DE10243277A1

DE10243277A1 - Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Kfz-Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE10243277A1
Application number: DE2002143277
Authority: DE
Inventors: Georg Kruse
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Kfz-Schaltgetriebes, das über eine trennbare Motorkupplung mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor in Verbindung steht, der eine steuerbare mechanische Motorbremse aufweist, wobei während eines Schaltvorganges, bei dem von einem alten Gang in einen neuen Gang gewechselt wird, die Motorkupplung geschlossen bleibt, sieht vor, dass bei dem Schaltvorgang zunächst der Betrag des Getriebeeingangsmomentes reduziert wird, dass daraufhin die Synchronisierung des neuen Gangs mittels der mechanischen Motorbremse erfolgt, und dass mit Erreichen der Synchrondrehzahl der neue Gang eingelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Kfz-Schaltgetriebes, das über eine trennbare Motorkupplung mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor in Verbindung steht, der eine steuerbare mechanische Motorbremse aufweist, wobei während eines Schaltvorganges, bei dem von einem alten Gang in einen neuen Gang gewechselt wird, die Motorkupplung geschlossen bleibt.

Unter einem automatisierten Kfz-Schaltgetriebe wird ein Stufenwechselgetriebe verstanden, bei dem die Gangwechsel, d.h. das jeweilige Aus- und Einlegen der Gänge sowie das hierzu normalerweise erforderliche Aus- und Einrücken der Motorkupplung, über ein Schaltsteuergerät mittels steuerbarer Schaltstellantriebe und eines Kupplungsstellantriebes erfolgen. Unter bestimmten Bedingungen ist es jedoch auch möglich, Schaltvorgänge eines derartigen Schaltgetriebes ohne eine Betätigung der Motorkupplung, d.h. bei geschlossener Motorkupplung durchzuführen. Beispielsweise ist aus der DE 35 07 565 A1 eine Synchronisiereinrichtung eines synchronisiergliederfreien Stufenwechselgetriebes bekannt, die eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehmomentabgabe und Drehzahl des Antriebsmotors umfasst. Es ist vorgesehen, bei einem Schaltvorgang bei geschlossener Motorkupplung nach dem Auslegen des alten Gangs die Drehzahl des Antriebsmotors auf die Synchrondrehzahl des neuen Gangs zu verstellen und so lange im Bereich der Synchrondrehzahl zu halten, bis der neue Gang eingelegt ist. Zum Halten der Synchrondrehzahl soll der Zündzeitpunkt (bei einem Ottomotor) und/oder ein Leistungsstellglied (Drosselklappe bei einem Ottomotor und Einspritzpumpenregler bei einem Dieselmotor) verstellt werden. Zur vorhergehenden Verzögerung des Antriebsmotors bei einem Hochschaltvorgang ist eine Bremsvorrichtung vorgesehen, die als eine auf die Motorwelle des Antriebsmotors wirksame mechanische Reibungsbremse, als eine Vorrichtung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr, als eine Ansaug-Drosselklappe, und/oder als eine Abgas-Drosselklappe ausgebildet sein kann. Des weiteren wird in der DE 197 15 850 A1 ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs vorgestellt, wobei zur Beschleunigung von Hochschaltvorgängen und mithin zur Unterstützung bzw. Entlastung der vorhandenen Synchronisierglieder vorgesehen ist, dass nach dem Auslegen des alten Gangs bei geschlossener Motorkupplung der Antriebsmotor auf die Synchrondrehzahl des neuen Gangs verzögert wird. Zur Verringerung der Motordrehzahl soll eine Abgasdrosselklappe ganz oder teilweise geschlossen werden, der Zündzeitpunkt in Richtung spät verstellt werden, die Kraftstoff-Einspritzmenge reduziert werden, und/oder eine Ansaugdrosselklappe geschlossen werden. Schließlich ist aus der DE 197 17 042 A1 ein Verfahren zum Schalten eines synchronisiergliedertreien Zahnräderwechselgetriebes bekannt, gemäß dem vor dem Einlegen des neuen Gangs bei geschlossener Motorkupplung durch eine entsprechende Ansteuerung der Motorsteuerung an der jeweiligen Gangschaltkupplung eine vorgegebene gleichgerichtete Drehzahldifferenz eingestellt wird. Hierdurch werden die Schaltkräfte zum Einrücken der Gänge verringert, da auf Anschrägungen an den Eingriffsflanken der Kupplungszähne der betreffenden Gangschaltkupplungen verzichtet werden kann. An diesen bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist jedoch von Nachteil, dass die Synchronisierung des neuen Gangs im wesentlichen über die Motorsteuerung, d.h. über eine Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs unmittelbar in dem Antriebsmotor oder über eine Beeinflussung (Drosselung) des Ansaug- und/oder Abgasvolumenstromes erfolgt. Aufgrund des hohen Massenträgheitsmomentes üblicher Verbrennungsmotoren nimmt ein derartiges Verfahren nachteilig verhältnismäßig viel Zeit für die Änderung der Motordrehzahl in Anspruch. Hinzu kommt, dass bei einer Störung des Verbrennungsablaufes in dem Antriebsmotor, wie sie durch eine Veränderung oder eine Unterbrechung der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr verursacht wird, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) in den Abgastrakt gelangen können. Hierdurch wird nicht nur die Abgasqualität verschlechtert, sondern infolge einer Nachverbrennung des Kraftstoffes kann es zu einer thermischen Überlastung und damit zur Zerstörung eines im Abgastrakt befindlichen Katalysators und darüber hinaus bei Turbomotoren eines dort angeordneten Abgas-Turboladers kommen.

