DE19939819C1 - Verfahren zum Schalten eines Mehrwege-Zahnräder-Wechselgetriebes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines Mehrwege-Zahnräder-Wechselgetriebes, bei welchem zur Verringerung der Reibleistung der Synchronisierelemente vor dem Einrücken der betreffenden Zahnradkupplung im jeweils lastfreien Vorgelege-Teilgetriebe die Lastschaltkupplung des letzteren vorübergehend eingerückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines Mehrwege-Zahnräder-Wechselgetriebes.

Wie aus der einschlägigen Literatur (z. B. der DE 42 20 577 C1) bekannt ist, besteht bspw. ein 2-Wege-Zahnräder-Wechselgetriebe - auch als sogenanntes Doppelkupplungsgetriebe bezeichnet - aus zwei Teilgetrieben, wobei die Ausgänge der beiden Teilgetriebe mechanisch mit der ausgangsseitigen Hauptwelle verbunden sind. Die Eingangswellen der beiden Teilgetriebe sind durch je eine Lastschaltkupplung mit der eingangsseitigen Hauptwelle verbunden. Bei derartigen Mehrwege-Wechselgetrieben können die Vorgelegewellen der Teilgetriebe parallel oder koaxial zueinander angeordnet sowie die Zahnradstufen der geradzahligen Gänge dem einen Teilgetriebe und die Zahnradstufen der übrigen, ungeradzahligen Gänge dem anderen Teilgetriebe zugeordnet sein. Schliesslich wurde für solche Doppelkupplungsgetriebe aus schaltungstechnischen Gründen auch schon vorgeschlagen, einen mittleren Gang durch je eine zugehörige übersetzungsgleiche Zahnradstufe sowohl dem einen wie auch dem anderen der beiden Teilgetriebe zuzuordnen, so dass Lastschaltungen nicht nur zwischen benachbarten Gängen - sondern auch unter Überspringen von wenigstens einem Gang ermöglicht sind.

Zum Schalten derartiger Mehrwege-Zahnräder-Wechselgetriebe könnten zwei Verfahren oder eine Kombination aus diesen in Betracht gezogen werden.

Bei dem einen Verfahren wird nach einem abgeschlossenen Schaltvorgang das lastfreie Teilgetriebe in einen Getriebezustand "neutral" gebracht, d. h., die Zahnradkupplungen aller Zahnradstufen dieses Teilgetriebes sowie dessen Lastschaltkupplung sind ausgerückt. Dies kann bei längerer Konstantfahrt ohne Gangwechsel sinnvoll sein, da so Schleppverluste im lastfreien Teilgetriebe herabgesetzt werden. Aufgrund von Reibkräften wird sich eine Winkelgeschwindigkeit für die Vorgelegewelle des lastfreien Teilgetriebes so einstellen, dass die Summe aller Drehmomente zu Null wird. Aufgrund der hohen Schleppmomente wird sich die Vorgelegewelle mit grosser Wahrscheinlichkeit nur mit sehr geringer Winkelgeschwindigkeit drehen. Soll nun ein neuer Gang im lastfreien Teilgetriebe durch Einrücken der Zahnradkupplung der zugehörigen Zahnradstufe eingelegt werden, muss die Eingangswelle des lastfreien Teilgetriebes von einer Winkelgeschwindigkeit, die kleiner als die Drehzahl der eingangsseitigen Hauptwelle ist, auf die Synchrondrehzahl des neuen Ganges beschleunigt werden. Dies kann einem sehr grossen Drehzahlsprung entsprechen, der für die reibschlüssigen Synchronisierelemente der Zahnradkupplungen eine erhebliche Belastung bedeutet. Der Verschleiss und die thermische Belastung dieser Synchronisierelemente steigen mit der Zunahme der Drehzahländerung, die durch die Synchronisierelemente während der Synchronisierung erzeugt werden muss, an.

