DE10344106B4

DE10344106B4 - Schaltstrategie und Getriebesteuerung für ein Getriebe, insbesondere für ein Doppelkupplungsgetriebe

Info

Publication number: DE10344106B4
Application number: DE10344106.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Strack; Viggo L. Norum; Boris Serebrennikov; Dr. Berger Reinhard; Dr. Bünder Carsten; Victor Käshammer; Knut Rasmussen; Dr. Stork Holger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: AU2003281912A1; WO2004028850A1; BR0306493A; DE10344106A1; DE10393110D2

Abstract

Schaltstrategie für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der mehrere Schaltwalzen zum Gangwechsel betätigt werden, wobei eine erste Schaltwalze die ungeraden Vorwärtsgänge sowie den Rückwärtsgang und eine zweite Schaltwalze die geraden Vorwärtsgänge bedient, wobei eine Doppelschaltung ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt wird, wobei zumindest eine Synchronisiereinrichtung verwendet wird, wobei als Synchronisiereinrichtung eine kegelige Reibeinrichtung verwendet wird, welche an der jeweils nicht aktivierten Schaltwalze angelegt wird, um eine Drehmomentenauffüllung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Doppelschaltung von dem Startgang in einen Hilfsgang geschaltet wird, wobei der Hilfsgang nicht vollständig synchronisiert wird, sondern der tatsächliche Zielgang ab einem bestimmten Zeitpunkt synchronisiert und durchgeschaltet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltstrategie und eine Getriebesteuerung für ein Getriebe, insbesondere für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der mehrere Schaltwalzen zum Gangwechsel betätigt werden, wobei eine erste Schaltwalze die ungeraden Vorwärtsgänge sowie den Rückwärtsgang und eine zweite Schaltwalze die geraden Vorwärtsgänge bedient.
DE 101 28 854 A1 offenbart eine Schaltvorrichtung zum Schalten eines Lastschalt- oder Doppelkupplungsgetriebes, das dafür ausgelegt ist, dass in wenigstens einem Schaltzustand gleichzeitig zwei Gänge des Getriebes eingelegt sind.
DE 40 17 961 A1 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Schaltarbeit eines Doppelkupplungsgetriebes wobei vorgesehen ist, dass die Synchronisierung eines neuen Ganges noch während einer ersten Lastschaltung erfolgt, sodass eine zweite Lastschaltung sich sofort anschließen kann.
DE 40 31 570 A1 offenbart ein Verfahren zum selbsttätigen Umschalten eines Mehrwege-Zahnräder-Wechselgetriebes zwischen zwei Gängen, die in einem ersten Teilgetriebe gebildet werden. Dabei wird vorübergehend ein in einem parallelen zweiten Teilgetriebe gebildeter mittlerer Gang eingelegt und gleichzeitig durch Steuerung sichergestellt, dass der Verlauf der Drehzahl der Eingangswelle während der Umschaltung im Wesentlichen stetig ist, ohne auf dem Drehzahlwert des mittleren Ganges zu verharren.
DE 199 24 335 A1 offenbart eine Stellvorrichtung für ein Stufengetriebe für ein Kraftfahrzeug.
Es sind Schaltstrategien und entsprechende Getriebesteuerungen für Getriebe, insbesondere für Doppelkupplungsgetriebe bekannt. Bei einer bekannten Schaltstrategie für ein sogenanntes automatisiertes Schaltgetriebe ASG-3 wird z. B. bei einer Hochschaltung zunächst der neue Gang ansynchronisiert und danach erst der alte Gang herausgenommen. Die Synchronisiereinrichtungen sind speziell ausgelegt, sodass über diese während der Schaltung weiterhin ein hohes Drehmoment an die Räder geleitet werden kann. Für dieses Konzept müssen die Schaltgabeln der Schaltwalzen des Start- und des Zielganges unabhängig voneinander bewegt werden können, weshalb üblicherweise zwei Schaltwalzen eingesetzt werden. Bei dem verwendeten Schaltwalzenkonzept bedient die eine Schaltwalze die Gänge 1, 3 und 5 sowie den Rückwärtsgang, während die andere Schaltwalze die Gänge 2, 4 und 6 bedient. Auf Grund dieser Zuordnung ist eine Zugkraft unterstütze Schaltung, welche auch als ASG-3-Schaltung bezeichnet wird, in der beschriebenen Art nur bei Einfach-Hoch- bzw. Rückschaltungen möglich.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltstrategie und eine Getriebesteuerung der eingangs genannten Gattung anzugeben, mit denen auch Doppelschaltungen komfortabel für den Fahrer insbesondere Doppelhochschaltungen zugkraftunterstützt durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 2 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach wird eine Schaltstrategie gemäß der Erfindung vorgeschlagen, bei der mehrere Schaltwalzen zum Gangwechsel betätigt werden, wobei eine erste Schaltwalze die ungeraden Vorwärtsgänge sowie den Rückwärtsgang und eine zweite Schaltwalze die geraden Vorwärtsgänge bedienen, sodass eine Doppelschaltung ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt wird. Auf diese Weisen kann eine Momentenauffüllung derart durchgeführt werden, dass insbesondere bei einem ASG-3-Getriebe mit einer 2-Schaltwalzenaktorik Doppelschaltungen zugkraftunterstützend realisiert werden.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der erfindungsgemäßen Schaltstrategie eine Doppelschaltung in zwei direkt aufeinander folgende Schaltungen aufgeteilt wird. Dies kann sowohl bei einer Doppelhochschaltung als auch bei einer Doppelrückschaltung realisiert werden.
Bei einer 1-3 Doppelhochschaltung kann somit eine 1-2- und eine 2-3-Schaltung durchgeführt werden, ohne das zwischenzeitlich eingekuppelt wird. Die Gesamtschaltzeit wird im Vergleich zu einer direkten Doppelschaltung etwas verlängert; jedoch kann bei der vorgeschlagenen Strategie jede der Einzelschaltungen optimal Zugkraft unterstützend durchgeführt werden, wodurch die etwas längere Schaltzeit durch den höheren Schaltkomfort ausgeglichen wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei der erfindungsgemäßen Strategie die Schaltwalzen automatisch nachgeführt werden. Üblicherweise werden die Schaltwalzen immer derart eingestellt, dass die nächste Hochschaltung als ASG-3-Schaltung durchgeführt werden kann. Wenn z. B. der 3. Gang eingelegt ist, kann die andere Schaltwalze in der Neutralstellung zwischen dem 2. und dem 4. Gang stehen. Wenn nun bei einer Doppelschaltung in den 5. Gang diese Schaltwalze nicht nachgestellt wird, wäre eine Zugkraft aufgefüllte Schaltung in den 6. Gang nicht möglich, da zunächst die andere Schaltwalze den 4. Gang durchlaufen muss, bevor der 6. Gang erreichbar ist. Wenn in dieser Situation eine 3-5-Schaltung jedoch in eine 3-4- und 4-5-Schaltung aufgeteilt wird, können beide Schaltungen Zugkraft aufgefüllt durchgeführt werden und die andere Schaltwalze wäre nach der Schaltung im Neutralzustand zwischen dem 4. und dem 6. Gang, sodass später auch die 5-6-Schaltung Zugkraft aufgefüllt durchgeführt werden kann.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass zumindest eine Synchronisiereinrichtung verwendet wird. Vorzugsweise kann als Synchronisiereinrichtung eine kegelige Reibeinrichtung eines Ganges auf der anderen Schaltwalze angelegt werden, um eine Drehmomentenauffüllung zu bewirken. Beispielsweise kann bei einer 1-3-Schaltung die kegelige Reibeinrichtung des 2. oder des 4. Ganges angelegt werden. Somit können diese Schaltungen zunächst wie eine ASG-3-Schaltung von dem Startgang in den Hilfsgang durchgeführt werden. Jedoch wird der Hilfsgang nicht vollständig synchronisiert, sondern der tatsächliche Zielgang wird ab einem bestimmten Zeitpunkt synchronisiert und durchgeschaltet. Bei dieser erfindungsgemäßen Strategie kann ein Nachführen der anderen Schaltwalze nicht erreicht werden, da der Hilfsgang nur ansynchronisiert wird, jedoch nicht eingelegt wird.
Es ist auch möglich, dass die kegelige Reibeinrichtung eines Ganges verwendet wird, welcher höher ist als der Zielgang. In dem vorgenannten Beispiel wäre das der 4. Gang. Diese Vorgehensweise entspricht der Konstellation eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebes (USG), wobei die Lastschaltkupplung des USG-Getriebes hier durch die kegelige Reibeinrichtung ersetzt wird.
Eine mögliche Variante der vorgeschlagenen Schaltstrategie kann vorsehen, dass das Auffüllmoment vollständig durch den hohen Gang realisiert wird. Die Strategie kann beispielsweise die Doppelschaltung in mehreren Phasen durchführen. In einer ersten Phase kann das Motormoment und das Kupplungsmoment reduziert werden. Danach kann bei einer zweiten Phase das Motormoment etwa auf das auf die Getriebeeingangswelle umgerechnete Füllmoment des hohen Ganges reduziert werden, während gleichzeitig das Füllmoment an den kegeligen Reibeinrichtungen des hohen Ganges aufgebaut wird.
Bei einer dritten Phase kann nicht-erfindungsgemäß das Motormoment derart reduziert werden, dass der Startgang momentenlos ist und ausgelegt werden kann. Danach kann bei der nicht-erfindungsgemäßen Schaltstrategie in der vierten Phase das Kupplungsmoment reduziert werden, bis die Kupplung schleift, sodass bei einer fünften Phase die Eingangsdrehzahl durch die Kupplung auf die Zieldrehzahl geregelt werden kann. Wenn die Zieldrehzahl erreicht wird, kann der Zielgang sehr schnell eingelegt werden, da die Drehzahlen bereits synchronisiert sind. Dies entspricht der sechsten Phase. Schließlich kann das Auffüllmoment am hohen Gang bei einer siebten Phase abgebaut werden, wobei das Kupplungs- und das Motormoment wieder aufgebaut werden.
Besonders vorteilhaft ist es, dass das Auffüllmoment dabei geringer ist, als wenn die kegelige Reibeinrichtung des Zielganges verwendet wird. Der Energieeintrag in die kegelige Reibeinrichtung des hohen Ganges ist dabei relativ hoch, da in allen Phasen eine Drehzahldifferenz bei einem hohen Moment an der Reibeinrichtung anliegt. Diese Vorgehensweise ist der Vorgehensweise von unterbrechungsfreien Schaltgetriebe ähnlich.
Im Rahmen einer weiteren nicht-erfindungsgemäßen Variante kann vorgesehen sein, dass bei der vorgeschlagenen Schaltstrategie eine Überschneidung der Reibmomente an dem hohen Gang und an dem Zielgang durchgeführt wird. Hierbei wird die kegelige Reibeinrichtung des hohen Ganges nur so lange angelegt, bis der Startgang herausgenommen ist und die Schaltwalze derart gedreht wurde, dass die kegelige Reibeinrichtung des Zielganges das Moment übernehmen kann. Wegen des höheren Füllmomentes des Zielganges und des geringeren Verlustenergieanteiles ist die nicht-erfindungsgemäße Schaltstrategie besonders vorteilhaft.
Wenn die kegelige Reibeinrichtung eines Ganges zwischen dem Start- und dem Zielgang, beispielsweise der 2. Gang, verwendet wird, kann nicht-erfindungsgemäß bevorzugt bei der Schaltstrategie eine Überschneidung der Reibmomente von dem Zwischengang und dem Zielgang vorgesehen sein. Dies deshalb, weil dieser Zwischengang die Eingangsdrehzahl nicht auf die Zieldrehzahl synchronisieren kann. Da das Auffüllmoment durch die Reibeinrichtung des Zwischenganges höher ist, als das Auffüllmoment T_sync3/i3 des Zielganges sowie auch die Verlustenergie kleiner ist. Demnach kann hierbei die Zeitdauer der Zwischengang-synchronisierung zu Gunsten der Zeitdauer der Zielgangsynchronisierung erhöht werden.
Welche dieser vorgestellten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen oder nicht-erfindungsgemäßen Schaltstrategie verwendet wird, kann bevorzugt situationsabhängig entschieden werden. Zu beachten ist jedoch, dass wegen der sequenziellen Bedienung der Gänge an den beiden Schaltwalzen nicht jeder Gang als Hilfsgang erreichbar ist. Wenn beispielsweise auf der anderen Walze kein geeigneter Gang zur Verfügung steht, bedeutet dies, dass der Gang nicht Zugkraft aufgefüllt geschaltet werden kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch durch eine nicht-erfindungsgemäße Getriebesteuerung für ein Doppelkupplungsgetriebe, mit mehreren Schaltwalzen zum Durchführen eines Gangwechsels, wobei eine erste Schaltwalze den ungeraden Vorwärtsgängen sowie dem Rückwärtsgang und eine zweite Schaltwalze den geraden Vorwärtsgängen zugeordnet ist, gelöst werden, wobei die Schaltwalzen derart ansteuerbar sind, dass eine Doppelschaltung ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden kann.
Vorzugsweise kann mit der nicht-erfindungsgemäßen Getriebesteuerung das vorgeschlagene Verfahren durchgeführt werden.
