DE19726567B4

DE19726567B4 - Verfahren zur Getriebehauptwellensynchronisierung

Info

Publication number: DE19726567B4
Application number: DE19726567A
Authority: DE
Inventors: Dieter Manz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: DE19726567A1

Abstract

Verfahren zur Getriebehauptwellensynchronisierung für Schaltsystemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung, mit einer mit einem Software-Programm ausgestatteten programmierbaren Getriebeelektronik, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:
a) Gangvorwahl durch den Fahrer;
b) Überwachung der Motordrehzahl und Berechnung einer erforderlichen Motoranschlußdrehzahl;
c) Prüfung der Zulässigkeit der berechneten Motoranschlußdrehzahl, wobei bei einer nicht zulässigen Drehzahl der Schaltvorgang nicht zugelassen wird und ein nächstmöglicher zulässiger Gang angezeigt wird mit einer daraus resultierenden Wiederholung des Schrittes b) für die neue Gangvorwahl und bei einem zulässigen Schaltvorgang gleichzeitiges Öffnen der Kupplung, Schalten auf Neutral und Ausschaltung des alten Ganges;
d) Einleiten des Schaltvorgangs mit der Synchronisierung der langsamen Bereichsgruppe GP-L;
e) Vergleichen der Schaltzeit mit der maximalen, programmierten Bereichsgruppeneinschaltzeit, wobei bei einer Schaltzeit die größer ist als die Bereichsgruppeneinschaltzeit gleichzeitig die Bereichsgruppe auf Neutral zurückgeschaltet, der aktualisierte Zielgang geschaltet und die Kupplung angelegt wird;
f) Gasstoß mit Motorführung und Einregelung der Synchrondrehzahl;
g) Schalten...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Getriebehauptwellensynchronisierung für Schaltsystemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung, mit einer mit einem Software-Programm ausgestatteten programmierbaren Getriebeelektronik.
Nutzkraftwagengetriebe (Nkw-Getriebe) haben (in Abhängigkeit von der Fahrzeugart und dem Fahrzeugeinsatz) 4 bis 16 Gänge. Bis einschließlich 4 Gänge werden die Übersetzungen ohne Gruppen realisiert. Getriebe mit 8 Gängen besitzen meist eine Bereichsgruppe. 16-Gang-Getriebe sind meistens mit Bereichsgruppe und Splitgruppe ausgestattet.
Automatisierte Getriebe mit Bereichsgruppenschaltung sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.

In der DE 36 26 100 C2 ist ein Stufenwechselgetriebe als 16-gängiges Synchrongetriebe ausgebildet, welches aus einem 4-gängigen Grundgetriebe, einer Splittgruppe und einer Bereichsgruppe besteht, wobei die entsprechenden Gänge über eine Schalteinrichtung geschaltet werden. Eine elektronische Einheit erhält verschiedene Signale zur Ermittlung der Schaltpunkte für eine Gangumschaltung, wie beispielsweise die Drehzahl einer Getriebeabtriebswelle und die Sekundärdrehzahl einer Trennkupplung. Über einen Wählschalter kann zwischen einem automatischen und einem manuellen Fahrbetrieb gewählt werden, wobei im manuellen Betrieb durch den Fahrer je nach Betätigungsdauer des Wählschalters ein oder auch mehrere Gänge zurück- oder hochgeschaltet werden können. Bei einer Betätigung von Motor- und Betriebsbremse können Rückschaltungen über ein oder mehrere Gänge erfolgen, bis der Motor in der maximalen zulässigen Drehzahl läuft und das größtmögliche Motorbremsmomenterzielt wird, wobei demzufolge nicht weiter zurückgeschaltet wird, wenn die maximal zulässige Drehzahl überschritten wird. Durch das Schließen der Trennkupplung wird ein Schaltvorgang abgeschlossen.

In der DE 44 20 930 C2 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer selbsttätigen Schaltvorrichtung eines Gangwechselgetriebes eines Kraftfahrzeuges offenbart. Eine elektronische Getriebesteuerung weist Eingänge für ein Wählhebelsignal, eine Motordrehzahl, eine Getriebeabtriebsdrehzahl und/oder eine Fahrgeschwindigkeit auf. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Rechenstufe zum Berechnen und Prüfen, ob die einem zu schaltenden neuen Gang zugehörige Motordrehzahl größer als ein zulässiger Maximalwert ist und eine Schaltstufe zur Auslösung eines Ausgangssignals für den zu schaltenden neuen Gang auf.

