgebildet sein, beispielsweise durch Wechseln der Gangübersetzung durch ein oder mehrere Elemente der Gruppe umfassend das Hauptgetriebe 103A, das Bereichsgetriebe 103B und das Splitgetriebe 103C durchgeführt zu werden. Somit kann gemäß einer Ausführungsform in Schritt 401 ermittelt werden, ob eine beliebige Art von Gangwechsel durchzuführen ist. Das Verfahren verharrt in Schritt 401, solange dies nicht der Fall ist. Das Verfahren fährt mit Schritt 402 fort, wenn ermittelt wird, dass ein Gangwechsel gemäß der Erfindung durchzuführen ist.
Der Übergang von Schritt 401 zu Schritt 402 kann beispielsweise ebenfalls nur gemäß verschiedenen Kriterien und nicht immer bei jedem Gangwechsel ausgelöst werden. Beispielsweise kann eine Steuerung gemäß der Erfindung ausgebildet sein, beispielsweise nur ausgeführt zu werden, wenn bestimmte Gangwechsel durchzuführen sind, etwa wenn eine Änderung der Gangübersetzung im Bereichsgetriebe 103B oder im Bereichsgetriebe 103B und im Hauptgetriebe 103A durchzuführen ist. Es können ebenfalls andere geeignete Kriterien zum Durchführen des Übergangs von Schritt 401 zu Schritt 402 angewendet werden. Das Ermitteln, ob ein Gangwechsel durchzuführen ist, kann auf eine geeignete und herkömmliche Weise erfolgen und ist kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird das Getriebe aus dem sechsten Gang in den siebten Gang geschaltet. Der sechste Gang entspricht in diesem Beispiel dem Schalten des Hautgetriebes 103A in die dritte Stellung (Getrieberad 205B eingerückt), dem Schalten des Splitgetriebes 103C in die hohe Gruppe (das heißt Einrücken des Getrieberads 209B) und das Schalten des Bereichsgetriebes 103B in den niedrigen Bereich. Bei einem Gangwechsel in den siebten Gang schaltet das Hauptgetriebe 103A aus der dritten Stellung in die erste Stellung, das Bereichsgetriebe 103B schaltet aus dem niedrigen Bereich in den hohen Bereich und das Splitgetriebe aus der hohen in die niedrige Gruppe. Somit umfasst das vorliegende Beispiel Gangwechsel in allen drei Getriebeeinheiten 103A bis 103C. Der Gangwechsel ist ebenfalls in Bezug auf 5 dargestellt, die entsprechende Drehzahlen der Getriebeantriebswelle 201, der Vorgelegewelle 202 und der Hauptwelle 206 darstellt. Zum Zeitpunkt T0 wird das Fahrzeug 100 mit einer Getriebeantriebswellen-Drehzahl (durchgezogene Linie 501) von etwa 1.500 U/min angetrieben. Wenn die Kupplung 106 eingekuppelt ist, entspricht die Drehzahl der Getriebeantriebswelle 201 der Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 und somit beträgt die Verbrennungsmotor-Drehzahl ebenfalls 1.500 U/min vor dem Gangwechsel.
Die über die Getrieberäder 209A-B und Getrieberäder 205A-B mit der Antriebswelle 201 verbundene Getriebehauptwelle 206 dreht sich mit einer höheren Drehzahl als die Getriebeantriebswelle 201 (strichpunktierte Linie 503). Ferner dreht sich die Vorgelegewelle 202 (gestrichelte Linie 502) mit einer Drehzahl in der Größenordnung der Antriebswellen-Drehzahl. Zum Zeitpunkt T1 wird ein Gangwechsel gemäß Schritt 401 ausgelöst und das Verfahren fährt mit Schritt 402 fort.
In Schritt 402 wird eine Verringerung des über das Getriebe 103 übertragenen Drehmoments eingeleitet. Das heißt das vom Verbrennungsmotor 101 erzeugte Drehmoment wird verringert, um den Antriebsstrang von der Übertragung von Drehmoment zu entlasten. Wenn das Drehmoment auf ein gewünschtes Maß verringert wurde, wird die Kupplung 106 in Schritt 403 ausgekuppelt. Einem Fachmann ist bekannt, dass die Verringerung von übertragenem Drehmoment durch das Getriebe 103 teilweise durch Verringern des übertragbaren Drehmoments mit der Kupplung 106 erzielt werden kann, und somit kann das Auskuppeln der Kupplung so ausgebildet sein, dass es wenigstens teilweise gleichzeitig mit der Verringerung des vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments erfolgt. Die Verringerung von Drehmoment kann auf eine beliebige geeignete Weise erfolgen.
