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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines nicht-lastschaltbaren Getriebes von einer aktiven Schaltstellung in eine Neutralstellung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Derartige Getriebe sind grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2012 007 622 A1 der Anmelderin ein Verfahren zum Durchführen eines Schaltschritts in einem hybridisierten Antriebsstrang. Ein Getriebe ermöglicht dabei das Einlegen einer Neutralstellung beziehungsweise eines Neutralgangs, um so insbesondere die elektrische Maschine von der Antriebswelle abzukoppeln.
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Einen recht ähnlichen Stand der Technik zeigt die
DE 10 2014 224 753 A1 , welche ein Umlaufräder-Schaltgetriebe zeigt. Auch bei diesem Getriebe ist eine Neutralstellung möglich und das Getriebe lässt sich insbesondere bei einer elektrischen Antriebsachse in einem Kraftfahrzeug einsetzen.
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In der Praxis ist es nun so, dass bei einem Antriebsaggregat in Form eines Elektromotors eine solche Schalteinrichtung nicht unbedingt notwendig ist. Der Elektromotor kann auf elektrischem beziehungsweise leistungselektronischem Weg abgeschaltet werden, sodass das Vorhalten einer Neutralstellung obsolet ist. Eventuelle Fehlfunktionen können zur Reduzierung der ASIL-Einstufung (Automotive Safety Integrity Level), also einer Einstufung hinsichtlich des Maßes für die Sicherheitsrelevanz einer Fehlfunktion, über komplexe elektronische Schaltungen abgefangen werden. Dies ist in der Praxis bisher bekannt und üblich.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Schalten eines nicht-lastabhängigen Getriebes, wie es prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist, von einer aktiven Schaltstellung in eine Neutralstellung anzugeben, wobei das Getriebe in Richtung des Leistungsflusses nach einem zumindest teilweise elektrischen Antriebsaggregat, insbesondere also einem Hybridaggregat oder besonders bevorzugt einem reinen Elektromotor, angeordnet ist, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Den Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet ein Vergleich eines Soll-Drehmoments mit einem Ist-Drehmoment, wobei das Getriebe in die Neutralstellung geschaltet wird, sobald eine Abweichung zwischen dem Ist-Drehmoment und dem Soll-Drehmoment einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Das Soll-Drehmoment wird dabei in Richtung des Leistungsflusses nach dem Getriebe vorgegeben oder aus Eingangsgrößen abgeschätzt. Das Ist-Drehmoment wird zumindest mittelbar erfasst oder anhand von Ausgangsgrößen abgeschätzt. Somit ist sichergestellt, dass ein plausibler Zusammenhang zwischen dem Ist-Drehmoment und dem Soll-Drehmoment vorliegt. Ist das Soll-Drehmoment beispielsweise Null, weil in diesem Augenblick eben kein Drehmoment von dem Antriebsstrang erwartet wird, und wird trotzdem ein Ist-Drehmoment an dem Antriebsstrang festgestellt, muss von einer unerwarteten Fehlfunktion ausgegangen werden, worauf das Getriebe in die Neutralstellung schaltet, um so keine sicherheitskritische Situation zu erlauben. Hierdurch ist es außerordentlich einfach und effizient, insbesondere unter Verzicht auf eine komplexe leistungselektronische Schaltung, möglich, eine eventuelle Fehlfunktion abzufangen.
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Die Drehmomente sind dabei zur Steuerung des Antriebsstrangs häufig ohnehin erfasst oder werden aus entsprechenden Werten abgeschätzt, sodass deren Generierung beziehungsweise Messung oder Abschätzung keinen nennenswerten Zusatzaufwand darstellt. Sobald es zu einer signifikanten Abweichung des Drehmomentwerts oder seines Gradienten kommt, kann dann die Neutralstellung aktiviert werden, um den Antriebsstrang des mit dem nicht-lastschaltbaren Getriebe in einen sicheren Zustand zu bringen. Dadurch lässt sich die ASIL-Einstufung für das Antriebssystem entsprechend reduzieren, ohne dass hierfür ein nennenswerter Aufwand im Bereich der Leistungselektronik betrieben werden muss.
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Eine Neutralstellung des Getriebes vorzuhalten und nutzen zu können bietet daneben weitere Vorteile, wie z.B. einen Segelbetrieb des Fahrzeugs um Energie zu sparen, oder kann bei der Wartung des Fahrzeugs positiv genutzt werden. Ferner lassen sich mit dem Antriebsaggregat bei eingelegter Neutralstellung Nebenaggregate unabhängig von einem Vortrieb des Fahrzeugs antreiben. Dies ermöglicht z.B. bei einem elektrischen Betrieb der Klimaanlage eines Omnibusses im Stand, was einen erheblichen Vorteil für den Passagierkomfort darstellen kann.