In der DE 34 47 640 C2 wird in der Beschreibungseinleitung die DE-OS 22 46 908 genannt, welche ein Getriebe offenbart, das statt mittels üblicher mechanischer Synchronisierteile mittels einer elektronischen Schaltung synchronisiert wird. Hierbei handelt es sich nicht um ein automatisch schaltendes Synchrongetriebe, sondern um ein von Hand zu schaltendes Getriebe, welches durch elektronisch gesteuertes Zwischenkuppeln bzw. Zwischengasgeben synchronisiert wird. Die DE 34 47 640 C2 selbst offenbart eine Schalteinrichtung zum automatischen Schalten der Gänge eines Synchrongetriebes. Ein Schaltvorgang beinhaltet das Lösen der Kupplung, das Schalten des Getriebes aus einer Gangstellung in eine neutrale Stellung, das Schalten aus der neutralen Stellung in die nachfolgende neue Gangstellung sowie das Schließen der Kupplung und wird durch einen doppelten Kupplungsvorgang ergänzt. Dazu wird erst der Belastungsgrad der Synchronisiereinrichtung während des Schaltvorganges ermittelt und das doppelte Kuppeln erst dann ausgeführt, wenn die Belastung der Synchronisiereinrichtung einen bestimmten Wert überschreitet.

Aus der WO 91/02662 A1 ist eine Steuereinrichtung für den Gangwechsel in einem Vorgelegegetriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt. Eine druckmittelbetätigte Schaltkupplung ist im oder am Getriebe angeordnet und wird in Verbindung mit einer Gangschalteinrichtung betätigt, wobei die Drehzahlanpassung der Kupplungselemente über die Antriebsmaschine erfolgt. Die Drehzahl der Antriebsmaschine wird während einer Gangschaltung so geführt, dass die Drehzahl der Primärwelle der Schaltkupplung kurz vor dem Einkuppeln immer höher ist, als die Drehzahl der Sekundärwelle und dass beim Einkuppeln der Antriebsmotor immer abgebremst wird, wodurch alle Schaltungen zu Zugschaltungen werden.

Bei den bekannten Getrieben mit Bereichsgruppenschaltung tritt das Problem auf, daß im Kaltzustand während der Fahrt bei einer Rückschaltung von der schnellen in die langsame Bereichsgruppe (GP-L) der Schaltvorgang nicht zu Ende geführt werden kann, obwohl der vorausgehende Synchronisiervorgang abgeschlossen wird und die Synchrondrehzahl vorliegt. In diesem Fall geht entweder der Durchtrieb verloren (Schaltung auf Neutral), oder es erfolgt eine Rückschaltung in einen unerwünschten bzw. nicht beabsichtigten Gang der schnellen Bereichsgruppe.

Aus diesem Grund konnte bisher die Bereichsgruppenschaltung bei kaltem Getriebe nur bei quasi bzw. tatsächlichem Fahrzeugstillstand durchgeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit vorhandenen Mitteln oder mit geringem Zusatzaufwand ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Kaltschaltgrenze auf ein für die Schaltung unschädliches Niveau drückt und es ermöglicht, auch bei Fahrt und kaltem Getriebezustand eine Rückschaltung der Bereichsgruppe in die langsame Richtung sicher und in angemessener Zeit durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 4 gelöst. Die Erfindung wird anhand von Figuren näher beschrieben.

Es zeigen:

1 einen Schaltablauf mit Motorführungssignal;

2 einen Schaltablauf mit übersynchroner Drehzahl;

3 einen Schaltablauf nach 1 unter Schaitzeitberücksichtigung.

Als Voraussetzung für die Realisierung der vorliegenden Erfindung ist eine Automatisierung des Schaltsystems erforderlich. Diese umfaßt:

a) eine automatisierte Kupplung;
b) Motorführung;
c) Vorhandensein einer Neutralstellung der Bereichsgruppenschaltung und
d) keine Zwangsblockierung der Gangschaltung während der Bereichsgruppenschaltung.