Gemäß 1 weist ein Fahrzeug 1 eine Antriebseinheit 2, wie einen Motor oder eine Brennkraftmaschine, auf. Weiterhin sind im Antriebsstrang des Fahrzeuges 1 ein Drehmomentübertragungssystem 3 und ein Getriebe 4 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Drehmomentübertragungssystem 3 im Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe angeordnet, wobei ein Antriebsmoment des Motors über das Drehmomentübertragungssystem 3 an das Getriebe 4 und von dem Getriebe 4 abtriebsseitig an eine Abtriebswelle 5 und an eine nachgeordnete Achse 6 sowie an die Räder 6a übertragen wird.
Das Drehmomentübertragungssystem 3 ist als Kupplung, wie z. B. als Reibungskupplung, Lamellenkupplung, Magnetpulverkupplung oder Wandlerüberbrückungskupplung, ausgestaltet, wobei die Kupplung eine selbsteinstellende oder eine verschleißausgleichende Kupplung sein kann. Das Getriebe 4 ist ein unterbrechungsfreies Schaltgetriebe (USG). Entsprechend dem erfindungsgemäßen Gedanken kann das Getriebe auch ein automatisiertes Schaltgetriebe (ASG) sein, welches mittels zumindest eines Aktors automatisiert geschaltet werden kann. Als automatisiertes Schaltgetriebe ist im weiteren ein automatisiertes Getriebe zu verstehen, welches mit einer Zugkraftunterbrechung geschaltet wird und bei dem der Schaltvorgang der Getriebeübersetzung mittels zumindest eines Aktors angesteuert durchgeführt wird.
Weiterhin kann als USG auch ein Automatgetriebe Verwendung finden, wobei ein Automatgetriebe ein Getriebe im wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung bei den Schaltvorgängen ist und das in der Regel durch Planetengetriebestufen aufgebaut ist.
Weiterhin kann ein stufenlos einstellbares Getriebe, wie beispielsweise Kegelscheibenumschlingungsgetriebe eingesetzt werden. Das Automatgetriebe kann auch mit einem abtriebsseitig angeordneten Drehmomentübertragungssystem 3, wie eine Kupplung oder eine Reibungskupplung, ausgestaltet sein. Das Drehmomentübertragungssystem 3 kann weiterhin als Anfahrkupplung und/oder Wendesatzkupplung zur Drehrichtungsumkehr und/oder Sicherheitskupplung mit einem gezielt ansteuerbaren übertragbaren Drehmoment ausgestaltet sein. Das Drehmomentübertragungssystem 3 kann eine Trockenreibungskupplung oder eine nass laufende Reibungskupplung sein, die beispielsweise in einem Fluid läuft. Ebenso kann es ein Drehmomentwandler sein.
Das Drehmomentübertragungssystem 3 weist eine Antriebsseite 7 und eine Abtriebsseite 8 auf, wobei ein Drehmoment von der Antriebsseite 7 auf die Abtriebsseite 8 übertragen wird, indem z. B. die Kupplungsscheibe 3a mittels der Druckplatte 3b, der Tellerfeder 3c und dem Ausrücklager 3e sowie dem Schwungrad 3d kraftbeaufschlagt wird. Zu dieser Beaufschlagung wird der Ausrückhebel 20 mittels einer Betätigungseinrichtung, z.B. einem Aktor, betätigt.
Die Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystems 3 erfolgt mittels einer Steuereinheit 13, wie z. B. einem Steuergerät, welches die Steuerelektronik 13a und den Aktor 13b umfassen kann. In einer anderen vorteilhaften Ausführung können der Aktor 13b und die Steuerelektronik 13a auch in zwei unterschiedlichen Baueinheiten, wie z.B. Gehäusen, angeordnet sein.
Die Steuereinheit 13 kann die Steuer- und Leistungselektronik zur Ansteuerung des Antriebsmotors 12 des Aktors 13b enthalten. Dadurch kann beispielsweise vorteilhaft erreicht werden, dass das System als einzigen Bauraum den Bauraum für den Aktor 13b mit Elektronik benötigt. Der Aktor 13b besteht aus dem Antriebsmotor 12, wie z.B. einem Elektromotor, wobei der Elektromotor 12 über ein Getriebe, wie z.B. ein Schneckengetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Kurbelgetriebe oder ein Gewindespindelgetriebe, auf einen Geberzylinder 11 wirkt. Diese Wirkung auf den Geberzylinder 11 kann direkt oder über ein Gestänge erfolgen.
Die Bewegung des Ausgangsteiles des Aktors 13b, wie z. B. des Geberzylinderkolbens 11a, wird mit einem Kupplungswegsensor 14 detektiert, welcher die Position oder Stellung oder die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung einer Größe detektiert, welche proportional zur Position bzw. Einrückposition respektive der Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Kupplung ist. Der Geberzylinder 11 ist über eine Druckmittelleitung 9, wie z.B. eine Hydraulikleitung, mit dem Nehmerzylinder 10 verbunden. Das Ausgangselement 10a des Nehmerzylinders ist mit dem Ausrückmittel 20, z.B. einem Ausrückhebel, wirkverbunden, so dass eine Bewegung des Ausgangsteiles 10a des Nehmerzylinders 10 bewirkt, dass das Ausrückmittel 20 ebenfalls bewegt oder verkippt wird, um das von der Kupplung 3 übertragbare Drehmoment anzusteuern.
Der Aktor 13b zur Ansteuerung des übertragbaren Drehmoments des Drehmomentübertragungssystems 3 kann druckmittelbetätigbar sein, d.h., er kann einen Druckmittelgeber- und Nehmerzylinder aufweisen. Das Druckmittel kann beispielsweise ein Hydraulikfluid oder ein Pneumatikmedium sein. Die Betätigung des Druckmittelgeberzylinders kann elektromotorisch erfolgen, wobei der als Antriebselement 12 vorgesehene Elektromotor elektronisch angesteuert werden kann. Das Antriebselement 12 des Aktors 13b kann neben einem elektromotorischen Antriebselement auch ein anderes, beispielsweise druckmittelbetätigtes Antriebselement sein. Weiterhin können Magnetaktoren verwendet werden, um eine Position eines Elementes einzustellen.
Bei einer Reibungskupplung erfolgt die Ansteuerung des übertragbaren Drehmomentes dadurch, dass die Anpressung der Reibbeläge der Kupplungsscheibe zwischen dem Schwungrad 3d und der Druckplatte 3b gezielt erfolgt. Über die Stellung des Ausrückmittels 20, wie z.B. einer Ausrückgabel oder eines Zentralausrückers, kann die Kraftbeaufschlagung der Druckplatte 3b respektive der Reibbeläge gezielt angesteuert werden, wobei die Druckplatte 3b dabei zwischen zwei Endpositionen bewegt und beliebig eingestellt und fixiert werden kann. Die eine Endposition entspricht einer völlig eingerückten Kupplungsposition und die andere Endposition einer völlig ausgerückten Kupplungsposition. Zur Ansteuerung eines übertragbaren Drehmomentes, welches beispielsweise geringer ist als das momentan anliegende Motormoment, kann beispielsweise eine Position der Druckplatte 3b angesteuert werden, die in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Endpositionen liegt. Die Kupplung kann mittels der gezielten Ansteuerung des Ausrückmittels 20 in dieser Position fixiert werden. Es können aber auch übertragbare Kupplungsmomente angesteuert werden, die definiert über den momentan anstehenden Motormomenten liegen. In einem solchen Fall können die aktuell anstehenden Motormomente übertragen werden, wobei die Drehmoment-Ungleichförmigkeiten im Antriebsstrang in Form von beispielsweise Drehmomentspitzen gedämpft und/oder isoliert werden.
Zur Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystems 3 werden weiterhin Sensoren verwendet, die zumindest zeitweise die relevanten Größen des gesamten Systems überwachen und die zur Steuerung notwendigen Zustandsgrößen, Signale und Messwerte liefern, die von der Steuereinheit verarbeitet werden, wobei eine Signalverbindung zu anderen Elektronikeinheiten, wie beispielsweise zu einer Motorelektronik oder einer Elektronik eines Antiblockiersystems (ABS) oder einer Antischlupfregelung (ASR) vorgesehen sein kann und bestehen kann. Die Sensoren detektieren beispielsweise Drehzahlen, wie Raddrehzahlen, Motordrehzahlen, die Position des Lasthebels, die Drosselklappenstellung, die Gangposition des Getriebes, eine Schaltabsicht und weitere fahrzeugspezifische Kenngrößen.
Die 1 zeigt, dass ein Drosselklappensensor 15, ein Motordrehzahlsensor 16 sowie ein Tachosensor 17 Verwendung finden können und Messwerte bzw. Informationen an das Steuergerät 13 weiterleiten. Die Elektronikeinheit, wie z.B. eine Computereinheit, der Steuerelektronik 13a verarbeitet die Systemeingangsgrößen und gibt Steuersignale an den Aktor 13b weiter.
Das Getriebe ist als z.B. Stufenwechselgetriebe ausgestaltet, wobei die Übersetzungsstufen mittels eines Schalthebels 18 gewechselt werden oder das Getriebe mittels dieses Schalthebels 18 betätigt oder bedient wird. Weiterhin ist an dem Schalthebel 18 des Handschaltgetriebes zumindest ein Sensor 19b angeordnet, welcher die Schaltabsicht und/oder die Gangposition detektiert und an das Steuergerät 13 weiterleitet. Der Sensor 19a ist am Getriebe angelenkt und detektiert die aktuelle Gangposition und/oder eine Schaltabsicht. Die Schaltabsichtserkennung unter Verwendung von zumindest einem der beiden Sensoren 19a, 19b kann dadurch erfolgen, dass der Sensor ein Kraftsensor ist, welcher die auf den Schalthebel 18 wirkende Kraft detektiert. Weiterhin kann der Sensor aber auch als Weg- oder Positionssensor ausgestaltet sein, wobei die Steuereinheit aus der zeitlichen Veränderung des Positionssignals eine Schaltabsicht erkennt.
Das Steuergerät 13 steht mit allen Sensoren zumindest zeitweise in Signalverbindung und bewertet die Sensorsignale und Systemeingangsgrößen in der Art und Weise, dass in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt die Steuereinheit Steuer- oder Regelungsbefehle an den zumindest einen Aktor 13b ausgibt. Der Antriebsmotor 12 des Aktors 13b, z.B. ein Elektromotor, erhält von der Steuereinheit, welche die Kupplungsbetätigung ansteuert, eine Stellgröße in Abhängigkeit von Messwerten und/oder Systemeingangsgrößen und/oder Signalen der angeschlossenen Sensorik. Hierzu ist in dem Steuergerät 13 ein Steuerprogramm als Hard- und/oder als Software implementiert, das die eingehenden Signale bewertet und anhand von Vergleichen und/oder Funktionen und/oder Kennfeldern die Ausgangsgrößen berechnet oder bestimmt.
Das Steuergerät 13 hat in vorteilhafter Weise eine Drehmomentbestimmungseinheit, eine Gangpositionsbestimmungseinheit, eine Schlupfbestimmungseinheit und/oder eine Betriebszustandsbestimmungseinheit implementiert oder es steht mit zumindest einer dieser Einheiten in Signalverbindung. Diese Einheiten können durch Steuerprogramme als Hardware und/oder als Software implementiert sein, so dass mittels der eingehenden Sensorsignale das Drehmoment der Antriebseinheit 2 des Fahrzeuges 1, die Gangposition des Getriebes 4 sowie der Schlupf, welcher im Bereich des Drehmomentübertragungssystems 3 herrscht und der aktuelle Betriebszustand des Fahrzeuges 1 bestimmt werden können. Die Gangpositionsbestimmungseinheit ermittelt anhand der Signale der Sensoren 19a und 19b den aktuell eingelegten Gang. Dabei sind die Sensoren 19a, 19b am Schalthebel und/oder an getriebeinternen Stellmitteln, wie beispielsweise einer zentralen Schaltwelle oder Schaltstange, angelenkt und diese detektieren, beispielsweise die Lage und/oder die Geschwindigkeit dieser Bauteile. Weiterhin kann ein Lasthebelsensor 31 am Lasthebel 30, wie z.B. an einem Gaspedal, angeordnet sein, welcher die Lasthebelposition detektiert. Ein weiterer Sensor 32 kann als Leerlaufschalter fungieren, d.h. bei betätigtem Lasthebel 30 bzw. Gaspedal ist dieser Leerlaufschalter 32 eingeschaltet und bei nicht betätigtem Lasthebel 30 ist er ausgeschaltet, so dass durch diese digitale Information erkannt werden kann, ob der Lasthebel 30 betätigt wird. Der Lasthebelsensor 31 detektiert den Grad der Betätigung des Lasthebels 30.
Die 1 zeigt neben dem Lasthebel 30 und den damit in Verbindung stehenden Sensoren ein Bremsenbetätigungselement 40 zur Betätigung der Betriebsbremse oder der Feststellbremse, wie z.B. ein Bremspedal, einen Handbremshebel oder ein hand- oder fußbetätigtes Betätigungselement der Feststellbremse. Zumindest ein Sensor 41 ist an dem Betätigungselement 40 angeordnet und überwacht dessen Betätigung. Der Sensor 41 ist beispielsweise als digitaler Sensor, wie z. B. als Schalter, ausgestaltet, wobei dieser detektiert, dass das Bremsenbetätigungselement 40 betätigt oder nicht betätigt ist. Mit dem Sensor 41 kann eine Signaleinrichtung, wie z.B. eine Bremsleuchte, in Signalverbindung stehen, welche signalisiert, dass die Bremse betätigt ist. Dies kann sowohl für die Betriebsbremse als auch für die Feststellbremse erfolgen. Der Sensor 41 kann jedoch auch als analoger Sensor ausgestaltet sein, wobei ein solcher Sensor, wie beispielsweise ein Potentiometer, den Grad der Betätigung des Bremsenbetätigungselementes 41 ermittelt. Auch dieser Sensor kann mit einer Signaleinrichtung in Signalverbindung stehen.
