DE3334710C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern eines Antriebsaggregates gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Bei Stufenwechselgetrieben in Antriebssystemen ist es erforderlich, daß beim Umschalten von einem Gang in einen anderen Gang die jeweils in Eingriff kommenden Getriebeteile synchron laufen, um eine Beschädigung des Getriebes beim Schalten zu vermeiden. Bei Kraft­ fahrzeugen, die mit nichtsynchronisierten Stufen­ wechselgetrieben ausgerüstet sind, führt der Fahrer jeweils beim Hochschalten einen sogenannten Zwischen­ kuppelvorgang und beim Runterschalten einen sogenannten Zwischengasvorgang aus. Diese Maßnahmen sollen erreichen, daß beim Hochschalten die Motor-Drehzahl abgebremst und beim Runterschalten die Motor-Drehzahl angehoben wird, um einen Synchronlauf der zu kuppelnden Getriebeteile herzustellen.

Das Schalten von nichtsynchronisierten Stufenwechsel­ getrieben erfordert mithin vom Fahrer erhebliche Ge­ schicklichkeit und Aufmerksamkeit. Es sind daher ver­ schiedene Synchronisierungshilfen bekanntgeworden, die den Synchronlauf der zu kuppelnden Getriebeteile her­ stellen, ohne daß der Fahrer die oben erwähnten Maßnahmen durchführen muß. Derartige mechanische Synchronisierungs­ hilfen sind jedoch aufwendig und nicht in allen Fahrzeu­ gen wie z. B. in schweren Nutzfahrzeugen einsetzbar. Außerdem sind beispielsweise mechanische Synchronisatio­ nen relativ langsam.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 30 45 840 im Zusammenhang mit einer Einrichtung zum kupplungsfreien und synchronisierfreien Schalten eines Stufenwechselgetriebes in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei die Kupplung allerdings - abgesehen vom Anfahrvorgang - zum normalen Schalten nicht betätigt sein darf. Bei dieser bekannten Einrichtung wird nämlich bei Beginn des Schaltvorganges, also in dem Moment, wenn der Fahrer den Schalthebel berührt, der Motor über eine entsprechende Betätigung der Kraftstoffzufuhreinrichtung momentenfrei gemacht. Dadurch wird zunächst ein ge­ räuschloses Herausnehmen des alten Ganges ermöglicht. Anschließend erfolgt eine Regelung der Motor-Drehzahl auf die dem neuen Gang zugeordnete Synchron-Drehzahl wobei ein Soll/Ist-Vergleich zwischen der tatsächlich gemessenen Motor-Drehzahl und der aus der Fahrgeschwin­ digkeit und der dem angewählten, aber noch nicht ein­ geschalteten neuen Gang zugeordneten Übersetzung er­ mittelten Soll-Drehzahl durchgeführt wird. Bei dieser bekannten Einrichtung kann zwar bei ruhiger Fahrweise auf relativ ebener Fahrbahn ein synchronisiertes Schal­ ten ohne störende Belastungen wie z. B. Rucken des An­ triebsstranges erreicht werden, wenn die erwähnte Rege­ lung sehr genau, also auch sehr aufwendig ist.

Aus der DE 25 32 008 A1 ist weiter eine Einrichtung mit automatischem Zwischenkuppeln bzw. Zwischengas bekannt. Bei einem Getriebe mit einer Sammel-Synchronisiereinrich­ tung wird beim Schaltvorgang die Synchronisation entweder durch Beschleunigung des Motors bei geschlossener Kupp­ lung im Fall eines Abwärtsschaltens durch automatisches Zwischengasgeben bewirkt, oder im Fall des Umschaltens mit offener Kupplung durch die Wirkung der Sammel- Synchronisiereinrichtung oder der Wirbelstrombremse.