Ausgehend von dem Vorschlag einer auf den Antriebsmotor wirksamen mechanischen Reibungsbremse nach der DE 35 07 565 A1 hat der Erfinder des vorliegenden Patentes zusammen mit einem Miterfinder in einem vorangemeldeten Patent eine steuerbare mechanische Motorbremse vorgeschlagen, die ähnlich einer Scheibenbremse aufgebaut ist. Zur Entlastung der Kurbelwellenlager des Antriebsmotors weist diese mechanische Motorbremse bevorzugt zwei Bremssättel auf, die bezogen auf die Drehachse der Kurbelwelle diagonal zueinander auf die Schwungscheibe des Antriebsmotors wirksam angeordnet sind.

Es ist nun das Problem der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem unter Nutzung der bekannten mechanischen Motorbremse ein Schaltvorgang eines automatisierten Schaltgetriebes wesentlich beschleunigt werden kann, ohne dass die Gefahr einer verschlechterten Abgasqualität und der Zerstörung von im Abgastrakt befindlicher Aggregate, wie eines Katalysators und/oder eines Abgas-Turboladers, besteht.

Das Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass bei dem Schaltvorgang zunächst der Betrag des Getriebeeingangsmomentes reduziert wird, dass mit Erreichen eines eingangsseitigen Nullmomentes der alte Gang ausgelegt wird, dass daraufhin die Synchronisierung des neuen Gangs mittels der mechanischen Motorbremse erfolgt, und dass mit Erreichen der Synchrondrehzahl der neue Gang eingelegt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des ertindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 aufgeführt.

Durch die betragsmäßige Reduzierung des Getriebeeingangsmomentes zu Beginn des Schaltvorgangs kann der alte Gang lastfrei, d.h. mit geringer Stellkraft, problemlos ausgelegt werden. Im Schubbetrieb erfolgt die Absenkung des Getriebeeingangsmomentes zumeist durch eine Erhöhung des Motormomentes über die Motorsteuerung, kann aber auch mittels eines Hilfsantriebes, z.B. eines externen Elektromotors oder einer in der Schwungscheibe integrierten Starter-Generator-Schwingungsdämpfer-Einheit, bewirkt werden, durch den der Antriebsmotor schnell antreibbar ist. Bei Zugbetrieb kann die erforderliche Absenkung des Getriebeeingangsmomentes wahlweise oder zugleich durch eine Absenkung des Motormomentes über die Motorsteuerung oder mittels der mechanischen Motorbremse erfolgen, wobei durch die Nutzung der ohnehin vorhandenen mechanischen Motorbremse ein schnelleres Ansprech- und Regelverhalten und damit eine Beschleunigung des gesamten Schaltvorgangs erreicht werden kann.

