DE102022212307A1

DE102022212307A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements eines Getriebes eines Fahrzeugs, Getriebe und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022212307A1
Application number: DE102022212307.7A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Moser; Alain Tierry Chamaken Kamde
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2024-05-23
Also published as: US20240167564A1; CN118057051A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements (5) eines Getriebes (3) eines Fahrzeugs, wobei das formschlüssige Schaltelement (5) Schaltelementhälften (5a, 5b) aufweist, die beim Öffnen und Schließen des formschlüssigen Schaltelements (5) relativ zueinander bewegbar sind, wobei ein elektrischer Aktuator (6) beim Öffnen und/oder beim Schließen des formschlüssigen Schaltelements (5) die Relativbewegung zwischen den Schaltelementhälften (5a, 5b) des formschlüssigen Schaltelements (5) bewirkt, und wobei die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) erfasst und abhängig von der elektrischen Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) auf eine Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements eines Getriebes eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements eines Getriebes eines Fahrzeugs, ein Getriebe mit einem solchen Steuergerät und ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe.
Ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs verfügt neben einem Antriebsaggregat über ein zwischen das Antriebsaggregat und einen Abtrieb geschaltetes Getriebe. Das Getriebe wandelt Drehzahlen und Drehmomente und stellt so das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats am Abtrieb bereit.
Bei einem Hybridfahrzeug umfasst das Antriebsaggregat einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine. Bei einem vollelektrischen Fahrzeug, welches auch als Elektrofahrzeug bezeichnet wird, umfasst das Antriebsaggregat ausschließlich zumindest eine elektrische Maschine.
Das Getriebe eines Fahrzeugs verfügt über Schaltelemente. In jedem kraftschlüssigen Gang des Getriebes ist eine erste Anzahl an Schaltelementen geschlossen und eine zweite Anzahl an Schaltelementen geöffnet. Zur Ausführung eines Gangwechsels von einem Ist-Gang in einen Ziel-Gang wird mindestens ein im Ist-Gang geschlossenes Schaltelement für den Ziel-Gang geöffnet und ein mindestens ein im Ist-Gang geöffnetes Schaltelement für den Ziel-Gang geschlossen.
In einem Getriebe eines Fahrzeugs können als Schaltelemente reibschlüssige Schaltelemente, wie zum Beispiel Bremsen oder Kupplungen, und/oder formschlüssige Schaltelemente, wie zum Beispiel Klauen, verbaut sein. Beim Öffnen und/oder Schließen eines formschlüssigen Schaltelements können sich an demselben Zahn-auf-Zahn-Positionen bzw. Zahn-auf-Zahn-Stellungen ausbilden, die es verhindern, dass ein formschlüssiges Schaltelement vollständig geschlossen werden kann.
Um einen ordnungsgemäßen Betrieb eines Getriebes mit einem formschlüssigen Schaltelement zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements zuverlässig zu ermitteln, so zum Beispiel, ob als Schaltposition eine Zahn-auf-Zahn-Stellung am formschlüssigen Schaltelement vorliegt.
Nach dem Stand der Technik ist zur Ermittlung der Schaltposition eines formschlüssigen Schaltelements ein Positionssensor erforderlich, welcher die Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements messtechnisch ermittelt.
DE 10 2010 039 445 A1 offenbart unterschiedliche Schaltelemente eines Getriebes, so zum Beispiel reibschlüssige Schaltelemente und formschlüssige Schaltelemente. Es ist bekannt, zum Öffnen und Schließen eines formschlüssigen Schaltelements Schaltelementhälften desselben über einen elektrischen Aktuator relativ zueinander zu verstellen. Bei dem elektrischen Aktuator kann es sich zum Beispiel um einen Elektromotor handeln.
Es besteht Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements eines Getriebes eines Fahrzeugs und einem Steuergerät zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements eines Getriebes eines Fahrzeugs, welche es ermöglichen, eine Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements auch ohne Positionssensor zu ermitteln.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements eines Getriebes eines Fahrzeugs, ein Getriebe mit einem solchen Steuergerät und ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird die elektrische Stromstärke des mit dem formschlüssigen Schaltelement in Wirkverbindung stehenden elektrischen Aktuators erfasst und abhängig von der elektrischen Stromstärke des elektrischen Aktuators auf eine Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements geschlossen.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, auf Grundlage der elektrischen Stromstärke eines elektrischen Aktuators eines formschlüssigen Schaltelements die Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements zu ermitteln. Auf einen Positionssensor kann dann verzichtet werden. Auch kann das Verfahren genutzt werden, um die mit einem Positionssensor erfasste Schaltposition zu verifizieren.
