DE102016207818A1

DE102016207818A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102016207818A1
Application number: DE102016207818.6A
Authority: DE
Inventors: Thierry Caramigeas; Alfred Rehr
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2036-05-05
Also published as: DE102016207818B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (34) für eine Kraftfahrzeug, mit einem Hauptgetriebe (2), welches in eine Neutralstellung schaltbar ist, in welcher ein Kraftfluss durch das Hauptgetriebe (2) unterbrochen ist, und mit einer in Reihe zu dem Hauptgetriebe (2) geschalteten Nachschaltgruppe (3), die mit einem fahrerseitig betätigbaren Schalter (25) in Signalverbindung ist, bei dessen durch den Fahrer bewirkten Betätigung die Nachschaltgruppe (3) von einer ersten Übersetzung (L) in eine zweite Übersetzung (H) umschaltbar ist, wobei eine Stelleinrichtung (40) vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, die Nachschaltgruppe (3) von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) unabhängig von einer Betätigung des Schalters (25) umzuschalten, wenn, während sich das Hauptgetriebe (2) in der Neutralstellung befindet und die Nachschaltgruppe (3) in die erste Übersetzung (L) geschaltet ist, die Fahrgeschwindigkeit (v) des Kraftfahrzeugs einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs.
Derartige Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise weist ein als Geländefahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug einen solchen Antriebsstrang auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist.
Der Antriebsstrang umfasst ein Hauptgetriebe, welches beispielsweise als Automatikgetriebe ausgebildet sein kann. Das Hauptgetriebe kann dabei wenigstens eine einlegbare oder eine Mehrzahl von einlegbaren beziehungsweise schaltbaren Fahrstellungen oder Fahrstufen beziehungsweise Übersetzungsstufen aufweisen, welche auch als Gangstufen oder Getriebestufen bezeichnet werden und sich in ihrer jeweiligen Übersetzung voneinander unterscheiden. Das Hauptgetriebe ist dabei in eine Neutralstellung schaltbar, in welcher ein Kraftfluss durch das Hauptgetriebe unterbrochen ist. Üblicherweise umfasst der Antriebsstrang ferner einen beispielsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, mittels welchem Räder des Kraftfahrzeugs über das Hauptgetriebe antreibbar sind. In der Neutralstellung sind dabei die Räder von dem Antriebsmotor entkoppelt. Somit ist unter der Unterbrechung des Kraftflusses zu verstehen, dass in der Neutralstellung des Hauptgetriebes die Räder nicht über das Hauptgetriebe von dem Antriebsmotor antreibbar sind. Ist demgegenüber die von der Neutralstellung unterschiedliche Fahrstellung beziehungsweise eine der Fahrstellungen des Hauptgetriebes eingelegt, so sind die Räder über das Getriebe von dem Antriebsmotor antreibbar.
Das Hauptgetriebe ist beispielsweise als Schaltgetriebe, insbesondere als Handschaltgetriebe, ausgebildet, wobei das Handschaltgetriebe beispielsweise von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell geschaltet werden kann. Alternativ ist es denkbar, dass das Hauptgetriebe als Automatikgetriebe ausgebildet ist, sodass die Getriebestufen automatisch ein- und ausgelegt werden.
Der Antriebsstrang umfasst ferner eine in Reihe zu dem Hauptgetriebe geschaltete Nachschaltgruppe, die mit einem fahrerseitig betätigbaren Schalter in Signalverbindung ist. Die Nachschaltgruppe ist beispielsweise ein Verteilergetriebe, mittels welchem von dem Hauptgetriebe, insbesondere über eine Getriebeausgangswelle des Hauptgetriebes, bereitgestellte Drehmomente auf eine Vorderachse und auf eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs verteilt werden können. Dadurch können beispielsweise von dem Antriebsmotor über das Hauptgetriebe und das Verteilergetriebe sowohl Vorderräder der Vorderachse als auch Hinterräder der Hinterachse angetrieben werden, sodass beispielsweise ein Vierradantrieb des Kraftfahrzeugs realisierbar ist.
Dabei ist die Nachschaltgruppe bezogen auf einen Drehmomentfluss, das heißt in einer Momentenflussrichtung von dem Antriebsmotor zu den Vorder- und Hinterrädern in Reihe zu dem Hauptgetriebe geschaltet und dabei insbesondere nach dem Hauptgetriebe angeordnet. Die vom Hauptgetriebe bereitgestellten Drehmomente können somit in die Nachschaltgruppe eingeleitet und von der Nachschaltgruppe verteilt werden.
Die Nachschaltgruppe ist zwischen einer ersten Übersetzung und einer zweiten Übersetzung umschaltbar, indem der Schalter fahrerseitig, das heißt von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs, betätigt wird. Somit kann eine Umschaltung zwischen der ersten Übersetzung und der zweiten Übersetzung manuell durch den Fahrer bewirkt werden, indem der Fahrer den Schalter betätigt. Die erste Übersetzung ist beispielsweise größer als die zweite Übersetzung. Dabei kann die erste Übersetzung eine Untersetzung beziehungsweise ein Untersetzungsgang sein, wobei die zweite Übersetzung beispielsweise ein Direktgang ist und dabei beispielsweise den Wert 1 aufweist.
Bei eingelegter erster Übersetzung (low) steht in Kombination mit dem Hauptgetriebe beispielsweise 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 Hauptgetriebe ein Übersetzungsbereich zur Verfügung, der für einen Fahrzeugbetrieb bei normalen Geländebedingungen sowie bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft ist. Die erste Übersetzung ist somit beispielsweise ein Geländegang, wobei die zweite Übersetzung beispielsweise ein Straßengang der Nachschaltgruppe ist. Hierbei ist der Straßengang beispielsweise direkt, das heißt ein Direktgang, wobei der Geländegang untersetzt ist.
Das beispielsweise als Automatikgetriebe ausgebildete Hauptgetriebe ist beispielsweise über einen fahrseitig betätigbaren Wählhebel einstellbar, welcher somit von dem Fahrer manuell betätigbar, insbesondere bewegbar, ist, um dadurch eine jeweilige Fahrstufe des Hauptgetriebes in einem Fahrbetrieb einzulegen. Üblicherweise ist die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in der ersten Übersetzung, das heißt dann, wenn die erste Übersetzung geschaltet ist, auf einen maximalen Geschwindigkeits-Schwellwert begrenzt. Erreicht die aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs diesen Schwellwert, so regelt das Kraftfahrzeug ab; ein weiteres Gasgeben bleibt dabei ohne Wirkung. Beispielhaft kann bei eingelegter erster Übersetzung, das heißt beispielsweise bei der Übersetzungsstufe „low“ in einem Offroad-Fahrbetrieb, die Fahrgeschwindigkeit auf einen Schwellwert abgeregelt sein. Dieser Schwellwert ist beispielsweise in der zweiten Übersetzungsstufe, das heißt dann, wenn die zweite Übersetzungsstufe geschaltet ist, deaktiviert, das heißt funktionslos geschaltet.
