EP1352188A1 - Antriebsstrang eines fahrzeugs und verfahren zur steuerung eines antriebsstranges - Google Patents

Antriebsstrang eines fahrzeugs und verfahren zur steuerung eines antriebsstranges

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EP1352188A1
EP1352188A1 EP02706700A EP02706700A EP1352188A1 EP 1352188 A1 EP1352188 A1 EP 1352188A1 EP 02706700 A EP02706700 A EP 02706700A EP 02706700 A EP02706700 A EP 02706700A EP 1352188 A1 EP1352188 A1 EP 1352188A1
Authority
EP
European Patent Office
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gear
drive train
transmission
switching
power
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02706700A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Detlef Baasch
Ralf Dreibholz
Gerhard Gumpoltsberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1352188A1 publication Critical patent/EP1352188A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04—Smoothing ratio shift
    • F16H61/0403—Synchronisation before shifting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
    • F16H3/0915—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft with coaxial input and output shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H2306/00—Shifting
    • F16H2306/40—Shifting activities
    • F16H2306/46—Uncoupling of current gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2306/00—Shifting
    • F16H2306/40—Shifting activities
    • F16H2306/50—Coupling of new gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/68—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings
    • F16H61/682—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings with interruption of drive

Definitions

  • the invention relates to a drive train
  • ⁇ the gear change transmissions from a driver causes and executed.
  • Relief for the driver of this activity in gearboxes depends on the degree of automation.
  • a transmission control causes a change in the transmission ratio without the instruction of a driver, depending on a current operating state.
  • a switching device represents an important interface between the driver and the vehicle, and its mode of operation significantly influences the feeling of comfort and the quality of the switching. Which elements ⁇ a switching device is constructed, depends essentially on whether a shift or gear change is carried out with or without tensile force interruption.
  • circuits are shifted from a translation of a current or old gear to a desired one
  • double clutch transmissions are used in practice in a drive train, which have two separately manipulable clutches on one transmission input side.
  • One of the clutches is provided to activate the odd gears, and the other clutch is used to shift the even gears. Since the shift elements of the immediately adjacent gears are always on the strand of the opened clutch, they can be actuated easily because they are not under load. The actual gear shift takes place while maintaining the tractive force only when the new gear is changed the main clutches is brought into the positive connection as a so-called overlap circuit.
  • the object of the present invention is therefore to provide an inexpensive drive train of a vehicle and a method for controlling a drive train, with which in particular a train upshift can be carried out in a simple manner with high shifting comfort without interruption of the tractive force.
  • this object is achieved with a drive train of a vehicle according to the features of patent claim 1 and with a method for controlling a drive train according to the features of claim 11.
  • the exchange of impulses between the rotating masses of the old gear of the drive train and the rotary masses of the drive train of the new gear advantageously takes place via a simultaneous spontaneous connection and disconnection of form-fitting operative connections between two switching devices and two gear pairings of the transmission assigned to these switching devices without prior synchronization , so that a drive torque originating from the drive unit or at least a part of it is not lost as power loss or thermal energy due to grinding processes of possible synchronizations.
  • the positive-locking shifting devices and the power-separating shifting element are controlled in such a way that a tensile force at the output is at least approximately constant when a gear upshift is changed.
  • This is advantageously achieved in that the power-shifting switching element is acted upon with a control pressure when changing gears in such a way that it transmits the moment passed without or with little slip and a positive connection between an old gear and a spontaneous connection of an active connection with a new one Ganges is solved.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive train with a gear diagram of a transmission arranged in the drive train, a power-separating switching element being arranged on the output side and
  • Fig. 2 is a schematic representation of a drive train, wherein a power-isolating switching element is arranged on a drive side of a transmission.
  • the gear 3 has a plurality of gear pairs 6A, 6B, 6C, 6D, 6E and corresponding switching devices 7A, 7B, 7C for setting different gear ratios in the gear.
  • the shifting devices 7A to 7C and the friction clutch 5 are designed and controllable in such a way that a train upshift when changing from an old gear to a new gear via a simultaneous spontaneous engagement and disengagement of form-fitting operative connections between two shifting devices 7B, 7C and two of these Switching devices 7B, 7C associated gear pairs 6E, 6C can be carried out in the drive train 1 without interrupting the tractive force.
  • the friction clutch 5 arranged on the transmission output side begins to slip due to the acceleration of the transmission output shaft 17 when a torque value preset when the shift is initiated. Due to the arrangement of the friction clutch 5 on the transmission output side, vibrations or impulses generated by the circuit do not reach the vehicle, since these are limited by the sliding friction clutch 5.