Die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators entspricht der Größe des durch den elektrischen Aktuator fließenden, elektrischen Stroms. Die elektrische Stromstärke kann gemessen oder insbesondere aus einer gemessen, elektrischen Spannung berechnet werden.
Vorzugsweise wird dann, wenn die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators größer als ein Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements entweder auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements geschlossen. Hiermit kann einfach und zuverlässig ohne die Notwendigkeit eines Positionssensors auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements geschlossen werden.
Vorzugsweise wird dann, wenn vor Ablauf einer definierten Zeitspanne nach einem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements durch den elektrischen Aktuator erkannt wird, dass die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators größer als der Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements geschlossen wird. Diese Vorgehensweise ist bevorzugt, um zu ermitteln, ob an einem formschlüssigen Schaltelement eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegt.
Vorzugsweise wird dann, wenn nach Ablauf einer definierten Zeitspanne nach einem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements durch den elektrischen Aktuator erkannt wird, dass die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators größer als der Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelementsauf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements geschlossen. Diese Vorgehensweise ist bevorzugt, um zu ermitteln, ob an einem formschlüssigen Schaltelement eine Endposition vorliegt.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 5 definiert.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist in Anspruch 9 definiert.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangschemas eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs, und
2 ein detaillierteres, exemplarisches Antriebsstrangschema eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs.

1 zeigt stark schematisiert einen Antriebsstrang 1 eines Elektrofahrzeugs. Der Antriebsstrang 1 umfasst eine elektrische Maschine 2 und ein zwischen die elektrische Maschine 2 und einen Abtrieb 4 geschaltetes Getriebe 3.
Das Getriebe 3 wandelt Drehzahlen und Drehmomente und stellt das Zugkraftangebot der elektrischen Maschine 2 am Abtrieb 4 bereit.
1 zeigt als Baugruppe des Getriebes 3 ein formschlüssiges Schaltelemente 5, welches insbesondere als Klaue ausgebildet ist. Das formschlüssige Schaltelemente 5 verfügt über Schaltelementhälften 5a, 5b, die zum Öffnen und Schließen des formschlüssigen Schaltelements 5 relativ zueinander bewegbar sind. Hierzu dient ein elektrischer Aktuator 6, der zum Öffnen und/oder Schließen des formschlüssigen Schaltelements 5 eine Relativbewegung zwischen den Schaltelementhälften 5a, 5b bewirkt.
1 zeigt weiterhin ein Getriebesteuergerät 7 sowie ein Motorsteuergerät 8.
Das Getriebesteuergerät 7 steuert und/oder regelt den Betrieb des Getriebes 3 und tauscht hierzu mit dem Getriebe 3 Daten aus. Das Motorsteuergerät 8 steuert und/oder regelt den Betrieb der elektrischen Maschine 2 und tauscht hierzu mit der elektrischen Maschine 2 Daten aus. Ferner tauschen das Motorsteuergerät 8 und das Getriebesteuergerät 7 untereinander Daten aus.
2 zeigt ein exemplarisches Beispiel eines Getriebes 3 eines Elektrofahrzeugs, zusammen mit der elektrischen Maschine 2, die als Antriebsaggregat dient, sowie zusammen mit dem Abtrieb 4, wobei in 2 vom Abtrieb 4 zwei angetriebene Räder 4a, 4b einer angetriebenen Achse gezeigt sind. Das Getriebe 3 der 2 umfasst drei Planetenstufen 9, 10, 11. Von den Planetenstufen 9, 10, 11 sind jeweils Sonnenräder 9a, 10a, 11a, Hohlräder 9b, 10b, 11b, Planetenräder 9c, 10c, 11c und Stege 9d, 10d, 11 d gezeigt, die auf die in 2 gezeigte Art und Weise miteinander verschaltet sind.
Gemäß 2 treibt die als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine 2 in das Sonnenrad 9a der Planetenstufe 9 ein. Der Abtrieb 4 greift am Steg 11d der Planetenstufe 11 an.
