DE102021214384B3 - Verfahren zum Betreiben einer Getriebebremse und Steuergerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebebremse (10) eines automatisierten Schaltgetriebes (5), das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist, wobei die Getriebebremse (10) bei einer Hochschaltung von einem Istgang in einen Zielgang nach Auslegen des Istgangs zur Synchronisierung des Zielgangs durch Ansteuerung von Schaltventilen (12, 13) betätigt wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- Ermitteln eines zur Synchronisierung des Zielgangs benötigten Bremsgradienten,- Ermitteln einer einem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zuzuführende Soll-Luftmasse(mTBrd)zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten,- Ermitteln einer dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) während der Synchronisierung des Zielgangs zugeführten Ist-Luftmasse (mTBr), und- Feststellen einer Leckage während der Ansteuerung der Getriebebremse (10), falls die dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zugeführte Ist-Luftmasse (mTBr) größer ist als die zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten bestimmte Soll-Luftmasse(mTBrd)

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebebremse eines automatisierten Schaltgetriebes. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist, sowie ein entsprechendes Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens auf dem Steuergerät. Ferner betrifft die Erfindung ein automatisiertes Schaltgetriebe und ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe.
• 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. Ist das automatisierte Schaltgetriebe unsynchronisiert ausgeführt, so wird üblicherweise eine Getriebebremse vorgesehen, um im Zuge von Gangwechseln im automatisierten Schaltgetriebe vor dem Einlegen eines Zielganges Drehzahlen synchronisieren zu können. Auch die Getriebebremse wird dabei üblicherweise aus dem pneumatischen Stellsystem versorgt, wobei die Betätigung der Getriebebremse dabei möglichst so zu erfolgen hat, dass eine einzustellende Zieldrehzahl möglichst genau eingestellt wird.
• Ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebebremse eines automatisierten Schaltgetriebes ist aus der DE 10 2012 216 595 A1 bekannt.
• Die DE 10 2019 215 033 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebebremse eines Getriebes, wobei im Zuge einer Betätigung der Getriebebremse ein durch die Getriebebremse erzeugtes Bremsmoment ermittelt wird.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Getriebebremse zu schaffen. Insbesondere soll ein neuartiges Verfahren zur Erkennung einer während der Betätigung der Getriebebremse auftretenden Leckage vorgeschlagen werden. 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.
• 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.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebebremse eines automatisierten Schaltgetriebes vorgeschlagen. Das automatisierte Schaltgetriebe ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet.
• 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.
• Bei den Schaltelementen kann es sich um formschlüssig ausgebildete Schaltelemente handeln, beispielsweise in Form von Klauenschaltelementen. Das formschlüssige Schaltelement bzw. das Klauenschaltelement kann unsynchronisiert oder synchronisiert ausgebildet sein. Das formschlüssige Schaltelement kann insbesondere als Schaltkupplung ausgestaltet sein.
• Bei einem als Hochschaltung auszuführenden Schaltvorgang von einem Istgang in einen höheren Zielgang ist vorgesehen, dass nach dem Auslegen des Istgangs zur Synchronisierung des Zielgangs die Getriebebremse betätigt wird, um die Getriebeeingangsdrehzahl schneller auf die Zieldrehzahl des Zielgangs zu bringen.
• Eine Betätigung der Getriebebremse kann über einen Stellaktuator vorgenommen werden. Der Stellaktuator kann zu diesem Zweck als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet sein. Die Kolben-Zylinder-Einheit bildet hierbei einen Druckraum der Getriebebremse aus, welcher aus einem Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes mit Arbeitsmedium versorgt werden kann. Hierzu wird eine Zuführung des Arbeitsmediums zum Druckraum der Getriebebremse über ein erstes Schaltventil gesteuert, welches auch als Einlassventil bezeichnet werden kann. Eine Abführung des Arbeitsmediums aus dem Druckraum der Getriebebremse wird über ein zweites Schaltventil gesteuert, welches auch als Auslassventil bezeichnet werden kann. Das Arbeitsmedium ist vorzugsweise als pneumatisches Arbeitsmedium, insbesondere als Luft ausgebildet. Die Getriebebremse ist als Lamellenbremse ausgebildet.
• Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer Hochschaltung zur Synchronisierung des Zielgangs zunächst ein über die Getriebebremse einzustellender Bremsgradient bestimmt wird. Zur Ermittlung des Bremsgradienten können eine zu Beginn des Synchronisationsvorgangs vorherrschende Getriebeeingangsdrehzahl und eine Getriebeausgangsdrehzahl ermittelt werden. Die Getriebeeingangsdrehzahl und die Getriebeausgangsdrehzahl können hierzu über Drehzahlsensoren erfasst werden. Aus den erfassten Drehzahlen werden schließlich der vor dem Einschalten der Getriebebremse vorherrschende Eingangsdrehzahlgradient und der entsprechende Ausgangdrehzahlgradient ermittelt. Anhand der ermittelten Drehzahlgradienten kann schließlich unter Berücksichtigung von getriebespezifischen Kennwerten sowie spezifischen Kennwerten der Getriebebremse der während des Synchronisationsvorgangs, also während der Betätigungsdauer der Getriebebremse, erforderliche Bremsgradient der Eingangswelle bestimmt werden.
• Tritt während der Betätigung der Getriebebremse eine Leckage auf, dann kann der während des Synchronisationsvorgangs erforderliche Bremsgradient nicht oder zumindest nicht ausreichend schnell eingestellt werden, da der erforderliche Druck im Druckraum der Getriebebremse nicht oder erst nach einer entsprechend langen Ansteuerzeit der Schaltventile der Getriebebremse erreicht wird. Dies führt einerseits zu einer Verlängerung des Synchronisationsvorgangs und somit zu einer Verlängerung der Schaltzeit und andererseits zu einer Verringerung der Lebensdauer der Schaltventile der Getriebebremse.
• Zur Erkennung einer während der Betätigung der Getriebebremse vorliegenden Leckage sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass eine dem Druckraum der Getriebebremse zuzuführende Soll-Luftmasse zur Einstellung des gewünschten Bremsgradienten ermittelt wird, dass eine dem Druckraum der Getriebebremse während der Synchronisierung des Zielgangs zugeführte Ist-Luftmasse ermittelt wird und dass dann, wenn die dem Druckraum der Getriebebremse zugeführte Ist-Luftmasse größer ist als die zur Einstellung des gewünschten Bremsgradienten ermittelte Soll-Luftmasse, eine während der Ansteuerung der Getriebebremse auftretende Leckage festgestellt wird.
• Durch einen Vergleich der während des Synchronisationsvorgangs durch Betätigung der Getriebebremse tatsächlich verbrauchten Ist-Luftmasse mit der zur Einstellung des gewünschten Bremsgradienten ermittelten Soll-Luftmasse, kann sowohl eine durch die Schaltventile der Getriebebremse verursachte Leckage als auch eine Leckage im Stellaktuator der Getriebebremse bzw. eine Leckage in der Getriebebremse selbst einfach und zuverlässig ermittelt werden.
• Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass während der Synchronisierung des Zielgangs lediglich die Getriebebremse durch Ansteuerung des Einlassventils mit dem Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes verbunden wird. Weitere an den Druckstelleraum angebundene Komponenten, beispielsweise Stellaktuatoren zur Betätigung der Schaltelemente des automatisierten Schaltgetriebes, sind hingegen während der Synchronisierung des Zielgangs nicht aktiv und verbrauchen somit keine in dem Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes befindliche Druckluft. In dem Druckstellerraum kann somit ein für die Synchronisierung des Zielgangs gewünschter Druck eingestellt werden.
• Durch eine gezielte Ansteuerung der Getriebebremsventile stellt sich in dem Druckraum der Getriebebremse ein Bremsdruck ein, welcher proportional zu dem während des Synchronisationsvorgangs erforderlichen Bremsgradienten ist. Dieser Bremsdruck im Druckraum der Getriebebremse ist wiederum proportional zu der dem Druckraum der Getriebebremse zugeführten Luftmasse.
• Vorzugsweise wird die dem Druckraum der Getriebebremse zuzuführende Soll-Luftmasse durch Integration eines über das Einlassventil der Getriebebremse dem Druckraum der Getriebebremse zugeführten Luftmassenstrom über die Dauer des Bremsvorgangs ermittelt. Der Luftmassenstrom über das Einlassventil wird dabei abhängig von dem im Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes herrschenden Druck und abhängig von einem maximalen Massenstrom über das Einlassventil ermittelt. Die dem Druckraum der Getriebebremse zuzuführende Soll-Luftmasse kann gemäß folgender Formel bestimmt werden: $$m_{TB{r}_d}=\rho \cdot C_{TBr}\cdot p_{1d}\sqrt{\frac{T}{T_0}}\cdot \Psi \cdot \mathrm{\Delta }t$$

