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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Schaltvorgangs in einem automatisierten Schaltgetriebe. 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 und ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe.
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Bei Nutzfahrzeugen werden Stellsysteme häufig als pneumatische Systeme ausgeführt. Dabei findet bei einem pneumatischen Stellsystem im Antriebsstrang des jeweiligen Nutzfahrzeuges eine Versorgung unterschiedlicher Komponenten mit einem Arbeitsmedium in Form von Druckluft statt, um im Bereich der jeweiligen Komponente Stellaufgaben ausführen zu können. Häufig handelt es sich bei den zu versorgenden Komponenten unter anderem um ein automatisiertes Schaltgetriebe. Um in einem automatisierten Schaltgetriebe einen Schaltvorgang von einem Ist-Gang des Getriebes in einen Ziel-Gang des Getriebes auszuführen, werden Ventile der an der Schaltungsausführung beteiligten Druckmittelzylinder angesteuert, um einen Kolben des jeweiligen an der Schaltungsausführung beteiligten Druckmittelzylinders von einer Ist-Position in eine Ziel-Position zu verlagern.
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Bekannte Verfahren zur Regelung der Schaltdrücke in einem automatisierten Schaltgetriebe setzen auf eine zentrale Regelung eines Drucks in einem Getriebestellerraum des automatisierten Schaltgetriebes. Da der Druck im Getriebestellerraum jedoch nicht dem Druck in einem an der Schaltungsausführung beteiligten Druckmittelzylinder entspricht, kann ein gewünschter Schaltdruck und damit eine gewünschte Schaltkraft nicht immer sicher eingestellt werden. So kann es beispielsweise vorkommen, dass ein gewünschter Schaltdruck im Druckmittelzylinder nicht erreicht wird, obwohl in dem Getriebestellerraum der gewünschte Soll-Druck bereits vorherrscht. In diesem Fall wird eine Druckregelung beendet, obwohl ein Kolben des Druckmittelzylinders eine gewünschte Ziel-Position noch nicht erreicht hat.
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Weist das automatisierte Schaltgetriebe mehrere Teilgetriebe auf, welche bei einem Schaltvorgang betätigt werden, dann können die einzelnen Druckmittelzylinder nur mit dem im Getriebestellerraum geregelten Druck beaufschlagt werden. Um bei der Schaltungsausführung zu hohe Schaltkräfte und dadurch eine Beschädigungsgefahr der Schaltelemente, wie Synchronisierungen der Schaltelemente, eines Teilgetriebes zu vermeiden, ist hierbei vorgesehen, dass als maximaler Soll-Druck im Getriebestellerraum der Druck des Teilgetriebes eingeregelt wird, der das niedrigste Druckniveau aufweist. Dies wiederum führt zu einer verlangsamten Schaltdynamik.
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Ein Verfahren zur Einstellung eines Schaltdrucks in einem pneumatischen Schaltsystem eines Getriebes ist aus der
DE 10 2019 218 522 A1 bekannt.
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Die
DE 10 2005 012 259 A1 offenbart eine Einrichtung zur Druckmessung für eine hydraulische oder pneumatische Stelleinrichtung in einem Automatgetriebe oder einem automatisierten Getriebe.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Durchführung eines Schaltvorgangs in einem automatisierten Schaltgetriebe zu schaffen. Zudem sollen ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist und ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens auf dem Steuergerät sowie ein automatisiertes Schaltgetriebe und ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe angegeben werden.
