DE102016223016A1

DE102016223016A1 - Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes

Info

Publication number: DE102016223016A1
Application number: DE102016223016.6A
Authority: DE
Inventors: Mario Steinborn; Tobias MAYERHOFER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24
Also published as: CN108167430A; US20180142785A1; US10508724B2; CN108167430B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist und mindestens ein mehrstufiges Hauptgetriebe (HG) sowie eine dem Hauptgetriebe (HG) vorgeschaltete zweistufige Vorschaltgruppe (VG) umfasst, und bei dem das Hauptgetriebe (HG) über unsynchronisierte Schaltkupplungen und die Vorschaltgruppe (VG) über synchronisierte Schaltkupplungen schaltbar ist. In Abhängigkeit einer aktuell vorliegenden Fahr- oder Betriebssituation wird ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe (G1, G2, G3) des Hauptgetriebes (HG) unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) aktuell eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet ist und mindestens ein mehrstufiges Hauptgetriebe sowie eine dem Hauptgetriebe vorgeschaltete zweistufige Vorschaltgruppe umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Gruppengetriebe mit einem mehrgängigen Hauptgetriebe und einer diesem antriebstechnisch vorgeschalteten Vorschaltgruppe sowie einer diesem antriebstechnisch nachgeschalteten Bereichsgruppe sind seit längerem bekannt und kommen bevorzugt in Nutzfahrzeugen zum Einsatz. Durch die zumeist zweistufig ausgeführte Vorschaltgruppe mit geringem Übersetzungssprung, die auch als Splitgruppe bezeichnet werden kann, werden die Übersetzungssprünge zwischen den Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes in etwa halbiert und damit die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Übersetzungsstufen verdoppelt. Durch eine üblicherweise zweistufige Bereichsgruppe wird die Spreizung des Gesamtgetriebes deutlich erhöht und die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Übersetzungsstufen nochmals verdoppelt. Hieraus ergibt sich in Verbindung mit einem dreistufigen Hauptgetriebe (mit drei Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang) ein 12-gängiges Gruppengetriebe (mit insgesamt zwölf Vorwärtsgängen und maximal vier Rückwärtsgängen) sowie in Verbindung mit einem vierstufigen Hauptgetriebe (mit vier Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang) ein 16-gängiges Gruppengetriebe (mit insgesamt sechzehn Vorwärtsgängen und maximal vier Rückwärtsgängen).
Das Gruppengetriebe weist gegenüber einem Einzelgetriebe mit einer vergleichbaren Anzahl von Gängen sowie ähnlicher Gangabstufung und Spreizung deutlich kompaktere Abmessungen und ein geringeres Gewicht auf. Da viele Schaltungen in einem Gruppengetriebe aber den Wechsel von Übersetzungsstufen in mehreren Teilgetrieben erfordern und somit relativ kompliziert ablaufen, sind die meisten bekannten Gruppengetriebe entweder teilautomatisiert oder vollautomatisiert schaltbar ausgebildet.
Ein Verfahren zum Betreiben eines einen Motor, ein Mehrgruppengetriebe und eine zwischen den Motor und das Mehrgruppengetriebe geschaltete Kupplung umfassenden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise aus der DE 10 2007 055 720 A1 bekannt. Hier werden schnelle Schaltungsabläufe realisiert, indem Gangwechsel von einem Ist-Gang in einen Soll-Gang ohne Betätigung der geschlossenen Kupplung erfolgen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes vorzustellen, welches neben kurzen Schaltzeiten auch eine verlängerte Lebensdauer von synchronisierten Schaltkupplungen einer Vorschaltgruppe ermöglicht. Zudem sollen ein entsprechendes Steuergerät und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung dieser Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Ein Steuergerät sowie ein Computerprogrammprodukt sind zudem Gegenstand der weiteren unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes vorgeschlagen, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet ist und mindestens ein mehrstufiges Hauptgetriebe sowie eine dem Hauptgetriebe vorgeschaltete zweistufige Vorschaltgruppe umfasst, wobei das Hauptgetriebe über unsynchronisierte Schaltkupplungen und die Vorschaltgruppe über synchronisierte Schaltkupplungen schaltbar ist. Die Schaltkupplungen des Hauptgetriebes und die Schaltkupplungen der Vorschaltgruppe sind bevorzugt jeweils paarweise in einem gemeinsamen Schaltpaket zusammengefasst. Eine Eingangswelle des Gruppengetriebes steht über eine steuerbare Trennkupplung mit dem Antriebsmotor in Verbindung. Um kleine Übersetzungssprünge zu realisieren wird eine Schaltstrategie verfolgt, bei der ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe oder durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe und der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes ausgeführt wird. Mit anderen Worten werden die Gangstufen des Gruppengetriebes nach dieser Schaltstrategie sequenziell geschaltet. Ausgehend von einem Ist-Gang wird also in den nächsthöheren oder nächstniedrigeren Gang gewechselt, wobei bei jedem Schaltvorgang ein Wechsel der Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe des Gruppengetriebes erfolgt.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass in Abhängigkeit einer aktuell vorliegenden Fahr- bzw. Betriebssituation ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe aktuell eingelegten Übersetzungsstufe ausgeführt wird. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit einer vorliegenden Fahr- bzw. Betriebssituation ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe derart durchgeführt, dass ausschließlich ein Wechsel der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes erfolgt. Demzufolge kann während einer solchen Fahr- bzw. Betriebssituation eine harmonische Schaltfolge mit nahezu gleich langen Schaltzeiten realisiert werden. Erfolgt ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe ausschließlich durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes, dann sind die für den Gangwechsel benötigten Schaltzeiten kürzer, als bei einem Gangwechsel, bei dem sowohl die Übersetzungsstufe des Hauptgetriebe als auch die Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe gewechselt werden.