Die Nachschaltgruppe ist üblicherweise ein Planetengetriebe mit darin integrierter Schiebemuffe, gegebenenfalls mit Synchronring sowie Kupplungskörper. Eine Umschaltung zwischen der ersten und der zweiten Übersetzung ist daher üblicherweise nur bei einer Kraftfluss-Unterbrechung im Antriebsstrang, insbesondere im Hauptgetriebe, möglich. Eine solche Kraftfluss-Unterbrechung im Antriebsstrang ergibt sich, wenn das Hauptgetriebe in dessen Neutralstellung geschaltet ist, das heißt wenn sich das Hauptgetriebe in der Neutralstellung befindet.
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 das Hauptgetriebe in dessen Neutralstellung geschaltet, indem beispielsweise insbesondere dann, wenn das Hauptgetriebe als Automatikgetriebe ausgebildet ist, der Wählhebel von einer sogenannten Drive-Stellung D in eine Neutralstellung N betätigt beziehungsweise bewegt wird, um den Kraftfluss im Hauptgetriebe zu unterbrechen. Eine solche Kraftfluss-Unterbrechung im Hauptgetriebe ist erforderlich, damit in der Nachschaltgruppe lastfrei umgeschaltet werden kann.
Anschließend wird in einem zweiten manuellen Betätigungsschritt der Schalter, insbesondere von dem Fahrer, betätigt, um die Nachschaltgruppe von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung umzuschalten. In einem dritten Betätigungsschritt wird in eine passende, von der Neutralstellung unterschiedliche Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe der Getriebestufe des Hauptgetriebes geschaltet, indem beispielsweise der Wählhebel von der Neutralstellung N in die Drive-Stellung D betätigt beziehungsweise bewegt wird. Dadurch wird der Kraftfluss in dem Hauptgetriebe wieder geschlossen beziehungsweise hergestellt.
Des Weiteren offenbart die EP 0 025 823 A2 eine Getriebeeinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Hauptgetriebe und mit einem Hilfsgetriebe, welches ein Planetengetriebe aufweist und zwei einlegbare beziehungsweise schaltbare Übersetzungsstufen aufweist. Dem Hilfsgetriebe ist ein hydraulischer Aktor zugeordnet, mittels welchem in dem Hilfsgetriebe in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs zwischen den Übersetzungen umgeschaltet wird. Das Hauptgetriebe umfasst dabei Gangstufen, welche manuell geschaltet werden können.
Ferner offenbart die WO 2011/157477 A1 ein Verfahren zum Schalten zumindest einer Übersetzungsstufe und/oder zumindest einer Untersetzungsstufe bei einem klauengeschalteten Verteilergetriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Antriebsmotor und einem lastschaltbaren Schaltgetriebe, wobei das Verteilergetriebe in die Neutralposition und nach der Synchronisierung in die Übersetzungsstufe oder in die Untersetzungsstufe im Verteilergetriebe geschaltet wird. Dabei ist es vorgesehen, dass während der Synchronisierung das Schaltgetriebe durch Ansteuerung zumindest eines zusätzlichen Schaltelements verspannt oder beschleunigt wird, sodass die Ausgangsdrehzahl des Schaltgetriebes an die Ausgangsdrehzahl des Verteilergetriebes multipliziert mit der Zielübersetzung im Verteilergetriebe angeglichen wird.
Außerdem ist aus der EP 0 028 579 A2 eine Getriebeeinrichtung für ein Fahrzeug bekannt, mit einem manuell schaltbaren Hauptgetriebe und mit einem automatisch betätigten Untergetriebe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass übermäßige Belastungen sowie Schäden des Antriebsstrangs vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass der Fahrer das Hauptgetriebe jederzeit in die auch als Neutralposition bezeichnete Neutralstellung schalten kann. Befindet sich dann beispielsweise das Kraftfahrzeug auf einer Gefällstrecke, und ist die Hangabtriebskraft größer als der Fahrwiderstand, so kann das Kraftfahrzeug ungehindert beschleunigen. Ein Bremsen des Kraftfahrzeugs, insbesondere dessen Räder, durch einen Schubbetrieb eines Antriebsmotors zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Antreiben der Räder, ist nicht möglich, da kein Kraftfluss besteht, das heißt da der Kraftfluss durch das Hauptgetriebe unterbrochen ist. Mit anderen Worten sind die von dem Antriebsmotor grundsätzlich antreibbaren Räder in der Neutralstellung des Hauptgetriebes nicht mit dem Antriebsmotor, insbesondere mit dessen Abtriebswelle, gekoppelt, sodass die Räder und somit das Kraftfahrzeug insgesamt nicht durch den Schubbetrieb des Antriebsmotors abgebremst werden können.
Eine Geschwindigkeitsbegrenzung des Kraftfahrzeugs durch Bremseneingriff ist nicht üblich und kann unerwünscht sein, da dies zu einem hohen Verschleiß der Bremsen und/oder zu einem Überhitzen der Bremsen führen könnte. Das Entwickeln von derartigen Bremseingriffen wäre zudem sehr aufwendig. Durch die ungebremste und somit insbesondere unkontrollierte Geschwindigkeitszunahme kann es zu übermäßigen Belastungen und Schäden des Antriebsstrangs, insbesondere des Hauptgetriebes und/oder der Nachschaltgruppe, kommen. Dies trifft insbesondere auf einen Rückwärtsgang des Hauptgetriebes zu, in dem es bereits bei geringen Geschwindigkeiten aufgrund entgegengesetzter Drehrichtung im Hauptgetriebe sehr früh zu extremen Bedingungen, insbesondere zu hohen Drehzahlen, kommt.