Nachfolgend wird eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der eine Servomotoranordnung für zwei Schaltwalzen vorgeschlagen wird.
Bei einem Doppelkupplungsgetriebe sind die verwendeten Schaltwalzen zur Betätigung der Schaltgabel im Inneren des Getriebegehäuses angeordnet, wobei deren Servomotoren außerhalb angeordnet sind. Der Übertragungsmechanismus wird durch Gangräder realisiert. Um das mechanische Spiel zu minimieren und den Wirkungsgrad zu maximieren, wird eine minimale Anzahl an Gangrädern bevorzugt so weit das Übertragungs- bzw. Übersetzungsverhältnis dies zulässt.
Mit konventionellen Schaltmotoren, wie sie in einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG) verwendet werden, werden Ausgangsmomente im Bereich von 1 Nm ermöglicht, wobei der Übertragungsmechanismus ein Übersetzungsverhältnis von 20 : 1 oder mehr benötigt. Die Welle, um die sich die Schaltwalzen drehen bzw. der Abschnitt der Verbindung der beiden Schaltwalzen, sollte zumindest einen vorbestimmten Radius aufweisen, um eine gewünschte Steifigkeit gegenüber Durchbiegungen zu erhalten. Die Schwierigkeit liegt darin, einen derartigen Mechanismus mit zwei ineinander greifenden Gangrädern auszubilden, welcher in den begrenzten Raum passt, welcher durch das Getriebegehäuse vorgegeben ist.
Demzufolge wird eine erfindungsgemäße Servomotorauslegung für zwei Schaltwalzen vorgeschlagen. Bevorzugt wird eine zweistufige Zahnradübersetzung zwischen den Servomotoren und den Schaltwalzen in einem Doppelkupplungsgetriebe mit einer Übersetzung von 20 : 1 sowie vorzugsweise achsparallele Zahnräder verwendet. Gleichzeitig können die Zwischenräder eine gemeinsame Drehachse haben, wobei jeweils ein Zwischenrad für jedes Teilgetriebe vorgesehen sein kann. Auf diese Weise kann zum einen Bauraum für die Servomotorauslegung eingespart werden. Zudem kann der Wirkungsgrad des Mechanismus verbessert sowie die Produktionskosten für die Lagerung der Zahnräder reduziert werden. Außerdem kann der Servomechanismus gemäß der Erfindung als ein modulares Einzelteil auf das Getriebegehäuse montiert werden.
Der erfindungsgemäße Mechanismus umfasst ein Paar Doppelzahnräder, welche zwischen den gezahnten Rädern an den Schaltwellen und den Servomotorritzeln vorgesehen sind. Ein Übertragungsmechanismus ist in 2 schematisch dargestellt, wobei in 3 eine dreidimensionale Ansicht des Schaltaktors gezeigt ist. Der Schaltaktor weist ein Doppelzahnrad für jede Schaltwalze auf. Ferner sind in 4 die Eingriffspunkte P und Q gezeigt, welche entlang des äußeren Zahnradradius R3 verlaufen und von dem begrenzen Innenraum werden, welcher im Minimum durch die Abstände L1 und L3 in 4 begrenzt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Mechanismus ergeben sich folgende Vorteile:

i) der Servomotor ist einfach anzubringen bzw. zu lösen, da dieser eine Einheit bildet, weil die Verbindung zu dem Getriebe durch die Zahnräder mit den Schaltwalzen gegeben ist, welches insbesondere aus den 2 und 7 ersichtlich ist;
ii) es werden nur zwei ineinander greifende Zahnräder für die Betätigung jeder Schaltwalze verwendet;
iii) das Übersetzungsverhältnis von 20 : 1 oder mehr kann ohne Kegelzahnräder erreicht werden;
iv) L1 und L3 ergeben ein Minimum an erforderlichem Bauraum, welches aus 4 ersichtlich ist;
v) das Paar der Doppelzahnräder bzw. Zwischenräder schneiden ihre zentralen Achsen, so dass sie an einer gemeinsamen Achse angeordnet sein können, welche an dem Aktuatorgehäuse befestigt ist; dieses ist insbesondere aus 7 ersichtlich; Mögliche Bedingungen für die vorgenannte Ausgestaltung können gemäß 4, wie folgt ausgedrückt werden:
vi) die Summe der Radien R3 + R7 < die Summe der Radien R4 + R5. Dadurch werden Interferenzen bei der Schaltwalze vermieden;
vii) Der Quotient der Radien R3 und R1 multipliziert mit dem Quotienten der Radien R5 und R4 ist größer als 20. Dadurch kann das verwendete Übersetzungsverhältnis erreicht werden;
viii) der Radius R5 ist ≤ T; um die Schaltwalze an die vorgeschlagene Ausgestaltung anzupassen kann T bevorzugt den Wert 32,5 annehmen;
ix) der Radius R1 muss geeignet gewählt werden, um eine sichere Betätigung und eine effiziente Herstellung zu ermöglichen.

Die räumlichen Beschränkungen sind ausreichend berücksichtigt:

x) auf Grund der modularen Einheit kann ein Abstand von mehr als 20mm zu der Getriebeaufhängung erreicht werden;
xi) die Servomotoren behindern den Flansch des elektrischen Startermotors nicht; xii) die Servomotoren behindern auch nicht das Kupplungsgehäuse, wobei der minimale Abstand zwischen dem Servomotordeckel und dem Kupplungsgehäuse bzw. dem Startermotorflansch marginal sind;
xiii) die Servomotoren beeinträchtigen keinen Träger an der Chassisseite;
xix) der Zugang zu der Schraube zwischen dem Kupplungsgehäuse und dem Motor ist auf einfachste Weise möglich; der benötigte Raum für den Zugang zu den Motorschrauben ist ebenfalls gegeben.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der vorgeschlagene Zahnrädermechanismus bzw. der Zwischenrädermechanismus durch eine Veränderung der Position von der vorgeschlagenen Position zwischen den Schaltwalzen bevorzugt in einen Flansch des Kupplungs- oder Getriebegehäuses oder in einen benachbarten Bereich ebenfalls realisiert werden kann. Die Position kann beispielsweise auch zwischen dem existierenden Kupplungs- und Getriebegehäuse vorgesehen sein. Dies kann die Ausgestaltung des begrenzten Raumes vereinfachen. Die Servomotoreinheit könnte modular ausgebildet sein, jedoch sollte dann die Einheit ein integriertes Teil des Flansches oder des Kupplungsgehäuses sein. Eine derartige Lösung ist ebenfalls besonders vorteilhaft.
Der erfindungsgemäße Rädermechanismus ist bezüglich seiner technischen Ausgestaltung von Vorteil, wenn die Lager der Servomotoranker und die Zahnräderaufhängung bzw. Lagerung als ein gemeinsames Teil ausgebildet sind, wie dies in 12 angedeutet ist. Auf diese Weise wird keine zusätzliche Servomotorhalterung benötigt und im Gegensatz zu anderen Lösungen kann zumindest eine Schraubverbindung eingespart werden. Das Aktuatorgehäuse bzw. Aktorgehäuse könnte dann aus einem Gehäuse gefertigt werden.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Aktorgehäuse in zwei Teile unterteilt wird, wie dies in den 6 bis 9 gezeigt ist. Beispielsweise ein Teil für die Zahnräderlagerung bzw. Aufhängung und ein Teil für die Servomotorhalterung. Durch das Vorsehen der Verbindungsoberfläche kann das Material im Bereich der Zahnräderwellenhalterung von der Servomotorhalterung entfernt werden, wobei auch bei dieser Ausgestaltung eine abgedichtete Anordnung erhalten werden kann. Jedoch sind bei dieser Lösung an jeder Halterung zwei Servomotoren erforderlich, welche als eine Einheit geliefert und montiert werden können.
Eine weitere Möglichkeit kann vorsehen, dass die Servomotorhalterung aufgeteilt wird. Dies bedeutet das zwei Servomotorhalterungen jeweils eine für jeden Servomotor und ein Teil für die Zahnräderlagerung vorgesehen werden. Zum Vermeiden jeglicher Beeinträchtigungen zwischen der Zahnräderlagerwelle und der Servomotorschraubposition kann eine geringe Erhöhung bezüglich des Gewichts oder der Länge bei dem Aktorgehäuse vorgesehen werden, welches entsprechend in 13 unter Punkt a und b gezeigt ist.
In 2 wird der Übertragungsmechanismus schematisch dargestellt. In 3 ist eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltaktors gezeigt. Mit 101 ist in 3 das erste Ritzel, mit 102 das zweite Ritzel, mit 103 das erste Zwischenrad, mit 104 das zweite Zwischenrad, mit 105 die erste Schaltwelle und mit 106 die zweite Schaltwelle bezeichnet.
In 4 ist das Prinzip die erfindungsgemäße Servomotoranordnung schematisch dargestellt. Dabei sind die einzelnen Durchmesser bzw. Radien der Wellen bzw. Zahnräder mit R1 bis R7 bezeichnet. Mit L1 ist der Abstand zwischen den beiden Ritzelwellen der Servomotoren, mit L2 ist der Abstand zwischen den Wellen der Zwischenräder und mit L3 ist der Abstand von der Welle des zweiten Zwischenrades zur Eingangswelle gekennzeichnet.
In 5 ist eine geschnittene Ansicht entlang der Schnittlinie B-B gemäß 4 dargestellt. In 5 ist mit L4 die Breite der beiden Zwischenräder bezeichnet.
In 6 ist eine dreidimensionale Ansicht der modular aufgebauten Aktoreinheit gezeigt.
In 7 ist eine dreidimensionale Ansicht der Verbindungseinrichtung gezeigt.
In 8 ist eine Explosionsdarstellung der modularen Einheit gemäß 6 gezeigt. Dabei sind mit 201 der Schaltmotordeckel, mit 202 die Kontakteinheit, mit 203 der Elektroschaltmotor, mit 204 das Ritzel, mit 205 die Halterung des Servomotors, mit 206 die Zwischenräder, mit 207 die Zwischenräderwelle und mit 208 das Aktorgehäuse bezeichnet.
In 9 sind mögliche Ansichten der modularen Einheit gezeigt.
In 10 ist eine Draufsicht einer an einem vorbestimmten Getriebe gehaltenen Servomotoranordnung gezeigt. Dabei sind Bereiche mit minimalem Abstand durch einen Kreis angedeutet. Weiterhin sind mit 301 der Deckel der Kupplung, mit 302 der Deckel des Flansches, mit 303 die Schraubhalterung und mit 304 die Abstandshalterung gekennzeichnet.
In 11 ist eine Front- und eine Seitenansicht gemäß 10 dargestellt. Als Bezugszeichen werden die gleichen wie bei 10 verwendet.
In 12 ist das Aktorgehäuse einteilig ausgebildet und über eine Standardverbindung mit einem Motor gekoppelt. In 12 sind zwei Implementierungsalternativen A und B dargestellt, wenn das Aktorgehäuse in drei Teile aufgeteilt wird.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der eine Schaltstrategie für Getriebe mit Schaltwalzen vorgeschlagen wird.
Es hat sich gezeigt, dass, wenn der Fahrer während der Fahrt den Gangwahlhebel auf Neutral stellt, der Antriebsstrang geöffnet wird. Bei einem Getriebe mit Schaltwalzenverstellung sollte jedoch durch die Gänge einzeln zurück geschaltet werden, um zum Hauptneutralbereich, welcher zwischen dem ersten und dem Rückwärtsgang liegt, zu kommen. Dies ist umständlich und sollte vermieden werden.
Erfindungsgemäß kann demnach vorgesehen sein, dass die Schaltwalzen über einen Kulissenstein oder dgl. bewegt werden, der bevorzugt in einer Nut oder dgl. der Schaltwalze geführt ist. Auf diese Weise können die Schaltfinger von einem Gang in den nächsten bewegt werden. Durch die Rotation der Schaltwalze können auf diese Weise sämtliche Gänge sequenziell von R-1-2-3-4-5-6 durchgeschaltet werden. Die Positionen der Schaltwalze, bei denen ein Gang ausgelegt wird, jedoch der nächste Gang noch nicht eingelegt ist, stellen dabei jeweils die Neutralposition dar. Die Neutralposition zwischen dem Rückwärtsgang R und dem ersten Gang kann als Hauptneutralbereich bzw. -position bezeichnet werden. Sämtliche andere Positionen werden als Zwischenneutral bezeichnet.
Wenn der Gangwahlhebel in Richtung Neutral unterhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeuges, wie z.B. 40km/h, bewegt wird, kann die Kupplung ähnlich wie bei einem Gangwechsel geöffnet und das Getriebe in Richtung Hauptneutral gedreht werden, wobei gegebenenfalls durch kleinere Gänge durchgeschaltet werden muss.
Wenn oberhalb einer Geschwindigkeit von etwa 40 km/h der Gangwahlhebel nach Neutral verstellt wird, soll das Getriebe nicht mehr in Richtung Hauptneutral verstellt werden, da beim Durchlaufen der niedrigeren Gänge jedes Mal die Eingangswelle synchronisiert werden müsste und dabei überdreht werden könnte. Zudem müsste, wenn der Fahrer kurz danach wieder den Fahrmodus wählt, wieder durch die kleineren Gänge hindurch zum Zielgang geschaltet werden.
