DE102021208944B3

DE102021208944B3 - Verfahren zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements eines Kraftfahrzeuggetriebes

Info

Publication number: DE102021208944B3
Application number: DE102021208944.5A
Authority: DE
Inventors: Moritz Riegger; Mario Steinborn; Thiago Delzir Salay; Frieder Norrenberg; Rachid Mansour
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2041-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei ein Drehmoment ermittelt wird. Um das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements zügig und auf möglichst zuverlässige Art und Weise zu realisieren, wird vor dem Öffnen als Drehmoment ein an dem formschlüssigen Schaltelement wirksames Drehmoment (T_Wirk) bestimmt, wobei um das wirksame Drehmoment (T_Wirk) im Folgenden ein Drehmomentbereich gelegt wird, innerhalb dessen ein kompensierendes Drehmoment (T_komp) durch mindestens einen Aktuator variabel eingestellt wird. Parallel zu der variablen Einstellung des kompensierenden Drehmoments (T_komp) wird das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements eingeleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei ein Drehmoment ermittelt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät, ein Computerprogrammprodukt sowie einen Datenträger.
Bei schaltbaren Getrieben kommen neben kraftschlüssigen Schaltelementen, wie beispielsweise Lamellenschaltelementen, häufig auch formschlüssige Schaltelemente zum Einsatz, die konkret als Sperrsynchronisationen oder auch als Klauenschaltelemente verwirklicht sein können. Im Vergleich zu kraftschlüssigen Schaltelementen haben formschlüssige Schaltelemente den Vorteil, dass sie im geöffneten Zustand niedrigere Schleppverluste aufweisen, wodurch sich ein besserer Wirkungsgrad des Getriebes erreichen lässt. Allerdings kann ein Schließen und auch ein Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements nicht unter Last vollzogen werden, so dass insbesondere bei Anwendung im Bereich eines automatisierten Getriebes oder eines Automatikgetriebes zusätzliche Maßnahmen zu treffen sind, um das Schließen und auch das Öffnen problemlos gestalten zu können. Üblicherweise wird für das Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements im Zuge eines Gangwechsels eine dem Getriebe antriebsseitig vorgeschaltete Trennkupplung geöffnet, um einen Getriebeeingang des Getriebes und damit auch das zu öffnende Schaltelement lastfrei zu bekommen. Allerdings können Massenträgheiten und/oder Verlustmomente im Getriebe dazu führen, dass trotz geöffneter Trennkupplung an dem zu öffnenden Schaltelement ein Drehmoment wirksam ist und das Öffnen erschwert oder gar unmöglich macht. Daher werden teilweise zusätzliche Maßnahmen durchgeführt, um ein zuverlässiges Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements im Zuge eines Gangwechsels sicherzustellen.
So geht aus der DE 10 2013 216 142 A1 ein Verfahren zur Regelung eines Gangwechsels bei einem automatisierten Kraftfahrzeuggetriebe hervor, wobei im Zuge des Gangwechsels ein Motormoment einer dem Kraftfahrzeuggetriebe in einem Antriebsstrang vorgeschalteten Antriebsmaschine reduziert und ein formschlüssiges Schaltelement des Kraftfahrzeuggetriebes über eine Getriebesteuerung geöffnet wird, um einen aktuell geschalteten Gang auszulegen. Dabei wird das Schaltelement erst angesteuert, sobald durch die Getriebesteuerung ein Ist-Drehmoment im Antriebsstrang ermittelt wird, bei welchem eine dem Öffnen entgegenwirkende Reibkraft im Schaltelement kleiner als eine zum Öffnen aufbringbare Betätigungskraft wird.
Ein hybrides Fahrzeugantriebssystem mit einer E-Maschine und einem formschlüssigen Schaltelement ist aus der US 2016 / 0 068 155 A1 bekannt.
Die DE 10 2010 041 581 A1 offenbart ein Verfahren zum lastfreien Öffnen einer Trennkupplung, welche beispielsweise als Klauenkupplung ausgestaltet sein kann.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der Erfindung, ein Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements so zu gestalten, dass ein Öffnen des formschlüssigen Schaltelements zügig und auf möglichst zuverlässige Art und Weise stattfinden kann.
Diese Aufgabe wird aus verfahrenstechnischer Sicht durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Zudem betreffen die Ansprüche 11 und 12 ein Steuergerät, mit welchem die Aufgabe lösbar ist. Schließlich hat Anspruch 13 ein Computerprogrammprodukt sowie Anspruch 14 einen Datenträger zum Gegenstand.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements eines Kraftfahrzeuggetriebes ein Drehmoment ermittelt. Bevorzugt erfolgt dies im Zuge eines Gangwechsels im Kraftfahrzeuggetriebe, bei welchem aus einem aktuell geschalteten Ist-Gang in einen Ziel-Gang geschaltet wird. Dabei ist das zu öffnende Schaltelement an der Darstellung des Ist-Ganges beteiligt und bei dem Ziel-Gang geöffnet.
Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe kann es sich um ein automatisiertes Schaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe handeln, bei welchem Gänge jeweils durch automatisches Schließen an dem jeweiligen Gang beteiligter Schaltelemente geschaltet werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt dabei dann zum Tragen, wenn im Rahmen eines Gangwechsels im Getriebe ein oder mehrere formschlüssige Schaltelemente des auszulegenden Ganges zu öffnen sind.
Bei dem zu öffnenden, formschlüssigen Schaltelement handelt es sich im Rahmen der Erfindung bevorzugt um ein unsynchronisiertes Klauenschaltelement, wobei dieses alternativ dazu aber auch als Sperrsynchronisation vorliegen kann. Weiter bevorzugt wird bei dem formschlüssigen Schaltelement in dessen betätigten Zustand eine Drehmomentübertragung durch Eingriff von Mitnahmeprofilen formschlüssig verwirklicht, die insbesondere als Mitnahmeverzahnungen ausgeführt sind. Diese Mitnahmeverzahnungen können dabei Hinterschnitte aufweisen, welche ein Öffnen des Schaltelements unter Last erschweren und damit ein ungewolltes Öffnen des Schaltelements verhindern sollen.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass vor dem Öffnen als Drehmoment ein an dem formschlüssigen Schaltelement wirksames Drehmoment bestimmt wird. Im Folgenden wird um das wirksame Drehmoment ein Drehmomentbereich gelegt, innerhalb dessen dann ein kompensierendes Drehmoment durch mindestens einen Aktuator variabel eingestellt wird. Parallel zu der variablen Einstellung des kompensierenden Drehmoments wird das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements eingeleitet. Mit anderen Worten wird also im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst ein Drehmoment ermittelt, welches an dem formschlüssigen, zu öffnenden Schaltelement wirksam ist. Darauffolgend wird ein Drehmomentbereich festgelegt, innerhalb welchem das bestimmte, wirksame Drehmoment liegt, wobei dieser Drehmomentbereich zur Einstellung eines kompensierenden Drehmoments durch mindestens einen Aktuator herangezogen wird. Hierbei wird das kompensierende Drehmoment allerdings nicht konstant eingestellt, sondern innerhalb des Drehmomentbereichs sich ändernd eingestellt. Bei dieser ändernden Einstellung des kompensierenden Drehmoments wird dann überschneidend damit zudem das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements eingeleitet.
Ein derartiges Vorgehen beim Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements eines Kraftfahrzeuggetriebes hat dabei den Vorteil, dass durch die Festlegung eines Drehmomentbereichs ausgehend von dem ermittelten, wirksamen Drehmoment sowie die anschließende, variable Einstellung eines kompensierenden Drehmoments über den mindestens einen Aktuator auch bei einer nicht absolut präzisen Ermittlung des wirksamen Drehmoments ein Öffnen des formschlüssigen Schaltelements durch Lastfreiheit erreicht werden kann. Denn bei Ermittlung des wirksamen Drehmoments können Ungenauigkeiten und Fehler dazu führen, dass das ermittelte, wirksame Drehmoment nicht genau dem tatsächlichen, wirksamen Drehmoment entspricht. Dies würde bei Einstellung des kompensierenden Drehmoments dazu führen, dass das formschlüssige Schaltelement nur erschwert oder sogar gar nicht geöffnet werden kann, da die Lastfreiheit für das Öffnen nicht in ausreichendem Maße hergestellt ist.
Durch die sich ändernde Einstellung des kompensierenden Drehmoments innerhalb des Drehmomentbereichs und die hiermit überschneidende Einleitung des Öffnens des Schaltelements wird erreicht, dass das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements stattfindet, sobald das kompensierende Drehmoment dem tatsächlichen Drehmoment entspricht, welches zumindest nahe an dem bestimmten, wirksamen Drehmoment liegt. Hierdurch kann das Öffnen des Schaltelements sicher und zügig erreicht werden, was auch einen schnelleren und bauteilschonenden Gangwechsel bei dem Getriebe zur Folge hat. Insgesamt wird hierdurch sichergestellt, dass ein Öffnen des Schaltelements und damit ein Auslegen eines aktuellen Ganges in einem für den Gangwechsel geeigneten Zeitfenster möglich ist, was den Schaltkomfort bei dem Kraftfahrzeuggetriebe deutlich steigert.
Hingegen wird bei der DE 10 2013 216 142 A1 das im Antriebsstrang ermittelte Ist-Drehmoment dazu verwendet, um zu erfassen, wann eine dem Öffnen entgegenwirkende Reibkraft im Schaltelement kleiner als eine zum Öffnen aufbringbare Betätigungskraft wird. In diesem Fall geht es also darum, ein Öffnen erst dann herbeizuführen, wenn ein Öffnen des Schaltelements aufgrund der zur Verfügung stehenden Betätigungskraft überhaupt möglich ist. Es wird in diesem Fall aber nicht eine Lastfreiheit des Schaltelements zum Öffnen angestrebt.