Des Weiteren besteht dann die Gefahr, dass beim Verlassen der auch als Neutralstufe bezeichneten Neutralstellung und beim Einlegen einer von der Neutralstufe unterschiedlichen Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe oder Getriebestufe des Hauptgetriebes der Antriebsmotor überdreht wird, da es durch das Einlegen beziehungsweise das Schalten der von der Neutralstellung unterschiedlichen Fahrstellung zu einem Kraftfluss in dem Hauptgetriebe beziehungsweise zum Schließen des Kraftflusses in dem Hauptgetriebe kommt, sodass die Räder über das Hauptgetriebe mit dem Antriebsmotor gekoppelt sind beziehungsweise werden. Ferner ist es denkbar, dass das Einlegen beziehungsweise Schalten der Fahrstufe gar nicht mehr möglich ist, da die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bereits zu hoch ist. In diesem Fall muss die Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs eine hohe und insbesondere die gesamte Bremsleistung aufbringen, um das Kraftfahrzeug auf eine solche Geschwindigkeit abzubremsen, die das Einlegen der Fahrstufe problemlos zulässt. Dies kann jedoch – wie zuvor beschrieben – zu einer sehr hohen Belastung und somit zu einem sehr hohen Verschleiß der Betriebsbremse führen.
Diese Probleme und Nachteile können nun mittels des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs vermieden werden, da erfindungsgemäß eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, die Nachschaltgruppe von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung unabhängig von einer Betätigung des Schalters und somit automatisch umzuschalten, wenn, während sich das Hauptgetriebe in der Neutralstellung befindet und die Nachschaltgruppe zunächst in die erste Übersetzung geschaltet ist, die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Mit anderen Worten, beschleunigt das Kraftfahrzeug, während sich das Hauptgetriebe in der Neutralstellung und die Nachschaltgruppe in der ersten Übersetzung (low beziehungsweise Untersetzungs- oder Geländegang) befindet, so wird beim Erreichen einer festzulegenden Fahrgeschwindigkeit und somit bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwerts die beispielsweise als Nachgelegegetriebe ausgebildete Nachschaltgruppe automatisch, das heißt unabhängig vom Fahrer beziehungsweise unabhängig von einer vom Fahrer bewirkten Betätigung des Schalters in die zweite Übersetzung (high beziehungsweise Straßengang) geschaltet. Dieses Umschalten der Nachschaltgruppe ist sehr einfach realisierbar, da sich das Hauptgetriebe bereits in der Neutralstellung befindet, in welcher ein lastfreies und somit einfaches und vorteilhaftes Schalten der Nachschaltgruppe möglich ist.
Der Schwellwert ist somit beispielsweise eine Grenzgeschwindigkeit, welche vorzugsweise so gewählt wird, dass beim Erreichen beziehungsweise Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit in der ersten Übersetzung eine Zwangsschaltung ausgeführt wird, in deren Rahmen unabhängig von der Betätigung des Schalters aus der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung geschaltet wird. Damit ist sichergestellt, dass eine Schaltung der Nachschaltgruppe noch durchgeführt wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eine solche Schaltung noch zulässt. Ferner kann durch die automatische Zwangsschaltung sichergestellt werden, dass es bei einer weiteren Geschwindigkeitszunahme des Kraftfahrzeugs zu keinen kritischen Zuständen kommen kann.
Die zweite Übersetzung ist dabei beispielsweise ein Straßengang, in welchem keine Gefahr besteht, dass Getriebeteile durch Überdrehzahl, das heißt durch eine übermäßig hohe Drehzahl, geschädigt werden. Befindet sich die Nachschaltgruppe in dem Straßengang, so ist das Schalten beziehungsweise Einlegen der von der Neutralstellung unterschiedlichen Fahrstellung des Hauptgetriebes bis in einen Höchstgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs jederzeit möglich, ohne dass es zu Schäden oder einer übermäßigen Belastung des Antriebsstrangs kommt. Die von der Neutralstellung unterschiedliche Fahrstellung des Hauptgetriebes wird auch als Fahrstufe, Gangstufe oder Übersetzungsstufe bezeichnet, wobei der Kraftfluss in dem Hauptgetriebe geschlossen ist, wenn die Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe geschaltet, das heißt eingelegt beziehungsweise aktiviert ist. Ist somit die Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe eingelegt, so sind die Räder des Kraftfahrzeugs über das Hauptgetriebe mit dem beispielsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor gekoppelt, sodass dann – insbesondere in einem Zugbetrieb des Antriebsmotors – die Räder des Hauptgetriebes vom Antriebsmotor antreibbar sind. In einem Schubbetrieb des Antriebsmotors ist dieser beziehungsweise dessen Abtriebswelle über das Hauptgetriebe von den Rädern antreibbar, wenn die Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe des Hauptgetriebes eingelegt ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Stelleinrichtung dazu ausgebildet, die Nachschaltgruppe von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung zu schalten, während sich das Hauptgetriebe in der Neutralstellung befindet. Dadurch kann ein lastfreies und somit belastungs- und verschleißarmes Schalten der Nachschaltgruppe realisiert werden.
Die vorigen und folgenden Ausführungen gelten beispielsweise für einen Vorwärtsgang beziehungsweise für eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs. Dabei ist die Fahrgeschwindigkeit beispielsweise die Geschwindigkeit, mit der sich das Kraftfahrzeug vorwärts bewegt. Die vorigen und folgenden Ausführungen können jedoch auch ohne weiteres auf einen Rückwärtsgang beziehungsweise auf eine Rückwärtsfahrt übertragen werden. Dann ist die Fahrgeschwindigkeit die Geschwindigkeit, mit der sich das Kraftfahrzeug rückwärts bewegt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der zuvor genannte Schwellwert ein für den Vorwärtsgang beziehungsweise die Vorwärtsfahrt verwendeter erste Schwellwert ist, sodass bei dem Vorwärtsgang beziehungsweise bei der Vorwärtsfahrt die automatische Schaltung der Nachschaltgruppe mittels der Stelleinrichtung bewirkt wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit den ersten Schwellwert erreicht beziehungsweise überschreitet.
Für den Rückwärtsgang beziehungsweise die Rückwärtsfahrt wird beispielsweise ein von dem ersten Schwellwert unterschiedlicher, zweiter Schwellwert verwendet, sodass bei dem Rückwärtsgang beziehungsweise bei der Rückwärtsfahrt die automatische Schaltung der Nachschaltgruppe mittels der Stelleinrichtung bewirkt wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit den zweiten Schwellwert erreicht beziehungsweise überschreitet. Vorzugsweise sind die Schwellwerte größer als Null.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass bei geschalteter beziehungsweise eingelegter erster Übersetzung (low) die Fahrgeschwindigkeit nach oben auf eine Abregelgeschwindigkeit begrenzt ist, wobei das Umschalten von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung durch eine fahrerseitig manuell durchführbare Schaltabfolge bewirkbar ist. Dieses Umschalten ist ein Umschaltvorgang, welcher beispielsweise in einer fahrseitig manuell durchführbaren Schaltabfolge erfolgt. Bei der Schaltabfolge wird zunächst in einem ersten Betätigungsschritt das Hauptgetriebe in die Neutralstellung geschaltet.