Wenn die Getriebetemperatur unterhalb eines programmierbaren Mindestwertes liegt muß die erfindungsgemäße Motorsynchronisation erfolgen. Hierfür ist eine Temperaturinformation erforderlich, die z.B. durch einen Temperatursensor ermittelt wird.
Die 1 zeigt schematisch den Schaltablauf mit einer Motorführung für ein Fahrzeug mit EDC-Motor.
Die gewünschte Rückschaltung aus einem Gang der schnellen in die langsame Bereichsgruppe beginnt mit der Gangvorwahl durch den Fahrer.
Die Bereichsgruppe weist eine vergleichsweise große Übersetzung, z.B. 4.583, auf. Deshalb muß wie bei einer normalen Gangschaltung bei der Vorwahl einer Bereichsgruppenschaltung geprüft werden, ob die erforderliche Motoranschlußdrehzahl durch einen Gasstoß aufgebracht werden kann, d.h. ob die Hauptwelle aus dem momentanen Fahrzustand heraus synchronisiert werden kann.
Dieser ist gekennzeichnet durch die momentanen Werte für:

– die Abtriebsdrehzahl (Fahrgeschwindigkeit);
– die Getriebeübersetzung und
– den gewünschten Zielgang (Gangsprung).

Die maximale Motordrehzahl ist i.a. begrenzt durch die Nenndrehzahl des Motors.
Ist bei der Vorwahl einer Bereichsgruppenschaltung aufgrund der Geschwindigkeit und/oder des Übersetzungssprunges eine vom Motor nicht aufbringbare Anschlußdrehzahl erforderlich, wird die Schaltung nicht zugelassen.
Diese maximale mögliche bzw. zulässige Motordrehzahl muß im Softwareprogramm programmierbar sein. Sie wird bei nicht elektronisch geregelten Motoren gleich der Nenndrehzahl sein und bei EDC-Motoren z.B. durch die Definition einer Überdrehzahl festgelegt.
Wenn die Schaltung zulässig ist, dann laufen folgende Schaltungen ab:

- Öffnen der Kupplung;
- Schalten der Bereichsgruppenschaltung nach Neutral und
- Herausnahme des alten Ganges (Getriebe in Neutralstellung).

Befindet sich das Getriebe in Neutralstellung, dann erfolgen gleichzeitig die Schaltung des Zielganges sowie das Anlegen der Kupplung.
Wenn das Gangsignal vorliegt, dann kann der weitere Schaltverlauf grundsätzlich auf zwei unterschiedliche Arten fortgeführt werden, die im folgenden geschildert werden:
1 zeigt den Ablauf mit Gasstoß mit Motorführung und Einregelung der Synchrondrehzahl.
Dazu ist ein Software-Programm zur Motorregelung erforderlich, welches hohen Anforderungen an die Regelgenauigkeit genügen soll.
Die Istdrehzahl der Hauptwelle wird dabei ständig, z.B. über einen Vorgelegewellendrehzahlsensor, indirekt erfaßt, mit dem Übersetzungsverhältnis berechnet und mit der Synchrondrehzahl bzw. mit der Solldrehzahl verglichen. Diese ergibt sich aus der Abtriebsdrehzahl und der Übersetzung der Bereichsgruppe sowie der Definition eines Abbruchbereiches (Drehzahlfenster).
Ist die Synchrondrehzahl erreicht, können bei angelegter Kupplung folgende Funktionen gleichzeitig ablaufen:

– Einschalten der langsamen Bereichsgruppe GP-L;
– Erfüllen der Bedingung n_Mot = n_Syn, wobei n_Syn die Synchrondrehzahl ist.

Wenn das Bereichsgruppensignal (GP-Signal) vorliegt, wird die Kupplung vollständig geschlossen. Dies kann sehr schnell geschehen, da Synchrondrehzahl vorliegt.
Ein Vorteil dieser Vorgehensweise ist es, daß der Motor nach dem Schaltvorgang bereits auf Anschlußdrehzahl ist. Damit reduziert sich die Lastunterbrechungszeit.
2 zeigt den Ablauf in der zweiten Version mit Gasstoß auf eine übersynchrone Drehzahl.
Dabei gilt:
n = n_soll + Δ n, wobei Δ n die zusätzlich vom Motor aufzubringende, übersynchrone Drehzahl ist. In diesem Fall wird die GP-L-Synchronisiereinrichtung absichtlich zur Synchronisierung der Überdrehzahl benutzt.
Liegt diese Drehzahl vor, werden folgende Abläufe eingeleitet, die synchron ablaufen:

– Öffnen der Kupplung;
– Motorrückregelung und
– Synchronisierung GP-L.