Es sind jedoch auch Fahrsituationen des Fahrzeugs auf unebenen Fahrbahnen (z. B. schwere Nutzfahrzeuge im Bau­ gelände) zu berücksichtigen, bei denen erhebliche Dreh­ schwingungen und ähnliche Störungen von den angetrie­ benen Rädern auf das Getriebe übertragen werden können. Derartige Schwingungen können dazu führen, daß der An­ triebsstrang zwischen dem Motor und den angetriebenen Rädern nur sehr schwierig ausgeregelt werden kann und daß erhebliche stoßartige Belastungen auf die mitein­ ander gekuppelten, relativ großen Massen ausgeübt wer­ den.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit einfachen Steuereinrichtungen die erwähnten Schwierigkeiten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 an­ gegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfin­ dung und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wäh­ rend des Gangwechsels die Kupplung einerseits noch die von der Antriebsmaschine aufgebrachten Beschleunigungs- oder Verzögerungsmomente auf den antriebsseitigen Teil des Getriebes übertragen kann, ist ohne weiteres ein Synchronlauf durch eine Steuerung der Antriebsmaschine möglich. Zugleich läßt sich jedoch die Kupplung in sehr kurzer Zeit aus der Zwischenstellung heraus vollständig oder so weit ausrücken, daß die bei einer nicht voll­ kommenen Synchronisierung, insbesondere aufgrund von Schwingungen des Antriebsstranges noch verbleibenden Drehzahl-Differenzen zwischen dem antriebsseitigen Teil und dem abtriebsseitigen Teil des Getriebes von der Kupplung ausgeglichen werden können. Insbesondere dann, wenn die Kupplung während des Gangwechsels auf eine Zwischenstellung gesteuert wird, in der auch der neue Gang ohne die beschriebenen Probleme eingelegt werden kann, ergibt sich eine sehr kurze Betätigungs­ zeit für die Kupplung.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.

In Fig. 1 ist in Form eines Blockschaltbildes das An­ triebssystem eines Kraftfahrzeugs in vereinfachter Weise dargestellt. Ein z. B. als Verbrennungskraft­ maschine ausgebildeter Motor 5 dient zum Antrieb der Räder 20 des Kraftfahrzeugs. In dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs ist ein Stufenwechselgetriebe 15 ange­ ordnet, dessen antriebsseitiger Teil über eine Welle 12, eine Kupplung 11 und eine weitere Welle 8 mit dem Motor 5 verbindbar ist und dessen abtriebsseitiger Teil über eine Welle 19 die Räder 20 des Kraftfahrzeugs an­ treibt.

Der Motor 5, die Kupplung 11 und das Getriebe 15 sind so ausgebildet, daß sie über elektrisch, pneumatisch oder mechanisch wirkende Steuer- und Signalsysteme steuerbar sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einem elektrischen Steuer- und Signalsystem ausgegangen. Dabei ist für die Steuerung des Motors 5 eine Motor-Steuerung 3, für die Steuerung der Kupp­ lung 11 eine Kupplungs-Steuerung 23 und für die Steue­ rung des Getriebes 15 eine Getriebe-Steuerung 21 vor­ gesehen. Die Motor-Steuerung 3 wird über eine Signalleitung 2 über die Stellung des Gaspedals 1 des Kraft­ fahrzeugs informiert. Dies ist z. B. dadurch möglich, daß bei der Betätigung des Gaspedals 1 ein Potentio­ meter betätigt wird, dessen Ausgangssignal auf die Signalleitung 2 gegeben wird. Über einen das Drehver­ halten der zwischen dem Motor 5 und der Kupplung 11 an­ geordneten Welle 8 abtastenden Sensor 7 wird die Motor­ Steuerung 3 über die Drehzahl des Motors 5 informiert.

Der Sensor 7 ist über eine Signalleitung 6 mit der Motor-Steuerung 3 verbunden. Weitere Informationen werden der Motor-Steuerung 3 einerseits über ein Steuer- und Signalleitungssystem 25, das die Motor­ Steuerung 3 mit der Getriebe-Steuerung 21 verbindet, und andererseits über ein Steuer- und Signalleitungs­ system 24 mitgeteilt, das die Motor-Steuerung 3 mit der Kupplungs-Steuerung 23 verbindet. Die in der Motor­ Steuerung 3 z. B. mittels eines Mikrocomputers berech­ nete erforderliche Einstellung des Motors 5 wird über eine Steuerleitung 4, die die Motor-Steuerung 3 mit dem Motor 5 verbindet, veranlaßt. Der Motor 5 ist so ausgebildet, daß er entsprechend elektrisch steuerbar ist.

