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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patenanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstranges nach dem Patentanspruch 15.
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Ein Geländefahrzeug kann ein Automatikgetriebe zum Einlegen der Fahrstufen sowie ein Verteilergetriebe (nachfolgend allgemein als Nachschaltgruppe bezeichnet) aufweisen, die in einer Momentenflussrichtung in Reihe dazu geschaltet ist und zwischen einer ersten Übersetzung (Untersetzungsgang) und einer zweiten Übersetzung (Direktgang) umschaltbar ist. Bei eingelegter erster Übersetzung (low) steht in Kombination mit dem Automatikgetriebe ein Übersetzungsbereich zur Verfügung, der für einen Fahrzeugbetrieb im Gelände mit großen Steigungen und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft ist. Bei eingelegter zweiter Übersetzung (high) steht in Kombination mit dem Automatikgetriebe ein Übersetzungsbereich zur Verfügung, der für einen Fahrzeugbetrieb bei normalen Geländebedingungen sowie bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft ist.
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In einem gattungsgemäßen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wie er in der
DE 10 2013 012 782 A1 gezeigt ist, ist das Automatikgetriebe über einen fahrerseitig betätigbaren Wählhebel ansteuerbar, um die jeweilige Fahrstufe im Fahrbetrieb einzulegen. Zudem ist die Nachschaltgruppe in Signalverbindung mit einem ebenfalls fahrerseitig betätigbaren Schalter, bei dessen Betätigung die Nachschaltgruppe zwischen der ersten Übersetzung und der zweiten Übersetzung umschaltbar ist.
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Üblicherweise ist die Fahrgeschwindigkeit in der ersten Übersetzung (Untersetzungsgang) auf einen maximalen Geschwindigkeits-Schwellwert begrenzt. Erreicht die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs diesen Schwellwert, so regelt das Fahrzeug ab; ein weiteres Gasgeben bleibt ohne Wirkung. Beispielhaft kann bei eingelegter erster Übersetzung (das heißt bei der Übersetzungsstufe „low” in einem Offroad-Fahrbetrieb) die Fahrgeschwindigkeit auf einen Schwellwert abgeregelt sein. Der Schwellwert ist in der zweiten Übersetzungsstufe („high”) deaktiviert, das heißt funktionslos geschaltet.
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Die Nachschaltgruppe ist üblicherweise ein Planetengetriebe mit darin integrierter Schiebemuffe (mit Synchronring sowie Kupplungskörper). Eine Umschaltung zwischen der ersten und der zweiten Übersetzung ist daher nur bei einer Kraftfluß-Unterbrechung im Antriebsstrang möglich. Eine solche Kraftfluß-Unterbrechung im Antriebsstrang ergibt sich, wenn das Automatikgetriebe in die Neutralstellung betätigt ist.
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Die Umschaltung von der ersten Übersetzung (low) in die zweite Übersetzung (high) kann mittels einer fahrerseitig manuell durchführbaren Schaltabfolge erfolgen. In dieser Schaltabfolge wird zunächst in einem ersten manuellen Betätigungsschritt der Wählhebel von der Drive-Stellung D in die Neutralstellung N betätigt, um den Kraftfluß im Automatikgetriebe zu unterbrechen. Eine solche Kraftfluß-Unterbrechung im Automatikgetriebe ist erforderlich, damit in der Nachschaltgruppe lastfrei umgeschaltet werden kann.
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Anschließend wird in einem zweiten manuellen Betätigungsschritt der Schalter betätigt, um die Nachschaltgruppe von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung umzuschalten. Im dritten Betätigungsschritt wird durch eine weitere Betätigung des Wählhebels von der Neutralstellung N in die Drive-Stellung D eine passende Fahrstufe im Automatikgetriebe eingelegt (das heißt der Kraftfluß wird wieder geschlossen). Eine solche manuell durchgeführte Schaltabfolge ist unkomfortabel. Die Schaltung während der Fahrt lenkt den ungeübten Fahrer ab.