Erfindungsgemäß kann dieses Problem gelöst werden, indem bei der Anforderung von Neutral die Kupplung ähnlich wie bei einer Gangschaltung geöffnet wird. Das Getriebe kann dann in dem aktuellen Gang verbleiben. Dabei kann nach wie vor die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugsituation ausgewertet werden und daraus neue Gangvorschläge ermittelt werden. Wenn der Gangvorschlag von dem aktuellen Gang abweicht kann dieser vorgeschlagene Gang in dem Getriebe eingestellt werden, wobei die Kupplung nach wie vor offen bleibt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter die oben genannte Grenzgeschwindigkeit absinkt, kann das Getriebe in Richtung Hauptneutral verstellt werden.
Bei dieser Lösung kann die Öffnung des Antriebsstranges nur durch die Kupplung erfolgen, während sich das Getriebe wie beim Automatikmodus verhält. Bei einer hydraulischen Kupplung könnte in diesem Fall die Schnüffelfunktion nicht aktiviert werden. Ferner ist dabei zu beachten, dass bei einer defekten Kupplungsaktorik der Triebstrang nicht getrennt wird.
Demnach kann gemäß einer weiteren Strategie vorgesehen sein, dass bei einer Anforderung von Neutral die Kupplung ähnlich wie bei einer Gangschaltung geöffnet wird. Das Getriebe kann auf die benachbarte Zwischenneutralstellung verstellt werden. Wenn beispielsweise der 4. Gang eingelegt ist, könnte die Neutralstellung zwischen dem 4. und 5. Gang (4-5) oder zwischen dem 3. und 4. Gang (3-4) verwendet werden. Unter der Annahme, dass das Fahrzeug langsamer wird und das Getriebe dieser Situation folgen soll, kann die 3-4 Zwischenneutralstellung bevorzugt gewählt werden.
Nach wie vor wird die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugsituation ausgewertet und ein neuer Gangvorschlag unterbreitet. Auf diese Weise kann, wenn der Fahrer wieder den Fahrmodus anwählt, der geeignete passende Gang sofort eingelegt werden. Um dies zu erreichen, kann das Getriebe jeweils in diejenige Zwischenneutralstellung gebracht werden, von der aus der vom Automatikprogramm vorgeschlagene Gang aus direkt erreichbar ist. Dies bedeutet in dem vorgenannten Beispiel, dass, wenn der 3. Gang vorgeschlagen wird, spätestens aber beim Vorschlag des 2. Ganges das Getriebe von der Zwischenneutralstellung 3-4 durch den Gang 3 zur Zwischenneutralstellung 2-3 geschaltet wird, wobei die Kupplung geöffnet bleibt.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter die oben genannte Grenzgeschwindigkeit sinkt, kann das Getriebe in Richtung Hauptneutralstellung verstellt bzw. geschaltet werden.
Besonders vorteilhaft ist bei dieser vorgeschlagenen Strategie, dass sowohl die Kupplung als auch das Getriebe den Antriebsstrang öffnen kann, welches eine erhöhte Sicherheit für das Gesamtsystem bedeutet. Darüber hinaus ist auch bei dieser Strategie eine Aktivierung der Schnüffelfunktion der Kupplung möglich.
Bevorzugt wird die vorgeschlagene Strategie bei einem Getriebe mit einer Schaltwalze, wie z. B. einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG) eingesetzt. Die gleiche Strategie kann jedoch auch bei Getrieben mit zwei Schaltwalzen, wie z. B. einem ASG-3 oder einem Doppelkupplungsgetriebe (DKG) zum Einsatz kommen. Bei derartigen Getrieben kann z.B. vorgesehen sein, dass die eine Schaltwalze den Rückwärtsgang, den 1., den 3. und den 5. Gang und die andere Schaltwalze die Gänge 2, 4 und 6 bedient. Es ist auch möglich, dass bei einer alternativen Konstellation eine Schaltwalze die Gänge 1, 3 und 5 und die andere Schaltwalze die Gänge R, 2, 4 und 6 bedient. Bei dieser Alternative wäre die Position R-2 die Hauptneutralstellung.
Auch bei den alternativen Strategien wird bei der Anforderung von Neutral der aktuelle Gang herausgezogen und die benachbarte Zwischenneutralstellung eingestellt. Da die Gänge auf abwechselnden Schaltwalzen liegen, können die beiden Schaltwalzen abwechselnd in die nächst niedrigere Zwischenneutralstellung wechseln, um immer optimal für eine Rückschaltung in den Fahrmodus vorbereitet zu sein.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung der Erfindung erläutert, bei der bevorzugt eine absolute Drehwinkelmessung z. B. an Schaltwalzen vorgeschlagen wird.
Zur Feststellung des eingelegten Ganges bei Schaltungen über Schaltwalzen können beispielsweise Sensoren eingesetzt werden. Bevorzugt kann dies durch Inkremental- und Absolutwegsensoren realisiert werden. Allerdings haben Inkrementalwegsensoren den Nachteil, dass nach dem Einschalten bzw. nach einem Reset des Systems ein undefinierter Zustand vorliegt, der erst durch das Anfahren von Endlagen definiert werden kann.
Somit ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Absolutwegsensor einzusetzen, welcher sofort nach dem Einschalten bzw. nach einem Reset den Drehwinkel der Schaltwalze und damit den jeweils eingelegten Gang erkennen kann.
Der Einsatz einer vor Ort-Elektronik erfordert die Verwendung berührungslos arbeitender und vom Getriebegehäuse direkt z. B. steckerlos und nahezu geradlinig über einen Sensorfinger zugängliche Sensoren an der Schaltwalze. Diese Forderung kann durch bekannte Systeme nicht erfüllt werden.
Demnach wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass auf die Schaltwalze z. B. ein keilförmiges Element oder dgl. aufgebracht bzw. aufgewickelt wird und ein Sensorelement in konstantem Abstand von der Mittelachse der Schaltwalze platziert wird. Eine derartige Anordnung ist beispielhaft in 14 dargestellt. In 14 ist die Schaltwalze und der auf die Schaltwalze aufgewickelte Keil sowie ein Näherungssensor gezeigt.
Auf diese Weise kann bei jeder Drehstellung der Schaltwalze und des mit ihr verbundenen aufgewickelten Keils jeweils ein Abstand zum Näherungssensor zugeordnet werden. Dies deshalb, weil der Abstand auf Grund der Keilform jeweils einem bestimmten Drehwinkel der Schaltwalze zugeordnet ist. Dieser Abstand kann gemessen und entsprechend ausgewertet werden. Als Referenzpunkt kann z. B. für die Drehstellung der Schaltwalze die Unstetigkeitsstelle im Abstand des keilförmigen Elementes zum Näherungssensor genutzt werden.
Im folgendem wird eine weitere Ausgestaltung der hier vorgestellten Erfindung beschrieben, bei der insbesondere eine Schaltwalzenbetätigung mit einer Inkrementalwegmessung bevorzugt für Doppelkupplungsgetriebe vorgeschlagen wird.
Bei einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG) ist eine Schaltwalzenbetätigung vorgesehen. Zur Regelung und zur Überwachung der Getriebebetätigung kann z. B. ein Getriebeeingangsdrehzahlsensor, ein Positionssensor an der Schaltwalze und ein Inkrementalsensor z.B. am E-Motor des Aktors verwendet werden.
Bei einem Doppelkupplungsgetriebe können zwei Schaltwalzen für die unabhängige Betätigung der beiden Teilgetriebe verwendet werden. Beispielsweise kann ein Schaltaktor für beide Teilgetriebe verwendet werden. Die gesamte Getriebeaktorik könnte mit einer geeigneten Schaltwalzenbetätigung die Peripherie im Getriebe deutlich vereinfachen, so dass die Schaltwalzenbetätigung gegenüber anderen Betätigungen besonders vorteilhaft ist.
Es ist jedoch zu beachten, dass bei der Verwendung von Schaltwalzen das Erkennen der Gangendlagen aus der Anschlagposition nicht möglich ist. Deshalb kann z. B. ein Absolutwegsensor an der Schaltwalze vorgesehen sein. Bei ausschließlicher Verwendung von Inkrementalsensoren in den Schalwalzenantrieben (E-Motor), müssen die Probleme des fehlenden Bezuges, welcher z.B. durch einen Reset-Steuergerät oder durch einen Verlust einzelner Inkremente ausgelöst wird, gelöst werden. Dieses ist Ziel der vorliegenden Erfindung.
Demnach liegt die Aufgabe zu Grunde, die Problematik von Endlagen- und Anschlagpositionen bei Schalt-Wähl-Aktoren bzw. bei Schaltwalzen zu lösen.
Zum besseren Verständnis ist in 15 ein übliches H-Schaltbild mit Anschlagpositionen eines Getriebes dargestellt. Ein Schalt-Wähl-Aktor kann ein Getriebe entlang des H-Schaltbildes betätigen. Der Schaltmotor verfährt dabei in die Schaltrichtung und der Wählmotor in die Wählrichtung. Nach dem Einlegen der Gänge kann z. B. durch kurzzeitiges Drücken gegen die Anschläge der Gangendlagen sowie durch eine Ertasten dieser Anschläge die Inkrementalwegmessung referenziert werden. Zuvor können im Rahmen einer in Betriebnahme-Routine die Gangendlagen gelernt werden, indem z. B. die zugehörigen Anschläge gesucht werden. Die Endlagenpositionen sind je innerem Getriebe und Aktorikaufbau sehr stark Toleranz behaftete Positionen. Eine weitere Abgleichstrategie kann z. B. durch eine neutrale Referenzfahrt durchgeführt werden, bei der die Neutralgasse gesucht und durchfahren wird.
Bei einer Schaltwalze gibt es nur eine Antriebskoordinate und deshalb nur ein eindimensionales Schaltbild, welches in 16 schematisch dargestellt ist. Bei diesem Schaltbild gibt es in den Gangendlagen keine Anschläge. Die Anschläge ergeben sich allenfalls am Ende der Schaltwalzenstellbereiche. Andererseits sollten die Positionen, in denen die Gänge eingelegt sind, bei einer Schaltwalze nur mit kleinen Toleranzen behaftet sein, denn diese bestimmen sich nur aus dem Nutprofil der Schaltwalze.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass ein Abgleich der Endlagen bei einer Schaltwalzenaktorik über indirekte Anschläge durchgeführt wird. Dabei kann davon ausgegangen werden, das es auch bei automatisierter Betätigung mittels Schaltwalzen einen Hinterschnitt der Schaltverzahnung wie bei einem Handgetriebe gibt. Auf diese Weise kann der Gang bei der Momentenübertragung im Getriebe in seiner Endlage gehalten werden. Bereits bei verhältnismäßig geringer Momentenübertragung über den entsprechenden Gang werden relativ hohe Kräfte benötigt, um den Gang gegen diese Hinterlegung herauszuziehen. Deshalb ist es möglich, dass der Aktor durch Anlegen einer relativ kleinen Spannung gegen diesen Widerstand getastet wird. Bei einem symmetrischen Nutprofil bezüglich der Endlage kann auch die durch die Hinterlegung aufgebaute Gegenkraft symmetrisch bezüglich der Endlage sein. Dies geht insbesondere aus 17 hervor. Dort ist in dem oberen Diagramm der Schaltweg über den Drehwinkel der Schaltwalze und in dem unteren Diagramm die Schaltkraft über den Drehwinkel der Schaltwalze aufgetragen. Aus dem Kraftdiagramm ist insbesondere die Gegenkraft beim Tasten in einem momentübertragenden Gang dargestellt.
Bevorzugt kann die vorgeschlagene Lösung als Ersatz für das Tasten nach dem Einlegen des Ganges insbesondere bei einem automatisierten Schaltgebtriebe (ASG) verwendet werden. Des weiteren kann die erfindungsgemäße Konzeption für den ersten Abgleich der Inkrementalwegmessung z.B. nach einem Rest während der Fahrt verwendet werden.
Ein entsprechendes Flussdiagramm, welches das Tasten im Gang beispielhaft darstellt, ist in 18 gezeigt.
Eine weitere Möglichkeit gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass eine Art Neutralreferenzfahrt durchgeführt wird. Eine reine Neutralreferenzfahrt, wie bei dem H-Schaltbild ist jedoch nicht möglich. Jedoch kann bei getrenntem Antriebsstrang (Antriebsstrang - Neutral) die Endanschläge der zugehörigen Schaltwalze angefahren werden. Bezüglich dieser Endanschläge ist die Gangposition relativ genau bekannt, da in diesem Bereich geringe Toleranzen vorliegen.
Es ist jedoch zu beachten, dass der Überdrehschutz für die Kupplungsscheibe und für das Getriebe nach wie vor wirken sollte, d.h. das gegebenenfalls nur in Richtung der hohen Gänge aber nicht in Richtung der unteren Gänge geschaltet werden kann.
Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass der Gang über die Drehzahl während des Fahrens erkannt wird. Dabei kann bevorzugt eine Kombination mit den beiden vorgenannten Lösungsansätzen eine besonders vorteilhafte Ergänzung bei einem sich bewegenden Fahrzeug zur Erkennung eines eingelegten Ganges aus der Fahrgeschwindigkeit und der Motordrehzahl bei geschlossener Kupplung bzw. der Getriebeeingangsdrehzahl ergeben.