Liegt das GP-Signal vor, erfolgt der Einkuppelvorgang mit entsprechender Gasbeaufschlagung.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß keine aufwendige Drehzahlregelung für den Motor benötigt wird. Deswegen ist ihre Anwendung in Fällen, wo keine aufwendige Motorführung vorhanden ist, besonders geeignet.
Weiterhin wird dabei sehr wenig Zeit benötigt, da keine Regelung erfolgt. Wegen des schnellen Einschaltens der Bereichsgruppenschaltung kann der Motor ohne größeren Drehzahlverlust abgefangen und eingekuppelt werden. Durch die zusätzliche vom Motor aufzubringende Überdrehzahl Δ n liegt die maximal zulässige Schaltdrehzahl im Vergleich zur Drehzahlregelung niedriger.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, einen ähnlichen Ablauf ohne Temperaturinformation zu starten, wenn nach einer bestimmten Vorgabezeit das GP-Signal nicht ansteht.
Dazu wird der Schaltvorgang zunächst mit der Synchronisierung GP-L eingeleitet. Liegt innerhalb einer vorgegebenen Zeit t_GP_max kein GP-Signal vor, dann wird mit dem Motor synchronisiert.
Auch hier darf der Schaltvorgang nur eingeleitet werden, wenn die erforderliche Motordrehzahl aufbringbar ist.
Folgende Änderung des Schaltablaufes nach 3 ist dann erforderlich:
Nach dem Neutralgetriebesignal wird zunächst die langsame Bereichsgruppe GP-L synchronisiert.
Wenn aufgrund des kalten Getriebes die Schaltzeit größer ist, als die maximale programmierbare GP-Einschaltzeit, werden folgende Vorgänge gleichzeitig gestartet:

– Zurückschalten der Bereichsgruppenschaltung auf GP-(Neutral);
– Schaltung des Zielganges und
– Anlegen der Kupplung.

Nach dem Erhalt des Gangsignals stimmt der weitere Ablauf mit dem bereits beschriebenen überein.
Gegenüber der vorher beschriebenen Vorgehensweise verlängert sich hier bei kaltem Getriebe die Schaltdauer um die maximale Bereichsgruppeneinschaltdauer sowie um die erforderliche Zeit für die Schaltvorgänge.
Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltablauf ändert sich der übliche Schaltablauf, bei dem zunächst die Gruppe und dann der Gang geschaltet wird. Demzufolge entfällt eine Zwangsblockierung der Gangschaltung während der Bereichsgruppenschaltung.

