DE19717252A1

DE19717252A1 - Programmierbare Getriebeelektronik für Schaltsystemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung

Info

Publication number: DE19717252A1
Application number: DE1997117252
Authority: DE
Inventors: Dieter Manz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-10-29

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine programmierba re Getriebeelektronik, und insbesondere eine programmierba re Getriebeelektronik für Schaltsystemgetriebe mit Be reichsgruppenschaltung, die es ermöglicht, die Kaltschalt grenze auf ein für die Schaltung unschädliches Niveau zu drücken.

Nutzkraftwagengetriebe haben in Abhängigkeit von der Fahrzeugart und dem Fahrzeugeinsatz 4 bis 16 Gänge.

Bis einschließlich 6 Gänge werden die Getriebe nur mit ei nem Hauptgetriebe ausgeführt.

Getriebe mit bis zu 9 Gängen besitzen im allgemeinen eine zusätzliche Bereichsgruppe.

Getriebe mit noch höheren Gangzahlen sind überwiegend zu sätzlich zum Hauptgetriebe mit einer Bereichsgruppe und einer Splitgruppe ausgerüstet.

Getriebeelektronikschaltungen mit Bereichsgruppen schaltungen für Nkw-Getriebe sind bekannt, wie das 8-Gang- Ecomid-Getriebe 8 S 180 für Busse sowie das 16-Gang-Eco split-Getriebe 16 S 151 für schwere Lkw.

Bei den bekannten Getriebeschaltungen mit Bereichs gruppenschaltung tritt das Problem auf, daß im Kaltzustand während der Fahrt bei einer Rückschaltung von der schnellen in die langsame Bereichsgruppe der Schaltvorgang nicht zu Ende geführt werden kann, obwohl der vorausgehende Syn chronvorgang abgeschlossen wird und die Synchrondrehzahl vorliegt. In diesem Fall geht entweder der Durchtrieb ver loren (Schaltung auf Neutral), oder es erfolgt eine Rück schaltung in einen unerwünschten bzw. nicht beabsichtigten Gang der ursprünglichen, schnellen Bereichsgruppe.

Aus diesem Grund konnte bisher die Bereichsgruppen schaltung bei kaltem Getriebe nur bei quasi bzw. tatsächli chem Fahrzeugstillstand durchgeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit vorhandenen Mitteln oder mit geringem Zusatzaufwand unter Zuhilfenahme der vorhandenen Getriebeelektronik eine programmierbare Getriebeelektronik für Schaltsystem- Getriebe mit Bereichsgruppenschaltung zur Verfügung zu stellen, welche die Kaltschaltgrenze auf ein für die Schal tung unschädliches Niveau drückt und es ermöglicht, auch bei Geschwindigkeit und kaltem Getriebezustand eine Rück schaltung der Bereichsgruppe in die langsame Richtung si cher und in angemessener Zeit durchführen zu können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch einen mo difizierten Schaltablauf der Bereichsgruppenschaltung ge löst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist in einem Ausfüh rungsbeispiel anhand der Zeichnung des erfindungsgemäßen modifizierten Schaltablaufs (Fig. 1) erläutert:

Für den Kaltbereich einer Getriebeschaltung gibt es keine fest definierte, diskrete Obergrenze. Die Kaltschalt grenze ist hauptsächlich bestimmt durch:

a) das verwendete Getriebeöl (Viskosität);
b) die Schaltdrehzahl (Fahrgeschwindigkeit);
c) den Getriebetyp (bauliche Verhältnisse);
d) den Luftdruck im Fahrzeug (Schaltdruck) und
e) den Ölstand im Getriebe.

In der Regel liegen die Temperaturwerte im Bereich von 20 bis 30°c. Bis zu diesen Temperaturen treten bei Fahrt die oben genannten Probleme auf.

Im Kaltbereich ist das Getriebeöl hochviskos. Durch den hohen Übersetzungssprung des GP (i. a. < 4) und der daraus resultierenden hohen Relativgeschwindigkeiten der Hauptwelle gegenüber dem Öl entsteht ein hohes Verlustmo ment, das durch das Hochsynchronisieren der Hauptwelle auf gebaut wird. Entscheidenden Einfluß auf das Verlustmoment haben die Synchronpakete. Sie tauchen in das zähe Öl und ziehen es mit.

Eine nicht quantifizierbare Momentübertragung von der Hauptwelle über das Öl an die HW-Räder und auf das Vorgele ge wirkt sich erschwerend aus, ebenso die Ölverdrängung im Planetentrieb.