Ferner zeigt 2 ein formschlüssiges Schaltelement 5, welches von dem elektrischen Aktuator 6 angesteuert werden kann, um dasselbe zwischen unterschiedlichen Schaltpositionen zu überführen.
in der in 2 gezeigten Schaltposition verbindet das formschlüssige Schaltelemente 5 das Hohlrad 10b der Planetenstufe 10 mit dem Sonnenrad 11a der Planetenstufe 11. Durch Verlagerung der Schaltelementhälften des formschlüssigen Schaltelements 5 kann dasselbe aus der in 2 gezeigten Schaltposition in eine Schaltposition überführt werden, in welcher dasselbe das Sonnenrad 10a der Planetenstufe 10 an den Steg 11d der Planetenstufe 11 koppelt.
Bei der Erfindung geht es nun darum, die Schaltposition eines formschlüssigen Schaltelements 5 eines Getriebes 3 eines Fahrzeugs einfach und zuverlässig zu ermitteln.
Erfindungsgemäß wird die elektrische Stromstärke des mit dem formschlüssigen Schaltelement 5 in Wirkverbindung stehenden elektrischen Aktuators 6 erfasst und abhängig von der elektrischen Stromstärke des elektrischen Aktuators 6 auf eine Schaltposition des vom elektrischen Aktuator 6 aktuierten, formschlüssigen Schaltelements 5 geschlossen.
Dann, wenn eine ermittelte elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators 6 größer als ein steuerungsseitig hinterlegter Grenzwert ist bzw. wird, wird als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements 5 entweder auf eine Zahn-auf-Zahn-Position oder auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements 5 geschlossen. Dann, wenn in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung oder in einer Endposition die Schaltelementhälften 5a, 5b trotz Bestromung des Aktuators 6 sich nicht mehr bewegen, steigt die elektrische Stromstärke an, da die elektrische Induktion nicht mehr vorhanden ist.
Insbesondere ist vorgesehen, nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den elektrischen Aktuator 6 einen Timer zu starten und die Zeitspanne zu erfassen, die nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den elektrischen Aktuator 6 verstreicht.
Dann, wenn vor Ablauf einer steuerungsseitig vorgegebenen, definierten Zeitspanne nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den elektrischen Aktuator 6 erkannt wird, dass die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators 6 größer als der Grenzwert ist oder wird, wird als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements 5 auf eine Zahn-auf-Zahn-Position des formschlüssigen Schaltelements 5 geschlossen.
Wird hingegen festgestellt, dass erst nach Ablauf der steuerungsseitig vorgegebenen, definierten Zeitspanne nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den elektrischen Aktuator 6 die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators 6 größer als der entsprechende Grenzwert ist oder wird, wird als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements 5 auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements 5 geschlossen.
Die obige Ermittlung der Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements 5 kommt ohne Positionssensor aus.
Auch kann das Verfahren genutzt werden, um die mit einem Positionssensor ermittelte Schaltposition zu verifizieren.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren automatisch auszuführen. Beim erfindungsgemäßen Steuergerät handelt es sich insbesondere um ein Getriebesteuergerät 7.
Ein solches Getriebesteuergerät 7 ist als elektronisches Steuergerät ausgeführt und verfügt über hardwareseitige Mittel sowie über softwareseitige Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen Datenschnittstellen, um mit den an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen Daten auszutauschen, so zum Beispiel mit dem elektrischen Aktuator 6 des Getriebes 3. Zu den hardwareseitigen Baugruppen zählen weiterhin ein Prozessor zur Datenverarbeitung und ein Speicher zur Datenspeicherung.
Zu den softwareseitigen Mitteln zählen Programmbausteine, die im Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens implementiert sind.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist eingerichtet, um die elektrische Stromstärke eines elektrischen Aktuators 6 eines formschlüssigen Schaltelements 5 zu erfassen und abhängig von der elektrischen Stromstärke des elektrischen Aktuators 5 auf eine Schaltposition desselben zu schließen.
Insbesondere ist das Steuergerät eingerichtet, um nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den Aktuator 6 einen Timer zu starten und diejenige Zeitdauer zu ermitteln, die nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den elektrischen Aktuator 6 verstreicht.