Entsprechend der Erfindung wird der Drehmomentbereich mittels Fehlerabschätzung aus dem bestimmten, wirksamen Drehmoment ermittelt. Es wird also anhand der Bestimmung eines Fehlers, welcher bei Bestimmung des wirksamen Drehmoments aufgetreten ist, der Drehmomentbereich ermittelt, innerhalb dessen die variable Einstellung des kompensierenden Drehmoments durch den mindestens einen Aktuator im Folgenden vorgenommen wird. In vorteilhafter Weise kann hierdurch die Wahl eines Bereichs für das einzustellende, kompensierende Drehmoment bestimmt werden, in welchem das tatsächlich vorherrschende, am formschlüssigen Schaltelement wirksame Drehmoment liegen dürfte. Denn durch die Bestimmung des wirksamen Drehmoments und die anschließende Ermittlung eines bei dieser Bestimmung aufgetretenen Fehlers ist zumindest eine gute Annäherung an das tatsächlich wirksame Drehmoment möglich. Die Fehlerabschätzung kann dabei im Rahmen der Erfindung, je nach vertretbarem oder darstellbarem Rechenaufwand, mit grober Annäherung oder möglichst genauer Annäherung an die tatsächlich vorherrschenden Verhältnisse gestaltet werden.
Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird der Drehmomentbereich durch Hinzufügen eines positiven und/oder eines negativen Offsets zu dem bestimmten, wirksamen Drehmoment gebildet. Es wird also um das bestimmte, wirksame Drehmoment durch das Hinzurechnen und/oder Abziehen eines Offsets der Drehmomentbereich gebildet. Dabei ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das bestimmte, wirksame Drehmoment die obere oder die untere Grenze dieses Drehmomentbereichs bildet oder aber zwischen einer oberen und einer unteren Grenze des Drehmomentbereichs liegt. Diese Ausgestaltungsmöglichkeit kann dabei mit der vorhergehenden Ausführungsform kombiniert sein, so dass der positive und/oder negative Offset aus der Fehlerabschätzung ermittelt worden ist.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit wird der jeweilige Offset zumindest zunächst als Offset-Wert vorgegeben. Der jeweilige Offset wird also zumindest in einem ersten Schritt als Wert vorgegeben, wodurch auch bei ggf. fehlenden Informationen über einen auftretenden Fehler zumindest in einem ersten Schritt mit einem Drehmomentbereich gearbeitet werden kann. Besonders bevorzugt wird dieser vorgegebene Wert im Folgenden in Abhängigkeit von Faktoren angepasst, wobei diese Anpassung dabei insbesondere auf Basis einer Vorausberechnung eines Verzugs in einem Datenübertragungssystem, auf Basis einer Ermittlung eines Fahrwiderstandes, auf Basis einer Ermittlung von jeweiligen Verlusten mindestens einer dem Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine und/oder auf Basis einer Ermittlung einer Verzögerung des Kraftfahrzeuges vorgenommen wird. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise eine Ermittlung des Drehmomentbereichs erfolgen, indem zunächst mit einem vorgegebenen Wert gestartet wird, welcher im Anschluss daran mithilfe verschiedener, relevanter Faktoren angepasst wird.
Alternativ oder ergänzend dazu ist es denkbar, dass der Offset-Wert auf Basis von Ergebnissen vorhergehender Öffnungsvorgänge adaptiert wird. Dies hat den Vorteil, dass somit nicht von Öffnungsvorgang zu Öffnungsvorgang von neuem mit einem vorgegebenen Wert gestartet werden muss, sondern bereits mit einem Offset-Wert gestartet werden kann, bei dessen Ermittlung Erkenntnisse aus vorhergehenden Vorgängen zum Öffnen des jeweiligen Schaltelements eingeflossen sind.
Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird das kompensierende Drehmoment oszillierend innerhalb des Drehmomentbereichs eingestellt. Dadurch lässt sich eine geeignete, variable Einstellung des kompensierenden Drehmoments verwirklichen, in dem die unterschiedlichen Drehmomentwerte innerhalb des Drehmomentbereichs nach Art einer Kurve, insbesondere einer sinusförmigen Kurve, abgefahren werden.
Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass ein Gradient einer Lastveränderung des mindestens einen Aktuators ab einem Erreichen des Drehmomentbereichs im Vergleich zu abseits des Drehmomentbereichs liegenden Bereichen reduziert wird. In vorteilhafter Weise wird hierdurch der Drehmomentbereich langsamer durchfahren und damit sichergestellt, dass bei Übereinstimmung des kompensierenden Drehmoments mit dem tatsächlich wirksamen Drehmoment auch ein ausreichendes Zeitfenster für das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements zur Verfügung steht.