  

  wobei m_TBrd die Soll-Luftmasse, ρ die konstante Luftdichte, C_TBr der konstante pneumatische Leitwert der Getriebebremsventile, p_1d der gewünschte Druck im Druckstellerraum, T die Lufttemperatur, T₀ die absolute Lufttemperatur, Δt die gesamt Dauer des Bremsvorgangs und Ψ die Massenstromflussdichte ist. Bei der Emittlung der Soll-Luftmasse kann angenommen werden, dass ein überkritisches Druckverhältnis vorliegt. Der Druck im Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes wird mittels einer Regelung eingestellt, wodurch dieser als konstant angenommen werden kann.
• Während der Synchronisierung des Zielgangs findet durch Ansteuerung der Getriebebremsventile ein Druckaufbau in der Druckkammer der Getriebebremse statt. Dadurch stellt sich über die Dauer der Ansteuerung der Getriebebremsventile ein Bremsmoment an der Getriebebremse ein. Dieses Bremsmoment ist proportional zum Druck, der in der Druckkammer der Getriebebremse vorherrscht. Die während der Synchronisierung des Zielgangs dem Druckraum der Getriebebremse zugeführte Ist-Luftmasse lässt sich anhand des im Druckraum der Getriebebremse vorherrschenden Drucks ermitteln. Die dem Druckraum der Getriebebremse zugeführte Ist-Luftmasse kann gemäß folgenden Formeln bestimmt werden: $$m_{TBr}=\frac{p_2\cdot V_{TBr}}{R\cdot T}$$

  

  $$m_{TBr}=\frac{F_{TBr}\cdot V_{TBr}}{A_{TBr}\cdot R\cdot T}$$

  

  $$m_{TBr}=-\frac{J_{TBr}\cdot {\dot{\omega }}_{GBx}\cdot V_{TBr}}{\mu \cdot r\cdot n\cdot A_{TBr}\cdot R\cdot T}$$

  

