DE10224064B4

DE10224064B4 - Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Zahnräderwechselgetriebes für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10224064B4
Application number: DE2002124064
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Guggolz; Werner Dipl.-Ing. Hillenbrand; Michael Dipl.-Ing. Schultheiß; Markus Dipl.-Ing. Veit (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2022-06-01
Also published as: DE10224064A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Zahnräderwechselgetriebes (10) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem bei einem Wechsel in einen Zielgang folgende Verfahrensschritte durchlaufen werden:
– Einstellen einer Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes (10) in einen Bereich um eine Synchrondrehzahl des Zielgangs mittels einer Betätigung eines Synchronisierelements (40),
– Einlegen des Zielgangs mittels eines Schaltelements (30, 31),
dadurch gekennzeichnet , dass
– ein Gradient einer Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes (10), welcher sich infolge der Betätigung des Synchronisierelements (40) ergibt, ermittelt wird,
– mittels des Gradienten ein Verlauf der Drehzahl extrapoliert wird,
– ein Abschaltzeitpunkt (74) für das Synchronisierelement (40) in Abhängigkeit
– von dem extrapolierten Verlauf der Drehzahl und
– von der Synchrondrehzahl des Zielgangs bestimmt wird und
– das Schaltelement (30, 31) in Abhängigkeit des Abschaltzeitpunkts (74) zum Einlegen des Zielgangs betätigt wird,
wobei der Abschaltzeitpunkt (74) für das Synchronisierelement (40) so bestimmt und das...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Zahnräderwechselgetriebes für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 199 01 067 A1 ist ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem Synchronisierelement in Form einer Reibmomentübertragungseinrichtung zwischen einer Vorgelege- und einer Abtriebswelle und ein Verfahren zum Betrieb des Zahnräderwechselgetriebes bekannt. Zum Wechsel in einen Zielgang wird in bestimmten Situationen eine Vorgelegewelle des Zahnräderwechselgetriebes mittels Betätigung des Synchronisierelements in Richtung einer Synchrondrehzahl des Zielgangs abgebremst oder beschleunigt. Das Synchronisierelement wird gelöst, wenn die Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Vorgelegewelle und der Synchrondrehzahl des Zielgangs einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Anschließend wird der Zielgang mittels eines Schaltelements in Form einer Schiebemuffe eingelegt.

Das Einlegen des Zielgangs ist nur dann schnell und komfortabel möglich, wenn die Drehzahlen des Schaltelements und eines Zahnrads des Zielgangs nicht zu weit auseinander liegen und damit die Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Vorgelegewelle und der Synchrondrehzahl des Zielgangs nicht zu groß ist. Falls das Zahnräderwechselgetriebe ohne Synchronisiereinrichtungen für jeden einzelnen Gang, also als ein sogenanntes unsynchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt ist, kann der Zielgang generell nur unter der genannten Voraussetzung eingelegt werden. Aufgrund unterschiedlicher Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur oder Viskosität eines Getriebeöls, Temperatur des Synchronisierelements oder Reibungskoeffizient von Reibbelägen des Synchronisierelements, kann der sich einstellende Drehzahlgradient der Vorgelegewelle bei betätigtem Synchronisierelement unterschiedlich sein. Damit ist es möglich, daß bei Betätigung des Schaltelements des Zielgangs die Drehzahlen des Schaltelements und des Zahnrads des Zielgangs noch oder schon wieder zu weit auseinander liegen und damit ein Wechsel in den Zielgang nur langsam und unkomfortabel oder überhaupt nicht möglich ist.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, den Wechsel in den Zielgang in allen Situationen schnell und sicher zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Zahnräderwechselgetriebes wird ein Gradient einer Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes ermittelt. Die Drehzahländerung ergibt sich infolge der Zuschaltung des Synchronisierelements. Ein Abschaltzeitpunkt für das Synchronisierelement wird in Abhängigkeit des ermittelten Gradienten und einer Synchrondrehzahl des Zielgangs bestimmt. Beim Abschaltzeitpunkt wird das Lösen des Synchronisierelements gestartet. Die Synchrondrehzahl ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltelement des Zielgangs und ein Zahnrad des Zielgangs die gleiche Drehzahl aufweisen. Die Synchrondrehzahl ist abhängig vom Zielgang und von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Anschließend wird das Schaltelement in Abhängigkeit des Abschaltzeitpunkts betätigt und der Zielgang eingelegt.

Es wird der Gradient der Drehzahl einer Welle des Zahnräderwechselgetriebes ermittelt, welche nicht drehfest mit einer Haupt- oder Abtriebswelle und damit mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Damit wird beispielsweise der Gradient einer Vorgelegewelle, einer Getriebeeingangswelle oder eines mit den vorgenannten Wellen in Antriebsverbindung stehenden Getriebeelements ermittelt. Der Gradient wird beispielsweise ermittelt, indem eine Drehzahl von einer Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen und mit den sich aus den gemessenen Drehzahlen ergebenden Drehzahldifferenzen und den Zeitabständen zwischen den Messungen der zeitliche Gradient ermittelt wird. Darüber hinaus können weitere, dem Fachmann bekannte Verfahren zur Ermittlung von Drehzahlen und Drehzahlgradienten angewandt werden. Zusätzlich kann der Gradient mittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise eines Tiefpaßfilters, über mehrere Meßwerte geglättet werden.