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Im Gegensatz zur obigen manuellen Durchführung kann die Schaltabfolge vom Getriebesteuergerät sowie vom Nachschaltgruppen-Steuergerät auch vollautomatisch durchgeführt werden. Um eine solche vollautomatische Schaltabfolge zur Umschaltung zwischen der ersten und zweiten Übersetzung in allen möglichen Fahrsituationen sowie Fahrgeschwindigkeits-Bereichen bereitzustellen, sind die Steuergeräte mit einer komplexen Schaltstrategie auszustatten, in der eine Vielzahl von Sicherheitsaspekten berücksichtigt sind. Beispielhaft ist zu gewährleisten, dass bei der automatischen Schaltabfolge trotz Kraftfluß-Unterbrechung im Automatikgetriebe (das heißt der Wählhebel ist in die Neutralposition N verstellt) das Fahrzeug bei einer Bergauffahrt nicht zurückrollt. Eine derart komplexe Schaltstrategie ist jedoch nur mit hohem Entwicklungsaufwand sowie hohem Software-Aufwand im Getriebesteuergerät zu realisieren.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstranges bereitzustellen, bei dem trotz eines reduzierten Software-Aufwands sowie Entwicklungsaufwands eine im Vergleich zum Stand der Technik komfortable Fahrzeug-Bedienung ermöglicht ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 15 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die Bereitstellung einer vollautomatischen Schaltabfolge in allen erdenklichen Fahrsituationen/Fahrgeschwindigkeits-Bereichen eine komplexe Schaltstrategie im Getriebesteuergerät mit hohem Software-Aufwand erforderlich macht, um sämtliche Sicherheitsaspekte abzudecken. Anstelle dessen wird erfindungsgemäß die vollautomatische Schaltabfolge nur in einem eng begrenzten Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv zugelassen, der im Hinblick auf die Sicherheitsaspekte unkritisch ist. Außerhalb dieses eng begrenzten Fahrgeschwindigkeits-Bereiches Δv ist, dagegen die Schaltabfolge lediglich manuell, nicht vollautomatisch durchführbar. Auf diese Weise wird die im Getriebesteuergerät erforderliche Schaltstrategie weniger komplex und wird der damit verknüpfte Software-Aufwand reduziert. Vor diesem Hintergrund weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Getriebesteuergerät eine Steuereinheit auf, bei deren Aktivierung die Schaltabfolge vollautomatisch durchführbar ist. Die Steuereinheit zur automatischen Durchführung der Schaltabfolge ist im normalen Fahrbetrieb deaktiviert und wird speziell nur dann aktiviert, wenn die aktuelle Fahrgeschwindigkeit in einem Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv unmittelbar unterhalb der Abregelgeschwindigkeit liegt.
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Wie oben erwähnt, ist erfindungsgemäß lediglich eine Bedingung für die vollautomatische Schaltabfolge zu erfüllen, nämlich eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit, die sich im Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv befindet. In einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltabfolge nur dann automatisch durchführbar, wenn die folgenden zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich sowohl das Vorliegen der aktuellen Fahrgeschwindigkeit im Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv als auch das Vorliegen eines fahrerseitig generierten Fahrer-Signals, das von der Steuereinheit als Fahrerwunsch zum Umschalten von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung interpretierbar ist.
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Der oben definierte Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv kann als oberen Schwellwert v1 die Abregelgeschwindigkeit und als unteren Schwellwert v2 eine Geschwindigkeit aufweisen, die derart bemessen ist, dass sicherheitskritische Fahrsituationen ausgeschlossen sind. Bevorzugt entspricht die Abregelgeschwindigkeit einer maximalen Geschwindigkeit, bei der noch ein betriebssicheres Synchronisieren und Schalten durchführbar ist. Der unter Schwellwert v2 des Fahrgeschwindigkeits-Bereichs Δv kann beispielhaft 5 bis 10 km/h unter dem oberen Schwellwert v1 liegen.
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In einer technischen Umsetzung kann der Steuereinheit eine Auswerteeinheit zugeordnet sein, die bei Vorliegen einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit im obigen Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv sowie bei Vorliegen eines oben erwähnten Fahrer-Signals ein Trigger-Signal erzeugt, mit dem die Steuereinheit aktivierbar ist, um eine vollautomatische Durchführung der Schaltabfolge freizugeben. Die Steuereinheit, die Auswerteeinheit sowie eine später beschriebene Signalerzeugungseinheit sind als Programmbausteine in der Software des Getriebesteuergerätes in einfacher Weise zu realisieren.