  • the torque value preset when the shift is initiated is regulated within a torque range which is to be transmitted by the friction clutch 5 before and after the shift.
  • the switching devices 7A to 7C are each provided with a clutch sleeve 9A, 9B, 9C and clutch disks 10A, 10B, 11A, 11B, 12A arranged between two idler gears of the gear pairs 6A, 6B, 6C, 6D, 6E and the clutch sleeves 9A, 9B, 9C , 12B.
  • a clutch sleeve 9A, 9B, 9C and clutch disks 10A, 10B, 11A, 11B, 12A arranged between two idler gears of the gear pairs 6A, 6B, 6C, 6D, 6E and the clutch sleeves 9A, 9B, 9C , 12B.
  • the operative connection between the clutch disc 11A and the gear pair 6B is formed via a tooth profile, which represents part of a controllable freewheel and can only transmit drive torques or tensile torques starting from the drive unit 2 in the direction of the output 4.
  • the operative connection between the switching device 7A and the gear pair 6A via the clutch disc 10B of the switching device 7A is identical in construction to the operative connection between the switching device 7B and the gear pair 6B.
  • the shift sleeve 9B If the shift sleeve 9B, starting from the ithanrie ⁇ surrounded second axial position in the direction of the gear pair 6B in a third axial position of the Heidelbergmuf- 9B shifted, the shift sleeve 9B engages with a tooth profile in a corresponding further tooth profile of the gear pair 6B, the operative connection between the shift sleeve 9B and the gear pair 6B being designed such that it can transmit applied thrust moments in the drive train 1.
  • the shift sleeve 9B is moved from its third axial position in the direction of the gear pair 6C back to its second axial Position shifted, with which the operative connection between the shift sleeve 9B and the gear pair 6B is released and only tensile moments can be carried out via the switching device 7A.
  • the switching sleeve 9A of the switching device 7A is moved in the direction of a connecting element 18 from its first axial position, ie its neutral position, to its second axial position.
  • the clutch disc 10A assigned to the connecting element 18 is brought into engagement with the connecting element 18 and spontaneously or abruptly an interlocking operative connection is established between these two components, which causes a reversal of the torque on the switching device 7B due to the abrupt increase in speed of the transmission output shaft 17 and on the Wegeinrich ⁇ tung 7B, a pushing torque is present.
  • the clutch disc 11A of the switching device 7B is simultaneously accelerated via the deflecting flank of the tooth profile of the idler gear 14 in the direction of the gear pair 6C or the shift sleeve 9 and is brought out of engagement with the gear pair 6B.
  • the sliding sleeve 9A of the switching device 7A is shifted from its second axial position into its third axial position. with which a tooth profile of the sliding sleeve 9A of the switching device 7A is brought into engagement with a corresponding tooth profile of the connecting part 18.
  • the positive connection between the sliding sleeve 9A of the switching device 7A and the connecting part 18 is designed such that it can transmit both tensile and thrust moments.
  • Each of the switching devices 7A to 7C is in each case two non-successive gear stages between two
  • Gear pairs 6B, 6C and 6D, 6E assigned and arranged between the gear pair 6A and the connecting part 18.
  • the arrangement of the gear pairings 6A to 6E or the arrangement of the rotary masses of the transmission 3 is for the most part in operative connection with the friction clutch 5 in such a way that the rotary masses are only subjected to a small pulse when changing gear.
  • an actuating device is provided for actuating the controllable switching devices 7A to 7C, by means of which the switching sleeves 9 can be brought into the corresponding axial positions.
  • This actuating device can be designed in a conventional manner with an electric motor and a plurality of coupling elements in order to convert a rotary movement of the electric motor into a translatory movement of the shift sleeve 9A to 9C.
  • FIG. 2 shows a drive train 1, the friction clutch 5 being arranged on the transmission input side here.
  • the same or equivalent parts are identified here by the same reference numerals as in the description with reference to the exemplary embodiment according to FIG. 1, reference being made to the description according to FIG. 1 regarding the mode of operation of the switching devices 7A to 7C.
  • the rotary masses of the transmission 2 are operatively connected to the friction clutch 5 in such a way that when a gear change or a spontaneous engagement of a new transmission ratio, only one transmission input shaft 19 and the switching devices arranged thereon receive a pulse - be struck and accelerated in their rotary motion.
  • the much larger part of the rotary masses of the transmission 3 is connected to the output 4, which initially does not experience any change in speed during the shift.