Ferner wird, wenn das durch das Getriebe 103 übertragene Drehmoment auf ein gewünschtes Maß verringert und die Kupplung ausgekuppelt wurde, das Planetengetriebe 314 von den Antriebsrädern des Fahrzeugs getrennt (Schritt 404), indem die dritte Kupplungsmuffe 343 in die Stellung gebracht wird, in welcher der Planetenradträger 320 nicht mehr mit der Abtriebswelle 328 verbunden ist.
In Bezug auf 5 entspricht dies dem Zeitpunkt T2. Somit wird zum Zeitpunkt T2 das Getriebe sowohl vom Verbrennungsmotor 101 als auch von den Antriebsrädern 113, 114 des Fahrzeugs getrennt. Dies bedeutet, dass sich die sich drehenden Teile der Getriebeeinheiten 103A-C vollständig unabhängig von der Verbrennungsmotor-Drehzahl und der Kardanwellen-(Antriebsrad-)Drehzahl drehen. Alle Getriebeeinheiten 103A-C sind eingerückt, bevor der Gangwechsel eingeleitet wird. Das heißt die Antriebswelle 201 ist noch drehschlüssig gegen den Planetenradträger über die Getrieberäder 209A-B, den dritten Gang des Hauptgetriebes, das Sonnenrad und die Planetenräder gesperrt.
In Schritt 405 werden eine oder mehrere Wellenbremsen betätigt, die auf beliebige Wellen einwirken. Da das Getriebe noch eingekuppelt ist, kann beispielsweise ein Element der Gruppe umfassend die Getriebe-Antriebswelle 201, die Vorgelegewelle 202, die Hauptwelle 206, das Sonnenrad 318, den Planetenradträger usw. einer Bremswirkung ausgesetzt werden, was gleichzeitig alle sich drehenden Teile in Betrieb im aktuellen Gang bremst. Gemäß der Erfindung kann eine leistungsfähige Bremse verwendet werden, die Wellendrehzahlen auf Null und/oder eine niedrige Drehzahl in einer kurzen Zeit verringern kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im Gegensatz zu Lösungen nach dem Stand der Technik Getriebedrehzahlen beim Gangwechsel nicht mit sich drehenden Abtriebswellen synchronisiert werden müssen, da das Getriebe 103 an beiden Enden getrennt wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden daher die Drehzahlen der sich drehenden Teile auf Null oder nahezu Null oder wenigstens eine Drehzahl, die niedriger als eine erste Drehzahl speed_lim ist und ausgebildet sein kann, von der jeweiligen Welle abhängig zu sein, für die sie definiert ist, abgebremst. Wenn beispielsweise der Gang im Bereichsgetriebe zu wechseln ist, wird die erste Drehzahl speed_lim angepasst und auf die Hauptwelle angewendet. Insbesondere wird die erste Drehzahl speed_lim so gewählt, dass Klauenkupplungen und Kupplungsmuffen betätigt werden können, ohne einer zu starken Abnutzung ausgesetzt zu werden.
