DE102019219957B3

DE102019219957B3 - Verfahren zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements eines automatisierten Schaltgetriebes und Steuergerät

Info

Publication number: DE102019219957B3
Application number: DE102019219957.7A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Moser; Alain Tierry Chamaken Kamde; Rupert Kramer; Markus Eisele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2039-12-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements eines automatisierten Schaltgetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist, mit folgenden Schritten: Bestimmen einer Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements, Bestimmen eines zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigten Drehmoments anhand der zuvor bestimmten Anpresskraft und Ansteuern eines Aktuators zum Einstellen des zuvor bestimmten Drehmoments zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements eines automatisierten Schaltgetriebes. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist sowie ein entsprechendes Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens auf dem Steuergerät. Ferner betrifft die Erfindung ein automatisiertes Schaltgetriebe, aufweisend ein Steuergerät, das zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist und ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe.
Bei der Ausführung einer Schaltung in einem automatisierten Schaltgetriebe unter Beteiligung eines formschlüssigen Schaltelements kann es zu einer sogenannten Zahn-auf-Zahn-Stellung an dem formschlüssigen Schaltelement kommen, die ein Schließen des formschlüssigen Schaltelements verhindert. Derartige Zahn-auf-Zahn-Stellungen müssen zur Ausführung einer Schaltung aufgelöst werden.
Ein Verfahren zum Auflösen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung an einem formschlüssigen Schaltelement eines Getriebes ist aus der DE 10 2013 218 426 A1 bekannt.
Die DE 10 2006 025 277 A1 offenbart eine Kraftfahrzeuggetriebevorrichtung mit einer Betätigungseinheit, die dazu vorgesehen ist, eine Zahn-auf-Zahn-Stellung von Kupplungsmitteln, insbesondere von Klauenkupplungsmitteln, aufzuheben. Die Betätigungseinheit ist dazu vorgesehen, bei erkannter Zahn-auf-Zahn-Stellung eine Getriebebremse zu betätigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Auflösung einer an einem formschlüssig ausgebildeten Schaltelement auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung zu schaffen. Zudem soll ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist und ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens auf dem Steuergerät angegeben werden.
Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung dieser Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Ein Steuergerät, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, ist zudem Gegenstand von Patentanspruch 10. Hinsichtlich eines Computerprogramms wird auf den Patentanspruch 11 verwiesen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen. Dabei sollen Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät und dem erfindungsgemäßen Computerprogramm und jeweils umgekehrt gelten, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements eines automatisierten Schaltgetriebes vorgeschlagen. Das automatisierte Schaltgetriebe ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet.
Ein automatisiertes Schaltgetriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem mehrere Übersetzungsstufen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen zwei Wellen des Getriebes, durch Schaltelemente automatisiert schaltbar sind. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Kraftfahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente kann das Getriebe in eine Neutralposition gebracht werden, in welcher die Antriebseinheit vom Abtrieb getrennt ist.
Bei dem formschlüssig ausgebildeten Schaltelement kann es sich beispielsweise um ein Klauenschaltelement handeln. Das formschlüssige Schaltelement bzw. das Klauenschaltelement kann unsynchronisiert oder synchronisiert ausgebildet sein. Das formschlüssige Schaltelement kann insbesondere als Schaltkupplung ausgestaltet sein.
Zum Auflösen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements ist vorgesehen, dass eine an der Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements vorherrschende Anpresskraft bestimmt wird. Anhand der bestimmten Anpresskraft wird ein zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigtes Drehmoment ermittelt und ein Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung basierend auf dem ermittelten Drehmoment gezielt angesteuert.
Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung werden Schaltklauen des formschlüssig ausgebildeten Schaltelements aufeinandergepresst und sind dadurch kraftschlüssig miteinander verbunden. Eine Zahn-auf-Zahn-Stellung kann aufgelöst werden, wenn eine Haftreibung zwischen den Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements überwunden wird. Dadurch lässt eine relative Verdrehung zwischen den Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements die Schaltklauen schlupfen, was schließlich zum Einspuren der Schaltklauen führen kann.