  wobei J_TBr die Massenträgheit, ω̇_GBx die Winkelgeschwindigkeit am Getriebeeingang, R der spezifische Koeffizient von Luft, T die Lufttemperatur, F_TBr die Anpresskraft an den Lamellen, µ der Reibwert, r der Reibradius n die Anzahl der Lamellen der Getriebebremse, A_TBr die aktive Fläche der Lamellen, V_TBr das aktive Volumen der Getriebebremse und p₂ der Druck im Druckraum der Getriebebremse ist. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine vereinfachte Berechnung der Ist-Luftmasse bei Vernachlässigung der Reibung und bei Annahme eines überkritischen Druckverhältnisses erfolgen. Die Getriebeeingangsdrehzahl lässt sich über einen am Getriebeeingang angeordneten Drehzahlsensor ermitteln. Aus der ermittelten Getriebeeingangsdrehzahl lässt sich schließlich die Winkelgeschwindigkeit am Getriebeeingang berechnen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Leckage während der Ansteuerung der Getriebebremse erst dann festgestellt wird, wenn die zur Durchführung des Bremsvorgangs tatsächlich benötigte Ist-Luftmasse um einen ersten Grenzwert von der zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten bestimmten Soll-Luftmasse abweicht. Dadurch kann in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass bereits eine geringfügige Leckage, welche selbst bei ordnungsgemäßer Funktion der Getriebebremse als Grundleckage an den Schaltventilen bzw. dem Stellaktuator der Getriebebremse auftreten kann, als Fehlerleckage erkannt wird.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass dann, wenn die zur Durchführung des Bremsvorgangs tatsächlich benötigte Ist-Luftmasse um einen zweiten Grenzwert von der zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten bestimmten Soll-Luftmasse abweicht, eine Warnmeldung generiert und/oder eine Wartung bzw. ein Austausch der Getriebebremse ausgelöst werden. Der Grenzwert kann beispielsweise an einem Prüfstand experimentell ermittelt werden.
• Der Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes kann über ein Schaltventil mit einem pneumatischen Druckversorgungssystem verbunden werden. Vorzugsweise kann der Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes über zwei Schaltventile mit dem pneumatischen Druckversorgungssystem verbunden werden, wobei die beiden Schaltventile parallel zueinander angeordnet sind. Diese Schaltventile können auch als Hauptabschaltventile bezeichnet werden. Durch Betätigung von nur einem bzw. von beiden Hauptabschaltventilen kann eine Zuführung des Arbeitsmediums aus dem Druckversorgungssystem zum Druckstellerraum des automatisierten Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Massenströmen verwirklicht werden.
• 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 kann beispielsweise als Getriebesteuergerät ausgebildet sein. Bei den hardwareseitigen Mitteln des Steuergeräts handelt es sich ferner um einen Prozessor zur Datenverarbeitung und ggf. um einen Speicher zur Datenspeicherung. Bei den softwareseitigen Mitteln handelt es sich um Programmbausteine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist ausgebildet, ein Steuergerät zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Weiterbildung zu veranlassen, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät ausgeführt wird. In diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium zum Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogramm abrufbar gespeichert ist.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen
• 1 einen schematischen Aufbau eines automatisierten Schaltgetriebes;
• 2 eine schematische Darstellung eines pneumatischen Schaltsystems eines automatisierten Schaltgetriebes; und
• 3 einen Aufbau einer Getriebebremse in schematischer Darstellung.
• Das in 1 dargestellte automatisierte Schaltgetriebe 5 ist als Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Kraftfahrzeug kann ein Nutzfahrzeug sein, beispielsweise in Form eines Lastkraftwagens. 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 Getriebebremse 10 versehen ist.
• Das Hauptgetriebe HG ist mit drei Übersetzungsstufen G1, G2, G3 für eine Vorwärtsfahrt und einer Übersetzungsstufe R für eine Rückwärtsfahrt dreistufig ausgebildet.
• Losräder der Übersetzungsstufen G1, G2 und R sind jeweils drehbar auf der Hauptwelle W2 gelagert und über zugeordnete Schaltkupplungen schaltbar. Die zugeordneten Festräder sind drehfest auf den Vorgelegewellen W3a und W3b angeordnet.
• Die Schaltkupplungen der Übersetzungsstufen G3 und G2 sowie die Schaltkupplungen der Übersetzungsstufen G1 und R sind jeweils in einem gemeinsamen Schaltpaket S2/3 bzw. S1/R zusammengefasst. Das Hauptgetriebe HG ist unsynchronisiert schaltbar ausgebildet.
• Die Vorschaltgruppe VG des Gruppengetriebes ist zweistufig ausgebildet und ebenfalls in Vorgelegebauweise ausgeführt, wobei die beiden Übersetzungsstufen K1, K2 der Vorschaltgruppe VG zwei schaltbare Eingangskonstanten des Hauptgetriebes HG bilden. Durch eine geringere Übersetzungsdifferenz der beiden Übersetzungsstufen K1, K2 ist die Vorschaltgruppe VG als Splitgruppe ausgelegt. Das Losrad der ersten Übersetzungsstufe K1 ist drehbar auf der Eingangswelle W1 gelagert, die über eine steuerbare Trennkupplung TK mit einem beispielsweise als Verbrennungs- oder Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor AM in Verbindung steht.
