Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung
eines Getriebes, welches in einem von einem Antriebsmotor, vorzugsweise
einer Brennkraftmaschine, angetriebenen Kraftfahrzeug vorgesehen ist, um
das Übersetzungsverhältnis zwischen der Ausgangswelle dieses
Antriebsmotors und den angetriebenen Rädern dieses Kraftfahrzeuges zu än
dern. Zu diesen Getrieben gehören u. a. Zahnradgetriebe, bei welchen die
Übersetzung geändert wird, indem unterschiedliche Zahnradpaarungen in
Eingriff miteinander bzw. mit einer Antriebs- oder Abtriebswelle gebracht wer
den, sogenannte automatische Getriebe, die in der Regel einen oder mehrere
Planetenradsätze aufweisen und in der Regel mit einem hydrodynamischen
Wandler gekoppelt sind, wobei die Übersetzungsänderung hier durch Bremsen
oder Lösen verschiedener Elemente dieses automatischen Getriebes erfolgt
und stufenlos veränderbare Getriebe, wie beispielsweise
Umschlingungsgetriebe, bei denen die Drehzahländerung erfolgt, indem
beispielsweise die Position eines Kegelrades in bezug auf das andere Kegelrad
verändert wird. Als stufenlos veränderbares Getriebe kann auch ein
Kegelscheibenumschlingungsgetriebe vorgesehen sein. Bei solchen Getrieben
ist ein Umschlingungsmittel zwischen zwei Kegelscheibensätzen
antriebsmäßig angeordnet, wobei der Wirkradius oder Laufradius des
Umschlingungsmittels in bezug auf die Kegelscheibensätze variierbar ist. All
diesen Getrieben ist gemeinsam, daß die Position wenigstens eines in dem
Getriebe angeordneten Elementes verändert werden muß, um eine Änderung
der Übersetzung zu erzielen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug
welches zur Anwendung des Verfahrens bestimmt ist.
Die korrekte Funktion des Getriebes ist davon abhängig, daß dieses
positionsveränderliche Getriebeelement bei der Änderung der Übersetzung in
die richtige Position gebracht wird. Wird die korrekte Position nicht erreicht,
ergibt sich eine Fehlfunktion des Getriebes, die zu einer unerwarteten und für
den Fahrer möglicherweise nicht ohne weiteres handzuhabenden Fahrsituation
oder zur Beschädigung des Getriebes führen kann.
Besonders kritisch wird eine solche Fehlfunktion eines Getriebes dann, wenn
in dem Fahrzeug automatisierte oder weitgehend automatisierte
Steuerungsprozesse ablaufen, die durch eine solche Fehlfunktion
beeinträchtigt werden, da die Möglichkeit des Bedieners, auf eine Fehlfunktion
zu reagieren, hier weiter eingeschränkt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Überwachung eines Getriebes sowie ein zur Durchführung des Verfahrens
geeignetes Kraftfahrzeug zu schaffen, welches trotz einfachem Aufbau und
Ablauf eine zuverlässige Überwachung eines Getriebes mit wenigstens einem
positionsveränderlichen Getriebeelement ermöglicht. Diese Überwachung kann
beispielsweise bei einer Inbetriebnahme oder nach einer Werkstattaufenthalt
wegen einer Reparatur eines Getriebebauelementes durchgeführt werden,
wobei dabei die Daten des Getriebes innerhalb eines Speichers eines
Mikroprozessors abgespeichert werden. Bei einem Betrieb des Getriebes
werden diese Daten anschließend zur Detektion des eingelegten Ganges oder
der aktuellen Getriebeposition verwendet.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu
schaffen, mittels welchem Referenzwerte ermittelt werden, die später im
Bereich des Getriebes oder eines Fahrzeuges verwendbar sind.
Weiterhin soll auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein Getriebe
geschaffen werden, sowie ein Verfahren geschaffen werden, das den Stand
der Technik verbessert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches
1 gelöst. Vorteilhaft ist es, wenn zumindest einzelne der folgenden
Verfahrensschritten durchgeführt werden:
- - Erfassen des Ausgangssignales der Sensoreinrichtung durch die Rechenein
richtung in einer ersten Ausgangsposition,
- - Abspeichern des von diesem Ausgangssignal abgeleiteten Positionsinforma
tionswertes für die erste Position in der Speichereinrichtung,
- - Betätigen eines mit diesem positionsveränderlichen Getriebeelementes ver
bundenen Betätigungselementes, um dieses positionsveränderliche Getrie
beelement so weit wie möglich wenigstens einer vorbestimmten
Zielposition anzunähern,
- - Erfassen des Ausgangssignales der Sensoreinrichtung in der veränderten
Position durch diese Recheneinrichtung und, Bestimmung eines für diese
Position repräsentativen Positionsinformationswertes,
- - Abspeichern des Positionsinformationswertes in der Speichereinrichtung,
- - Beurteilung des Positionsinformationswertes nach einem vorgegebenen
Beurteilungskriterium durch die Recheneinrichtung,
- - Wiederholen des Vorganges oder zumindest einzelner Verfahrensschritte bis
dieses vorgegebene Beurteilungskriterium erfüllt ist.
Die Wiederholung kann beispielsweise derart durchgeführt werden, daß ein
einen Gang geschaltet wird, der der Ausgangsposition entspricht oder der
nicht die Ausgangsposition ist. Anschließend kann in einen Gang geschaltet
werden, der der Zielposition entspricht oder in einen anderen Gang.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist Gegenstand des Anspruches 62.
Dieser betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor, einem Getriebe, das
wenigstens ein positionsveränderliches Getriebeelement aufweist, dessen
Positionsänderung eine Veränderung der Getriebeübersetzung bewirkt, einer
zwischen Getriebe und Antriebsmotor angeordneten Kupplungseinrichtung
einer Sensoreinrichtung, welche wenigstens einen Sensor aufweist einer
programmgesteuerten Recheneinrichtung mit wenigstens einer Prozes
soreinheit, welche die Signale dieser Sensoreinrichtung verarbeitet, einer
Speichereinrichtung mit wenigstens einem Speicherbaustein, zur Ab
speicherung von Daten, wobei diese Sensoreinrichtung dafür vorgesehen ist
ein Signal zu erzeugen, welches sich in Abhängigkeit von der Position dieses
wenigstens einen positionsveränderlichen Getriebeelementes ändert, daß der
Datenspeicher dafür vorgesehen ist, Positionsinformationswerte für
vorgegebene Zielpositionen dieses positionsveränderlichen Getriebeelementes
abzuspeichern, daß diese Recheneinrichtung dafür vorgesehen ist, die in
diesem Datenspeicher gespeicherten Positionsinformationswerte nach einem
für die jeweilige Zielposition vorgegebenen Beurteilungskriterium zu prüfen
und festzustellen, ob die Position dieses positionsveränderlichen
Getriebeelement diesem Beurteilungskriterium genügt. Dabei wird ein Signal
erzeugt, welches eine Getriebeposition eines Getriebeelementes entspricht,
wobei das Getriebeelement mittels einer Handhabe, wie Schaltbebel, manuell
betätigtbar oder automatisiert mittels eines Aktors betätigbar oder
positionierbar ist. Durch die Überwachung der Positionsdaten kann die
aktuelle Getriebeposition der Getriebeelemente detektiert werden und im
wesentlichen zu jeder Zeit wird die aktuelle Getriebeeinstellung überwacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Position des
positionsveränderlichen Getriebeelementes und damit die Funktion des
Getriebes auf zuverlässige Weise zu überwachen.
Bei einem nach üblichem Serienstandard gefertigten Getriebe ist die Position,
die ein positionsveränderliches Getriebeelement einnimmt, und die einer
bestimmten vorgegebenen Funktion entspricht, nicht genau bekannt. Dies
liegt daran, daß sich die Toleranzen der einzelnen Elemente eines solchen
Getriebes auf unterschiedliche Weise addieren können, so daß die Festlegung
einer bestimmten Position aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten mit
einem Fehler behaftet sein kann. Akzeptiert man diesen Fehler, so besteht die
Gefahr, daß bei einer Betätigung des positionsveränderlichen Getriebe
elementes die gewünschte Position nicht erreicht wird, was zu Fehlfunktionen
führt.
Bei dem positionsveränderlichen Getriebeelement handelt es sich
vorzugsweise um ein Getriebeelement, welches an der Drehmo
mentübertragung des Getriebes teilnimmt. Befindet sich das Getriebeelement
nicht in der korrekten und gewünschten Position, kann die
Drehmomentübertragung insgesamt unterbrochen sein. Dadurch können
gefährliche Fahrsituationen entstehen, da der Fahrer von diesem Zustand in
der Regel überrascht werden wird. Weiterhin ist problematisch, daß in diesem
Zustand sowohl ein Drehmoment von der Antriebsseite als auch ein
Drehmoment von der Abtriebsseite her in das Getriebe eingeleitet wird, so
daß nicht gewünschte Bewegungen z. B. die Ratterbewegung einer
Schaltmuffe entstehen können, welche das positionsveränderliche Getriebe
element und weitere Getriebebauteile beschädigen oder zerstören können.
Wird die Drehmomentübertragung durch die Fehlfunktion des Ge
triebeelementes nicht unterbrochen, was beispielsweise bei einem stufenlos
veränderlichen Getriebe der Fall ist, so wird durch eine falsche Positionierung
jedoch eine falsche Drehzahl erreicht, die zumindest zu einem starken Rucken
im Antriebsstrang führt, was einerseits vom Fahrer als unangenehm
empfunden und andererseits auch wiederum zu unerwünschten Fahrsi
tuationen und zu Beschädigungen führen kann. Durch die erfindungsgemäße
Lehre ist sichergestellt, daß die Drehmomentübertragung nur dann erfolgt,
wenn sich das positionsveränderliche Getriebeelement in der richtigen Position
befindet oder erkannt wird, daß sich das Getriebeelement in der richtigen
Position befindet. Anderenfalls würde dies erfaßt und angezeigt werden und in
einem solchen Fall kann ein Steuergerät kein von der Kupplung übertragbares
Drehmoment gesteuert werden. Damit werden die vorerwähnten Risiken
vollständig und zuverlässig vermieden. Das Risiko, das entsteht, wenn ein
positionsveränderliches Element nicht in seiner vorgesehenen Position ist oder
nicht in diese gebracht wird, wie beispielsweise ein Zahnrad, das nicht ganz
eingespurt ist, kann sich durch eine Schädigung bemerkbar machen oder
diese bewirken. Im Falle eines nicht vollständigen Einspurens von Zahnrädern
oder Verzahnungen wird nur in einem Teilbereich der Verzahnung das volle
Moment übertragen. Dadurch können Schädigungen auftreten.
Erfindungsgemäß ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche ein Signal
erzeugt, das sich in Abhängigkeit von der Position dieses wenigstens einen
positionsveränderlichen Getriebeelementes ändert.
Als Sensoreinrichtung kommen beispielsweise elektrische Sensoren in Frage,
welche eine Veränderung eines elektrischen Widerstandes, einer Induktivität
oder einer Kapazität messen, wobei die Veränderung dieser elektrischen
Größen im Zusammenhang mit der Positionsänderung des Getriebeelementes
steht. Es wird also ein Geber verwendet, der aus mindestens zwei Teilen
besteht, wobei der eine Teil des Gebers in Wirkverbindung mit dem posi
tionsveränderlichen Getriebeelement steht, und der andere Teil des Gebers in
bezug auf das Bauteil, gegenüber dem die Position einzustellen ist, festgelegt
ist. Dieses Bauteil wird normalerweise beispielsweise das Getriebegehäuse
oder etwas ähnliches sein, es kann aber auch ein zweites Teil sein, dessen
Position innerhalb des Getriebes selbst ebenfalls veränderlich ist, aber be
züglich dessen die Position relativ zum positionsveränderlichen
Getriebeelement festzulegen ist.
Neben den genannten induktiven, kapazitiven und Widerstands-Gebern, bei
denen letztendlich eine Wegänderung in eine Änderung des elektrischen
Feldes oder des elektrischen Widerstandes umgewandelt wird, kommen auch
Sensoreinrichtungen in Frage, bei welchen die Positionsveränderung über eine
vom Weg beeinflußte physikalische Größe gemessen wird. Dies kann z. B. ein
elastisches Element sein, welches sich durch die Positionsveränderung des
Getriebelementes verformt und bei dem die Verformung über eine
Kraftmessung oder eine Dehnungsmessung erfaßt wird. Eine solche
Sensoreinrichtung kann beispielsweise eine Feder beinhalten, die sich durch
die Bewegung des positionsveränderlichen Getriebeelementes verformt,
wodurch eine Reaktionskraft der Feder erzeugt wird, die z. B. über einen
piezoelektrischen Geber oder über eine andere Kraftmeßeinrichtung erfaßt
werden kann.
Es ist weiterhin möglich, optische Geber einzusetzen, also Geber, bei denen
nach dem Interferenzverfahren oder dergleichen eine Wegänderung erfaßt
wird.
Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung der Positionsveränderung ist die
Verwendung einer Sensoreinrichtung, welche digitale Ereignisse feststellt, das
bedeutet, daß die nach Umfang der Bewegung eine von der Wegstrecke
abhängige Anzahl von Impulsen erzeugt wird, die durch eine entsprechende
Zähleinrichtung gezählt werden. Die Impulse können durch optische oder
elektrische oder elektro-optische Einrichtungen erzeugt und festgestellt
werden.
Die Positionsänderung des Getriebeelementes kann nicht nur in einer
Verschiebung entlang eines vorgegebenen Weges liegen, das bedeutet eine
eindimensionale Wegänderung, sondern sie kann auch zwei- oder
dreidimensional sein. Bei einer zweidimensionalen, d. h. einer Ebene
stattfindenden Positionsveränderung werden entsprechend zwei
Sensoreinrichtungen der vorbeschriebenen Art verwendet, wobei die
Sensoren für die Erfassung der Bewegungsveränderung in einer
angenommenen x- oder y-Richtung, wenn man von einem kathetischen
Koordinatensystem ausgeht, in geeigneter Weise kombiniert werden können.