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Abstract

Es wird ein Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Steuerung eins Antriebsstranges (1) mit einer Antriebseinheit (2), mit einem Getriebe (3) und mit einem Abtreib (4) vorgeschlagen. Das Getreibe (3) ist mit einem leistungsrennenden Schaltelement (5) als Anfahrelement, mit Zahnradpaarungen (6A bis 6E) und damit korrespondierenden Schalteinrichtungen (7A, 7B, 7C) zum Einstellen verschiedener Übersetzungen in dem Getriebe (3) ausgebildet. Die Schalteinrichtungen (7A, 7B, 7C) und das leistungstrennde Schaltelement (5) sind derart ausgebildet und ansteuerbar, dass enie Zughochschaltung bein einem Wechsel von einem alten Gang in einen neuen Gang über ein gleichzeitiges spontanes Zuschalten des neuen Ganges und Lösen des alten Ganges von zugeordneten formschlüssigen Wirkverbindungen zwischen jeweils einer Schalteinrichtung (7A, 7B, 7C) zugeordneten Zahnradpaarung (6A bis 6E) ohne Zugkraftunterbrechung im Antreibsstrang (1) bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl an der dem neuen Gang zugeordneten formschlüssigne Wirkverbindung durchgeführt wird.

Description

Antriebsstrang eines Fahrzeugs und Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstranges
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines
Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit und ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstranges nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 11 näher definierten Art.
Im allgemeinen sind bei Fahrzeuggetrieben Einrichtungen erforderlich, welche es ermöglichen, eine Übersetzung und dadurch ein Leistungsangebot einer Antriebseinheit einem aktuellen Fahrzustand anzupassen. Dabei wird bei Hand¬ schaltgetrieben der Gangwechsel von einem Fahrer veranlaßt und ausgeführt. Eine Entlastung des Fahrers von dieser Tätigkeit hängt bei Getrieben vom Grad der Automatisierung ab. Bei vollautomatisierten Getrieben führt eine Getriebesteuerung auch ohne Anweisung eines Fahrers in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustandes eine Übersetzungsänderung herbei. Generell stellt eine Schalteinrichtung eine wichtige Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug dar und deren Wirkungsweise beeinflußt maßgeblich das Komfortempfinden bzw. die Schaltqualität. Aus welchen Elementen eine Schalt¬ einrichtung aufgebaut ist, hängt im wesentlichen davon ab, ob ein Schaltvorgang bzw. Gangwechsel mit oder ohne Zug- kraftunterbrechung durchgeführt wird.
Bei aus der Praxis bekannten automatisierten Stufengetrieben werden Schaltungen ausgehend von einer Übersetzung eines aktuellen bzw. alten Ganges zu einer angestrebten
Übersetzung eines neuen Ganges mit herkömmlichen Synchronisierungen oder Klauen durchgeführt. Dabei wird z.B. bei Schaltungen, an denen formschlüssige Schaltelemente, wie beispielsweise Klauen, beteiligt sind, die formschlüssige Verbindung des eingelegten alten Ganges bei einer Schaltung gelöst. Vor einem Zuschalten eines neuen Ganges wird in dem Getriebe beispielsweise durch einen gezielten Motoreingriff bei geschlossener Kupplung oder durch eine Bremse eine geringere Differenzdrehzahl zwischen dem alten und dem neuen Gang eingestellt.
Nachteilig dabei ist jedoch, daß während dieser Schaltphase über den Antriebsstrang keine Zugkräfte übertragen werden und der Zugkrafteinbruch von einem Fahrer als störend empfunden wird. Darüber hinaus kann ein derartiger Zugkrafteinbruch in bestimmten Betriebssituationen, wie beispielsweise bei einer Bergauffahrt, zu einer derartigen Geschwindigkeitsverringerung des Fahrzeuges führen, daß die eingeleitete Schaltung zu einer nicht mehr erwünschten Ü- bersetzung in dem Getriebe führt und eine Weiterfahrt mit der neuen Übersetzung nur unter erheblichen Komforteinbußen durchgeführt werden kann.
Zur Vermeidung einer Unterbrechung der Zugkraft während eines Schaltvorganges werden in der Praxis sogenannte Doppelkupplungsgetriebe in einem Antriebsstrang eingesetzt, welche zwei getrennt manipulierbare Kupplungen an einer Getriebeeingangsseite aufweisen. Dabei ist eine der Kupplungen zur Aktivierung der ungeraden Gange vorgesehen, und die andere Kupplung wird zur Schaltung der geraden Gänge verwendet. Da die Schaltelemente der unmittelbar benachbarten Gänge immer auf dem Strang der geöffneten Kupplung lie- gen, können sie, weil unbelastet, leicht betätigt werden. Die eigentliche Gangschaltung erfolgt unter Aufrechterhaltung der Zugkraft erst, wenn der neue Gang durch Wechseln der Hauptkupplungen als sogenannte Überschneidungsschaltung in den Kraftschluß gebracht wird.