Zudem erfolgt die Umschaltung der Vorschaltgruppe nur dann, wenn dies aufgrund einer vorliegenden Fahr- bzw. Betriebssituation notwendig ist. Daher wird die Anzahl der Übersetzungsstufenwechsel in der Vorschaltgruppe reduziert, wodurch die Synchronisationseinrichtungen der Vorschaltgruppe einem geringeren Verschleiß unterliegen.
Da die synchronisierten Schaltkupplungen verschleißbedingt die Lebensdauer des gesamten Gruppengetriebes beschränken, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren sowohl die Lebensdauer der synchronisierten Schaltkupplungen als auch die Lebensdauer des gesamten Gruppengetriebes erhöht werden.
Umfasst das Gruppengetriebe zusätzlich eine dem Hauptgetriebe nachgeschaltete zweistufige Bereichsgruppe, welche beispielsweise über paarweise in einem gemeinsamen Schaltpaket zusammengefasste synchronisierte oder unsynchronisierte Schaltkupplungen schaltbar ist, dann erfolgt ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe bevorzugt durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes oder durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes und der Übersetzungsstufe der Bereichsgruppe. Auch hier wird in Abhängigkeit einer aktuell vorliegenden Fahr- bzw. Betriebssituation ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe aktuell eingelegten Übersetzungsstufe ausgeführt.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe eingelegten Übersetzungsstufe ausgeführt wird, wenn ein aktueller Fahrwiderstand einen ersten vorgegebenen Grenzwert nicht unter- und einen zweiten vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.
Befindet sich der aktuelle Fahrwiderstand innerhalb des vorgegebenen Grenzwertbereichs, dann ist die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs auch bei einem Gangwechsel mit einem größeren Übersetzungssprung gegeben. Liegt der aktuelle Fahrwiderstand hingegen außerhalb des vorgegebenen Grenzwertbereichs, dann wird bei einem Gangwechsel in dem Gruppengetriebe vorzugsweise die Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe gewechselt, wodurch ein kleiner Übersetzungssprung umgesetzt wird, bei welchem die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs gegeben ist.
Mit Fahrwiderstand wird hier insbesondere ein Steigungswiderstand des Kraftfahrzeugs verstanden, in welchen eine aktuelle Fahrbahnsteigung und eine Masse des Kraftfahrzeugs einfließen. Es kann sich aber auch um einen Gesamtfahrwiderstand des Kraftfahrzeugs handeln, in welchem neben einem Steigungswiderstand auch ein Rollwiderstand, ein Luftwiderstand und ein Beschleunigungswiderstand von Bedeutung sind.