• Das Losrad der zweiten Übersetzungsstufe K2 ist drehbar auf der Hauptwelle W2 gelagert. Die Festräder beider Übersetzungsstufen K1, K2 der Vorschaltgruppe VG sind jeweils drehfest mit den Vorgelegewellen W3a und W3b des Hauptgetriebes HG verbunden. Die synchronisiert ausgebildeten Schaltkupplungen der Vorschaltgruppe VG sind in einem gemeinsamen Schaltpaket SV zusammengefasst.
• Die dem Hauptgetriebe HG nachgeordnete Bereichsgruppe BG des Gruppengetriebes ist ebenfalls zweistufig ausgebildet, jedoch in Planetenbauweise mit einem einfachen Planetenradsatz. Das Sonnenrad PS ist drehfest mit der ausgangsseitig verlängerten Hauptwelle W2 des Hauptgetriebes HG verbunden. Der Planetenträger PT ist drehfest mit der Ausgangswelle W4 des Gruppengetriebes gekoppelt. Das Hohlrad PH steht mit einem Schaltpaket SB mit zwei synchronisierten Schaltkupplungen in Verbindung, durch welche die Bereichsgruppe BG wechselweise durch die Verbindung des Hohlrads PH mit einem feststehenden Gehäuseteil in eine Langsamfahrstufe L und durch die Verbindung des Hohlrads PH mit dem Planetenträger PT in eine Schnellfahrstufe S schaltbar ist. Die Bereichsgruppe BG ist synchronisiert schaltbar ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann die Bereichsgruppe BG auch unsynchronisiert schaltbar ausgebildet sein.
• Eine Ansteuerung von in dem Gruppengetriebe vorhandenen Schaltkupplungen zum Einstellen einer gewünschten Übersetzungsstufe (K1, K2, G3, G2, G1, R, L, S) wird dabei über ein in 2 dargestelltes Steuergerät 8 gesteuert bzw. geregelt. Die Schaltkupplungen werden über eine hier nicht dargestellte Schaltmechanik verstellt, wobei die Schaltmechanik mittels Schaltaktuatoren betätigt wird.
• Bei einem als Hochschaltung auszuführenden Schaltvorgang von einem Istgang in einen Zielgang ist vorgesehen, dass nach dem Auslegen des Istgangs zur Synchronisierung des Zielgangs die Getriebebremse 10 betätigt wird, um die Getriebeeingangsdrehzahl schneller auf die Zieldrehzahl des Zielgangs zu bringen.
• 2 zeigt stark schematisiert ein Blockschaltbild eines pneumatischen Schaltsystems 1 eines automatisierten Schaltgetriebes 5, wie dieses beispielhaft in 1 beschrieben ist. Das pneumatische Schaltsystem 1 umfasst einen Druckspeicher 2, in welchem ein Arbeitsmedium in Form von Druckluft mit einem bestimmten Speicherdruck gespeichert ist. Der Speicherdruck kann beispielsweise ca. 10 bar betragen. Von dem Druckspeicher 2, der auch als Druckkessel bezeichnet werden kann, geht eine Leitung 3 ab, über welche ein pneumatischer Druckstellerraum 4 des automatisierten Schaltgetriebes 5 mit Druckluft versorgt werden kann. Der Druckstellerraum 4 wird auch als Getriebestellerraum bezeichnet. Neben dem Druckstellerraum 4 können noch weitere mit Druckluft zu versorgende Komponenten an die Leitung 3 angeschlossen sein, wie beispielsweise eine Anfahrkupplung. Zwischen dem Druckspeicher 2 und dem Druckstellerraum 4 sind in der Leitung 3 zwei Ventile 6, 7 vorgesehen, die als Hauptabschaltventile bezeichnet werden können. Die Hauptabschaltventile 6,7 sind hier als 2/2- Wegeventile mit diskreten Schaltstellungen ausgeführt. Durch Öffnen eines Hauptabschaltventils 6, 7 oder auch beider Hauptabschaltventile 6, 7 wird der Druckstellerraum 4 des automatisierten Schaltgetriebes 5 mit dem Druckspeicher 2 verbunden und aus diesem mit der unter dem Speicherdruck stehenden Druckluft versorgt. Eine Steuerung der Hauptabschaltventile 6, 7 erfolgt dabei über das Steuergerät 8, bei welchem es sich insbesondere um ein Getriebesteuergerät des automatisierten Schaltgetriebes 5 handelt.
• Über den Druckstellerraum 4 können unterschiedliche Komponenten 9, 10 des automatisierten Schaltgetriebes 5 mit dem Arbeitsmedium versorgt werden, um im Bereich der jeweiligen Komponenten 9, 10 bestimmte Stellaufgaben realisieren zu können. So sind hier an dem pneumatischen Druckstellerraum 4 Komponenten 9 angebunden, bei welchen es sich um Druckmittelzylinder zum Schalten des automatisierten Schaltgetriebes 5 handeln kann, nämlich um einen Druckmittelzylinder für die Hauptgruppe HG des Gruppengetriebes, einen Druckmittelzylinder für die Vorschaltgruppe VG des Gruppengetriebes und einen Druckmittelzylinder für die Nachschaltgruppe BG des Gruppengetriebes.
• Im Druckstellerraum 4 ist ein Drucksensor verbaut, mithilfe dessen der Druck p₁ im Druckstellerraum 4 messtechnisch erfasst werden kann. Der Druck p₁ im Druckstellerraum 4 wird als Schaltdruck bezeichnet. Ein im Druckspeicher 2 herrschender Druck wird als Systemdruck bezeichnet. Ein mithilfe des Drucksensors messtechnisch erfasster Druck p₁ im Druckstellerraum 4 kann mit einem gewünschten Soll-Druck zur Durchführung eines Schaltvorgangs verglichen werden, um abhängig von einer Abweichung zwischen dem Druck p₁ im Druckstellerraum 4 und dem Soll-Druck die Hauptabschaltventile 6, 7 zur Einstellung des Drucks p₁ im Druckstellerraum 4 anzusteuern.