Bei einer räumlichen Positionsänderung sind entsprechend drei Sensorsignale
erforderlich, die von drei isolierten oder auch wiederum von kombinierten
Gebern erzeugt werden können.
Neben der ein-, zwei- und dreidimensionalen Lageveränderung kann das
positionsveränderliche Getriebeelement bzw. ein mit diesem Getriebeelement
in einer Wirkverbindung stehendes Element so beschaffen sein, daß eine
Drehung um eine feste oder ebenfalls positionsveränderliche Drehachse
auftritt. In diesem Fall wird die Sensoreinrichtung so gestaltet, daß die Winkel
veränderung des Getriebeelementes bzw. des damit verbundenen Elementes
erfaßt wird. Dabei kommen alle vorstehend genannten Verfahren, also insbe
sondere die Verwendung eines induktiven, kapazitiven oder
Widerstands-Gebers sowie auch wieder ein Impulszählverfahren mit elektrischen und
elektro-optischen Verfahren in Frage. Eine Drehbewegung um eine
Drehachse kann jedoch auch als eindimensionale Bewegung angesehen
werden. Entsprechend kann eine Drehbewegung um eine Achse und eine
axiale Bewegung entlang der Achse als zweidimensionale Bewegung
angesehen werden.
Unabhängig von der Gestaltung der Sensoreinrichtung wird man die Sen
soreinrichtung oder das empfangene Signal in der Weise weiterverarbeiten
bzw. umwandeln, daß ein insbesondere elektrisches Signal erhalten wird,
welches in irgendeiner Weise von der Position dieses positionsveränderlichen
Getriebeelementes beeinflußt ist. Ist dieses Signal ein analoges Signal, kann
man es vorzugsweise in einer Digitalisierungseinrichtung in ein digitales Signal
umwandeln.
Erfindungsgemäß ist weiterhin mindestens eine Recheneinrichtung
vorgesehen. Diese Recheneinrichtung kann eine Recheneinrichtung sein,
welche im Fahrzeug angeordnet ist, in dem auch dieses Getriebe vorgesehen
ist. Dabei kann diese Recheneinrichtung eine Einrichtung sein, welche
ausschließlich die erfindungsgemäße Funktion ausführt. Die Recheneinrichtung
kann aber auch Teil einer zentralen Recheneinrichtung des jeweiligen
Fahrzeuges sein, die auch andere Funktionen ausübt. Besonders vorteilhaft ist
die Recheneinrichtung mit einer Recheneinrichtung im Fahrzeug kombiniert,
welche Steuerungsaufgaben im Bereich des Fahrzeugantriebes ausführt. Dies
kann eine Recheneinrichtung sein, welches die Motorsteuerung übernimmt,
eine Recheneinrichtung, welche die Getriebesteuerung durchführt, oder eine
Recheneinrichtung, welche die Steuerung einer automatischen Kupplung
ausführt. Die Recheneinrichtung kann auch alle oder mehrere der
vorgenannten Funktionen miteinander kombinieren.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist eine
Recheneinrichtung vorgesehen, welche außerhalb des Fahrzeuges angeordnet
ist. Diese Recheneinrichtung kann eine Recheneinrichtung am Produktionsort
des Fahrzeuges sein, oder es kann eine Recheneinrichtung sein, die in einer
Werkstatt für die Wartung des entsprechenden Fahrzeuges bzw. Getriebes
vorgesehen ist. Die externe Rechenanlage kann mit der vorstehend erläuterten
fahrzeuginternen Rechenanlage kombiniert werden, bzw. deren Funktion
überwachen oder unterstützen.
Erfindungsgemäß wird ein mit dem Getriebeelement verbundenes
Betätigungselement betätigt, um das Getriebeelement weitestmöglich oder
vollständig in wenigstens eine vorbestimmte Position, die Zielposition, zu
bringen. Das Betätigungselement kann z. B. eine Schaltgabel, ein
Schaltgestänge, ein mit einem Schaltgestänge verbundener Schalthebel oder
auch ein durch Fluiddruck betätigtes Element sein, welches mit dem
positionsveränderlichen Getriebeelement in Wirkverbindung steht.
Die gewünschte Position ist vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, eine
Position, die sich durch bestimmte Eigenschaften auszeichnet. Bei einem
üblichen Schaltgetriebe kann dies eine Position sein, bei welcher ein
bestimmter Gang eingelegt ist. Bei einem Automatikgetriebe kann dies eine
Position sein, die der Schaltung eines bestimmten Elementes entspricht, bei
dem also ein bestimmtes Element des automatischen Getriebes entweder
vollständig gesperrt oder vollständig gelöst ist. Bei einem stufenlos verän
derlichen Getriebe kann dies die Position sein, welche der größten oder der
kleinsten Übersetzung oder einen bestimmten Zwischenübersetzungsverhältnis
entspricht.
Nachdem der Betätigungsvorgang abgeschlossen ist, wird das Ausgangssignal
der Sensoreinrichtung erfaßt und der wenigstens einen Recheneinrichtung
zugeführt, die daraus einen Positionsinformationswert ableitet, welcher die
Position in einem ein- oder zwei- oder dreidimensionalen und ggf. auch einen
Drehwinkel berücksichtigenden Bezugssystem definiert.
Die Recheneinrichtung bewertet diesen Positionsinformationswert nach einem
vorgegebenen Beurteilungskriterium.
Das Beurteilungskriterium kann den Vergleich von Vergleichswerten
beinhalten, die in einer Speichereinrichtung abgespeichert sind. Weiterhin
kann das Beurteilungskriterium ein Rechenverfahren sein, welches nach einem
vorgegebenen Programm in der Recheneinrichtung abläuft und durch welche
die Positionsinformation in einer vorgegebenen Weise verarbeitet und beurteilt
wird. Es ist weiterhin möglich, daß das Beurteilungskriterium durch ein
Verfahren gewonnen wird, welches erst nach dem Abschluß dieses Betäti
gungsvorganges gestartet wird.
Die erfindungsgemäße Lösung hat eine ganze Reihe von wesentlichen
Vorteilen:
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Position des Ge
triebeelementes unabhängig von allen Fertigungstoleranzen zuverlässig erfaßt
werden. Fehlfunktionen des Getriebes, durch eine falsche oder nicht mit der
erforderlichen Genauigkeit erfolgenden Positionierung des Getriebeelementes
sind damit ausgeschlossen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre liegt darin, daß sich ein
großer Spielraum für die Anordnung der Sensoreinrichtung ergibt. Da der
Einfluß der Fertigungstoleranzen durch die Erfindung aufgehoben wird, kann
die Sensoreinrichtung auch entfernt vom positionsveränderlichen
Getriebeelement angeordnet werden. Tatsächlich kann die Sensoreinrichtung
an allen Elementen vorgesehen werden, die vollständig oder weitestgehend
spielfrei oder unter Berücksichtigung von Spiel mit dem
positionsveränderlichen Element in der Weise verbunden sind, daß sie an der
Bewegung des positionsveränderlichen Elementes teilnehmen oder bei denen
ein eventuell entstehendes Spiel derart gerichtet ist, daß es in einer defi
nierten Stellung im wesentlichen keinen Einfluß auf die Position des posi
tionsveränderlichen Getriebeelementes hat. Die Berücksichtigung eines
gewissen Maßes an Spiel ist durchaus möglich.
So erlaubt es die Erfindung insbesondere, die Sensoreinrichtung auch
außerhalb des eigentlichen Getriebegehäuses anzuordnen, vorausgesetzt, daß
ein Betätigungselement vorgesehen ist, das das innerhalb des
Getriebegehäuses befindliche positionsveränderliche Getriebeelement von
außen her betätigt.
Bei einem Schaltgetriebe üblicher Bauart kann somit die Sensoreinrichtung
beispielsweise am Schaltgestänge oder am Schalthebel angeordnet werden.
Damit kann die Sensoreinrichtung vollständig aus dem Getriebegehäuse
herausgehalten werden und ist nicht den dort herrschenden Bedingungen
bezüglich der Ölatmosphäre, Temperatur usw. ausgesetzt. Weiterhin müssen
keine Vorkehrungen getroffen werden, um die elektrischen Signale der
Sensoreinrichtung aus dem Getriebegehäuse hinauszuführen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
das Beurteilungskriterium in der Recheneinrichtung im wesentlichen
unveränderbar abgespeichert. Das Beurteilungskriterium wird dann
beispielsweise aus den konstruktiven Auslegungsdaten des Getriebe abgeleitet
und am ausgeführten Getriebe nicht mehr verändert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Beurteilungskriterium jedoch veränderbar. Bei dieser Ausführung kann
zunächst ein Lernmodus durchgeführt werden, bei welchem das oder die
positionsveränderlichen Getriebeelemente in zumindest einige oder auch alle
vorgegebenen Zielpositionen gebracht und jeweils die Erfüllung des Beur
teilungskriteriums überprüft wird. Die diesem Kriterium genügenden
Positionsinformationswerte werden als Positions-Referenzwerte in der
Speichereinrichtung abgespeichert. Das Verfahren wird dann in einem
Normalbetriebsmodus fortgesetzt, in dem das Beurteilungskriterium einen
Vergleich zwischen den aktuellen Positionsinformationswerte und den
gespeicherten Positions-Referenzwerte beinhaltet. Durch dieses Verfahren
kann beim Betrieb des Fahrzeuges das Erreichen der jeweiligen Zielposition
sehr schnell und zuverlässig kontrolliert werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist mit einem Getriebe versehen, in
welchem das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren angewendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Kraftfahrzeug
mit einer automatisch gesteuerten Kupplungseinrichtung versehen. Durch die
Überwachung der Positionsänderung kann die Kupplung geschlossen werden,
sobald das positionsveränderliche Getriebeelement eine vorbestimmte Position
erreicht hat. Diese vorbestimmte Position, die in diesem Fall dann die
Zielposition ist, braucht nicht die Position zu sein, die beispielsweise bei einer
Schaltverzahnung der vollständig eingerückten Position entspricht. Es ist
somit möglich, die Kupplung bereits zu einem Zeitpunkt zu schließen, bevor
der eigentliche Vorgang der Positionsänderung, d. h. im Beispielsfall das
Schalten von einem in einen anderen Gang, abgeschlossen ist. Auf diese
Weise wird nicht nur die Sicherheit des Fahrzeuges dadurch erhöht, daß
Fehlfunktionen des Getriebes, einer eventuell vorhandenen Getriebesteuerung
und einer eventuell vorhandenen Kupplungssteuerung vermieden werden,
sondern die Sicherheit wird auch weiterhin dadurch erhöht, daß bei einer
automatisch gesteuerten Kupplung das Zeitintervall, welches benötigt wird,
um die Kupplung während der Positionsänderung des positionsveränderlichen
Getriebeelementes zu öffnen, oder in ihrer drehmomentübertragenden
Funktion zu reduzieren, minimiert wird. Damit steht beispielsweise bei einem
Überholvorgang die Antriebsleistung nach einem Schaltvorgang sehr viel
früher wieder zur Verfügung, als dies der Fall wäre, wenn eine entsprechende
Überwachung nicht vorgenommen werden würde.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schaltgetriebes zur
Erläuterung verschiedener Ausführungsvarianten der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die Schaltmuffe und die
Schaltverzahnung des Getriebes gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit einer vollständig
eingerückten Schaltverzahnung;
Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 2 in einer besonderen Position;
Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit einer besonderen
Position der Schaltverzahnung;
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 zur Kennzeichnung der
Längenmaße;
Fig. 6a eine Erläuterungsskizze zur Kennzeichnung eines besonderen
Punktes während des Schaltvorganges;
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 zur Erläuterung einer weiteren
Ausführungsvariante;
Fig. 8 die schematische Darstellung eines stufenlos übersetzenden
Getriebes;
Fig. 9a, 9b, 9c, 9d schematische Ansichten zur Erläuterung verschiedener
Ausführungen der Sensoreinrichtung;
Fig. 10 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispieles
des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges;
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einzelnen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Zur Begrenzung des Umfanges werden die unterschiedlichen
Kombinationsmöglichkeiten der Merkmale der Ausführungsbeispiele
untereinander nicht einzeln erläutert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß
die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert
werden können. Kombinationsmöglichkeiten ergeben sich insbesondere auch
aus den Formulierungen und Rückbeziehungen der Unteransprüche. Die
Erfindung wird zunächst für eine Gruppe von Ausführungsbeispielen
beschrieben, bei welcher ein herkömmliches Schaltgetriebe verwendet wird.
Unter dem Begriff Schaltgetriebe sind hierbei Getriebe zu verstehen, bei denen
eine Eingangsdrehzahl über miteinander kämmende Zahnradgetriebe auf eine
Ausgangsdrehzahl übersetzt wird. Dabei ist das Verhältnis zwischen
Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl in Stufen veränderlich. Zu den hier in
Rede stehenden Schaltgetrieben gehören gleichachsige und ungleichachsige
Schaltmuffengetriebe, Schieberadgetriebe, Schaltklauengetriebe,
Ziehkeilgetriebe und dergleichen. Aus Gründen der einfachen Darstellung
beziehen sich die nachfolgenden Ausführungen auf Schaltmuffengetriebe, was
jedoch in keiner Weise als Einschränkung der Anwendung der Erfindung bei
Schaltgetrieben verstanden werden sollte.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Schaltgetriebe. Eine nicht
dargestellte Antriebsmaschine, beispielsweise ein Otto- oder Dieselmotor,
treibt eine Welle 1 an, die mit einem Schwungrad 2 verbunden ist. Innerhalb
des Schwungrades 2 ist eine Einscheiben-Trockenkupplung 3 angeordnet. Die
Drehbewegung der Einscheiben-Trockenkupplung 3 wird über eine Getriebe
eingangswelle 4 in das Getriebegehäuse 5 übertragen. Die Ge
triebeeingangswelle 4 ist über übliche Wälzlager 6, 7 in einem
Getriebegehäuse 8 gelagert. Das Drehmomentübertragungssystem kann als
Einscheiben-Trockenkupplung, wie als Reibungskupplung ausgestaltet sein.