Derartige Doppelkupplungsgetriebe weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihre konstruktive Ausgestaltung aufwendig und komplex ist und deren Herstellung mit hohen Kosten verbunden ist.
Eine weitere aus der Praxis bekannte Gruppe von Ge- trieben, mittels welchen Zughochschaltungen ohne Zugkraftunterbrechung durchführbar sind, stellen konventionelle Automatgetriebe mit Planetenradsätzen und hydraulisch betätigbaren Kupplungen und Bremsen dar. Bei diesen Getrieben ist jeder Gang bzw. jede Übersetzungsstufe durch eine spe- zielle Kombination von Kupplungen und Bremsen schaltbar, wobei auch hier die Möglichkeit besteht, mittels einer Ü- berschneidungsschaltung unter Last von einem Gang in einen neuen Gang zu schalten.
Der Einsatz von Reibkupplungen bzw. Lamellenkupplungen weist jedoch den Nachteil auf, daß zu deren Ansteuerung eine aufwendige Hydraulik erforderlich ist. Die mit dem Betreiben der Hydraulik verbundenen Verluste bewirken zusätzlich eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades des Getriebes und einen damit einhergehenden erhöhten Kraftstoffverbrauch .
Darüber hinaus ist es bei Vorgelegegetrieben auch bekannt, Schaltungen mit formschlüssigen Schaltelementen zu realisieren, wobei ein eingelegter Gang durch motorseitige Entlastung des Antriebsstranges ausschaltbar wird und das formschlüssige Element des neuen Ganges möglichst verzögerungsfrei zugeschaltet wird. Nachteilig ist aber auch bei diesen Schaltungen, daß durch eine der Schaltung vorgeschalteten erforderlichen Entlastung des Antriebsstranges ein Zugkrafteinbruch verursacht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen kostengünstigen Antriebsstrang eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstranges zur Verfügung zu stellen, mit welchen insbesondere eine Zughochschaltung ohne Zugkraftunterbrechung auf einfache Art und Weise bei hohem Schaltkomfort durchführbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Patentan- Spruches 1 und mit einem Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstranges gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 11 gelöst .
Mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang eines Fahr- zeugs, bei welchem Schalteinrichtungen und das leistungs- trennende Schaltelement des Getriebes derart ausgebildet und ansteuerbar sind, daß eine Zughochschaltung ohne Zug- kraftunterbrechung im Antriebsstrang bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl zwischen einer Drehzahl des Getriebes des alten Ganges und einer angestrebten Drehzahl des neuen Ganges durchführbar ist, entsteht in vorteilhafter Weise keine Verlustleistung, da ein Synchronvorgang in dem Getriebe durch einen Impulsaustausch ohne Drehzahlführung seitens der Antriebseinheit oder über aus der Praxis bekannten Syn- chronisierungen durchgeführt wird. Der Impulsaustausch zwischen den sich im Kraftfluß befindlichen rotatorischen Massen des alten Ganges des Antriebsstranges und den rotatorischen Massen des Antriebsstranges des neuen Ganges erfolgt vorteilhafterweise über ein gleichzeitiges spontanes Zuschalten und Lösen von formschlüssigen Wirkverbindungen zwischen zwei Schalteinrichtungen und zwei diesen Schalteinrichtungen zugeordneten Zahnradpaarungen des Getriebes ohne vorherige Synchronisierung, so daß ein von der Antriebseinheit ausgehendes An- triebsmoment bzw. wenigstens ein Teil von diesem nicht als Verlustleistung bzw. Wärmeenergie durch Schleifvorgänge eventueller Synchronisierungen verloren geht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung ei- nes Antriebsstranges werden die formschlüssigen Schalteinrichtungen und das leistungstrennende Schaltelement derart gesteuert, daß bei einem Gangwechsel einer Zughochschaltung eine Zugkraft am Abtrieb wenigstens annähernd konstant ist. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß das leistungstrennende Schaltelement beim Gangwechsel derart mit einem Ansteuerdruck beaufschlagt wird, daß es das durchgeleitete Moment gerade ohne oder mit geringem Schlupf überträgt und eine formschlüssige Wirkverbindung eines alten Ganges bei einer spontanen Zuschaltung einer Wirkver- bindung eines neuen Ganges gelöst wird.
Damit wird erreicht, daß ein neuer höherer Gang bei voller Differenzdrehzahl an der dem neuen Gang zugeordneten Wirkverbindung formschlüssig zugeschaltet wird und eine starke Drehzahländerung der drehenden Teile des Getriebes erfolgt, die zwischen einer zuschaltenden Wirkverbindung des neuen Ganges und dem leistungstrennenden Schaltelement angeordnet sind. Durch das in dem leistungstrennenden Schaltelement eingestellte maximal übertragbare Moment wird in vorteilhafter Weise am Abtrieb kein Zugkrafteinbruch spürbar .