Das Synchronisierelement kann entweder eine Welle des Zahnräderwechselgetriebes gegenüber einem Gehäuse abbremsen oder zwischen zwei Wellen eine Drehzahlangleichung bewirken. Beispielsweise kann die Vorgelegewelle gegen das Gehäuse abgebremst oder die Vorgelegewelle gegenüber der Hauptwelle verzögert oder beschleunigt werden. Die notwendigen Drehmomente können beispielsweise mittels einer reibschlüssigen Verbindung, hydraulisch oder elektromagnetisch aufgebracht werden.

Ausgehend von der gemessenen Drehzahl kann mit dem ermittelten Gradienten der Verlauf der Drehzahl vorausberechnet oder extrapoliert werden. Unter Berücksichtigung einer Zeit, die zur Betätigung des Schaltelements benötigt wird, und der zu erreichenden Synchrondrehzahl des Zielgangs kann der Ausschaltzeitpunkt des Synchronisierelements so bestimmt werden, daß sich die Drehzahl beim Betätigen des Schaltelements des Zielgangs innerhalb eines erlaubten Drehzahlfensters um die Synchrondrehzahl befindet. Zusätzlich zur Synchrondrehzahl kann auch eine erlaubte Drehzahldifferenz, um welche die einzustellende Drehzahl von der Synchrondrehzahl abweichen darf, berücksichtigt werden. Das Schaltelement kann somit nicht erst angesteuert werden, wenn die Synchrondrehzahl erreicht ist oder die Drehzahl innerhalb des Drehzahlfensters liegt. Vielmehr kann bei ungefähr bekannter benötigter Zeit zur Betätigung des Schaltelements dieses so frühzeitig betätigt werden, daß zum frühestmöglichen Zeitpunkt, insbesondere zum Abschaltzeitpunkt des Synchronisierelements, eine Schaltungsbetätigung erfolgt. Damit wird in allen Situationen ein schneller und sicherer Wechsel in den Zielgang ermöglicht.

In Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Zahnräderwechselgetriebe über ein Stellglied, mittels welchem sowohl das Synchronisierelement als auch mindestens ein Schaltelement des Zahnräderwechselgetriebes separat voneinander betätigbar sind. Damit ist es nicht möglich, bei betätigtem Synchronisierelement den Zielgang einzulegen. Satt dessen muß zuerst das Synchronisierelement gelöst und anschließend der Zielgang eingelegt werden. Damit wird ein besonders kostengünstiges Zahnräderwechselgetriebe ermöglicht, da für die Betätigung der Synchronisiereinrichtung kein separates Stellglied erforderlich ist.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Abschaltzeitpunkt für das Synchronisierelement in Abhängigkeit vom Zielgang bestimmt. Das Synchronisierelement wird mittels des Stellglieds betätigt. Da die Betätigung des Schaltelements des Zielgangs mittels desselben Stellglieds erfolgt, muß das Stellglied das entsprechende Schaltelement zuerst auswählen. Da Betätigungsmittel der verschiedenen Schaltelemente räumlich beabstandet im Zahnräderwechselgetriebe angeordnet sind, nimmt diese Auswahl je nach Zielgang unterschiedlich lange Zeit in Anspruch.

Die zielgangabhängigen Zeiten, welche bei der Bestimmung des Abschaltzeitpunktes berücksichtigt werden, können fest vorgegeben oder in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Zahn räderwechselgetriebes, wie z.B. der Öltemperatur, vorgegeben werden. Die Vorgabe kann beispielsweise in Form einer Kennlinie oder eines Kennfelds, in welcher die Zeit in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern, beispielsweise der Öltemperatur aufgetragen ist, erfolgen. Außerdem ist es möglich, daß die benötigten Zeiten von der Steuerungseinrichtung gemessen werden. Weiterhin können die vorgegebenen Werte adaptiert werden.

Zusätzlich kann neben den unterschiedlichen Wählzeiten eine sogenannte Totzeit des Synchronisierelements berücksichtigt werden. Die Totzeit ist die Zeitdauer, in der das Synchronisierelement nach Ansteuerung zum Abschalten bzw. dem Start des Lösens noch aktiv ist.