Weiterhin kann das Drehmomentübertragungssystem als Lamellenkupplung,
Magnetpulverkupplung oder als Wandlerüberbrückungskupplung eines
hydrodynamischen Drehmomentwandlers ausgebildet sein.
Auf der Getriebeeingangswelle 4 ist ein erstes schrägverzahntes Zahnrad 11
sowie ein zweites schrägverzahntes Zahnrad 12 drehfest angeordnet.
Die Getriebeausgangswelle 15 ist ebenfalls im Getriebegehäuse 8 über
herkömmliche Wälzlager 16, 17 gelagert und weist ein erstes Zahnrad 18
sowie ein zweites Zahnrad 19 auf, wobei diese beiden Zahnräder ständig im
Eingriff mit den jeweils zugeordneten Zahnrädern 11 und 12 stehen.
Die Zahnräder 18 und 19 sind lose drehbar auf der Getriebeausgangswelle 15
gelagert.
Zwischen den beiden Zahnrädern befindet sich eine Schaltmuffe 20, welche
über ein Schaltgestänge 21 betätigt wird. Die Schaltmuffe weist eine zur
Welle 15 hin gerichtete Kerbverzahnung auf, die im Eingriff mit einer
entsprechenden Kerbverzahnung 24 auf der Welle 15 steht. Somit ist die
Schaltmuffe 20 immer drehfest mit der Welle 15 verbunden, kann aber auf
der Welle in Längsrichtung verschoben werden. Die Schaltmuffe 20 ist somit
bei dieser Getriebekonstruktion ein positionsveränderliches Getriebeelement.
An den beiden Zahnrädern 18, 19 ist jeweils eine Schaltverzahnung 22, 23
angeordnet, durch welche eine drehfeste Verbindung zwischen der
Schaltmuffe 20 und dem jeweiligen Zahnrad bewirkt wird.
Die Schaltmuffe 20 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Ring 30,
der in Aufsicht gemäß Fig. 2 bis 5 nicht vollständig dargestellt ist und der
eine nicht dargestellte Kerbverzahnung aufweist, durch die er drehfest mit der
Welle 15 verbunden ist. Zu beiden Seiten des zylindrischen Ringes 30 sind die
Schaltzähne 31, 32 angeordnet, wobei die Anordnung beim
Ausführungsbeispiel symmetrisch erfolgt. Statt dieser symmetrischen
Anordnung kann auch eine nicht-symmetrische Anordnung vorgesehen wer
den.
Die Schaltzähne 31, 32 sind in der Draufsicht im wesentlichen rhombusartig
gestaltet und weisen, ausgehend vom zylindrischen Ring 30, zwei
divergierende hintere Flanken 33, 34 auf, das heißt, daß sich deren Abstand
mit zunehmendem Abstand vom Ring 30 vergrößert.
An diese hinteren Flanken 33, 34 schließen sich zwei vordere Flanken 37, 38
an, die zur gemeinsamen Symmetrielinie der entgegengesetzten Flanken
konvergieren und sich in einer Spitze 39 treffen.
Die Zähne 42 der Schaltzahnräder 18, 19 sind entsprechend in der Draufsicht
im wesentlichen rhombusartig ausgebildet und weisen ebenfalls divergierende
hintere Flanken 43 und 44 auf, sowie vordere konvergierende Flanken 47, 48,
die in einer Spitze 49 zusammenlaufen.
Ziel des Schaltvorganges bei einem solchen Getriebe ist es, wie die Fig. 3
zeigt, die Schaltmuffe 20 in Eingriff mit der Schaltverzahnung 22 oder der
Schaltverzahnung 23 der Gangräder 18, 19 zu bringen. In Fig. 3 ist
dargestellt, wie ein vollständig abgeschlossener Schaltvorgang aussieht. Die
Schaltmuffe 20 hat sich aus der Neutralstellung um die Entfernung 11 aus der
Neutralstellung (Fig. 2) entfernt und die Zähne 31 der Schaltmuffe befinden
sich vollständig im Eingriff mit den Zähnen 43 der Schaltverzahnung am
Gangrad. Sobald das Drehmoment übertragen wird, legen sich die Flanken der
Schaltzähne gegeneinander an, und Gangzahnrad, Schiebemuffe und die
Welle rotieren mit der gleichen Drehzahl und übertragen dabei das Drehmo
ment.
Beim Schalten kann jedoch auch der Zustand auftreten, der in Fig. 4 gezeigt
ist, daß nämlich die Spitze 39 der Zähne 31 beim Verschieben genau auf die
Spitze 49 der Zähne 43 trifft. Wird in dieser Stellung die Kupplung 3
geschlossen, wird vom Antriebsmotor über die Welle 4, die Verzahnung 11
und 24 eine Drehbewegung übertragen. Die Welle 15 und die Schaltmuffe 20
sind mit den Rädern des Fahrzeuges verbunden. Da aufgrund des fehlenden
Zahneingriffes keine Drehmomentübertragung stattfinden kann, ist der
Antriebsmotor ohne Last und beschleunigt. Dadurch rattern die Spitzen der
Zähne 31, 43 aufeinander, was zu einer Beschädigung von Schaltmuffe und
Schaltverzahnung führt. Findet ein solcher Schaltvorgang beispielsweise bei
einem Überholmanöver statt, so steht dem Fahrer dann während dieses Manö
vers keine Antriebsleistung mehr zur Verfügung, wodurch extrem gefährliche
Situationen entstehen können.
Eine andere Situation ist in Fig. 5 gezeigt. Hier ist zwar die Schaltmuffe um
ein kleines Stück in die Schaltverzahnung hineingeschoben worden. Aufgrund
einer Bearbeitungsungenauigkeit oder aufgrund einer während des Betriebes
aufgetretenen Oberflächenveränderung eines der Zähne werden die vorderen
Flanken der Zähne der Schaltmuffe daran gehindert, an den vorderen Flanken
der Zähne der Schaltverzahnung entlang zu gleiten. Die Schaltmuffe bleibt
dann in der Stellung stehen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Auch in diesem Fall
ergibt sich, sobald die Kupplung 3 geschlossen wird, eine Ratterbewegung
von Schaltmuffe und Schaltverzahnung, wobei die Schaltmuffe hier durch die
Abschrägung der vorderen Flanken in die Neutralstellung zurückgedrückt wird.
Auch hier können deshalb nicht nur Beschädigungen des Getriebes, sondern
auch gefährliche Fahrsituationen auftreten, da in diesem Fall keine
Drehmomentübertragung mehr erfolgen kann.
Es werden nun mehrere Abwandlungen der Erfindung beschrieben, durch
welche eine solche Situation verhindert werden kann.
Generell sind dabei zwei Verfahrensweisen zu unterscheiden, die bei allen im
folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind.
Bei einer ersten Gruppe von Ausführungsformen wird die Position des
positionsveränderlichen Getriebeelementes, d. h. also beim
Ausführungsbeispiel der Schaltmuffe 20, ermittelt und, wenn die korrekte
Position erreicht ist, ein entsprechender Positions-Referenzwert in der Spei
chereinrichtung abgespeichert. Bei nachfolgenden Schaltvorgängen wird
jeweils der dann aktuell gemessene Positionswert mit dem gespeicherten
Positions-Referenzwert verglichen.
Ist die Differenz zwischen dem aktuellen Positionswert und dem
Positions-Referenzwert unter einem vorgegebenem Grenzwert, wird davon
ausgegangen, daß der Gang eingelegt ist, und ein entsprechendes Signal
ausgegeben. Ist die Differenz dagegen größer als dieser Grenzwert, wird
davon ausgegangen, daß einer der in Fig. 4 oder 5 beschriebenen Fälle
vorliegt und daß deshalb der Schaltvorgang nicht erfolgreich durchgeführt
worden ist.
Diese Gruppe von Ausführungsformen verwendet somit einen Lernvorgang.
Vor der Inbetriebnahme des Fahrzeuges werden die entsprechenden
Referenz-Positionswerte erfaßt und in die Speichereinrichtung eingespeichert. Diese
Werte werden dann als Referenzwerte benutzt, um während des Betriebes des
Fahrzeuges immer feststellen zu können, ob sich das positionsveränderliche
Getriebeelement in der korrekten Stellung befindet. Ein erneuter Lernvorgang
findet vorzugsweise nur dann statt, wenn Arbeiten am Getriebe dies er
forderlich machen. Darüber hinaus kann auch vorgesehen werden, daß im
Rahmen regelmäßiger Wartungszyklen, z. B. alle 50.000 km, in der Werkstatt
ein neuer Lernzyklus durchgeführt wird.
Der Lernvorgang oder Vergleichsvorgang zwischen den abgespeicherten
Werten und den real vorkommenden, Werten kann beispielsweise auch
während einer Inbetriebnahme durchgeführt werden. In diesem
Zusammenhang können die real vorkommenden Werte für die entsprechende
Gangposition des Getriebes bestimmt werden, wobei das System feststellt, ob
ein Gang eingelegt ist oder nicht. Diese Feststellung kann durch
Toleranzbetrachtungen erfolgen.
Bei dieser Gruppe von Ausführungsformen der Erfindung wird die
Recheneinrichtung im Fahrzeug verwendet, um die Referenzposition mit der
aktuellen Position zu vergleichen. Die Steuerung des
Positions-Erkennungsvorganges selbst kann jedoch auch über eine Recheneinrichtung
erfolgen, die außerhalb des Fahrzeuges angeordnet ist. Dies ist insbesondere
dann von Bedeutung, wenn der gesamte Vorgang, wie nachfolgend noch be
schrieben wird, automatisiert, d. h. ohne manuelle Bedienungskraft
durchgeführt wird.
Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsformen der Erfindung, die ebenfalls
die meisten der nachfolgenden Ausführungsbeispiele als Varianten enthalten
kann, wird das Beurteilungskriterium jedes Mal überprüft. In diesem Fall wird
also keine Referenzposition abgespeichert, sondern es wird bei jedem
Schaltvorgang überprüft, ob das jeweilige Beurteilungskriterium erfüllt ist.
Bei der ersten Ausführungsvariante wird davon ausgegangen, daß sich die
Schaltmuffe zu Beginn des Verfahrens in einer neutralen Position befindet.
Diese neutrale Position kann beispielsweise durch eine Verrastung der
Getriebeelemente definiert sein. Ebenso kann die Schaltmuffe in einer
beliebigen Position entsprechend einer Stellung innerhalb der einer
Schaltgasse sein. Die Ausgangsposition wird durch den Kernmodus
identifiziert. Dies bedeutet, daß festgestellt werden kann, ob ein Gang oder
ein Neutralbereich zu Beginn des Verfahrens als Startposition vorlag.
Die Neutralposition kann beispielsweise vor einem anderen Vorgang gelernt
werden und der gelernte Wert der Neutralposition kann in einen Speicher
eingetragen oder gespeichert werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft,
wenn bei dem Lernvorgang die Neutralposition verrastet ist. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, daß beispielsweise der Schalthebel in der
Neutralposition durch eine Arretierung fixiert ist. Ebenso kann auch ein
anderer Gang im Getriebe eingelegt sein und der Schalthebel beispielsweise
vor einer Inbetriebnahme fixiert sein. Als Fixierung dient beispielsweise ein
Stift, der eine feste Position des Schalthebels oder eines anderen
Getriebeteiles gegenüber einem ortsfesten Bauteil, wie der Karosserie,
gewährleistet.
In einem ersten Verfahrensschritt wird durch die Sensoreinrichtung ein dieser
Position entsprechender Wert als Ausgangspositionswert festgehalten und
abgespeichert. Bei entsprechender Auslegung der Recheneinrichtung kann
dies z. B. die Null-Position sein. Die Schaltmuffe 20 wird dann mit der
Schaltwelle 21 in die Position gebracht, die der Darstellung in Fig. 3 en
tspricht. Dabei muß die Schaltmuffe aus der Neutralstellung, die in Fig. 3 mit
der strichpunktierten Linie und der gestrichelten Darstellung des zylindrischen
Ringes der Schaltmuffe 20 gekennzeichnet ist, den Weg /x zurücklegen.
Das Längenmaß /x entspricht bei der konstruktiven Auslegung der
Nennauslegung /nenn des Getriebes. Aufgrund der Fertigungs- und
Montagetoleranzen wird dieses theoretisch errechnete Maß /nenn das sich aus
der konstruktiven Auslegung von Schaltmuffe und Schaltverzahnung ergibt,
nur in wenigen Fällen genau erreicht werden.
Die Bestimmung des Bewertungskriteriums wird nun in bezug auf die Fig. 6
erläutert.
Um die Zähne von Schaltmuffe und Schaltzahnrad so weit in Eingriff zu
bringen, daß der Übergangsbereich von der jeweils hinteren Flanke 33 zur
vorderen Flanke 37 bzw. der hinteren Flanke 43 zur vorderen Flanke 47
übereinander liegt, wie dies in Fig. 6a dargestellt ist, muß die Schaltmuffe
um den Weg /₁ bewegt werden.
Bei einem tatsächlich ausgeführten Getriebe müssen bei der Bestimmung des
minimalen Weges alle Toleranzen des jeweils individuell ausgeführten
Getriebes in bezug auf die Bewegung der Schaltmuffe durch die Schaltstange
berücksichtigt werden.