Bei dem zweiten in Betracht zu ziehenden Verfahren zum Schalten der in Rede stehenden Mehrwege-Zahnräder- Wechselgetriebe wird bei schnellen sequentiellen Gangwechseln unmittelbar, nachdem ein Teilgetriebe durch Ausrücken der zugehörigen Lastschaltkupplung lastfrei geworden ist, ein neuer Gang vorgewählt. Zu diesem Zweck muss eine Zahnradkupplung ausgerückt und die Zahnradkupplung der dem neuen Gang zugehörigen Zahnradstufe unmittelbar darauf eingerückt werden. Um dies zu ermöglichen, muss die Vorgelegewelle des betreffenden lastfreien Teilgetriebes um mindestens zwei Gangstufensprünge beschleunigt oder verzögert werden.

Beide vorstehend erläuterten Verfahren zum Schalten von Mehrwege-Zahnräder-Wechselgetrieben führen mithin zu einer erhöhten thermischen Belastung und zu einem erhöhten Verschleiss bezüglich der beteiligten Synchronisierelemente.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, ein Verfahren zum Schalten von Mehrwege-Zahnräder-Wechselgetrieben zu ermöglichen, bei welchem die thermische Belastung und der Verschleiss bezüglich der Synchronisierelemente wesentlich vermindert ist.

Diese Aufgabe ist gemäss der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in vorteilhafter Weise gelöst.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden Lastschaltkupplungen und Zahnradkupplungen durch Aktoren betätigt, welche bspw. mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit über einen Datenbus in Verbindung stehen können. Nach einer bei einem Gangwechsel abgeschlossenen Überschneidungssteuerung der Lastschaltkupplungen des alten und des neuen Ganges werden alle Zahnradkupplungen des lastfrei gewordenen Teilgetriebes ausgerückt, so dass keine formschlüssige Verbindung der betreffenden Losräder mit der zugehörigen Vorgelegewelle besteht. Bevor in diesem lastfrei gewordenen Teilgetriebe eine Zahnradkupplung zum Vorwählen eines neuen Ganges eingerückt werden kann, wird erst die Lastschaltkupplung dieses Teilgetriebes kurze Zeit eingerückt und wieder ausgerückt. Dadurch drehen sich die beiden Eingangswellen des leistungsübertragenden Teilgetriebes und des lastfrei gewordenen Teilgetriebes mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit. Die Lastschaltkupplung des lastfrei gewordenen Teilgetriebes kann ganz oder nur teilweise eingerückt werden. Auf jeden Fall muss durch das Synchronisierelement der Zahnradkupplung des neuen Ganges die Winkelgeschwindigkeit der Vorgelegewelle auch beim sequentiellen Schalten nur um einen Gangstufensprung beschleunigt oder verzögert werden.

Generell muss bei dem Verfahren nach der Erfindung zum Synchronisieren während eines Gangwechsels lediglich die nur einem Gangstufensprung entsprechende Differenz der Winkelgeschwindigkeit der dem neuen Gang zugehörigen Vorgelegewelle durch Reibleistung des betätigten Synchronisierelementes erzeugt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten 2-Wege-Zahnräder- Wechselgetriebes (Doppelkupplungsgetriebe) in zwei Varianten näher beschrieben. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 ein Getriebeschema des Doppelkupplungsgetriebes, das mit der zugehörigen Aktorik und Steuerung nach Art eines Blockschaltbildes verknüpft ist,

Fig. 2 einen Ablaufplan der ersten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens zum Schalten des Doppelkupplungsgetriebes von Fig. 1, und

Fig. 3 einen Ablaufplan der zweiten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens zum Schalten des Doppelkupplungsgetriebes von Fig. 1.

Unter Bezugnahme zunächst auf die Fig. 1 liegen in einem Antriebsstrang für die Drehmomentübertragung zwischen einem Antriebsmotor und Fahrzeugrädern eines Fahrzeuges eine vom Antriebsmotor antreibbare eingangseitige Hauptwelle E, zwei zueinander im Kraftfluss parallel angeordnete Vorgelege- Teilgetriebe a und b sowie eine mit den Fahrzeugrädern in üblicher Weise in Antriebsverbindung stehende und koaxial zur Hauptwelle E angeordnete ausgangsseitige Hauptwelle A.