Dabei ist das Hauptgetriebe beispielsweise als Automatikgetriebe ausgebildet, dessen Schaltelemente unter Zwischenschaltung eines Getriebesteuergeräts durch einen fahrerseitig betätigbaren Wählhebel zum Einlegen der Fahrstellung und der Neutralstellung elektrisch ansteuerbar sind. Beispielsweise ist das Getriebesteuergerät Teil der Stelleinrichtung. Die Neutralstellung des Hauptgetriebes wird beispielsweise dadurch geschaltet, dass der Wählhebel, insbesondere von dem Fahrer, betätigt wird. In dem ersten Betätigungsschritt wird somit durch Betätigung des Wählhebels der Kraftfluss durch das Hauptgetriebe unterbrochen.
In einem zweiten Betätigungsschritt der Schaltabfolge wird durch insbesondere fahrerseitige Betätigung des Schalters die Nachschaltgruppe von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung umgeschaltet. In einem dritten Betätigungsschritt der Schaltabfolge wird die passende, von der Neutralstellung unterschiedliche Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe des Hauptgetriebes geschaltet. Ist das Hauptgetriebe beispielsweise als Automatikgetriebe ausgebildet, so wird in dem dritten Betätigungsschritt der Schaltabfolge beispielsweise in dem Automatikgetriebe eine passende Fahrstufe durch Betätigung des Wählhebels eingelegt.
Dabei ist es vorgesehen, dass die Stelleinrichtung, insbesondere das Getriebesteuergerät, eine vollautomatisierte Schaltabfolge von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung nur dann zulässt, wenn eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit in einem Fahrgeschwindigkeits-Bereich nahe der Abregelgeschwindigkeit vorliegt.
Die manuelle Durchführung der Schaltabfolge kann unkomfortabel sein, wobei die manuelle Durchführung der Schaltabfolge den ungeübten Fahrer von der Fahrt ablenken kann. Im Gegensatz zur manuellen Durchführung der Schaltabfolge kann die Schaltabfolge von der Stelleinrichtung, insbesondere von dem Getriebesteuergerät sowie beispielsweise von einem Nachschaltgruppen-Steuergerät, welches ebenfalls Bestandteil der Stelleinrichtung sein kann, 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 üblicherweise 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 Hauptgetriebe (das heißt, wenn sich das Hauptgetriebe in der Neutralstellung befindet) das Kraftfahrzeug bei einer Bergauffahrt nicht zurückrollt. Eine derart komplexe Schaltstrategie ist jedoch nur mit hohem Entwicklungsaufwand sowie hohem Software-Aufwand in der Stelleinrichtung zu realisieren.
Diese Probleme und Nachteile können nun jedoch dadurch vermieden werden, dass die Stelleinrichtung eine vollautomatisierte Schaltabfolge von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung nur dann zulässt, wenn eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit in einem Fahrgeschwindigkeits-Bereich nahe der Abregelgeschwindigkeit vorliegt. Hierdurch kann trotz eines reduzierten Software- sowie Entwicklungsaufwands eine im Vergleich zum Stand der Technik komfortable Fahrzeug-Bedienung ermöglicht werden.
Diese Ausführungsform beruht auf dem Grundgedanken, dass die Bereitstellung einer vollautomatischen Schaltabfolge in allen erdenklichen Fahrsituationen beziehungsweise Fahrgeschwindigkeits-Bereichen eine komplexe Schaltstrategie im Getriebesteuergerät mit hohem Software-Aufwand erforderlich macht, um sämtliche Sicherheitsaspekte abzudecken. Anstelle dessen wird nun jedoch erfindungsgemäß die vollautomatische Schaltabfolge nur in einem eng begrenzten Fahrgeschwindigkeits-Bereich ∆v zugelassen, der im Hinblick auf Sicherheitsaspekte unkritisch ist. Außerhalb dieses eng begrenzten Fahrgeschwindigkeits-Bereiches ∆v ist dagegen die Schaltabfolge lediglich manuell, nicht jedoch vollautomatisch durchführbar. Auf diese Weise wird die im Getriebesteuergerät beziehungsweise in der Stelleinrichtung erforderliche Schaltstrategie weniger komplex und der damit verknüpfte Software-Aufwand wird reduziert. Beispielsweise weist 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 ∆v unmittelbar unterhalb der Abregelgeschwindigkeit liegt.
Wie oben erwähnt, ist beispielsweise lediglich eine Bedingung für die vollautomatische Schaltabfolge zu erfüllen, nämlich eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit, die sich im Fahrgeschwindigkeits-Bereich ∆v 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 ∆v als auch das Vorliegen eines fahrerseitig generierten Fahrer-Signals, das von der Stelleinrichtung, insbesondere von der Steuereinheit, als Fahrerwunsch zum Umschalten von der ersten Übersetzung in die zweite Übersetzung interpretierbar ist.
Der oben definierte Fahrgeschwindigkeits-Bereich ∆v 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 sind. Der untere Schwellwert v₂ des Fahrgeschwindigkeits-Bereichs ∆v kann beispielsweise 5 bis 10 Kilometer pro Stunde (km/h) unter dem oberen Schwellwert v₁ liegen.
In einer technischen Umsetzung kann der Steuereinheit eine Auswerteeinheit zugeordnet sein, die bei Vorliegen einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit im obigen Fahrgeschwindigkeits-Bereich ∆v sowie bei Vorliegen eines oben erwähnten Fahrer-Signals ein Trigger-Signal erzeugt, mittels welchem die Steuereinheit aktivierbar ist, um eine vollautomatische Durchführung der Schaltabfolge freizugeben. Die Steuereinheit, die Auswerteeinheit sowie eine gegebenenfalls vorgesehene, später beschriebene Signalerzeugungseinheit sind als Programmbausteine in der Software der Stelleinrichtung, insbesondere des Getriebesteuergeräts, in einfacher Weise zu realisieren.
Die Auswerteeinheit kann in Signalverbindung mit einem Fahrgeschwindigkeitssensor sowie mit der oben erwähnten Signalerzeugungseinheit sein, mittels welcher das Fahrer-Signal erzeugbar ist. Die Signalerzeugungseinheit kann als beliebiger Schalter realisiert sein, zum Beispiel im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Bei Betätigung des genannten Schalters ist in eindeutiger Weise erkennbar, dass der Fahrerwunsch im Sinne der Erfindung vorliegt.