Der minimale Verschiebungsweg errechnet sich ohne Berücksichtigung von
Spiel danach zu
Darin bezeichnet:
/1,min der beim aktuellen Getriebe erforderliche minimale rechnerische
Verschiebeweg, um bei allen möglichen Kombinationen von
zulässigen Bauteiltoleranzen von der Neutralstellung in die
Position 1 zu gelangen,
/1,nenn der rechnerische Verschiebungsweg gemäß konstruktiver Ausle
gung unter Berücksichtigung der Nennmaße,
i eine Laufvariable zur Bezeichnung der den Verschiebeweg
beeinflussenden Bauteile,
n die Anzahl der toleranzbehafteten Getriebeelemente, die an der
Verschiebung teilnehmen oder die Verschiebungsweite
beeinflussen,
Δti die Differenz zwischen dem der konstruktiven Auslegung
zugrundeliegenden Nennmaß des Bauteils i und dem kleinsten
tolerierten Wert der Abmessung dieses Bauteils in Wirkrichtung
der Länge / der Verschiebung unter Berücksichtigung des
Vorzeichens.
Bei einer Berücksichtigung von Spiel erweitert sich die Gleichung (1)
entsprechend.
Um die Schaltmuffe in die voll eingerückte Position 2 zu verschieben ist ein
Verschiebeweg /₂ zurückzulegen. Die Position 2 ist somit der Zustand, bei
dem entweder die Spitze 39 der Schaltmuffe 20 gegen den Ring der
Schaltverzahnung 18 stößt oder die Spitze 49 eines der Zähne 43 der
Schaltverzahnung gegen den Ring 30 der Schaltmuffe 20 oder gegen einen
anderen Anschlag.
Bei einem ausgeführten Getriebe kann /₂ einen Größtwert nach folgender
Formel annehmen:
Darin bezeichnet:
/2,max der beim aktuellen Getriebe maximal mögliche rechnerische
Verschiebeweg, um von der Neutralstellung in die Position 2 zu
gelangen,
/2,nenn der rechnerische Verschiebungsweg gemäß konstruktiver
Auslegung unter Berücksichtigung der Nennmaße,
i eine Laufvariable zur Bezeichnung der den Verschiebeweg
beeinflussenden Bauteile,
n die Anzahl der toleranzbehafteten Getriebeelemente, die an der
Verschiebung teilnehmen oder die Verschiebeweite beeinflussen,
Δti die Differenz zwischen dem der konstruktiven Auslegung
zugrunde liegenden Nennmaß des Bauteils i und dem kleinsten
tolerierten Wert der Abmessung dieses Bauteils in Wirkrichtung
der Länge / der Verschiebung unter Berücksichtigung des
Vorzeichens.
In gleicher Weise läßt sich errechnen, wie gering der Verschiebeweg sein
kann, um ein Aneinanderstoßen von Spitze und Ring zu erreichen, wenn alle
Toleranzen sich entsprechend addieren. In diesem Fall gilt:
Darin bezeichnet:
/2,min den beim aktuellen Getriebe minimal mögliche rechnerische
Verschiebeweg, um von der Neutralstellung in die Position 2 zu
gelangen,
/2,nenn den rechnerischen Verschiebungsweg gemäß konstruktiver
Auslegung unter Berücksichtigung der Nennmaße,
i eine Laufvariable zur Bezeichnung der den Verschiebeweg
beeinflussenden Bauteile,
n die Anzahl der toleranzbehafteten Getriebeelemente, die an der
Verschiebung teilnehmen oder die Verschiebeweite beeinflussen,
Δti die Differenz zwischen dem der konstruktiven Auslegung
zugrunde liegenden Nennmaß des Bauteils i und dem größten
tolerierten Wert der Abmessung dieses Bauteils in Wirkrichtung
der Länge / der Verschiebung unter Berücksichtigung des
Vorzeichens.
Daraus läßt sich ableiten, daß die Schaltmuffe die Endstellung erreicht hat,
wenn der Verschiebeweg größer oder gleich /2,min und kleiner oder gleich /2,max
ist.
Bei der Durchführung des Positions-Erkennungsverfahrens erfaßt die
Recheneinrichtung also zunächst den Ausgangswert des Sensors in einer
Stellung, wie der der neutralen Stellung (Position 0). Ebenso kann von einer
beliebigen anderen Stellung ausgegangen werden. Dann wird die Schaltstange
in üblicher Weise betätigt und das sich dann ergebende Ausgangssignal des
Sensors erfaßt (Position 2). Aus der Differenz der beiden Positionen berechnet
die Recheneinrichtung den gemessenen Verschiebeweg /mess. Ist der gemes
sene Verschiebeweg /mess größer als /2,min kann davon ausgegangen werden,
daß die Endposition des Schaltvorganges erreicht ist und daß das
positionsveränderliche Getriebeelement in der Endposition ist. Dieser Punkt
wird als Referenzwert für die Position 2 abgespeichert, und es wird dann
durch die Recheneinrichtung die Länge Δ/ bestimmt:
Darin bezeichnet:
Δ/ die Differenz zwischen der Position 2 und der Position 1 beim
aktuellen Getriebe,
Δ/nenn den rechnerischen Verschiebungsweg zwischen Position 2 und
Position 1 gemäß konstruktiver Auslegung unter
Berücksichtigung der Nennmaße,
i eine Laufvariable zur Bezeichnung der den Verschiebeweg
beeinflussenden Bauteile,
n die Anzahl der toleranzbehafteten Getriebeelemente, die an der
Verschiebung teilnehmen oder die Verschiebeweite beeinflussen,
Δti die Differenz zwischen dem der konstruktiven Auslegung
zugrunde liegenden Nennmaß des Bauteils i und dem kleinsten
tolerierten Wert der Abmessung dieses Bauteils in Wirkrichtung
der Länge / der Verschiebung unter Berücksichtigung des
Vorzeichens.
Der zu Δ/ gehörende Sensorwert wird als Referenzwert im Speicher
abgespeichert.
Es ist während des Betriebes nicht erforderlich abzuwarten, bis die
Schaltverzahnung die Endposition, definiert durch /₂ erreicht hat. Die
Kupplung kann, um den Schaltvorgang zu beschleunigen, vielmehr bereits
dann geschlossen werden, wenn die Schaltverzahnung die in Fig. 6a
gezeigte Position erreicht hat bzw. um eine vorbestimmte Strecke über diese
Position hinaus verschoben wurde. Sobald dieser Punkt erreicht wird, kann
die Kupplung geschlossen werden.
Da man aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre davon ausgehen kann, daß
der Punkt /max unter den genannten Bedingungen präzise erreicht worden ist,
läßt sich die Länge Δ/ sehr genau festlegen, da diese nur noch von den
Toleranzen der, Schaltzahnlänge abhängig ist. Es wird somit auf diese Weise
ein präziser Punkt erreicht, an welchem von einer funktionsgerechten Erfül
lung des Schaltvorganges ausgegangen werden kann, so daß die Kupplung
bereits zu einem frühen Zeitpunkt geschlossen werden kann.
Würde man sich bei der Ermittlung des Sensorwertes für die Position 1 allein
auf eine Berechnung verlassen, so müßten alle Toleranzen der betroffenen
Bauteile berücksichtigt werden, und es müßte ein Punkt für das
Wiedereinrücken der Kupplung definiert werden, der weitaus näher am
maximalen Verschiebeweg liegt, als dies bei der erfindungsgemäßen Lösung
der Fall ist.
Bei der ersten Ausführungsvariante wurde davon ausgegangen, daß die
Verschiebung aus einer bekannten Neutralposition heraus erfolgt.
Bei der zweiten Ausführungsvariante wird davon ausgegangen, daß die
Neutralposition nicht bekannt ist, daß aber nebeneinanderliegende
Schaltverzahnungen vorgesehen sind, wie dies auch in Fig. 1
gekennzeichnet ist.
Bei dieser Ausführungsvariante wird die Schaltmuffe zunächst mit der
Schaltverzahnung 22 des Zahnrades 18 und dann mit der Schaltverzahnung
23 des Zahnrades 19 in Eingriff gebracht.
In diesem Fall werden die Sensorausgangssignale in zwei Positionen erfaßt,
nämlich in der Position des Eingriffes mit der Schaltverzahnung 22 (Position 1)
und des Eingriffes mit der Schaltverzahnung 23 (Position 2). Aus der Differenz
der beiden Positionen ergibt sich ein Verschiebeweg /₂, wie dies in Fig. 7
dargestellt ist. Dieser Verschiebeweg / wird danach beurteilt, ob er größer ist
als ein minimaler Wert, wobei in diesem Fall gilt:
Darin bezeichnet:
/2,min den Verschiebeweg zwischen der Position 1 und der Position 2
beim aktuellen Getriebe,
Δ/2,nenn den Verschiebeweg zwischen der Position 1 und der Position 2
beim gemäß konstruktiver Auslegung unter Berücksichtigung der
Nennmaße,
i eine Laufvariable zur Bezeichnung der den Verschiebeweg
beeinflussenden Bauteile,
n die Anzahl der toleranzbehafteten Getriebeelemente, die an der
Verschiebung teilnehmen,
Δti die Differenz zwischen dem der konstruktiven Auslegung
zugrunde liegenden Nennmaß des Bauteils i und dem größten
tolerierten Wert der Abmessung dieses Bauteils in Wirkrichtung
der Länge / der Verschiebung unter Berücksichtigung des
Vorzeichens.
Ist der Verschiebeweg / größer oder gleich dieses berechneten minimalen
Verschiebeweges, wird davon ausgegangen, daß die erste und die zweite
Position die jeweiligen Endpositionen waren. Ist der Verschiebeweg geringer,
wird davon ausgegangen, daß ein Kontakt Spitze-Spitze oder ein Kontakt der
vorderen Flanken miteinander stattgefunden hat. In diesem Fall wird die
Messung wiederholt, wobei dafür gesorgt wird, daß die Getrieberäder sich
gegeneinander verdrehen können. Die Messung wird so lange wiederholt, bis
der entsprechende Wert für /₂ erreicht worden ist.
Durch dieses Verfahren sind die Endpunkte der Bewegung der Schaltmuffe
gegenüber den beiden Schaltverzahnungen als Positions-Referenzwerte
bekannt. Aus diesen Endpunkten wird dann in gleicher Weise wie bei der
ersten Ausführungsvariante jeweils ein Eingriffspunkt definiert, welcher einen
Abstand Δ/ von den jeweiligen Endpositionen aufweist und der die Position
definiert, ab welcher die Kupplung geschlossen werden kann. Diese Position,
bzw. die dazugehörenden Sensorwerte werden vorzugsweise ebenfalls als
Referenz-Positionswerte im Speicher abgespeichert.
Bei der 3. Ausführungsvariante wird der Verschiebeweg während des
Lernvorganges nicht mit einem berechneten Wert verglichen. Es wird vielmehr
eine Mehrzahl von Schaltverfahren durchgeführt, wobei dafür gesorgt wird,
daß die Zahnräder sich zwischen den Schaltoperationen unabhängig
voneinander drehen können. Die jeweils mit der Sensoreinrichtung
gemessenen Endpositionen während der einzelnen Schaltvorgänge werden
abgespeichert. Aus den einzelnen Meßwerten für die Endpositionen werden
die Maximalwerte bestimmt. Wenn eine ausreichend hohe Anzahl von
Schaltvorgängen ausgeführt worden ist, kann davon ausgegangen werden,
daß wenigsten bei einem Schaltvorgang die Maximalposition, d. h. die Position
mit vollständig eingerückter Schaltmuffe erreicht worden ist. Die
Maximalwerte können deshalb als Positionen des vollständigen Eingriffes
angesehen und entsprechend gespeichert werden.
Bei diesem Verfahren wird vorausgesetzt, daß eine kontinuierliche Weg- oder
Winkelmessung an einem Bauteil durchgeführt wird, das mit der Schiebemuffe
eines Schaltgetriebes oder einem Schiebezahnrad kinematisch verbunden ist.
Es wird zunächst ein Gang eingelegt und der Sensorwert gespeichert.
Anschließend wird ein anderer Gang eingelegt oder geschaltet. Dabei müssen
die Verzahnungen, in die die bewegten Schaltverzahnungen eingreifen sollen,
kinematisch miteinander gekoppelt sein, z. B. in der Art, daß beide Gangräder
auf Zahnräder der Getriebeeingangswelle wirken. Durch die unterschiedlichen
Teilungen der Schaltverzahnungen ist es sehr wahrscheinlich, daß bei der
Schaltung sich die Schiebemuffen und/oder das Schieberad und die
gegenüberliegenden Schaltverzahnungen zueinander leicht verdrehen. Diese
Verdrehung stellt sicher, daß eine vorher möglicherweise vorliegende,
ungünstige Stellung der Verzahnung der Gangpaarung (hier beispielsweise
Spitze-Spitze-Stellung) nicht mehr vorliegt. Dann wird wieder der erste Gang
eingelegt und der dann vorliegende Sensorwert mit dem ersten Sensorwert
verglichen. Werden größere Werte als "Verzahnung weiter eingespart"
interpretiert, so ergeben sich die folgenden Möglichkeiten und die
dazugehörigen Auswertungen.
- 1) Der erste Sensorwert ist größer als der zweite Sensorwert plus ε
(Sensorwert 1<(Sensorwert 2 + ε)).
Diese Konstellation der Sensorwerte kann bedeuten, daß beim ersten
Schaltvorgang oder Gangeinlegen der Gang eingelegt war und beim zweiten
Schaltvorgang beispielsweise ein Zustand "Spitze-Spitze" vorgelegen hat.
In diesem Falle kennzeichnet der erste Sensorwert den eingelegten Gang.
- 2) Der erste Sensorwert ist kleiner als der zweite Sensorwerte minus ε
(Sensorwert 1 - (Sensorwert 2 - ε)).
Diese Sensorwertkombination kann in der Art interpretiert werden, daß
beim zweiten Schaltvorgang der Gang eingelegt ist und beim ersten
Schaltvorgang der Gang nicht oder im Zustand "Spitze-Spitze" vorliegend
war. In diesem Fall wird der zweite Sensorwert als gültiger Wert für den
eingelegten Gang verwendet.
- 3) In den sonstigen Fällen war in beiden Fällen der Gang eingelegt und beide
Sensorwerte kennzeichnen den eingelegten Gang.