Der Grenzwertbereich des Fahrwiderstandes kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Fahrbahnsteigung definiert werden. So kann der erste vorgegebene Grenzwert des Fahrwiderstands beispielsweise einem Fahrwiderstand entsprechen, welcher bei einer Fahrt in einem leichten Gefälle vorherrscht, während der zweite vorgegebene Grenzwert des Fahrwiderstands beispielsweise einem Fahrwiderstand entsprechen kann, welcher bei einer Fahrt in einer größeren Steigung vorherrscht. Bei einer Fahrt in einer Ebene oder einer nur geringen Steigung befindet sich der aktuelle Fahrwiderstand auch bei vollbeladenem Kraftfahrzeug innerhalb des vorgegebenen Grenzwertbereichs des Fahrwiderstands, wobei Gangwechsel in dem Gruppengetriebe folglich ohne eine Betätigung der Vorschaltgruppe ausgeführt werden können.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes ohne einen Übersetzungsstufenwechsel in der Vorschaltgruppe ausgeführt wird, wenn eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Gangwechsel ohne eine Betätigung der Vorschaltgruppe erfolgen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich von 20 km/h bis 70 km/h liegt. Andererseits werden in einem unteren Geschwindigkeitsbereich, in welchem auch ein Anfahren des Kraftfahrzeugs erfolgt, sowie in einem oberen Geschwindigkeitsbereich, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Zielgeschwindigkeit von beispielsweise 80 km/h erreicht, Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Betätigung der Vorschaltgruppe und dadurch mit kleinen Übersetzungssprüngen ausgeführt.
Außerdem kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe eingelegten Übersetzungsstufe ausgeführt wird, wenn ein aktueller Fahrerwunsch in Form einer Fahrpedalbetätigung einen vorgegebenen Grenzwert der Fahrpedalbetätigung überschreitet. So kann vorgesehen sein, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes bei einer Fahrpedalbetätigung beispielsweise in einem Bereich von 20% bis 100% der maximal möglichen Fahrpedalbetätigung ohne einen Wechsel der in der Vorschaltgruppe eingelegten Übersetzungsstufe ausgeführt wird. Wird das Fahrpedal hingegen in einem Bereich von 0% bis 20% der maximal möglichen Fahrpedalbetätigung niedergedrückt, dann wird bei einem Gangwechsel in dem Gruppengetriebe auch die Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe gewechselt, wodurch ein Gangwechsel mit einem kleinen Übersetzungssprung ausgeführt wird. Dies ist in einer Fahrsituation mit geringem Fahrerwunsch und einer damit einhergehenden geringen Fahrzeugbeschleunigung vorteilhaft.
Speziell bei Kälte nimmt das Schleppmoment des Gruppengetriebes stark zu. Würde in einer solchen Betriebssituation bei einem Gangwechsel in dem Gruppengetriebe die Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe gewechselt werden, dann würden die Synchronisierungen der Schaltkupplung der Vorschaltgruppe entsprechend stark belastet werden und einem hohen Verschleiß ausgesetzt sein. Daher ist in einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe eingelegten Übersetzungsstufe ausgeführt wird, wenn eine aktuelle Getriebetemperatur oder eine aktuelle Außentemperatur kleiner als ein definierter Grenzwert ist.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass für die Entscheidung, ob ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe eingelegten Übersetzungsstufe ausgeführt wird, Vorausschaudaten berücksichtigt werden. Vorzugsweise werden mit Hilfe der Vorausschaudaten Gangschaltfolgen für das Gruppengetriebe vorausschauend ermittelt, wobei Gangschaltfolgen, die ohne eine Betätigung der Vorschaltgruppe erfolgen bevorzugt werden.
Im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass als zukünftige Streckendaten der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstrecke beispielsweise die Höhe, die Neigung und/oder die Steigung der Fahrstrecke oder auch der jeweilige Straßentyp erfasst werden. Vorzugsweise kann die Erfassung über ein mit einem Getriebesteuergerät gekoppelten Navigationsgerät oder über ein anderes Navigationssystem erfolgen. Es sind jedoch auch andere Erfassungsmöglichkeiten einsetzbar, um entsprechende Daten der Fahrstrecke vor dem Fahrzeug zu erhalten, wie beispielsweise Sensoren oder Kameras.
Falls mittels der vorausschauenden Streckendaten ermittelt wird, dass sich das Fahrzeug nicht mehr auf einer Straße befindet, sondern im Gelände gefahren wird, dass sich das Fahrzeug in einer großen Steigung oder unmittelbar vor einem Kreisverkehr oder einer engen Kurve befindet, so wird eine Schaltstrategie verwendet, bei der ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Betätigung der Vorschaltgruppe ausgeführt wird, da in diesen Situationen kleine Übersetzungssprünge vorteilhaft sind.
Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Schaltsteuerung eines Gruppengetriebes können einzelne Gangwechsel des Gruppengetriebes oder Gangschaltfolgen, bei denen mehrere aufeinander folgende Gangwechsel erfolgen, berechnet und umgesetzt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerungseinrichtung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Steuerungseinrichtung umfasst Mittel, die der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Bei diesen Mitteln handelt es sich um hardwareseitige Mittel und um softwareseitige Mittel. Bei den hardwareseitigen Mitteln handelt es sich um Datenschnittstellen, um mit den an der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen des Antriebsstranges Daten auszutauschen. Bei den hardwareseitigen Mitteln der Steuerungseinrichtung handelt es sich ferner um einen Prozessor zur Datenverarbeitung und ggf. um einen Speicher zur Datenspeicherung. Bei den softwareseitigen Mitteln handelt es sich um Programmbausteine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches wenn es auf einem Prozessor einer Steuerungseinrichtung läuft, den Prozessor softwaremäßig anleitet, die zugeordneten erfindungsgegenständlichen Verfahrensschritte durchzuführen. In diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium zum Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt abrufbar gespeichert ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In diesen zeigt:

1 einen schematischen Aufbau eines automatisierten Gruppengetriebes mit einem dreistufigen Hauptgetriebe;
2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schaltsteuerung des automatisierten Gruppengetriebes aus 1;
3 ein Diagramm bei welchem verschieden Kennlinienverläufe über der Zeit dargestellt sind; und
4 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das in 1 dargestellte Gruppengetriebe umfasst ein dreistufiges Hauptgetriebe HG, eine dem Hauptgetriebe HG antriebstechnisch vorgeschaltete Vorschaltgruppe bzw. Splitgruppe VG sowie eine dem Hauptgetriebe HG nachgeschaltete Bereichsgruppe BG. Das Hauptgetriebe HG des Gruppengetriebes ist hier als Direktganggetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist eine Hauptwelle W2 und zwei Vorgelegewellen W3a und W3b auf, wobei die erste Vorgelegewelle W3a mit einer steuerbaren Getriebebremse Br versehen ist.
Das Hauptgetriebe HG ist mit drei Übersetzungsstufen G1, G2, G3 für eine Vorwärtsfahrt und einer Übersetzungsstufe R für eine Rückwärtsfahrt dreistufig ausgebildet. Losräder der Übersetzungsstufen G1, G2 und R sind jeweils drehbar auf der Hauptwelle W2 gelagert und über zugeordnete Schaltkupplungen schaltbar. Die zugeordneten Festräder sind drehfest auf den Vorgelegewellen W3a und W3b angeordnet.
Die als Direktgang ausgebildete höchste Übersetzungsstufe G3 des Hauptgetriebes HG ist über eine Direktschaltkupplung SV schaltbar. Die Schaltkupplungen der Übersetzungsstufen G3 und G2 sowie die Schaltkupplungen der Übersetzungsstufen G1 und R sind jeweils in einem gemeinsamen Schaltpaket S2/3 bzw. S1/R zusammengefasst. Das Hauptgetriebe HG ist unsynchronisiert schaltbar ausgebildet.
Die Vorschaltgruppe VG des Gruppengetriebes ist zweistufig ausgebildet und ebenfalls in Vorgelegebauweise ausgeführt, wobei die beiden Übersetzungsstufen K1, K2 der Vorschaltgruppe VG zwei schaltbare Eingangskonstanten des Hauptgetriebes HG bilden. Durch eine geringere Übersetzungsdifferenz der beiden Übersetzungsstufen K1, K2 ist die Vorschaltgruppe VG als Splitgruppe ausgelegt. Das Losrad der ersten Übersetzungsstufe K1 ist drehbar auf der Eingangswelle W1 gelagert, die über eine steuerbare Trennkupplung TK mit einem beispielsweise als Verbrennungs- oder Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor AM in Verbindung steht.
Das Losrad der zweiten Übersetzungsstufe K2 ist drehbar auf der Hauptwelle W2 gelagert. Die Festräder beider Übersetzungsstufen K1, K2 der Vorschaltgruppe VG sind jeweils drehfest mit den eingangsseitig verlängerten Vorgelegewellen W3a und W3b des Hauptgetriebes HG angeordnet. Die synchronisiert ausgebildeten Schaltkupplungen der Vorschaltgruppe VG sind in einem gemeinsamen Schaltpaket SV zusammengefasst.