Das Erkennen des gerade eingelegten Ganges während der Fahrt, d.h. die Abtriebsdrehzahl bzw. die Raddrehzahl ist ungleich 0, kann besonders wichtig sein, denn für eine Neutralreferenz sollte der Kraftschluss zwischen dem Motor und dem Getriebe getrennt werden. Die Gangerkennung aus den Drehzahlen im Fahrzustand kann grundsätzlich auch ohne einen Getriebeeingangsdrehzahlsensor durchgeführt werden. Jedoch ist es dann erforderlich, dass die Kupplung in diesem Fall nicht schlupft. Deshalb sollte, auch wenn zwischen den Drehzahlen ein einem Gang entsprechendes Verhältnis festgestellt wird, die Kupplung in Richtung schließen angesteuert oder das Motormoment durch die Getriebesteuerung kurzzeitig reduziert werden. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob das Drehzahlverhältnis stationär, also dem Zustand Haften, oder dynamisch, also dem Zustand Schlupfen, entspricht.
In 19 ist eine mögliche Gesamtstrategie zum Abgleich der Inkrementalwegmessung in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Bei der Gesamtstrategie wird zunächst als Eintrittsbedingung ein möglicher Vertrauensverlust bezüglich der Genauigkeit der Inkrementalwegmessung überprüft. Das Vertrauen kann z.B. durch ein vom erwarteten Ergebnis abweichendes Ergebnis beim Tastens im Gang, durch Unplausibilitäten im Vergleich mit einem mitgerechneten Parallelmodell, wie z.B. bei einem Wählen bei einem automatisierten Schaltgetriebe, durch ein Reset des Steuergerätes oder auch durch unplausible Drehzahlrelationen beim Prüfen des Ganges aus den Drehzahlen verloren gehen. Dabei ist es möglich, dass ein entsprechendes Vertrauensmaß definiert wird, welches als Entscheidungskriterium für den Eintritt in die Abgleichstrategie dient.
Die hier vorgeschlagene und in 19 dargestellte Gesamtstrategie bzw. Abgleichstrategie zeichnet sich insbesondere durch ein Variantenminimum und ein Minimum an ausgewerteter Signal aus. Somit lässt sich diese Strategie mit verhältnismäßig wenig Aufwand programmieren.
Da die Motordrehzahl als sicheres Signal angesehen wird, geht nur noch das Geschwindigkeitssignal (Raddrehzahl bzw. Getriebeausgangsdrehzahl) in die Abgleichstrategie ein. Auf diese Weise wird eine hohe Verfügbarkeit für diese Abgleichstrategie realisiert und eine Ersatzabgleichstrategie ist in vorteilhafter Weise nicht erforderlich.
Für den Fall, dass z. B. die Getriebeeingangssignale verwendet werden und sicher gestellt werden kann, dass diese fehlerfrei sind, kann bevorzugt die sogenannte Gang-aus-Drehzahl-Strategie entsprechend einfach verwendet werden.
Ferner kann eine sogenannte limp-home-Strategie zum Einsatz kommen. Dies bedeutet eine Strategie zu entwickeln, mit der das Fahrzeug im Notprogramm z. B. nach Hause oder zu einer Werkstatt bewegt werden kann. Bisher wurde gezeigt, wie das System mittels Inkrementalwegmessung und den ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Drehzahlsignalen relativ sicher zu bedienen ist. Fällt jedoch die Inkrementalwegmessung bei einem der Schaltwalzenantriebe aus oder ist ein notwendiger Abgleich nicht möglich, weil z.B. das Geschwindigkeitssignal fehlt, kann mit der limp-home-Strategie mit dem Teilgetriebe weitergefahren werden, bei dessen Schaltaktorik vertrauenswürdige Wegsignale geliefert werden.
Es ist jedoch zu beachten, dass in bestimmten Situationen ein Abschalten des Gesamtsystems der sichere Weg wäre, nämlich bei Totalausfall beider Inkrementalwegmessungen oder bei fehlendem Geschwindigkeitssignal und gleichzeitigem Vertrauensverlust bei beiden Inkrementalwegmessungen.
Die vorgenannten Strategien können bevorzugt bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG) und bei Fahrzeugen mit einem Doppelkupplungsgetriebe (DKG) zum Einsatz kommen.
Ferner wird im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine geeignete Schaltwalze für Doppelkupplungsgetriebe vorgeschlagen, bei der insbesondere der Rückwärtsgang und der 2. Gang gleichzeitig eingelegt werden kann.
Die Besonderheit bei einem Doppelkupplungsgetriebe liegt darin, dass die Schiebemuffe des Rückwärtsganges zwar mit der Schaltwalze der geraden Gänge geschaltet werden kann, aber der Kraftfluss über die Kupplung der ungeraden Gänge übertragen wird. Dies ergibt sich insbesondere aus 20, in der eine Getriebestruktur eines Doppelkupplungsgetriebes mit zwei Schaltwalzenantriebe für die jeweiligen Schiebemuffen vorgesehen ist. In 20 ist beispielhaft ein Doppelkupplungsgetriebe mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang gezeigt.
Insbesondere bei sogenannten Freischaukel-Schaltungen wird in kurzer Folge zwischen dem Rückwärtsgang und dem zweiten Gang als dem normalen Anfahrgang gewechselt, da der erste Gang ein sehr kurz übersetzter Gang ist. Dieser Wechsel erfolgt nur noch durch umschalten der beiden Kupplungen, während die Gänge selber geschaltet bleiben.
Demnach ergibt sich die Aufgabe, eine Getriebebetätigung vorzuschlagen, bei der ein gleichzeitiges Einlegen eines Rückwärtsganges und eines zweiten Ganges ermöglicht wird.
Die in 20 gezeigte Getriebestruktur zeigt als Besonderheit, dass sich der Rückwärtsgang, der über die Kupplung der ungeraden Gänge in den Kraftfluss durch das Getriebe gebracht wird, die Schiebemuffe mit dem 6. Gang teilt und gemeinsam mit der Schaltwalze der geraden Gänge geschaltet wird.
Erfindungsgemäß wird das gleichzeitige Einlegen der Gänge 2 und R nun dadurch erreicht, dass eine Drehstellung der Schaltwalze eingestellt wird, in der beide Schiebemuffen durch die Führungsgeometrie der Schaltwalze aus der Neutralstellung herausgerückt sind, d.h. der 2. Gang und der Rückwärtsgang können gleichzeitig geschaltet werden. Dies ergibt sich insbesondere aus 21, in der die Gangschaltfolge der Schaltwalze für die Gänge 2, 4, 6, R dargestellt ist. Aus dem gezeigten Beispiel ergibt sich, dass anstelle der Neutralstellung zwischen dem 2. und dem Rückwärtsgang eine Zwischenstellung 2/R gewählt werden kann. Eine Neutralstellung zwischen dem Rückwärtsgang und dem 2. Gang ist nicht zwingend notwendig. Jedoch sollte das andere Teilgetriebe mit den geraden Gängen in der Neutralstellung stehen. Auf diese Weise zeigt 21 eine Lösung mit möglichst wenig Schaltstellungen. Ferner kann die Schaltwalze bezüglich ihres Durchmessers derart gering dimensioniert werden, so dass sich daraus weitere Bauraumvorteile ergeben.
Auf Grund der Koppelung des Rückwärtsganges an die den ungeraden Gängen zugeordneten Kupplung kann sich die Notwendigkeit ergeben, ein Schalten des Rückwärtsganges in einer Situation zu verhindern, in der ein ungerader Vorwärtsgang geschaltet ist. Denn diese Schaltung wird mit der zweiten Schaltwalze durchgeführt. Deshalb sollte die Schaltwalze nur dann in die Rückwärtsgangstellung gebracht werden, wenn die andere Schaltwalze in einer Zwischenstellung vorzugsweise in der Neutralstellung zwischen den Gängen 1 und 3 steht. Diese Sperre kann z. B. durch eine Sperrklinke oder dgl. in Verbindung mit geeigneten Sperrnocken oder dgl. an den Schaltwalzen realisiert werden. Die Sperre sollte gleichermaßen in die andere Richtung wirken, d.h. die ungeraden Gänge ebenso sperren, wenn der Rückwärtsgang eingelegt ist. Eine mögliche Sperreinrichtung, welche die Sperrfunktion mittels einer Sperrklinke und mittels Sperrnocken an den Schaltwalzen realisiert, ist in 22 beispielhaft angedeutet.
In 22 sind die beiden Schaltwalzen 1 und 2 mit den jeweiligen Sperrnocken dargestellt, wobei eine Sperrklinke oberhalb der beiden Schaltwalzen drehbar an einer Welle gelagert ist.
Aus 23 ergeben sich mögliche Nockenprofile für die Sperreinrichtung, wobei diese nur beispielhaft gezeigt sind. Es sind somit auch andere Profile möglich.
Die obere Darstellung zeigt das Nockenprofil der Schaltwalze der ungeraden Gänge, wobei sich daraus ergibt, dass die Sperreinrichtung den Rückwärtsgang für die Gänge 1, 3 und 5 sperrt, wobei die Neutralstellung freigeben ist, welches durch eine 0 angeben ist.
In der unteren Darstellung ist das Nockenprofil für die Schaltwalze der geraden Gänge und des Rückwärtsganges gezeigt. Es ist zu beachten, dass die gezeigten Nockenprofile quasi als abgewickelte Sperrprofile beider Schaltwalzen dargestellt sind.
Es ist gemäß einer Weiterbildung möglich, dass eine Trennung der Schaltbetätigung der Hauptanfahrgänge für die Vorwärts- und Rückwärtsanfahrt entsprechend der Trennung der Leistungsflüsse über unterschiedliche Kupplungen durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass z. B. die Schiebemuffe R/1 betätigt wird, wenn der 2. Gang der Hauptanfahrgang bei einer Vorwärtsanfahrt ist.
Des weiteren ist denkbar, das andere Führungsteile als Schaltwalzen, wie z. B. Kulissenbleche oder dgl. mit der gleichen Funktion verwendet werden. Ferner ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Zwischenstellung eine Zwischenstellung zwischen dem 2. und dem Rückwärtsgang ist, sondern es kann eine Zwischenstellung an jeder beliebigen Stelle in der Reihenfolge der Schaltposition der Schaltwalze vorgesehen sein. Darüber hinaus sind auch andere Sperreinrichtungen bzw. Sperrglieder, wie z.B. Sperrstifte oder dgl., einsetzbar, um ein gleichzeitiges Schalten eines ungeraden Vorwärts- und des Rückwärtsganges zu vermeiden.
Nachfolgend wird eine nächste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der eine kombinierte Schaltwalzenanordnung insbesondere für ein spezielles automatisiertes Schaltgetriebe (ASG 3) vorgeschlagen wird.
Die Aktorik eines ASG-3-Getriebes besteht aus zwei Schaltwalzen mit Führungsnuten, wobei jede Schaltwalze von einem eigenen E-Motor angetrieben wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine neue Anordnung mit einem E-Motor bei der Aktorik zu finden, welche insbesondere eine Reduzierung der Kosten ermöglicht.
Es hat sich gezeigt, dass bei einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG) die Zugkraftunterbrechung einer der komfortkritischsten Parameter ist. Eine theoretisch optimale Aktorik sollte die Synchronkraft im einzulegenden Gang sofort nach dem Herausnehmen des auszulegenden Ganges aufbauen. Bisher ist dies für die Schaltung ohne Wählen unmöglich, weil sowohl die Kraft zum Herausnehmen und zum Synchronisieren durch eine Schiebemuffe übertragen wird. Die Bewegung der Schiebemuffe bis zur Synchronposition kann nicht beliebig kurz sein. Dies deshalb, weil die Motorleistung des E-Motors der Aktorik beschränkt ist. Bei einer Schaltung mit Wählen handelt es sich um zwei verschiedene Schiebemuffen, welche zeitgleich betätigt werden können. Dies bietet große Potentiale hinsichtlich der Zeiteinsparung. Bei dem heutigen Stand der ASG-Aktorik ist die Schaltung mit Wählen länger. Eine Zeitersparnis kann durch minimale Änderungen bei der Aktorik ermöglicht werden. Auch bei der Schaltung ohne Wählen gibt es die Möglichkeit Zeit einzusparen, indem die Synchronkraft während der Schiebemuffenbewegung verwendet wird, um den parallelen Gang einzulegen und damit einen möglichst großen Anteil der Synchronarbeit zu leisten.
Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, konstruktive Lösungen zu finden, welche eine wesentliche Zeitersparnis bei Schaltzungen realisieren.
Demnach wird vorgeschlagen, eine Zusatzvorrichtung zwischen dem sogenannten Schaltmaul und dem Schaltfinger des Aktors vorzusehen. Als Kernstück der Zusatzvorrichtung ist ein Schaltelement vorgesehen, dessen wesentliche Funktion ist, eine größere Freiheit für die Wählbewegung des Schaltfingers zu realisieren. Somit besitzt jede Gasse ein eigenes Schaltelement.
In 24 ist eine Teilansicht der Aktorik gezeigt, bei der die Schiebemuffe mit dem Schaltmaul und dem Schaltfinger dargestellt sind, wobei zwischen dem Schaltmaul und dem Schaltfinger die als Schaltelement ausgebildete Zusatzvorrichtung vorgesehen ist. Demnach ist aus 24 eine mögliche Platzierung des Schaltelements ersichtlich.
Das Schaltelement der Zusatzvorrichtung und der Schaltfinger sollten derart ausgelegt sein, dass der Schaltfinger nach dem Einlegen des Ganges jede andere Gasse wählen kann. Insbesondere unter der Bedingung, dass die Schaltstange in zwei anderen Gassen in Neutrallage steht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schaltelement als starrer Körper ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass das Schaltelement eine einfache Elastizität aufweist, welches insbesondere in 25 angedeutet ist, wobei ein Schaltelement mit Elastizität dargestellt ist, die anspricht, wenn die Kraft einen kritischen Wert übersteigt. Bevorzugt kann die Elastizität als Stahlband oder dgl. ausgebildet sein.