Bei den obigen Fällen bezeichnet ε eine festzulegende Differenz, die der
Sensorsignaländerung über der Hinterlegungslänge (minus etwaigem Spiel und
Maßtoleranzen) entspricht. Der dritte Fall kann in unwahrscheinlich geringem
Maße auch zweifache "Spitze-Spitze"-Zustände umfassen, bei welchen beide
Male ein Gang nicht eingelegt ist. Weiterhin ist es auch möglich, einen Gang
auch häufiger als zweimal einzulegen und/oder verschiedene Gänge
zwischendurch einzulegen.
Eine mögliche Schaltfolge zur Überprüfung aller Gänge kann beispielsweise
wie folgt ausgelegt sein:
1-2-1-2-3-4-3-4-5-R-5-R oder
1-2-1-3-2-4-3-4-5-R-5-4-R.
Dabei wird jeder Gang mindestens zweimal eingelegt. Ebenso kann ein
Wechsel über die Gassen durchgeführt werden.
Weiterhin sind beliebige Kombinationen der Gangreihenfolge denkbar, bei
welchen jeder Gang zumindest zweifach eingelegt wird.
Eine weitere Möglichkeit zwischen dem mehrkanaligen Einlegen eines Ganges
zur Überprüfung der Ruheposition die Getrieberäder und/oder die
Schaltverzahnungen zu verdrehen, ist, bei laufendem Motor zwischen den
beiden Schaltvorgängen den Neutralgang einzulegen und die Kupplung
zumindest teilweise zu schließen oder schleifen zu lassen. Durch die
Motordrehung wird eine Getriebewelle oder werden die Getrieberäder gedreht.
Ebenso kann es zweckmäßig sein, die Getriebeausgangswelle zu bewegen,
wie beispielsweise durch ein Drehen der Antriebsräder. Dies kann manuell
oder maschinell, wie automatisch, erfolgen.
Ebenso können diskrete Sensoren eingesetzt werden, die bei der
Inbetriebnahme einmalig adaptiert werden.
Diesem Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, daß der Eingriff
Spitze-Spitze oder eine Berührung nur im vorderen Teil der Flanken ein relativ
unwahrscheinliches Ereignis ist. Wird die Positionierung des
Getriebeelementes des öfteren wiederholt und dafür Sorge getragen, daß sich
die Eingriffsbedingungen ändern, so ist es sehr unwahrscheinlich, daß sich
diese Ereignisse wiederholen. Man kann also, nachdem eine vorbestimmte An
zahl von Schaltvorgängen durchgeführt worden ist, davon ausgehen, daß die
möglichen Endpositionen erreicht worden sind. Aus den gemessen
Endpositionen können auch hier die Positionen bestimmt werden, bei deren
Erreichen die Kupplung geschlossen werden kann. Die vorbestimmte Anzahl
ist vorzugsweise mindestens 2.
Bei der 4. Ausführungsvariante wird das Drehmoment, welches in das
Getriebe eingeleitet wird, überwacht.
Dazu wird, wenn das Getriebe zu diesem Zeitpunkt im Fahrzeug montiert ist,
vorzugsweise der im Fahrzeug angeordnete Motor verwendet. Der Motor wird
im Leerlauf betrieben, d. h. bei geöffneter Kupplung und mit der Schaltmuffe in
der neutralen Stellung. Dann wird das Schaltgestänge 21 betätigt und der
Gang eingelegt. Sobald der Gang eingelegt ist, wird die Kupplung ge
schlossen. Dieses geschieht vorzugsweise Weg-gesteuert, das heißt, daß die
Kupplung nicht nur zwischen der ganz geöffneten und der ganz
geschlossenen Position bewegt werden kann, sondern daß auch
Zwischenpositionen erreichbar sind. Derartige Kupplungssteuerungen sind z. B.
bei automatischen Kupplungssystemen verwirklicht.
Wenn der Gang eingelegt ist und die Kupplung den sogenannten Greifpunkt
überwunden hat, wird ein Drehmoment auf die Antriebsräder übertragen.
Dieser Drehmomentanstieg wird in geeigneter Weise detektiert und damit
festgestellt, daß der Gang korrekt eingelegt ist. Ist der Gang nicht eingelegt,
gibt es keinen Drehmomentanstieg.
Der Drehmomentanstieg kann über die Motorsteuerung oder über einen
geeigneten Geber an der Motorausgangswelle oder im Kupplungsbereich
erfaßt werden. Um eine Beschädigung des Antriebes zu verhindern, wird,
sobald der Drehmomentanstieg detektiert worden ist, die Kupplung wieder
gelöst.
Die zum Zeitpunkt des Drehmomentanstieges erfaßten Ausgangssignale der
Sensoreinrichtung werden als Referenz-Positionswerte in der
Speichereinrichtung abgespeichert und während des Betriebes werden die
aktuell gemessenen Sensor-Positionswerte dann jeweils mit diesen
Referenzwerten verglichen.
Die 5. Ausführungsvariante arbeitet in ähnlicher Weise wie die 4.
Ausführungsvariante. Während dort jedoch ein Anstieg des Drehmoments
festgestellt wird, wird bei der 5. Ausführungsvariante als
Beurteilungskriterium ein Abfall der Drehzahl festgestellt. Auch hier wird
vorzugsweise der im Fahrzeug vorgesehene Antriebsmotor verwendet, um
über die Kupplung 3 und die Getriebeeingangswelle die Getriebezahnräder
anzutreiben. Die Schaltmuffe wird durch die Schaltwelle betätigt und bewirkt
den Eingriff zwischen den Zähnen von Schaltmuffe und Schaltverzahnung. Die
Kupplung wird vorzugsweise Weg-gesteuert geschlossen, und es wird
festgestellt, wenn infolge des Schließens der Kupplung die Drehzahl des
Motors abfällt.
Bei der 4. und der 5. Ausführungsvariante besteht die Gefahr, daß bei nicht
ausreichendem Einlegen des Ganges eine Ratterbewegung entsteht. Um diese
so schnell wie möglich abstellen zu können, kann, vorzugsweise nur für den
Vorgang der erstmaligen Positionserkennung, ein Schwingungsgeber oder
Positionssensor am Getriebe oder in dessen Nähe vorgesehen sein, der die
Schwingungen im Getriebe unmittelbar oder die vom Getriebe aus gesteuerten
Schallwellen erfaßt und eine Beendigung des Versuches durch Rückführung
der Schaltwelle in die neutrale Position oder durch das Öffnen der Kupplung
veranlaßt, sobald die Ratterschwingungen oder das Rattergeräusch erkannt
werden. Der Positionssensor kann ebenfalls Schwingungen erfassen, die als
Signale von einer Steuereinheit verarbeitet werden können.
Abwandlungen der vorher beschriebenen Ausführungsvarianten
Bei der zuvor beschriebenen 4. und 5. Ausführungsvariante wurde davon
ausgegangen, daß das Getriebe im Fahrzeug eingebaut ist und durch den im
Fahrzeug eingebauten Antriebsmotor betätigt wird. Ein entsprechendes
Vorgehen ist auch bei der 1. bis 3. Ausführungsvariante möglich.
Die Ausführung mit dem im Fahrzeug eingebauten Getriebe hat den Vorteil,
daß eine Sensoreinrichtung verwendet werden kann, die die Position des
Betätigungselementes in bezug auf das Fahrzeug und nicht unmittelbar in
bezug auf das Getriebe festlegt. Die Sensoreinrichtung kann also z. B.
unmittelbar an dem vom Benutzer betätigten Schalthebel angeordnet werden.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, die vorgenannten Ausführungsvarianten vor
Einbau des Getriebes in das Fahrzeug anzuwenden. In diesem Fall muß die
Sensoreinrichtung jedoch die Position des Betätigungselementes, also
beispielsweise der Schaltstange, in bezug auf das Getriebegehäuse selbst
erfassen. Vorzugsweise wird man dabei in der Weise vorgehen, daß ein
getriebespezifischer Speicherbaustein vorgesehen ist, der beispielsweise im
Getriebegehäuse vorgesehen ist oder der in eine entsprechende, im Fahrzeug
dann vorgesehene Leseeinrichtung integriert wird, oder dessen Daten in eine
im Fahrzeug eingerichtete Speichereinrichtung übertragen werden, und in
welchen die entsprechenden Positions-Referenzwerte abgespeichert werden.
Es ist dann möglich, die Lernvorgänge der beschriebenen Ausführungsva
rianten auf einem Prüfstand nach der Fertigung des Getriebes und vor dem
Einbau des Getriebes in das Fahrzeug auszuführen und das Getriebe erst dann
in das Fahrzeug einzubauen. Dies hat den Vorteil, daß der Aufwand bei der
Fahrzeugmontage verringert werden kann. Weiterhin ist es bei dieser
Abwandlung möglich, ein Getriebe in der Werkstatt auszuwechseln, ohne den
Lernvorgang erneut auszuführen. Bei einer weiteren Abwandlung, die
insbesondere bei der 4. und 5. Ausführungsvariante von Vorteil ist, wird der
Lernvorgang bei eingebautem Getriebe ausgeführt, aber eine Drehbewegung
der Antriebsräder zugelassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel steht also das
Fahrzeug z. B. auf einem Rollenprüfstand. Dabei kann sowohl eine aktive als
auch eine passive Durchführung des Lernvorganges erfolgen.
Bei der aktiven Durchführung des Lernvorganges wird der im Fahrzeug
angeordnete Motor betätigt, um das Getriebe anzutreiben. Bei eingerückter
Kupplung werden über das Getriebe die Antriebsräder betätigt. Die Drehzahl
der Antriebsräder wird in geeigneter Weise erfaßt. Dies kann z. B. über im
Fahrzeug angeordnete Rad-Drehzahlsensoren erfolgen, die bei einem, mit einer
Antischlupf-Regelung ausgestatteten Fahrzeug, ohnehin benötigt werden.
Wenn das Fahrzeug auf Rollen aufgestellt ist, kann die Drehzahl aber auch
unmittelbar über die Rollen erfaßt werden.
Insbesondere bei der letzten Variante, bei der das Fahrzeug auf Rollen
aufsteht, ist es auch möglich, die Rollen zu bremsen, so daß über die
Antriebsräder ein Drehmoment auf die Rollen aufgebracht wird, welches dann
in geeigneter Weise erfaßt wird.
Bei dieser Abwandlung kann also während des Schaltvorganges festgestellt
werden, welche Drehzahl und ggf. auch welches Drehmoment durch den
Motor aufgebracht wird. Wird gleichzeitig auch die Drehzahl des
Antriebsmotors erfaßt, kann auch das jeweilige Übersetzungsverhältnis
bestimmt werden, so daß aus den Meßergebnissen nicht nur ermittelt werden
kann, ob das positionsveränderliche Getriebelement sich in einer vor
bestimmten Position befindet, sondern auch ermittelt werden kann, welche
Übersetzung in dieser Position erreicht worden ist.
Außer der aktiven Methode kann auch eine passive Methode angewendet
werden, bei welcher der Fahrzeugmotor stillsteht. In diesem Fall wird die
Drehbewegung über die Antriebsräder auf das Getriebe aufgebracht und es
wird in gleicher Weise, wie bei der vorstehend beschriebenen 4. und 5.
Ausführungsvariante festgestellt, wann ein Abfall der Drehzahl bzw. ein
Anstieg des vom Fremdantrieb übertragenen Drehmomentes erfolgt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsvarianten
wurden alle in bezug auf die Anwendung bei Schaltgetrieben beschrieben.
Eine entsprechende Anwendung ist auch bei stufenlos übersetzenden
Getrieben möglich.
Die Fig. 8 zeigt ein Teil eines stufenlos übersetzenden Getriebes, wie es
auch in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Das dargestellte Getriebe ist ein
Umschlingungsgetriebe, von dem aus Gründen der Übersichtlichkeit aber nur
ein Teil dargestellt ist. Das Umschlingungsgetriebe weist ein erstes
Scheibenpaar mit zwei Scheiben 101, 102 auf, die koaxial zueinander
angeordnet sind sowie ein zweites Scheibenpaar mit Scheiben 111 und 112.
Die beiden Scheibenpaare sind über ein Umschlingungsmittel 105 miteinander
verbunden, welches ein aus Kunststoff oder ähnlichem Material bestehender
Riemen, ein Metallband, eine entsprechende Kette oder dergleichen sein kann.
Das Umschlingungsmittel ist im Querschnitt in etwa trapezförmig, wobei die
Seitenkanten 106, 107 auf entsprechend gestalteten abgeschrägten Kanten
108, 109 des oberen Scheibenpaares bzw. 115, 116 des unteren
Scheibenpaares laufen.
Wird der Abstand des Scheibenpaares 101, 102, 108 und 109 geändert,
ändert sich die Position des Umschlingungsmittels 105 und damit auch der
wirksame Radius zur Übertragung des Drehmomentes.
Die Abstandsveränderung wird bewirkt, in dem z. B. die Scheibe 101
festgehalten und die Scheibe 102 durch eine geeignete, mechanische oder
hydraulische Einrichtung in Richtung des Pfeiles 120 bewegt wird.
Bei dieser Ausführungsform ist die Scheibe 102 das positionsveränderliche
Getriebeelement. Dieses positionsveränderliche Getriebeelement ist mit einem
Betätigungselement verbunden, das seinerseits mit einer Sensoreinrichtung
verbunden ist, die die Position des Betätigungselementes erfaßt.
Für d 41230 00070 552 001000280000000200012000285914111900040 0002019731842 00004 41111ie Festlegung der Postition des positionsveränderlichen
Getriebeelementes 102 wird vorzugsweise die zuvor für das Schaltgetriebe
verwendete 1. und 2. Ausführungsvariante verwendet.
Bei der 1. Ausführungsvariante kann das Betätigungselement in eine
vorbestimmte neutrale Stellung oder eine andere Stellung gebracht werden
und von dieser Stellung aus vorzugsweise die beiden Extrempositionen
angefahren, wobei die Position 1 die Position mit der kleinsten Übersetzung
und die Position 2 die Position mit der größten Übersetzung definiert. Diese
Positionen werden als Positions-Referenzwerte im Speicher abgespeichert. Die
Zwischenwerte können dann ermittelt werden, indem die Scheibe um das
entsprechende Maß aus der Neutralstellung verschoben wird, wobei die Diffe
renz der Strecke zwischen der Neutralstellung und den jeweiligen
Extrempositionen als Bezugsgröße dient.