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Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung dieser Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Ein Steuergerät, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, geht ferner aus einem Nebenanspruch hervor. Schließlich sind ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens auf einem solchen Steuergerät sowie ein automatisiertes Schaltgetriebe mit einem solchen Steuergerät und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen automatisierten Schaltgetriebe Gegenstand weiterer Nebenansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Durchführung eines Schaltvorgangs in einem automatisierten Schaltgetriebe vorgeschlagen. Das automatisierte Schaltgetriebe umfasst ein Schaltsystem, welches mehrere Druckmittelzylinder und Ventile zur Versorgung der Druckmittelzylinder mit Druckmittel aufweist. Das automatisierte Schaltgetriebe kann vorzugsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet sein. Ein automatisiertes Schaltgetriebe bezeichnet 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 als Getriebe in Gruppenbauweise realisiert sein und sich aus mehreren Getriebegruppen zusammensetzen. Die Getriebegruppen können bevorzugt als Hauptgruppe und/oder Bereichsgruppe und/oder Vorschaltgruppe ausgebildet sein. Die einzelne Getriebegruppe ist dabei insbesondere als Stufengetriebe ausgeführt, bei welchem unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse durch unterschiedliche Kraftflussführungen über Übersetzungsstufen der jeweiligen Getriebegruppe dargestellt werden können. Die Übersetzungsstufen liegen dabei bevorzugt als Stirnradstufen oder auch als Planetenstufen vor. Ein Schaltvorgang in der einzelnen Getriebegruppe wird dabei durch Betätigung von Schaltelementen verwirklicht, die hierbei als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein können. Die Schaltelemente können synchronisiert oder unsynchronisiert ausgebildet sein. Die Schaltelemente werden wiederum durch die jeweiligen Druckmittelzylinder des Schaltsystems betätigt.
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Bei einem Schaltvorgang von einem Ist-Gang in einen Ziel-Gang des automatisierten Schaltgetriebes werden Druckkammern von den an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylindern mit Druckmittel beaufschlagt. Dadurch wird ein Kolben des jeweiligen Druckmittelzylinders von einer Ist-Position in eine Ziel-Position verlagert, um den aktuellen Ist-Gang auszulegen und den Ziel-Gang im Getriebe einzulegen. Der Ziel-Gang wird vorzugsweise abhängig von einem Fahrerwunsch bestimmt. Das Druckmittel kann als pneumatisches oder hydraulisches Druckmittel ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist das Druckmittel als pneumatisches Druckmittel, insbesondere als Druckluft ausgebildet.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ermittelt wird, welche Druckmittelzylinder des Schaltsystems an dem auszuführenden Schaltvorgang beteiligt sind. So wird beispielsweise nur ein Druckmittelzylinder für den auszuführenden Schaltvorgang benötigt, wenn im Rahmen des Schaltvorgangs nur ein Schaltelement einer Getriebegruppe betätigt werden muss. Umfasst der Schaltvorgang zum Einlegen des Ziel-Gangs hingegen die Betätigung mehrerer Getriebegruppen eines Gruppengetriebes, dann werden zur Durchführung des Schaltvorgangs auch mehrere der Druckmittelzylinder des Schaltsystems betätigt.
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Zu Beginn des auszuführenden Schaltvorgangs wird ein Soll-Druck in den Druckkammern der an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder ermittelt. Der Soll-Druck in den Druckkammern der Druckmittelzylinder kann abhängig vom Ziel-Gang und abhängig von einer gewünschten Schaltdynamik ermittelt werden. Die Schaltdynamik kann beispielsweise eine Schaltkraft, eine Schaltzeit und eine Auftreffgeschwindigkeit auf Synchronisierungen der Schaltelemente berücksichtigen und wird typischerweise von einem Getriebesteuergerät automatisch vorgegeben.