Das Vorgelege-Teilgetriebe a weist eine als Hohlwelle ausgebildete Vorgelegewelle V1 auf, welche parallel zur Hauptwelle E liegt und durch eine Getriebekonstante C1 mit einer zur Hauptwelle E koaxialen Zwischenwelle Z1 in Antriebsverbindung steht. Diese die Eingangswelle des Vorgelege-Teilgetriebes a bildende Zwischenwelle Z1 ist durch eine ein- und ausrückbare reibschlüssige Lastschaltkupplung K1 mit der Hauptwelle E verbunden. Die Vorgelegewelle V1 des Vorgelege-Teilgetriebes a ist durch eine dem 1. Gang zugeordnete Zahnradstufe 1 und durch eine dem 3. Gang zugeordnete Zahnradstufe 3 mit der Hauptwelle A verbunden, wobei die Losräder dieser Zahnradstufen 1 und 3 durch synchronisierte ein- und ausrückbare Zahnradkupplungen s1 und s3 mit der Hauptwelle A kuppelbar sind. Die Zahnradkupplung s3 ist Teil einer Wechselkupplung s3/s5, deren zweite synchronisierte Kupplung s5 zur Bildung eines direkten 5. Vorwärtsganges das Kuppeln der Hauptwelle A mit der Zwischenwelle Z1 ermöglicht.

Das Vorgelege-Teilgetriebe b weist eine die Vorgelegewelle V1 durchsetzende Vorgelegewelle V2 auf, welche durch eine Getriebekonstante C2 mit einer koaxial zur Hauptwelle E liegenden Zwischenwelle Z2 verbünden ist, welche als Eingangswelle des Teilgetriebes b vorgesehen ist. Diese als Hohlwelle ausgebildete und von der Zwischenwelle Z1 durchsetzte Zwischenwelle Z2 ist mit der Hauptwelle E durch eine zweite ein- und ausrückbare reibschlüssige Lastschaltkupplung K2 verbunden. Die Vorgelegewelle V2 ist durch eine einem Rückwärtsgang zugeordnete Zahnradstufe R, durch eine dem 2. Gang zugeordnete Zahnradstufe 2, durch eine dem 4. Gang zugeordnete Zahnradstufe 4 und durch eine dem 6. Gang zugeordnete Zahnradstufe 6 mit der Hauptwelle A verbunden, wobei die Losräder dieser Zahnradstufen durch zugehörige synchronisierte Zahnradkupplungen sR, s2, s4 und s6 jeweils mit der Hauptwelle A kuppelbar sind.

Die Lastschaltkupplungen K1 und K2 werden jeweils durch einen mit vorzugsweise elektrischer Hilfskraft betriebenen Aktor AK1 bzw. Ak2 betätigt, welche durch eine elektronische Getriebesteuereinheit EGS angesteuert werden, die Eingangssignale u. a. eines Drehzahlsensors DE für die Drehzahl der Hauptwelle E, eines Drehzahlsensors DK1 für die Sekundärdrehzahl der Lastschaltkupplung K1, eines Drehzahlsensors DK2 für die Sekundärdrehzahl der Lastschaltkupplung K2, eines Drehzahlsensors DA für die Drehzahl der Hauptwelle A sowie in nicht mehr dargestellter Weise einer vom Fahrer betätigbaren Wähl- und Schalteinrichtung verarbeitet.

Die Zahnradkupplungen s1 . . . . s6, sR zum Schalten der sechs Vorwärtsgänge und des Rückwärtsganges werden durch eine getriebeinnere Schaltvorrichtung ISV betätigt, welche ihrerseits durch einen Aktor AKW zum Wählen der Gänge und durch einen Aktor AKS zum Schalten der Gänge betätigt wird. Die mit vorzugsweise elektrischer Hilfskraft betriebenen Aktoren AKW und AKS werden ebenfalls von der elektronischen Getriebesteuerung EGS angesteuert.

Die momentane Lage der Aktoren AK1 und AK2 bzw. der jeweiligen Kupplungshälften zueinander in der durch einen Pfeil angegebenen x-Richtung bei den Lastschaltkupplungen K1 und K2 wird in nicht mehr dargestellter Weise ebenfalls durch Sensoren erfasst und mit entsprechenden Eingangssignalen in die elektronische Getriebesteuerung EGS eingegeben. In entsprechender, ebenfalls nicht mehr dargestellter Weise wird die jeweilige Lage in x-Richtung der Aktoren zum Betätigen der Zahnradkupplungen s1 . . . . s6, sR erfasst und mit zugehörigen Eingangssignalen in die elektronische Getriebesteuerung EGS eingegeben.