Durch das hohe wirkende Verlustmoment kann der Synchronring nicht entsperrt werden: der Gleitreibwert kann trotz Ent fall der Massenträgheiten bei Synchrondrehzahl in einen Haftreibwert übergehen (Verbeißen), der das Verlustmoment voll überträgt.

Die Lösung besteht darin, nach dem Abschluß des Syn chronvorgangs den Synchronverbund durch eine gezielte, auf gebrachte, geeignete Störung aufzubrechen. Durch die Stö rung eines Synchronvorganges bzw. eines Synchronverbundes "versagt" die Synchronisierung bei erneutem Ansynchronisie ren, d. h. sie ist zunächst nicht mehr imstande, das anlie gende Verlustmoment zu halten ("Durchgehen" des Hohlrades).

Der Synchronverbund (Haftbedingung) wird dadurch auf gebrochen, daß das Getriebe für sehr kurze Zeit in die schnelle Bereichsgruppe umgeschaltet wird. Vorzugsweise wird dieses Aufbrechen nur über eine kurzzei tige Druckabsenkung (Axialkraft-Einbruch) der "langsamen" Getriebeseite erreicht, also ohne daß an der Schiebemuffe Weg gemacht wird. (Verhinderung von zu großen Drehzahlen des Hohlrades und erneutem Sperren des Synchronringes.) Diese Maßnahme, insbesondere das erneute Anfahren, erfolgt mit hoher Dynamik. Diese ist für die Synchronisierung un schädlich, da der Synchronvorgang bereits abgeschlossen ist. Der Ablauf sieht wie folgt aus und ist anhand von Fi guren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Schaltablauf mit einer Unterbrechung und

Fig. 2 den Schaltablauf mit einer mehrfachen Unter brechung.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Schaltablauf, aus gehend von der schnellen Bereichsgruppe GP-S. Liegt das GP- Schaltsignal innerhalb der programmierbaren Zeit t_syn = GP_EIN_1, z. 13. 0,6 sec, vor, ist die Schaltung normal zu Ende gekommen. Liegt das Signal innerhalb dieser Frist nicht vor, wird die GP-Schaltung für eine programmierbare Zeit GP_AUS_1, z. B. 0,2 sec, unterbrochen und danach so fort erneut und ungedrosselt geschaltet.

Die maximale GP-Umschaltzeit wird mit ca. 2,5 sec angenom men. Ist die Schaltung abgeschlossen, zeigt t_R die ver bleibende Restzeit bis zum Ablauf der maximalen GP-Um schaltzeit.

Die Fig. 2 zeigt, daß die Unterbrechung des Schaltab laufes innerhalb der maximalen GP-Unschaltzeit mehrmals hintereinander erfolgen kann.

Auf diese Weise läuft der Vorgang immer nur dann ab, wenn die Gruppe nicht, wie bisher üblich, geschaltet werden konnte. Die Getriebeelektronik ist mit entsprechenden Zeit sensoren und Eingängen für die GP-Signale versehen.

Die erfindungsgemäße Störung hat folgende Wirkung:

1. Durch den Druckabfall bzw. die Schaltunterbrechung und dem darunter wegdrehenden Planetensatz wird der Reib verbund aufgebrochen und ein instabiler Zustand er zeugt. Dieser wird genutzt, um die Sperrstellung des Synchronringes zu überwinden und diesen zu verdrehen.
2. Bei erneutem Schalten versagt die Synchronisierung, da bei geringer Differenzdrehzahl und bei entsprechender Schaltdynamik keine erneute Haftbedingung auftritt. Damit bei nachfolgend versagender Synchronisierung keine Ratscher entstehen, muß die Unterbrechung schnell ablaufen. Das Haltemoment kann zumindest vor übergehend nicht mehr aufgebaut werden.
3. Der Synchronring kann jetzt entsperrt werden und das Durchschalten kann problemlos ablaufen.

Die erfindungsgemäß angewandte Störung bewirkt eine geringe Schaltzeitverlängerung.

Diese resultiert aus der Differenz zwischen dem Synchronen de und dem Ablauf der maximalen Vorgabe zeit für die Syn chronphase. Die Verlängerung kann vermieden werden, wenn die Hauptwellendrehzahl oder die Hohlraddrehzahl für die Elektronik zur Verfügung stehen.

Prinzipiell kann diese Schaltunterbrechungszeit in Abhängigkeit bestimmter Daten berechnet werden, mit dem Ziel, daß sich das System selbst die für den jeweiligen Betriebszustand erforderliche Unterbrechungszeit ermittelt.