In Weiterbildung der Erfindung wird das kompensierende Drehmoment über eine Elektromaschine und/oder eine Getriebebremse eingestellt. Die Verwendung eines als Elektromaschine ausgeführten Aktuators hat dabei den Vorteil, dass über eine Elektromaschine in einem generatorischen Betrieb einerseits ein Bremsmoment sowie andererseits in einem elektromotorischen Betrieb ein Antriebsmoment eingeleitet werden kann, so dass auch ein negatives oder positives Drehmoment an dem zu öffnenden Schaltelement hervorrufbar ist. Als weiterer Vorteil kann über eine Elektromaschine eine sehr fein dosierte Drehmomenterzeugung stattfinden. Alternativ oder auch ergänzend zur einer Elektromaschine kann aber auch eine Getriebebremse als Aktuator verwendet werden, über die im geeigneten Moment ein Bremsmoment einspeisbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung wird das wirksame Drehmoment abgeschätzt. Hierdurch kann die Ermittlung des wirksamen Drehmoments zügig und mit niedrigem Rechenaufwand vorgenommen werden, wobei allerdings im Rahmen der Erfindung auch eine genauere, rechnerische Ermittlung des wirksamen Drehmoments auf Basis von verschiedenen Daten denkbar wäre.
Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Steuergerät, bei welchem es sich insbesondere um ein Getriebesteuergerät eines Getriebes handelt, welches insbesondere in Gruppenbauweise ausgeführt ist. Dabei ist das Steuergerät dazu eingerichtet, zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements eines Kraftfahrzeuggetriebes ein vor dem Öffnen an dem formschlüssigen Schaltelement wirksames Drehmoment zu bestimmen, wobei das Steuergerät ferner dazu ausgebildet ist, um das wirksame Drehmoment im Folgenden ein Drehmomentbereich zu legen, mindestens einen Aktuator anzusteuern und dabei über den mindestens einen Aktuator innerhalb des Drehmomentbereichs ein kompensierendes Drehmoment variabel einzustellen. Des Weiteren ist das Steuergerät dazu eingerichtet, im Zuge der variablen Einstellung des kompensierenden Drehmoments das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements einzuleiten. Im Weiteren ist das Steuergerät ferner bevorzugt dazu eingerichtet, ein Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Varianten durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches, wenn es auf einem Prozessor, beispielsweise einem Prozessor eines vorgenannten Steuergeräts 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.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges;
2 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus 1; und
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements des Kraftfahrzeuggetriebes aus 2.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 eines Hybridfahrzeuges, bei welchem es sich insbesondere um ein Nutzfahrzeug handelt. Dabei ist in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 eine Brennkraftmaschine 2 über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 3 mit einem Kraftfahrzeuggetriebe 4 verbunden. Dem Kraftfahrzeuggetriebe 4 ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe 5 nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder 6 und 7 einer Antriebsachse des Hybridfahrzeuges verteilt wird.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 4 und der Torsionsschwingungsdämpfer 3 sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse des Getriebes 4 angeordnet, in welches dann auch das Differentialgetriebe 5 integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Brennkraftmaschine 2, der Torsionsschwingungsdämpfer 3, das Getriebe 4 und auch das Differentialgetriebe 5 in Fahrtrichtung des Hybridfahrzeuges ausgerichtet.
Aus 2 geht eine schematische Ansicht des Kraftfahrzeuggetriebes 4 hervor, welches in Gruppenbauweise ausgeführt ist und sich aus einer Splitgruppe 8, einer Hauptgruppe 9 und einer Bereichsgruppe 10 zusammensetzt. Dabei kann eine an einer Antriebswelle 11 des Kraftfahrzeuggetriebes 4 eingeleitete Antriebsbewegung über die Splitgruppe 8, die Hauptgruppe 9 und die Bereichsgruppe 10 zu einer Abtriebswelle 12 des Getriebes 1 übersetzt werden. Die Antriebswelle 11 ist innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 aus 1 über den zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 3 mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden und kann über eine zwischenliegende Trennkupplung 13 mit einer koaxial liegenden Eingangswelle 14 drehfest in Verbindung gebracht werden, welche zum einen über eine Stirnradstufe 15 der Splitgruppe 8 sowie zum anderen über eine Stirnradstufe 16 der Splitgruppe 8 jeweils mit zwei achsparallel platzierten Vorgelegewellen 17 und 18 verbindbar ist.