Der Drehzahlsensor DA für die Drehzahl der Hauptwelle A und damit für die Fahrgeschwindigkeit und ggfls. auch die elektronische Getriebesteuerung EGS stehen noch in bekannter Weise mit einer elektronischen Motorsteuereinheit EMS in Verbindung, welche die Leistungsabgabe des die Hauptwelle E antreibenden Antriebsmotors steuert. Die elektronischen Steuerungen EGS und EMS können auch in eine zentrale Steuereinheit implementiert sein.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird im Fahrbetrieb des Fahrzeuges der stationäre Zustand des 2-Wege-Zahnräder- Wechselgetriebes (Doppelkupplungsgetriebe) für die kurzzeitige Betätigung der jeweils lastfreien Lastschaltkupplung K1 oder K2 genutzt, um noch vor dem Einrücken der Zahnradkupplung der dem neuen Gang zugehörigen Zahnradstufe die Drehzahl der mit der lastfreien Lastschaltkupplung verbundenen Vorgelegewelle so zu verändern, dass die Differenzdrehzahl der einzurückenden Zahnradkupplung nur noch einem Gangstufensprung entspricht.

Das Verfahren nach der Erfindung in seiner ersten Variante ist im folgenden anhand des Ablaufplanes der Fig. 2 erläutert. Dabei ist mit x dasjenige Teilgetriebe a oder b angesprochen, welches im jeweiligen stationären Zustand des Doppelkupplungsgetriebes der Fig. 1 lastfrei ist, und in welchem ein neuer Gang eingelegt werden soll.

Zunächst wird in einem Startvorgang ST überprüft bzw. sichergestellt, dass in dem Teilgetriebe x die Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 sich im ausgerückten Zustand befindet.

Wenn der ausgerückte Zustand festgestellt ist, wird in einem ersten Verfahrensschritt VS1 überprüft, ob in dem lastfreien Teilgetriebe x ein neuer Gang eingelegt werden soll. Ist letzteres nicht der Fall, wird der Verfahrensschritt VS1 wiederholt.

Soll jedoch ein neuer Gang eingelegt werden, wird in einem weiteren Verfahrensschritt VS2 die Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 des Teilgetriebes x eingerückt.

Danach wird in einem weiteren Verfahrensschritt VS3 überprüft, ob die Differenzdrehzahl an der eingerückten lastfreien Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 des Teilgetriebes x zu Null geworden ist. Wenn diese Differenzdrehzahl als ungleich Null ermittelt ist, wird der Verfahrensschritt VS3 wiederholt. Bei einer Differenzdrehzahl gleich Null wird in einem weiteren Verfahrensschritt VS4 die Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 des lastfreien Teilgetriebes x wieder ausgerückt.

Danach wird in einem weiteren Verfahrensschritt VS5 der ausgerückte Zustand der Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 des lastfreien Teilgetriebes x festgestellt und sodann die Zahnradkupplung der Zahnradstufe des neuen Ganges eingelegt.

Schliesslich wird in einem abschliessenden Verfahrensschritt VE im Teilgetriebe x der eingerückte Zustand der Zahnradkupplung der Zahnradstufe des neuen Ganges festgestellt und damit der Zyklus des Verfahrens beendet.

Nachstehend ist das Verfahren gemäss der Erfindung in der zweiten Variante anhand der Fig. 3 erläutert. Auch hierbei ist mit x dasjenige Teilgetriebe a oder b bezeichnet, welches in dem betrachteten stationären Zustand des Wechselgetriebes lastfrei ist, und in welchem ein neuer Gang eingelegt werden soll.

Danach wird zunächst eine Startstufe ST angestossen und durch diese festgestellt, ob die Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 des Teilgetriebes x vollständig ausgerückt ist.

Bei ausgerückter Lastschaltkupplung im Teilgetriebe x wird in einem Verfahrensschritt VS1 überprüft, ob in dem Teilgetriebe x ein neuer Gang vorzuwählen ist. Ist letzteres nicht der Fall, wird dieser Verfahrensschritt wiederholt.

Ergibt sich jedoch, dass ein neuer Gang vorzuwählen ist, wird als weiterer Verfahrensschritt VS2 die Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 des Teilgetriebes x eingerückt.