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen . Es zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges mit einem Räderschema eines in dem Antriebsstrang angeordneten Getriebes, wobei ein leistungstrennendes Schalt- element abtriebsseitig angeordnet ist und
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges, wobei ein leistungstrennendes Schaltelement auf einer Antriebsseite eines Getriebes angeordnet ist.
Fig. 1 zeigt einen Antriebsstrang 1 eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit 2 , mit einem 6-Gang-Automatge- triebe 3 in Vorgelegebauweise und mit einem Abtrieb 4. Zwi- sehen dem Getriebe 3 und dem Abtrieb 4 ist ein leistungstrennendes Schaltelement 5 als Anfahrelement vorgesehen, welches als steuerbare Reibkupplung ausgeführt ist. Das Getriebe 3 weist mehrere Zahnradpaarungen 6A, 6B, 6C, 6D, 6E und damit korrespondierenden Schalteinrichtungen 7A, 7B, 7C zum Einstellen verschiedener Übersetzungen in dem Getriebe auf. Die Schalteinrichtungen 7A bis 7C und die Reibkupplung 5 sind derart ausgebildet und ansteuerbar, daß eine Zughochschaltung bei einem Wechsel von einem alten Gang in einen neuen Gang über ein gleichzeitiges spontanes Zuschal- ten und Lösen von formschlüssigen Wirkverbindungen zwischen zwei Schalteinrichtungen 7B, 7C und zwei diesen Schalteinrichtungen 7B, 7C zugeordneten Zahnradpaarungen 6E, 6C ohne Zugkraftunterbrechung im Antriebsstrang 1 durchführbar ist.
Bei dem Gangwechsel während einer Zughochschaltung wird in dem dargestellten Getriebe 3 ein höherer neuer Gang über eine formschlüssige Wirkverbindung zwischen Klauen der Schalteinrichtungen 7B und korrespondierenden Klauen der Zahnradpaarung 6C eingelegt. Der Eingriff der Klauen er- folgt bei voller Differenzdrehzahl an der dem neuen Gang zugeordneten formschlüssigen Wirkverbindung, wobei die drehenden Teile des Getriebes, die zwischen der leistungstrennenden Reibkupplung und der zuschaltenden Wirkverbindung des neuen Ganges angeordnet sind, durch den Zuschaltimpuls in ihrer Drehzahl stark beschleunigt werden.
Die getriebeausgangsseitig angeordnete Reibkupplung 5 beginnt aufgrund der Beschleunigung der Getriebeausgangswelle 17 bei Erreichen eines bei der Schaltungseinleitung voreingestellten Momentenwertes zu rutschen. Durch die ge- triebeabtriebseitige Anordnung der Reibkupplung 5 gelangen durch die Schaltung erzeugte Schwingungen oder Impulse nicht zum Fahrzeug, da diese durch die rutschende Reibkupplung 5 begrenzt werden.
Damit der Abtrieb 4 in seiner Drehzahl beschleunigt werden kann und das Getriebe 3 nicht blockiert, muß der alte geschaltete Gang beim Einlegen des neuen Ganges aus seiner Verzahnung ausrücken. Durch die getriebeabtriebssei- tig angeordnete rutschende Reibkupplung 5 wird am Abtrieb 4 kein Zugkrafteinbruch spürbar, wobei die Reibkupplung 5 in ihrem Rutschmoment auf den neu zu übertragenden Momenten- wert nach der Schaltung eingestellt wird.
Der bei der Schaltungseinleitung voreingestellte Momentenwert wird innerhalb eines Momentenbereiches geregelt, welcher von der Reibkupplung 5 vor und nach der Schaltung übertragen werden soll.
Die Schalteinrichtungen 7A bis 7C sind jeweils mit einer Schaltmuffe 9A, 9B, 9C und jeweils zwischen zwei Losrädern der Zahnradpaarungen 6A, 6B, 6C, 6D, 6E und den Schaltmuffen 9A, 9B, 9C angeordneten Kupplungsscheiben 10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B ausgebildet. In Abhängigkeit einer axialen Position der in axialer Richtung des Getriebes 3 verschieblich geführten Schaltmuffen 9A, 9B, 9C besteht die Möglichkeit, über die Schalteinrichtungen 7A bis 7C im An- triebsstrang 1 Zug- und/oder Schubkräfte von der Antriebseinheit 2 zu dem Abtrieb 4 zu führen.