Die Kupplung 11 ist so ausgebildet, daß sie nicht nur vollständig ein- oder ausgerückt werden kann. Es können vielmehr auch Zwischenstellungen eingestellt werden, in denen das von der Kupplung 11 übertragbare Kupplungsmo­ ment geringere Werte als das maximal mögliche, bei vollständig eingerückter Kupplung übertragbare Moment einnimmt. Dies kann z. B. durch eine federbelastete Kupplung realisiert werden, zu deren Betätigung ein elektrisch steuerbarer und pneumatisch angetriebener Betätigungszylinder vorgesehen ist. Zur Steuerung die­ ses Betätigungszylinders und damit zur Steuerung des von der Kupplung 11 übertragbaren Momentes bzw. der Kupplungs-Stellung ist eine Steuerleitung 10 vorge­ sehen, die die Kupplungs-Steuerung 23 mit der Kupp­ lung 11 verbindet. Zur Rückmeldung der von der Kupp­ lung 11 eingenommenen Stellung bzw. des von der Kupp­ lung 11 übertragenen Kupplungsmomentes ist eine Sig­ nalleitung 9 vorgesehen, die ebenfalls die Kupplungs- Steuerung 23 mit der Kupplung 11 verbindet. Über ein Steuer und Signalleitungssystem 22 ist die Kupplungs- Steuerung 23 schließlich mit der Getriebe-Steuerung 21 verbunden, so daß die Betätigung der Kupplung 11 auch vom Betriebszustand des Getriebes 15 abhängig gemacht werden kann. Entsprechend kann die Betätigung der Kupp­ lung 11 von dem Betriebszustand des Motors 5 abhängig gemacht werden.

Die über die Steuer- und Signalleitungssysteme 22 und 25 mit der Kupplungs-Steuerung 23 und der Motor-Steuerung 3 verbundene Getriebe-Steuerung 21 dient zur Erzeugung von Steuerbefehlen für die Betätigung des Getriebes 15. Ent­ sprechende Steuersignale werden von der zwischen der Ge­ triebe-Steuerung 21 und dem Getriebe 15 angeordneten Steuerleitungen 16 übertragen. Zur Erfassung des Drehver­ haltens des antriebsseitigen und des abtriebsseitigen Teils des Getriebes 15 sind Sensoren 13 und 18 vorge­ sehen. Der Sensor 13 dient dabei zur Erfassung des Dreh­ verhaltens der Welle 12. Er ist über eine Signalleitung 14 mit der Getriebe-Steuerung 21 verbunden. Der Sensor 18 dient zur Erfassung des Drehverhaltens der Welle 19. Er ist mit der Getriebe-Steuerung 21 über eine Signal­ leitung 17 verbunden. Durch einen Vergleich der von den Sensoren 13 und 18 ermittelten Drehzahlen des an­ triebsseitigen und abtriebsseitigen Teils des Getriebes 15 ist es möglich, den Synchronlauf dieser Getriebe­ teile und damit den zum Einlegen des jeweils neuen Ganges an sich erforderlichen Betriebszustand des Getriebes 15 festzustellen.