• An den pneumatischen Druckstellerraum 4 ist auch eine Getriebebremse 10 angebunden. Der Aufbau der Getriebebremse 10 wird in 3 näher beschrieben. Eine Zuführung der Druckluft aus dem Druckstellerraum 4 zur Getriebebremse 10 wird über ein Einlassventil 12 gesteuert, während eine Abführung der Druckluft aus der Getriebebremse 10 heraus über ein nachgeschaltetes Auslassventil 13 steuerbar ist.
• Das Einlassventil 12 und das Auslassventil 13 sind dabei jeweils als 2/2- Wegeventile ausgeführt, die pulsweitenmoduliert (PWM) oder pulsfrequenzmoduliert (PFM) betrieben werden können. Über das Einlassventil 12 wird im nicht betätigten Zustand des Einlassventils 12 eine Zuführung der Druckluft zur Getriebebremse 10 unterbunden, während das Einlassventil 12 in der betätigten Stellung ein Strömen der Druckluft aus dem Druckstellerraum 4 zur Getriebebremse 10 zulässt. Bei dem Auslassventil 13 wird im nicht betätigten Zustand ein Ausströmen der Druckluft aus der Getriebebremse 10 ermöglicht, wohingegen bei Betätigung des Auslassventils 13 die Druckluft an einem Ausströmen aus der Getriebebremse 10 heraus gehindert wird. Das Einlassventil 12 und das Auslassventil 13 werden dabei jeweils über das Steuergerät 8 angesteuert.
• In 3 ist eine typische Getriebebremse 10 eines in Vorgelegebauweise ausgeführten und mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebes dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren anwendbar ist. Die Getriebebremse 10 ist als eine pneumatisch betätigbare Lamellenbremse ausgebildet und vorliegend an dem motorseitigen Ende einer Vorgelegewelle W3a des in 1 dargestellten Schaltgetriebes angeordnet. Die Innen- und Außenlamellen 14, 15 der Getriebebremse 10 sind über innere und äußere Mitnahmeverzahnungen wechselweise drehfest mit der Vorgelegewelle W3a und einem an einer Stirnwand 16 des Getriebegehäuses montierten Bremsgehäuse 17 verbunden.
• Die Betätigung der Getriebebremse 10 erfolgt über einen in einem Bremszylinder 18 axial beweglich angeordneten Kolben 19, der von einem steuerbaren Stelldruck p₂ in einem Druckraum 20 des Bremszylinders 18 beaufschlagt und hierdurch entgegen einer Rückstellkraft einer zwischen dem Kolben 19 und der Vorgelegewelle W3a angeordneten Feder 21 gegen die Lamellen 14, 15 gedrückt wird.
• Die Einstellung des in dem Druckraum 20 wirksamen Stelldruckes p₂ erfolgt über das Einlassventil 12, das eingangsseitig mit dem Druckstellerraum 4 und ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung mit dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 verbunden ist, sowie über das Auslassventil 13, das eingangsseitig über eine Verbindungsleitung mit dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 und ausgangsseitig mit einer Drucklosleitung verbunden ist.
• Eine Hochschaltung des automatisierten Schaltgetriebes 5 von einem Istgang in einen höheren Zielgang beginnt mit dem Lastabbau des dem automatisierten Schaltgetriebe 5 eingangsseitig vorgeschalteten Antriebsmotors AM. Überschneidend zum Lastabbau des Antriebsmotors AM erfolgt ein Öffnen der zwischen der Triebwelle des Antriebsmotors AM und der Eingangswelle W1 des automatisierten Schaltgetriebes 5 angeordneten Trennkupplung TK. Danach erfolgt im Rahmen des Schaltvorgangs das Auslegen des Istgangs, die Synchronisierung des Zielgangs durch eine Abbremsung der Vorgelegewelle W3a und somit der Eingangswelle W1 mittels der Getriebebremse 10 sowie das Schalten des Zielgangs. Nach Einlegen des Zielgangs wird die Trennkupplung TK geschlossen und es erfolgt der Lastaufbau über den Antriebsmotor AM.
• Über die Getriebebremse 10 wird im Zuge der Hochschaltung, und zwar nach Auslegen des Istgangs und vor Einlegen des Zielgangs die Drehzahl des Getriebeeingangs auf die Zieldrehzahl des neuen Gangs abgebremst. Dabei ist es von Bedeutung, die Drehzahl vor Einlegen des Zielgangs möglichst genau an die Zieldrehzahl heranzuführen, um ein problemloses Einlegen des Zielgangs zu ermöglichen. Eine Betätigung der Getriebebremse 10 wird daher entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert.
• Dabei wird zunächst ein mittels der Getriebebremse 10 während der Synchronisierung des Zielgangs einzustellender Bremsgradient der Eingangswelle W1 ermittelt. Es ist vorgesehen, dass während der Synchronisierung des Zielgangs lediglich die Getriebebremse 10 durch Ansteuerung des Einlassventils 12 mit dem Druckstellerraum 4 des automatisierten Schaltgetriebes 5 verbunden wird. Weitere an den Druckstelleraum angebundene Komponenten 9, beispielsweise Stellaktuatoren zur Betätigung der Schaltelemente des automatisierten Schaltgetriebes 5, sind hingegen während der Synchronisierung des Zielgangs nicht aktiv und verbrauchen somit keine in dem Druckstellerraum 4 des automatisierten Schaltgetriebes 5 befindliche Druckluft. In dem Druckstellerraum 4 kann somit durch Betätigung der Hauptabschaltventile 6, 7 ein für die Synchronisierung des Zielgangs gewünschter Druck (p_1d) eingestellt werden.
• Zur Erkennung einer während der Betätigung der Getriebebremse 10 vorliegenden Leckage sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass zunächst eine dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 zuzuführende Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