Die dem Hauptgetriebe HG nachgeordnete Bereichsgruppe BG des Gruppengetriebes ist ebenfalls zweistufig ausgebildet, jedoch in Planetenbauweise mit einem einfachen Planetenradsatz. Das Sonnenrad PS ist drehfest mit der ausgangsseitig verlängerten Hauptwelle W2 des Hauptgetriebes HG verbunden. Der Planetenträger PT ist drehfest mit der Ausgangswelle W4 des Gruppengetriebes gekoppelt. Das Hohlrad PH steht mit einem Schaltpaket SB mit zwei synchronisierten Schaltkupplungen in Verbindung, durch welche die Bereichsgruppe BG wechselweise durch die Verbindung des Hohlrads PH mit einem feststehenden Gehäuseteil in eine Langsamfahrstufe L und durch die Verbindung des Hohlrads PH mit dem Planetenträger PT in eine Schnellfahrstufe S schaltbar ist. Die Bereichsgruppe BG ist synchronisiert schaltbar ausgebildet.
Eine Ansteuerung der in dem Gruppengetriebe vorhandenen Schaltkupplungen zum Einstellen einer gewünschten Übersetzungsstufe (K1, K2, G3, G2, G1, R, L, S) wird dabei über eine Steuerungseinrichtung des Gruppengetriebes gesteuert bzw. geregelt. Die Steuerungseinrichtung kann vorzugsweise als Getriebesteuergerät ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schaltsteuerung des automatisierten Gruppengetriebes sieht nun vor, dass bei einer erfassten vorab festgelegten Fahr- bzw. Betriebssituation ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe durch eine Betätigung eines Schaltpakets S1/R, S2/3 der Hauptgruppe HG oder durch eine Betätigung eines Schaltpakets S1/R, S2/3 der Hauptgruppe HG und des Schaltpakets SB der Bereichsgruppe BG erfolgt, während die in der Vorschaltgruppe VG eingelegte Gangstufe unverändert beibehalten wird.
Unter Bezugnahme der 2 soll nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden. Zu Beginn des Verfahrens wird in einem ersten Verfahrensschritt geprüft, ob eine aktuelle Getriebeöltemperatur T kleiner als ein vorab definierter Temperaturgrenzwert ist. Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird auf einen Funktionsblock verzweigt, in welchem eine Berechnung einer Gangschaltfolge des Gruppengetriebes erfolgt, bei der die Vorschaltgruppe nicht betätigt wird. In diesem Funktionsblock werden zusätzlich die empfangenen Vorausschaudaten bei der Bestimmung der Gangschaltfolge berücksichtigt.
Dann, wenn eine Gangschaltfolge ohne die Betätigung der Vorschaltgruppe berechnet wurde, wird auf einen weiteren Verfahrensschritt verzweigt, in welchem geprüft wird, ob die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs bei einer Umsetzung der berechneten Gangschaltfolge gewährleistet ist und die Gangschaltfolge einem vorliegenden Fahrerwunsch entspricht. Es wird also sichergestellt, dass bei der Umsetzung der berechneten Gangschaltfolge ein jeweiliger Ziel-Gang geschaltet werden kann, ohne dass das Kraftfahrzeug zu stark verzögert oder sogar zum Stehen kommt und ohne dass der Fahrzeugführer bei der Umsetzung der berechneten Gangschaltfolge überrascht wird. Falls die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs gewährleistet ist und die berechnete Gangschaltfolge dem Fahrerwunsch entspricht, dann wird die berechnete Gangschaltfolge, bei der kein Übersetzungswechsel in der Vorschaltgruppe erfolgt, ausgeführt. Bei dieser Gangschaltfolge werden somit nur in dem Hauptgetriebe oder in dem Hauptgetriebe und in der Bereichsgruppe Übersetzungsstufenwechsel durchgeführt. Hingegen wird dann, wenn die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs nicht gewährleistet ist oder die berechnete Gangschaltfolge nicht dem Fahrerwunsch entspricht, auf einen Funktionsblock übergegangen, in welchem eine Berechnung einer Gangschaltfolge des Gruppengetriebes erfolgt, bei der sowohl die Vorschaltgruppe als auch das Hauptgetriebe als auch die Bereichsgruppe betätigt werden können. Da auch die Vorschaltgruppe bei der Berechnung der Gangschaltfolge berücksichtigt wird, kann eine Gangschaltfolge berechnet werden, bei der ein direkt auf den derzeitigen Ist-Gang folgenden Gang geschaltet werden kann. Die berechnete Gangschaltfolge kann anschließend zur Schaltsteuerung des Gruppengetriebes verwendet werden.