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Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht es dabei vor, dass der vorgegebene Grenzwert in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments vorgegeben wird. Ist das Soll-Drehmoment entsprechend hoch, kann auch ein entsprechend hoher Grenzwert vorgegeben werden. In einer solchen Situation wird also eine relativ große Abweichung des Ist-Drehmoments vom Soll-Drehmoment erlaubt, ohne dass hieraus auf eine sicherheitsrelevante Fehlfunktion zurückgeschlossen wird. Ist das Soll-Drehmoment entsprechend niedrig, insbesondere wird kein Soll-Drehmoment erwartet, soll das Fahrzeug also nicht bewegt werden, dann erlaubt diese bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens nur einen sehr geringen Grenzwert, sodass sofort wenn ein Ist-Drehmoment in unerwarteter Weise anliegt, die Neutralstellung aktiviert wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es dabei vor, dass als Eingangsgrößen zur Abschätzung des Soll-Drehmoments verschiedene Größen alleine oder in Kombination miteinander Verwendung finden. So lässt sich beispielsweise das erwartete Soll-Drehmoment aus einer Stellung des Fahrpedals oder entsprechenden Anforderungen von Drehzahl oder Drehmoment durch das Fahrzeug abschätzen. Auch Daten aus automatisierten oder autonomen Fahrsystemen lassen einen Rückschluss auf das zu erwartende Soll-Drehmoment zu. Daten über eine eventuelle Fernsteuerung des Fahrzeugs oder Daten aus Steuergeräten des Fahrzeugs erlauben ebenfalls eine solche Abschätzung. Außerdem können Daten von Notaus- und/oder Wartungsschaltern genutzt werden, um auf dieser Basis das Drehmoment abzuschätzen. Vergleichbares gilt für die Daten von Diagnosetestern oder beispielsweise für mechanische oder elektrische Schalter, um manuell die Neutralstellung des Getriebes anzufordern.
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Die Daten aus dem automatisierten und/oder autonomen Fahrsystem können dabei insbesondere relevante Daten eines Notbremsassistenten, eines Tempomats oder eines Abstandsregeltempomats umfassen, welche einen entsprechenden Rückschluss auf das zu erwartende Soll-Drehmoment zulassen. Steuergeräte, welche gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee mit in die Ermittlung des Soll-Drehmoments einbezogen werden können, sind beispielsweise Steuergeräte des Antiblockiersystems oder das Steuergerät einer Luftfederung. Auch Steuergeräte einer Fahrdynamikregelung, wie insbesondere eines elektronischen Stabilitätsprogramms können einen Rückschluss auf das zu erwartende Soll-Drehmoment erlauben.
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Als Ausgangsgrößen, um das Ist-Drehmoment abzuschätzen, sofern dieses nicht unmittelbar gemessen wird, eignen sich insbesondere Drehzahlen oder Drehzahlgradienten wenigstens eines Rades oder des Antriebsaggregats selbst. Auch Strom und/oder Spannung beziehungsweise deren Gradient kann genutzt werden. Außerdem kann die Schaltposition des Getriebes und die sich daraus ergebende Übersetzung beziehungsweise Drehrichtung eine entscheidende Rolle spielen. Auch die Position eines Rotors der elektrischen Antriebsmaschine kann neben Temperaturwerten, welche insbesondere in der Leistungselektronik gemessen werden können, eine Rolle spielen. Darüber hinaus können der Reifendruck, der Druck in der Luftfederung oder Drehzahldifferenzen im Antriebsstrang, insbesondere Drehzahldifferenzen aus Torsionssteifigkeiten in der jeweiligen Messstrecke, eine Rolle spielen. Auch Schwingungen oder Beschleunigungen sowie die Neigung oder die Himmelsrichtung der Ausrichtung des Fahrzeugs können berücksichtigt werden. Ferner können Daten von einem Navigationsgerät oder Daten aus umgebungserfassenden Sensoren Berücksichtigung finden und entsprechenden Einfluss auf das Ist-Drehmoment haben. Weitere Daten können beispielsweise die Daten einer Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und einer Infrastruktur sein.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht es dabei vor, dass die Daten aus dem Navigationsgerät zumindest die Position des Fahrzeugs sowie erlernte und/oder programmierte Fahrtrouten umfassen. Diese erlauben dann beispielsweise über die Kenntnis, ob das Fahrzeug sich bergauf oder bergab bewegt oder demnächst bewegen wird, entsprechende Rückschlüsse auf die Drehmomente. Die umgebungserfassenden Sensoren können dabei Daten aus der Umgebung des Fahrzeugs erfassen. Dies können insbesondere Sensoren einer sogenannten Umfeldsensorik für ein autonomes Fahrsystem sein, insbesondere Radar, Lidar, Kameras, Stereokameras oder dergleichen. Auch Ultraschallsensoren oder andere Sensoren sind hier denkbar. Daneben können die umgebungserfassenden Sensoren auch Daten wie beispielsweise die Zahl der Fahrgäste bei einem Omnibus und/oder Zahlen über die Zuladung zu dem Fahrzeug umfassen. Auch dies lässt einen entsprechenden Rückschluss auf das zu erwartende Drehmoment zu. Bezüglich der Kommunikation des Fahrzeugs mit der Infrastruktur können die Daten beispielsweise Daten über eine Ampelschaltung beinhalten, welche ergänzend oder alternativ zu einer Auswertung mit einer Kamera erfasst werden können, indem die Ampel ihren aktuellen Schaltzustand über eine Fahrzeug/Infrastruktur-Kommunikation (V21) übermittelt. Vergleichbares gilt für Verkehrszeichen und beim Beispiel des Omnibusses wieder insbesondere für Haltestellen, welche entsprechende Informationen liefern, welche dann direkt oder mittelbar auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs und damit letztlich auf das Drehmoment Einfluss haben.