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Schließlich wird ein Ist-Druck in den Druckkammern der an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder während der Durchführung des Schaltvorgangs mit einem für jeden Druckmittelzylinder eigens vorgesehenen Druckregler geregelt. Jedem Druckmittelzylinder ist somit ein eigener Druckregler zugeordnet. Die Druckregler der Druckmittelzylinder können daher als dezentrale Druckregler bezeichnet werden. Durch jeden dieser dezentralen Druckregler kann der gewünschte Schaltdruck im Druckmittelzylinder für das an dem Schaltvorgang beteiligte Teilgetriebe bedarfsgerecht geregelt werden. Sobald der gewünschte Schaltdruck im Druckmittelzylinder erreicht ist, kann die Druckzufuhr zum Druckmittelzylinder beendet werden. Dadurch kann für jeden an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder unter Einhaltung maximal zulässiger Schaltkräfte, die gewünschte Schaltdynamik erreicht werden. Durch die dezentrale Druckregelung kann auch eine Belastung der Schaltelemente des automatisierten Schaltgetriebes zu einer Getriebelaufzeit optimiert und somit die Lebensdauer des Schaltgetriebes erhöht werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder dezentrale Druckregler abhängig von einer Differenz zwischen dem Soll-Druck und dem Ist-Druck in der jeweiligen Druckkammer des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders einen Soll-Massenstrom für die jeweilige Druckkammer des Druckmittelzylinders ausgibt. Abhängig von dem Soll-Massenstrom kann schließlich eine Ansteuerfrequenz als Stellgröße für die dem jeweiligen Druckmittelzylinder zugeordneten Ventile bestimmt werden. Die Ventile können beispielsweise als 3/2-Wegeventile ausgebildet sein. Bei Ansteuerung des jeweiligen Ventils mit der ermittelten Ansteuerfrequenz wird der Kolben des jeweiligen Druckmittelzylinder durch Druckbeaufschlagung schließlich in seine Ziel-Position überführt.
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Die an einem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder werden mit Druckmittel aus einem Druckstellerraum des Schaltsystems versorgt. Die Druckmittelzylinder sind hierzu über Ventile mit dem Druckstellerraum des Schaltsystems verbunden. Zur Durchführung eines Schaltvorgangs ist dann vorgesehen, dass abhängig von den an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylindern ein Soll-Druck für den Druckstellerraum des Schaltsystems ermittelt und eingestellt wird. Zur Einstellung des Soll-Drucks in dem Druckstellerraum kann dieser über zumindest ein Ventil mit einem Druckspeicher des Schaltsystems verbunden werden. Vorzugsweise sind zwei Ventile parallel zueinander angeordnet, um eine Verbindung zwischen dem Druckspeicher und dem Druckstellerraum des Schaltsystems herzustellen. Diese Ventile können beispielsweise als 2/2-Wegeventile ausgebildet sein und als Hauptabschaltventile bezeichnet werden.
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Der Soll-Druck im Druckstellerraum kann abhängig vom Ziel-Gang und abhängig von einer gewünschten Schaltdynamik ermittelt werden. Die Schaltdynamik kann beispielsweise eine Schaltkraft, eine Schaltzeit und eine Auftreffgeschwindigkeit auf Synchronisierungen von Schaltelementen berücksichtigen und wird typischerweise von einem Getriebesteuergerät automatisch vorgegeben. Der Soll-Druck im Druckstellerraum wird dabei so gewählt, dass alle an dem Schaltvorgang beteiligten Teilgetriebe, die für den Schaltvorgang gewünschten Schaltdrücke erreichen können, dass also in allen Druckkammern der an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder der gewünschte Soll-Druck einstellbar ist.
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Ein Ist-Druck in dem Druckstellerraum des Schaltsystems wird während der Durchführung des Schaltvorgangs mit einem Druckregler auf den ermittelten Soll-Druck geregelt. Da der Druckstellerraum zur Druckversorgung der vorhandenen Druckmittelzylinder des Schaltsystems dient, kann der Druckregler, mit welchem der Druck in dem Druckstellerraum geregelt wird, auch als zentraler Druckregler bezeichnet werden.
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Der zentrale Druckregler des Druckstellerraums gibt vorzugsweise abhängig von einer Differenz zwischen dem Soll-Druck und dem Ist-Druck einen Soll-Massenstrom für den Druckstellerraum aus. Abhängig von dem Soll-Massenstrom kann schließlich eine Ansteuerfrequenz als Stellgröße für das zumindest eine zwischen dem Druckstellerraum und dem Druckspeicher angeordnete Ventil bestimmt werden. Durch Ansteuerung des Ventils oder der Ventile wird der Soll-Druck in dem Druckstellerraum des Schaltsystems eingestellt.