Der Antriebsmotor ist eine Antriebseinheit, der beispielsweise ein im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnetes Fahrpedal zur Ansteuerung des Antriebsmotors zugeordnet ist. Der Fahrer kann das Fahrpedal mit seinem Fuß betätigen und dadurch beispielsweise in unterschiedliche Stellungen bewegen, wodurch beispielsweise unterschiedliche, von dem Antriebsmotor bereitzustellende Drehmomente einstellbar sind. Besonders bevorzugt kann die Signalerzeugungseinheit durch das Fahrpedal zur Ansteuerung des Antriebsmotors gebildet sein. In diesem Fall kann die Signalerzeugungseinheit das Fahrer-Signal erzeugen, wenn der Fahrer die mit dem Schwellwert korrelierende Stellung des Fahrpedals um einen zusätzlichen vordefinierten Pedalweg überdrückt.
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.
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 ist.
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 Straßen- beziehungsweise Direktgang) einzulegen. Die Schaltung kann jetzt komplett automatisch durchgeführt werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass das beispielsweise als Automatikgetriebe ausgebildete Hauptgetriebe von D nach N geht, der Direktgang wird geschaltet und das Automatikgetriebe geht von N nach D. Dabei wird davon ausgegangen, dass derjenige, der schneller fahren will, auch den Direktgang schaltet. Wer nämlich im Geländegang (erste Übersetzung) bleiben will, würde vernünftigerweise keinen Kickdown durchführen. Diese Funktion arbeitet in einem sehr begrenzten Umfeld, daher sind Risiken aus Missbrauch- oder Fehlschaltungen auszuschließen.
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 Kraftfahrzeug nicht überrascht, wie dies bei einer komplett vollautomatischen Schaltung der Fall sein kann. 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 sie nur den Fahrerwunsch unterstützt. Ein unbeabsichtigtes Auslösen ist weitgehend ausgeschlossen. Für den Fall, dass doch unabsichtlich geschaltet wird, sind die Auswirkungen unkritisch.
Erfindungsgemäß reicht bereits ein Signal vom Fahrer, um die Schaltung automatisch durchzuführen, zum Beispiel durch Betätigung des Wählhebels.
Alternativ und/oder zusätzlich kann das Fahrzeug zur Steuerung des Antriebsstrangs eine fahrerseitig betätigbare Stelleinheit bereitstellen, mit der in Abhängigkeit vom aktuellen Geländeprofil beziehungsweise 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 beziehungsweise 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 (erste Übersetzung) oder H (zweite Übersetzung) nicht automatisch mit angepasst. 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.
Erfindungsgemäß kann von den obigen Fahrmodi zumindest einem Fahrmodus entweder die erste Übersetzung L oder die zweite Übersetzung H der Nachschaltgruppe zugeordnet sein. Bei der Auswahl des Fahrmodus durch die fahrerseitige Betätigung der Stelleinheit wird die zugeordnete Übersetzung L, H in der Nachschaltgruppe automatisch eingelegt, ohne dass der Fahrer den Wechsel der Nachschaltgruppe manuell vornehmen müsste.
Ein solches automatisches Einlegen der dem Zielmodus zugeordneten Übersetzung L, H kann in bestimmten Fahrsituationen unvorteilhaft 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 beispielsweise 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.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug;
2 eine Schaltabfolge zum Umschalten von einer ersten Übersetzung in eine zweite Übersetzung einer Nachschaltgruppe des Antriebsstrangs; und
3 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben des Antriebsstrangs.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen im Ganzen mit 34 bezeichneten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Geländefahrzeug ausgebildet ist. Der Antriebsstrang 34 wird genutzt, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Hierzu umfasst der Antriebsstrang 34 eine Brennkraftmaschine 1, welche auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Die Brennkraftmaschine 1 ist ein Antriebsmotor, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Hierzu kann die Brennkraftmaschine 1, insbesondere über ihre beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle 35, Drehmomente bereitstellen, mittels welchen Räder 36 einer Vorderachse 37 und/oder Räder 38 einer Hinterachse 39 des Antriebsstrangs 34 antreibbar sind. Durch Antreiben der Räder 36 und/oder 38 kann das Kraftfahrzeug insgesamt angetrieben werden.
Der Antriebsstrang 34 umfasst ferner ein Hauptgetriebe, welches vorliegend als Automatikgetriebe 2 ausgebildet ist. Das Automatikgetriebe 2 und die Brennkraftmaschine 1 sind in dem Antriebsstrang 34 geschaltet, wobei beispielsweise das Automatikgetriebe 2 bezogen auf einen Drehmomentfluss von der Brennkraftmaschine 1 zu den Rädern 36 und/oder 38 in Reihe zu der Brennkraftmaschine 1 geschaltet ist. Somit sind beispielsweise die Räder 36 und 38 über das Automatikgetriebe 2 von der Brennkraftmaschine 1, insbesondere von der Abtriebswelle 35, antreibbar. Die von der Brennkraftmaschine 1 über die Abtriebswelle 35 bereitgestellten Drehmomente können beispielsweise, insbesondere über eine in 1 nicht näher gezeigte Getriebeeingangswelle des Automatikgetriebes 2, in das Automatikgetriebe 2 eingeleitet werden.
Dem Automatikgetriebe 2 ist in Drehmoment- beziehungsweise Kraftflussrichtung ein Nachgelegegetriebe 3 nachgeschaltet, welches auch als Nachschaltgruppe bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass das Nachgelegegetriebe 3 bezogen auf die Drehmoment- beziehungsweise Kraftflussrichtung von dem Hauptgetriebe 2 zu den Rädern 36 und 38 stromab des Automatikgetriebes 2 und stromauf der Räder 36 und 38 angeordnet ist. In das Nachgelegegetriebe 3 ist ein Differenzial 31, wahlweise mit Differenzialsperre, integriert. Das Differenzial 31 ist über eine Kardanwelle 4 trieblich mit einem Hinterachsgetriebe 5 der Hinterachse 39 sowie über eine Kardanwelle 8 trieblich mit einem Vorderachsgetriebe 6 der Vorderachse 37 verbunden. Die Brennkraftmaschine 1 ist über ein Motorsteuergerät 7 ansteuerbar, welches als elektronisches Steuergerät beziehungsweise als elektronische Recheneinrichtung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 1 mittels des Motorsteuergeräts 7 betrieben und somit gesteuert und/oder geregelt wird. Das Automatikgetriebe 2 ist über ein Getriebesteuergerät 9 einer im Ganzen mit 40 bezeichneten Stelleinrichtung ansteuerbar. Das Getriebesteuergerät 9 ist ein elektronisches Steuergerät und somit eine elektronische Recheneinrichtung, mittels welcher das Automatikgetriebe 2 betrieben, das heißt geregelt und/oder gesteuert wird. 1 ist im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher gibt 1 keinen realitätsgetreuen Aufbau des Antriebsstrangs 34 sowie keine realitätsgetreue Software-Architektur des Motorsteuergeräts 7 und des Getriebesteuergeräts 9 wieder. Beispielsweise kann auch das Motorsteuergerät 7 Bestandteil der Stelleinrichtung 40 sein.