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Wie oben bereits erwähnt, können gemäß der beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung der Auswertung von Ausgangsgrößen auch Beschleunigungswerte mit ausgewertet werden. Das Verfahren sieht es dabei vor, dass gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee die Beschleunigungssensoren als Beschleunigungssensoren in dem Fahrzeug oder als Beschleunigungssensoren in mobilen Endgeräten von Passagieren ausgebildet sind. Der Einsatz von Beschleunigungssensoren in Fahrzeugen ist mittlerweile bekannt. Die Sensoren sind einfach und kostengünstig verfügbar. Will man dennoch darauf verzichten, kann man Beschleunigungssensoren nutzen, welche in mobilen Endgeräten der Passagiere typischerweise ohnehin vorhanden sind. Beispielsweise bei einem Omnibus werden zumindest einige der Passagiere ein sogenanntes Smartphone mit sich führen, welches entsprechende Beschleunigungssensoren und Lagesensoren aufweist. Hier ist es dann durch eine Übertragung der Daten von dem mobilen Endgerät zu dem Fahrzeug, beispielsweise über eine kabellose Kommunikation per WLAN, Bluetooth oder dergleichen, möglich die Nutzung dieser Sensoren für das Fahrzeug zu erlauben. Insbesondere können dann mehrere Sensoren gleichzeitig genutzt werden, um durch die Mittelwerte und die Verwendung verschiedener Sensorbautypen eine hohe Qualität der Daten zu erreichen. Bei einem Nutzfahrzeug, welches kein Omnibus ist, oder einem Fahrzeug, welches lediglich von seinen Passagieren genutzt wird, beispielsweise einem Personenkraftwagen, ist dies prinzipiell ebenso möglich, sofern zumindest eine der in dem Fahrzeug befindlichen Personen, beispielsweise der Fahrer, über ein derartiges mobiles Endgerät mit einem Beschleunigungssensor verfügt.
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Neben den oben beschriebenen Varianten, welche unter Sicherheitsaspekten die Aktivierung der Neutralstellung in dem Getriebe ermöglichen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch denkbar, dass außerdem ergänzend in die Neutralstellung geschaltet wird, wenn beispielsweise an die elektrische Antriebsmaschine angekoppelte Nebenaggregate unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere im Stillstand des Fahrzeugs, betrieben werden sollen. In diesem Fall kann der Antriebsmotor bei abgekoppelten Rädern also beispielsweise einen Klimakompressor antreiben oder dergleichen. Eine weitere denkbare Variante wäre die Tatsache, dass das Fahrzeug abgeschleppt wird. Auch in dieser Situation kann sehr einfach und effizient über die Neutralstellung das Antriebsaggregat von den Rädern abgekoppelt werden. Außerdem ist eine bedarfsgerechte Abkopplung von Triebstrangkomponenten auch bei mehreren mechanisch oder parallel in Reihe angeordneten Motoren möglich. Auch wartungsrelevante Funktionalitäten können durchgeführt werden. So ist in der Neutralstellung insbesondere das Drehen des Motors möglich, ohne dass ein Ausbau der Gelenkwelle erfolgen muss. Soll das Fahrzeug über einen fahrzeugexternen Antrieb rangiert werden, beispielsweise in der Produktion, in der Werkstatt oder dergleichen, dann kann über die Neutralstellung des Getriebes ebenfalls das Antriebsaggregat von den Rädern abgekoppelt werden, sodass dieses nicht mitbewegt werden muss.