Anschliessend wird in einem weiteren Verfahrensschritt VS6 überprüft, ob seit dem Einrücken der Lastschaltkupplung des Teilgetriebes x eine vorbestimmte Einrückdauer oder Synchronisierzeit abgelaufen ist. Wenn letzteres nicht der Fall ist, wird dieser Verfahrensschritt VS6 wiederholt.

Ergibt die Prüfung jedoch, dass die Synchronisierzeit abgelaufen ist, wird anschliessend in einem Verfahrensschritt VS4 die Lastschaltkupplung K1 bzw. K2 des Teilgetriebes x wieder ausgerückt.

Danach wird in einem weiteren Verfahrensschritt VS5 - wenn der ausgerückte Zustand der Lastschaltkupplung des Teilgetriebes x festgestellt ist - die Zahnradkupplung der dem neuen Gang zugehörigen Zahnradstufe eingerückt und dadurch der neue Gang im Teilgetriebe x vorgewählt.

Schliesslich wird nach Feststellung des eingerückten Zustandes der Zahnradkupplung der Zahnradstufe des neuen Ganges mit einem abschliessenden Verfahrensschritt VE der Zyklus dieser Variante des Verfahrens nach der Erfindung beendet.

Claims (3)

1. Verfahren zum Schalten eines Mehrwege-Zahnräder- Wechselgetriebes, bei dem das Wechselgetriebe eine eingangsseitige und eine ausgangsseitige Hauptwelle (E u. A) sowie wenigstens zwei Vorgelege-Teilgetriebe (a u. b) aufweist und jedes Vorgelege-Teilgetriebe (a, b) mit einer (E) der Hauptwellen (E, A) über eine ein- und ausrückbare reibschlüssige Lastschaltkupplung (K1, K2) und mit der jeweils anderen Hauptwelle (A) durch Zahnradstufen (1, 3 bzw. 2, 4, 6) verbunden ist, die durch je eine ein- und ausrückbare Zahnradkupplung (s1, s3 bzw. s2, s4, s6) in den Kraftfluss zwischen zugehöriger Lastschaltkupplung (K1, K2) und der jeweils anderen Hauptwelle (A) einschaltbar sind, und bei dem in einem stationären Zustand des Wechselgetriebes das eine Vorgelege-Teilgetriebe durch den jeweils eingerückten Zustand seiner Lastschaltkupplung und seiner der die Übersetzung des wirksamen Ganges bildenden Zahnradstufe zugehörigen Zahnradkupplung sich in einem leistungsübertragenden Zustand befindet, während die anderen Vorgelege-Teilgetriebe durch den ausgerückten Zustand ihrer Lastschaltkupplung in einem lastfreien Zustand gehalten sind, und bei dem im stationären Zustand des Wechselgetriebes in Vorbereitung einer Schaltung eines neuen Ganges die Zahnradkupplung der die Übersetzung des neuen Ganges bildenden Zahnradstufe in einem der lastfreien Vorgelege-Teilgetriebe (x = a oder b) eingerückt wird, und bei dem im stationären Zustand des Wechselgetriebes vor dem Einrücken der Zahnradkupplung der die Übersetzung des neuen Ganges bildenden Zahnradstufe des lastfreien Vorgelege-Teilgetriebes (x) ein signifikanter Verfahrensschritt (VS2) vorgesehen ist, in welchem zunächst alle Zahnradkupplungen des die Zahnradstufe des neuen Ganges aufweisenden lastfreien Vorgelege-Teilgetriebes (x) im ausgerückten Zustand gehalten sind und anschliessend die Lastschaltkupplung dieses lastfreien Vorgelege-Teilgetriebes (x) vorübergehend im Einrücksinne betätigt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beendigung des signifikanten Verfahrensschrittes ein vorbestimmter Drehzahlwert der sekundärseitigen Kupplungshälfte der Lastschaltkupplung bestimmend ist, welche mit der Zahnradstufe des neuen Ganges im lastfreien Vorgelege-Teilgetriebe verbunden ist.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beendigung des signifikanten Verfahrensschrittes eine vorbestimmte Kupplungseinrückdauer der Lastschaltkupplung des lastfreien Vorgelege-Teilgetriebes bestimmend ist, welche mit der Zahnradstufe des neuen Ganges verbunden ist.