Eine vorteilhaft einfache Lösung ist in 26 gezeigt. Bei dieser Variante sind die Schaltelemente in einem Gehäuse bzw. in einer Kiste mit gefederter Wand vorgesehen. Durch einen Pfeil in 26 ist die Laufbahn des Schaltfingers bis zur Synchronposition des Ganges 2 bei einer 3-2 Schaltung gezeigt.
Der Steuerungsablauf kann bei einer derartigen Ausgestaltung, wie sie in 26 gezeigt ist, wie folgt sein:

- der Schaltfinger geht dabei in die Gasse des einzulegenden Ganges und schiebt das Schaltelement und den Wunschgang bis zur Synchronposition, ohne dass die Synchronkraft wirkt. Dabei wird die Ausspurkraft beim auszulegenden Gang durch die Feder und die „Kiste“ aufgebaut.
- Nachdem oder sogar vorher (auch mit zeitlicher Überschneidung) wird der Momentenabbau und die Kupplungstrennung begonnen.
- Kurz vor dem Ende des Momentenabbaus wird der Synchronkraftaufbau begonnen.
- Der alte Gang wird heraus genommen, wenn eine Momentenfreiheit realisiert wird.

Nach dem Synchronisieren kann der Ablauf derart weiter geführt werden, wie er bei einer üblichen ASG-Schaltung vorgesehen wird. Die Zeit der Bewegung bis zur Synchronposition kann im Vergleich zu bekannten Schaltvorgängen eingespart werden. Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Konzeption der Aufbau der Aktorik relativ einfach.
Beispielsweise bei einem Spezialgetriebe mit einem Schaltbild, wie es in 27 gezeigt ist, können sämtliche Schaltungen durch die erfindungsgemäße Konzeption verkürzt werden.
Die Anwendung des sogenannten Kistenprinzips bei einem ASG-3-Getriebe ist ebenfalls möglich. Ein entsprechendes Schema eines ASG-3-Getriebes ist in 28 dargestellt. Dieses Getriebe weist zwei Schaltwalzen mit zwei Schaltaktoren auf, wobei die Schaltwalzen bevorzugt einfache Führungsnuten aufweisen.
Erfindungsgemäß kann vorgeschlagen werden, dass ein ASG-3-Getriebe mit einer Schaltwalze und einem Schaltaktor vorgesehen wird. Dies ist schematisch in 29 gezeigt. Hierbei besitzt die Schaltwalze eine Feder, um die Energie für das Herausnehmen des Ganges zu speichern. Auch bei dieser Anordnung weist die Schaltwalze spezielle Führungsnuten auf. Eine Detailansicht der Schaltwalze ist in 30 gezeigt. Dabei weist die Schaltwalze starre äußere Nuten und zusätzlich gefederte innere Nuten auf. Die entsprechende Form der Nuten ist in 31 detailliert dargestellt. Im oberen Bild wird der Nutanteil für das Einlegen eines Ganges gezeigt, wobei der einzulegende Gang von der starren äußeren Nut zur Endlage geführt wird. Im unterm Bild wird der Nutanteil für das Auslegen eines anderen Ganges gezeigt, wobei die Federkraft im auszulegenden Gang mittels innerer gefederter Nut angelegt wird.
Die Schaltwalze kann folgender Maßen funktionieren: wenn die äußere starre Nut den einzulegenden Gang zur Synchronposition führt, kann die herausziehende Federkraft im auszulegenden Gang von der gefederten Nut angelegt werden. Dann erfolgt die Synchronisierung, und der auszulegende Gang wird Momentenfrei gestellt und von der Feder herausgezogen.
Insbesondere der Aufbau der Schaltwalze mit starren äußeren Nuten und gefederten inneren Nuten, wie er in 30 gezeigt ist, ist nur als ein Beispiel zu betrachten. Prinzipiell sollten sich die äußeren und inneren Führungsnuten unterscheiden und eine von beiden bezüglich der anderen gefedert sein, um die Energie zum Herausnehmen des Ganges abzuspeichern. Es ist auch möglich, dass jeweils eine Nut pro Schiebemuffe mit dem zumindest an einem bestimmten Bereich gefederten äußeren Rand vorgesehen wird.
Es ist denkbar, dass ein spezielles Federelement zwischen der starren Walze, z.B. mit äußeren und inneren Nuten, und der Schaltgabel platziert wird. Dies ist insbesondere in 32 gezeigt.
Ferner werden weitere mögliche Lösungen für sämtliche Schaltungen mit Wählen beschrieben.
Eine weitere mögliche Konstruktion ist in 33 dargestellt. Bei dieser Konstruktionsmöglichkeit wird eine Feder zwischen dem Gang und dem Gehäuse vorgesehen. Die Laufbahn des Schaltfingers am Anfang der Schaltung 3-2 ist in 33 durch einen Pfeil angedeutet. Der Schaltfinger geht in die Vorspannungsgasse und greift das Vorspannelement. Bei einem eingelegten 3. Gang ragt das Federende in die Vorspannungsgasse heraus, wodurch die Feder entspannt wird. Folglich erreicht der Schaltfinger die Vorspannungsgasse und spannt die Feder mit dem Vorspannelement vor. Die Feder kann den größeren Anteil der Vorspannung halten, auch nach dem die Aktorkraft abgebaut ist. Um dies zu erreichen, kann die Feder eine angepasste Biegesteifigkeit aufweisen. Danach kommt der Schaltfinger in die Gasse 1-2 und geht bis zum Synchronpunkt des 2. Ganges. Dies ist insbesondere in 34 gezeigt.
In 34 ist die Variante gezeigt, bei der die Feder zwischen dem Gang und dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei die nächste Phase der Schaltung 2-3 vorgesehen ist sowie die weitere Laufbahn des Schaltfingers andeutet sind.
Nachdem der Synchronpunkt erreicht ist, ist der auszulegende Gang vorgespannt und der einzulegende Gang ist zur Synchronposition verschoben. Der weitere Schaltablauf erfolgt dann wie bei den vorher genannten Varianten.
Die Vorspannung kann auch bei der Schaltung ohne Wählen verwendet werden, um dabei den E-Motor der Schaltaktorik zu unterstützen.
Des weiteren ist zu bemerken, dass die Mitnehmer, welche in den 26, 33 und 34 schwarz angedeutet sind, derart ausgelegt werden, dass der Schaltfinger sich immer in einer Gasse befindet und die Laufbahn somit einfacher realisiert wird. Es ist möglich, dass bevorzugt ein Mitnehmer pro Schaltelement vorgesehen ist. Ferner ist zu beachten, dass die Feder zwischen dem Gang und dem Gehäuse liegt. Verschiedene weitere Konstruktionsmöglichkeiten können vorgesehen werden, welche die gleiche Funktion erfüllen. Beispielsweise kann die Vorspannung verwendet werden und die Kraft gehalten werden, wobei beim Herausnehmen eine Entspannung erfolgt. Beim Überdrücken der Feder kann der Zustand „bereit zur Vorspannung“ vorgesehen sein.
Eine weitere Variante gemäß der Erfindung ist in 35 schematisch gezeigt. Bei dieser Variante kann die Vorspannung durch die Wählbewegung erfolgen. In 35 ist insbesondere die Laufbahn des Schaltfingers bei der Schaltung 3-2 gezeigt.
Diese Schaltung kann wie folgt durchgeführt werden: der Schaltfinger bewegt sich in Wählrichtung und verschiebt die äußere „Kiste“ derart, dass die „Nase“ in der inneren „Kiste“, welche in 35 grau angedeutet ist, in die Gasse 3-4 verschoben wird. Die „Kiste“ wird damit in Richtung des 3. Ganges gedrückt, wobei die Feder vorgespannt wird. Danach bewegt sich der Schaltfinger in die Gasse 1-2 und weiter bis zur Synchronposition des 2. Ganges. Dann folgt der Momentenabbau und die Kupplungstrennung sowie der Synchronkraftaufbau. Der 3. Gang wird dann durch die Federkraft herausgenommen.
Nachfolgend wird eine weitere Lösung für Schaltungen ohne Wählen beschrieben. Folgende Aufgabe ergibt sich anhand des Beispiels einer Schaltung 1-2.
Während der Schiebemuffenbewegung von der Endlage eins bis zur Synchronposition zwei soll ein angepasster Impuls an die Synchronisierung des 4. Ganges übertragen werden. Jedoch soll das Einlegen des 4. Ganges vermieden werden. Nach dem Anfahren der Synchronposition zwei sollte die Kraft am Synchronring vier abgebaut werden. Folglich wird nur der Restanteil der Synchronarbeit durch die Synchronisierung zwei geleistet.
Eine Lösung dieses Problems wird in 36 schematisch angedeutet. Dabei wird eine Möglichkeit für Schaltungen ohne Wählen gezeigt. Der Schaltfinger mit der Verzahnung ist in einer Position gezeigt, bei der die Schiebemuffe der Gasse 1-2 verschoben werden kann. Gleichzeitig kann die Synchronkraft an der Synchronisierung vier angelegt werden.
Um den Gang 4 nicht irrtümlich einzulegen, kann das Schaltelement 3-4 mit einer Sperreinrichtung versehen werden. Eine mögliche Ausgestaltung einer Sperre bzw. Sperreinrichtung ist in 37 angedeutet. Durch die Sperre kann der Gang nur dann eingelegt werden, wenn gewählt wird. Dies entspricht dem Zustand Knopf zugedrückt Sperre aufgehoben.
Diese Sperreinrichtung ist nicht unbedingt erforderlich, weil die zu synchronisierende Drehzahldifferenz bei der Schaltung von dem 1. in den 4. Gang viel größer als bei der Schaltung von dem 1. zum 2. Gang ist. Deshalb kann auf die Sperre verzichtet werden, wenn sicher gestellt wird, dass der Impulsüberfluss bei der Synchronisierung durch den 4. Gang sicher vermieden wird.
Eine Schaltung von dem 1. zum 2. Gang kann somit wie folgt durchgeführt werden: der Schaltfinger wird in die Gasse 3-4 bewegt und schiebt die Muffe bis zur Synchronposition vier. Danach geht diese zurück und drückt sich an die Verzahnung des Schaltelements 3-4. Bei der Bewegung bis zur Synchronposition bleibt der Schaltfinger solange zum Schaltelement 3-4 hin zugedrückt, bis die berechnete Synchronarbeit einen bestimmten Anteil der zu leistenden Synchronarbeit überschreitet. Danach bewegt sich der Schaltfinger in die Gassenmitte und die Synchronkraft an der Synchronisierung vier wird abgebaut. Ferner wird die Bewegung des Schaltfingers zur Synchronposition zwei fortgesetzt. Dann wird nur die Restdrehzahldifferenz synchronisiert.
Analog kann bei einer 3-4 Schaltung die Synchronkraft zwischendurch im Rückwärtsgang angelegt werden, falls der Rückwärtsgang eine Synchronisierung aufweist. Bei einer Schaltung 4-3 kann die Synchronkraft zwischendurch an dem 1. Gang angelegt werden. Aber der größte Zeitgewinn wird bei der Schaltung 1-2 erreicht, weil die Drehzahldifferenz dort am größten ist.
Die genannten Lösungsvorschläge und Varianten können geeignet miteinander kombiniert werden. Besonders vorteilhaft ist die Kombination der einfachsten Lösung, bei der die Schaltelemente in einer „Kiste“ mit einer gefederten Wand vorgesehen sind, und die Lösungsmöglichkeit, welche für sämtliche Schaltungen mit Wählen vorgeschlagen worden ist.
Nachfolgend wird eine weitere mögliche Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der insbesondere bei einem ASG-3-Getriebe mit einer 2-Schaltwalzenaktorik eine Momentenauffüllung auch bei Doppelschaltungen vorgeschlagen wird.
Bei einem ASG-3-Getriebe wird bei einer Hochschaltung zunächst der neue Gang ansynchronisiert und danach erst der alte Gang herausgenommen. Die Synchroneinrichtungen werden bei diesem Getriebe als kegelige Reibeinrichtungen bezeichnet und sind speziell ausgelegt, so dass über diese während der Schaltung weiterhin ein hohes Drehmoment an die Räder geleitet werden kann. Für dieses Konzept müssen die Schaltgabeln des Start- und des Zielganges unabhängig voneinander bewegt werden können, weshalb z.B. zwei Schaltwalzen eingesetzt werden. In dem verwendeten Schaltwalzenkonzept bedient die eine Schaltwalze die Gänge 1, 3 und 5 sowie den Rückwärtsgang, während die andere Schaltwalze die Gänge 2, 4 und 6 bedient. Auf Grund dieser Zuordnung ist eine Zugkraft unterstütze Schaltung, welche auch als ASG-3-Schaltung bezeichnet wird, in der beschriebenen Art nur bei Einfach-Hochschaltungen möglich.