Der wesentliche erfindungsgemäße Vorteil liegt aber in der Nutzung der Motorbremse bei der Synchronisierung des neuen Ganges. Hierbei wird der motorseitige Teil des Getriebes von der Getriebeeingangswelle bis zum motorseitigen Teil der Gangschaltkupplung des neuen Gangs und aufgrund der geschlossenen Motorkupplung auch der Antriebsmotor schnell auf die Synchrondrehzahl des neuen Gangs verzögert, ohne dass dabei eine unmittelbare Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs in dem Antriebsmotor verbunden ist. Somit ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik eine wesentlich schnellere Synchronisation und insgesamt eine Beschleunigung des Schaltvorganges. Eine Verschlechterung der Abgasqualität, insbesondere aber eine Anreicherung des Abgases mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die zu einer Nachverbrennung und damit zur Zerstörung eines im Abgastrakt angeordneten Katalysators und/oder eines Abgasturboladers führen können, ist damit weitgehend ausgeschlossen. Um die mechanische Motorbremse auch bei einer Rückschaltung zur Synchronisierung des neuen Gangs nutzen zu können, wird die Motordrehzahl vorteilhaft zuvor mittels der Motorsteuerung weitgehend ungeregelt über die Synchrondrehzahl hinaus erhöht, was z.B. durch einen Gasstoß erfolgen kann, und anschließend mittels der mechanischen Motorbremse geregelt auf die Synchrondrehzahl abgesenkt.

Der Synchronisation des neuen Gangs mittels der mechanischen Motorbremse sollte die Motorsteuerung nicht entgegenwirken, was die Dauer der Synchronisation des neuen Gangs und damit des gesamten Schaltvorgangs nachteilig erhöhen würde, sondern diese vielmehr vorteilhaft unterstützen, d.h. dass das Motormoment und die Motordrehzahl zweckmäßig dem durch die mechanische Motorbremse vorgegebenen Verläufen angepasst bzw. nachgeführt werden. Hierzu kann unter Beibehaltung einer Abgasregelung (Lambda-Regelung) unter moderatem Einsatz auf bekannte Maßnahmen zur Reduzierung der Leistungsabgabe eines Verbrennungsmotors, wie die Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung spät, bei einem Einspritzmotor die Verstellung des Einspritzbeginns des Kraftstoffes in Richtung spät, die Drosselung der Kraftstoffzufuhr, die Drosselung des Ansaugvolumenstromes, und die Drosselung des Abgasvolumenstromes, zurückgegriffen werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, die beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. Hierzu zeigt:

1 den Aufbau einer typischen Antriebseinheit eines KFZ in schematischer Darstellung.

