DE102019219958B4 - Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist, wobei das automatisierte Schaltgetriebe eine steuerbare Getriebebremse (Br) umfasst und zumindest über ein formschlüssig ausgebildetes Schaltelement schaltbar ist, wobei die Getriebebremse (Br) zumindest überschneidend mit einer Ansteuerung des formschlüssig ausgebildeten Schaltelements zum Einlegen einer Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird und dass die Getriebebremse (Br) zeitgleich mit der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements zum Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes, das über formschlüssig ausgebildete Schaltelemente schaltbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist sowie ein entsprechendes Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens auf dem Steuergerät.
  • 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. Eine derartige Zahn-auf-Zahn-Stellungen muss zur Ausführung einer Schaltung aufgelöst werden.
  • 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.
  • 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 ein Verfahren zur Aufhebung einer Zahn-auf-Zahn-Stellung von Kupplungsmitteln eines Kraftfahrzeuggetriebes.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes mit formschlüssig schaltbaren Schaltelementen 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 Die US-Patentanmeldung US 4 895 185 A Hinsichtlich eines Computerprogramms wird auf den Patentanspruch 5 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 Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes vorgeschlagen. Das automatisierte Schaltgetriebe ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet. Das automatisierte Schaltgetriebe umfasst eine steuerbare Getriebebremse und zumindest ein formschlüssig ausgebildetes Schaltelement, über welches eine Übersetzungsstufe des automatisierten Schaltgetriebes schaltbar ist. Das Verfahren zur Schaltsteuerung des automatisierten Schaltgetriebes sieht vor, dass die Getriebebremse zumindest überschneidend mit einer Ansteuerung des formschlüssig ausgebildeten Schaltelements zum Einlegen einer Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird.
  • Dadurch, dass die Getriebebremse zumindest überschneidend mit der Ansteuerung zur Betätigung des formschlüssigen Schaltelements angesteuert wird, wird bereits dann, wenn Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements beim Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe aufeinandertreffen, ein wirksames Getriebebremsmoment auf das formschlüssige Schaltelement übertragen. Dadurch werden Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements gegeneinander verdreht, wodurch eine Zahn-auf-Zahn-Stellung beim Schalten in die Ziel-Übersetzungsstufe vermieden werden kann.
  • Mit anderen Worten wird die Getriebebremse zur Vermeidung einer beim Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung bereits während des Verstellens des formschlüssigen Schaltelements angesteuert, noch bevor eine Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgetreten ist. Dadurch kann die Anzahl der beim Schalten des formschlüssigen Schaltelements auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellungen deutlich reduziert werden.
  • 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. Das automatisierte Schaltgetriebe kann beispielsweise in Vorgelegebauweise ausgebildet sein. Das automatisierte Schaltgetriebe kann beispielsweise als Gruppengetriebe eines als Nutzfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente kann das Getriebe in eine Neutralposition gebracht werden, in welcher die Antriebseinheit vom Abtrieb getrennt ist. Bei dem formschlüssigen 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.
  • Ein Verstellen des formschlüssigen Schaltelements kann mittels einer Verstelleinrichtung erfolgen, welche als Schaltaktuator ausgebildet sein kann. Der Schaltaktuator kann als hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Stellzylinder oder als elektrischer Aktuator ausgebildet sein, mittels welchem eine Schaltmechanik des Getriebes zum Verstellen des Schaltelements während eines Schaltvorgangs betätigt wird.
  • Unter einem Schaltvorgang ist bevorzugt ein Vorgang zu verstehen, bei welchem eine Schaltelementhälfte des formschlüssigen Schaltelements, insbesondere eine Schaltmuffe, mit einer zweiten Schaltelementhälfte des formschlüssigen Schaltelements, insbesondere einem Kupplungskörper eines Zahnrads, in Wirkverbindung gebracht oder von dieser getrennt wird. Im Rahmen des Schaltvorgangs wird in dem automatisierten Schaltgetriebe von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand gewechselt. Unter einem Schaltvorgang kann demzufolge ein Schalten aus einem Gang in einen anderen Gang, ein Schalten aus einem Gang in eine Neutralposition sowie ein Schalten aus einer Neutralposition in einen Gang verstanden werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Getriebebremse zeitgleich mit der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements zum Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert. So kann beispielsweise ein Schaltventil zum Aktivieren der Getriebebremse zeitgleich mit einem Schaltventil angesteuert werden, das zum Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe des Schaltgetriebes angesteuert wird.
  • In einer nicht beanspruchten Ausführungsform kann hingegen vorgesehen sein, dass die Getriebebremse zeitversetzt mit der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements zum Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird. So kann die Getriebebremse beispielsweise angesteuert werden, wenn über einen Sensor der Schaltmechanik erkannt wurde, dass das formschlüssige Schaltelement ausgehend von einer Neutralposition in eine Endposition der Ziel-Übersetzungsstufe verstellt wird. Alternativ hierzu kann die Getriebebremse angesteuert werden, wenn über einen Sensor der Schaltmechanik erkannt wurde, dass das formschlüssige Schaltelement ausgehend von einer Neutralposition in eine Endposition der Ziel-Übersetzungsstufe verstellt wird und bei der Verstellung des formschlüssigen Schaltelements ein vorgebbarer Wegpunkt erreicht oder überschritten ist.