  

  zur Einstellung des gewünschten Bremsgradienten ermittelt wird.
• Durch eine gezielte Ansteuerung der Getriebebremsventile 12, 13 stellt sich in dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 ein Bremsdruck (p₂) ein, welcher proportional zu dem während des Synchronisationsvorgangs erforderlichen Bremsgradienten ist. Dieser Bremsdruck (p₂) im Druckraum 20 der Getriebebremse 10 ist wiederum proportional zu der dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 zugeführten Luftmasse.
• Vorzugsweise wird die dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 zuzuführende Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

  

  durch Integration eines über das Einlassventil 12 der Getriebebremse 10 dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 zugeführten Luftmassenstrom über die Dauer des Bremsvorgangs ermittelt. Die dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 zuzuführende Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

  

  kann gemäß folgender Formel bestimmt werden: $$m_{TB{r}_d}=\rho \cdot C_{TBr}\cdot p_{1d}\sqrt{\frac{T}{T_0}}\cdot \Psi \cdot \mathrm{\Delta }t$$

  

  wobei $m_{TB{r}_d}$

  

  die Soll-Luftmasse, ρ die konstante Luftdichte, C_TBr der konstante pneumatische Leitwert der Getriebebremsventile, p_1d der gewünschte Druck im Druckstellerraum, T die Lufttemperatur, T₀ die absolute Lufttemperatur, Δt die gesamt Dauer des Bremsvorgangs und Ψ die Massenstromflussdichte ist. Bei der Emittlung der Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

  

  kann angenommen werden, dass ein überkritisches Druckverhältnis vorliegt. Der Druck (p_1d) im Druckstellerraum 4 des automatisierten Schaltgetriebes 5 wird mittels einer Regelung eingestellt, wodurch dieser als konstant angenommen werden kann.
• Des Weiteren sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass eine dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 während der Synchronisierung des Zielgangs zugeführte Ist-Luftmasse (m_TBr) ermittelt wird. Die während der Synchronisierung des Zielgangs dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 zugeführte Ist-Luftmasse (m_TBr) lässt sich gemäß folgenden Formeln anhand des im Druckraum 20 der Getriebebremse 10 vorherrschenden Drucks (p₂) ermitteln: $$m_{TBr}=\frac{p_2\cdot V_{TBr}}{R\cdot T}$$

  

  $$m_{TBr}=\frac{F_{TBr}\cdot V_{TBr}}{A_{TBr}\cdot R\cdot T}$$

  

  $$m_{TBr}=-\frac{J_{TBr}\cdot {\dot{\omega }}_{GBx}\cdot V_{TBr}}{\mu \cdot r\cdot n\cdot A_{TBr}\cdot R\cdot T}$$

  

  wobei J_TBr die Massenträgheit, ω̇_GBx die Winkelgeschwindigkeit am Getriebeeingang, R der spezifische Koeffizient von Luft, T die Lufttemperatur, F_TBr die Anpresskraft an den Lamellen, µ der Reibwert, r der Reibradius n die Anzahl der Lamellen der Getriebebremse, A_TBr die aktive Fläche der Lamellen, V_TBr das aktive Volumen der Getriebebremse und p₂ der Druck im Druckraum der Getriebebremse ist. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine vereinfachte Berechnung der Ist-Luftmasse (m_TBr) bei Vernachlässigung der Reibung und bei Annahme eines überkritischen Druckverhältnisses erfolgen. Die Getriebeeingangsdrehzahl lässt sich über einen am Getriebeeingang angeordneten Drehzahlsensor ermitteln. Aus der ermittelten Getriebeeingangsdrehzahl lässt sich schließlich die Winkelgeschwindigkeit (ω̇_GBx) am Getriebeeingang berechnen. Weitere benötigte Parameter sind entweder konstruktive und daher bekannte Parameter, oder können anhand von Erfahrungswerten oder mittels Versuche ermittelt werden.
• Schließlich sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass dann, wenn die dem Druckraum 20 der Getriebebremse 10 zugeführte Ist-Luftmasse (m_TBr) größer ist als die zur Einstellung des gewünschten Bremsgradienten ermittelte Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

  

  eine während der Ansteuerung der Getriebebremse 10 auftretende Leckage festgestellt wird.
• Durch einen Vergleich der während des Synchronisationsvorgangs durch Betätigung der Getriebebremse 10 tatsächlich verbrauchten Ist-Luftmasse (m_TBr) mit der zur Einstellung des gewünschten Bremsgradienten ermittelten Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right),$

  

  kann sowohl eine durch die Getriebebremsventile 12, 13 verursachte Leckage als auch eine Leckage im Stellaktuator der Getriebebremse bzw. eine Leckage in der Getriebebremse 10 selbst einfach und zuverlässig ermittelt werden.
• Bezugszeichenliste

AM

Antriebsmotor

TK

Trennkupplung

VG

Vorschaltgruppe, Splitgruppe

SV

Schaltpaket (VG), Direktschaltkupplung

K1

(erste) Übersetzungsstufe (VG)

K2

(zweite) Übersetzungsstufe (VG)

HG

Hauptgetriebe

G1

(erste) Übersetzungsstufe (HG)

G2

(zweite) Übersetzungsstufe (HG)

G3

(dritte) Übersetzungsstufe (HG)

R

Rückwärts-Übersetzungsstufe (HG)

S1/R

Schaltpaket (HG)

S2/3

Schaltpaket (HG)

BG

Bereichsgruppe

SB

Schaltpaket (BG)

L

Langsamfahrstufe (BG)