Diese seit Beginn der Ansteuerung verstrichene Zeitdauer wird mit einer steuerungsseitig vorgegebenen Zeitspanne verglichen, ebenso die elektrische Stromstärke mit dem steuerungsseitig vorgegebenen Grenzwert.
Stellt das Steuergerät fest, dass vor Ablauf der steuerungsseitig vorgegebenen, definierten Zeitspanne nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den elektrischen Aktuator 6 die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators größer als der entsprechende Grenzwert ist oder wird, schließt das Steuergerät als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements 5 auf eine Zahn-auf-Zahn-Position.
Stellt das Steuergerät hingegen fest, dass erst nach Ablauf der definierten Zeitspanne nach dem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements 5 durch den elektrischen Aktuator 6 die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators 6 größer als der entsprechende Grenzwert ist oder wird, so schließt das Steuergerät als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements 5 auf eine Endposition desselben.
Ferner betrifft die Erfindung ein Getriebe 3 mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät 7 sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Getriebe 3. Beim Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug, also um ein vollelektrisches Kraftfahrzeug.
Bezugszeichen

1: Antriebsstrang
2: elektrische Maschine
3: Getriebe
4: Abtrieb
4a: Rad
4b: Rad
5: formschlüssiges Schaltelement
5a: Schaltelementhälfte
5b: Schaltelementhälfte
6: elektrischer Aktuator
7: Getriebesteuergerät
8: Motorsteuergerät
9: Planetenstufe
9a: Sonnenrad
9b: Hohlrad
9c: Planetenrad
9d: Steg
10: Planetenstufe
10a: Sonnenrad
10b: Hohlrad
10c: Planetenrad
10d: Steg
11: Planetenstufe
11a: Sonnenrad
11 b: Hohlrad
11c: Planetenrad
11d: Steg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010039445 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines formschlüssigen Schaltelements (5) eines Getriebes (3) eines Fahrzeugs, wobei das formschlüssige Schaltelement (5) Schaltelementhälften (5a, 5b) aufweist, die beim Öffnen und Schließen des formschlüssigen Schaltelements (5) relativ zueinander bewegbar sind, und wobei ein elektrischer Aktuator (6) beim Öffnen und/oder beim Schließen des formschlüssigen Schaltelements (5) die Relativbewegung zwischen den Schaltelementhälften (5a, 5b) des formschlüssigen Schaltelements (5) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) erfasst und abhängig von der elektrischen Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) auf eine Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) größer als ein Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) entweder auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements (5) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn vor Ablauf einer definierten Zeitspanne nach einem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements (5) durch den elektrischen Aktuator (6) erkannt wird, dass die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) größer als der Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements (5) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn nach Ablauf einer definierten Zeitspanne nach einem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements (5) durch den elektrischen Aktuator (6) erkannt wird, dass die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) größer als der Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements (5) geschlossen wird.
Steuergerät (8) eines Fahrzeugs, insbesondere Getriebesteuergerät, welches eingerichtet ist, zum Öffnen und/oder Schließen eines formschlüssigen Schaltelements (5) eines Getriebes (3) eine Relativbewegung zwischen Schaltelementhälften (5a, 5b) des formschlüssigen Schaltelements (5) durch Ansteuerung eines elektrischen Aktuators (6) zu verändern, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät ferner eingerichtet ist, die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) zu erfassen und abhängig von der elektrischen Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) auf eine Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) zu schließen.
Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) ferner eingerichtet ist um dann, wenn die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) größer als ein Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) entweder auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements (5) zu schließen.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät ferner eingerichtet ist um dann, wenn vor Ablauf einer definierten Zeitspanne nach einem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements (5) durch den elektrischen Aktuator (6) erkannt wird, dass die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) größer als der Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung des formschlüssigen Schaltelements (5) zu schließen.
Steuergerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerätferner eingerichtet ist um dann, wenn nach Ablauf einer definierten Zeitspanne nach einem Beginn der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelements (5) durch den elektrischen Aktuator (6) erkannt wird, dass die elektrische Stromstärke des elektrischen Aktuators (6) größer als der Grenzwert ist, als Schaltposition des formschlüssigen Schaltelements (5) auf eine Endposition des formschlüssigen Schaltelements (5) zu schließen.
Getriebes (3) eines Fahrzeugs mit einem Steuergerät (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, mit einem Getriebe (3) nach Anspruch 9.