Alternativ dazu kann auch die 2. Ausführungsvariante verwendet werden,
nach dem das positionsveränderliche Getriebeelement zunächst in die Position
1 und dann in die Position 2 bewegt und die Sensorwerte dann jeweils als
Referenzwerte abgespeichert werden. Eine der beiden Positionen wird als
Ausgangsposition verwendet und der gewünschte Verschiebeweg in bezug
auf die Gesamtstrecke zwischen diesen beiden Positionen definiert und zu
dem als Bezugspunkt gewählten Positions-Referenzwert addiert.
Es ist bei dieser Gestaltung weiterhin möglich, statt den Extrempositionen,
oder auch zusätzlich zu diesen, Zwischenpositionen zu erfassen, wobei in
diesem Fall vorzugsweise ebenfalls der Antriebsmotor des Fahrzeuges dazu
dient, das Getriebe anzutreiben. Die Ausgangsdrehzahl des Getriebes wird
dann über einen geeigneten Drehzahlgeber, wiederum z. B. über die
ABS-Sensoren oder über eine Drehzahl-Meßeinrichtung, die in Verbindung mit der
Getriebeausgangswelle oder einem vom Getriebe angetriebenen Rad gebracht
wird, erfaßt. Die gemessenen Übersetzungswerte werden dann in der
Speichereinrichtung in bezug auf die jeweils gleichzeitig erfaßten Werte der
Sensoreinrichtung abgespeichert, so daß der Bezug zwischen Übersetzung
und Sensoreinrichtung für das aktuelle ausgeführte Getriebe festgelegt
werden kann.
Statt des hier dargestellten stufenlosen Getriebes mit einem
Umschlingungsgetriebe können auch andere Bauformen von stufenlos
übersetzenden Getrieben verwendet werden, wie beispielsweise
Torodialgetriebe, Kegelwälzgetriebe und dergleichen. Weiterhin ist es möglich,
daß das Getriebe mit einem Zahnradgetriebe, mit parallelen Wellen oder mit
Planetenradsätzen kombiniert ist.
Die Erfindung wurde vorstehend in bezug auf ein herkömmliches
Schaltgetriebe und in bezug auf ein stufenlos übersetzendes Getriebe
beschrieben. Die Erfindung kann auch in automatischen, halbautomatischen
oder Schaltgetrieben angewendet werden, welche mit Planetenradsätzen
arbeiten. Bei einem typischen automatischen Getriebe, wie es in
Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, sind in der Regel zwei Planetenradsätze
vorgesehen, bei denen ein inneres Zentralrad, d. h. ein üblicherweise als Ritzel
ausgeführtes Sonnenrad, ein Planetenträger mit zwei oder drei Planeten sowie
ein äußeres Zentralrad, üblicherweise als Hohlverzahnung ausgeführt,
vorgesehen sind. Die Änderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt, indem
die Drehung der verschiedenen Elemente blockiert oder freigegeben wird.
Das Bremsen und Lösen der einzelnen Elemente erfolgt z. B. über
entsprechende Bremseinrichtungen, die von einer ersten Position, in der sie
die Bewegung des Elementes nicht behindern, in eine zweite Position, in der
sie die Bewegung des Elementes blockieren, bewegt werden. Um die
Bremseinrichtungen zu betätigen, sind Betätigungseinrichtungen vorgesehen,
die z. B. hydraulisch betätigt werden.
Auch hier ist, gemäß der Lehre der Erfindung, eine Sensoreinrichtung
vorgesehen, welche die Bewegung des jeweiligen Betätigungselementes
erfaßt. Dabei lassen sich im Prinzip alle vorstehend beschriebenen
Ausführungsvarianten anwenden, d. h. die Bewegung von einer
Neutralstellung heraus, die Bewegung von einer extremen Position zu anderen
extremen Position, das statistische Verfahren, sowie auch die Variante, bei
welcher eine Änderung des Drehmomentes bzw. der Drehzahl festgestellt
wird.
Die beiden letzteren Varianten sind insbesondere aber nicht ausschließlich
dann von Bedeutung, wenn die Planetenradsätze nicht, wie bei heutigen
derartigen Getrieben üblich, mit einem hydrodynamischen Wandler, sondern
mit einer mechanischen Kupplung, vorzugsweise einer
Ein-Scheiben-Trockenkupplung versehen sind, wobei dann vorzugsweise eine automatisch
betätigte Kupplung Verwendung findet.
Die erfindungsgemäß verwendete Sensoreinrichtung kann, je nach
Getriebetyp, sehr unterschiedlich gestaltet werden.
Wie bereits ausgeführt, kommen als Sensoreinrichtung alle Formen bekannter
Weggeber, also insbesondere induktive, kapazitive, Schrittimpuls- und
optische Geber in Frage. Da bei einem Kraftfahrzeuggetriebe in der Regel eine
höhere Anzahl von Gängen, meistens 6 Fahrgänge, inklusive des
Rückwärtsganges, oder mehr, verwendet wird, muß die Sensoreinrichtung die
Bewegung üblicherweise in mehrere Richtungen erfassen.
Bevorzugt wird die Sensoreinrichtung bei einem manuell geschalteten Getriebe
im Bereich des Schalthebels oder des Schaltgestänges, d. h. der Verbindung
zwischen dem Schalthebel und dem Getriebe, angeordnet. Fig. 9a zeigt das
Gestänge eines bestimmten Typs eines herkömmlichen Schaltgetriebes, bei
welchem die Schaltstange 200 eine translatorische Bewegung in Richtung des
Doppelpfeiles 201 und eine Rotationsbewegung in Richtung des Doppelpfeiles
202 ausführen kann. Um die Referenzpositionen einer solchen Schaltstange
zu ermitteln, ist es erforderlich, einen Wegsensor vorzusehen, welcher die
Bewegung in Richtung des Pfeiles 201 und einen Drehwinkelsensor, welcher
die Bewegung in Richtung des Pfeiles 202 erfaßt. Derartige Weg- und
Drehwinkelsensoren sind im Stand der Technik bekannt und brauchen deshalb
hier nicht im einzelnen erläutert zu werden.
Erfordert das Schalten des Getriebes eine Bewegung des Schaltgestänges in
zwei oder drei Ebenen, werden entsprechend zwei oder drei Sensoren zur
Erfassung der Bewegung in der jeweiligen Richtung vorgesehen. Dabei wird
man aus Gründen der Einfachheit, wenn nicht die konstruktive Gestaltung
entgegensteht, die Bewegungskomponenten in einem karthesischen Koordi
natensystem erfassen und aus den gemessenen Größen die Ver
schiebebewegung in der Ebene oder im Raum ermitteln.
Die Fig. 9b zeigt in der Zeitenansicht und die Fig. 9c in der Draufsicht die
Erfassung der Bewegung eines herkömmlichen Schalthebels in einer
zweidimensionalen Ebene.
Der Schalthebel 210 wird durch die Öffnung einer Sensoreinrichtung 211
geführt.
Diese Sensoreinrichtung weist einen rechtwinkeligen Rahmen 212 mit zwei
parallel zueinander angeordneten Längsschenkeln 213 und 214 sowie zwei
senkrecht dazu angeordnete kurze Schenkel 215 und 216 auf. Parallel zu den
langen Schenkeln 213, 214 ist ein Verschiebeelement 220 angeordnet,
welches derart gestaltet ist, daß es sich immer parallel zu den Schenkeln 213
und 214 bewegt. Rechtwinkelig dazu ist ein Verschiebeelement 221 vor
gesehen, welches in entsprechender Weise derart gestaltet ist, daß es sich
immer parallel zu den kurzen Schenkeln 215, 216 bewegt.
In einem der Schenkel 213, 214 und in einem der Schenkel 215, 216 ist eine
Längenmeßeinrichtung vorgesehen, beispielsweise eine
Schritterfassungseinrichtung oder dergleichen, welche die Position des
Verschiebeelementes 221 in bezug auf den Schenke 213 erfaßt. In
entsprechender Weise ist der Schenkel 215, 216 mit einer Positionserken
nungs-Einrichtung für das Verschiebeelement 220 ausgestattet.
Wird der Schalthebel 210 innerhalb dieser Sensoreinrichtung 211 bewegt,
bewegen sich die Verschiebeelemente 220 und 221 entsprechend. Die
Positionsänderung der Verschiebeelemente wird erfaßt, so daß zu jedem
Zeitpunkt aus den Positionen dieser beiden Verschiebeelemente die Position
des Schalthebels bestimmt werden kann. Mit einer derartigen
Sensoreinrichtung ist es möglich, die Verschiebung eines
Betätigungselementes oder eines Teiles eines Betätigungselementes in einer
Ebene genau zu erfassen. Beispielsweise bei der Inbetriebnahme des
elektronischen Kupplungsmanagementsystems, wie der automatisierten
Kupplung, kann es zweckmäßig sein, wenn eine Kraft, wie die maximale Kraft
bei einem Gangschaltvorgang detektiert wird und anhand dieser Kraft die
Schwellenwerte definiert und festgelegt werden, die bei dem Betrieb des
Fahrzeuges als Auskuppelschwellen verwendet werden, bei welchen bei einer
Schalthebelbetätigung die Kupplung ausgerückt wird. Erfolgt bei der
Inbetriebnahme die Schalthebelbetätigung zu schnell, kann bei einer
festgelegten Taktrate zur Abtastung der Sensoren ein Zustand auftreten, daß
die maximale Kraft in einen Zeitbereich fällt, in welchem kein Sensorwert
erfaßt wird. Um dies zu vermeiden, kann die Dauer des Schalvorganges
detektiert werden und bei Unterschreitung einer vorgebbaren Zeitdauer des
Schaltvorganges kann ein Signal erzeugt werden, so daß der Schaltvorgang
erneut und verlangsamt durchgeführt wird um den Wert der maximalen Kraft
bei dem Schaltvorgang erneut zu detektieren.
Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn der bestimmte Wert der maximalen
Kraft, welcher als zu gering bewertet wird, weil der Schaltvorgang zu schnell
war, um einen festen Wert erhöht wird. Dieser dann so korrigierte Wert kann
im späteren Betrieb durch eine Adaption der Betätigungskraft beim
Schaltvorgang an den tatsächlichen Wert angepaßt werden.
Die Fig. 9d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung,
die geeignet ist, die Position eines Betätigungselementes zu erfassen. Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Position des Schalthebels 240 erfaßt,
der sich innerhalb einer Kulisse 241 bewegt. Die gezeigte Kulisse entspricht
dem bei Schaltgetrieben üblichen H-Schema, wobei neben dem H, welches
die Gänge 1, 2, 3, 4 definiert, links, in der Darstellung der Fig. 9d gesehen,
eine Kulissenöffnung für den Rückwärtsgang vorgesehen ist, in den der
Schalthebel vorzugsweise erst nach Überwindung eines gewissen
Widerstandes geführt werden kann, sowie rechts eine entsprechende
Kulissenöffnung, welche die Position des Schalthebels für den 5. Gang
definiert.
Entlang der Bewegungsbahn des Schalthebels ist ein Meßaufnehmer 245
vorgesehen, welcher beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9d zu beiden
Seiten der einzelnen Kulissenöffnungen vorgesehen ist. Wird der Schalthebel
nun in der Kulisse bewegt, so wird diese Bewegung vom Meßaufnehmer 245
aufgenommen, woraus sich dann die aktuelle Position des Schalthebels
bestimmen läßt. Als Meßaufnehmer kommt hier beispielsweise ein
Schrittaufnehmer in Frage, durch welchen die Position des Schalthebels in
bezug auf eine vorgegebene Null-Position festgelegt wird.
Der in Fig. 9d gezeigte Geber hat den wesentlichen Vorteil, daß hier eine
eindimensionale Angabe ausreicht, um die Position des Schalthebels zu
bestimmen, obwohl das Schaltgestänge selbst hier eine translatorische und
eine Rotationsbewegung ausführt, für deren Erfassung eigentlich ein
zweidimensionaler Geber erforderlich wäre.
Vorstehend wurde eine Reihe von Ausführungsformen und Ausfüh
rungsvarianten beschrieben, die zur Erkennung der Position eines
positionsveränderlichen Elementes in einem Getriebe herangezogen werden
können. Ferner wurden Details von Sensoreinrichtungen erörtert, mit welchen
die entsprechende Bewegung des positionsveränderlichen Getriebeelementes
erfaßt wird.
Nachfolgend werden nun unterschiedliche Möglichkeiten der Betätigung des
Betätigungselementes, bzw. der Auslösung der Bewegung des
Betätigungselementes beschrieben.
Gemäß einer ersten Alternative wird die Betätigung manuell durchgeführt.
Diese Alternative ist besonders dann geeignet, wenn das Getriebe im
Fahrzeug bereits eingebaut ist.
Eine Bedienungskraft nimmt dann die Position des Fahrers ein und schaltet
das Getriebe gemäß der vorgegebenen Ausführungsvariante in die jeweiligen
Gänge. Bei der ersten und zweiten Ausführungsvariante schaltet die
Bedienungskraft in der Regel die Gänge in einer vorgegebenen Reihenfolge.
Vorzugsweise wird die Bedienungskraft über eine akustische oder optische
Anzeige, oder über ein alphanumerisches oder Symbol-Display darüber un
terrichtet, ob die jeweils gewünschte Position erkannt worden ist.
Verfügt das Fahrzeug über ein Display, welches zur Anzeige von Texten
vorgesehen ist, können der Bedienungskraft über dieses Display Anweisungen
übermittelt werden, wie der Lernvorgang für die Getriebepositionen im
einzelnen auszuführen ist. Vorzugsweise wird der gesamte Ablauf dann in
einem Dialog gesteuert, in welchem im Display jeweils der nächste zu
erfolgende Schritt vorgegeben wird.