Da das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment bekannt ist, kann der Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung gezielt angesteuert werden, um das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment bereitzustellen. Das Drehmoment zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung kann daher sprunghaft eingestellt werden, wodurch die Zahn-auf-Zahn-Stellung schneller aufgelöst werden kann, als bei einer beispielsweise rampenförmigen Erhöhung des Drehmoments zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung. Trotz des sprunghaften Einstellens des Drehmoments kann vermieden werden, dass es zu einer unkomfortablen Auflösung der Zahn-auf-Zahn-Stellung oder sogar zu einer Fahrzeugbewegung beim Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung kommt, da die Höhe des zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigten Drehmoments bekannt ist und dadurch gezielt eingestellt werden kann.
Die Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements kann bei einem Verstellen des formschlüssigen Schaltelements mittels eines druckmittelbetätigten Druckmittelzylinders über eine Betätigungskraft des Druckmittelzylinders abgeleitet werden. Beispielsweise kann die Betätigungskraft des Druckmittelzylinders über einen während der Betätigung des formschlüssigen Schaltelements in einer Druckkammer des Druckmittelzylinders vorherrschenden Druck ermittelt wird.
Aus der ermittelten Betätigungskraft des Druckmittelzylinders lässt sich schließlich die Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung ableiten, wobei hierzu die Ausformung einer Schaltmechanik berücksichtig wird.
Da ein über den Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung aufzubringendes Drehmoment nicht unmittelbar nach der Ansteuerung des Aktuators an dem formschlüssigen Schaltelement wirkt, kann bei der Bestimmung der Anpresskraft vorgesehen sein, dass eine sich während der Ansteuerung des Aktuators zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung ändernde Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung bei der Ansteuerung des Aktuators berücksichtigt wird. Dadurch kann das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment genauer ermittelt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Das Steuergerät 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 des Steuergeräts handelt es sich um Datenschnittstellen, um mit den an der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen Daten auszutauschen. Das Steuergerät ist hierzu auch mit notwendigen Sensoren sowie soweit notwendig auch mit anderen Steuergeräten verbunden, um die entscheidungsrelevanten Daten aufzunehmen bzw. Steuerbefehle weiterzuleiten. Das Steuergerät kann beispielsweise als Getriebesteuergerät ausgebildet sein. Bei den hardwareseitigen Mitteln des Steuergeräts 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.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist ausgebildet, ein Steuergerät zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Weiterbildung zu veranlassen, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät ausgeführt wird. In diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium zum Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogramm abrufbar gespeichert ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen

1 einen schematischen Aufbau eines automatisierten Gruppengetriebes;
2 ein Blockschaltbild eines pneumatischen Schaltsystems des automatisierten Gruppengetriebes;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements des automatisierten Gruppengetriebes; und
4 zwei exemplarische Schaltventil-Kennfelder.

Das in 1 dargestellte Gruppengetriebe ist als automatisiertes Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Nutzfahrzeug sein. Das 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 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 Vorgelegewellen W3a und W3b des Hauptgetriebes HG verbunden. 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. In einer alternativen Ausführungsform kann die Bereichsgruppe BG auch unsynchronisiert schaltbar ausgebildet sein.
Eine Ansteuerung der in dem Gruppengetriebe vorhandenen Schaltkupplungen zum Einstellen einer gewünschten Übersetzungsstufe (K1, K2, G3, G2, G1, R, L, S) wird dabei über ein Steuergerät gesteuert bzw. geregelt. Das Steuergerät kann vorzugsweise als Getriebesteuergerät ausgebildet sein. Die Schaltkupplungen werden über eine hier nicht dargestellte Schaltmechanik verstellt, wobei die Schaltmechanik mittels eines Schaltaktuators betätigt wird.
