Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplunqsqetriebes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Doppelkupplungsgetriebe, die funktional voneinander unabhängige Teilgetriebe aufweisen, welche mit jeweils einer eingangsseitigen Kupplung verbunden sind, über die eine Triebverbindung mit einem Antriebsmotor herstellbar ist, sind in verschiedenen Bauweisen bekannt. Meistens sind zwei Teilgetriebe in Vorgelegebauweise vorgesehen, die axial hintereinander, axial parallel oder ineinander verschachtelt verbaut sein können. In den Teilgetrieben ist in mehreren Radsatzebenen durch die dortigen Zahnräder jeweils eine Gruppe von Gängen angeordnet, wobei in der Regel eine Gruppe von geraden Gängen in einem der beiden Teilgetriebe und eine Gruppe von ungeraden Gängen in dem anderen der beiden Teilgetriebe schaltbar ist. Die beiden Kupplungen können in einem gemeinsamen Kupplungskorb angeordnet und mit ihren Ausgangsseiten mit jeweils einer Getriebeeingangswelle verbunden sein, wobei die beiden Getriebeeingangswellen koaxial zueinander angeordnet sind und jeweils mit einem der beiden Teilgetriebe verbunden sind. Andere Anordnungen mit parallelen Getriebeeingangswellen und zwei Einzelkupplungen sind ebenfalls bekannt.
Solche Fahrzeuggetriebe sind bei einer alternierenden, insbesondere bei einer sequenziellen Schaltabfolge über die beiden Teilgetriebe grundsätzlich voll last- schaltbar. Wenn ein der einen Kupplung zugeordneter Gang aktiv ist, kann ein der anderen Kupplung zugeordneter Zielgang bzw. Anschlussgang im aktuell lastfreien Teilgetriebe bereits vorgewählt werden. Dabei werden bei geöffneter zugeordneter eingangsseitiger Kupplung die Schaltelemente des vorgewählten Zielgangs bereits geschlossen. Der Gangwechsel mit dem Lastübergang vom einen zum anderen Teilgetriebe erfolgt dann durch ein überschneidendes Öffnen und Schließen der beiden Kupplungen. Dadurch ermöglichen Doppelkupplungsgetriebe weitgehend zugkraftun- terbrechungsfreie Gangwechsel und bieten damit gegenüber konventionellen Schaltgetrieben in Vorgelegebauweise einen höheren Fahrkomfort. Um einen sehr komfor-
tablen Übergang von dem aktiven Gang auf den folgenden Gang zu erreichen, ist eine möglichst genaue Kenntnis der Kupplungskennlinien erforderlich. Dazu kann, wie beispielsweise in der DE 103 08 517 A1 beschrieben, an der jeweils lastfreien Kupplung eine Kennlinienadaption durchgeführt werden.
Die Vorwahl eines Ganges im aktuell lastfreien Teilgetriebe geschieht gewöhnlich durch Herstellen von drehfesten Verbindungen von Schaltelementen, welche Zahnräder mit Getriebewellen oder/und Getriebewellen untereinander verbinden. Dadurch stellt sich im aktuell lastfreien Teilgetriebe eine Zieldrehzahl entsprechend der Übersetzung eines voraussichtlich zu schaltenden Zielgangs ein. Durch die Gangvorwahl stellen sich dabei an verschiedenen Getriebeelementen absolute Drehzahlen und zueinander relative Drehzahlen ein. Die betreffenden rotierenden Getriebeelemente erzeugen im lastfreien Teilgetriebe allerdings Schleppmomente. Die Schleppmomente sind von verschiedenen Parametern abhängig, wie beispielsweise Trägheitsmomente, Verschleißzustand, Reibungskoeffizienten, Schmier- und Kühlmittelviskosität. Die dadurch verursachten Getriebeverluste ergeben sich aus den Schleppmomenten sowie den relevanten Drehzahlen und sind üblicherweise umso höher, je größer die Drehzahlen bzw. Drehzahldifferenzen der betreffenden Getriebeteile sind.