Eine entsprechende Vorgehensweise ist auch bei der dritten, 3., 4. und 5.
Ausführungsvariante möglich. Auch hier können der Bedienungskraft
entsprechende Anweisungen, z. B. über ein Arbeitsblatt, oder über ein Display
erteilt werden.
Wenn eine Ausführungsform gewählt wird, bei welcher eine externe
Recheneinrichtung mit verwendet wird, die den Lernvorgang alleine oder
gemeinsam mit einer im Fahrzeug angeordneten Recheneinrichtung steuert,
können auch akustische Signale, beispielsweise über einen Lautsprecher an
die Bedienungskraft ausgegeben werden. In diesem Fall werden vorzugsweise
im externen Computer entsprechende digital codierte Audiosignale abgelegt,
die analog über einen Lautsprecher abgespielt die entsprechenden An
weisungen ausgeben.
Gemäß einer zweiten Alternative wird der gesamte Lernvorgang automatisch
durchgeführt. Diese Alternative eignet sich dafür, den Lernvorgang bei einem
Getriebe auszuführen, welches nicht in einem Fahrzeug installiert ist.
Vorzugsweise wird das Getriebe dann in einem Prüfstand angeordnet,
welcher, je nach gewählter Ausführungsvariante, mit einer
Antriebseinrichtung und/oder einer Abtriebseinrichtung, d. h. einer
Bremseinrichtung, verbunden ist. Das Betätigungselement wird über eine
durch einen entsprechenden Computer gesteuerte Handhabungseinrichtung
betätigt und, je nach Ausführungsvariante, die unterschiedlichen, zu
erkennenden Positionen angefahren. Die jeweiligen Referenzwerte werden,
wie vorstehend beschrieben, erfaßt und in einer Weise abgespeichert, daß sie
nach dem Einbau des Getriebes in ein Fahrzeug dort zur Verfügung stehen.
Die automatische Durchführung des Lernvorganges kann aber auch dann
erfolgen, wenn das Getriebe bereits im jeweiligen Fahrzeug eingebaut ist.
In diesem Fall wird, bei einem mit einem Schalthebel betätigten Getriebe, der
Schalthebel über eine entsprechende Handhabungseinrichtung in die jeweils
gewünschten Positionen bewegt. Auch bei dieser Ausführung sind alle
genannten Ausführungsvarianten möglich.
Bei den dargestellten Ausführungsformen und Ausführungsvarianten wurde, in
bezug auf die Erläuterung des Schaltgetriebes davon ausgegangen, daß das
Schaltgetriebe bei der üblichen Benutzung des Fahrzeuges vom Fahrer mittels
eines Schalthebels geschaltet wird.
Die Erfindung kann aber auch mit den dargestellten Ausführungsformen und
Ausführungsvarianten bei einem Schaltgetriebe verwendet werden, bei
welchem der Wechsel der Gänge über eine elektrisch, hydraulisch oder
dergleichen betätigte Hilfseinrichtung erfolgt. Bei einem solchen Getriebe wird
der Befehl zum Gangwechsel zwar vom Benutzer ausgegeben, beispielsweise
durch die Betätigung entsprechender Tasten im Lenkrad oder in der Nähe des
Lenkrades am Armaturenbrett usw., der eigentliche Schaltvorgang wird aber
in der Weise durchgeführt, daß das positionsveränderliche Getriebeelement
über eine Hilfseinrichtung zu einer Änderung der Position gebracht wird.
Auch in diesem Fall können alle beschriebenen Ausführungsbeispiele der
Erfindung angewendet werden. Da ein Schalthebel nicht vorgesehen ist, kann
die Sensoreinrichtung nicht die Position eines Schalthebels erfassen. In
diesem Fall wird die Sensoreinrichtung derart angeordnet, daß sie die Position
eines der Elemente erfaßt, welches an der Positionsänderung des po
sitionsveränderlichen Getriebeelementes beteiligt ist. Dies kann z. B. der
Kolben eines Aktuator-Zylinders sein, die Position der Kolbenstange des Zylin
ders, die Position eines Schaltgestänges, oder die Position eines sonstigen, an
der Bewegungsübertragung teilnehmenden oder davon beeinflußten Elementes.
Die Erfindung kann weiterhin ohne Änderung auch bei Schaltgetrieben
verwendet werden, die vollständig automatisch geschaltet werden. Derartige
Schaltgetriebe sind Getriebe, bei welchen nicht nur die Positionsänderung des
oder der positionsveränderlichen Getriebeelemente durch eine entsprechend
angesteuerte Betätigungseinrichtung erfolgt, sondern bei welcher auch der
Schaltbefehl selbst anhand der gegebenen Fahrsituation und Betriebsdaten
abgeleitet wird.
Anhand der Fig. 10 wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben, welches eine der sich aus der vorstehenden
Beschreibung ergebenden zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten der
einzelnen Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht.
Fig. 10 stellt in einem Blockschaltbild wesentliche Elemente eines
Kraftfahrzeug dar.
Das Kraftfahrzeug wird von einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einem
Otto- oder Dieselmotor 300, angetrieben. Die Ausgangsdrehzahl des Motors
wird über eine Welle 301 zu einer Kupplungseinrichtung 302 übertragen.
Diese Kupplungseinrichtung ist in das Schwungrad des Motors 300 integriert
und beinhaltet eine nicht dargestellte Einscheiben-Trockenkupplung.
Die Kupplung wird über einen Ausrückhebel 305 ein- und ausgerückt, wobei
der Ausrückhebel 305 über eine Kupplungsbetätigungseinrichtung 306
betätigt wird. Die Kupplungsbetätigungseinrichtung weist einen (nicht
dargestellten) ersten Hydraulikzylinder auf, welcher als Geber-Zylinder dient
und welcher eine vorbestimmte Einrückposition der Kupplung definiert sowie
einen Nehmer-Zylinder, der den Druck der Hydraulikflüssigkeit vom ersten
Hydraulikzylinder aufnimmt, wodurch eine entsprechende Bewegung des
Kolbens in Richtung des Doppelpfeiles 308 und damit auch des Ausrückhebels
bewirkt wird. Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 306 ist so präzise
steuerbar, daß die Kupplung vorbestimmte Drehmomentwerte ohne Schlupf
übertragen kann und bei Überschreiten dieses vorbestimmten
Drehmomentwertes ein Schlupf bewirkt wird.
Die Ausgangswelle 310 der Kupplung ist mit einem Getriebe 311 verbunden.
Dieses Getriebe ist ein herkömmliches Schaltgetriebe, welches 5
Vorwärtsgänge, eine Neutralposition und einen Rückwärtsgang aufweist. Das
Schaltgetriebe weist zueinander parallele Getriebewellen auf, auf denen
Verzahnungen, ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet sind, die
miteinander in Eingriff stehen und die durch (nicht dargestellte) Schaltmuffen
gegenüber der jeweiligen Getriebewelle gelöst oder blockiert werden.
Das Getriebe wird über ein Schaltgestänge 314 geschaltet, welches manuell
vom Benutzer mittels eines Getriebeschalthebels 316 betätigt wird, der
Getriebeschalthebel ist in einer Richtung parallel zur Zeichenebene, wie mit
dem Doppelpfeil 318 angedeutet und in einer Richtung senkrecht zur
Zeichenebene, wie mit dem Doppelpfeil 319 angedeutet, verschiebbar.
Die Bewegung des Schaltgestänge wir über eine Sensoreinrichtung 320
erfaßt. Diese Sensoreinrichtung 320 kann auch unmittelbar am
Getriebeschalthebel selbst angeordnet sein. Der Getriebeschalthebel und das
Getriebegestänge sowie das Getriebe selbst entsprechen der üblichen heute in
Kraftfahrzeugen verwendeten Bauart und brauchen deshalb nicht im einzelnen
beschrieben zu werden.
Das Getriebe 311 weist eine Getriebeausgangswelle 312 auf, die in
geeigneter Weise über ein oder mehrere Differentiale mit dem Antriebsrad
oder den Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges verbunden ist.
Der Motor 300 wird durch eine Motorsteuereinrichtung 330 gesteuert, welche
Betriebsgrößen des Motors und des Fahrzeuges erfaßt und nach einem
vorgegebenen Programm die pro Zeiteinheit oder die bei jedem
Einspritzvorgang zugeführte Kraftstoffmenge und (bei einem Otto-Motor) den
optimalen Zündzeitpunkt sowie, wenn vorhanden, optimale Ventileinstellungen
etc. bestimmt.
Die Motorsteuereinrichtung 330 ist durch ein Programm gesteuert, welches in
einem Speicher 331 abgespeichert ist, in dem auch Daten abgespeichert
werden.
Zur Erfassung der Betriebsgrößen des Fahrzeuges können eine Vielzahl von
Sensoren verwendet werden, insbesondere eine Lambda-Sonde,
Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur der angesaugten Luft, der
Umgebungstemperatur, der Kühlwassertemperatur, der Öltemperatur und des
Abgases, Drucksensoren zur Erfassung des Druckes im Ansaugkanal, des
Öldruckes, des Druckes in Brems- und sonstigen Hydraulik-Einrichtungen des
Fahrzeuges, Sensoren zur Erfassung von Drehzahlen, wie der Motordrehzahl,
der Getriebeausgangs-Drehzahl, den Raddrehzahlen usw., sowie Sensoren, die
Kräfte und/oder Beschleunigungen aufnehmen können, z. B. Sensoren zur
Erfassung der Querbeschleunigung des Fahrzeuges, der Längsbeschleunigung,
oder der in der Radaufhängung wirkenden Kraft.
Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 306 ist mit einer programmgesteuerten
Kupplungssteuereinrichtung 335 verbunden, die durch ein Programm
gesteuert ist, das im Speicher 336 abgespeichert ist, oder wobei in diesem
Speicher auch die Daten abgespeichert werden.
Die Kupplungssteuereinrichtung ist mit einer Schaltbefehlsausgabe-Einrichtung
340 verbunden, welche durch eine Programm gesteuert wird, das im Speicher
341 abgelegt ist, in dem auch die erforderlichen Daten abgespeichert werden.
Es ist weiterhin eine Schaltwunsch-Erfassungseinrichtung vorgesehen, welche
durch ein Programm gesteuert wird, welches im Speicher 346 abgespeichert
wird, in dem auch Daten abgespeichert werden und es ist eine
Recheneinrichtung 350 vorgesehen, welche durch ein Programm gesteuert
wird, das im Speicher 351 abgelegt ist, in dem auch Betriebsdaten,
insbesondere die Positionsinformationswerte abgespeichert werden.
Alle Steuer- und Recheneinrichtungen sind durch (nicht dargestellte
Datenleitungen miteinander verbunden.
Die Sensoreinrichtung 320 ist mit der Schaltwunsch-Erfassungseinrichtung
345 und mit der Recheneinrichtung 350 verbunden.
Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels ist wie folgt:
Nach erfolgter Montage des Fahrzeuges bzw. der Antriebseinheit in das
Fahrzeug, wird die Recheneinrichtung 350 zunächst in einen Lernmodus
umgeschaltet. Am Display des Fahrzeuges wird der Bedienungskraft die
Anweisung gegeben, das Getriebe zu schalten, d. h. in einer bestimmten,
durch ein alphanumerische Display vorgegebene Reihenfolge, die einzelnen
Gänge einzulegen. Bei jedem Gang überprüft die Recheneinrichtung 350
aufgrund der von der Sensoreinrichtung ausgegebenen Signale anhand eines,
für diesen Gang im Speicher 351 abgespeicherten Beurteilungskriteriums, ob
der Gang richtig eingelegt worden ist. Ist dies der Fall, wird die erfaßte
Position als Referenz-Positionswert im Speicher 351 abgespeichert. Statt des
Referenz-Positionswertes kann auch unmittelbar ein aus diesem Wert
abgeleiteter bestimmter Grenzwert abgespeichert werden, dessen
Überschreiten das Einlegen des Ganges bis zu einem Punkt, an dem die
Kupplung eingerückt werden kann, anzeigt.
Wenn der Lernmodus abgeschlossen ist, wird die Recheneinrichtung 350 in
einen Normal-Betriebsmodus umgeschaltet. Dieser Normal-Betriebsmodus
funktioniert wie folgt:
Sobald der Fahrer den Gang wechseln will, betätigt er den Gangschalthebel
316. Die Bewegung des Hebels verändert das Ausgangssignal des Sensors
320. Die Schaltwunsch-Erfassungseinrichtung 345 überwacht dieses
Ausgangssignal und stellt anhand der Änderung fest, daß ein Schaltwunsch
vorliegt. Sie veranlaßt dann mit einem entsprechenden Steuersignal die
Befehlsausgabe-Einrichtung 340 einen entsprechenden Befehl an die
Kupplungssteuereinrichtung auszugeben.
Die Kupplungssteuereinrichtung gibt ein Steuersignal an die
Kupplungsbetätigungseinrichtung 306 aus, welches bewirkt, daß die
Kupplung ausgerückt wird.
Durch die mittlerweile erfolgte Weiterbewegung des Schalthebels 316 hat das
positionsveränderliche Getriebeelement, nämlich die für den neuen Gang
maßgebende Schaltmuffe sich in die Schaltverzahnung des jeweiligen
Gangrades bewegt. Diese Positionsänderung wird durch die
Recheneinrichtung 350 anhand des Ausgangssignals der Sensoreinrichtung
320 überprüft.
Sobald das nun geltende Beurteilungskriterium, das von dem im Lernmodus
ermittelten Referenz-Positionswert für diese Gangstufe abhängt, erfüllt ist,
gibt die Recheneinrichtung ein Signal an die Kupplungssteuereinrichtung aus,
welche daraufhin ein Steuersignal ausgibt, durch welches die Kupplung
wieder eingerückt wird. Vorzugsweise berücksichtigt die Kupplungs
steuereinrichtung dabei Betriebsdaten der Motorsteuereinrichtung, und
insbesondere das aktuell zu übertragende Drehmoment und bewegt die
Kupplung soweit in Einrückrichtung, daß dieses Drehmoment sicher
übertragen werden kann. Ist nach den Daten der Motorsteuereinrichtung 330
z. B. ein Drehmoment von 75 Nm zu übertragen, wird die Kupplung bis zu
einem Wert geschlossen, bei welchem 85 Nm übertragen werden können.