2 zeigt stark schematisiert ein Blockschaltbild eines pneumatischen Schaltsystems eines als Gruppengetriebe ausgebildeten automatisierten Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs. So zeigt 2 mehrere Druckmittelzylinder 10, 11, 12, nämlich einen Druckmittelzylinder 11 für die Hauptgruppe HG des Gruppengetriebes, einen Druckmittelzylinder 10 für die Vorschaltgruppe VG des Gruppengetriebes und einen Druckmittelzylinder 12 für die Nachschaltgruppe BG des Gruppengetriebes. Die Vorschaltgruppe VG wird auch als Splitter und die Nachschaltgruppe BG auch als Bereichsgruppe bezeichnet.
Jeder Druckmittelzylinder 10, 11, 12 verfügt über einen in einem Zylindergehäuse angeordneten Kolben 13, 14 bzw. 15, der im Zylindergehäuse des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12 längsverschiebbar ist, um Schaltungen in der jeweiligen Gruppe VG, HG, BG des Gruppengetriebes auszuführen. Der jeweilige Druckmittelzylinder 10, 11, 12 kann ausgehend von einem Druckstellerraum 16 des Getriebes mit Druckluft versorgt werden, wobei hierzu vom Druckstellerraum 16 Druckluftleitungen 17, 18 bzw. 19, 20 bzw. 21, 22 in Richtung auf den jeweiligen Druckmittelzylinder 10, 11, 12 führen. Der Druckstellerraum 16 wird auch als Getriebestellerraum bezeichnet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel führen zu jedem Druckmittelzylinder 10, 11, 12 jeweils zwei Druckluftleitungen 17, 18 bzw. 19, 20 bzw. 21, 22, um Druckkammern des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12 mit Druckluft zu versorgen. In jeder der Druckluftleitungen 17 bis 22 ist dabei jeweils ein Ventil 23 angeordnet.
Der Druckstellerraum 16 kann ausgehend von einem Vorratsbehälter 24, der auch als Druckkessel bezeichnet wird, mit Druckluft versorgt werden. Vom Vorratsbehälter 24 führen Druckluftleitungen 25, 26 in Richtung auf den Druckstellerraum 16, um abhängig von der Stellung von Ventilen 27, die in diesen Druckluftleitungen 25, 26 angeordnet sind, Druckluft ausgehend von dem Vorratsbehälter 24 in den Druckstellerraum 16 zu fördern. Die zwischen den Vorratsbehälter 24 und den Druckstellerraum 16 geschalteten Schaltventile 27 werden auch als Hauptabschaltventile bezeichnet.
Im Druckstellerraum 16 ist ein Drucksensor 28 verbaut, mithilfe dessen der Druck im Druckstellerraum 16 messtechnisch erfasst werden kann. Der Druck im Druckstellerraum 16 wird als Schaltdruck bezeichnet. Ein im Druckkessel 24 herrschender Druck wird als Systemdruck bezeichnet.
Ein mithilfe des Drucksensors 28 messtechnisch erfasster Ist-Schaltdruck im Druckstellerraum 16 kann mit einem gewünschten Soll-Schaltdruck verglichen werden, um abhängig von einer Abweichung zwischen dem Ist-Schaltdruck und dem Soll-Schaltdruck die Ventile 27 zur Regelung des Schaltdrucks im Druckstellerraum 16 anzusteuern. Neben der messtechnischen Erfassung des Schaltdrucks im Druckstellerraum 16 kann der Schaltdruck im Druckstellerraum 16 während einer laufenden Schaltungsausführung auch berechnet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements kann bei einem Verstellen einer Schaltkupplung des Gruppengetriebes, insbesondere beim Verstellen einer unsynchronisiert ausgebildeten Schaltkupplung des Hauptgetriebes HG, zur Anwendung kommen.
Durch ein Steuergerät kann hierzu das in 3 als Ablaufdiagramm beispielhaft dargestellte Verfahren zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements des Gruppengetriebes vollzogen werden, auf welches nun unter Zuhilfenahme von 3 eingegangen werden soll. Das Steuergerät kann beispielsweise als Getriebesteuergerät des automatisierten Gruppengetriebes ausgebildet sein.