Die Stirnradstufen 15 und 16 der Splitgruppe 8 weisen jeweils je ein Losrad 19 bzw. 20 auf, welches gleichzeitig mit jeweils sowohl einem drehfest auf der Vorgelegewelle 17 platzierten Festrad 21 bzw. 22, als auch mit einem drehfest auf der Vorgelegewelle 18 vorgesehenen Festrad 23 bzw. 24 im Zahneingriff steht. Insofern liegen das Losrad 20 und die beiden Festräder 21 und 23 axial in einer ersten Radebene I, während das Losrad 20 und die beiden Festräder 22 und 24 axial in einer zweiten Radebene II angeordnet sind, die axial benachbart zu der ersten Radebene I vorgesehen ist.
Das drehbar auf der Eingangswelle 14 gelagerte Losrad 21 kann über ein Schaltelement SE1 drehfest an der Eingangswelle 14 festgesetzt werden, um in der Folge eine Kraftflussführung von der Eingangswelle 14 über die Stirnradstufe 15 auf die beiden Vorgelegewellen 17 und 18 zu verwirklichen. Das Schaltelement SE1 ist dabei mit einem Schaltelement SE2 zu einer Schalteinrichtung SR1 zusammengefasst, wobei über das Schaltelement SE2 bei dessen Betätigung eine drehfeste Verbindung des Losrades 20 mit der Eingangswelle 14 herbeigeführt wird, so dass die Eingangswelle 14 über die Stirnradstufe 16 mit den beiden Vorgelegewellen 17 und 18 gekoppelt ist. Die beiden Schaltelemente SE1 und SE2 sind im vorliegenden Fall als formschlüssige Schaltelemente in Form von Sperrsynchronisationen ausgeführt, wobei über ein gemeinsames Betätigungselement der Schalteinrichtung SR1 aus einer Neutralstellung heraus entweder eine Betätigung des Schaltelements SE1 oder des Schaltelements SE2 herbeigeführt werden kann.
Die Stirnradstufe 16 kann ferner dazu herangezogen werden, die beiden Vorgelegewellen 17 und 18 mit einer Ausgangswelle 25 in Verbindung zu bringen, wobei die Ausgangswelle 25 hierbei koaxial zu der Antriebswelle 11, der Eingangswelle 14 und auch der Abtriebswelle 12 platziert ist. Die Koppelung der Vorgelegewellen 17 und 18 mit der Ausgangswelle 25 über die Stirnradstufe 16 kann realisiert werden, indem das drehbar auf der Eingangswelle 14 und der Ausgangswelle 25 gelagerte Losrad 20 über ein Schaltelement SE3 drehfest mit der Ausgangswelle 25 verbunden wird. Insofern hat die Stirnradstufe 16 eine Doppelfunktion und ist sowohl der Splitgruppe 8 als auch der Hauptgruppe 9 zugeordnet.
Wie in 1 zu erkennen ist, umfasst die Hauptgruppe 9 zudem noch weitere Stirnradstufen 26, 27 und 28, über welche jeweils eine Koppelung der Vorgelegewellen 17 und 18 mit der Ausgangswelle 25 herbeigeführt werden kann. Dabei setzt sich die Stirnradstufe 26 aus einem drehbar auf der Ausgangswelle 25 gelagerten Losrad 29 und zwei hiermit ständig im Zahneingriff stehenden Festrädern 30 und 31 zusammen, von denen das Festrad 30 drehfest auf der Vorgelegewelle 17 und das Festrad 31 drehfest auf der Vorgelegewelle 18 platziert ist. Das Losrad 29 und die beiden Festräder 30 und 31 sind dabei axial in einer Radebene III angeordnet, die benachbart zu der Radebene II vorgesehen ist. Eine Kraftflussführung von den Vorgelegewellen 17 und 18 auf die Ausgangswelle 25 über die Stirnradstufe 26 wird dabei durch Festsetzen des Losrades 29 an der Ausgangswelle 25 über ein Schaltelement SE4 bewirkt, wobei das Schaltelement SE4 mit dem Schaltelement SE3 zu einer Schalteinrichtung SR2 zusammengefasst ist. Bei der Schalteinrichtung SR2 kann über ein gemeinsames Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits eine Betätigung des Schaltelements SE3 sowie andererseits des Schaltelements SE4 hervorgerufen werden.
Auch die beiden Stirnradstufen 27 und 28 umfassen jeweils je ein Losrad 32 bzw. 33 sowie je zwei Festräder 34 und 35 bzw. 36 und 37, wobei die Losräder 32 und 33 der Stirnradstufen 27 und 28 jeweils drehbar auf der Ausgangswelle 25 gelagert sind, während die Festräder 34 und 36 drehfest auf der Vorgelegewelle 17 und die Festräder 35 und 37 drehfest auf der Vorgelegewelle 18 platziert sind. Bei der Stirnradstufe 27 steht das Losrad 32 dabei permanent mit den beiden Festräder 34 und 35 im Zahneingriff, wohingegen bei der Stirnradstufe 28 zusätzlich Zwischenräder 38 und 39 vorgesehen sind, von denen das Zwischenrad 38 gleichzeitig mit dem Losrad 33 und dem Festrad 36 kämmt und das Zwischenrad 39 gleichzeitig mit dem Losrad 33 und dem Festrad 37 im Zahneingriff steht. Durch den hierdurch zusätzlichen Zahneingriff wird dementsprechend im Vergleich zu den Stirnradstufen 16, 26 und 27 eine entgegengesetzte Drehrichtung bei einer Kraftflussführung von den Vorgelegewellen 17 und 18 auf die Ausgangswelle 25 hervorgerufen.