Eine mögliche Strategie kann vorsehen, dass Doppelschaltungen in zwei direkt aufeinander folgende Schaltungen aufgeteilt werden. Bei einer 1-3 Doppelschaltung könnte man somit eine 1-2 und ein 2-3 Schaltung durchführen, ohne das zwischenzeitlich eingekuppelt wird. Die Gesamtschaltzeit wird etwas verlängert als bei einer direkten Doppelschaltung, jedoch kann bei dieser Strategie jede der Einzelschaltungen optimal Zugkraft unterstützend durchgeführt werden, wodurch die längere Schaltzeit als nicht so kritisch eingestuft wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei dieser Strategie die Schaltwalzen automatisch nachgeführt werden. Üblicherweise werden die Schaltwalzen immer derart eingestellt, dass die nächste Hochschaltung als ASG-3-Schaltung durchgeführt werden kann. Wenn z. B. der 3. Gang eingelegt ist, kann die andere Schaltwalze in der Neutralstellung zwischen dem 2. und dem 4. Gang stehen. Wenn nun bei einer Doppelschaltung in den 5. Gang diese Schaltwalze nicht nachgestellt wird, wäre eine Zugkraft aufgefüllte Schaltung in den 6. Gang nicht möglich, da erstmal die andere Schaltwalze den 4. Gang durchlaufen muss, bevor der 6. Gang erreichbar ist.
Wenn in dieser Situation bei einer 3-5 Schaltung jedoch diese in die Schaltungen 3-4 und 4-5 aufgeteilt wird, können beide Schaltungen Zugkraft aufgefüllt durchgeführt werden und die andere Schaltwalze wäre nach der Schaltung im Neutralzustand zwischen dem 4. und dem 6. Gang, so dass später auch die 5-6 Schaltung aufgefüllt durchgeführt werden kann.
Eine weitere mögliche Strategie kann vorsehen, dass die kegelige Reibeinrichtung eines Ganges auf der anderen Schaltwalze angelegt wird, um eine Drehmomentenauffüllung zu bewirken. Beispielsweise kann bei einer 1-3 Schaltung die kegelige Reibeinrichtung des 2. oder des 4. Ganges angelegt werden. Somit können diese Schaltungen zunächst wie eine ASG-3-Schaltung von dem Startgang in den Hilfsgang durchgeführt werden. Jedoch wird der Hilfsgang nicht vollständig synchronisiert, sondern der tatsächliche Zielgang wird ab einem bestimmten Zeitpunkt synchronisiert und durchgeschaltet. Bei dieser möglichen Strategie kann ein Nachführen der anderen Schaltwalze nicht erreicht werden, da der Hilfsgang nur ansynchronisiert wird, jedoch nicht eingelegt wird.
Es ist auch möglich, dass die kegelige Reibeinrichtung eines Ganges verwendet wird, welcher höher ist als der Zielgang. Also in dem vorgenannten Beispiel wäre das der 4. Gang. Diese Vorgehensweise entspricht der Konstellation eines unterbrechungsfreien Schaltgetriebes (USG), wobei die Lastschaltkupplung des USG-Getriebes hier durch die kegelige Reibeinrichtung ersetzt wird. Wenn diese Vorgehensweise durchgeführt wird, ergeben sich zwei weitere mögliche Schaltstrategien:

Strategie 2a: bei dieser Strategie wird das Auffüllmoment vollständig durch den hohen Gang realisiert. Dies ist insbesondere aus 38 zu erkennen, wobei in 38 in dem oberen Diagramm die Verläufe der Getriebeeingangswellendrehzahl und der Motordrehzahl sowie der Zieldrehzahl über die Zeit dargestellt. In dem unteren Diagramm sind verschiedene Momentenverläufe über die Zeit gezeigt. Das Motormoment wird etwa auf das auf die Eingangswelle umgerechnete Füllmoment des hohen Ganges reduziert, während gleichzeitig das Füllmoment T_sync4/i4 an den kegeligen Reibeinrichtungen des hohen Ganges aufgebaut wird. Dies entspricht in 38 der Phase 2. Der Verlauf des Füllmoments des niedrigen Ganges ist mit T_Sync3/i3 bezeichnet.

In der Phase 3 wird das Motormoment T_Engine derart reduziert, dass der Startgang momentenlos ist und ausgelegt werden kann. In der Phase 4 in 38 wird das Kupplungsmoment T_clutch reduziert bis die Kupplung schleift, so dass in der Phase 5 die Eingangsdrehzahl durch die Kupplung auf die Zieldrehzahl geregelt werden kann. Wenn die Zieldrehzahl erreicht wird, kann der Zielgang sehr schnell eingelegt werden, da die Drehzahlen bereits synchronisiert sind. Dies entspricht der Phase 6 in 38. Das Auffüllmoment am hohen Gang wird abgebaut und das Kupplungs- und das Motormoment werden wieder aufgebaut.
Das Auffüllmoment ist dabei geringer, als wenn die kegelige Reibeinrichtung des Zielganges verwendet wird. Der Energieeintrag in die kegelige Reibeinrichtung des hohen Ganges ist dabei relativ hoch, da in allen Phasen eine Drehzahldifferenz bei hohen Moment an der Reibeinrichtung anliegt. Diese Vorgehensweise ist ähnlich, mit der Vorgehensweise von unterbrechungsfreien Schaltgetrieben.
Bei einer zweiten Schaltstrategie 2b wird eine Überschneidung der Reibmomente an dem hohen Gang und an dem Zielgang vorgesehen. Dies ist insbesondere in 39 gezeigt. In dem oberen Diagramm sind die Verläufe der Getriebeeingangswellendrehzahl und der Motordrehzahl sowie der Zieldrehzahl über die Zeit dargestellt. In dem unteren Diagramm sind verschiedene Momentenverläufe über die Zeit gezeigt.
Hierbei wird die kegelige Reibeinrichtung des hohen Ganges nur so lange angelegt, bis der Startgang herausgenommen ist und die Schaltwalze derart gedreht wurde, dass die kegelige Reibeinrichtung des Zielganges das Moment übernehmen kann. Die beiden Füllmomentenverläufe T_sync2/i2 und T_Sync3/i3 der kegeligen Reibeinrichtungen schneiden sich dann in der Phase 5 in 38. Wegen des höheren Füllmomentes T_Sync3/i3 des Zielganges und des geringeren Verlustenergieanteiles ist diese Schaltstrategie besonders vorteilhaft. Hinsichtlich der Steuerung ist sie jedoch komplizierter, da während der Überschneidung Drehmomentenschwingungen am Abtrieb auftreten können.
Wenn die kegelige Reibeinrichtung eines Ganges zwischen dem Start- und dem Zielgang, in diesem Beispiel der 2. Gang, verwendet wird, sollte bevorzugt die Schaltstrategie verwendet werden, welche in 40 dargestellt ist. Bei dieser Strategie wird eine Überschneidung der Reibmomente von dem Zwischengang und dem Zielgang vorgesehen. Dies deshalb, weil dieser Zwischengang die Eingangsdrehzahl nicht auf die Zieldrehzahl synchronisieren kann. Da das Auffüllmoment T_sync2/i2 durch die Reibeinrichtung des Zwischenganges höher ist als das Auffüllmoment T_Sync3/i3 des Zielganges sowie auch die Verlustenergie kleiner ist. Demnach kann hierbei die Zeitdauer der Zwischengangsynchronisierung zu Gunsten der Zeitdauer der Zielgangsynchronisierung erhöht werden. Der gesamte Verlauf dieser Strategie ist in 40 verdeutlicht, wobei in dem oberen Diagramm wieder die Verläufe der Getriebeeingangswellendrehzahl und der Motordrehzahl sowie der Zieldrehzahl über die Zeit dargestellt sind. In dem unteren Diagramm sind verschiedene Momentenverläufe über die Zeit gezeigt.
Welche dieser vorgestellten Strategien verwendet wird, kann bevorzugt situationsabhängig entschieden werden. Zu beachten ist jedoch, das wegen der sequenziellen Bedienung der Gänge an den beiden Schaltwalzen nicht jeder Gang als Hilfsgang erreichbar ist. Steht auf der anderen Walze kein geeigneter Gang zur Verfügung, würde dies bedeuten, dass der Gang nicht Zugkraft aufgefüllt werden kann.
Bei einer Schaltwalzenkonfiguration, wie sie vorher beschrieben ist (R-1-3-5 und 2-4-6), steht die zweite Schaltwalze bei stehendem Fahrzeug üblicherweise in der Neutralstellung zwischen dem 2. und dem 4. Gang, wodurch die wichtigsten Gänge direkt, d.h. ohne Nachführung, erreicht werden können. Bei einer Schaltwalzenkonfiguration 1-3-5 und R-2-4-6 dagegen steht die zweite Schaltwalze bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten in der Neutralstellung zwischen dem Rückwärtsgang und dem 2. Gang, so dass bei einer 1-3 Doppelschaltung sofort eine Nachführung durch den 2. Gang wünschenswert ist. Bei einer derartigen Schaltwalzenkonfiguration könnte die oben genannte erste Strategie (38) bevorzugt zum Einsatz kommen. Die vorgestellten Schaltstrategien können bevorzugt bei einem ASG-3-Getriebe eingesetzt werden.
Nachfolgend wird eine weitere Ausgestaltung beschrieben, bei der eine Getriebebetätigung, insbesondere für ein Inline-Getriebe, vorgeschlagen wird.
Es gibt eine Getriebebetätigung, welche als „Active Interlock“ bezeichnet wird. Durch eine feste Zuordnung zwischen Schaltfinger und Auslegegeometrie wird bei dieser Getriebebetätigung eine aktive Gangsperre realisiert.
Die Getriebebetätigung „Active Interlock“ hat gegenüber bekannten Schaltmechanismen sowohl bei Einfachkupplung-Automatikgetrieben (ASG) und auch bei Doppelkupplungsgetrieben, wie zum Beispiel Parallelschaltgetrieben (DKG), Vorteile.
Bei einer möglichen „Active Interlock“-Ausgestaltung kann die zentrale Schaltwelle beispielsweise im rechten Winkel zur Getriebewelle (Getriebeeingangswelle) angeordnet sein.
Die vorgeschlagene Lösung kann dagegen vorsehen, dass sämtliche Wellen parallel zueinander angeordnet sind, welches insbesondere bei Inline-Getrieben besonders vorteilhaft ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet eine Single-Schaltwelle mit einem Durchmesser von etwa 25 mm. Die vorgeschlagene Schaltwelle kann sowohl axial als auch rotatorisch bewegt werden, um Schaltvorgänge durchzuführen. Die Schaltwelle kann sich in axialer Richtung bewegen, wenn sie nur in einer Drehposition angeordnet ist. Ein H-Schaltbild kann zum Beispiel verwendet werden, um zu verhindern, dass die Schaltwelle axiale Bewegungen während des Einlegens der Gänge durchführt. Das H-Schaltbild kann zum Beispiel teilweise an der Außenseite der Welle vorgesehen werden, wie dies zum Beispiel in 41 schematisch angedeutet ist. Dort ist eine dreidimensionale Ansicht der Schaltwelle gezeigt, an deren Außenseite ein H-Schaltbild ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass das H-Schaltbild oder jedes andere Schaltbild an dem Aktor vorgesehen wird.
Nachfolgend werden zwei unterschiedliche Schaltbilder bzw. Schaltmuster vorgeschlagen, um diese bei den Schaltwellen zu benutzen. Diese Schaltbilder unterscheiden sich erheblich im Bezug auf bekannte Schaltwellen.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Getriebebetätigung werden bevorzugt drei linear zu wählende Positionen (maximal fünf Gänge plus einen Rückwärtsgang) vorgesehen. Dabei ist es kein Problem, die Länge der Schaltwalze zu vergrößern, um zum Beispiel vier zu wählende Positionen zu realisieren.
Des weiteren wird bei der erfindungsgemäßen Konzeption vorgesehen, dass bei einem eingelegten Gang die anderen Gänge gesperrt sind, wie dies zum Beispiel für ein automatisiertes Schaltgetriebe (ASG) erforderlich ist. Einige der Schaltgassen der Schaltwalze müssen breiter ausgelegt werden, wenn diese Getriebebetätigung bei einem Doppelkupplungsgetriebe, wie zum Beispiel einem Parallelschaltgetriebe (PSG), zum Einsatz kommt.
Zunächst wird eine Schaltwalze (Konzept A) beschrieben, bei der Gänge eingelegt und ausgelegt werden, indem eine Teildrehung durchgeführt wird. Die Funktionsweise dieser Schaltwalze ist in 42 an Hand eines Schaltvorganges exemplarisch dargestellt. Die Schaltgabeln sind durch Punkte in 42 gekennzeichnet. Jede Schaltgabel kann vor und zurück bewegt werden, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Der in 42 dargestellt Schaltvorgang beginnt bei dem Zustand, wenn der vierte Gang eingelegt ist. Insbesondere wird durch die Pfeile die Relativbewegung zwischen dem Schaltbild an der Schaltwalze und den Schaltgabeln gezeigt.
In 43 ist der Endzustand dargestellt, bei dem dann der fünfte Gang eingelegt ist. Nachdem der Gang geschaltet ist, wird die Schaltwalze zurück zur Anfangsposition gedreht, bevor diese in der Lage ist, in axialer Richtung bewegt zu werden, um weitere Gänge mit anderen Schaltgabeln einzulegen.
Ferner wird eine weitere mögliche Ausgestaltung einer Schaltwalze (Konzept B) beschrieben, bei der das Einlegen und Auslegen von Gängen mit einer vollen Umdrehung erreicht wird. Die Funktionsweise dieser Schaltwalze kann der 44 entnommen werden. Dort wird ebenfalls, wie in 43, durch die Punkte die jeweilige Schaltgabel und durch die Pfeile die Relativbewegung zwischen dem Schaltbild an der Schaltwalze und den Schaltgabeln angedeutet. Bei dieser Schaltung wird bei einem Zustand begonnen, bei dem der vierte Gang eingelegt ist. Nachdem der Gang eingelegt ist, braucht die Schaltwalze nicht zurück zur Anfangsposition gedreht werden, denn nach einer vollen Umdrehung ist diese wieder in der Lage, sich in axialer Richtung zu bewegen, um einen nächsten Schaltvorgang durchzuführen.