In einem Schritt S1 wird das Verstellen eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements erfasst. Während des Verstellens des formschlüssigen Schaltelements wird in einem Schritt S2 der Druck in einer Druckkammer eines zum Verstellen des formschlüssigen Schaltelements angesteuerten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 bestimmt. Der Druckmittelzylinder 10, 11, 12 ist als pneumatischer Druckmittelzylinder 10, 11, 12 in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet. Der pneumatische Druckmittelzylinder 10, 11, 12 wird mittels eines Schaltventils 23 betätigt, das einen Massenstrom von Luft von dem Druckstellerraum 16 in eine Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 steuert. Der Druck in der Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 kann abhängig von einem Verhältnis zwischen einem aktiven Luftvolumen und einer ermittelten Luftmasse in der Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 berechnet werden. Der Druck in der Druckkammer kann auf Grundlage folgender Formel berechnet werden: $p = \frac{m * R * T}{V}$
wobei p der berechnete Druck in der Druckkammer, m die Luftmasse in der Druckkammer, V das aktive Luftvolumen während einer Schaltung, R die spezifische Gaskonstante von Luft und T die Lufttemperatur ist.
Die in die Druckkammer des pneumatischen Druckmittelzylinders 10, 11, 12 geförderte Luftmasse kann auf Grundlage einer Ventilgleichung berechnet werden. Dabei wird die in die Druckkammer geförderte Luftmasse vorzugsweise auf Grundlage folgender Gleichungen berechnet und aufsummiert: $d m / d t = c p_{k} ρ_{l u f t} \sqrt{\frac{T}{T_{o}}} \sqrt{(1 - {(\frac{k_{k r i t t}^{- b}}{1 - b})}^{2})},$
$Δ m_{v} = \sum_{k} ([c p_{k} ρ_{l u f t} \sqrt{\frac{T}{T_{o}}} \sqrt{(1 - {(\frac{k_{k r i t t}^{- b}}{1 - b})}^{2})}] * Δ t),$
wobei m die Ist-Luftmasse ist, wobei k zeitdiskrete Summierungsschritte sind, wobei c ein Leitwert des Schaltventils ist, wobei p_k der Druck im Druckmittelzylinder im Summierungsschritt k ist, wobei p die Luftdichte ist, wobei T die aktuelle Temperatur ist, wobei T₀ eine Normtemperatur ist, wobei K_kritt eine Konstante, nämlich ein kritisches Luftverhältnis des Schaltventils ist, wobei b ein aktuelles Druckverhältnis des Schaltventils ist, und wobei Δt die Ansteuerzeit des Schaltventils ist.
Die Berechnung der Ist-Luftmasse auf Grundlage obiger Ventilgleichung erfolgt über eine Summierung in mehreren zeitdiskreten Summierungsschritten k.
Werden die Schaltventile 23 frequenzmoduliert angesteuert (PFM, Pulse Frequency Modulation), dann kann die während des Verstellens des formschlüssigen Schaltelements in die Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 geförderte Luftmasse auf Grundlage eines Kennfelds bestimmt werden. Das Kennfeld drückt eine Abhängigkeit der Steuergröße des Schaltventils von dem gewünschten Massenstrom und einem Druckverhältnis aus, das zwischen einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite des Schaltventils herrscht. 4 zeigt hierzu zwei exemplarische Kennfelder. In einem oberen Bereich ist ein erstes Kennfeld dargestellt, das zu einer vorbestimmten Strömungsrichtung von Luft durch das Schaltventil korrespondiert, nämlich zu einem Befüllen der Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12. In einem unteren Bereich der 4 ist ein weiteres Kennfeld dargestellt, das zu einer entgegengesetzten Strömungsrichtung korrespondiert, nämlich zu einem Entlüften der Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12. Sind die Steuergröße und der Massenstrom bekannt, dann lässt sich der Druck in der Druckmittelkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 über das Druckverhältnis bestimmen.