Damit ist ein besonders schneller und sicherer Wechsel in den Zielgang möglich.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Abschaltzeitpunkt für das Synchronisierelement in Abhängigkeit von einem Schleppgradienten einer Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes bestimmt. Während der Zeit, in welcher das Stellglied das Schaltelement des Zielgangs auswählt und betätigt, ist die Synchronisiereinrichtung abgeschaltet. Durch beispielsweise Reibungsverluste und/oder Verluste, welche durch ein Eintauchen von Zahnrädern in einen Ölsumpf entstehen, wird die Welle, auf welche die Synchronisiereinrichtung wirkt, abgebremst. Der ohne betätigtes Synchronisierelement sich ergebende Gradient der Drehzahl wird als der Schleppgradient bezeichnet. Der Schleppgradient kann fest vorgegeben oder in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Zahnräderwechselgetriebes, wie z.B. der Öltemperatur vorgegeben werden. Die Vorgabe kann beispielsweise in Form einer Kennlinie oder eines Kennfelds, in welcher der Schleppgradient in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern, beispielsweise der Öltemperatur aufgetragen ist, erfolgen. Außerdem ist es möglich, daß die sich einstellenden Schleppgradienten von der Steuerungseinrichtung gemessen werden. Weiterhin können die vorgegebenen Werte adaptiert werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Zahnräderwechselgetriebe als ein unsynchronisiertes Getriebe ausgeführt. Das Zahnräderwechselgetriebe ist mittels einer Kupplung mit einer Antriebsmaschine koppelbar. Die Kupplung ist als eine fußkraftbetätigte Kupplung ausgeführt und ist von einem Fahrzeugführer betätigbar. Unsynchronisierte Getriebe haben keine Synchronisiereinrichtungen, wie beispielsweise Synchronringe für jeden einzelnen Gang. Die notwendige Synchronisierung wird mittels der Antriebsmaschine und/oder einer Zentralsynchronisiereinrichtung durchgeführt. Schaltungen des Zahnräderwechselgetriebes und damit auch der Wechsel in den Zielgang können mit offener oder geschlossener Kupplung durchgeführt werden. Bei offener Kupplung ist das Zahnräderwechselgetriebe von der Antriebsmaschine entkoppelt; bei geschlossener Kupplung sind die beiden Aggregate gekoppelt. Sobald der Zielgang eingelegt ist, wird der Fahrzeugführer beispielsweise mittels eines optischen oder akustischen Signals informiert, daß er bei einem Wechsel mit geöffneter Kupplung die Kupplung schließen kann.

Damit ist kein Stellglied für die Betätigung der Kupplung und keine Synchronisiereinrichtungen für jeden Gang notwendig, womit ein kostengünstiges Zahnräderwechselgetriebe darstellbar ist. Die Erfindung ist aber auch in Verbindung mit einer automatisierten Kupplung, also einer fremdkraftbetätigten Kupplung, anwendbar.

In Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs zum Einlegen eines Anfahrgangs des Zahnräderwechselgetriebes angewandt. Anfahrgänge sind alle Gänge des Zahnräderwechselgetriebes, in welchen ein Anfahren aus Stillstand möglich ist. Beispielsweise sind bei einem Getriebe mit 16 Gängen für Nutzfahrzeuge die Gänge 1 bis 8 und der Rückwärtsgang Anfahrgänge. Vor einem Wechsel in den Zielgang bei einem Stillstand des Fahrzeugs müssen die Wellen des Zahnräderwechselgetriebes, welche nicht drehfest mit einer Haupt- oder Abtriebswelle verbunden sind und beispielsweise nach einem Abbremsen des Kraftfahrzeugs bis zum Stillstand infolge der Trägheit noch eine Drehbewegung ausführen, zum Stillstand gebracht werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist dies besonders sicher und schnell möglich.

In Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren bei einer niedrigen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Fahrzeuggeschwindigkeiten bis ungefähr 15 km/h, zum Einlegen eines Anfahrgangs des Zahnräderwechselgetriebes angewandt. Falls Drehzahlen der Wellen, welche nicht drehfest mit einer Haupt- oder Abtriebswelle verbunden sind, zu klein für einen Wechsel in den Zielgang sind, ist eine Beschleunigung der Wellen notwendig. Diese Beschleunigung könnte beispielsweise mittels der Antriebsmaschine erfolgen. Um ein Drehmoment von der Antriebsmaschine zu übertragen, muß die Kupplung aber zumindest teilweise geschlossen sein. Beim Einsatz einer fußkraftbetätigten Kupplung kann der Fahrzeugführer die Kupplung aber nicht so genau steuern, daß sich die erforderliche Beschleunigung der Welle ergibt. Ein Wechsel in den Zielgang wäre also nicht möglich. Durch das erfindungsgemäße Zuschalten der Synchronisiereinrichtung wird beispielsweise die Vorgelegewelle mit der schneller drehenden Hauptwelle reibschlüssig verbunden und damit die Vorgelegewelle wie erforderlich beschleunigt. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht somit einen sicheren und schnellen Wechsel in den Zielgang.

In Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren angewandt, wenn sich eine Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine in einem Notbetrieb befindet. Im Notbetrieb kann die Drehzahl und das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine nicht oder nur in eingeschränktem Maße verändert werden. Der Notbetrieb kann beispielsweise so realisiert sein, daß die Antriebsmaschine eine konstante Drehzahl von 1200 U/min hat. Damit kann die Antriebsmaschine nicht mehr zur Synchronisierung verwendet werden. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens können Wellen, welche nicht drehfest mit einer Haupt- oder Abtriebswelle verbunden sind, beschleunigt oder abgebremst werden. Damit sind auch bei einem Notbetrieb der Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine Wechsel in höhere oder niedrigere Gänge möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einautomatisiertes Zahnräderwechselgetriebe mit einer Synchroniesiereinrichtung für ein Kraftfahrzeug,
2 eine Prinzipdarstellung der Wähl- und Schaltgassen des Zahnräderwechselgetriebes von 1 und
3 ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung einer Drehzahl einer Vorgelegewelle des Zahnräderwechselgetriebes bei einem Einlegen eines Anfahrgangs bei Stillstand des Kraftfahrzeugs und rotierender Vorgelegewelle.
Gemäß 1 verfügt ein unsynchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe 10 über eine Getriebeeingangswelle 11, welche über eine Kupplung 12 mit einer koaxial zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten Ausgangswelle 13 einer Antriebsmaschine 14 koppelbar ist. Die Kupplung 12 kann mittels eines Kupplungspedals 15, welches von einem Fahrzeugführer betätigbar ist, geöffnet und geschlossen werden. Die Antriebsmaschine 14 wird von einer Steuerungseinrichtung 16 angesteuert. Mittels der Ansteuerung ist eine Drehzahl und ein abgegebenes Drehmoment der Antriebsmaschine 14 einstellbar. Das Zahnräderwechsel getriebe 10 ist als ein sogenanntes Drei-Gruppengetriebe ausgeführt. Drehfest verbunden mit der Getriebeeingangswelle 11 ist eine Splitgruppe 17 angeordnet. Der Splitgruppe 17 nachgeordnet ist ein Hauptgetriebe 18, an welches sich eine Rangegruppe 19 anschließt.
Mittels der Splitgruppe 17 kann die Getriebeeingangswelle 11 über zwei verschiedene Zahnradpaarungen 20, 21 mit einer parallel zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten Vorgelegewelle 22 in Wirkverbindung gebracht werden. Die Zahnradpaarungen 20, 21 weisen eine unterschiedliche Übersetzung auf. Auf der Vorgelegewelle 22 sind verdrehfest Festräder 23, 24, 25 für den 3., 2. und 1. Gang des Hauptgetriebes 18 angeordnet. Die Festräder 23, 24, 25 kämmen jeweils mit zugehörigen Losrädern 26, 27, 28, welche drehbar auf einer koaxial zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten Hauptwelle 29 angeordnet sind. Das Losrad 26 kann mittels einer Schiebemuffe 30, die Losräder 27 und 28 mittels einer Schiebemuffe 31 verdrehfest mit der Hauptwelle 29 verbunden werden. Ein 4. Gang des Hauptgetriebes wird realisiert, indem die Hauptwelle 29 mittels der Schiebemuffe 30 mit der Splitgruppe 17 verdrehfest verbunden wird. Das Verbinden der Losräder 26, 27, 28 und der Splitgruppe 27 mit der Hauptwelle 29 ist nur möglich, wenn die Drehzahlen der zu verbindenden Elemente annähernd gleich ist. Die Drehzahlangleichung wird beispielsweise mittels der Antriebsmaschine 14 oder eines Synchronisierelements 40 durchgeführt.
Dem Hauptgetriebe 18 nachgeordnet ist die Rangegruppe 19, welche in Planetenbauart ausgeführt ist. Die Hauptwelle 29 des Hauptgetriebes 18 ist mit einem Sonnenrad 32 eines Planetensatzes 33 drehfest verbunden. Der Abtrieb erfolgt über einen Steg 34 des Planetensatzes 33, welcher drehfest mit einer Getriebeabtriebswelle 35 verbunden ist. Mittels einer Schiebemuffe 36 ist ein Hohlrad 37 des Planetensatzes 33 entweder mit einem nicht dargestellten Gehäuse des Zahnräderwechselgetriebes 10 oder mit der Getriebeabtriebswelle 35 verdrehfest verbindbar. Damit sind in der Rangegruppe 19 zwei verschiedene Übersetzungen darstellbar. Das Zahnräderwechselgetriebe 10 verfügt damit über insgesamt 16 Gänge.