Aus der EP 1 467 127 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes bekannt, bei dem entgegen der üblichen Betriebsweise im jeweils lastfreien Teilgetriebe kein Zielgang für einen folgenden Gangwechsel vorgehalten wird. Dadurch sollen Probleme durch eine mögliche falsche Gangwahl vermieden werden, beispielsweise wenn der nächsthöhere Gang schon vorgewählt ist, der Fahrer aber zu einem Überholvorgang ansetzt und eine Rückschaltung ausführen will, um eine möglichst große Zugkraftreserve zu haben, wenn wiederholte Schaltvorgänge im freien Teilgetriebe, die außerhalb der vom Fahrer erwarteten Schaltungen liegen, irritierend wirken, oder wenn Getriebeverluste entstehen, die insbesondere durch Schleppmomente an einer als Nasskupplung ausgeführten geöffneten Doppelkupplung aufgrund einer ein- und ausgangsseitigen Drehzahldifferenz auftreten. Anstelle einer herkömmlichen Gangvorwahl werden bei diesem bekannten Verfahren im
aktuell lastfreien Teilgetriebe Schaltelemente an Synchronisierungen geöffnet und damit ein aktuell nicht genutzter Gang ausgelegt. Das dann frei drehende Teilgetriebe wird durch leichtes Schließen seiner zugehörigen Eingangskupplung auf die Drehzahl einer Antriebswelle und damit auf die Drehzahl eines Antriebsmotors gebracht sowie auf dieser gehalten. Dadurch wird das betreffende Teilgetriebe in einen definierten Ausgangszustand für einen folgenden Schaltvorgang versetzt, wobei der Antriebsstrang des freien Teilgetriebes bis zur Öffnungsstelle vom Antriebsmotor mit der Motordrehzahl stets mit gedreht wird.
Außerdem ist aus der DE 103 08 689 A1 ein Verfahren zu Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes mit zwei Getriebeeingangswellen bekannt, denen jeweils eine Kupplung zugeordnet ist, bei dem zum Durchführen eines Gangwechsels von einem aktiven Gang in einen Zielgang an den Kupplungen eine mehrphasige Drehmomentsteuerung durchgeführt wird. Wird dabei nach dem Herausnehmen eines momentan nicht aktiven Gangs kein Zielgang vorgewählt, fällt die Drehzahl der zugehörigen freien Getriebeeingangswelle in Folge von Schleppverlusten unter eine Synchrondrehzahl des Zielgangs und wird anschließend durch Anlegen der betreffenden Kupplung synchronisiert.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes anzugeben, das eine Verringerung des Energieverbrauchs aufgrund von Getriebeverlusten ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei autarken Teilgetrieben durch das Vorwählen eines Ganges im jeweils nicht mit dem Antriebsmotor triebverbundenen Teilgetriebe relative und absolute Drehzahlen an verschiedenen Getriebeelementen eingestellt werden, die im lastfreien Zustand Schleppmomente besitzen und damit Schleppverluste erzeugen, wel-
che üblicherweise umso höher sind, je größer diese Drehzahlen sind. Wird hingegen im lastfreien Teilgetriebe nicht sofort ein Zielgang bzw. Anschlussgang eingelegt, so stellen sich an den dann frei drehenden Getriebeteilen des Antriebsstrangs des Teilgetriebes andere relative und absolute Drehzahlen ein, die im Wesentlichen durch Getriebeverluste, aber nicht durch die Vorwahl eines Ganges beeinflusst sind. Durch eine strategische Entscheidung hinsichtlich der Vorwahl eines Ganges ist es daher möglich, die Drehzahlen im jeweils lastfreien Teilgetriebe zumindest temporär so zu minimieren, dass im zeitlichen Mittel Wirkungsgradverbesserungen des Getriebes und damit Verbrauchseinsparungen sowie letztlich Emissionseinsparungen des Antriebs erzielt werden können.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes, das zwei Teilgetriebe aufweist, die eingangsseitig jeweils mit einer Kupplung verbunden sind, über die eine Triebverbindung mit einem Antriebsmotor herstellbar ist, wobei in einem jeweils lastfreien Teilgetriebe der beiden Teilgetriebe ein auf einen aktuell aktiven Gang folgender Zielgang vorwählbar ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung folgenden Verfahrensablauf vor: Zunächst wird ein möglicher Zielgang ermittelt. Anschließend wird mit Hilfe von Messungen und/oder Modellrechnungen und/oder daraus abgeleiteten Größen ein Gesamtverlust des Getriebes ermittelt, und zwar für den ersten Fall, dass der Zielgang vorgewählt wird und für den zweiten Fall, dass kein Gang vorgewählt wird. Anhand des Ergebnisses wird festgestellt, ob der Gesamtverlust bei einer Vorwahl des Zielgangs größer oder kleiner ist als ohne eine Gangvorwahl. Mit Hilfe des ermittelten Gesamtverlusts als ein Kriterium wird anschließend entschieden, ob ein Zielgang in dem lastfreien Teilgetriebe vorgewählt werden soll oder nicht. Schließlich werden zur Umsetzung der getroffenen Entscheidung geeignete Maßnahmen eingeleitet.