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Die Auswerteeinheit kann in Signalverbindung mit einem Fahrgeschwindigkeitssensor sowie mit der oben erwähnten Signalerzeugungseinheit sein, mittels der das Fahrer-Signal erzeugbar ist. Die Signalerzeugungseinheit kann als beliebiger Schalter realisiert sein, zum Beispiel im Fahrzeuginnenraum des Fahrzeuges. Bei dessen Betätigung ist in eindeutiger Weise erkennbar, das der Fahrerwunsch im Sinne der Erfindung vorliegt.
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Besonders bevorzugt kann die Signalerzeugungseinheit durch das Fahrpedal zur Ansteuerung der Antriebseinheit gebildet sein. In diesem Fall kann die Signalerzeugungseinheit das Fahrer-Signal erzeugen, wenn der Fahrer die mit dem Schwellwert korrelierende Pedalstellung um einen zusätzlichen vordefinierten Pedalweg überdrückt.
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In dem Fahrpedal kann ein Kickdown-Druckpunkt integriert sein. Bei dessen Überdrücken wird der Antriebsstrang in einem speziellen Kickdown-Fahrbetriebsmodus angesteuert, um eine möglichst große Fahrzeug-Beschleunigung zu erzielen.
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Im Hinblick auf ein eindeutiges Erkennen des Fahrerwunsches zum Wechsel von der ersten auf die zweite Übersetzung ist es besonders bevorzugt, wenn die Signalerzeugungseinheit bei eingelegter erster Übersetzung das Fahrer-Signal generiert, sofern der Kickdown-Druckpunkt überdrückt wird.
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Würde also der Fahrer bei eingelegter erster Übersetzung sowie bei einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit im Bereich des Geschwindigkeits-Schwellwerts den Kickdown betätigen, so wird diese Aktion als Fahrerwunsch interpretiert, die zweite Übersetzung (das heißt den Direktgang) einzulegen. Die Schaltung kann jetzt komplett automatisch durchgeführt werden (das heißt der Automat geht von D nach N, der Direktgang wird geschaltet, der Automat geht von N nach D). Dabei wird davon ausgegangen, dass derjenige, der schneller fahren will, auch den Direktgang schaltet. Wer nämlich im Geländegang bleiben will, würde vernünftigerweise keinen Kickdown durchführen. Diese Funktion arbeitet in einem sehr begrenzten Umfeld, daher sind Risiken aus Missbrauch- oder Fehlschaltungen auszuschließen.
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Diese Funktion erhöht den Fahrkomfort deutlich. Der Fahrer führt nur noch eine, statt bisher drei Aktionen durch. Die Schaltzeit verkürzt sich. Zudem löst der Fahrer eine Schaltung selbst aus und wird vom Fahrzeug nicht überrascht, wie es bei einer komplett vollautomatischen Schaltung der Fall ist. Es wird vielmehr die natürliche Fahrerreaktion ausgenutzt. Der Fahrer will schneller fahren; die natürliche Reaktion ist, das Gaspedal zu betätigen. Zudem ist der Entwicklungsaufwand minimal. Es muss keine aufwendige Fahrstrategie entwickelt werden. Die Funktion ist sicher, da sich nur den Fahrerwunsch unterstützt. Ein unbeabsichtigtes Auslösen ist weitgehend ausgeschlossen. Für den Fall, dass doch unabsichtlich geschaltet wird, sind die Auswirkungen unkritisch.
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Erfindungsgemäß reicht bereits ein Signal vom Fahrer, um die Schaltung automatisch durchzuführen, zum Beispiel durch Betätigung des Wählhebels.
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Alternativ und/oder zusätzlich kann das Fahrzeug zur Steuerung des Antriebsstrangs eine fahrerseitig betätigbare Stelleinheit bereitstellen, mit der in Abhängigkeit vom aktuellen Geländeprofil/Fahrbahnprofil ein dazu passender Fahrmodus aus einer Mehrzahl von Fahrmodi auswählbar ist. Mit der Auswahl von Fahrmodi kann eine Fahrzeugeigenschaft, insbesondere eine Fahrwerkseinstellung, an das aktuelle Geländeprofil/Fahrbahnprofil angepasst werden. Im Stand der Technik wird bei einem fahrerseitig eingeleiteten Wechsel von einem aktuellen Fahrmodus zu einem Zielmodus die eingelegte Schaltgruppen-Übersetzung L oder H nicht automatisch mitangepasst. Wechselt der Fahrer den Fahrmodus und passt der Zielmodus nicht mehr zur eingelegten ersten oder zweiten Schaltgruppen-Übersetzung, so wird der Fahrer aufgefordert, die Schaltgruppen-Übersetzung manuell zu wechseln.