Bei der zuerst beschriebenen Schaltwalzenanordnung A ist das Zurückdrehen zur Anfangsposition erforderlich, um die Schaltwalze in eine Wählbewegung zu bringen. Dadurch wird in den meisten Fällen die Schaltzeit nicht beeinflusst, da die Drehbewegung zur Anfangposition durchgeführt werden kann, während das Kupplungsmoment reduziert wird. Bei dem zweiten beschriebenen Schaltwalzenkonzept B werden zwei volle Umdrehungen benötigt, um Schaltvorgänge über zwei Gänge mit der gleichen Schaltgabel durchzuführen, während nur eine Umdrehung benötigt wird, wenn unterschiedliche Schaltgabeln für diesen Schaltvorgang verwendet werden. Bei dem ersten Konzept A werden sämtliche Schaltvorgänge mit dem gleichen Hub durchgeführt.
Bei einem Vergleich der beiden Konzepte A und B bezüglich vorliegender Toleranzen kann festgestellt werden, dass das zweite Konzept B geringere Toleranzen aufweist. Bei dem ersten Konzept A wird in jeder Gangendlage ein Anschlag definiert, so dass es auf einfachste Weise möglich ist, bei diesem Konzept Inkrementalwegmeßsensoren zu verwenden.
In 45 sind die möglichen Bewegungen der Schaltfinger angedeutet, wobei die Schaltfinger durch Punkte gekennzeichnet sind. Jeder Schaltfinger kann vor und zurück bewegt werden, wie dies durch die Pfeile angezeigt ist. Die Schaltwalze hat zwei Freiheitsgrade, einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Längsachse der Schaltwalze und einen translatorischen Freiheitsgrad entlang der Längsachse der Schaltwalze. Auf diese Weise werden Bewegungen in die axiale Richtung verhindert, wenn die Schaltwalze zum Einlegen eines Ganges gedreht wird. Dieses Sperrsystem wird aus einem Zylinder im Innern des H-Schaltbildes gebildet. Dieses H-Schaltbild ist bereits in 41 dargestellt, wobei die Einschnitte bzw. Schaltgassen in dem H-Schaltbild durch die Dicke des Zylinders gebildet werden.
In 46 ist der Schaltvorgang für das erste Schaltwalzenkonzept (A) schematisch dargestellt. Dabei zeigen die Pfeile den Weg der Schaltfinger in Längsrichtung der Schaltwalze, wenn die Schaltwalze gedreht wird. Der Gang wird eingelegt und ausgelegt, wenn eine Teildrehung der Schaltwalze erfolgt. Wenn die Schaltwalze von ihrer Anfangsposition weg gedreht wird, ist die Schaltwalze in axialer Richtung gesperrt. Somit ist dann keine Wählbewegung möglich.
In 47 ist ein Schaltvorgang für das zweite Schaltwalzenkonzept (B) schematisch dargestellt. Dabei wird durch zwei volle Umdrehungen der Schaltwalze der Schaltvorgang durchgeführt. Bei der ersten Umdrehung wird von dem ersten Gang zu Neutral und durch die zweite Umdrehung wird von Neutral zum zweiten Gang geschaltet. Dabei wird die Schaltwalze nicht in axialer Richtung bewegt. In 48 ist der Schaltvorgang gemäß 47 dargestellt, wenn der Gang eingelegt ist.
Des weiteren werden weitere alternative Ausgestaltungen für das erste Schaltwalzenkonzept vorgeschlagen. Mögliche konstruktive Veränderungen sind in 49 dargestellt, in der vier unterschiedliche Schaltwalzenausgestaltungen dargestellt sind.
In 50 ist das auf einer Schaltwalze gemäß des ersten Konzeptes A vorgesehene Schaltbild eben auf einer Fläche dargestellt, wobei mögliche Abmessungen des Schaltbildes beispielhaft angegeben sind.
In 51 ist eine weitere alternative Ausgestaltung der Schaltwalzenkonzeption (A) durch zwei Ansichten verdeutlicht.
In 52 sind für das zweite Schaltwalzenkonzept (B) alternative Ausgestaltungsmöglichkeiten gezeigt. Dabei zeigt 53 ein mögliches Schaltbild, welches auf einer Schaltwalze gemäß des zweiten Konzeptes angeordnet ist, wobei dieses in einer Ebene dargestellt wird. Dabei sind mögliche Abmessungen beispielhaft angegeben. Eine weitere alternative Ausgestaltung für das zweite Schaltwalzenkonzept (B) ist durch zwei Ansichten in 54 verdeutlicht.
Im weiteren wird eine Schaltbetätigung über eine rotierende Schaltwalzen-Einrichtung erläutert.
Die Doppelschaltwalze (SD) basiert auf einer Getriebeaktorik, welche durch nur einen Elektromotor angetrieben wird. Eine elektrisch angesteuerte Kupplung schaltet dabei zwischen zwei Schaltwalzen. Dieses erfindungsgemäße System kann in vorteilhafter Weise bevorzugt in ein ASG-System (automatisches Schaltgetriebe-System) integriert werden, wobei sämtliche mechanische Antriebe für diese Art der Aktorik von der Schaltwalzen-Anordnung umfasst werden.
Demnach wird eine Schaltaktorik vorgeschlagen, welchen nur einen Motorantrieb für die Doppel-Schaltwalzenanordnung aufweist, welche zum Durchführen von Schaltungen bei einem Getriebe verwendet wird.
Ferner soll eine automatisierte und schnelle Gangschaltung bei manuellen Getrieben mit einer oder mehreren Anfahrkupplungen ermöglicht werden. Insbesondere für Getriebe, welche mehr als einen Gang aufweisen. Darüber hinaus soll eine begrenzte Schaltbetätigung für mehr als einen Gang in der gleichen Zeit ermöglicht werden.
Insgesamt wird eine kleine integrierte Untereinheit des Getriebe-Motor-Systems vorgeschlagen, wobei es das Ziel ist, eine in sich geschlossene, eigenständige Untereinheit vorzusehen.
Die Schaltwalzenanordnung (SD) wird durch einen Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor ist mit einem Getriebestrang an jeder Seite verbunden. Jeder Getriebestrang ist mit der eigenen Kupplung, wie z.B. Reibkupplung oder Klauenkupplung, verbunden. Jede Kupplung wird durch einen Schwingspulenaktuator (Solenoid) von dem befestigten Teil der Schaltwalzenanordnung (SD) bedient, um entweder eine geeignete Schaltwalze in Eingriff zu bringen oder auszulegen. Es ist auch möglich, dass beide Schaltwalzen zur gleichen Zeit bedient werden. Ferner ist es denkbar, dass andere Wege möglich sind, um die Kupplungen im Inneren der Schaltwalzen zu bedienen. Bevorzugt kann eine derartige Schaltwalzenanordnung bei Inline-Getrieben eingesetzt werden.
Ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Schaltwalzenanordnung liegt darin, dass nur ein Motor eingesetzt wird. Dadurch können Kosten und Bauraum eingespart werden. Die Kostenersparnis wird nicht nur durch die Verwendung des Motors erzielt, sondern auch bei dem Motorsteuergerät. Durch die Verwendung eines Schwingspulenaktuator (Solenoid) kann ein möglichst einfacher Aufbau erreicht werden und die Steuereinrichtungen miteinander verbunden werden, da kein zweiter Motor wie bei bekannten Systemen verwendet wird.
Insgesamt wird ein sehr kompakter Aufbau, verglichen mit den gegenwärtigen Lösungen, erreicht, wobei die erfindungsgemäße Anordnung kürzer ausgestaltet werden kann, ohne dass dabei der Durchmesser erhöht wird. Die Anordnung kann als eine eigenständige, unabhängige Einheit ausgebildet werden. Dabei sind keine externen Bauteile erforderlich, um die Schaltwalze anzutreiben. Der Motorantrieb kann im Inneren des Motors vorgesehen sein, wenn dies bei einer speziellen Anwendung vorteilhaft ist. Anderenfalls kann dieser auch z. B. in dem Gehäuse des Getriebesteuergeräts (ECU) angeordnet sein.
Es ist möglich, dass Inkrementalweg-Messsensoren in dem Elektromotor verwendet werden, um die Position der Schaltwalze und in konsequenter Weise die Position der Schaltgabeln in dem Getriebe anzusteuern. Dadurch können zusätzliche Kosten für Positionssensoren eingespart werden.
Diese Art der Schaltwalzenanordnung bei der Getriebeaktorik kann bei bestimmten Getrieben verwendet werden, um sehr schnelle Schaltvorgänge durch Vorwählen bzw. Vorsynchronisieren zu erreichen. Die erfindungsgemäße Anordnung kann ebenso verwendet werden, wo der Schaltkomfort höchste Priorität hat.
Die erfindungsgemäße Schaltwalzenanordnung (SD) ist in den 55 bis 57 beispielhaft dargestellt. Die vorgeschlagene Doppelschaltwalzenanordnung weist einen Einzelmotor auf. In 55 ist eine Vorderansicht gezeigt. In 56 ist eine geschnittene Darstellung entlang der Schnittlinie Z-Z gemäß 55 dargestellt. In 57 ist eine geschnittene Ansicht entlang der Schnittlinie Y-Y gemäß 56 gezeigt.
Insgesamt zeigen die 55 bis 57 eine Schaltbetätigung mit einem Motor 401 für zwei Schaltwalzen 405 für ein sequentielles Getriebe. Der Elektromotor 401 ist in dem Gehäuse der Schaltbetätigung integriert. Der Elektromotor 401 kann in beide Richtungen betrieben werden. Mit 402 ist ein Planetengetriebe bezeichnet, welches ein- oder mehrstufig ausgebildet sein kann, wobei hier jeweils ein dreistufiges Planetengetriebe 402 verwendet wird. Der Aktor ist ein Solenoid 403 mit zwei aktiven Betriebsstufen, so dass eine axiale Vor- und Rückbewegung möglich ist. In dem Gehäuse 404 der Schaltbetätigung sind die beiden Schaltwalzen 405 vorgesehen. Mit 406 ist eine Schaltelastizität gekennzeichnet, welche beim Verdrehen der Schaltwalzen vorgespannt wird, so dass die Schaltwalzen 405 jeweils vor dem Schalten gespannt werden und dann bei Freigabe der Schaltung eine schnelle Durchführung des Schaltvorgangs bzw. des Einlegens des Gangs möglich ist. Vorzugsweise kann an dem Gehäuse zumindest ein Bewegungssensor 407 vorgesehen sein, welches bei der erfindungsgemäßen Schaltbetätigung nicht unbedingt erforderlich ist. Als Kupplungen 408 können z. B. Klauenkupplungen verwendet werden, so dass durch die Klauenschaltung die jeweilige Schaltwalze 405 ausgewählt werden kann, wobei in der Zeichnung links die zweite Schaltwalze und rechts die erste Schaltwalze angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass beide Schaltwalzen 405 gleichzeitig ausgewählt werden.
Zusammenfassung
Es wird eine Schaltstrategie und eine Getriebesteuerung für ein Getriebe, insbesondere für ein Doppelkupplungsgetriebe vorgeschlagen.

Claims

Schaltstrategie für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der mehrere Schaltwalzen zum Gangwechsel betätigt werden, wobei eine erste Schaltwalze die ungeraden Vorwärtsgänge sowie den Rückwärtsgang und eine zweite Schaltwalze die geraden Vorwärtsgänge bedient, wobei eine Doppelschaltung ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt wird, wobei zumindest eine Synchronisiereinrichtung verwendet wird, wobei als Synchronisiereinrichtung eine kegelige Reibeinrichtung verwendet wird, welche an der jeweils nicht aktivierten Schaltwalze angelegt wird, um eine Drehmomentenauffüllung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Doppelschaltung von dem Startgang in einen Hilfsgang geschaltet wird, wobei der Hilfsgang nicht vollständig synchronisiert wird, sondern der tatsächliche Zielgang ab einem bestimmten Zeitpunkt synchronisiert und durchgeschaltet wird.
Schaltstrategie für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der mehrere Schaltwalzen zum Gangwechsel betätigt werden, wobei eine erste Schaltwalze die ungeraden Vorwärtsgänge sowie den Rückwärtsgang und eine zweite Schaltwalze die geraden Vorwärtsgänge bedient, wobei eine Doppelschaltung ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt wird, wobei zumindest eine Synchronisiereinrichtung verwendet wird, wobei als Synchronisiereinrichtung eine kegelige Reibeinrichtung verwendet wird, welche an der jeweils nicht aktivierten Schaltwalze angelegt wird, um eine Drehmomentenauffüllung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass als Synchronisiereinrichtung die kegelige Reibeinrichtung eines Ganges verwendet wird, welcher höher als der Zielgang ist.
Schaltstrategie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschaltung in zwei direkt aufeinander folgende Schaltungen aufgeteilt wird.
Schaltstrategie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer 1-3-Schaltung die kegelige Reibeinrichtung des 2. oder des 4. Ganges angelegt wird.
Schaltstrategie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffüllmoment vollständig durch den hohen Gang realisiert wird.
Schaltstrategie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschaltung in mehreren Phasen durchgeführt wird.