Von der Getriebeabtriebswelle 35 wird das gewandelte Drehmoment und die Drehzahl der Antriebsmaschine 14 mittels einer Antriebswelle an ein Achsgetriebe übertragen, welches in an sich bekannter Weise das Drehmoment in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen über zwei Abtriebswellen an Antriebsräder überträgt.
In Richtung der Rangegruppe 19 neben dem Losrad 28 des 1. Gangs des Hauptgetriebes 18 ist koaxial und verdrehfest mit der Hauptwelle 29 ein Synchronkörper 38 angeordnet. Eine Schiebemuffe 39 umschließt verdrehfest und axial verschiebbar den Synchronkörper 38. Durch eine axiale Verschiebung der Schiebemuffe 39 in Richtung des Losrads 28 kann die Schiebemuffe 39 mit dem Losrad 28 des 1. Gangs reibschlüssig verbunden werden. Mittels einer Betätigung dieses Synchronisierelements 40 kann über das Synchronisierelement 40, das Losrad 28 und das Festrad 25 eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Hauptwelle 29 und der Vorgelegewelle 22 beziehungsweise zusätzlich über die Zahnradpaarung 20 zwischen der Hauptwelle 29 und der Getriebeeingangswelle 11 hergestellt werden. Die Hauptwelle 29 ist über die Rangegruppe 19 drehfest mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Drehzahl der Hauptwelle 29 ist damit proportional zur Drehzahl der Antriebsräder und damit zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Durch eine Betätigung des Synchronisierelements 40 kann die Vorgelegewelle 22 in Richtung einer Drehzahl, welche sich aus der Drehzahl der Hauptwelle 29 und Zähnezahlen des Losrades 28 und des Festrades 25 ergibt, beschleunigt oder verzögert werden. Die genannte Drehzahl entspricht der Synchrondrehzahl des 1. Gangs des Hauptgetriebes 18.
Eine Schiebemuffe 41 der Splitgruppe 17, die Schiebemuffen 30, 31, 39 des Hauptgetriebes 18 und die Schiebemuffe 36 der Rangegruppe 19 sind jeweils mit Schaltstangen 42, 43, 44, 45, 46 betätigbar. Die Schaltstangen 42, 43, 44, 45, 46 können von einem Betätigungselement 47 parallel zur Hauptwelle 29 verschoben werden. Mit einer Verschiebung einer der Schaltstangen 42, 43, 44, 45, 46 wird jeweils auch die zugehörige Schiebemuffe 41, 30, 31, 39, 36 parallel zur Hauptwelle 29 verschoben und damit eine formschlüssige Verbindung zwischen zugehörigen Schaltelementen hergestellt oder unterbrochen. Das Betätigungselement 47 kann von einem Stellglied 48 in einer ersten Richtung beziehungsweise in einer ersten Gasse parallel zur Hauptwelle 29 und in einer zweiten Richtung beziehungsweise in einer zweiten Gasse senkrecht dazu bewegt werden. Die Bewegung in der zweiten Richtung dient zur Auswahl einer der Schaltstangen 42, 43, 44, 45, 46. Damit kann jede der Schiebemuffen 41, 30, 31, 39, 36 mittels des Stellglieds 48 betätigt werden. Dabei wird die Bewegung des Betätigungselements 47 in die erste Richtung als Schalten und eine Bewegung in die zweite Richtung als Wählen bezeichnet.
Das Stellglied 48 wird von einer Steuerungseinrichtung 49 des Zahnräderwechselgetriebes 10 angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 49 steht in Signalverbindung mit einem Drehzahlsensor 50, mittels welchem die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 meßbar ist. Aus der gemessenen Drehzahl der Vorgelegewelle 22 bestimmt die Steuerungseinrichtung 49 einen zeitlichen Gradient der Drehzahl der Vorgelegewelle 22. Außerdem steht die Steuerungseinrichtung 49 mit einer Bedieneinheit 51 in Signalverbindung, mittels welcher der Fahrzeugführer Schaltungen des Zahnräderwechselgetriebes 10 auslösen kann. Die Schaltungen werden dann mittels des Stellglieds 48 ausgeführt.
In 2 ist eine Prinzipdarstellung der Wähl- und Schaltgassen des Zahnräderwechselgetriebes 10 von 1 dargestellt. In diesen Gassen kann das Betätigungselement 47 vom Stellglied 48 bewegt werden. Durch ein Verschieben des Betätigungselements 47 entlang der Wählgasse 60 wird eine Schaltgasse 61, 62, 63, 64 oder 65 ausgewählt. Durch ein Verschieben des Betätigungselements 47