Eine Antriebseinheit 1 eines KFZ besteht im wesentlichen aus einem Antriebsmotor 2 und einem Schaltgetriebe 3. Der Antriebsmotor 2 ist ein Verbrennungsmotor 4, der vorliegend als Vierzylinder-Ottomotor ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor 4 weist einen Ansaugtrakt 5 auf, in dem zentral eine Ansaugdrosselklappe 6 mit einem zugeordneten Ansaugdrosselsteller 7 sowie in jedem der Saugrohre 8 ein Einspritzventil 9 mit jeweils einer Benzinleitung 10 angeordnet sind. Des weiteren ist der Verbrennungsmotor 4 mit einem Abgastrakt 11 versehen, in dem eine Abgasdrosselklappe 12 mit einem zugeordneten Abgasdrosselsteller 13, eine Lambdasonde 14, und ein Katalysator 15 angeordnet sind. In einem Zylinderkopf 16 des Verbrennungsmotors 4 befinden sich vier Zündkerzen 17, jeweils eine pro Zylinder, die über Zündkabel 18 mit einem Zündverteiler 19 und einer Zündspule 20 in Verbindung stehen.
Der Antriebsmotor 2 weist abtriebsseitig eine Schwungscheibe 21 auf, an der eine trennbare Motorkupplung 22 befestigt ist, über die der Antriebsmotor 2 mit dem Schaltgetriebe 3 verbunden ist. Das Schaltgetriebe 3 ist zusammen mit der Motorkupplung 22 automatisiert ausgebildet. Hierzu ist das Schaltgetriebe 3 beispielhaft mit einem Wählsteller 23 und einem Schaltsteller 24 versehen, durch die eine zugeordnete Schaltwelle 25 entsprechend dem abgebildeten Schaltschema 26 zur Wahl einer der Schaltgassen 27 axial verschiebbar 28 und zum Ein- und Auslegen eines der Gänge 29 um ihre die Längsachse drehbar 30 ist. Zum Öffnen und Schließen der Motorkupplung 22 ist ein Kupplungssteller 31 vorgesehen, der auf einen zugeordneten Ausrückhebel 32 wirksam angeordnet ist. Als Besonderheit weist die Antriebseinheit 1 eine steuerbare mechanische Motorbremse 33 auf, die aus zwei Bremssätteln 34 besteht, die diagonal zu der Kurbelwellenachse 35 des Verbrennungsmotors 3 auf die Schwungscheibe 21 wirksam angeordnet sind.
Eine in einem Antriebssteuergerät 36 angeordnete Motorsteuerung 37 umfasst eine Ansaugdrosselsteuerung 38, eine Kraftstoff-Einspritzsteuerung 39, eine Zündsteuerung 40, und eine Abgasdrosselsteuerung 41, wobei die Ansaugdrosselsteuerung 38 über eine Steuerleitung 42 mit dem Ansaugdrosselsteller 7, die Kraftstoff-Einspritzsteuerung 39 über Steuerleitungen 43, 44 mit den Einspritzventilen 9 und der Lambdasonde 14, die Zündsteuerung 40 über Steuerleitungen 45 mit dem Zündverteiler 19 und der Zündspule 20, und die Abgasdrosselsteuerung 41 über eine Steuerleitung 46 mit dem Abgasdrosselsteller 13 in Verbindung steht.
Eine ebenfalls in dem Antriebssteuergerät 36 befindliche und über Steuerleitungen 47 mit der Motorsteuerung 37 verbundene Getriebesteuerung 48 umfasst eine Motorbremssteuerung 49, eine Kupplungssteuerung 50, und eine Schaltsteuerung 51, wobei die Motorbremssteuerung 49 über Steuerleitungen 52 mit den beiden Bremssätteln 34 der mechanischen Motorbremse 33, die Kupplungssteuerung 50 über eine Steuerleitung 53 mit dem Kupplungssteller 31, und die Schaltsteuerung 51 über Steuerleitungen 54, 55 mit dem Wählsteller 23 und dem Schaltsteller 24 in Verbindung steht.
Bei Verwendung einer derartigen, mit einem automatisierten Schaltgetriebe 3 und einer mechanischen Motorbremse 33 versehenen Antriebseinheit 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem schnellen Schaltvorgang, bei dem die Motorkupplung 22 zur Beschleunigung des Schaltablaufes geschlossen bleibt, zunächst der Betrag des an der Motorkupplung 22 wirksamen Getriebeeingangsmomentes reduziert wird, dass dann mit Erreichen eines eingangsseitigen Nullmomentes der alte Gang weitgehend lastfrei ausgelegt wird, dass daraufhin die Synchronisierung des neuen Gangs mittels der mechanischen Motorbremse 33 erfolgt, und dass schließlich mit Erreichen der Synchrondrehzahl an der betreffenden Gangschaltkupplung der neue Gang eingelegt wird. Bei einem Schubbetrieb des betreffenden Kraftfahrzeugs wird das eingangsseitige Nullmoment zweckmäßig durch eine entsprechende Erhöhung des Motormomentes über die Motorsteuerung 37 eingestellt, was z.B. durch einen Gasstoß erreicht werden kann. Bei einem Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs kann das Getriebeeingangsmoment wahlweise durch eine Absenkung des Motormomentes über die Motorsteuerung 37, durch die Erzeugung eines Bremsmomentes an der Schwungscheibe 21 über die Motorbremssteuerung 49, oder durch ein koordiniertes Zusammenwirken beider Steuerungen 37, 49 erfolgen. Der wesentliche Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt aber darin, dass die nachfolgende Synchronisierung des neuen Ganges, insbesondere bei einer Hochschaltung, im wesentlichen mittels der mechanischen Motorbremse 33 über die Motorbremssteuerung 49 erfolgt. Über die Motorbremse 33 kann ähnlich wie bei einer Rad-Scheibenbremse kurzfristig und relativ fein dosierbar ein großes Bremsmoment erzeugt werden, so dass hiermit im Vergleich zu bekannten Steuerungsverfahren der Synchronisationsvorgang beschleunigt und damit der Schaltvorgang verkürzt wird. Gleichzeitig findet keine negative Beeinflussung bzw. Störung der Verbrennungsabläufe in dem Antriebsmotor 2 statt, die bei schnellen Änderungen des Motormomentes und der Motordrehzahl über die Motorsteuerung 37 unvermeidbar wäre. Somit wird die Lambdaregelung des Antriebsmotors 2 uneingeschränkt aufrecht erhalten, wodurch eine schlechte Abgasqualität und eine Nachverbrennung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) in dem Abgastrakt 11, die zu einer Zerstörung des Katalysators 15 führen würde, vermieden werden. Auch bei einer Rückschaltung kann die mechanische Motorbremse 33 zur Synchronisation des neuen Gangs verwendet werden, wenn der Antriebsmotor unmittelbar vorher über die Motorsteuerung 37 über die Synchrondrehzahl hinaus beschleunigt wird. Auch kann die mechanische Motorbremse 33 bei dem Synchronisationsvorgang, d.h. bei dem Abbremsen des Antriebsmotors 2 zusammen mit dem motorseitigen Teil des Schaltgetriebes 3, moderat durch die Motorsteuerung 37 unterstützt werden. Hierzu können bekannte Maßnahmen zur Beeinflussung der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 4, wie die Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung spät durch die Zündsteuerung 40, die Verstellung des Einspritzbeginns des Kraftstoffes in Richtung spät und/oder die Drosselung der Kraftstoffzufuhr durch die Kraftstoff-Einspritzsteuerung 39, die Drosselung des Ansaugvolumenstromes durch die Ansaugdrosselsteuerung 38, und die Drosselung des Abgasvolumenstromes durch die Abgasdrosselsteuerung 41, genutzt werden.

1: Antriebseinheit
2: Antriebsmotor
3: Schaltgetriebe
4: Verbrennungsmotor
5: Ansaugtrakt
6: Ansaugdrosselklappe
7: Ansaugdrosselsteller
8: Saugrohr
9: Einspritzventil
10: Benzinleitung
11: Abgastrakt
12: Abgasdrosselklappe
13: Abgasdrosselsteller
14: Lambdasonde
15: Katalysator
16: Zylinderkopf
17: Zündkerze
18: Zündkabel
19: Zündverteiler
20: Zündspule
21: Schwungscheibe
22: Motorkupplung
23: Wählsteller
24: Schaltsteller
25: Schaltwelle
26: Schaltschema
27: Schaltgasse
28: Axialverschiebung
29: Gang
30: Drehung (um Längsachse)
31: Kupplungssteller
32: Ausrückhebel
33: (mechanische) Motorbremse
34: Bremssattel
35: Kurbelwellenachse
36: Antriebssteuergerät
37: Motorsteuerung
38: Ansaugdrossefsteuerung
39: Kraftstoff-Einspritzsteuerung
40: Zündsteuerung
41: Abgasdrosselsteuerung
42: Steuerleitung
43: Steuerleitung
44: Steuerleitung
45: Steuerleitung
46: Steuerleitung
47: Steuerleitung
48: Getriebesteuerung
49: Motorbremssteuerung
50: Kupplungssteuerung
51: Schaltsteuerung
52: Steuerleitung
53: Steuerleitung
54: Steuerleitung
55: Steuerleitung

Claims

Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Kfz-Schaltgetriebes, das über eine trennbare Motorkupplung mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor in Verbindung steht, der eine steuerbare mechanische Motorbremse aufweist, wobei während eines Schaltvorganges, bei dem von einem alten Gang in einen neuen Gang gewechselt wird, die Motorkupplung geschlossen bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Schaltvorgang zunächst der Betrag des Getriebeeingangsmomentes reduziert wird, dass mit Erreichen eines eingangsseitigen Nullmomentes der alte Gang ausgelegt wird, dass daraufhin die Synchronisierung des neuen Gangs mittels der mechanischen Motorbremse (33) erfolgt, und dass mit Erreichen der Synchrondrehzahl der neue Gang eingelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des Getriebeeingangsmomentes über eine Motorsteuerung (37) derart erfolgt, dass das Motormoment bei Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs verringert und bei Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des Getriebeeingangsmomentes bei Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs mittels der mechanischen Motorbremse (33) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Rückschaltung vor der Synchronisierung des neuen Gangs zunächst die Motordrehzahl mittels der Motorsteuerung (37) über die Synchrondrehzahl hinaus erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung des neuen Gangs mittels der mechanischen Motorbremse (33) durch die Motorsteuerung (37) unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündzeitpunkt in Richtung spät verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Einspritzmotor der Einspritzbeginn des Kraftstoffes in Richtung spät verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzufuhr gedrosselt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugvolumenstrom gedrosselt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasvolumenstrom gedrosselt wird.