In einem Schritt S3 wird geprüft, ob eine Zahn-auf-Zahn-Stellung beim Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe aufgetreten ist. Eine Zahn-auf-Zahn-Stellung kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass ein Schaltweg einer Schalteinrichtung zum Einlegen einer Übersetzungsstufe des Getriebes nicht die Endstellung erreicht, sondern in einer Zwischenstellung verharrt, oder wenn der einzulegende Gang nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer eingelegt wurde. Falls keine Zahn-auf-Zahn-Stellung detektiert wird, wird auf den Schritt S3 verzweigt und der Druck in der Druckmittelkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 wird weiter berechnet. Falls eine Zahn-auf-Zahn-Stellung detektiert wird, wird auf einen Schritt S4 gewechselt.
In dem Schritt S4 wird die Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements bestimmt. Die Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung lässt sich aus einer Betätigungskraft des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 ableiten, wobei hierzu die Ausformung der Schaltmechanik berücksichtig wird. Die Betätigungskraft des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 kann über den während der Betätigung des formschlüssigen Schaltelements in einer Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 vorherrschenden Druck ermittelt wird. Die Betätigungskraft des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 kann nach folgender Formel ermittelt werden: $F = p * A$
wobei F die Betätigungskraft des Schaltaktuators, p der Druck im Schaltzylinder und A die wirksame Kolbenfläche ist.
Da ein über den Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung aufzubringendes Drehmoment nicht unmittelbar nach der Ansteuerung des Aktuators an dem formschlüssigen Schaltelement wirkt, kann bei der Bestimmung der Anpresskraft vorgesehen sein, dass eine sich während der Ansteuerung des Aktuators zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung ändernde Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung bei der Ansteuerung des Aktuators berücksichtigt wird.
Eine Verzögerungszeit zwischen der Aktivierung des Aktuators zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung und der Wirkung des Drehmoments zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung ergibt sich unter anderem durch die benötigte Verstellzeit des Aktuators und durch Verzögerungszeiten beim Ansteuern von Schaltventilen. So können Schaltventile mit einer gewissen Reaktionszeit behaftet sein, wodurch der Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung nicht unmittelbar auf die Ansteuerung der Schaltventile reagieren kann, sondern erst nach einer gewissen Verzögerungszeit.
Die Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung kann bei vorliegender Zahn-auf-Zahn-Stellung weiter ansteigen, wenn das Schaltventil, welches zum Verstellen des formschlüssigen Schaltelements betätigt wird, auch während der Zahn-auf-Zahn-Stellung betätigt ist. Daher wird eine Änderung der Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung während der Ansteuerung des Aktuators zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung berücksichtigt.
Anhand der in Schritt S4 bestimmten Anpresskraft wird in einem Schritt S5 das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment bestimmt. Hierzu wird zu dem über die Zahn-auf-Zahn-Stellung übertragbaren Drehmoment ein Offset addiert, um die Haftreibung zwischen den aufeinander stehenden Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements zu überwinden. Das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment kann nach folgender Formel ermittelt wird: $M = F * μ_{R} * \bar{r} + k$
wobei F die Anpresskraft, µ_R der Reibungskoeffizient, r der mittlere Reibradius, k ein Offset und M das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment ist.
In einem Schritt S6 wird der Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung gezielt angesteuert, um das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment zu erzeugen. Da das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment bekannt ist, kann die Ansteuerung des Aktuators sprunghaft erfolgen, wodurch die Zahn-auf-Zahn-Stellung schnell aufgelöst werden kann.
Als Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung kann beispielsweise die steuerbare Trennkupplung TK dienen, welche einerseits mit der Eingangswelle W1 und andererseits mit dem Antriebsmotor AM in Verbindung steht. Zum Aufbringen des Drehmoments zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung wird die Trennkupplung TK in eine teilweise geschlossene Position verstellt. Da das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung über die Trennkupplung TK zu übertragende Kupplungsmoment bekannt ist, kann die Trennkupplung TK sprunghaft auf eine Zielposition gesteuert werden. Die Zielposition kann anhand einer Momentenkennlinie der Trennkupplung TK ermittelt werden.