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Es ist vorgesehen, dass eine Kolbenposition des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders zu jedem Abtastzeitpunkt einer steuerungsseitigen Abtastrate gemessen wird. Die Kolbenposition kann beispielsweise mit einem Positionssensor des jeweiligen Druckmittelzylinders messtechnisch erfasst werden. Abhängig von der gemessenen Kolbenposition und des ermittelten Ist-Drucks im Druckstellerraum des Schaltsystems werden die Ist-Drücke in den Druckkammern der jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder in jedem Abtastzeitpunkt der steuerungsseitigen Abtastrate ermittelt. Somit können die Ist-Drücke in den Druckkammern der jeweiligen Druckmittelzylinder ohne den jeweiligen Druckmittelzylindern zugeordneten Drucksensoren ermittelt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Das Steuergerät umfasst hierzu 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 ist vorzugsweise als Getriebesteuergerät ausgebildet. 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.
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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.
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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 Schaltgetriebes;
- 2 eine schematische Darstellung eines pneumatischen Schaltsystems eines automatisierten Schaltgetriebes; und
- 3 ein Blockschaltbild einer Regelungsstruktur zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung.
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Das in 1 dargestellte automatisiertes Schaltgetriebe ist als Gruppengetriebe 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.
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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.
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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 einer 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.
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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.
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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 mehrerer Druckmittelzylinder betätigt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines Schaltvorgangs kann bei einem Verstellen einer Schaltkupplung des Gruppengetriebes zur Anwendung kommen. 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 das Hauptgetriebe HG des Gruppengetriebes, einen Druckmittelzylinder 10 für die Vorschaltgruppe VG des Gruppengetriebes und einen Druckmittelzylinder 12 für die Bereichsgruppe BG des Gruppengetriebes.
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Jeder Druckmittelzylinder 10, 11, 12 verfügt über einen in einem Zylindergehäuse angeordneten Kolben 13, 14, 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 kann auch als Getriebestellerraum bezeichnet werden. 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.
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Die Kolben 13, 14, 15 der Druckmittelzylinder 10, 11, 12 der einzelnen Teilgetriebe VG, HG, BG können über Ansteuerung der Ventile 23 zwischen zwei Schaltpositionen verlagert werden, indem den Druckkammern der Druckmittelzylinder 10, 11, 12 Druckmittel zugeführt bzw. aus den Druckkammern Druckmittel abgeführt wird. Abhängig hiervon bildet sich dann in den Druckkammern der Druckmittelzylinder 10, 11, 12 ein entsprechender Druck p21 bzw. p22 aus.
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Der Druckstellerraum 16 kann ausgehend von einem Druckspeicher 24, der auch als Druckkessel bezeichnet wird, mit Druckluft versorgt werden. Vom Druckspeicher 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 Druckspeicher 24 in den Druckstellerraum 16 zu fördern. Die zwischen den Druckspeicher 24 und den Druckstellerraum 16 geschalteten Schaltventile 27 werden auch als Hauptabschaltventile bezeichnet.
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Im Druckstellerraum 16 ist ein Drucksensor 28 verbaut, mithilfe dessen der Druck p1 im Druckstellerraum 16 messtechnisch erfasst werden kann. Der Druck p1 im Druckstellerraum 16 wird als Schaltdruck bezeichnet. Ein im Druckspeicher 24 herrschender Druck wird als Systemdruck bezeichnet.
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Ein mithilfe des Drucksensors 28 messtechnisch erfasster Ist-Schaltdruck p1 im Druckstellerraum 16 kann mit einem gewünschten Soll-Schaltdruck verglichen werden, um abhängig von einer Abweichung zwischen dem Ist-Schaltdruck p1 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.
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Weitere Details der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild der 3 beschrieben, wobei 3 eine vorteilhafte Regelungsstruktur zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ermittelt wird, welche Druckmittelzylinder 10, 11, 12 des Schaltsystems an dem auszuführenden Schaltvorgang beteiligt sind. So werden beispielsweise bei einem Schaltvorgang von dem sechsten Gang in den siebten Gang des automatisierten Schaltgetriebes alle drei Teilgetriebe VG, HG, BG des Gruppengetriebes betätigt. Es werden somit alle drei Druckmittelzylinder 10, 11, 12 des Schaltsystems mit Druckmittel beaufschlagt.