Wird zu Beginn des Verfahrens dagegen festgestellt, dass die aktuelle Getriebeöltemperatur T größer als der vorab definierte Temperaturgrenzwert ist, dann wird auf einen Funktionsblock verzweigt, in welchem geprüft wird, ob ein aktueller Fahrwiderstand FW einen ersten vorgegebenen Grenzwert nicht unter- und einen zweiten vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Liegt der aktuelle Fahrwiderstand innerhalb des festgelegten Grenzbereichs, dann wird zu einem Funktionsblock verzweigt, in welchem geprüft wird, ob eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit V_FZG innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt. Befindet sich die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb des festgelegten Geschwindigkeitsbereichs, dann wird zu einem Funktionsblock verzweigt, in welchem überprüft wird, ob ein aktueller Fahrerwunsch XF in Form einer Fahrpedalbetätigung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Wird eine Fahrpedalbetätigung erfasst, die den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, dann wird auf den Funktionsblock verzweigt, in welchem die Berechnung einer Gangschaltfolge des Gruppengetriebes erfolgt, bei der die Vorschaltgruppe nicht betätigt wird.
Anschließend wird geprüft, ob die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs bei einer Umsetzung der berechneten Gangschaltfolge gewährleistet ist und die Gangschaltfolge einem vorliegenden Fahrerwunsch entspricht. Abhängig hiervon wird die Gangschaltfolge entweder ausgeführt oder es wird eine neue Gangschaltfolge unter Berücksichtigung eines Übersetzungswechsels in der Vorschaltgruppe berechnet, welche anschließend ausgeführt wird.
Falls hingegen der aktuelle Fahrwiderstand nicht innerhalb des festgelegten Grenzbereichs liegt, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit nicht innerhalb des vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt oder der aktuelle Fahrerwunsch einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, dann wird auf den Funktionsblock übergegangen, in welchem die Berechnung einer Gangschaltfolge des Gruppengetriebes unter Berücksichtigung aller vorhandenen Gruppen erfolgt.
Ein Wechsel der in der Vorschaltgruppe eingelegten Übersetzungsstufe erfolgt somit nur dann, wenn dies aufgrund einer vorliegenden Fahr- bzw. Betriebssituation notwendig ist. Dadurch kann die Anzahl der Übersetzungsstufenwechsel in der Vorschaltgruppe reduziert werden, wobei die Synchronisationseinrichtungen der Vorschaltgruppe weniger stark verschleißen.
3 zeigt ein Diagramm, in welchem verschiedene Kennlinienverläufe über der Zeit t dargestellt sind, welche sich ergeben, wenn durch die Steuerungseinrichtung eine Gangschaltfolge ohne Betätigung der Vorschaltgruppe des Gruppengetriebes vorgegeben wird. So sind in dem oberen Teil der 3 eine Motordrehzahl n_M, eine aktuelle Getriebeeingangsdrehzahl n_{GE_akt}, eine Getriebeeingangs-Zieldrehzahl n_{GE_Ziel} sowie eine Abtriebsdrehzahl n_AB aufgetragen. Darunter sind eine Gangschaltfolge gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Schaltsteuerung des Gruppengetriebes sowie ein Kennlinienverlauf eines Motordrehmoments M_M und einer Fahrpedalstellung XF aufgetragen.
In dem Gruppengetriebe ist zu Beginn des Verfahrens als Anfahrgangstufe der zweite Gang eingelegt. Zu einem Zeitpunkt t₁ wird das Fahrpedal von einem Fahrzeugführer auf einen Wert von ungefähr 90% der maximalen Fahrpedalauslenkung betätigt, wodurch sich in dem Zeitraum zwischen t₁ und t₂ die Motordrehzahl n_M, die Getriebeeingangsdrehzahl n_{GE_akt}und das Motordrehmoment MM entsprechend erhöhen. Zum Zeitpunkt t₂ wird eine Schaltdrehzahl erreicht und in Folge dessen eine Hochschaltung von dem zweiten Gang in den vierten Gang durchgeführt. Dabei wird zum Zeitpunkt t₂ eine neue Zieldrehzahl n_{GE_Ziel}für den Getriebeeingang vorgegeben und mit dem Lastabbau des Antriebsmotors begonnen. Zum Zeitpunkt t₃ wird die Ist-Übersetzungsstufe G1 in dem Hauptgetriebe ausgelegt und die Trennkupplung TK ausgerückt. Anschließend wird die Eingangswelle des Gruppengetriebes durch eine Betätigung der Getriebebremse auf die Zieldrehzahl n_{GE_Ziel} synchronisiert und der Antriebsmotor auf die Zieldrehzahl der Eingangswelle gesteuert. Zum Zeitpunkt t₄ wird die Ziel-Übersetzungsstufe G2 in dem Hauptgetriebe eingelegt. Anschließend wird die Trennkupplung TK wieder eingerückt und es erfolgt der Lastaufbau des Antriebsmotors. Bei einer Hochschaltung von dem zweiten Gang in den vierten Gang erfolgt somit lediglich ein Wechsel der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes, während die Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe und die Übersetzungsstufe der Bereichsgruppe nicht gewechselt werden.