In einem Schritt S7 wird geprüft, ob das Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung erfolgreich war. Falls die Zahn-auf-Zahn-Stellung nicht aufgelöst wurde, wird zurück auf den Schritt S4 verzweigt und die Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung erneut ermittelt. Falls die Zahn-auf-Zahn-Stellung erfolgreich aufgelöst wurde, dann wird die Ziel-Übersetzungsstufe eingelegt und das Verfahren in einem Schritt S8 beendet.
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
Br: Getriebebremse
W3a: Vorgelegewelle
W3b: Vorgelegewelle
W4: Ausgangswelle
10: Druckmittelzylinder
11: Druckmittelzylinder
12: Druckmittelzylinder
13: Kolben

14: Kolben
15: Kolben
16: Druckstellerraum
17: Druckmittelleitung
18: Druckmittelleitung
19: Druckmittelleitung
20: Druckmittelleitung
21: Druckmittelleitung
22: Druckmittelleitung
23: Ventil
24: Vorratsbehälter
25: Druckmittelleitung
26: Druckmittelleitung
27: Ventil
28: Drucksensor
S1 - S8: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur Auflösung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eines formschlüssig ausgebildeten Schaltelements eines automatisierten Schaltgetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist, mit folgenden Schritten: - Bestimmen einer Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements; - Bestimmen eines zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigten Drehmoments anhand der zuvor bestimmten Anpresskraft; und - Ansteuern eines Aktuators zum Einstellen des zuvor bestimmten Drehmoments zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements bei einem Verstellen des formschlüssigen Schaltelements mittels eines druckmittelbetätigten Druckmittelzylinders (11, 12, 13) über eine Betätigungskraft des Druckmittelzylinders abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungskraft des Druckmittelzylinders über einen während der Betätigung des formschlüssigen Schaltelements in einer Druckkammer des Druckmittelzylinders (11, 12, 13) vorherrschenden Druck ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Druckkammer des Druckmittelzylinders (11, 12, 13) abhängig von einem Verhältnis zwischen einem aktiven Luftvolumen und einer ermittelten Luftmasse in der Druckkammer des Druckmittelzylinders (11, 12, 13) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine während des Verstellens des formschlüssigen Schaltelements in die Druckkammer des Druckmittelzylinders (11, 12, 13) geförderte Luftmasse auf Grundlage einer Ventilgleichung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine während des Verstellens des formschlüssigen Schaltelements in die Druckkammer des Druckmittelzylinders (11, 12, 13) geförderte Luftmasse auf Grundlage eines Kennfelds bestimmt wird, wobei das Kennfeld eine Abhängigkeit der Steuergröße eines Schaltventils (23) von einem gewünschten Massenstrom und einem Druckverhältnis ausdrückt, das zwischen einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite des Schaltventils (23) herrscht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung benötigte Drehmoment nach folgender Formel ermittelt wird: $M = F * μ_{R} * \bar{r} + k$
wobei F die Anpresskraft, µ_R der Reibungskoeffizient, r der mittlere Reibradius, k ein Offset und M das übertragbare Drehmoment ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich während der Ansteuerung des Aktuators zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung ändernde Anpresskraft an der Zahn-auf-Zahn-Stellung bei der Ansteuerung des Aktuators berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung eine zwischen dem Antriebsmotor (AM) und dem automatisierten Schaltgetriebe angeordnete Trennkupplung (TK) angesteuert wird.
Steuergerät, das zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Computerprogramm, das ausgebildet ist, ein Steuergerät zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche zu veranlassen, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät ausgeführt wird.
Automatisiertes Schaltgetriebe, welches ein Steuergerät gemäß Anspruch 10 aufweist und gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 betreibbar ist.
Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe nach Anspruch 12.