Claims

Verfahren zur Getriebehauptwellensynchronisierung für Schaltsystemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung, mit einer mit einem Software-Programm ausgestatteten programmierbaren Getriebeelektronik, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: a) Gangvorwahl durch den Fahrer; b) Überwachung der Motordrehzahl und Berechnung einer erforderlichen Motoranschlußdrehzahl; c) Prüfung der Zulässigkeit der berechneten Motoranschlußdrehzahl, wobei bei einer nicht zulässigen Drehzahl der Schaltvorgang nicht zugelassen wird und ein nächstmöglicher zulässiger Gang angezeigt wird mit einer daraus resultierenden Wiederholung des Schrittes b) für die neue Gangvorwahl und bei einem zulässigen Schaltvorgang gleichzeitiges Öffnen der Kupplung, Schalten auf Neutral und Ausschaltung des alten Ganges; d) Einleiten des Schaltvorgangs mit der Synchronisierung der langsamen Bereichsgruppe GP-L; e) Vergleichen der Schaltzeit mit der maximalen, programmierten Bereichsgruppeneinschaltzeit, wobei bei einer Schaltzeit die größer ist als die Bereichsgruppeneinschaltzeit gleichzeitig die Bereichsgruppe auf Neutral zurückgeschaltet, der aktualisierte Zielgang geschaltet und die Kupplung angelegt wird; f) Gasstoß mit Motorführung und Einregelung der Synchrondrehzahl; g) Schalten in die langsame Bereichsgruppe GP-L unter Beibehaltung der Synchrondrehzahl und h) Schließen der Kupplung.
Verfahren zur Getriebehauptwellensynchronisierung für Schaltsystemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung, mit einer mit einem Software-Programm ausgestatteten programmierbaren Getriebeelektronik, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: a) Gangvorwahl durch den Fahrer; b) Überwachung der Motordrehzahl und Berechnung einer erforderlichen Motoranschlußdrehzahl; c) Prüfung der Zulässigkeit der berechneten Motoranschlußdrehzahl, wobei bei einer nicht zulässigen Drehzahl der Schaltvorgang nicht zugelassen wird und ein nächstmöglicher zulässiger Gang angezeigt wird mit einer daraus resultierenden Wiederholung des Schrittes b) für die neue Gangvorwahl und bei einem zulässigen Schaltvorgang gleichzeitiges Öffnen der Kupplung, Schalten der Bereichsgruppenschaltung auf Neutral und Ausschaltung des alten Ganges; d) Einleiten des Schaltvorgangs mit der Synchronisierung der langsamen Bereichsgruppe GP-L; e) Vergleichen der Schaltzeit mit der maximalen programmierbaren Bereichsgruppeneinschaltzeit, wobei bei einer Schaltzeit, die größer ist als die Bereichsgruppeneinschaltzeit, gleichzeitig die Bereichsgruppe auf Neutral zurückgeschaltet, der aktualisierte Zielgang geschaltet und die Kupplung angelegt wird; f) Gasstoß auf eine übersynchrone Drehzahl n_soll + Δ n; g) gleichzeitiges Öffnen der Kupplung, Motorrückregelung und Synchronisierung der langsamen Bereichsgruppe und h) Einkuppelvorgang mit Gasbeaufschlagung.
Verfahren zur Getriebehauptwellensynchronisierung für Schaltsystemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung, mit einer mit einem Software-Programm ausgestatteten programmierbaren Getriebeelektronik, wobei folgende Schritte bei Unterschreitung einer programmierbaren Mindesttemperatur ausgeführt werden: a) Gangvorwahl durch den Fahrer; b) Überwachung der Motordrehzahl und Berechnung einer erforderlichen Motoranschlußdrehzahl; c) Prüfung der Zulässigkeit der berechneten Motoranschlußdrehzahl, wobei bei einer nicht zulässigen Drehzahl der Schaltvorgang nicht zugelassen wird und ein nächstmöglicher zulässiger Gang angezeigt wird mit einer daraus resultierenden Wiederholung des Schrittes b) für die neue Gangvorwahl und bei einem zulässigen Schaltvorgang gleichzeitiges Öffnen der Kupplung, Schalten der Bereichsgruppenschaltung auf Neutral und Ausschaltung des alten Ganges; d) gleichzeitiges Schalten des Zielganges und Anlegen der Kupplung; e) Gasstoß mit Motorführung und Einregelung der Synchrondrehzahl; f) Schalten in die langsame Bereichsgruppe GP-L unter Beibehaltung der Synchrondrehzahl und g) Schließen der Kupplung.
Verfahren zur Getriebehauptwellensynchronisierung für Schaltsystemgetriebe mit Bereichsgruppenschaltung, einer mit einem Software-Programm ausgestatteten programmierbaren Getriebeelektronik, wobei folgende Schritte bei Unterschreitung einer programmierbaren Mindesttemperatur ausgeführt werden: a) Gangvorwahl durch den Fahrer; b) Überwachung der Motordrehzahl und Berechnung einer erforderlichen Motoranschlußdrehzahl; c) Prüfung der Zulässigkeit der berechneten Motoranschlußdrehzahl, wobei bei einer nicht zulässigen Drehzahl der Schaltvorgang nicht zugelassen wird und ein nächstmöglicher zulässiger Gang angezeigt wird mit einer daraus resultierenden Wiederholung des Schrittes b) für die neue Gangvorwahl und bei einem zulässigen Schaltvorgang gleichzeitiges Öffnen der Kupplung, Schalten der Bereichsgruppenschaltung auf Neutral und Ausschaltung des alten Ganges; d) gleichzeitiges Schalten des Zielganges und Anlegen der Kupplung; e) Gasstoß auf eine übersynchrone Drehzahl n_soll + Δ n; f) gleichzeitiges Öffnen der Kupplung, Motorrückregelung und Synchronisierung der langsamen Bereichsgruppe und g) Einkuppelvorgang mit Gasbeaufschlagung.