Der zuvor beschriebene Schaltablauf wiederholt sich bei einer Hochschaltung von dem vierten Gang in den sechsten Gang und bei einer Hochschaltung von dem achten Gang in den zehnten Gang entsprechend, wobei in dem Hauptgetriebe zum Zeitpunkt t₇ die Ist-Übersetzungsstufe G2 ausgelegt und zum Zeitpunkt t₈ die Ziel-Übersetzungsstufe G3 eingelegt wird und zum Zeitpunkt t₁₅ die Ist-Übersetzungsstufe G1 ausgelegt und die zum Zeitpunkt t₁₆ die Ziel-Übersetzungsstufe G2 eingelegt wird. Der sechste Gang ist hierbei als Direktgang ausgebildet. Somit wird auch bei einer Hochschaltung von dem vierten Gang in den sechsten Gang und bei einer Hochschaltung von dem achten Gang in den zehnten Gang lediglich eine Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes gewechselt, während die Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe und die Übersetzungsstufe der Bereichsgruppe nicht gewechselt werden.
Die zuvor beschriebenen Gangwechsel können somit mit nahezu gleichen Schaltzeiten ausgeführt werden.
Bei einer Hochschaltung von dem sechsten Gang in den achten Gang, welche zu den Zeitpunkten t₁₀ bis t₁₃ stattfindet, wird hingegen neben der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes auch die Übersetzungsstufe der Bereichsgruppe gewechselt. Lediglich die Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe wird beibehalten. Aus der Kennlinie der Gangschaltfolge ist erkennbar, dass die Schaltzeit zur Durchführung des Gangwechsels entsprechend länger dauert, wenn für einen Gangwechsel in zwei Gruppen des Gruppengetriebes Übersetzungsstufen gewechselt werden.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerungseinrichtung 1, die ausgebildet ist zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Hierzu weist die Steuerungseinrichtung 1 zumindest eine Empfangsschnittstelle 2 auf, die ausgebildet ist, zumindest ein Signal T, welches die Getriebeöltemperatur anzeigt bzw. aus welchem die Getriebeöltemperatur ermittelbar ist, ein Signal FW, welches den aktuellen Fahrwiderstand anzeigt bzw. aus welchem der aktuelle Fahrwiderstand ermittelbar ist, ein Signal V_FZG, welches die Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt bzw. aus welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelbar ist, ein Signal XF, welches den Fahrerwunsch anzeigt bzw. aus welchem der Fahrerwunsch ermittelbar ist und Signale entsprechende Vorausschaudaten Y zu empfangen.
Die Getriebeöltemperatur T kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors bestimmt werden, während der Fahrerwunsch FW über eine an dem Fahrpedal angeordnete Positions- bzw. Wegsensorik ermittelbar ist.
Die Steuerungseinrichtung 1 weist zudem eine Auswerteeinheit 3 auf, um die empfangenen Eingangssignale bzw. die Information der empfangenen Eingangssingale auszuwerten. Anhand der empfangenen Eingangssignale bzw. der Informationen der empfangenen Eingangssignale bestimmt die Steuerungseinrichtung 1 zunächst eine aktuell vorliegende Fahr- bzw. Betriebssituation. Abhängig von der bestimmten Fahr- bzw. Betriebssituation bestimmt die Steuerungseinrichtung 1 schließlich, ob ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe aktuell eingelegten Übersetzungsstufe zugelassen wird. Falls ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe aktuell eingelegten Übersetzungsstufe erfolgen kann, dann wird der Gangwechsel in dem Gruppengetriebe ohne eine Betätigung der Schaltelemente der Vorschaltgruppe ausgeführt. Hierzu gibt die Steuerungseinrichtung 1 über eine Sendeschnittstelle 4 Steuersignale an Antriebsstrangkomponenten 5 aus, um die für das Umsetzen des Ziel-Gangs benötigten Übersetzungsstufen des Gruppengetriebes einzulegen.