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Erfindungsgemäß kann von den obigen Fahrmodi zumindest einem Fahrmodus entweder die erste Übersetzung L oder die zweite Übersetzung H der Schaltgruppe zugeordnet sein. Bei der Auswahl des Fahrmodus durch die fahrerseitige Betätigung der Stelleinheit wird die zugeordnete Übersetzung L, H in der Schaltgruppe automatisch eingelegt, ohne dass der Fahrer den Schaltgruppen-Wechsel manuell vornehmen müsste.
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Ein solches automatisches Einlegen der dem Zielmodus zugeordneten Übersetzung L, H kann in bestimmten Fahrsituationen sicherheitskritisch sein. Von daher ist zu gewährleisten, dass das Einlegen der Übersetzung nur in einem sicheren Fahrzustand automatisch erfolgt. In einer technisch einfachen Umsetzung wird ein solcher sicherer Fahrzustand von der fahrzeugseitigen Steuerelektronik exemplarisch erkannt, wenn sowohl eine Fahrgeschwindigkeit von 0 (das heißt Fahrzeugstillstand) als auch eine Bremspedal-Betätigung vorliegt. Bevorzugt kann das oben dargelegte Einlegen der Übersetzung nur dann automatisch erfolgen, wenn diese Bedingungen erfüllt sind.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in grob schematischer Ansicht einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug; und
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2 eine Schaltabfolge zum Umschalten von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung der Nachschaltgruppe.
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In der 1 ist ein Antriebsstrang angedeutet, in dem eine Brennkraftmaschine 1 sowie ein Automatikgetriebe 2 geschaltet sind. Dem Automatikgetriebe 2 ist in der Kraftflußrichtung ein Nachgelegegetriebe (oder allgemein Nachschaltgruppe) 3 nachgeschaltet, in dem ein Differential 31, wahlweise mit Differentialsperre, integriert ist. Das Differential 31 ist über eine Kardanwelle 4 trieblich mit einem Hinterachsgetriebe 5 sowie über eine Kardanwelle 8 mit einem Vorderachsgetriebe 6 trieblich verbunden. Die Brennkraftmaschine 1 ist über ein Motorsteuergerät 7 ansteuerbar, während das Automatikgetriebe 2 über ein Getriebsteuergerät 9 ansteuerbar ist. Die 1 ist im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher gibt die 1 keinen realitätsgetreuen Aufbau des Antriebsstranges sowie keine realitätsgetreue Software-Architektur des Motorsteuergerätes 7 und des Getriebesteuergerätes 9 wieder.
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Die Nachschaltgruppe 3 ist beispielhaft ein Planetengetriebe, das mit Hilfe einer Schiebemuffe 11 (mit Synchronring sowie Kupplungskörper) zwischen einer ersten Übersetzung L und einer zweiten Übersetzung H umschaltbar ist. Bei eingelegter erster Übersetzung L steht in Kombination mit dem Automatikgetriebe 2 ein Übersetzungsbereich zur Verfügung, der für den Fahrzeugbetrieb im Gelände mit großen Steigungen sowie bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft ist. Zudem ist – bei eingelegter erster Übersetzung L – die aktuelle Fahrgeschwindigkeit nach oben auf eine Abregelgeschwindigkeit begrenzt. Diese kann einer maximalen Geschwindigkeit entsprechen, bei der noch ein betriebssicheres Synchronisieren und Schalten ermöglicht ist.
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Bei eingelegter zweiter Übersetzung H steht dem Fahrer in Kombination mit dem Automatikgetriebe 2 ein Übersetzungsbereich zur Verfügung, der bei normalen Geländebedingungen sowie bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft ist.
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Die in der Nachschaltgruppe 3 angeordnete Schiebemuffe 11 ist eine formschlüssige Kupplung, die nur bei einer Kraftfluß-Unterbrechung im Antriebsstrang schaltbar ist, und zwar im Gegensatz zum Automatikgetriebe 2, dessen (nicht gezeigte) Lastschaltkupplungen auch unter Last schaltbar sind.