Da dieser Synchronlauf nicht immer mit der an sich er­ forderlichen Genauigkeit erreicht werden kann. z. B. wegen nicht vermeidbarer Schwingungen im Antriebsstrang, wird die Kupplung 11 so mittels der Kupplungs-Steuerung 23 angesteuert, daß bei einem Gangwechsel zunächst wäh­ rend oder vor dem Herausnehmen des alten Ganges die Kupp­ lung 11 vollständig ausgerückt wird. Danach wird die Kupplung 11 in eine Zwischenstellung gebracht, in der das von der Kupplung 11 übertragbare Kupplungsmoment noch ausreicht, den antriebsseitigen Teil des Getriebes 15 mittels des Motors 5 auf die im neuen Gang erfor­ derliche Drehzahl einzustellen. Beim Runterschalten bedeutet dies, daß die Kupplung 11 noch das zum Be­ schleunigen des antriebsseitigen Teiles des Getriebes 15 erforderliche Antriebsmoment übertragen muß. Ent­ sprechend muß die Kupplung 11 in der erwähnten Zwischen­ stellung beim Hochschalten noch das dann erforderliche Bremsmoment zum Abbremsen des antriebsseitigen Teils des Getriebes 15 übertragen können. In beiden Fällen ist es jedoch nicht erforderlich, das maximale mögliche Kupplungsmoment zu übertragen. Dies bedeutet, daß die Kupplung schließlich zum Einlegen des neuen Ganges sehr schnell in die dann erforderliche Stellung gebracht werden kann. Diese Stellung ist entweder diejenige Stel­ lung, in der die Kupplung 11 vollständig ausgerückt ist, oder eine Stellung, in der nur noch ein sehr ge­ ringes Kupplungsmoment z. B. zum Aufbringen des von den Reibungskräften auf den antriebsseitigen Teil des Getriebes 15 ausgeübten Reibungsmomentes erforderlich ist. Es ist durchaus möglich, daß das zum Einlegen des neuen Ganges einerseits erforderliche und anderer­ seits noch zulässige Kupplungsmoment mit dem Kupplungs­ moment übereinstimmt, daß zum Beschleunigen oder Ver­ zögern des antriebsseitigen Teils des Getriebes 15 zum Erreichen des Synchronlaufes erforderlich ist.

Die beschriebene prinzipielle Betriebsweise der Kupp­ lung 11 wird anhand des in Fig. 2 dargestellten Dia­ gramms noch einmal erläutert. In Fig. 2a) ist der zeitliche Verlauf der Motor-Drehzahl während zweier Gangwechsel dargestellt. In Fig. 2b) ist der ent­ sprechende zeitliche Verlauf des Betätigungsweges der Kupplung 11 und in Fig. 2c) ist der entsprechende zeitliche Verlauf des Kupplungsmomentes dargestellt. Die in den Diagrammen eingetragenen Zeitpunkte t₁ bis t₁₀ sind in allen drei Diagrammen identisch.

Es wird davon ausgegangen, daß zum Zeitpunkt t₁ ein Gangwechsel zum Hochschalten eingeleitet wird. Dies kann manuell oder automatisch geschehen. Im Zeitpunkt t₁ wird dann die Kupplung ausgerückt, d. h. es wird der volle Betätigungsweg zurückgelegt, bis zum Zeitpunkt t₂ die Kupplung vollständig ausgerückt ist. Entsprechend sinkt vom Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₂ oder schneller das von der Kupplung übertragene Moment auf Null. Vom Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ wird dann der alte Gang herausgenommen. Dieses kann allerdings auch schon von dem Zeitpunkt an geschehen, zu dem das übertragene Moment auf Null oder nahe Null abgesunken ist. Vom Zeitpunkt t₃ an wird die Motor-Drehzahl her­ untergeregelt, um den antriebsseitigen Teil des Ge­ triebes auf die neue, beim Hochschalten erforderliche geringere Drehzahl abzubremsen. Hierzu ist es erfor­ derlich, die Kupplung wieder einzurücken. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kupplung aber nicht wieder vollständig eingerückt, sondern nur bis zu einer Zwischenstellung, in der das zum Abbremsen des antriebsseitigen Teils des Getriebes erforderliche Bremsmoment übertragen werden kann. Diese Zwischen­ stellung der Kupplung wird zwischen dem Zeitpunkt t₃ und dem Zeitpunkt t₄ eingestellt. Zum Zeitpunkt t₄ hat die Motor-Drehzahl die erforderliche geringe Dreh­ zahl erreicht. Deshalb wird die Kupplung so gesteuert, daß sie vom Zeitpunkt t₄ an oder kurze Zeit danach praktisch kein Kupplungsmoment mehr überträgt. Es wer­ den allenfalls noch die Reibungsverluste des antriebs­ seitigen Teils des Getriebes ausgeglichen. Auf diese Weise ist es möglich, vom Zeitpunkt t₄ an bis zum Zeit­ punkt t₅ den neuen Gang einzulegen, ohne daß eventuelle Abweichungen vom an sich erforderlichen Synchronlauf den Antriebsstrang z. B. stoßartig belasten würden. Ent­ sprechende Stöße wegen des nicht synchronen Einlegens des neuen Ganges werden dann von der Kupplung ausge­ glichen, da diese kein nennenswertes Kupplungsmoment mehr überträgt. Vom Zeitpunkt t₅ an wird die Kupplung wieder vollständig eingerückt.