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Zu Beginn des auszuführenden Schaltvorgangs wird ein Soll-Druck p2id in den Druckkammern der an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder 10, 11, 12 ermittelt. Der Soll-Druck p2id in den Druckkammern der Druckmittelzylinder 10, 11, 12 wird in Abhängigkeit des Ziel-Gangs und der gewünschten Schaltdynamik ermittelt. Die Schaltdynamik wird von einem Getriebesteuergerät automatisch vorgegeben.
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Schließlich wird ein Ist-Druck p2i in den Druckkammern der an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder 10, 11, 12 während der Durchführung des Schaltvorgangs mit einem für jeden Druckmittelzylinder 10, 11, 12 eigens vorgesehenen Druckregler 31, 32, 33 geregelt. Dem Druckmittelzylinder 10 der Vorschaltgruppe VG ist der Druckregler 31, dem Druckmittelzylinder 11 des Hauptgetriebes HG ist der Druckregler 32 und dem Druckmittelzylinder 12 der Bereichsgruppe BG ist der Druckregler 33 zugeordnet. Durch jeden dieser dezentralen Druckregler 31, 32, 33 kann der gewünschte Soll-Druck p2id im jeweiligen Druckmittelzylinder 10, 11, 12 für das an dem Schaltvorgang beteiligte Teilgetriebe VG, HG, BG bedarfsgerecht geregelt werden. Sobald der gewünschte Soll-Druck p2id im Druckmittelzylinder 10, 11, 12 erreicht ist, kann die Druckzufuhr zum Druckmittelzylinder 10, 11, 12 beendet werden. Dadurch kann für jeden an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder 10, 11, 12 unter Einhaltung maximal zulässiger Schaltkräfte, die gewünschte Schaltdynamik erreicht werden.
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Abhängig von einer Differenz zwischen dem Soll-Druck p2id und dem Ist-Druck p2i in der jeweiligen Druckkammer des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 gibt jeder der Druckregler 31, 32, 33 einen Soll-Massenstrom dm2i/dt für die jeweilige Druckkammer des Druckmittelzylinders 10, 11, 12 aus.
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Abhängig von dem Soll-Massenstrom dm2i/dt kann schließlich in einer Einrichtung 35, welche als Ventillogik ausgebildet sein kann, eine Ansteuerfrequenz f2iPFM als Stellgröße für die dem jeweiligen Druckmittelzylinder 10, 11, 12 zugeordneten Ventile 23 bestimmt werden. Bei Ansteuerung des jeweiligen Ventils 23 mit der ermittelten Ansteuerfrequenz f2iPFM wird der Kolben 13, 14, 15 des jeweiligen Druckmittelzylinder 10, 11, 12 durch Druckbeaufschlagung schließlich in seine Ziel-Position überführt.
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Zur Durchführung eines Schaltvorgangs ist weiter vorgesehen, dass abhängig von den an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylindern 10, 11, 12 ein Soll-Druck p1d in dem Druckstellerraum 16 des Schaltsystems ermittelt und eingestellt wird. Der Druckstellerraum 16 ist hierzu, wie oben bereits beschrieben, über zumindest ein Ventil 27 mit einem Druckspeicher 24 des Schaltsystems verbunden.
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Der Soll-Druck p1d im Druckstellerraum 16 wird in Abhängigkeit des Ziel-Gangs und der gewünschten Schaltdynamik ermittelt. Die Schaltdynamik wird von dem Getriebesteuergerät automatisch vorgegeben. Der Soll-Druck p1d im Druckstellerraum 16 wird dabei so gewählt, dass alle Druckmittelzylinder 10, 11, 12 der an dem Schaltvorgang beteiligten Teilgetriebe VG, HG, BG, die für den Schaltvorgang gewünschten Soll-Drücke p2id erreichen können, dass also in allen Druckkammern der an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder 10, 11, 12 der gewünschte Soll-Druck p2id einstellbar ist.