Auch eine Mehrfachunterbrechung (Pulsen) ist denkbar. Dabei wird mit einer kleinen Unterbrechungszeit gestartet. Diese wird um konstante oder ermittelte Zeitanteile erhöht.

Zusätzlich kann man ein 2/2-Wegeventil zur Belüftung der L-Bereichsgruppe und ggf. ein zweites zur Belüftung der S-Bereichsgruppe verwenden, das von der Elektronik ange steuert wird. Damit wird die GP-Zuluft-Drossel umgangen mit dem Ziel einer höheren Schaltdynamik. Die mit der direkten Belüftung einhergehende Dynamik unterstützt das Verdrehen des Synchronringes sowie das Durchschalten.

Weiterhin kann ein gepulstes Ventil für die Bereichs gruppenschaltung eingesetzt werden.

In diesem Fall könnte sowohl die Drossel als auch das bis herige Bereichsgruppen-Wegeventil sowie die o. a. Wegeven tile entfallen.

Die durch die Axialkraftunterbrechung entstehende Drehzahlabweichung von der Synchrondrehzahl sollte 50 U/min nicht überschreiten.

Weiterhin kann zur Vermeidung eines zweiten Durch schalthindernisses nach dem Entsperren des Synchronverbun des eine Synchronisierung mit getrennter Sperr- und Ein spurverzahnung verwendet werden, deren Verzahnung vorzugs weise einseitig angespitzt ist.

Um ein erzwungenes Trennen des Synchronringes vom Kupplungskörper zu bewirken, kann die erfindungsgemäße Stö rung auch eine Versetzung der Schiebemuffe verursachen.

Grundsätzlich können folgende Synchronisierungen zum Einsatz kommen:

a) Einfachkonus-Synchronisierung und
b) Doppelkonus-Synchronisierung

Die Einfachkonus-Synchronisierung ist kostengünstiger, weist jedoch längere Synchronzeiten auf. In bezug auf die erfindungsgemäßen Störungen ist diese aber unempfindlicher und stabiler.

Dagegen ist die Doppelkonus-Synchronisierung teurer, er füllt aber die Anforderung nach kurzen Schaltzeiten.

Um ein Wegdrehen des Hohlrades während der Schaltun terbrechung zu verhindern, kann das Hohlrad, wenn die Dreh zahl Null vorliegt, durch eine mechanische Einrichtung für die Dauer des Aufbrechens des Synchronverbundes gegenüber dem Getriebegehäuse befestigt werden. Diese Funktion könnte mit einem von der Elektronik angesteuerten, elektropneuma tischen 3/2-Wegeventil ausgelöst werden, wobei die von Sen soren erkannte Hohlraddrehzahl der Getriebeelektronik zuge führt werden muß.

Claims

1. Programmierbare Getriebeelektronik für Schaltsy stemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung, dadurch ge kennzeichnet, daß sie Zeitsensoren und Ein gänge für die GP-Signale aufweist und so ausgestaltet ist, daß, wenn die Schaltung beim Schalten im kaltem Zustand während der Fahrt nach einer bestimmten einprogrammierbaren Zeit nicht normal zu Ende gekommen ist, der Synchronverbund durch eine gezielte aufgebrachte Störung aufgebrochen wird.

2. Getriebeelektronik nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß bei entsprechenden Werten der Eingangsgrößen das Getriebe für sehr kurze Zeit in die schnelle Bereichsgruppe umgeschaltet wird.

3. Getriebeelektronik nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Aufbrechen über eine kurzzeitige Druckabsenkung (Axialkraft-Einbruch) der "langsamen" Getriebeseite erreicht wird.

4. Getriebeelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie so programmiert ist, daß der Synchronverbund gepulst unterbrochen wird, wobei die kurze Anfangsunterbrechungs zeit um konstante oder ermittelte Zeitanteile erhöht werden kann.

5. Getriebeelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Sensoren für die Hauptwellendrehzahl und/oder die Hohlraddrehzahl versehen ist.

6. Getriebeelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Elektronik angesteuertes 2/2-Wegeventil zur Belüf tung der L-Bereichsgruppe vorgesehen ist.

7. Getriebeelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Elektronik angesteuertes 2/2-Wegeventil zur Belüftung der S-Bereichsgruppe vorgesehen ist.

8. Getriebeelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein gepulstes Ventil für die Bereichsgruppenschaltung ansteuert.

9. Getriebeelektronik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad der Bereichsgruppenschaltung während der Auf brechzeit des Synchronverbundes gegenüber dem Getriebege häuse befestigt ist.