Durch eine prognostische Berechnung der Getriebeverluste mit und ohne voraussichtlich zu schaltendem Gang ist es demnach möglich, eine strategische Entscheidung in einer Getriebesteuereinrichtung herbeizuführen, ob das Vorwählen ei-
nes Ganges im lastfreien Teilgetriebe hinsichtlich der Getriebeverluste sinnvoll ist, oder ob die Entscheidung getroffen wird, keinen Gang vorzuwählen. Im letzteren Fall würden die Schaltelemente im lastfreien Teilgetriebe geöffnet bleiben. Dazu wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren geprüft, ob die Gesamtverluste im Getriebe bei einer Vorwahl des Zielgangs größer oder kleiner sind als ohne eine Gangvorwahl, und das Ergebnis als Hauptkriterium für eine Gangvorwahl genutzt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Zielgang im lastfreien Teilgetriebe dann vorgewählt, wenn der Gesamtverlust des Getriebes bei einer Vorwahl des Zielgangs voraussichtlich kleiner oder zumindest nicht größer ist als ohne eine Gangvorwahl. Hingegen wird eine Gangvorwahl im lastfreien Teilgetriebe blockiert, wenn der Gesamtverlust bei einer Vorwahl des Zielgangs voraussichtlich größer ist als ohne eine Gangvorwahl. Dadurch lassen sich im Fahrzeugbetrieb im Verbrauchs- und Emissionseinsparungen erzielen.
Die Gesamtverlustleistung eines Getriebes setzt sich aus verschiedenen lastunabhängigen und lastabhängigen Anteilen zusammen, zu denen Verzahnungsverluste, Lagerverluste und Dichtungsverluste gehören. Grundsätzlich können demnach Getriebeverluste durch Messungen sowie durch mathematische und physikalische Modellrechnungen bestimmt werden, wobei die relevanten Drehzahlen der schlepp- momentbehafteten Getriebeteile, aber auch eine Reihe anderer Parameter Einfluss auf die Höhe der Schleppverluste im Getriebe haben.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Gesamtverlusts des Getriebes neben den Drehzahlen verlustrelevanter rotierender Getriebeteile auch ein oder mehrere der Parameter Lagerverluste, Verzahnungsverluste, Dichtungsverluste, Synchronisierungsverluste, Kupplungsverluste, Planschverluste, Trägheitsmomentverluste, Schmiermittelviskositätsverluste sowie Umgebungstemperaturverluste bestimmt und berücksichtigt werden. Jede dieser Verlustkomponenten besitzt eine eigene Charakteristik und ist mehr oder weniger drehzahlabhängig. Diese Verluste können berechnet und mit Messungen abgeglichen werden.
Die vorhandenen und/oder ermittelten und/oder ausgewerteten Daten zum Gesamtverlust des Getriebes können zweckmäßig als Kennfelder und/oder Kennlinien und/oder Kenntabellen in einem Speicher einer Getriebesteuereinrichtung abgelegt werden. Dadurch stehen sie zuverlässig und schnell für die Herbeiführung einer Entscheidung über eine Gangvorwahl zur Verfügung.
Um stets einen komfortablen Fahrbetrieb zu gewährleisten, wie ihn Doppelkupplungsgetriebe durch zugkraftunterstützte und dynamische Gangwechsel per se ermöglichen, können in die Entscheidung, ob ein Gang vorgewählt wird oder nicht, weitere Kriterien einbezogen werden. Demnach kann außerdem vorgesehen sein, dass für die Entscheidung, ob der Zielgang vorgewählt werden soll oder nicht, als zusätzliche Kriterien aktuelle Fahrzustandsdaten berücksichtigt werden.