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Ein Ist-Druck p1 in dem Druckstellerraum 16 des Schaltsystems wird vorzugsweise während der Durchführung des Schaltvorgangs mit einem Druckregler 30 auf den ermittelten Soll-Druck p1d geregelt. Da der Druckstellerraum 16 zur Druckversorgung der vorhandenen Druckmittelzylinder 10, 11, 12 des Schaltsystems dient, kann der Druckregler 30, mit welchem der Druck in dem Druckstellerraum 16 geregelt wird, auch als zentraler Druckregler 30 bezeichnet werden.
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Der zentrale Druckregler 30 des Druckstellerraums gibt vorzugsweise abhängig von einer Differenz zwischen dem Soll-Druck p1d und dem Ist-Druck p1 einen Soll-Massenstrom dm1/dt für den Druckstellerraum 16 aus. Abhängig von dem Soll-Massenstrom dm1/dt kann schließlich eine Ansteuerfrequenz f1PFM als Stellgröße für die zwischen dem Druckstellerraum 16 und dem Druckspeicher 24 angeordnete Ventile 27 bestimmt werden. Durch Ansteuerung der Ventile 27 wird schließlich der Soll-Druck p1d in dem Druckstellerraum 16 des Schaltsystems eingestellt.
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Eine Kolbenposition xi des Kolbens 13, 14, 15 des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 kann zu jedem Abtastzeitpunkt einer steuerungsseitigen Abtastrate mit einem Positionssensor messtechnisch erfasst werden. Abhängig von der gemessenen Kolbenposition xi und des ermittelten Ist-Drucks p1 in dem Druckstellerraum 16 des Schaltsystems können schließlich in einer Einrichtung 34 die Ist-Drücke p2i in den Druckkammern der jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder 10, 11, 12 in jedem Abtastzeitpunkt der steuerungsseitigen Abtastrate ermittelt werden. Die Einrichtung 34 kann auch als Druckschätzer bzw. Druckermittler bezeichnet werden. Alternativ können den Druckkammern der jeweiligen Druckmittelzylinder 10, 11, 12 Drucksensoren zugeordnet werden, mit welchen die Ist-Drücke p2i in den Druckkammern der Druckmittelzylinder 10, 11, 12 dann messtechnisch erfasst werden können.
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Bei der Ermittlung der Ist-Drücke p2i in den Druckkammern der Druckmittelzylinder 10, 11, 12 wird vorzugsweise auch ein aktives Volumen in den Druckkammern des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 berücksichtigt. Der Kolben 13, 14, 15 des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12 unterteilt einen Zylinderraum desselben in zwei Druckkammern, die auf unterschiedlichen, sich gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Kolbens 13, 14, 15 angeordnet sind. Bei der Ausführung einer Schaltung unter Beteiligung eines jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12 wird in eine der Druckkammern des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12 Druckmittel eingebracht und aus der jeweiligen anderen Druckkammer Druckmittel entnommen, sodass demnach für jeden an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder 10, 11, 12 eine zu befüllende Druckkammer sowie eine zu entleerende Druckkammer vorliegt.
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Das aktive Volumen in den Druckkammern des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 wird abhängig von der gemessenen Kolbenposition des Kolbens 13, 14, 15 des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12. ermittelt. Das aktive Volumen in den Druckkammern des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 wird vorzugsweise mit folgender Formel ermittelt:
wobei
- Vi
- das aktive Volumen in der Druckkammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders ist,
- Vi0
- das aktive Volumen in der Druckkammer i des Druckmittelzylinders zum Beginn der Schaltungsausführung ist,
- Ai
- eine Kolbenfläche in der Druckkammer i des Druckmittelzylinders i ist,
- xi
- die gemessene Position des Kolbens des Druckmittelzylinders i ist,
- k
- der aktuelle Abtastzeitpunkt ist.
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Hiermit kann das aktive Volumen in den Druckkammern des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12 vorteilhaft ermittelt werden.
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Wie bereits ausgeführt, verfügt jeder Druckmittelzylinder 10, 11, 12 bei einer Schaltungsausführung über eine Druckkammer, die mit Druckmittel befüllt wird, sowie eine andere Druckkammer, von der Druckmittel entnommen wird. Die obige Ermittlung des aktiven Volumens für die Druckkammern des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 erfolgt zu jedem Abtastzeitpunkt einer Abtastrate bzw. Abtastfrequenz eines das erfindungsgemäße Verfahren ausführenden Getriebesteuergeräts.