Das Nachgelegegetriebe 3 ist beispielhaft ein Planetengetriebe, das mithilfe einer Schiebemuffe 11 (mit Synchronring sowie Kupplungskörper) zwischen einer ersten Übersetzung L und einer zweiten Übersetzung H umschaltbar ist. Bei eingelegter erster Übersetzung L (low) 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.
Bei eingelegter zweiter Übersetzung H (high) steht dem Fahrer in Kombination mit dem Automatikgetriebe 2 ein Übersetzungsbereich zur Verfügung, der bei normalen Geländebedingungen sowie bei höheren Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft ist. Die erste Übersetzung L ist eine Untersetzung und wird auch als Untersetzungsgang oder Geländegang bezeichnet. Die zweite Übersetzung H ist beispielsweise ein Direktgang und wird auch als Straßengang bezeichnet. Vorzugsweise ist die erste Übersetzung beziehungsweise ihr Wert größer als die zweite Übersetzung beziehungsweise deren Wert.
Die in der Nachschaltgruppe (Nachgelegegetriebe 3) angeordnete Schiebemuffe 11 ist eine formschlüssige Kupplung, die nur bei einer Kraftfluss-Unterbrechung im Antriebsstrang 34 schaltbar ist, und zwar im Gegensatz zum Automatikgetriebe 2, dessen (nicht gezeigte) Lastschaltkupplungen auch unter Last schaltbar sind. Gemäß 1 ist das Nachgelegegetriebe 3 über ein Nachschaltgruppen-Steuergerät 24 mit einem fahrerseitig betätigbaren Schalter 25 in Signalverbindung. Das Nachschaltgruppen-Steuergerät 24 und gegebenenfalls der Schalter 25 können ebenfalls Bestandteile der Stelleinrichtung 40 sein. Das Nachschaltgruppen-Steuergerät 24 ist ebenfalls ein elektronisches Steuergerät beziehungsweise eine elektronische Recheneinrichtung, mittels welcher das Nachgelegegetriebe 3, insbesondere deren Aktor zum Bewegen der Schiebemuffe 11, angesteuert und somit betrieben, insbesondere gesteuert und/oder geregelt, werden kann. Zudem ist in 1 ein fahrerseitig betätigbarer Wählhebel 27 angedeutet, mittels welchem über das Getriebesteuergerät 9 Schaltelemente des Automatikgetriebes 2 elektrisch ansteuerbar sind, um in einem Fahrbetrieb gemäß einer im Getriebesteuergerät 9 hinterlegten Schaltstrategie eine passende Fahrstufe einzulegen.
Das Automatikgetriebe 2 ist zwischen einer Neutralstellung und wenigstens einer von der Neutralstellung unterschiedlichen Fahrstellung umschaltbar, wobei die Fahrstellung auch als Fahrstufe, Übersetzungsstufe oder Gangstufe bezeichnet wird. In der Neutralstellung ist der Kraftfluss durch das Automatikgetriebe 2 unterbrochen, sodass in der Neutralstellung die Räder 36 und 38 nicht über das Automatikgetriebe 2 mit der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt sind. Somit sind die Räder 36 und 38 in der Neutralstellung nicht von der Brennkraftmaschine 1 über das Automatikgetriebe 2 antreibbar und umgekehrt. In der von der Neutralstellung unterschiedlichen Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe jedoch sind die Räder 36 und/oder 38 über das Automatikgetriebe 2 mit der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt, sodass in der von der Neutralstellung unterschiedlichen Fahrstellung die Räder 36 und/oder 38 über das Automatikgetriebe 2 von der Brennkraftmaschine 1 antreibbar sind. Unter der fahrerseitigen Betätigung des Wählhebels 27 beziehungsweise des Schalters 25 ist zu verstehen, dass der Fahrer den Wählhebel 27 beziehungsweise den Schalter 25 manuell betätigen kann.
In einer in 2 gezeigten manuell durchführbaren Schaltabfolge S kann das Nachgelegegetriebe 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 Schaltabfolge S der Wählhebel 27, insbesondere von dem Fahrer, von D auf N geschaltet, um das Automatikgetriebe 2 von der Fahrstellung in die Neutralstellung zu schalten und somit den Kraftfluss im Automatikgetriebe 2 zu unterbrechen. Eine solche Kraftfluss-Unterbrechung im Automatikgetriebe 2 ist erforderlich, damit das Nachgelegegetriebe 3 (Nachschaltgruppe) lastfrei umschalten kann beziehungsweise umgeschaltet werden kann.
In einem zeitlich auf den ersten Betätigungsschritt I folgenden zweiten Betätigungsschritt II der Schaltabfolge S wird der Schalter 25 von dem Fahrer betätigt, um die Nachschaltgruppe (Nachgelegegetriebe 3) von der ersten Übersetzung L in die zweite Übersetzung H umzuschalten, während sich das Automatikgetriebe 2 noch in der Neutralstellung befindet, das heißt während der Wählhebel 27 noch auf N steht. In einem folgenden und somit zeitlich auf den zweiten Betätigungsschritt II folgenden dritten Betätigungsschritt III der Schaltabfolge S wird der Wählhebel 27 von dem Fahrer von N auf D zurückgeschaltet, um dadurch im Automatikgetriebe 2 die passende Fahrstufe einzulegen beziehungsweise um das Automatikgetriebe 2 von der Neutralstellung in die Fahrstellung beziehungsweise Fahrstufe oder Gangstufe zu schalten. Somit wird der Kraftfluss in dem Automatikgetriebe 2 wieder hergestellt.
Die oben manuell durchgeführte Schaltabfolge S kann unter vordefinierten Bedingungen auch vollautomatisch erfolgen, und zwar mithilfe einer vorliegend in das Getriebesteuergerät 9 integrierten Steuereinheit 29, welche somit Bestandteil der Stelleinrichtung 40 ist.