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Weitere vorteilhafte Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend anhand der Figuren exemplarisch dargestellt werden.
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Es zeigen:
- 1 eine Funktionsskizze mit der Neutralstellung des Getriebes;
- 2 eine mögliche Anordnung des Getriebes im Antriebsstrang;
- 3 eine weitere mögliche Anordnung des Getriebes im Antriebsstrang; und
- 4 eine noch weitere Möglichkeit der Anordnung des Getriebes im Antriebsstrang.
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In der Darstellung der 1 ist ein Antriebsstrang 1 mit einem Antriebsaggregat 2 sowie zwei angetriebenen Rädern 3 schematisch angedeutet. Die beiden Räder 3 sitzen dabei auf einer gemeinsamen Achse 4 mit einem Differential 5. In der Darstellung der 1 ist ein schematischer Ausschnitt aus einem in seiner Gesamtheit mit 6 bezeichneten Getriebe angedeutet. Das Getriebe verbindet das Antriebsaggregat 2 mit der Achse 4. Das Antriebsaggregat 2 umfasst dabei zumindest eine elektrische Maschine. Es könnte auch eine Kombination aus elektrischer und mechanischer Maschine umfassen, also ein Hybridaggregat darstellen.
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In der Darstellung der Figur sind im Getriebe 6 zwei entsprechende Übersetzungen i1 und i2 sowie eine Neutralstellung N angedeutet. Eine Klaue 7, vorzugsweise mit Synchronisierung, lässt sich, wie es durch die beiden Pfeile angedeutet ist, entsprechend verschieben, um das Getriebe 6 in eine der Übersetzungen i1 , i2 oder die Neutralstellung N zu schalten. In der Darstellung der 1 ist das Getriebe 6 dabei nicht in einer der aktiven Schaltstellungen mit der Übersetzung i1 oder i2 zu sehen, sondern in seiner Neutralstellung N. Diese Neutralstellung N des Getriebes 6 ermöglicht dabei eine Effizienzsteigerung, beispielsweise durch die Möglichkeit, mit dem Antriebsstrang zu segeln. Insbesondere dient die Neutralstellung N jedoch dazu, sicherheitsrelevante Situationen abzufangen und in solchen erkannten sicherheitsrelevanten Situationen das Antriebsaggregat 2 von der Achse 4 abzukoppeln. So wird im Falle eines positiven oder negativen Aufbaus von Drehmoment, ohne dass dieses angefordert worden ist, oder bei einer entsprechend großen Abweichung des Ist-Drehmoments zum Soll-Drehmoment auf eine solche sicherheitsrelevante Situation zurückgeschlossen und das Getriebe 6 in seine Neutralstellung N gebracht. Wie eingangs bereits ausführlich erwähnt, lassen sich dazu Messwerte oder eine Abschätzung aus einer oder mehrerer von zahlreichen erläuterten Eingangs- und Ausgangsgrößen nutzen. Hierdurch ist es möglich, auf eine komplexe Schaltung zum Abfangen von derartigen sicherheitskritischen Situationen im Bereich der Elektronik zu verzichten und durch die Möglichkeit der Neutralstellung N im Getriebe 6 einen einfachen und zuverlässigen Aufbau zu erreichen.
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Das Getriebe 6 kann dabei weitgehend frei innerhalb des Antriebsstrangs 1 eingebaut werden, wie es in der 1 und auch in der 2 entsprechend angedeutet ist. Eine Getriebeeingangswelle 8 verbindet es dann mit dem Antriebsaggregat 2, eine Getriebeausgangswelle 9 mit dem Differential 5. Die Wellen 8,9 können als Gelenkwellen ausgeführt sein.
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In der Darstellung der 3 ist ein alternativer Aufbau gezeigt, bei welchem das Getriebe 6 direkt am Antriebsaggregat 2 angebracht ist, also keine offen durch das Fahrzeug verlaufende Getriebeeingangswelle 8 zu erkennen ist. Dementsprechend ist die Getriebeausgangswelle 9 zwischen dem Getriebe 6 und dem Differential 5 dann mit größerer Länge ausgeführt. In der Darstellung der 4 ist der umgekehrte Fall gezeigt, bei dem die Getriebeeingangswelle 8 entsprechend lang ausgeführt ist, und durch die Ankopplung des Getriebes 6 direkt an der Achse 4 beziehungsweise am Differential 5 eine offene Getriebeausgangswelle 9 nicht mehr erkennbar ist. Das Getriebe 6 treibt quasi direkt das Differential 5 beziehungsweise seine Eingangswelle an, um die angetriebenen Räder 3 der Achse 4 zu bewegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012007622 A1 [0002]
- DE 102014224753 A1 [0003]