Somit werden gemäß der Erfindung die Drehzahlen von sich drehenden Teilen des Getriebes aus solch niedrige Drehzahlen verringert, dass im Wesentliche keine Trägheitsmomente im Getriebe bleiben, und es kann dadurch ein Gangwechsel sanft und ohne die Gefahr von unerwünschten Eingriffsfehlern erfolgen. Die erste Drehzahl speed_lim kann beispielsweise 100 U/min oder vorzugsweise 50 U/min betragen.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel erfolgt das Bremsen durch eine Vorgelegewelle-Bremse 211 und in Schritt 406 wird ermittelt, ob die Drehzahl der sich drehenden Teile des Getriebes auf wenigstens die erste Drehzahl speed_lim verringert wurde. Das Bremsen wird in Schritt 405 fortgesetzt, solange dies nicht der Fall ist. Wenn die erste Drehzahl speed_lim erreicht ist (Zeitpunkt T3 in 5), fährt das Verfahren mit Schritt 407 fort, in dem ein Gangwechsel erfolgt, wenn sich Getriebekomponenten nicht drehen oder mit einer niedrigen Drehzahl drehen. Das heißt gemäß dem vorliegenden Beispiel trennt die Klauenkupplung 208 das Getrieberad 205B (dritter Hauptgetriebegang), während stattdessen die Klauenkupplung 207 das Getrieberad 203B einrückt (erster Hauptgetriebegang). Ferner trennt die Kupplungseinheit 210 das Getrieberad 209B und rückt das Getrieberad 205B ein, um das Splitgetriebe aus der hohen Gruppe in die niedrige Gruppe zu schalten. Ferner wird die erste Kupplungsmuffe 340 betätigt, um den Planetenradträger in Eingriff mit Sonnenrad/Antriebswelle 316 zu bringen und das Bereichsgetriebe in den hohen Bereich zu schalten, und die zweite Kupplungsmuffe 342 wird in die Stellung zum Trennen des Hohlrads vom Getriebegehäuse gebracht. Das heißt erste und zweite Kupplungsmuffe werden in die Stellung wie in 3 dargestellt gebracht.
In Schritt 408 wird ermittelt, ob alle angeforderten Wechsel durchgeführt wurden, was beispielsweise mit Stellungssensoren, etwa induktiven Sensoren, von Klauenkupplungen und Kupplungsmuffen oder mit beliebigen anderen geeigneten Mitteln zum Ermitteln der Stellung von Getriebeelementen ermittelt werden kann. Das Verfahren verharrt in Schritt 408, solange dies nicht der Fall ist. Wenn alle Änderungen von Gangübersetzungen erfolgt sind und das Getriebe 103 somit in den siebten Gang geschaltet wurde, wird ein Einkuppeln der Kupplung 106 eingeleitet (Schritt 409). Sobald die Kupplung einkuppelt (Zeitpunkt T4 in 5), beschleunigt die Antriebswelle 201 und da alle Gänge eingelegt sind, werden ebenfalls Vorgelegewelle 202, Hauptwelle 206, Planetenradträger usw. beschleunigt. Dies ist zwischen T4 und T5 in 5 dargestellt.
Vorzugsweise wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors 106 im Zeitraum, die mit dem Zeitpunkt T2 beginnt, auf die Solldrehzahl im neuen Gang gesteuert, was in diesem Beispiel 1.180 U/min sind, so dass, wenn die Kupplung 106 in eine Stellung eingekuppelt ist, in der sie nicht mehr rutscht (Zeitpunkt T5), sich der Planetenradträger 320 mit einer Drehzahl dreht, die im Wesentlichen der Drehzahl der Abtriebswelle 328 entspricht. In Schritt 410 wird ermittelt, ob die Abtriebswelle 328 eingerückt werden kann, beispielsweise durch Ermitteln, ob der Drehzahlunterschied zwischen Planetenradträger und Abtriebswelle 328 innerhalb eines geeigneten Drehzahlunterschieds Δn liegt, in dem die dritte Kupplungsmuffe 343 sicher ohne die Gefahr von zu starker Abnutzung der Komponenten betätigt werden kann. Der Drehzahlunterschied Δn kann in einigen Ausführungsformen 50 U/min betragen. Das Verfahren kann in Schritt 410 verharren, solange dies nicht der Fall ist, wobei beispielsweise eine geeignete Steuerung der Verbrennungsmotor-Drehzahl bei Bedarf durchgeführt/angefordert werden kann.
Wenn ermittelt wird, dass die Abtriebswelle eingerückt werden kann, erfolgt dies in Schritt 411 durch Betätigen der Kupplungsmuffe 343 in die Einrückstellung, wodurch der Antriebsstrang eingekuppelt wird, so dass wieder Drehmoment von der Kraftquelle zu den Antriebsrädern übertragen werden kann. Das Drehmoment wird anschließend auf den gewünschten Wert auf herkömmliche Weise erhöht (Schritt 412) und das Verfahren kann zu Schritt 401 zurückkehren sowie auf einen folgenden Gangwechsel warten. Die Erfindung wurde in 5 für einen Gangwechsel zu einem höheren Gang beschrieben, obwohl wie offenbart Gangwechsel in niedrigere Gänge in einzelnen Getriebeeinheiten erfolgen können. Die Erfindung ist aber ebenso auf beliebige Arten von Gangwechsel anwendbar, beispielsweise auch auf Wechsel von höheren Gängen in niedrigere Gänge. Die Erfindung ist aber besonders für Gangwechsel im Bereichsgetriebe geeignet.