Die Stelleinrichtung 40 umfasst beispielsweise den zuvor genannten, in 1 nicht näher dargestellten Aktor, mittels welchem das Nachgelegegetriebe 3 zwischen den Übersetzungen L und H umschaltbar ist. Beispielsweise ist die Schiebemuffe 11 mittels des Aktors betätigbar, das heißt bewegbar, um dadurch zwischen den Übersetzungen L und H umzuschalten. Die Schaltung der jeweiligen Übersetzung L beziehungsweise H im Nachgelegegetriebe 3 erfolgt somit beispielsweise elektronisch mittels des Aktors, kann jedoch vom Fahrer manuell ausgelöst beziehungsweise bewirkt werden, indem der Fahrer den Schalter 25 betätigt. Der Aktor ist beispielsweise ein Elektromotor, sodass die Schaltung im Nachgelegegetriebe 3 beispielsweise elektromotorisch erfolgt. Beispielsweise wird dieser Aktor von dem Nachschaltgruppen-Steuergerät 24 angesteuert, sodass der Aktor mittels des Nachschaltgruppen-Steuergeräts 24 ansteuerbar und dadurch regelbar und/oder steuerbar ist. Dadurch erfolgt die Schaltung zwischen den Übersetzungen L und H beispielsweise über den Aktor mittels des Nachschaltgruppen-Steuergeräts 24, insbesondere infolge einer durch den Fahrer bewirkten Betätigung des Schalters 25. Befindet sich das Automatikgetriebe 2 in seiner Neutralstellung, welche auch als Neutralposition bezeichnet wird, während die Nachschaltgruppe geschaltet wird, so ist der Kraftfluss im Antriebsstrang 34 unterbrochen, und eine Synchronisation, insbesondere in dem Nachgelegegetriebe 3, ermöglicht auch ein Schalten des Nachgelegegetriebes 3 während der Fahrt. Diese Synchronisation ist üblicherweise auf bestimmte Fahrgeschwindigkeiten ausgelegt, oberhalb derer es zu einer übermäßigen Belastung beziehungsweise zu einem Versagen der Synchronisation kommt, sodass das Einlegen eines Zielgangs dann nicht mehr möglich ist.
Die maximale Geschwindigkeit in der einen Übersetzungsgang darstellenden ersten Übersetzung L wird beispielsweise durch die maximale Motordrehzahl und den höchsten Gang beziehungsweise der höchsten Gangstufe oder der höchsten Übersetzung in dem Automatikgetriebe 2 bestimmt. Häufig wird diese theoretische Geschwindigkeit in dem Geländegang (erste Übersetzung L) jedoch nicht zugelassen. Um Getriebebauteile zu schützen, wird durch einen Motoreingriff eine maximale Geschwindigkeit im Geländegang eingestellt. Üblicherweise funktioniert diese Abregelung jedoch nicht, wenn das Automatikgetriebe 2 in die Neutralstellung geschaltet wurde, da dann der Kraftfluss unterbrochen ist.
Der Steuereinheit 29 ist eine Auswerteeinheit 30 zugeordnet, die wiederum in Signalverbindung mit einem Fahrgeschwindigkeits-Sensor 33 sowie mit dem Motorsteuergerät 7 ist und beispielsweise Bestandteil der Stelleinrichtung 40 sein kann. Das Motorsteuergerät 7 ist zudem in Signalverbindung mit einem Fahrpedal 41, mittels welchem über das Motorsteuergerät 7 die Brennkraftmaschine 1 ansteuerbar ist. In das Fahrpedal 41 ist ein Kickdown-Druckpunkt integriert, bei dessen Überdrücken der Antriebsstrang 34 in einem Kickdown-Fahrbetriebsmodus betreibbar beziehungsweise ansteuerbar ist.
Nachfolgend ist beschrieben, bei welchen Bedingungen das Getriebesteuergerät 9 eine vollautomatische Durchführung der oben angegebenen Schaltabfolge S zulässt: So erzeugt die Auswerteeinheit 30, welche beispielsweise Bestandteil der Stelleinrichtung 40 ist, bei Vorliegen einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit in einem engen Fahrgeschwindigkeits-Bereich ∆v nahe der Abregelgeschwindigkeit sowie bei Vorliegen eines Fahrer-Signals FW ein Triggersignal S_T, um die Steuereinheit 29 zu aktivieren. Bei aktivierter Steuereinheit 29 kann die Schaltabfolge S vollautomatisch vom Getriebesteuergerät 9 übernommen beziehungsweise durchgeführt werden.
Der oben erwähnte Fahrgeschwindigkeits-Bereich ∆v 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 v₂ etwa 5 bis 10 Kilometer pro Stunde unterhalb des oberen Schwellwerts v₁ liegen. Die oben angegebene Abregelgeschwindigkeit entspricht einer maximalen Geschwindigkeit, bei der noch ein betriebssicheres Synchronisieren und Schalten durchführbar sind.
In 1 wirkt das Fahrpedal 41 als eine Signalerzeugungseinheit, bei dessen Betätigung im Motorsteuergerät 7, welches Bestandteil der Stelleinrichtung 40 sein kann, 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 41, welches Bestandteil der Stelleinrichtung 40 sein kann, bei eingelegter erster Übersetzung L sowie bei einem Überdrücken des Kickdown-Druckpunkts im Fahrpedal 41 das Fahrer-Signal FW, das von der Auswerteeinheit 30 als Fahrerwunsch zum Wechsel in die zweite Übersetzung H erkannt wird.
Um nun ferner übermäßige Belastungen und somit Beschädigungen des Antriebsstrangs 34 sicher vermeiden zu können, ist die Stelleinrichtung 40 dazu ausgebildet, das Nachgelegegetriebe 3 (Nachschaltgruppe) von der ersten Übersetzung L in die zweite Übersetzung H unabhängig von einer Betätigung des Schalters 25 umzuschalten, wenn, während sich das Automatikgetriebe 2 in der Neutralstellung befindet, das heißt während der Wählhebel 27 in oder auf N steht, und während das Nachgelegegetriebe 3 in die erste Übersetzung L geschaltet ist beziehungsweise sich in der ersten Übersetzung L befindet, die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Dies bedeutet, dass das Nachgelegegetriebe 3 automatisch, das heißt unabhängig vom Fahrer beziehungsweise unabhängig von einer von einer Person beziehungsweise dem Fahrer bewirkten Betätigung des Schalters 25 in den Straßengang geschaltet wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei eingelegter Neutralstellung des Automatikgetriebes 2 den Schwellwert überschreitet. Diese automatische, vom Fahrer unabhängige Schaltung des Nachgelegegetriebes 3 in den Straßengang ist eine Zwangsschaltung, welche sicherstellt, dass der aktuelle Zustand des Antriebsstrangs 34 ein Schalten des Nachgelegegetriebes 3 in den Straßengang noch zulässt und dass es bei einer weiteren Geschwindigkeitszunahme des Kraftfahrzeugs nicht zu kritischen Zuständen kommen kann.