Das Losrad 32 kann über ein Schaltelement SE5 an der Ausgangswelle 25 festgesetzt werden, wobei das Schaltelement SE5 mit einem Schaltelement SE6 zu einer Schalteinrichtung SR3 zusammengefasst ist, über deren Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus entweder eine Betätigung des Schaltelements SE5 oder des Schaltelements SE6 herbeigeführt werden kann. Das Schaltelement SE6 sorgt dabei bei Betätigung für ein Festsetzen des Losrades 33 an der Ausgangswelle 25. Das Losrad 32 und die Festräder 34 und 35 sind axial in einer Radebene IV angeordnet, die auf die Radebene III folgt. Wiederum axial benachbart zu der Radebene IV folgt die Radebene V, in welcher das Losrad 33, die Festräder 36 und 37 sowie die Zwischenräder 38 und 39 axial liegen.
Die Schaltelemente SE3, SE4, SE5 und SE6 sind im vorliegenden Fall als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei die Schaltelemente SE3, SE4, SE5 und SE6 dabei konkret als unsynchronisierte Klauenschaltelemente vorliegen.
Die Bereichsgruppe 10 umfasst eine Planetenstufe 40, über welche die Ausgangswelle 25 mit zwei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen mit der koaxialen Abtriebswelle 12 des Kraftfahrzeuggetriebes 4 gekoppelt werden kann. Dabei setzt sich die Planetenstufe 40 aus einem Sonnenrad 41, einem Planetensteg 42 und einem Hohlrad 43 zusammen, wobei der Planetensteg 42 mehrere Planetenräder 44 drehbar gelagert führt, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad 41, als auch dem Hohlrad 43 im Zahneingriff stehen. Das Sonnenrad 41 ist drehfest auf der Ausgangswelle 25 angeordnet, während der Planetensteg 42 ständig drehfest mit der Abtriebswelle 12 in Verbindung steht. Zur Darstellung der beiden Übersetzungsverhältnisse kann das Hohlrad 43 einerseits über ein Schaltelement SE7 an einem Getriebegehäuse 45 des Kraftfahrzeuggetriebes 4 festgesetzt sowie andererseits über ein Schaltelement SE8 drehfest mit dem Planetensteg 42 verbunden werden. Letzteres hat dabei ein Verblocken der Planetenstufe 40 und damit einen starren Durchtrieb von der Ausgangswelle 25 auf die Abtriebswelle 12 zur Folge.
Vorliegend sind die beiden Schaltelemente SE7 und SE8 als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen konkret als Sperrsynchronisationen vor. Zudem sind die Schaltelemente SE7 und SE8 zu einer Schalteinrichtung SR4 zusammengefasst, über deren Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits eine Betätigung des Schaltelements SE7 sowie andererseits eine Betätigung des Schaltelements SE8 herbeigeführt werden kann.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 4 weist ferner eine Elektromaschine 46 auf, die koaxial zu der Eingangswelle 14 angeordnet ist und zum einen als Elektromotor sowie zum anderen als Generator betrieben werden kann. Die Elektromaschine 46 ist dabei an der Eingangswelle 14 eingebunden und kann im elektromotorischen Betrieb gezielt ein Antriebsmoment einspeisen sowie im generatorischen Betrieb ein Bremsmoment in die Eingangswelle 14 einleiten.
In dem Kraftfahrzeuggetriebe 4 wird ein jeweiliger Gang durch Einbindung einer der Stirnradstufen 15 und 16 der Splitgruppe 8, einer der Stirnradstufen 16, 26, 27 und 28 der Hauptgruppe 9 in den Kraftfluss sowie durch entweder Betätigen des Schaltelements SE7 des Schaltelements SE8 geschaltet, wobei Gangwechsel durch Öffnen eines oder mehrere der Schaltelemente SE1 bis SE8 und nachfolgend dazu durch Schließen eines oder mehrerer anderer der Schaltelemente SE1 bis SE8 vollzogen werden. Ein Öffnen und ein Schließen der einzelnen Schaltelemente SE1 bis SE8 über - vorliegend nicht weiter dargestellte - Stellaktuatoren wird vorliegend über ein Steuergerät 47 in Form eines Getriebesteuergeräts automatisch vorgenommen, so dass das Kraftfahrzeuggetriebe 4 vorliegend als automatisiertes Kraftfahrzeuggetriebe gestaltet ist.