– entlang der Schaltgasse 61 wird die Schaltstange 42 und damit die Schiebemuffe 41 der Splitgruppe 17,
– entlang der Schaltgasse 62 wird die Schaltstange 43 und damit die Schiebemuffe 30 des Hauptgetriebes 18,
– entlang der Schaltgasse 63 wird die Schaltstange 44 und damit die Schiebemuffe 31 des Hauptgetriebes 18,
– entlang der Schaltgasse 64 wird die Schaltstange 45 und damit die Schiebemuffe 39 des Synchronisierelements 40,
– entlang der Schaltgasse 65 wird die Schaltstange 46 und damit die Schiebemuffe 36 der Rangegruppe 19 betätigt.

In einer Schaltposition 66 ist das Synchronisierelement 40 betätigt. In einer Schaltposition 67 ist der 2. Gang, in einer Schaltposition 68 der 1. Gang, in einer Schaltposition 69 der 4. Gang und in einer Schaltposition 70 ist der 3. Gang des Hauptgetriebes 18 eingelegt. Befindet sich das Betätigungselement 47 in der Wählgasse 60 ist kein Gang eingelegt; das Zahnräderwechselgetriebe 10 befindet sich damit in einer Neutralstellung.
Bei einem Wechsel in einen Zielgang des Hauptgetriebes 18 muß vor dem Betätigen der zugehörigen Schiebemuffe und damit vor dem Einlegen des Zielgangs die Drehzahl des zugehörigen Losrades und die Drehzahl der Hauptwelle 29 ungefähr gleich groß sein. Abhängig von der Übersetzung der zugehörigen Losrad-Festrad Paarung ergibt sich damit die Synchrondrehzahl der Vorgelegewelle 22. Die Einstellung der Synchrondrehzahl kann mittels des Synchronisierelements 40 erfolgen. Wenn das Synchronisierelement 40 betätigt ist, befindet sich das Betätigungselement 47 in der Schaltposition 66. Soll nun beispielsweise als Zielgang der 4. Gang des Hauptgetriebes 18 eingelegt werden, so muß zum Einlegen des Zielgangs das Betätigungselement 47 in die Position 69 gebracht werden. Dazu wird das Betätigungselement 47 zuerst aus der Schaltposition 66 in die Wählgasse 60 gebracht, anschließend in der Wählgasse 60 bis zur Schaltgasse 62 und dann in die Schaltposition 69 bewegt. Ist der Zielgang der 2. Gang des Hauptgetriebes 18, so muß beim Wählen das Betätigungselement 47 nur bis zur Schaltgasse 63 bewegt werden. Da hierzu ein kleinerer Weg zurückzulegen ist, wird für den Wählvorgang bis zur Schaltgasse 63 weniger Zeit beansprucht wie für den Wählvorgang bis zur Schaltgasse 62.
Die Zeitdauer zur Wahl der Gänge einer Schaltgasse ist jeweils gleich, für einen Wechsel in eine andere Gasse aber unterschiedlich. Dementsprechend können die zielgangabhängigen Zeiten, welche bei der Bestimmung des Abschaltzeitpunktes der Synchronisiereinrichtung 40 berücksichtigt werden, bei Gängen in einer Schaltgasse gleich groß sein.
In 3 ist ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 des Zahnräderwechselgetriebes 10 bei einem Einlegen des 1. Gang des Hauptgetriebes 18 bei stehendem Fahrzeug, damit auch stehender Hauptwelle 29 und noch rotierender Vorgelegewelle 22 dargestellt. Die von der Vorgelegewelle 22 zu erreichende Synchrondrehzahl ist also 0. Diese Situation kann auftreten, wenn der Fahrzeugführer kurz nach einem Anhalten des Kraftfahrzeugs wieder anfahren möchte und die Vorgelegewelle 22 noch rotiert, da sie nur durch geringe Reibungsverluste abgebremst wird. Auf einer Abszisse 71 ist die Zeit und auf einer Ordinate 72 sind Drehzahlen aufgetragen. Die durchgezogene Linie 73 zeigt den Verlauf der Drehzahl der Vorgelegewelle 22. In einer Phase a ist kein Gang eingelegt, die Kupplung 13 ist geöffnet. Das Betätigungselement 47 befindet sich in der Wählgasse 60. Die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 sinkt auf Grund der genannten Reibungsverluste langsam ab. Am Beginn einer Phase b löst der Fahrzeugführer mittels der Bedieneinheit 51 einen Schaltbefehl in den 1. Gang des Hauptgetriebes 18 aus. In der Phase b wird das Synchronisierelement 40 betätigt. Dazu wird das Betätigungselement 47 in die Schaltstellung 66 gebracht. Die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 sinkt in der Phase b weiterhin nur langsam ab, da das Synchronisierelement noch nicht vollständig zugeschaltet ist. Am Beginn der Phase c ist das Betätigungselement 47 in der Schaltstellung 66 und damit das Synchronisierelement 40 vollständig zugeschaltet. Damit besteht zwischen der Vorgelegewelle 22 und der Hauptwelle 29 über das Synchronisierelement 40, das Losrad 28 und das Festrad 25 eine reibschlüssige Verbindung, so daß die Vorgelegewelle 22 abgebremst wird.
Während der Phase c misst die Steuerungseinrichtung 49 in festen Zeitabständen die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 und bestimmt den Gradient der Drehzahl. Das Synchronisierelement 40 soll so gelöst werden, daß beim Einlegen des 1. Gangs, also beim Erreichen der Schaltposition 68 durch das Betätigungselement 47, die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 in einem Drehzahlfenster um die Synchrondrehzahl des 1. Gangs liegt, also in diesem Fall kleiner als ein Toleranzwert ist. Ausgehend von der gemessenen Drehzahl wird unter Berücksichtigung des ermittelten Gradienten der Verlauf der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 vorausberechnet. In die Berechnung geht auch eine Totzeit des Synchronisierelements 40 mit ein. Es wird bei der Berechnung davon ausgegangen, daß während dieser Totzeit der ermittelte Gradient beibehalten bleibt oder sich nach einem vorgegebenen oder approximierten Verlauf ändert. Die Totzeit ist die Zeitdauer, in der das Synchronisierelements 40 nach Ansteuerung zum Lösen durch die Steuerungseinrichtung 49 noch die reibschlüssige Verbindung zwischen Hauptwelle 29 und Vorgelegewelle 22 aufrecht hält. Der Wert für diese Totzeit ist in der Steuerungseinrichtung 49 abgespeichert.
Nach dem Lösen der genannten reibschlüssigen Verbindung wird die Vorgelegewelle 22 durch Reibungsverluste, den sogenannten Schleppverlusten weiter verzögert. Der sich dabei einstellende Gradient der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 wird als der sogenannte Schleppgradient bezeichnet. Dieser Schleppgradient bleibt so lange erhalten bis der Zielgang, in diesem Fall der 1. Gang eingelegt wird. Dazu muß das Betätigungselement 47 in der Wählgasse 60 bis zur Schaltgasse des Zielgangs, also bis zur Schaltgasse 63 und dann in die Schaltposition 68 gebracht werden. Die dafür notwendige Wähl- und Schaltzeit ist für die Vorausberechnung der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 für jede Schaltgasse 61, 62, 63, 65 einzeln in Form einer Kennlinie in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur des Öls des Zahnräderwechselgetriebes 10 in der Steuerungseinrichtung 49 abgespeichert. Zusätzlich ist ein wert für den Schleppgradient ebenfalls in der Steuerungseinrichtung 49 gespeichert. Der Schleppgradient wird außerdem auch gemessen und mit den gemessenen Werten wird der abgespeicherte Wert angepaßt und abgespeichert.
Der Abschaltzeitpunkt für das Synchronisierelement 40, also der Zeitpunkt, an dem die Steuerungseinrichtung 49 das Signal zum Lösen an das Stellglied 48 sendet, ist dann erreicht, wenn die Vorausberechnung ergibt, daß die verbleibende Drehzahldifferenz zwischen der gemessenen Drehzahl der Vorgelegewelle 22 und der zu erreichenden Synchrondrehzahl des Zielgangs unter Berücksichtigung des genannten Toleranzwertes während der Totzeit des Synchronisierelements 40 und der Wähl- und Schaltzeit abgebaut wird.
Dies ist zum Zeitpunkt 74 am Ende der Phase c der Fall. Zu diesem Zeitpunkt hat die Vorgelegewelle 22 die Drehzahl 75. Damit der Zielgang, also der 1. Gang eingelegt werden kann, muß die Vorgelegewelle 22 die Drehzahl 76 erreichen. Die Drehzahl 76 entspricht dem genannten Toleranzwert, um den die Drehzahl von der Synchrondrehzahl abweichen kann. Die Vorausberechnung der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 ergibt zum Zeitpunkt 74, daß die Differenz zwischen den Drehzahlen 75 und 76 zum Zeitpunkt 77 abgebaut ist. Die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten 77 und 74 entspricht der Summe der Zeitdauern der Phasen d und e. Die Dauer der Phase d entspricht der Totzeit des Synchronisierelements 40, in der der ermittelte Gradient der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 beibehalten bleibt. Die Drehzahl sinkt genauso schnell wie in der Phase c ab. Die Dauer der Phase e entspricht der genannten Wähl- und Schaltzeit für die Schaltgasse 63 des 1. Gangs. In dieser Zeit sinkt die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 mit dem Schleppgradienten ab. Der Schleppgradient ist erheblich kleiner als der Gradient in den Phasen c und d. Am Beginn der Phase f hat die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 die erforderliche Drehzahl zum Einlegen des 1. Gangs erreicht und es wird in der Phase f mittels der Schiebemuffe 31 eine formschlüssige Verbindung zwischen der Vorgelegewelle 22 und der Hauptwelle 29 hergestellt. Infolge dessen wird die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 schlagartig auf die Drehzahl der Hauptwelle, in diesem Fall auf 0, gebracht. Der Zielgang ist damit eingelegt und der Fahrzeugführer wird mittels eines optischen oder akustischen Signals von der Steuerungseinrichtung 49 informiert, daß er die Kupplung 12 schließen kann. Nach dem Schließen der Kupplung 12 kann der Fahrzeugführer das Kraftfahrzeug anfahren oder ein automatisierter Anfahrvorgang eingeleitet werden.
Neben dem beschriebenen Fall, dem Einlegen eines Anfahrgangs im Stillstand des Kraftfahrzeugs, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch beim Einlegen eines Anfahrgangs bei rollendem Fahrzeug angewendet werden. Dieser Fall kann beispielsweise eintreten, wenn das Kraftfahrzeug in der Neutralstellung des Zahnräderwechselgetriebes 10 eine abschüssige Straße hinunter rollt und dann ein Anfahrgang eingelegt werden soll. In diesem Fall ist die Synchrondrehzahl des Zielgangs nicht 0, sondern ergibt sich aus der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und damit aus der Drehzahl der Hauptwelle 29. Die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 kann in diesem Fall kleiner als die Synchrondrehzahl sein; die Vorgelegewelle 22 muß also beschleunigt werden. Durch ein Zuschalten des Synchronisierelements 40 wird die Vorgelegewelle 22 in Richtung der Synchrondrehzahl des 1. Gangs des Hauptgetriebes 18 beschleunigt. Der Ausschaltzeitpunkt für das Synchronisierelement 40 wird wie beschrieben berechnet.
Zusätzlich zu den beschriebenen Situationen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden, wenn sich die Steuerungseinrichtung 16 der Antriebsmaschine 14 in einem Notbetrieb befindet. Der Notbetrieb kann beispielsweise ausgelöst werden, indem ein nicht dargestelltes Stellglied oder ein nicht dargestellter Sensor der Antriebsmaschine 14 nicht ordnungsgemäß arbeitet. Im Notbetrieb kann die Drehzahl und das Drehmoment der Antriebsmaschine 14 nicht oder nur in engen Bereichen eingestellt werden, beispielsweise kann die Drehzahl der Antriebsmaschine 14 konstant 1200 U/min betragen. Damit kann die Antriebsmaschine 14 nicht mehr zum Synchronisieren des Zahnräderwechselgetriebes 10 verwendet werden.