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Stelleinrichtung 40 dazu ausgebildet ist, die Nachschaltgruppe automatisch von der ersten Übersetzung L in die zweite Übersetzung H (Straßengang) zu schalten, während sich das Automatikgetriebe 2 noch in der Neutralstellung befindet, um dadurch ein lastfreies und somit belastungsarmes Schalten des Nachgelegegetriebes 3 realisierbar ist.
Ein solches Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs 34 ist beispielsweise aus 3 erkennbar. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird erfasst, dass sich das Automatikgetriebe 2 in der Neutralstellung befindet. Das Automatikgetriebe 2 befindet sich beispielsweise in der Neutralstellung, da der Fahrer zuvor den Wählhebel 27 von D in N bewegt hat.
Bei einem zweiten Schritt S2 wird beispielsweise mittels des Fahrgeschwindigkeits-Sensors 33 erfasst, dass die Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs den vorgebbaren Schwellwert überschreitet, während sich das Automatikgetriebe 2 in der Neutralstellung befindet und während die erste Übersetzung L des Nachgelegegetriebes 3 geschaltet ist. Dann wird in einem dritten Schritt S3 die zuvor beschriebene Zwangsschaltung des Nachgelegegetriebes 3 durchgeführt, sodass das Nachgelegegetriebe 3 – während das Automatikgetriebe 2 noch in der Neutralstellung ist – von der ersten Übersetzung L in die zweite Übersetzung H geschaltet wird, ohne dass hierzu der Fahrer den Schalter 25 betätigt. Zeitlich nach dem Schritt S3 kann der Fahrer dann beispielsweise die von der Neutralstellung unterschiedliche Fahrstellung des Automatikgetriebes 2 einstellen, indem der Fahrer beispielsweise den Wählhebel 27 von N nach D stellt, ohne dass es hierbei zu unerwünschten beziehungsweise kritischen Zuständen in dem Antriebsstrang 34 kommt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0025823 A2 [0013]
WO 2011/157477 A1 [0014]
EP 0028579 A2 [0015]

Claims

Antriebsstrang (34) für eine Kraftfahrzeug, mit einem Hauptgetriebe (2), welches in eine Neutralstellung schaltbar ist, in welcher ein Kraftfluss durch das Hauptgetriebe (2) unterbrochen ist, und mit einer in Reihe zu dem Hauptgetriebe (2) geschalteten Nachschaltgruppe (3), die mit einem fahrerseitig betätigbaren Schalter (25) in Signalverbindung ist, bei dessen durch den Fahrer bewirkten Betätigung die Nachschaltgruppe (3) von einer ersten Übersetzung (L) in eine zweite Übersetzung (H) umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung (40) vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, die Nachschaltgruppe (3) von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) unabhängig von einer Betätigung des Schalters (25) umzuschalten, wenn, während sich das Hauptgetriebe (2) in der Neutralstellung befindet und die Nachschaltgruppe (3) in die erste Übersetzung (L) geschaltet ist, die Fahrgeschwindigkeit (v) des Kraftfahrzeugs einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet.
Antriebseinrichtung (34) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (40) dazu ausgebildet ist, die Nachschaltgruppe (3) von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) zu schalten, während sich das Hauptgetriebe (3) in der Neutralstellung befindet.
Antriebsstrang (34) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschalteter erster Übersetzung (L) die Fahrgeschwindigkeit (v) nach oben auf eine Abregelgeschwindigkeit begrenzt ist, wobei das Umschalten von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) durch eine fahrerseitig manuell durchführbare Schaltabfolge (S) bewirkbar ist, bei der zunächst in einem ersten Betätigungsschritt (I) das Hauptgetriebe (3) in die Neutralstellung geschaltet wird, in einem zweiten Betätigungsschritt (II) durch Betätigung des Schalters (25) von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) umgeschaltet wird und in einem dritten Betätigungsschritt (III) eine passende, von der Neutralstellung unterschiedliche Fahrstellung des Hauptgetriebes (3) geschaltet wird, und wobei die Stelleinrichtung (40) eine vollautomatisierte Schaltabfolge (S) von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) nur dann zulässt, wenn eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit (v) in einem Fahrgeschwindigkeits-Bereich (∆v) nahe der Abregelgeschwindigkeit vorliegt.
Antriebsstrang (34) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltabfolge (S) nur dann automatisch durchführbar ist, wenn die folgenden zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich sowohl das Vorliegen der aktuellen Fahrgeschwindigkeit (v) im Fahrgeschwindigkeits-Bereich (∆v) als auch das Vorliegen eines fahrerseitig generierten Fahrer-Signals (FW), das von der Stelleinrichtung (40) als Fahrerwunsch zum Umschalten von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) interpretierbar ist.
Antriebsstrang (34) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stelleinrichtung (34) eine Steuereinheit (29) zugeordnet ist, bei deren Aktivierung die Schaltabfolge (S) vollautomatisch durchführbar ist, dass die Steuereinheit (29) im normalen Fahrbetrieb deaktiviert ist, und dass die Steuereinheit (29) nur dann aktiviert ist, wenn eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit (v) im Fahrgeschwindigkeits-Bereich (∆v) vorliegt und wenn das fahrerseitig generierte Fahrer-Signal (FW) vorliegt, das von der Steuereinheit (29) als ein Fahrerwunsch zum Umschalten von der ersten Übersetzung (L) in die zweite Übersetzung (H) interpretierbar ist.
Antriebsstrang (34) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinheit (29) eine Auswerteeinheit (30) zugeordnet ist, die sowohl bei Vorliegen einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit (v) im Fahrgeschwindigkeits-Bereich (∆v) als auch bei Vorliegen des Fahrer-Signals (FW) ein Trigger-Signal (S_T) zur Aktivierung der Steuereinheit (29) erzeugt.
Antriebsstrang (34) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrgeschwindigkeits-Bereich (∆v) als oberen Schwellwert (v₁) die Abregelgeschwindigkeit und als unteren Schwellwert (v₂) eine Geschwindigkeit aufweist, die derart bemessen ist, dass sicherheitskritische Fahrsituationen ausgeschlossen sind.
Antriebsstrang (34) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abregelgeschwindigkeit einer maximalen Geschwindigkeit entspricht, bei der noch ein betriebssicheres Synchronisieren und Schalten durchführbar ist.
Antriebsstrang (34) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) in Signalverbindung mit einem Fahrgeschwindigkeitssensor (33) und mit einer Signalerzeugungseinheit (35) ist, mittels der das Fahrer-Signal (FW) erzeugbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs (34) für ein Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche.