EP2545303A1

EP2545303A1 - Verfahren zur steuerung einer getriebebremse

Info

Publication number: EP2545303A1
Application number: EP11703667A
Authority: EP
Inventors: Markus Ulbricht
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2013-01-16
Also published as: CN102792066A; US20120330520A1; WO2011110399A1; DE102010002763A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebebremse (1) eines in Vorgelegebauweise ausgeführten und mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebes, die mit einer eingangsseitigen Getriebewelle in Wirkverbindung steht und mittels eines Einlassventils (13) sowie eines Auslassventils (15), die jeweils als ein 2/2-Wege-Magnettaktventil ausgebildet sind, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, wobei bei einer Hochschaltung von einem Lastgang in einen Zielgang nach dem Auslegen des Lastgangs zur Synchronisierung des Zielgangs zunächst das Einlassventil (13) geöffnet wird, und nach dem Erreichen einer Umschaltdrehzahl (n_u) das Einlassventil (13) geschlossen sowie das Auslassventil (15) zur Abschaltung der Getriebebremse (1) derart geöffnet wird, dass die Eingangsdrehzahl (n_E) am Ende des Abschaltvorgangs eine vorgegebene Synchrondrehzahl (n_Sync) erreicht (n_E = n_Sync). Gemäß der Erfindung werden die Regelungseigenschaften der vorgesehenen Magnettaktventile (13, 15) genutzt und mit relativ geringem Aufwand die Dauer der Synchronisiervorgänge harmonisiert sowie deren Qualität verbessert, indem zumindest das Auslassventil (15) in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz (Δn = n_A - n_E) zwischen der Eingangsdrehzahl (n_E) und einer Ausgangsdrehzahl (n_A) geregelt geöffnet wird.

Description

Verfahren zur Steuerung einer Getriebebremse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebebremse eines in Vorgelegebauweise ausgeführten und mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebes, die mit einer eingangsseitigen Getriebewelle in Wirkverbindung steht und mittels eines Einlassventils sowie eines Auslassventils, die jeweils als ein 2/2-Wege-Magnettaktventil ausgebildet sind, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, wobei bei einer Hochschaltung von einem Lastgang in einen Zielgang nach dem Auslegen des Lastgangs zur Synchronisierung des Zielgangs zunächst das Einlassventil geöffnet wird, und nach dem Erreichen einer Umschaltdrehzahl das Einlassventil geschlossen sowie das Auslassventil zur Abschaltung der Getriebebremse derart geöffnet wird, dass die Eingangsdrehzahl am Ende des Abschaltvorgangs eine vorgegebene Synchrondrehzahl erreicht.

Ein für einen Längseinbau vorgesehenes, in Vorgelegebauweise ausgeführtes Schaltgetriebe weist üblicherweise eine Eingangswelle, mindestens eine Vorgelegewelle und eine Ausgangswelle auf. Die Eingangswelle ist über eine als Anfahr- und Schaltkupplung wirksame Motorkupplung mit der Triebwelle des Antriebsmotors verbindbar und von dieser trennbar. Die Vorgelegewelle ist achsparallel zu der Eingangswelle angeordnet und steht mit dieser permanent über eine zumeist aus einem Stirnzahnradpaar mit zwei auf der jeweiligen Getriebewelle (Eingangswelle und Vorgelegewelle) drehfest angeordneten Festrädern gebildeten Eingangskonstante in Triebverbindung. Die Ausgangswelle ist achsparallel zu der Vorgelegewelle und koaxial zu der Eingangswelle angeordnet, sowie selektiv über mehrere Gangstufen unterschiedlicher Übersetzung mit der Vorgelegewelle verbindbar. Die Gangstufen sind üblicherweise als Stirnzahnradpaare mit jeweils einem auf der einen Getriebewelle (Vorgelegewelle oder Ausgangswelle) drehfest angeordneten Festrad und einem auf der anderen Getriebewelle (Ausgangswelle oder Vorgelegewelle) drehbar gelagerten Losrad ausgebildet. Zur Schaltung einer Gangstufe, d.h. zur Herstellung einer Triebverbindung zwischen der Vorgelegewelle und der Ausgangswelle mit der Übersetzung der betreffenden Gangstufe, ist jedem Losrad eine Gangkupplung zugeordnet. Die Losräder benachbarter Gangstufen sind üblicherweise zumindest paarweise auf derselben Getriebewelle angeordnet, so dass die Gangkupplungen entsprechend paarweise in Schaltpaketen mit jeweils einer gemeinsamen Schaltmuffe zusammengefasst sind.

Der Schaltungsablauf einer Hochschaltung von einem Lastgang in einen höheren Zielgang beginnt allgemein damit, dass das von dem Antriebsmotor abgegebene Drehmoment reduziert und in etwa gleichzeitig die Motorkupplung geöffnet wird, bevor der Lastgang ausgelegt wird. Danach erfolgt die Synchronisierung des Zielgangs, indem die Eingangsdrehzahl, d.h. die durch die Drehzahl der Eingangswelle oder der Vorgelegewelle bestimmte Drehzahl an dem eingangseitigen Teil der Gangkupplung des Zielgangs, auf die durch die Drehzahl der Ausgangswelle bestimmte Synchrondrehzahl an dem ausgangsseiti- gen Teil der Gangkupplung des Zielgangs abgesenkt wird. Danach wird der Zielgang eingelegt, und anschließend in etwa gleichzeitig die Motorkupplung geschlossen sowie das abgegebene Drehmoment des Antriebsmotors wieder erhöht.

Bei automatisierten Schaltgetrieben wird die Eingangsdrehzahl üblicherweise mittels eines an der Eingangswelle angeordneten Drehzahlsensors er- fasst, wogegen die Ausgangsdrehzahl mittels eines an der Ausgangswelle angeordneten Drehzahlsensors erfasst wird. Für die Vergleichbarkeit beider Drehzahlen ist es erforderlich, diese auf eine einzige Getriebewelle zu beziehen, d.h. entsprechend umzurechnen. Da es aber besonders bei paarweise wechselnder Anordnung der Losräder auf der Vorgelegewelle und der Ausgangswelle relativ umständlich wäre, die Drehzahlen jeweils auf die an sich relevante Getriebewelle mit der Gangkupplung des jeweiligen Zielgangs umzurechnen, ist es üblich, beide Drehzahlen jeweils unabhängig von der Anordnung des betreffenden Losrades einheitlich auf dieselbe Getriebewelle, vorzugsweise auf die Eingangswelle, zu beziehen. Hierzu ist es nur erforderlich, die an der Ausgangswelle erfasste Ausgangsdrehzahl durch Multiplikation mit der Übersetzung des Zielgangs und der Übersetzung der Eingangskonstanten auf die Eingangswelle umzurechnen, wogegen die an der Eingangswelle erfasste Eingangsdrehzahl unverändert beibehalten werden kann. Vorliegend wird die an sich bekannte Umrechnung der Drehzahlen nicht explizit behandelt, sondern unter der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl werden jeweils die bereits auf eine gemeinsame Getriebewelle, insbesondere die Eingangswelle, bezogenen Drehzahlen verstanden.

Allgemein als Klauenkupplungen bezeichnete unsynchronisierte Gangkupplungen weisen im Vergleich zu mittels Reibringen und Sperrverzahnungen synchronisierten Gangkupplungen einen deutlich einfacheren Aufbau, geringere Herstellungskosten, kompaktere Abmessungen, und eine wesentlich geringere Verschleiß- und Defektanfälligkeit auf. Bei einem mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebe erfolgt die Synchronisierung des Zielgangs bei einer Hochschaltung bevorzugt über eine zentral angeordnete steuerbare Bremsvorrichtung, wie z.B. über eine mit der Eingangswelle oder der Vorgelegewelle in Wirkverbindung stehende Getriebebremse. Die Steuerung einer Getriebebremse und eines Schaltstellers zur Synchronisierung und zum Einlegen eines unsynchronisierten Zielgangs ist im Vergleich zur stellweg- abhängigen, stellgeschwindigkeits- und Stellkraftvariablen Steuerung eines Schaltstellers zum Synchronisieren und Einlegen eines synchronisierten Zielgangs vergleichsweise einfach, da hierzu im Wesentlichen die Sensordaten der an der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordneten Drehzahlsensoren ausreichen.

Aktuelle Getriebeausführungen der AS-Tronic-Baureihe, einem für schwere Nutzfahrzeuge vorgesehenen automatisierten Schaltgetriebe der Anmelderin, sind jeweils mit einer Getriebebremse versehen, die an einer der beiden vorhandenen Vorgelegewellen angeordnet ist. Diese Getriebebremse ist als eine Lamellenbremse ausgebildet und mittels eines als ein 3/2-Wege- Magnetschaltventil ausgebildeten Steuerungsventils pneumatisch betätigbar. Im unbetätigten Ruhezustand steht der Druckraum des Bremszylinders dieser Getriebebremse über das Steuerungsventil mit einer in einem Schalldämpfer endenden Drucklosleitung in Verbindung. Zur Synchronisierung des Zielgangs bei einer Hochschaltung wird der Druckraum des Bremszylinders durch das Um- bzw. Einschalten des Steuerungsventils mit einer Druckluft führenden Druckleitung verbunden, wodurch die Getriebebremse eingeschaltet und die betreffende Vorgelegewelle abgebremst wird.

Während des Abbremsens der Vorgelegewelle wird aus dem Gradienten der Eingangsdrehzahl der Abschaltzeitpunkt bzw. die Abschaltdrehzahl berechnet, bei der die Getriebebremse durch das Um- bzw. Abschalten des Steuerungsventils abgeschaltet wird, damit die Eingangsdrehzahl am Ende des Abschaltvorgangs die durch die Ausgangsdrehzahl vorgegebene Synchrondrehzahl weitgehend erreicht. Hierbei werden eine durch das Ansprechverhalten der Getriebebremse bedingte Verzögerung und der nichtlineare Drehzahlverlauf während des Abschaltvorgangs durch eine Vorhaltezeit berücksichtigt. Um den Einfluss von Druckschwankungen innerhalb der Druckversorgungsleitung auszuschalten, ist dem Steuerungsventil ein Druckregelventil vorgeschaltet. Störgrößen, wie z.B. unterschiedliche Betriebstemperaturen und geänderte Reibwerte der Lamellen, werden bei dieser Art der Steuerung nicht unmittelbar erfasst, sondern über den Drehzahlgradienten der Eingangsdrehzahl nur indirekt berücksichtigt und daher nur unzureichend kompensiert. Die Qualität der Synchronisierung des Zielgangs bei Hochschaltungen ist daher starken

Schwankungen unterworfen.

In der DE 196 52 91 6 B4 ist eine entsprechende, als Lamellenbremse ausgebildete Getriebebremse beschrieben, die hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, und deren Ansteuerung über ein Einlassventil und ein Auslassventil erfolgt. Das Einlassventil steht eingangsseitig mit einer Druckleitung und ausgangsseitig mit dem Druckraum des Bremszylinders in Verbindung. Das Auslassventil steht eingangsseitig mit dem Druckraum des Bremszylinders und ausgangsseitig mit einer Drucklosleitung in Verbindung. Die beiden Ventile können wahlweise als 2/2-Wege-Magnetschaltventile oder als 2/2-Wege- Magnettaktventile ausgeführt sein.

In der DE 103 05 254 A1 und der DE 103 30 517 A1 sind Verfahren zur Steuerung einer Getriebebremse angegeben, die sich auf eine Getriebebremse gemäß der DE 196 52 91 6 B4 mit zwei 2/2-Wege-Magnetschaltventilen beziehen. In dem aus der DE 103 05 254 A1 bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass während der hochschaltungsbedingten Abbremsung der Vorgelegewelle die Anzahl der Programmzyklen bzw. der Zeitraum bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl mittels eines so genannten Summengradienten berechnet wird, der als Differenz der Gradienten der Ausgangsdrehzahl und der Eingangsdrehzahl eine Art Effektivgradient darstellt. Hierdurch wird berücksichtigt, dass die durch die Ausgangsdrehzahl bestimmte Synchrondrehzahl, abhängig von dem resultierenden Fahrwiderstand, während der schaltungsbedingten Zugkraftunterbrechung ansteigen oder abfallen kann.

In dem aus der DE 103 30 517 A1 bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass das Signal zum Abschalten der Getriebebremse um eine Vorhaltezeit vor Erreichen des ermittelten Synchronzeitpunktes ausgegeben wird, und dass die Vorhaltezeit in Abhängigkeit der Qualität der jeweiligen Hochschaltung im Hinblick auf das Erreichen der Synchrondrehzahl zum Zeitpunkt des Einrückens der Gangkupplung des Zielgangs bedarfsweise korrigiert wird. Hierdurch wird der Zeitpunkt zur Ausgabe des Abschaltsignals, d.h. zum Öffnen des Auslassventils, implizit pauschal an geänderte Betriebsparameter, wie z.B. eine veränderte Betriebstemperatur, angepasst.

In den vorgenannten Steuerungsabläufen werden in der Praxis auftretende Störgrößen, wie Druckschwankungen innerhalb der Druckleitung der Druckversorgungseinrichtung, eine veränderte Betriebstemperatur und geänderte Reibwerte der Lamellen der Getriebebremse, entweder nur mit hohem Aufwand, z.B. mittels eines vorgeschalteten Druckregelventils oder durch eine schaltqualitätsabhängige Korrektur der Vorhaltezeit, oder gar nicht kompen- siert, was unterschiedliche Synchronisier- und Hochschaltdauern und eine schwankende Qualität der Synchronisier- und Hochschaltvorgänge zur Folge hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebebremse der eingangs genannten Art eines in Vorgelegebauweise ausgeführten und mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebes anzugeben, mit dem die Regelungseigenschaften der vorliegend vorgesehenen Magnettaktventile genutzt werden, und mit relativ geringem Aufwand die Dauer der Synchronisiervorgänge harmonisiert und deren Qualität verbessert wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest das Auslassventil in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl geregelt geöffnet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht demnach von einer Getriebebremse aus, die in einem in Vorgelegebauweise ausgeführten und mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebe angeordnet ist, sowie mit einer eingangsseitigen Getriebewelle, d.h. der Eingangswelle oder einer Vorgelegewelle, in Wirkverbindung steht. Zudem wird in der Erfindung vorausgesetzt, dass die Getriebebremse mittels eines Einlassventils und eines Auslassventils, die jeweils als ein 2/2-Wege-Magnettaktventil ausgebildet sind, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist. Bei einer Hochschaltung von einem Lastgang in einen Zielgang wird nach dem Auslegen des Lastgangs zur Synchronisierung des Zielgangs zunächst das Einlassventil geöffnet. Nach dem Erreichen einer Umschaltdrehzahl nu wird das Einlassventil geschlossen und das Auslassventil zur Abschaltung der Getriebebremse derart geöffnet, dass die Eingangsdrehzahl n_E am Ende des Abschaltvorgangs eine vorgegebene Synchrondrehzahl n_Sync erreicht

(n_E = n_Sync)-

Dadurch, dass zumindest der Abschaltvorgang, d.h. der Öffnungsgrad des Auslassventils, in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl (Δη = n_A - n_E) geregelt erfolgt, wird die durch die Ausgangsdrehzahl bestimmte Synchrondrehzahl (n_Sync = n_A) am Ende des Abschaltvorgangs mit hoher Genauigkeit erreicht. Dabei wird eine aufgrund des Verschleißzustands der Reibbeläge oder einer veränderten Betriebstemperatur variierende Funktion des Bremsmomentes der Getriebebremse von dem in dem Druckraum des Bremszylinders herrschenden Stelldruck p_Br selbsttätig kompensiert. Ebenso werden Druckschwankungen innerhalb der Druckleitung der Druckversorgungseinrichtung ausgeglichen, so dass auf die Vorschaltung eines Druckregelventils vor den beiden Steuerventilen verzichtet werden kann. Unabhängig von dem bei der jeweiligen Hochschaltung zu überbrückenden Drehzahlsprung ergeben sich nahezu gleichlange Synchronisier- und Schaltvorgänge mit gleichbleibend hoher Qualität.

Ebenso wie das Auslassventil kann auch das Einlassventil bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl nu in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl (Δη = n_A - n_E) geregelt geöffnet, d.h. mit variablem Öffnungsgrad betrieben werden, wodurch auch die Einschalt- und Bremsphasen der Getriebebremse unabhängig von dem zu überbrückenden Drehzahlsprung und dem Einfluss von Störgrößen mit in etwa gleichbleibender Qualität und Dauer ablaufen.

Bei beiden Varianten wird die Umschaltdrehzahl nu bevorzugt in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E) zwischen der Eingangsdrehzahl (n_E) und der Ausgangsdrehzahl (n_A) bestimmt. In einer geregelten alternativen Variante erzeugt der verwendete Regler ein Stellsignal y, das mit fallender Drehzahldifferenz Δη (im mathematischen Sinne steigt der Wert von Δη an, da dieser über Δη = n_A - n_E ermittelt wird und somit im Normalfall einen negativen Wert annimmt, welcher bei einer fallenden Drehzahldifferenz gegen 0 ansteigt) einen stetigen Verlauf von einem negativen Maximalwert y_min bis zu einem positiven Maximalwert y_max aufweist, wobei der Nulldurchgang des Stellsignals (y = 0) die Umschaltung zwischen der Ansteuerung des Einlassventils und des Auslassventils bestimmt, und der Betrag des negativen Stellsignals (| y |, y < 0) zur Ansteuerung des Einlassventils und das positive Stellsignal (y, y> 0) zur Ansteuerung des Auslassventils verwendet wird.

Es ist jedoch auch möglich, dass das Einlassventil bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl n_y mit maximalen Öffnungsgrad gesteuert geöffnet wird. Hierbei erfolgt das Einschalten der Getriebebremse und das Abbremsen der eingangsseitigen Getriebewelle bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl mit dem maximalen Stelldruck p_Br, wobei aber Störungen, wie Druckschwankungen in der Druckleitung und veränderte Reibwerte der Lamellen, zunächst unkom- pensiert bleiben und zu unterschiedlichen Zeitspannen der Einschalt- und Bremsphasen führen können. Vorteilhaft gegenüber einer geregelten Einschalt- und Bremsphase der Getriebebremse sind jedoch die beschleunigte Verzögerung der eingangsseitigen Getriebewelle und der geringere Steuerungsaufwand.

In diesem Fall wird die Umschaltdrehzahl nu zweckmäßig nach dem Beginn des Öffnens des Einlassventils, insbesondere nach der Einstellung eines weitgehend konstanten Bremsmomentes und eines demzufolge konstanten Gradienten der Eingangsdrehzahl Δη_Ε/Δΐ, in Abhängigkeit von zumindest der aktuellen Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl (Δη = n_A - n_E) bestimmt.

Hierzu kann die Umschaltdrehzahl nu beispielsweise nach der Gleichung η_υ = n_E + An -t_v - {An_E I At)

berechnet werden, wobei mit n_E die aktuelle Eingangsdrehzahl, mit Δη die aktuelle Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E), mit (Δη_Ε/Δΐ) der aktuelle Gradient der Eingangsdrehzahl (n_E) in Abhängigkeit eines konstanten Taktzyklus T_z (insbesondere ist Ät = n-Tz, mit n = 1 , 2, 3, ...) und mit t_v eine Vorhaltezeit, beispielsweise zur Kompensation eines durch das Ansprechverhalten der Getriebebremse bedingten Totzeit (Verzögerung), bezeichnet sind.

Der zur Ansteuerung des Einlassventils und des Auslassventils bzw. der nur zur Ansteuerung des Auslassventils verwendete Regler ist bevorzugt als ein PD-Regler ausgebildet, da dieser vor allem in Hinblick auf eine Regeldynamik und eine Überschwingungsbreite Vorteile bietet.

Das Einlassventil und das Auslassventil können pulsweitenmoduliert (PWM) betrieben werden. Hierbei werden der effektive Öffnungsgrad des jeweiligen Taktventils und damit der Stelldruck p_Br in dem Druckraum des Bremszylinders durch eine Variation des offenen Zeitanteils (Pulsweite) T_P innerhalb eines konstanten Taktzyklus T_z eingestellt. Diese Ansteuerungsart hat jedoch den Nachteil, dass bei einem hohen Öffnungsgrad erfahrungsgemäß Undefinierte Schwebezustände des betreffenden Magnetankers des Taktventils am Ende des jeweiligen Taktzyklus auftreten können, die eine verschlechterte Steuerungsdynamik und Regelbarkeit bewirken.

Aus diesem Grund werden das Einlassventil und das Auslassventil bevorzugt pulsfrequenzmoduliert (PFM) betrieben. Hierbei werden der effektive Öffnungsgrad des jeweiligen Taktventils und damit der Stelldruck p_Br in dem Druckraum des Bremszylinders durch eine Variation des Taktzykus T_z bei konstanter Pulsweite T_P eingestellt. Hierbei erreicht der Magnetanker des Taktventils am Ende jedes Taktzyklus unter Berücksichtigung einer maximalen Ventildynamik immer die dem geschlossenen Ruhezustand entsprechende Endposition, was eine erhöhte Steuerungsdynamik und eine verbesserte Regelbarkeit zur Folge hat. Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

Fig. 1 den Signalflussplan einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 den Signalflussplan einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 die Drehzahlverläufe der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl eines Schaltgetriebes während einer Hochschaltung,

Fig. 4 den möglichen Zeitverlauf des Stellsignals eines Reglers der ersten Verfahrensvariante nach Fig. 1 ,

Fig. 5 verschiedene Zeitverläufe der Steuerspannungen der Steuerungsventile der Getriebebremse nach Fig. 6, und

Fig. 6 den Aufbau einer Getriebebremse in schematischer Form.

In Fig. 6 ist eine typische Getriebebremse 1 eines in Vorgelegebauweise ausgeführten und mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebes dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren anwendbar ist. Die Getriebebremse 1 ist als eine hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Lamellenbremse ausgebildet und vorliegend an dem motorseitigen Ende einer Vorgelegewelle 2 des nicht näher dargestellten Schaltgetriebes angeordnet. Die Innen- und Außenlamellen 3, 4 der Getriebebremse 1 sind über innere und äußere Mitnahmeverzahnungen wechselweise drehfest mit der Vorgelegewelle 2 und einem an einer motorseitigen Stirnwand 5 des Getriebegehäuses montierten Bremsgehäuse 6 verbunden. Die Betätigung der Getriebebremse 1 erfolgt über einen in einem Bremszylinder 7 axialbeweglich angeordneten Kolben 8, der axial außen von dem steuerbaren Stelldruck p_Br in dem Druckraum 9 des Bremszylinders 7 beaufschlagt und hierdurch entgegen der Rückstellkraft einer zwischen dem Kolben 8 und der Vorgelegewelle 2 angeordneten Feder 10 gegen die Lamellen 3, 4 gedrückt wird.

Die Steuerung des in dem Druckraum 9 wirksamen Stelldruckes p_Br erfolgt über ein Einlassventil 13, das eingangsseitig mit einer das verwendete Druckmittel führenden Druckleitung 1 1 und ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 12a mit dem Druckraum 9 verbunden ist, sowie über ein Auslassventil 15, das eingangs über eine Verbindungsleitung 12b mit dem Druckraum 9 und ausgangsseitig mit einer zu einem Ölsumpf oder einem Schalldämpfer führenden Drucklosleitung 14 verbunden ist. Die beiden Ventile 13, 15 sind jeweils als ein 2/2-Wege-Magnettaktventil ausgebildet, die pulsweitenmoduliert (PWM) oder pulsfrequenzmoduliert (PFM) betrieben werden können, und im unbetätigten, d.h. unbestromten, Ruhezustand entweder geschlossen oder offen sind. Bevorzugt ist das Auslassventil 15 als Normally-Open-Ventil ausgeführt, d.h. es steht im unbestromten Zustand offen, um zu verhindern, dass Restmomente, die durch einen nicht vollständig entlüfteten Druckraum 9 bedingt sind, erhalten bleiben.

Eine Hochschaltung des Schaltgetriebes von einem Lastgang in einen höheren Zielgang beginnt mit dem Lastabbau des dem Schaltgetriebe eingangsseitig vorgeschalteten Antriebsmotors und der in etwa gleichzeitig erfolgenden Öffnung einer zwischen der Triebwelle des Antriebsmotors und der Eingangswelle des Schaltgetriebes angeordneten Motorkupplung. Danach erfolgt die Synchronisierung des Zielgangs durch eine Abbremsung der Vorgelegewelle 2 mittels der Getriebebremse 1 .

Die entsprechenden Zeitverläufe der auf die Eingangswelle des Schaltgetriebes bezogenen Eingangsdrehzahl n_E und der auf die Eingangswelle be- zogenen Ausgangsdrehzahl n_A sind beispielhaft in Fig. 3 abgebildet, wobei von einer weitgehend konstanten Ausgangsdrehzahl n_A ausgegangen wird.

Die Synchronisierung des Zielgangs beginnt gemäß Fig. 3 zum Zeitpunkt tso mit dem Öffnen des Einlassventils 13, wobei sich nach der Vorbefüllung des Druckraums 9 des Bremszylinders 7 ein weitgehend konstantes Bremsmoment M_Br der Getriebebremse 1 und demzufolge ein weitgehend konstanter Gradient der Eingangsdrehzahl Δη_Ε/Δΐ einstellt. Mit Erreichen eines Umschaltzeitpunktes tu bzw. einer Umschaltdrehzahl nu, die geeignet zu bestimmen sind, wird das Einlassventil 13 geschlossen und durch eine geregelte Öffnung des Auslassventils 15 der in dem Druckraum 9 herrschende Stelldruck p_Br abgebaut und somit die Getriebebremse 1 abgeschaltet. Der Abschaltvorgang endet zum Zeitpunkt tsi , zu dem die Eingangsdrehzahl n_E die durch die Ausgangsdrehzahl n_A bestimmte Synchrondrehzahl n_Sync erreicht. Danach wird die Gangkupplung des Zielgangs eingelegt, und in etwa gleichzeitig die Motorkupplung geschlossen sowie das von dem Antriebsmotor abgegebene Drehmoment wieder erhöht.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Getriebebremse 1 zwischen den Zeitpunkten tso und t_Si ist den Signalflussplänen von Fig. 1 und Fig. 2 zu entnehmen.

In einer ersten Verfahrensvariante nach Fig. 1 wird die Getriebebremse in dem gesamten Zeitraum von tso bis t_Si geregelt betrieben, nämlich in dem Zeitraum von tso bis tu durch eine geregelte Ansteuerung des Einlassventils 13 sowie in dem Zeitraum von tu bis t_Si durch eine geregelte Ansteuerung des Auslassventils 15. Hierzu wird die durch die Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsdrehzahl n_E und der Ausgangsdrehzahl n_A gebildete Regeldifferenz Δη, die durch die Synchronisierung zu minimieren ist, einem vorzugsweise als PD-Regler ausgebildeten Regler 1 6 zugeführt, der daraus das Stellsignal y ableitet und ausgibt. Vorliegend erzeugt der Regler 1 6 ein Stellsignal y, das mit fallender Drehzahldifferenz Δη (wie beschrieben steigt der Wert von Δη hierbei im mathematischen Sinne an, da dieser über Δη = n_A - n_E ermittelt wird und somit im Normalfall einen negativen Wert annimmt, welcher bei der fallenden Drehzahldifferenz gegen 0 ansteigt) einen stetigen Verlauf von einem negativen Maximalwert y_mir, bis zu einem positiven Maximalwert y_max aufweist, wobei der Nulldurchgang des Stellsignals (y = 0) die Umschaltung zwischen der Ansteuerung des Einlassventils 13 und des Auslassventils 15 bestimmt. Somit wird bei dieser ersten Verfahrensvariante auch der Umschaltzeitpunkt tu bzw. die Umschaltdrehzahl n_y geregelt bestimmt. Ein entsprechender Zeitverlauf des Stellsignals y während einer Synchronisierung und zwischen den Werten y_min und y_max ist beispielhaft in Fig. 4 abgebildet.

Der in Fig. 1 dem Regler 1 6 nachgeschaltete Umschaltblock 17 symbolisiert die Umschaltlogik, die bei einem negativen Stellsignal (y < 0) dessen Betrag (siehe Betragsblock 18) dem Einlassventil 13 bzw. dessen Steuergerät zuleitet, und bei einem positiven Stellsignal (y >= 0) dieses dem Auslassventil 15 bzw. dessen Steuergerät zuleitet. Über das jeweilige Steuerventil 13, 15 wird der in dem Druckraum 9 des Bremszylinders 9 herrschende Stelldruck p_Br derart verändert, dass die Regel- bzw. Druckdifferenz Δη geregelt gegen Null geführt wird.

Für eine Pulsweitenmodulation (PWM) oder eine Pulsfrequenzmodulation (PFM) der Steuerungsventile 13 und 15 sind beispielhaft entsprechende Zeitverläufe der Steuerspannung UVE, UVA des Einlassventils 13 in Fig. 5a und des Auslassventils 15 in Fig. 5b dargestellt. Durch den geregelten Betrieb der Steuerungsventile 13, 15 werden mögliche Störeinflüsse, wie Druckschwankungen in der Druckleitung 1 1 und ein z.B. aufgrund einer veränderten Betriebstemperatur oder veränderter Reibwerte der Lamellen 3, 4 abweichendes Betriebsverhalten der Getriebebremse 1 , selbsttätig kompensiert. Ebenso ergeben sich hierdurch unabhängig von der zu überbrückenden Drehzahldiffe- renz und möglichen Störeinflüssen weitgehend reproduzierbare Synchronisie- rungsabläufe mit nahezu gleicher Dauer.

In einer zweiten Verfahrensvariante nach Fig. 2 wird die Getriebebremse bis zum Erreichen des Umschaltzeitzeitpunktes tu bzw. der Umschaltdrehzahl nu, d.h. in dem Zeitraum von tso bis tu, gesteuert, und erst danach bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl n_Sync zum Zeitpunkt tsi geregelt betrieben.

Hierzu wird nach dem Beginn des Öffnens des Einlassventils 13, insbesondere nach der Einstellung eines weitgehend konstanten Bremsmomentes M_Br, die Umschaltdrehzahl nu zumindest in Abhängigkeit von der aktuellen Eingangsdrehzahl n_E und der aktuellen Ausgangsdrehzahl n_A bzw. der aktuellen Drehzahldifferenz Δη bestimmt (Δη = n_A - n_E, siehe Berechnungsblock 19). Bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl nu, d.h. in dem Zeitraum von tso bis tu, wird das Einlassventil 13 zum Beispiel mit maximalem Öffnungsgrad (y_max) geöffnet gehalten, was in Fig. 5c für ein pulsweitenmoduliertes Einlassventil 13 anhand des Zeitverlaufs der Steuerspannung UVE veranschaulicht ist. Alternativ zum in Fig. 5c dargestellten Zeitverlaufs der Steuerspannung U_VE kann das Einlassventil 13 bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl nu auch mit einem vordefinierten, konstanten PWM- oder PFM-Signal angesteuert, d.h. gesteuert geöffnet, werden. Mit dem Erreichen der Umschaltdrehzahl nu wird das Einlassventil 13 abgeschaltet, d.h. geschlossen, und nachfolgend das Auslassventil 15 analog zur ersten Verfahrensvariante bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl n_Sync zum Zeitpunkt t_Si geregelt geöffnet betrieben.

Gegenüber der ersten Verfahrensvariante weist die zweite Verfahrensvariante die Vorteile einer steuerungstechnisch einfacheren Ansteuerung des Einlassventils 13 und eines kürzeren Bremsbetriebs bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl nu auf. Bezuqszeichen

1 Getriebebremse

Vorgelegewelle, Getriebewelle

Innenlamelle

Außenlamelle

Stirnwand

6 Bremsgehäuse

Bremszylinder

Kolben

Druckraum

10 Feder

1 1 Druckleitung

12a, 12b Verbindungsleitung

13 Einlassventil

14 Drucklosleitung

15 Auslassventil

16 Regler

17 Umschaltblock

18 Betragsblock

19 Berechnungsblock

M Drehmoment

M_Br Bremsmoment

n Drehzahl

n_A Ausgangsdrehzahl

n_E Eingangsdrehzahl

riSync Synchrondrehzahl

nu Umschaltdrehzahl

P Druck

Pßr Bremsdruck, Stelldruck im Bremszylinder 7

PFM Pulsfrequenzmodulation

PWM Pulsweitenmodulation t Zeit, Zeitpunkt

tso Beginn der Synchronisierung

tsi Ende der Synchronisierung

tu Umschaltzeitpunkt

u Elektrische Spannung

UvA Steuerspannung von Auslassventil 15

UvE Steuerspannung von Einlassventil 13 y Stellsignal

Ymax Maximalwert des Stellsignals y

Ymin Negativer Maximalwert des Stellsignals y

Δη Drehzahldifferenz

Δη_Ε/Δΐ Drehzahlgradient der Eingangsdrehzahl (n_E) in

Abhängigkeit eines konstanten Taktzyklus (T_z)

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Steuerung einer Getriebebremse (1 ) eines in Vorgelegebauweise ausgeführten und mit Klauenkupplungen versehenen automatisierten Schaltgetriebes, die mit einer eingangsseitigen Getriebewelle (2) in Wirkverbindung steht und mittels eines Einlassventils (13) sowie eines Auslassventils (15), die jeweils als ein 2/2-Wege-Magnettaktventil ausgebildet sind, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, wobei bei einer Hochschaltung von einem Lastgang in einen Zielgang nach dem Auslegen des Lastgangs zur Synchronisierung des Zielgangs zunächst das Einlassventil (13) geöffnet wird, und nach dem Erreichen einer Umschaltdrehzahl (nu) das Einlassventil (13) geschlossen sowie das Auslassventil (15) zur Abschaltung der Getriebebremse (1 ) derart geöffnet wird, dass die Eingangsdrehzahl (n_E) am Ende des Abschaltvorgangs eine vorgegebene Synchrondrehzahl (n_Sync) erreicht (n_E = n_Sync), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Auslassventil (15) in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E) zwischen der Eingangsdrehzahl (n_E) und einer Ausgangsdrehzahl (n_A) geregelt geöffnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auch das Einlassventil (13) bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl (nu) in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E) zwischen der Eingangsdrehzahl (n_E) und der Ausgangsdrehzahl (n_A) geregelt geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltdrehzahl (nu) in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E) zwischen der Eingangsdrehzahl (n_E) und der Ausgangsdrehzahl (n_A) geregelt bestimmt wird, indem der verwendete Regler ein Stellsignal (y) erzeugt, das mit fallender Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E) einen stetigen Verlauf von einem negativen Maximalwert (y_min) bis zu einem positiven Maximalwert (y_max) aufweist, wobei der Nulldurchgang des Stellsignals (y = 0) die Umschaltung zwischen der Ansteuerung des Einlassventils (13) und des Auslassventils (15) bestimmt, und der Betrag des negativen Stellsignals (| y |, y < 0) zur Ansteue- rung des Einlassventils (13) und das positive Stellsignal (y, y> 0) zur Ansteue- rung des Auslassventils (15) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (13) bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl (nu) mit maximalen Öffnungsgrad oder mit einem vordefinierten und konstanten PWM- oder PFM- Signal gesteuert geöffnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltdrehzahl (nu) nach dem Beginn des Öffnens des Einlassventils (13), insbesondere nach der Einstellung eines weitgehend konstanten Bremsmomentes, in Abhängigkeit von zumindest der aktuellen Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E) zwischen der Eingangsdrehzahl (n_E) und der Ausgangsdrehzahl (n_A) bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltdrehzahl (nu) in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahldifferenz

(Δη = n_A - n_E) und eines aktuellen Gradienten der Eingangsdrehzahl (Δη_Ε/Δΐ), welcher von einem konstanten Taktzyklus (T_z) abhängig ist, berechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltdrehzahl nu nach der Gleichung

η_υ = n_E + An -t_v ^■ {An_E I At )

berechnet wird, wobei mit n_E die aktuelle Eingangsdrehzahl, mit Δη die aktuelle Drehzahldifferenz (Δη = n_A - n_E), mit (Δη_Ε/Δΐ) der aktuelle Gradient der Eingangsdrehzahl in Abhängigkeit eines konstanten Taktzyklus (T_z) und mit t_v eine Vorhaltezeit bezeichnet sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Ansteuerung des Einlassventils (13) und des Auslassventils (15) oder nur zur Ansteuerung des Auslassventils (1 5) verwendete Regler (1 6) als ein PD-Regler ausgebildet ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (13) und das Auslassventil (15) pulsweitenmoduliert (PWM) betrieben werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (13) und das Auslassventil (15) pulsfrequenzmoduliert (PFM) betrieben werden.

1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (15) als ein Normally-Open-Ventil ausgeführt ist.