S

Schnellfahrstufe (BG)

PH

Hohlrad (BG)

PS

Sonnenrad (BG)

PT

Planetenträger (BG)

W1

Eingangswelle

W2

Hauptwelle

Br

Getriebebremse

W3a

Vorgelegewelle

W3b

Vorgelegewelle

W4

Ausgangswelle

1

Schaltsystem

2

Druckspeicher

3

Leitung

4

Druckstellerraum

5

automatisiertes Schaltgetriebe

6

Hauptabschaltventil

7

Hauptabschaltventil

8

Steuergerät

9

Komponenten

10

Getriebebremse

12

Einlassventil

13

Auslassventil

14

Innenlamellen

15

Außenlamellen

16

Stirnwand

17

Bremsgehäuse

18

Bremszylinder

19

Kolben

20

Druckraum

21

Feder

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben einer Getriebebremse (10) eines automatisierten Schaltgetriebes (5), das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (AM) und einem Achsantrieb angeordnet ist, wobei die Getriebebremse (10) bei einer Hochschaltung von einem Istgang in einen Zielgang nach Auslegen des Istgangs zur Synchronisierung des Zielgangs durch Ansteuerung von Schaltventilen (12, 13) betätigt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Ermitteln eines zur Synchronisierung des Zielgangs benötigten Bremsgradienten, - Ermitteln einer einem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zuzuführende Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

   

   zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten, - Ermitteln einer dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) während der Synchronisierung des Zielgangs zugeführten Ist-Luftmasse (m_TBr), und - Feststellen einer Leckage während der Ansteuerung der Getriebebremse (10), falls die dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zugeführte Ist-Luftmasse (m_TBr) größer ist als die zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten bestimmte Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

   
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zuzuführende Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

   

   durch Integration eines über das Schaltventil (12) dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zugeführten Luftmassenstrom über die Dauer des Bremsvorgangs ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zuzuführende Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

   

   nach der Formel $$m_{TB{r}_d}=\rho \cdot C_{TBr}\cdot p_{1d}\sqrt{\frac{T}{T_0}}\cdot \Psi \cdot \mathrm{\Delta }t$$

   

   bestimmt wird, wobei $m_{TB{r}_d}$

   

   die Soll-Luftmasse, ρ die konstante Luftdichte, C_TBr der konstante pneumatische Leitwert der Getriebebremsventile, p_1d der gewünschte Druck im Druckstellerraum, T die Lufttemperatur, T₀ die absolute Lufttemperatur, Δt die gesamt Dauer des Bremsvorgangs und Ψ die Massenstromflussdichte ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Synchronisierung des Zielgangs dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zugeführte Ist-Luftmasse (m_TBr) anhand des im Druckraum (20) der Getriebebremse (10) vorherrschenden Drucks (p₂) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Druckraum (20) der Getriebebremse (10) zugeführte Ist-Luftmasse (m_TBr) nach den Formeln $$m_{TBr}=\frac{p_2\cdot V_{TBr}}{R\cdot T}$$

   

   $$m_{TBr}=\frac{F_{TBr}\cdot V_{TBr}}{A_{TBr}\cdot R\cdot T}$$

   

   $$m_{TBr}=-\frac{J_{TBr}\cdot {\dot{\omega }}_{GBx}\cdot V_{TBr}}{\mu \cdot r\cdot n\cdot A_{TBr}\cdot R\cdot T}$$

   

   bestimmt wird, wobei J_TBr die Massenträgheit, ω̇_GBx die Winkelgeschwindigkeit am Getriebeeingang, R der spezifische Koeffizient von Luft, T die Lufttemperatur, F_TBr die Anpresskraft an den Lamellen, µ der Reibwert, r der Reibradius, n die Anzahl der Lamellen der Getriebebremse, A_TBr die aktive Fläche der Lamellen, V_TBr das aktive Volumen der Getriebebremse und p₂ der Druck im Druckraum der Getriebebremse ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leckage während der Ansteuerung der Getriebebremse (10) festgestellt wird, wenn die zur Durchführung des Bremsvorgangs tatsächlich benötigte Ist-Luftmasse (m_TBr) um einen ersten Grenzwert von der zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten bestimmten Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

   

   abweicht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hinweis zum Austausch der Getriebebremse (10) erzeugt wird, wenn die zur Durchführung des Bremsvorgangs tatsächlich benötigte Ist-Luftmasse (m_TBr) um einen zweiten Grenzwert von der zur Einstellung des ermittelten Bremsgradienten bestimmten Soll-Luftmasse $\left(m_{TB{r}_d}\right)$

   

   abweicht.
8. Steuergerät, das zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
9. 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.
10. Automatisiertes Schaltgetriebe, welches ein Steuergerät gemäß Anspruch 8 aufweist und gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betreibbar ist.
11. Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe nach Anspruch 10.

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