Die vorliegende Erfindung bietet somit eine Lösung, bei der ein Gangwechsel mit stillstehenden oder sich mit niedrigen Drehzahlen drehenden Getriebekomponenten und unabhängig von Drehzahlen von Kraftquelle und Antriebsrädern erfolgen kann.
Das heißt während der eigentlichen Betätigung von Getriebekomponenten wie Klauenkupplungen, Kupplungsmuffen u. Ä. ist keine Synchronisierung erforderlich. Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise leistungsfähige Wellenbremsen verwendet werden können, da keine Präzisionssteuerung von Wellendrehzahlen erforderlich ist. Dies wiederum ermöglicht schnelle Gangwechsel.
Ferner verringert eine Lösung gemäß der Erfindung die Gefahr von unerwünschten Schwingungen bei Gangwechseln des Planetengetriebes, die andernfalls durch Reaktionsdrehmomente entstehen können, die beispielsweise von Planetenradlager erzeugt werden, wenn die Planetenräder beschleunigt werden und der Planetenradträger nach dem Stand der Technik mit der Abtriebswelle verbunden ist.
Schließlich wurde die vorliegende Erfindung für eine bestimmte Art von Bereichsgetriebe erläutert, bei der das Trennen von der Kardanwelle auf eine bestimmte Weise erfolgt. Die Erfindung ist aber auf eine beliebige Art von Getriebe anwendbar, insbesondere auf eine beliebige Art von Bereichsgetriebe, die gleichzeitig von den Antriebsrädern des Fahrzeugs und der Fahrzeugkraftquelle getrennt werden kann.

Claims

Verfahren zum Wechseln der Gangübersetzung in einem Getriebe (103) eines Fahrzeugs (100), wobei das Getriebe (103) zum Übertragen von Drehmoment zwischen einer Kraftquelle (101) und wenigstens einem Antriebsrad (113, 114) des Fahrzeugs (100) ausgebildet ist, das Getriebe (103) eine erste Getriebeeinheit (103A, 103B, 103C) und wenigstens eine zweite Getriebeeinheit (103A, 103B, 103C) umfasst, wobei die erste und zweite Getriebeeinheit einzeln auf wenigstens zwei Gänge mit verschiedenen Gangübersetzungen steuerbar sind, um eine kombinierte Gangübersetzung des Getriebes (103) zu bilden, wobei das Verfahren beim Wechseln der Gangübersetzung des Getriebes (103) gekennzeichnet ist durch: - das Trennen der Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) des Getriebes (103) von der Kraftquelle (101) und von wenigstens einem Antriebsrad (113, 114), wobei die die Gangübersetzung bildenden Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) jeweils eingerückt bleiben; und - wenn die Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) von der Kraftquelle (101) und vom wenigstens einen Antriebsrad (113, 114) getrennt sind, das Wechseln der Gangübersetzung von wenigstens einer der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, wenn die Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) von der Kraftquelle (101) und von den Antriebsrädern (113, 114) getrennt sind: - das Anwenden einer Bremskraft auf ein sich drehendes Element von einer der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C), um die Drehzahl von sich drehenden Elementen des Getriebes (103) zu verringern, und - wenn die Drehzahl des sich drehenden Elements auf wenigstens eine erste Drehzahl (speed_lim) verringert wurde, das Wechseln der Gangübersetzung von wenigstens einer der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C).