Alternativ kann die Kupplung auch vollständig geschlossen werden. Die nur
teilweise Schließung hat jedoch den Vorteil, daß der Weg zum Wiederaus
rücken beim nächsten Schalten geringer ist.
Die Befehlsausgabe-Einrichtung 340 überprüft ferner anhand der Motordaten
und sonstiger Betriebsgrößen des Fahrzeuges, insbesondere auch der Stellung
des Bremspedals, welche durch einen (nicht dargestellten) Bremsdruck- oder
Bremspedalstellungs-Sensor erfaßt wird, ob die Kupplungseinrichtung 302
auszurücken ist. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die Motordrehzahl unter
einen vorbestimmten Grenzwert abfällt. Auch in diesem Fall gibt die
Befehlsausgabe-Einrichtung ein Steuersignal an die Kupplungssteuer
einrichtung aus, um die Kupplung zu öffnen.
Zur Erleichterung des Anfahrens und des Rangierens beim Parken kann die
Schaltung so erfolgen, daß ein geringes Drehmoment weiter übertragen wird,
so daß ein Schlupf zwischen Motor und Getriebe entsteht, der zum Kriechen
des Fahrzeuges führt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 kann in der Weise abgewandelt
werden, daß eine Getriebesteuereinrichtung 360 vorgesehen ist, welche durch
ein Programm gesteuert ist, das im Speicher 361 abgespeichert ist, in dem
auch die benötigten Daten abgespeichert werden. Die
Getriebesteuereinrichtung 360 ist mit einer Getriebebetätigungseinrichtung
370 verbunden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entfällt der Schalthebel 316 oder der
Schalthebel 316 wird lediglich als zusätzlicher Wählhebel benutzt. Der Sensor
320 ist in diesem Fall zwischen Getriebebetätigungseinrichtung 370 und
Getriebe 311 angeordnet.
Die Getriebesteuereinrichtung 360 ermittelt aufgrund der in der
Motorsteuerung 330 vorliegenden Betriebsdaten und sonstiger, mit den
genannten Sensoren aufgenommenen Betriebsgrößen die Notwendigkeit einer
Übersetzungsänderung des Getriebe 311. Sobald das Getriebe geschaltet
werden muß, wird ein entsprechender Befehl an die Getrie
bebetätigungseinrichtung 370 ausgegeben. Gleichzeitig wird ein Steuersignal
an die Befehlsausgabe-Einrichtung 340 oder unmittelbar an die
Kupplungssteuereinrichtung 335 ausgegeben, welches bewirkt, daß die
Kupplung über die Kupplungsbetätigungseinrichtung 306 geöffnet wird.
Sobald die Recheneinrichtung 350 aufgrund der Ausgangssignale der Sen
soreinrichtung 320 erkennt, daß der Schaltvorgang weit genug abgeschlossen
ist, wird ein erneuter Steuerbefehl an die Befehlsausgabe-Einrichtung 341
oder an die Kupplungssteuereinrichtung 335 ausgegeben, welcher das
Schließen der Kupplung über die Kupplungsbetätigungseinrichtung 306
veranlaßt. Auch hier wird vorzugsweise die Kupplung soweit geschlossen, bis
die Übertragung eines bestimmten, von den Betriebsgrößen abhängigen
Drehmomentes gewährleistet ist.
Statt der Getriebesteuereinrichtung 360 oder alternativ zu dieser, kann bei
einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 10 die
Getriebebetätigungseinrichtung mit einer Schalteinrichtung 372 verbunden
sein.
Diese Schalteinrichtung kann z. B. Tasten umfassen, die ein Heraufschalten
oder ein Herunterschalten des jeweiligen Ganges bewirken. Der Schaltvorgang
selbst erfolgt in gleicher Weise wie vorstehend, bei Verwendung einer
Getriebesteuereinrichtung, beschrieben. Die Schalteinrichtung 372 kann
beispielsweise am Lenkrad des Kraftfahrzeuges befestigt werden und bewirkt
dann jeweils ein Schalten des Getriebe 311 mit automatischer Betätigung der
Kupplung.
Der wesentliche Vorteil der in bezug auf die Fig. 10 genannten
Ausführungsbeispiele ist die Tatsache, daß zum Schalten ein im wesentlichen
herkömmliches Getriebe verwendet wird, welches keinen hydrodynamischen
Wandler aufweist. Dadurch wird der Leistungsverlust und die Trägheit eines
hydrodynamischen Wandlers vermieden und der Verbrauch des Fahrzeuges
deutlich gesenkt.
Ungeachtet dessen kann die Erfindung mit ihren verschiedenen
Ausführungsbeispielen aber auch bei einem Kraftfahrzeug verwendet werden,
welches ein Getriebe mit einem vorgeschalteten hydrodynamischen Wandler
als Kupplung oder zusätzlich zu einer Kupplung aufweist.
Die Funktionen der Motorsteuereinrichtung, der Kupplungssteuereinrichtung,
der Befehlsausgabe-Einrichtung, der Schaltwunsch-Erfassungseinrichtung
sowie der Recheneinrichtung und ggf. der Getriebesteuereinrichtung können
in ein oder mehreren Steuereinrichtungen zusammengefaßt werden. In
entsprechender Weise können auch die Funktionen der Datenspeicher in
einem oder mehreren Datenspeichern zusammengefaßt werden.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Spiele in der Innenschaltung,
das heißt bei Bauteilen im Bereich des Getriebes, die bei dem Schaltvorgang
betätigt oder verwendet werden, über die Lebensdauer adaptierbar sind und
gegebenenfalls adaptiert werden. Wenn beispielsweise durch
Verschleißerscheinungen Spiele vergrößert werden, können sich
Ruhepositionen der Innenschaltung und/oder der Außenschaltung bei
geschaltetem Gang am Getriebe und/oder am Schalthebel verschieben. Die
Außenschaltung ist dabei der Bereich der Schaltmechanik, der außerhalb des
Getriebes ist. Dies kann beispielsweise ein Gestänge, eine
Bowdenzugverbindung, eine Druckmittelverbindung oder etwas ähnliches
und/oder ein Schalthebel sein.
Die Ruheposition der Außenschaltung kann bei geschaltetem Gang am
Getriebe und am Schalthebel im Betrieb durch Adaption den gemessenen
Positionen angepaßt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine solche Adaption durchgeführt wird, wenn
zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- - ein Gang ist als eingelegt erkannt,
- - das Fahrzeug ist im Zustand Fahren,
- - die Geschwindigkeit einer Schalthebelbewegung ist kleiner als ein
vorgebbarer Grenzwert,
- - eine Kraft am Schalthebel, beispielsweise mittels eines Differenzweges mit eine
vorgebbaren Elastizität detektiert, ist kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert,
- - der Gang ist eine vorgebbare Zeit geschaltet,
- - das Vorzeichen des Motormomentes hat sich mindestens einmal geändert,
- - die Temperatur des Motors, des Kühlwassers und/oder des Motoröls ist größer
als ein vorgebbarer Grenzwert,
- - es ist keine Ersatzstrategie wirksam.
Die Steuereinheit initiiert eine Adaption, wenn beispielsweise eine der obigen
Bedingungen erfüllt ist. Die Ruheposition am Schalthebel kann separat oder mit der
Adaption am getriebeseitigen Stellmittel, wie der Innenschaltung durchgeführt
werden. Diese mitgeführte Adaption kann mittels der Übersetzung der
Außenschaltung, wie beispielsweise Hebelübersetzung, erfolgen.
Die Adaption kann wie folgt durchgeführt werden, wobei ein Ablaufschema 400 in
der Fig. 11 dargestellt ist. Der aktuelle Wert der Ruheposition, der in der
Steuereinheit abgespeichert ist und mit welchem die Steuereinheit arbeitet wird einem
gemessenen Wert, für den geschalteten Gang, einmal oder mehrmals angepaßt. Es
werden alle oder einige Werte der Ruheposition in einem vorgebbaren Zeitraum erfaßt
und aus diesen Werten wird ein berechneter, wie beispielsweise gemittelter, Wert für
die Ruheposition bestimmt. Anschließend kann der berechnete Wert mit dem zur Zeit
aktuellen Wert verglichen und bei 401 eine Differenz gebildet um den Zuwachs oder
die Absenkung des Spiels zu ermitteln. Der theoretische Zuwachs, der in der
Steuereinheit übernommen wird, wird auf einen vorgebbaren Wert begrenzt.
Anschließend wird die Zeitabhängigkeit der Veränderung durch einen Filter bei 402
geglättet. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein PTI-Glied als Filter vorgesehen, wobei
auch ein anderer Filter verwendet werden kann. Bei 403 wird anschließend der neue
Wert auf die Einhaltung eines maximalen und eines minimalen Schwellenwertes hin
überprüft und falls der Wert 404 in das Toleranzband der Schwellenwerte fällt,
abgespeichert und bei der weiteren Steuerung verwendet.
Weiterhin kann ein oben beschriebenes Verfahren oder ein oben beschriebene
Vorrichtung auch zum Erkennen der Gassenpositionen verwendet werden. Die
Schaltgassen des Getriebes sind dabei die Gassen, in welchen sich ein Schaltelement,
wie beispielsweise Schalthebel, bewegt, um die Gange einzulegen. In der Regel gibt
es bei Fahrzeuggetrieben mindestens zwei Schaltgassen, oft sogar drei, vier oder
mehr Gassen.
Die geometrischen Positionen der Gassen sind anhand der Getriebegeometrie der
Schaltkulisse oder der Anordnung der Schaltgabeln oder Schaltstangen innerhalb des
Getriebes vorgegeben. Bei einer Inbetriebnahme zur Bestimmung der Gassenposition
kann es in vorteilhafter Art realisiert sein, daß zumindest ein Gang eingelegt wird, die
dazugehörige Gangposition und/oder Gassenposition detektiert wird und in der
Steuereinheit abgespeichert wird. Dadurch kann eine Absolutposition einer
Schaltgasse festgelegt werden und die Positionen anderer Positionen, wie
beispielsweise der restlichen Gassen, können in Bezug auf die detektierte
Gassenposition oder detektierten Gassepositionen berechnet oder bestimmt werden.
Unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen des Getriebes kann bei der Kenntnis
einer Gasseposition und dem relativen Abstand von den anderen Gassen zu der
bekannten Gassenposition der ersten Gasse ein Einlegen einer falschen Gasse erkannt
werden, da sich die Gassenpositionen der jeweils einzelnen Schaltgassen nicht
überschneiden sollten.
Während der Inbetriebnahme kann bei der Kenntnis der Absolutposition einer
Gassenposition oder Gangposition und der dazu bestimmten Relativposition der anderen
Gassen oder Gangpositionen erkannt werden, wenn ein Bediener in eine nicht
vorgeschriebene Gasse/Gangposition geschaltet hat und er kann durch einen Hinweis
aufgefordert werden, in die richtige Gasse/Gangposition zu schalten. Der Bediener
kann somit aufgefordert werden, seine Aktion zu korrigieren. Diese Aufforderung kann
so lange erfolgen, bis die Sensordaten die richtige Gasse oder Gangposition erkennen.
Aus einer Absolutposition einer Gasse können unter der Kenntnis der Geometrie des
Getriebes beispielsweise mittels einer Geradengleichung die restlichen
Gassenpositionen berechnet werden. Ist die Zuordnung nicht eindeutig, können unter
der Verwendung von zwei gemessenen Gassenpositionen die restlichen
Gassenpositionen mittels beispielsweise einer Geradengleichung bestimmt werden.
Dabei wird ein linearer Zusammenhang der zwischen der geometrischen
Gassenpositionen und dem Signal vorausgesetzt. Ist der Zusammenhang zwischen
der Gassenposition und Sensordaten nichtlinear, kann auch eine nichtlineare Funktion
zur Berechnung der Gassenpositionen angenommen werden. Dabei kann es vorteilhaft
sein, wenn die am weitesten entfernten Gassen angefahren werden und deren
Position bestimmt wird um aus diesen Daten die dazwischen liegenden
Gassenpositionen zu berechnen.
Die Gassenpositionen können auch zur Kalibrierung von Sensoren, wie
Inkrementalwegsensoren, genutzt werden, wobei die gewählte Gassenposition auf
einen Absolutwert gesetzt wird und der entsprechende Sensorwert auf diesen
Absolutwert korrigiert wird, wenn Abweichungen zwischen diesen Werten auftreten.
Weiterhin ist es möglich, die Gassen durch einlegen aller Gänge zu lernen.
Die Inbetriebnahme erfolgt beispielsweise durch Anweisungen durch eine Anzeige.
Der Bediener wird durch Anzeige geführt und führt die vorgegebenen Schritte des
Inbetriebnahmeverfahrens durch, wobei die einzelnen Schritte durch die Anzeige
vorgegeben werden können oder die Schritte festgelegt sind und der Bediener durch
die Anzeige den Zeitpunkt der Durchführung mitgeteilt bekommt. Weithin kann die
Anzeige auch die Sensordaten der Getriebesensoren und/oder Schalthebelsensoren
anzeigen und dem Bediener eine Anzeige zur Verfügung stellen, ob die detektierten
und abgespeicherten Daten in einem vorgebbaren Wertebereich liegen oder ob sie
außerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs liegen und die Inbetriebnahme zumindest
teilweise erneut durchgeführt werden muß.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge
ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält
sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offen
barte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung
des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unter
anspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen,
gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu
verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen,
die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige
Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung
beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und
Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen
und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von
einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungs
formen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen
Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch
kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschrit
ten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeits
verfahren betreffen.