  • Durch die zuvor beschriebenen Aktivierungszeitpunkte der Getriebebremse kann die Getriebebremse rechtzeitig angesteuert werden, um eine Zahn-auf-Zahn-Stellung beim Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe zu verhindern.
  • Ein Erfassen der Position der Schaltmechanik während eines Schaltvorgangs kann mittels eines Sensors erfolgen. Der Sensor kann als Positionssensor ausgebildet sein, welcher an dem Schaltaktuator oder an der Schaltmechanik des Getriebes, wie beispielsweise an einer Schaltschiene oder einer Schaltgabel, angeordnet sein kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ansteuerung der Getriebebremse beendet, bevor das Einspuren der Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements zum Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe erfolgt. Dadurch kann ein Einschaltstoß beim Schaltvorgang vermieden werden, der aufgrund einer zu langen Ansteuerung der Getriebebremse beim Einspuren der Schaltklauen entstehen würde.
  • Die Getriebebremse kann beispielsweise als hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Lamellenbremse ausgebildet sein, welche über eine Ansteuerung entsprechender Schaltventile betätigbar ist.
  • Schaltventile zum Ansteuern der Getriebebremse sowie Schaltventile zum Ansteuern der formschlüssigen Schaltelemente können mit einer gewissen Reaktionszeit behaftet sein, wodurch die Getriebebremse bzw. die Schaltelemente nicht unmittelbar auf die Ansteuerung der Schaltventile reagieren können, sondern erst nach einer gewissen Verzögerungszeit. Daher ist in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass Totzeiten von Schaltventilen bei der Ansteuerung der Getriebebremse berücksichtigt werden. Dadurch kann eine genaue Ansteuerung der Getriebebremse realisiert werden. Beispielsweise kann vermieden werden, dass das durch die Getriebebremse wirkende Bremsmoment aufgrund einer zu langen Ansteuerung der Getriebebremse zu einem Einschaltstoß beim Schaltvorgang führt.
  • 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.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt 1 einen schematischen Aufbau eines automatisierten Gruppengetriebes mit einem dreistufigen Hauptgetriebe.
  • 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 hier 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 ein Steuergerät des Gruppengetriebes gesteuert bzw. geregelt. Das Steuergerät kann vorzugsweise als Getriebesteuergerät ausgebildet sein.
  • Bei einem Wechsel der Übersetzungsstufe K1, K2, G3, G2, G1, R, L, S kann es beim Verstellen eines formschlüssigen Schaltelements des Gruppengetriebes zu einer sogenannten Zahn-auf-Zahn-Stellung an dem formschlüssigen Schaltelement kommen, die ein Schließen des formschlüssigen Schaltelements verhindert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schaltsteuerung des automatisierten Schaltgetriebes sieht daher vor, dass die Getriebebremse Br zumindest überschneidend mit einer Betätigung des zumindest einen formschlüssigen Schaltelements zum Einlegen einer Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird.
  • Dadurch, dass die Getriebebremse Br zumindest überschneidend mit der Ansteuerung des formschlüssig ausgebildeten Schaltelements zum Einlegen einer Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird, wird bereits dann, wenn Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements beim Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe aufeinandertreffen, ein wirksames Getriebebremsmoment über die Vorgelegewelle W3a auf das formschlüssige Schaltelement übertragen. Dadurch werden die Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements gegeneinander verdreht, wodurch eine Zahn-auf-Zahn-Stellung beim Schalten in die Ziel-Übersetzungsstufe vermieden wird.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist, wobei das automatisierte Schaltgetriebe eine steuerbare Getriebebremse (Br) umfasst und zumindest über ein formschlüssig ausgebildetes Schaltelement schaltbar ist, wobei die Getriebebremse (Br) zumindest überschneidend mit einer Ansteuerung des formschlüssig ausgebildeten Schaltelements zum Einlegen einer Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird und dass die Getriebebremse (Br) zeitgleich mit der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements zum Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe angesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Getriebebremse beendet wird, bevor ein Einspuren von Schaltklauen des formschlüssigen Schaltelements zum Einlegen der Ziel-Übersetzungsstufe erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Totzeiten von Schaltventilen bei der Ansteuerung der Getriebebremse (Br) berücksichtigt werden.
  4. Steuergerät, das zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  5. 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.
  6. Automatisiertes Schaltgetriebe, welches ein Steuergerät gemäß Anspruch 4 aufweist und gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 betreibbar ist.
  7. Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe nach Anspruch 6.
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