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Der Ist-Druck p
2i in der bei der laufenden Schaltungsausführung mit Druckmittel zu befüllenden Druckkammer des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 kann mit folgender Formel ermittelt werden:
wobei
- p2i
- der Druck in der Druckkammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders ist,
- mi
- die Luftmasse in der Druckkammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders ist,
- C
- der Ventilleitwert ist,
- ρ
- die Luftdichte ist,
- po
- der Druck im Vorratsbehälter ist,
- Ti
- die Lufttemperatur ist,
- T0
- die Lufttemperatur im Normzustand ist,
- bc
- das kritische Druckverhältnis ist,
- TS
- die Abtastzeit ist,
- R
- die spezifische Gaskonstante ist,
- k
- der aktuelle Abtastzeitpunkt ist,
- k-1
- der vorherige Abtastzeitpunkt ist.
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Die obige Formel ergibt sich dabei aus folgenden Zusammenhängen für die mit Druckmittel zu befüllende Druckkammer des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12, also für diejenige Druckkammer des jeweiligen Druckmittelzylinders 10, 11, 12, in welcher ein Druckaufbau erfolgt:
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Hiermit lässt sich der Druck in der mit Druckmittel bzw. Druckluft zu befüllenden Druckkammer des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 einfach, zuverlässig und genau in jedem Abtastzeitpunkt der Abtastrate ermitteln.
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Der Druck in der bei dem Schaltvorgang mit Druckmittel zu entleerenden Druckkammer des jeweiligen an der laufenden Schaltungsausführung beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 kann mit folgender Formel ermittelt werden:
wobei
- p2i
- der Druck in der Druckkammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders ist,
- p2i(tr)
- der Druck in der Druckkammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders zu Beginn des Druckabbaus ist,
- α
- der Gradient der Exponentialfunktion e ist,
- TS
- die Abtastzeit ist,
- Ψj
- der Masssenstromfaktor in der Gegenkammer j zur Kammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders ist, wobei bei inaktiver Gegenkammer Ψj =1 ist,
- k
- der aktuelle Abtastzeitpunkt ist.
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Alternativ kann der Druck in der bei dem Schaltvorgang mit Druckmittel zu entleerenden Druckkammer des jeweiligen an der laufenden Schaltungsausführung beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 auch mit folgender Formel ermittelt werden:
wobei
- p2i
- der Druck in der Druckkammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders ist,
- p2i(tr)
- der Druck in der Druckkammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders zu Beginn des Druckabbaus ist,
- α
- der Gradient der Exponentialfunktion e ist,
- TS
- die Abtastzeit ist,
- Ψj(k)
- der Masssenstromfaktor in der Gegenkammer j zur Kammer i des jeweiligen Druckmittelzylinders ist, wobei bei inaktiver Gegenkammer Ψj =1 ist,
- k
- der aktuelle Abtastzeitpunkt ist.
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Die zweite Formel zur Bestimmung des Drucks in der von Druckmittel zu entleerenden Druckkammer des jeweiligen an dem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 beruht dabei auf einer Taylor-Reihen-Approximation dritter Ordnung der in der davor angegebenen Formel enthaltenen Exponentialfunktion. Hiermit lässt sich der Druck in der von Druckmittel bzw. Druckluft zu entleerenden Druckkammer des jeweiligen an der laufenden Schaltungsausführung beteiligten Druckmittelzylinders 10, 11, 12 einfach, zuverlässig und genau in jedem Abtastzeitpunkt der Abtastrate ermitteln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine genaue Bestimmung von in einem bei einem Schaltvorgang beteiligten Druckmittelzylinder herrschenden Drücken und zwar bei einer laufenden Schaltungsausführung.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- 30
- zentraler Druckregler
- 31
- Druckregler (VG)
- 32
- Druckregler (HG)
- 33
- Druckregler (BG)
- 34
- Ermittlung Ist-Druck
- 35
- Ermittlung Ansteuerfrequenz