Um ein Auslegen eines aktuell im Kraftfahrzeuggetriebe 1 geschalteten Ganges möglichst zügig und komfortabel gestalten zu können, sollte das einzelne, zu öffnende Schaltelement möglichst lastfrei sein, d.h. im Zuge des Öffnens kein Drehmoment übertragen. Zu diesem Zweck wird im Zuge eines Gangwechsels ein Drehmoment der Brennkraftmaschine 2 reduziert und zudem die Trennkupplung 7 geöffnet, um die Eingangswelle 14 von der Brennkraftmaschine 2 zu trennen. Aufgrund von Trägheitsmomenten und auch Verlustmomenten kann es aber dennoch dazu kommen, dass das jeweils auszulegende Schaltelement nicht oder zumindest nicht vollständig lastfrei ist, was das Öffnen erschwert. Aus diesem Grund wird ein Öffnen des einzelnen Schaltelements nach einem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt, welches im Folgenden unter Zuhilfenahme des in 3 dargestellten Ablaufdiagramms beschrieben werden soll:

Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit der Anforderung eines Gangwechsels, im Zuge dessen mindestens eines der Schaltelemente SE1 bis SE8 zu öffnen ist. Mit Vorliegen dieser Anforderung ermittelt das Steuergerät 47 in einem ersten Schritt S1 ein an dem jeweils zu öffnenden Schaltelement wirksames Drehmoment T_Wirk, wobei dieses dabei im Rahmen einer Abschätzung ermittelt wird. In einem hierauf folgenden Schritt S2 werden basierend auf einer Fehlerabschätzung bei dem ermittelten, wirksamen Drehmoment T_Wirk ein positiver Offset +ΔT und ein negativer Offset -ΔT bestimmt. Aus diesen beiden Offsets +ΔT und -ΔT wird in einem Schritt S3 ein Drehmomentbereich zwischen einer oberen Drehmomentgrenze T_Grenz,o und einer unteren Drehmomentgrenze T_Grent,u ermittelt. Dabei werden zusätzlich Faktoren zur Anpassung miteinbezogen, wobei es sich bei diesen Faktoren dabei um einen Verzug in einem Datenübertragungssystem, einen Fahrwiderstand, Verluste der Brennkraftmaschine 2 und/oder eine Verzögerung des Kraftfahrzeuges handeln kann.

Im Anschluss daran nimmt das Steuergerät 47 in einem Schritt S4 eine Ansteuerung der Elektromaschine 46 vor, um über die Elektromaschine 46 ein kompensierendes Drehmoment T_komp einzustellen. Hierbei wird dieses kompensierende Drehmoment oszillierend zwischen der oberen Drehmomentgrenze T_Grenz,o und der unteren Drehmomentgrenze T_Grent,u verstellt, wobei ab einem Erreichen des zwischen der oberen Drehmomentgrenze T_Grenz,o und der unteren Drehmomentgrenze T_Grent,u liegenden Drehmomentbereichs ein Gradient einer Lastveränderung der Elektromaschine 46 im Vergleich zu einem abseits des Drehmomentbereichs liegenden Bereich reduziert wird. Gemeinsam mit Schritt S4 wird zudem in einem Schritt S5 ein Öffnen des jeweiligen Schaltelements eingeleitet, so dass es ab Einstellung eines dem tatsächlichen Drehmoment am Schaltelement entsprechenden, kompensierenden Drehmoment T_komp zu einem Öffnen des Schaltelements kommt.