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: - das Verringern der Drehzahl des sich drehenden Elements im Wesentlichen auf Null.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: - das Anwenden von Bremskraft vor dem Trennen von wenigstens einem der eingelegten Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Getriebeeinheit (103B) ein Bereichsgetriebe ist, das zum Bereitstellen eines hohen Bereichsgangs und eines niedrigen Bereichsgangs ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Getriebeeinheit (103B) ein Planetengetriebe umfasst und das Verfahren ferner umfasst: - das Trennen des Planetengetriebes vom wenigstens einen Antriebsrad (113, 114).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Planetengetriebe ein mit einer Abtriebswelle der ersten Getriebeeinheit (103A) verbundenes Sonnenrad (318) und einen eine Vielzahl von Planetenrädern (324) im Eingriff mit dem Sonnenrad (318) tragenden Planetenradträger (320) umfasst, wobei der Planetenradträger (320) selektiv mit einer Abtriebswelle (328) der zweiten Getriebeeinheit (103B) verbindbar ist, und, - das Trennen des Planetengetriebes vom wenigstens einen Antriebsrad (113, 114) durch Trennen des Planetenradträgers (320) von der Abtriebswelle (328) der zweiten Getriebeeinheit (103B).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine axial verschiebbare Kupplungsmuffe (343) in einer ersten Stellung zum Verbinden des Planetengetriebes mit dem wenigstens einen Antriebsrad (113, 114) des Fahrzeugs (100) ausgebildet ist und in einer zweiten Stellung zum Trennen des Planetengetriebes von wenigstens einem Antriebsrad (113, 114) des Fahrzeugs (100) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Getriebe (103) die erste (103A), die zweite (103B) und eine dritte (103C) Getriebeeinheit umfasst, die auf wenigstens zwei Gänge mit verschiedenen Gangübersetzungen steuerbar sind, wobei das Verfahren ferner umfasst, wenn die Getriebeeinheiten von der Kraftquelle (101) und vom wenigstens einen Antriebsrad (113, 114) getrennt sind: - das Wechseln der Gangübersetzung von wenigstens einem Element der Gruppe umfassend erste, zweite und dritte Getriebeeinheit.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: - das Wechseln der Gangübersetzung von wenigstens zwei der ersten, zweiten und dritten Getriebeeinheit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend nach dem Wechseln der Gangübersetzung der wenigstens einen der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C): - mit der Kraftquelle (101) das Beschleunigen von Drehmoment übertragenden Wellen der Getriebeeinheiten vor dem Verbinden des Getriebes (103) mit dem wenigstens einen Antriebsrad (113, 114).
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: - das Beschleunigen der Drehmoment übertragenden Wellen, so dass ein Drehzahlunterschied in einer Stellung zum Verbinden des Getriebes nach den eingelegten Gängen zu wenigstens einem Antriebsrad (113, 114) höchstens ein erster Drehzahlunterschied (Δn) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - das Verbinden des Getriebes (103) mit dem wenigstens einen Antriebsrad durch Verbinden des Getriebes (103) mit einer Kardanwelle (107) des Fahrzeugs.
Computerprogramm umfassend Programmcode, das beim Ausführen des Programmcodes auf einem Computer den Computer zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 veranlasst.
Computerprogrammprodukt umfassend ein computerlesbares Medium und ein Computerprogramm nach Anspruch 14, wobei das Computerprogramm im computerlesbaren Medium enthalten ist.
System zum Wechseln der Gangübersetzung in einem Getriebe (103) eines Fahrzeugs (100), wobei das Getriebe (103) zum Übertragen von Kraft zwischen einer Kraftquelle (101) und wenigstens einem Antriebsrad (113, 114) des Fahrzeugs (100) ausgebildet ist, das Getriebe (103) eine erste Getriebeeinheit (103A, 103B, 103C) und wenigstens eine zweite Getriebeeinheit (103A, 103B, 103C) umfasst, wobei die erste und zweite Getriebeeinheit einzeln auf wenigstens zwei Gänge mit verschiedenen Gangübersetzungen steuerbar sind, um eine kombinierte Gangübersetzung des Getriebes (103) zu bilden, wobei das System gekennzeichnet ist durch: - ein Mittel zum Trennen der Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) des Getriebes (103) von der Kraftquelle (101) und von wenigstens einem Antriebsrad (113, 114), wobei die die Gangübersetzung bildenden Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) jeweils eingerückt bleiben; - wenn die Gänge der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C) von der Kraftquelle (101) und vom wenigstens einen Antriebsrad (113, 114) getrennt sind, ein Mittel zum Wechseln der Gangübersetzung von wenigstens einer der Getriebeeinheiten (103A, 103B, 103C).
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein System zum Wechseln der Gangübersetzung in einem Getriebe nach Anspruch 16 umfasst.