In einer ersten axialen Position, in welcher sich die Schaltmuffe 9B in einer mittigen Position zwischen zwei zu der Schaltmuffe 9B benachbart angeordneten Losrädern 14, 15 der Zahnradpaarungen 6B, 6C befindet, wird über die Schalteinrichtung 7B kein Antriebsmoment von der Antriebseinheit 2 auf den Abtrieb 4 übertragen. Bei einer Verschiebung der Schaltmuffe 9B in Richtung der Zahnradpaarung 6B, wird über die Kupplungsscheibe 11A bzw. über eine nicht näher dargestellte Verzahnung der Kupplungsscheibe 11A eine form¬ schlüssige Wirkverbindung mit der Zahnradpaarung 6B bzw. dem Losrad 14 hergestellt. Gleichzeitig wird eine form- schlüssige Wirkverbindung zwischen der Schalteinrichtung 7A und der Zahnradpaarung 6A bzw. zwischen der Kupplungsscheibe 10B und einem Losrad 16 aufgrund der Ausbildung der Wirkverbindung zwischen der Schalteinrichtung 7B und der Zahnradpaarung 6B aufgehoben.
Die Wirkverbindung zwischen der Kupplungsscheibe 11A und der Zahnradpaarung 6B ist über ein Zahnprofil ausgebildet, welches einen Teil eines steuerbaren Freilaufes dar- stellt und lediglich Antriebsmomente bzw. Zugmomente ausgehend von der Antriebseinheit 2 in Richtung des Abtriebes 4 übertragen kann. Die Wirkverbindung zwischen der Schalteinrichtung 7A und der Zahnradpaarung 6A über die Kupplungsscheibe 10B der Schalteinrichtung 7A ist baugleich zu der Wirkverbindung zwischen der Schalteinrichtung 7B und der Zahnradpaarung 6B ausgebildet.
Beim Zuschalten der Wirkverbindung zwischen der Schalteinrichtung 7B und der Zahnradpaarung 6B wird eine Drehzahl des Getriebes 3 bzw. der Getriebeausgangswelle 17 angehoben, so daß an der Wirkverbindung zwischen der Schalteinrichtung 7A und der Zahnradpaarung 6A nunmehr ein Schubmoment anliegt, welches zu einem automatischen Ausrücken der Kupplungsscheibe 10B der Schalteinrichtung 7A aus dem Eingriff mit der Zahnradpaarung 6A führt. Das Ausrücken wird durch eine an der mit der Verzahnung der Kupplungsscheibe 10B der Schalteinrichtung 7A korrespondierenden Verzahnung der Zahnradpaarung 6A ausgebildeten Abweisflanke bewirkt .
Wird die Schaltmuffe 9B ausgehend von der vorbeschrie¬ benen zweiten axialen Position weiter in Richtung der Zahnradpaarung 6B in eine dritte axiale Position der Schaltmuf- fe 9B verschoben, greift die Schaltmuffe 9B mit einem Zahnprofil in ein damit korrespondierendes weiteres Zahnprofil der Zahnradpaarung 6B ein, wobei die Wirkverbindung zwischen der Schaltmuffe 9B und der Zahnradpaarung 6B derart ausgebildet ist, daß diese anliegende Schubmomente im Antriebsstrang 1 übertragen kann.
Liegt in dem Getriebe 3 über eine elektronische Steuereinheit eine Information vor, daß die in dem Getriebe 3 aktuell eingestellte Übersetzung verlassen und eine andere Übersetzung eingestellt werden soll, wird die Schaltmuffe 9B von ihrer dritten axialen Position in Richtung der Zahnradpaarung 6C zurück in ihre zweite axiale Position verschoben, womit die Wirkverbindung zwischen der Schalt- muffe 9B und der Zahnradpaarung 6B gelöst wird und über die Schalteinrichtung 7A nur noch Zugmomente führbar sind.