Bei einer Rückschaltung in einen höheren Gang des Hauptgetriebes 18 muß die Vorgelegewelle 22 beschleunigt werden. Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren, wie beim Einlegen eines Anfahrgangs bei rollendem Fahrzeug beschrieben, angewandt.
Bei einer Hochschaltung während der Fahrt muß die Vorgelegewelle 22 verzögert werden. Eine Betätigung des Synchronisierelements 40 bewirkt aber immer eine Einstellung der Drehzahl in Richtung der Synchrondrehzahl des 1. Gangs des Hauptgetriebes 18. Die Synchrondrehzahl ist dabei abhängig von der Übersetzung des 1. Gangs und der Drehzahl der Hauptwelle 29. Mit einer Betätigung des Synchronisierelements 40 kann keine Verzögerung der Vorgelegewelle 22 erreicht werden. Falls in der Rangegruppe 19 die kürzere der beiden Übersetzungen eingestellt ist, kann durch ein Umschalten der Rangegruppe 19 auf die längere Übersetzung die Drehzahl der Hauptwelle 29 verkleinert und damit die Synchrondrehzahl des 1. Gangs des Hauptgetriebes 18 verringert werden. Damit kann durch Betätigen des Synchronisierelements 40 die Vorgelegewelle 22 verzögert werden. Vor dem Einlegen des Zielgangs wird die Rangegruppe 19 wieder auf die kürzere Übersetzung umgeschaltet. In diesem Fall muß bei der Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts des Synchronisierelements 40 die Zeit berücksichtigt werden, die notwendig ist, um die Rangegruppe 19 umzuschalten. In dieser Zeit sinkt die Drehzahl mit dem Schleppgradienten. Der weitere Verlauf des Verfahrens entspricht dem bisher beschriebenen Vorgehen.
Die Kupplung, mittels welcher das Zahnräderwechselgetriebe und die Antriebsmaschine koppelbar sind, kann auch als eine automatisierte Kupplung, welche mittels eines Stellglieds betätigbar ist, ausgeführt sein.
Das Zahnräderwechselgetriebe kann auch so ausgeführt sein, daß das Synchronisierelement von einem ersten Stellglied und die Schiebemuffen von zumindest einem weiteren Stellglied betätigt werden können.
Die Splitgruppe und/oder die Rangegruppe können auch mit einem oder jeweils einem separaten Stellglied betätigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einem Zahnräderwechselgetriebe, welches von einem Fahrzeugführer manuell geschaltet wird, verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines automatisierten Zahnräderwechselgetriebes (10) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem bei einem Wechsel in einen Zielgang folgende Verfahrensschritte durchlaufen werden: – Einstellen einer Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes (10) in einen Bereich um eine Synchrondrehzahl des Zielgangs mittels einer Betätigung eines Synchronisierelements (40), – Einlegen des Zielgangs mittels eines Schaltelements (30, 31), dadurch gekennzeichnet , dass – ein Gradient einer Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes (10), welcher sich infolge der Betätigung des Synchronisierelements (40) ergibt, ermittelt wird, – mittels des Gradienten ein Verlauf der Drehzahl extrapoliert wird, – ein Abschaltzeitpunkt (74) für das Synchronisierelement (40) in Abhängigkeit – von dem extrapolierten Verlauf der Drehzahl und – von der Synchrondrehzahl des Zielgangs bestimmt wird und – das Schaltelement (30, 31) in Abhängigkeit des Abschaltzeitpunkts (74) zum Einlegen des Zielgangs betätigt wird, wobei der Abschaltzeitpunkt (74) für das Synchronisierelement (40) so bestimmt und das Schaltelement (30, 31) so betätigt wird, dass sich die Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes (10) beim Betätigen des Schaltelements (30, 31) innerhalb eines erlaubten Drehzahlfensters um die Synchrondrehzahl befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnräderwechselgetriebe (10) über ein Stellglied (48) verfügt, mittels welchem sowohl das Synchronisierelement (40) als auch mindestens ein Schaltelement (30, 31, 36, 41) des Zahnräderwechselgetriebes (10) separat voneinander betätigbar sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltzeitpunkt (74) für das Synchronisierelement (40) in Abhängigkeit vom Zielgang bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltzeitpunkt (74) für das Synchronisierelement (40) in Abhängigkeit von einem Schleppgradienten einer Drehzahl des Zahnräderwechselgetriebes (10) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß – das Zahnräderwechselgetriebe (10) als ein unsynchronisiertes Getriebe ausgeführt ist, – das Zahnräderwechselgetriebe (10) mittels einer Kupplung (12) mit einer Antriebsmaschine (14) koppelbar ist und – die Kupplung (12) als eine fußkraftbetätigte Kupplung ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs zum Einlegen eines Anfahrgangs des Zahnräderwechselgetriebes (10) angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisierelement (40) als eine Reibkupplung zwischen einer Vorgelegewelle (22) und einer Hauptwelle (29) des Zahnräderwechselgetriebes (10) ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einer niedrigen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zum Einlegen eines Anfahrgangs des Zahnräderwechselgetriebes (10) angewandt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren angewandt wird, wenn sich eine Steuerungseinrichtung (16) der Antriebsmaschine (14) in einem Notbetrieb befindet.