Entsprechend verläuft die Steuerung der Kupplung bei einem Gangwechsel zum Runterschalten. Es wird ange­ nommen, daß zum Zeitpunkt t₆ der Gangwechsel einge­ leitet wird. Die Kupplung wird dann bis zum Zeit­ punkt t₇ ausgerückt. Entspechend sinkt dann vom Zeitpunkt t₆ bis zum Zeitpunkt t₇ das von der Kupp­ lung übertragene Moment. Vom Zeitpunkt t₇ bis zum Zeit­ punkt t₈ oder von dem Zeitpunkt an, zu dem das Motormo­ ment zu nahezu Null geworden ist, wird der alte Gang herausgenommen. Vom Zeitpunkt t₈ bis zum Zeitpunkt t₉ wird die Kupplung in die erwähnte Zwischenstellung ge­ bracht, um mittels des vom Motor aufgebrachten Be­ schleunigungsmomentes den antriebsseitigen Teil des Ge­ triebes zu beschleunigen auf die für den neuen Gang er­ forderliche höhere Drehzahl. Nach Erreichen dieser Dreh­ zahl t₉ wird die Kupplung bis zum Zeitpunkt t₁₀ soweit ausgerückt, daß das Einlegen des neuen Ganges auch bei Abweichungen vom Synchronlauf möglich ist. Danach wird dann die Kupplung wieder vollständig eingerückt.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Steuern eines Antriebsaggregates, das eine Antriebsmaschine, ein Stufenwechselgetriebe und eine zwischen der Antriebsmaschine und dem Stufen­ wechselgetriebe angeordnete Kupplung aufweist, wobei zur Unterstützung der Getriebesynchronisation während des Gangwechsels die Kupplung in einer Zwischenphase nach der Herausnahme des bisherigen Getriebeganges und vor dem Einlegen des neuen Getriebeganges einge­ rückt wird, bis eine Synchronisation des neuen Getriebeganges erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung derart ausgebildet und steuerbar ist, daß wenigstens eine Zwischenstellung der Kupp­ lung einstellbar ist, in der das Kupplungsmoment einen von Null verschiedenen, jedoch wesentlich geringeren Wert als das bei voll eingerückter Kupp­ lung übertragbare Moment aufweist, und daß diese Zwischenstellung der Kupplung in der Zwischenphase des Gangwechsels zur Synchronisation des neuen Getriebeganges von der Steuereinrichtung eingestellt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplungs-Steuereinrichtung zum Ausrücken der Kupplung vor dem Herausnehmen des alten Ganges dient.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Antriebsmaschinen-Steuereinrich­ tung vorgesehen ist, die zum momentenfreien oder annähernd momentenfreien Betrieb der Antriebsmaschine vor dem Herausnehmen des alten Ganges dient.

4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ maschinen-Steuereinrichtung vor dem Einlegen des neuen Ganges zur Regelung der Antriebsmaschinen- Drehzahl auf den Wert oder annähernd den Wert der erforderlichen Synchron-Drehzahl dient.

5. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupp­ lungs-Steuereinrichtung zum Ausrücken der Kupplung während des Einlegens des neuen Ganges dient.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren zur Erfassung der Drehzahl des antriebsseitigen und/oder des abtriebsseitigen Teils des Stufenwechselgetriebes vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupp­ lungs-Steuereinrichtung zur Einstellung der Kupplung auf eine solche Zwischenstellung unmittelbar vor und während des Einlegens des neuen Ganges dient, daß das von der Kupplung übertragene Moment gleich oder in etwa gleich der Summe der am antriebsseitigen Teil des Stufenwechselgetriebes angreifenden Reibungs­ momente ist.

8. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ maschinen-Steuereinrichtung zur Beeinflussung einer Energieträger/Zumeßvorrichtung und/oder von zur Abbremsung der Antriebsmaschine vorgesehenen Brems­ einrichtungen dient.