Im Anschluß daran wird beispielsweise die Schaltmuffe 9A der Schalteinrichtung 7A in Richtung eines Verbin- dungselementes 18 aus ihrer ersten axialen Position, d. h. ihrer Neutralstellung, in ihre zweite axiale Position gebracht. Dabei wird die dem Verbindungselement 18 zugeordnete Kupplungsscheibe 10A mit dem Verbindungselement 18 in Eingriff gebracht und spontan bzw. schlagartig eine form- schlüssige Wirkverbindung zwischen diesen beiden Bauteilen hergestellt, womit an der Schalteinrichtung 7B aufgrund der schlagartigen Drehzahlerhöhung der Getriebeausgangswelle 17 eine Momentumkehr stattfindet und an der Schalteinrich¬ tung 7B ein Schubmoment anliegt. Die Kupplungsscheibe 11A der Schalteinrichtung 7B wird gleichzeitig über die Abweisflanke des Zahnprofils des Losrades 14 in Richtung der Zahnradpaarung 6C bzw. der Schaltmuffe 9 beschleunigt und aus dem Eingriff mit der Zahnradpaarung 6B geführt. Um eine Übertragung von Zug- und Schubmomenten über die Schalteinrichtung 7A und dem Verbindungselement 18 von der Antriebseinheit 2 auf den Abtrieb 4 und umgekehrt zu gewährleisten, wird die Schiebemuffe 9A der Schalteinrich- tung 7A von ihrer zweiten axialen Position in ihre dritte axiale Position verschoben, womit ein Zahnprofil der Schiebemuffe 9A der Schalteinrichtung 7A mit einem korrespondierenden Zahnprofil des Verbindungsteils 18 in Eingriff gebracht wird. Dabei ist die formschlüssige Verbindung zwi- sehen der Schiebemuffe 9A der Schalteinrichtung 7A und dem Verbindungsteil 18 derart ausgebildet, daß sie sowohl Zug- als auch Schubmomente übertragen kann.
Jede der Schalteinrichtungen 7A bis 7C ist jeweils zwei nicht aufeinanderfolgenden Gangstufen zwischen zwei
Zahnradpaarungen 6B, 6C bzw. 6D, 6E zugeordnet und zwischen der Zahnradpaarung 6A und dem Verbindungsteil 18 angeordnet .
Weiter ist die Anordnung der Zahnradpaarungen 6A bis 6E bzw. die Anordnung der rotatorischen Massen des Getriebes 3 zum größten Teil mit der Reibkupplung 5 derart in Wirkverbindung, daß die rotatorischen Massen bei einem Gangwechsel nur mit einem geringen Impuls beaufschlagt wer- den. Das heißt, daß die Zahnradpaarungen 6A bis 6E sowie die Schalteinrichtungen 7A bis 7C und die damit in Verbindung stehenden weiteren Bauteile des Getriebes 3 bei einem Gangwechsel nur relativ geringe ruckartige Drehzahländerungen durch das spontane Zuschalten eines neuen Ganges erfah- ren, was zusätzlich zu einer Verbesserung des Schaltkomforts führt, da bei einer Zughochschaltung die Zugkraft durch die reduzierte Trägheit der rotatorischen Massen nicht beeinträchtigt wird. Zum Betätigen der steuerbaren Schalteinrichtungen 7A bis 7C ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine nicht dargestellte Stelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Schaltmuffen 9 in die entsprechenden axialen Positionen bringbar sind. Diese Stelleinrichtung kann in herkömmlicher Art mit einem Elektromotor und mehreren Koppelelementen ausgebildet sein, um eine rotatorische Bewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung der Schaltmuffe 9A bis 9C umzuwandeln.
Die Fig. 2 zeigt einen Antriebsstrang 1, wobei die Reibkupplung 5 hier getriebeeingangsseitig angeordnet ist. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind hier durch die gleichen Bezugszeichen wie in der Beschreibung in Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 gekennzeichnet, wobei bezüglich der Wirkungsweise der Schalteinrichtungen 7A bis 7C auf die Beschreibung gemäß Fig. 1 verwiesen wird.
Bei der Ausgestaltung des Antriebsstranges 1 gemäß Fig. 2 stehen die rotatorischen Massen des Getriebes 2 derart mit der Reibkupplung 5 in Wirkverbindung, daß bei einem Gangwechsel bzw. einem spontanen Zuschalten einer neuen Übersetzung nur eine Getriebeeingangswelle 19 und die daran angeordneten Schalteinrichtungen mit einem Impuls beauf- schlagt werden und in ihrer rotatorischen Bewegung sprunghaft beschleunigt werden. Der wesentlich größere Teil der rotatorischen Massen des Getriebes 3 ist mit dem Abtrieb 4 verbunden, welcher bei der Schaltung im wesentlichen zunächst keine Drehzahländerung erfährt. Bezugszeichen
1 Antriebsstrang 2 Antriebseinheit
3 Getriebe
4 Abtrieb
5 Leistungstrennendes Schaltelement, Reibkupplung 6A bis 6E Zahnradpaarungen
7A bis 7C Schalteinrichtungen
9A bis 9C Schaltmuffen
10A, 10B Kupplungsscheiben
11A, 11B Kupplungsscheiben 12A, 12B Kupplungsscheiben
14, 15, 16 Losrad
17 Getriebeausgangswelle
18 Verbindungselement
19 Getriebeeingangswelle

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs mit einer An- triebseinheit (2) , mit einem Getriebe (3) und mit einem Abtrieb (4) , wobei das Getriebe (3) mit einem leistungstrennenden Schaltelement (5) als Anfahrelement, mit Zahnradpaarungen (6A bis 6E) und damit korrespondierenden Schalteinrichtungen (7A bis 70) zum Einstellen verschiede- ner Übersetzungen in dem Getriebe (3) ausgebildet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schalteinrichtungen (7A bis 70) und das leistungstrennende Schaltelement (5) derart ausgebildet und ansteuerbar sind, daß eine Zughochschaltung bei einem Wechsel von einem alten Gang in einen neuen Gang über ein gleichzeitiges spontanes Zuschalten des neuen Ganges und Lösen des alten Ganges von zugeordneten formschlüssigen Wirkverbindungen zwischen jeweils einer Schalteinrichtung (7A, 7B, 70) und einer dieser Schalteinrichtung (7B, 7B, 70) zugeordneten Zahnradpaa- rung (6A bis 6E) ohne Zugkraftunterbrechung im Antriebsstrang (1) bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl an der dem neuen Gang zugeordneten formschlüssigen Wirkverbindung durchgeführt wird.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß über die Schalteinrichtungen (7A bis 70) im Antriebsstrang (1) entweder Zugmomente oder Zug- und Schubmomente führbar sind.
3. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine formschlüssige Wirkverbindung zwischen einer Schalteinrichtung (7A, 7B, 70) und einer Zahnradpaarung ( 6A bis 6E) eines alten Ganges durch das Herstellen einer formschlüssigen Wirkverbindung zwischen einer Schalteinrichtung (7A, 7B, 70) und einer Zahnradpaarung ( 6A bis 6E) eines neuen Ganges lösbar ist.
4. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das leistungstrennende Schaltelement (5) als Reibkupplung ausgebildet ist.
5. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das leistungstrennende Schaltelement (5) getriebeeingangsseitig angeordnet ist.
6. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das leistungstrennende Schaltelement (5) getriebeausgangsseitig angeordnet ist.
7. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eine Schalteinrichtung (7A bis 70) zwischen zwei Zahnrad¬ paarungen (6B, 60 bzw. 6D, 6E) angeordnet ist.
8. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils eine Schalteinrichtung (7A, 7B, 70) zwei nicht aufeinanderfolgenden Gangstufen zugeordnet ist.
9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die rotatorischen Massen des Getriebes (3) zum größten Teil mit dem leistungstrennenden Schaltelement (5) derart in Wirkverbin- düng stehen, daß die rotatorischen Massen bei einem Gang- wechsel nur mit einem geringen Impuls beaufschlagt werden.
10. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Betätigen der steuerbaren Schalteinrichtungen (7A bis 70) eine Stell-einrichtung vorgesehen ist.
11. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstran- ges (1), der eine Antriebseinheit (2), ein Getriebe (3) und einen Abtrieb (4) aufweist, wobei das Getriebe (3) mit einem leistungstrennenden Schaltelement (5) als Anfahrelement, mit Zahnradpaarungen ( 6A bis 6E) und damit korrespondierenden formschlüssigen Schalteinrichtungen (7A bis 70) zum Einstellen verschiedener Übersetzungen in dem Getriebe ausgebildet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schalteinrichtungen (7A bis 70) und das leistungstrennende Schaltelement (5) derart gesteuert werden, daß beim Gangwechsel während einer Zughochschaltung eine Zug- kraft am Abtrieb (4) wenigstens annähernd konstant ist, wobei eine Übertragungsfähigkeit des leistungstrennenden Schaltelementes (5) derart eingestellt wird, daß dieses bei Anliegen eines mit der Schaltungseinleitung definierten Momentenwertes das Moment in einem wenigstens annähernd schlupffreien Zustand auf den Abtrieb (4) überträgt und eine formschlüssige Wirkverbindung eines alten Ganges bei einer schlagartigen Zuschaltung einer Wirkverbindung eines neuen Ganges gelöst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Momentenwert innerhalb eines Momentenbereiches geregelt wird, der von dem leistungstrennenden Schaltelement (5) vor und nach der Schal- tung übertragen werden soll.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zuschaltung einer formschlüssigen Wirkverbindung zwischen einer Schaltein- richtung (7A, 7B, 70) und einer Zahnradpaarung (6A bis 6E) eines neuen Gangs derart schlagartig durchgeführt wird, daß an einer formschlüssigen Wirkverbindung zwischen einer Schalteinrichtung (7A, 7B, 70) und einer Zahnradpaarung (6A bis 6E) eines alten Gangs eine Momentumkehr von einem Zug- moment zu einem Schubmoment erfolgt und der alte Gang wenigstens annähernd gleichzeitig gelöst wird.
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