Die Steuerungseinrichtung 1 kann beispielsweise als zentrales Steuergerät oder als Getriebesteuergerät ausgebildet sein. Die zuvor genannten Signale sind als nur beispielhaft anzusehen und sollen die Erfindung nicht beschränken. Die erfassten Eingangssignale und die ausgegebenen Steuersignale können über einen Fahrzeugbus, beispielsweise über einen CAN-Bus übertragen werden.
Bezugszeichenliste

AM: Antriebsmotor
TK: Trennkupplung
VG: Vorschaltgruppe, Splitgruppe
SV: Schaltpaket (VG), Direktschaltkupplung
K1: (erste) Übersetzungsstufe (VG)
K2: (zweite) Übersetzungsstufe (VG)
HG: Hauptgetriebe
G1: (erste) Übersetzungsstufe (HG)
G2: (zweite) Übersetzungsstufe (HG)
G3: (dritte) Übersetzungsstufe (HG)
R: Rückwärts-Übersetzungsstufe (HG)
S1/R: Schaltpaket (HG)
S2/3: Schaltpaket (HG)
BG: Bereichsgruppe
SB: Schaltpaket (BG)
L: Langsamfahrstufe (BG)
S: Schnellfahrstufe (BG)
PH: Hohlrad (BG)
PS: Sonnenrad (BG)
PT: Planetenträger (BG)
W1: Eingangswelle
W2: Hauptwelle
W3a: Vorgelegewelle
W3b: Vorgelegewelle
W4: Ausgangswelle
1: Steuerungseinrichtung
2: Empfangsschnittstelle
3: Auswerteeinheit
4: Sendeschnittstelle
5: Antriebsstrangkomponenten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007055720 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist und mindestens ein mehrstufiges Hauptgetriebe (HG) sowie eine dem Hauptgetriebe (HG) vorgeschaltete zweistufige Vorschaltgruppe (VG) umfasst, und bei dem das Hauptgetriebe (HG) über unsynchronisierte Schaltkupplungen und die Vorschaltgruppe (VG) über synchronisierte Schaltkupplungen schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer aktuell vorliegenden Fahr- oder Betriebssituation ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe (G1, G2, G3) des Hauptgetriebes (HG) unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) aktuell eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das Gruppengetriebe zusätzlich eine dem Hauptgetriebe (HG) nachgeschaltete zweistufige Bereichsgruppe (BG) umfasst, welche über synchronisierte oder unsynchronisierte Schaltkupplungen schaltbar ist, ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe (G1, G2, G3) des Hauptgetriebes (HG) oder durch einen Wechsel der Übersetzungsstufe (G1, G2, G3) des Hauptgetriebes (HG) und der Übersetzungsstufe (L, S) der Bereichsgruppe (BG) unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) aktuell eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt wird, wenn ein aktueller Fahrwiderstand (FW) einen ersten vorgegebenen Grenzwert nicht unter- und einen zweiten vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt wird, wenn eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (V_FZG) innerhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt wird, wenn ein aktueller Fahrerwunsch (XF) in Form einer Fahrpedalbetätigung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt wird, wenn eine aktuelle Getriebeöltemperatur (T) oder eine aktuelle Außentemperatur kleiner als ein definierter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Entscheidung, ob ein Gangwechsel des Gruppengetriebes unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) ausgeführt wird, Vorausschaudaten berücksichtigt werden.
Steuerungseinrichtung (1) zur Schaltsteuerung eines Gruppengetriebes eines Kraftfahrzeugs umfassend zumindest eine Empfangsschnittstelle (2), die ausgebildet ist, Signale von Antriebsstrangkomponenten zu empfangen, eine Auswerteeinheit (3), um die empfangenen Eingangssignale bzw. die Information der empfangenen Eingangssingale auszuwerten und eine Sendeschnittstelle (4), um Steuersignale an Antriebsstrangkomponenten (5) auszugeben, wobei die Steuerungseinrichtung (1) ausgebildet ist, Schaltelemente der einzelnen Gruppen des Gruppengetriebes anzusteuern, wobei in Abhängigkeit einer aktuell vorliegenden Fahr- bzw. Betriebssituation ein Gangwechsel in dem Gruppengetriebe unter Beibehaltung der in der Vorschaltgruppe (VG) aktuell eingelegten Übersetzungsstufe (K1, K2) durch die Steuerungseinrichtung (1) ausgeführt wird.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 8, durch welche ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7 durchführbar ist.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer oder auf einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einer Steuerungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 8, ausgeführt wird.