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Gemäß der 1 ist die Nachschaltgruppe 3 über ein Nachschaltgruppen-Steuergerät 24 mit einem fahrerseitig betätigbaren Schalter 25 in Signalverbindung. Zudem ist in der 1 ein fahrerseitig betätigbarer Wählhebel 27 angedeutet, mit dem über das Getriebesteuergerät 9 die Schaltelemente des Automatikgetriebes 2 elektrisch ansteuerbar sind, um im Fahrbetrieb gemäß einer, im Getriebesteuergerät 9 hinterlegten Schaltstrategie eine passende Fahrstufe einzulegen.
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In der, in der 2 gezeigten manuell durchführbaren Schaltabfolge S kann die Nachschaltgruppe 3 im Fahrbetrieb von der ersten Übersetzung L in die zweite Übersetzung H umgeschaltet werden: So wird zunächst in einem ersten manuellen Betätigungsschritt I der Wählhebel 27 von „D” auf „N” geschaltet, um im Automatikgetriebe 2 den Kraftfluß zu unterbrechen. Eine solche Kraftfluß-Unterbrechung im Automatikgetriebe 2 ist erforderlich, damit die Nachschaltgruppe 3 lastfrei umschalten kann.
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In einem zweiten Betätigungsschritt II wird der Schalter 25 betätigt, um die Nachschaltgruppe 3 von der ersten Übersetzung L in die zweite Übersetzung H umzuschalten. In einem folgenden dritten Betätigungsschritt III wird der Wählhebel 27 von „N” auf „D” zurückgeschaltet, um im Automatikgetriebe 3 die passende Fahrstufe einzulegen.
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Die oben manuell durchgeführte Schaltabfolge S kann unter vordefinierten Bedingungen auch vollautomatisch erfolgen, und zwar mit Hilfe einer im Getriebesteuergerät 9 integrierten Steuereinheit 29. Der Steuereinheit 29 ist eine Auswerteeinheit 30 zugeordnet, die wiederum in Signalverbindung mit einem Fahrgeschwindigkeits-Sensor 33 sowie mit dem Motorsteuergerät 7 ist. Das Motorsteuergerät 7 ist zudem in Signalverbindung mit einem Fahrpedal 35, mit dem über das Motorsteuergerät 7 die Brennkraftmaschine 1 ansteuerbar ist. In dem Fahrpedal 35 ist ein Kickdown-Druckpunkt integriert, bei dessen Überdrücken der Antriebsstrang in einem Kickdown-Fahrbetriebsmodus ansteuerbar ist.
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Nachfolgend ist beschrieben, unter welchen Bedingungen das Getriebesteuergerät 9 eine vollautomatische Durchführung der oben angegebenen Schaltabfolge zulässt: So erzeugt die Auswerteeinheit 30 bei Vorliegen einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit in einem engen Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv nahe der Abregelgeschwindigkeit sowie bei Vorliegen eines Fahrer-Signals FW ein Triggersignal ST, um die Steuereinheit 29 zu aktivieren. Bei aktivierter Steuereinheit 29 kann die Schaltabfolge S vollautomatisch vom Getriebesteuergerät 9 übernommen werden.
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Der oben erwähnte Fahrgeschwindigkeits-Bereich Δv kann als oberen Schwellwert v1 die Abregelgeschwindigkeit und als unteren Schwellwert v2 eine Geschwindigkeit aufweisen, die derart bemessen ist, dass sicherheitskritische Fahrsituationen ausgeschlossen sind. Bevorzugt kann der untere Schwellwert etwa 5 bis 10 km/h unterhalb des oberen Schwellwerts v1 liegen. Die oben angegebene Abregelgeschwindigkeit entspricht einer maximalen Geschwindigkeit, bei der noch ein betriebssicheres Synchronisieren und Schalten durchführbar ist.
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In der 1 wirkt das Fahrpedal 35 als eine Signalerzeugungseinheit, bei dessen Betätigung im Motorsteuergerät 7 das Fahrer-Signal FW erzeugt wird. Das Fahrer-Signal FW wird in der Auswerteeinheit 30 als Fahrerwunsch zum Wechsel von der ersten Übersetzung L in die zweite Übersetzung H interpretiert. So generiert das Fahrpedal 35 bei eingelegter erster Übersetzung L sowie bei einem Überdrücken des Kickdown-Druckpunkts im Fahrpedal 35 das Fahrer-Signal FW, das von der Auswerteeinheit 30 als Fahrerwunsch zum Wechsel in die zweite Übersetzung H erkannt wird.