Mittels des erfindungsgemäßen Vorgehens kann ein Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements auf zuverlässige Art und Weise gestaltet werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeugantriebsstrang
2: Brennkraftmaschine
3: Torsionsschwingungsdämpfer
4: Kraftfahrzeuggetriebe
5: Differentialgetriebe
6: Antriebsrad
7: Antriebsrad
8: Splitgruppe
9: Hauptgruppe
10: Bereichsgruppe
11: Antriebswelle
12: Abtriebswelle
13: Trennkupplung
14: Eingangswelle
15: Stirnradstufe
16: Stirnradstufe
17: Vorgelegewelle
18: Vorgelegewelle
19: Losrad
20: Losrad
21: Festrad
22: Festrad
23: Festrad
24: Festrad
25: Ausgangswelle
26: Stirnradstufe
27: Stirnradstufe
28: Stirnradstufe
29: Losrad
30: Festrad
31: Festrad
32: Losrad
33: Losrad
34: Festrad
35: Festrad
36: Festrad
37: Festrad
38: Zwischenrad
39: Zwischenrad
40: Planetenstufe
41: Sonnenrad
42: Planetensteg
43: Hohlrad
44: Planetenrad
45: Getriebegehäuse
46: Elektromaschine
47: Steuergerät
SE1: Schaltelement
SE2: Schaltelement
SE3: Schaltelement
SE4: Schaltelement
SE5: Schaltelement
SE6: Schaltelement
SE7: Schaltelement
SE8: Schaltelement
SR1: Schalteinrichtung
SR2: Schalteinrichtung
SR3: Schalteinrichtung
SR4: Schalteinrichtung
I bis V: Radebenen
TWirk: wirksames Drehmoment
+ΔT: Offset
-ΔT: Offset
TGrenz,o: obere Drehmomentgrenze
TGrent,u: untere Drehmomentgrenze
Tkomp: kompensierendes Drehmoment

Claims

Verfahren zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements (SE1; SE2; SE3; SE4; SE5; SE6; SE7; SE8) eines Kraftfahrzeuggetriebes (4), wobei ein Drehmoment ermittelt wird, wobei vor dem Öffnen als Drehmoment ein an dem formschlüssigen Schaltelement (SE1; SE2; SE3; SE4; SE5; SE6; SE7; SE8) wirksames Drehmoment (T_Wirk) bestimmt wird, wobei um das wirksame Drehmoment (T_Wirk) im Folgenden ein Drehmomentbereich gelegt wird, innerhalb dessen ein kompensierendes Drehmoment (T_komp) durch mindestens einen Aktuator variabel eingestellt wird, wobei der Drehmomentbereich anhand einer Bestimmung eines Fehlers, welcher bei der Bestimmung des wirksamen Drehmoments (T_Wirk) aufgetreten ist, ermittelt wird, und wobei parallel zu der variablen Einstellung des kompensierenden Drehmoments (T_komp) das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements (SE1; SE2; SE3; SE4; SE5; SE6; SE7; SE8) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentbereich durch Hinzufügen eines positiven (+ΔT) und/oder eines negativen Offsets (-ΔT) zu dem bestimmten, wirksamen Drehmoment (T_Wirk) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Offset (+AT, -ΔT) zumindest zunächst als Offset-Wert vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Offset (+ΔT, -ΔT) im Folgenden in Abhängigkeit von Faktoren angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung auf Basis einer Vorausberechnung eines Verzugs in einem Datenübertragungssystem, auf Basis einer Ermittlung eines Fahrwiderstandes, auf Basis einer Ermittlung von jeweiligen Verlusten mindestens einer dem Kraftfahrzeuggetriebe (4) vorgeschalteten Antriebsmaschine und/oder auf Basis einer Ermittlung einer Verzögerung des Kraftfahrzeuges vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset-Wert auf Basis von Ergebnissen vorhergehender Öffnungsvorgänge adaptiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kompensierende Drehmoment (T_komp) oszillierend innerhalb des Drehmomentbereichs eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gradient einer Lastveränderung des mindestens einen Aktuators ab einem Erreichen des Drehmomentbereichs im Vergleich zu abseits des Drehmomentbereichs liegenden Bereichen reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kompensierende Drehmoment (T_komp) über eine Elektromaschine (46) und/oder eine Getriebebremse eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bestimmte, wirksame Drehmoment (T_Wirk) abgeschätzt wird.
Steuergerät (47), welches dazu eingerichtet ist, zum Öffnen eines formschlüssigen Schaltelements (SE1; SE2; SE3; SE4; SE5; SE6; SE7; SE8) eines Kraftfahrzeuggetriebes (4) ein vor dem Öffnen an dem formschlüssigen Schaltelement (SE1; SE2; SE3; SE4; SE5; SE6; SE7; SE8) wirksames Drehmoment (T_Wirk) zu bestimmen, wobei das Steuergerät (47) ferner dazu ausgebildet ist, um das wirksame Drehmoment (T_Wirk) im Folgenden ein Drehmomentbereich zu legen, mindestens einen Aktuator anzusteuern und dabei über den mindestens einen Aktuator innerhalb des Drehmomentbereichs ein kompensierendes Drehmoment (T_komp) variabel einzustellen, wobei das Steuergerät (47) ferner dazu eingerichtet ist, den Drehmomentbereich anhand einer Bestimmung eines Fehlers, welcher bei der Bestimmung des wirksamen Drehmoments (T_Wirk) aufgetreten ist, zu ermitteln, und wobei das Steuergerät (47) dazu eingerichtet ist, im Zuge der variablen Einstellung des kompensierenden Drehmoments (T_komp) das Öffnen des formschlüssigen Schaltelements (SE1; SE2; SE3; SE4; SE5; SE6; SE7; SE8) einzuleiten.
Steuergerät (47) nach Anspruch 11, welches ferner dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt für ein Steuergerät (47) nach Anspruch 11 oder 12, durch welches ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 durchführbar ist, wobei eine Routine zum Öffnen des formschlüssigen Schaltelements (SE1; SE2; SE3; SE4; SE5; SE6; SE7; SE8) durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist.
Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13.