Als aktuelle Fahrzustandsdaten können beispielsweise eine Fahrpedalstellung, eine Fahrpedalstellgeschwindigkeit, eine Bremspedalstellung und/oder eine Bremspedalstellgeschwindigkeit einer Fahrzeugbetriebsbremse, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Fahrzeugbeschleunigung, ein Fahrwiderstand und/oder die Stellung eines Fahrtrichtungsanzeigers des Fahrzeugs berücksichtigt werden, die Auskunft über einen Fahrerwunsch und/oder eine aktuelle Fahrsituation geben.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass für die Entscheidung, ob der Zielgang vorgewählt werden soll oder nicht, als zusätzliches Kriterium ein vorbestimmter Zeitraum berücksichtigt wird, in dem voraussichtlich der nächste Gangwechsel bevorsteht.
Durch diese Maßnahmen kann erreicht werden, dass eine Gangvorwahl im lastfreien Teilgetriebe immer dann unterbleibt, wenn dadurch der Wirkungsgrad des Getriebes erhöhbar sowie im Ergebnis eine Kraftstoffersparnis des Fahrzeugantriebs möglich ist, und immer dann erfolgt, wenn keine oder keine signifikante Wirkungsgradverbesserung bzw. Kraftstoffersparnis zu erwarten ist, oder wenn durch den Verzicht auf eine Gangvorwahl im lastfreien Teilgetriebe Komfortbeeinträchtigungen im Fahrbetrieb entstehen könnten.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Ermittlung des Zielgangs und die Vorwahl oder Nichtvorwahl dieses Zielgangs in ein Steuerungsprogramm einer Getriebesteuereinrichtung integriert ist, wobei bei einem unmittelbar bevorstehenden Gangwechsel der gegebenenfalls nicht vorgewählte Zielgang im lastfreien Teilgetriebe eingelegt und mittels der zugeordneten Kupplung und/oder zugeordneter Synchronschaltelemente des betreffenden Zielgangs synchronisiert wird, und anschließend der Lastübergang von dem bisher lastführenden Teilgetriebe auf das bisher lastfreie Teilgetriebe bei dem Gangwechsel über ein Ansteuern der beiden Kupplungen zugkraftunterbrechungsfrei durchgeführt wird.
Dadurch, dass das Verfahren in eine Getriebesteuereinrichtung integriert ist und der Zielgang über die Getriebesteuereinrichtung oder ein zugeordnetes Steuergerät dann eingelegt wird, wenn die Entscheidung hierzu bereits getroffen wurde, können kurze Schaltzeiten und ein hoher Schaltkomfort bei zugkraftunterbrechungs- freien Gangwechseln erzielt oder vorhandene Schaltzeiten und ein vorhandener Schaltkomfort zumindest sichergestellt werden.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes nach der Lehre der Erfindung.
Das nicht dargestellte aber aus dem eingangs geschilderten Stand der Technik bekannte Doppelkupplungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs weist zwei Teilgetriebe auf, wobei im Fahrbetrieb jeweils nur eines der beiden Teilgetriebe aktiv ist, demnach über eine zugehörige erste Kupplung mit einem Antriebsmotor in Triebverbindung steht, und das andere Teilgetriebe inaktiv ist, also über eine zugehörige zweite Kupplung vom Antriebsmotor getrennt und damit lastfrei ist.
In der Figur ist ein Flussdiagramm mit Funktionsblöcken F1 bis F1 1 von Verfahrensschritten zur Herbeiführung derjenigen Entscheidung dargestellt, ob in einem
aktuell lastfreien Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes ein Zielgang vorgewählt werden soll oder nicht.
Demnach geht das Verfahren gemäß einem Funktionsblock F1 von einem aktuell eingelegten Gang aus. In einem Funktionsblock F2 wird ein möglicher Zielgang bzw. Anschlussgang zu dem aktuellen Gang ermittelt, der grundsätzlich im aktuell lastfreien Teilgetriebe vorwählbar und einlegbar ist.
Anschließend werden mit der Kenntnis dieses Anschlussgangs die Gesamtverluste des Getriebes für denjenigen Fall ermittelt, wenn dieser Gang vorgewählt wäre (Funktionsblock F5), oder wenn kein Gang vorgewählt wäre (Funktionsblock F6). Dazu werden mehrere Eingangsparameter 1 ...n in den Verfahrensschritten gemäß den Funktionsblöcken F3 und F4 in eine Getriebesteuereinrichtung eingelesen, die beispielsweise die Geometrie von Getriebeelementen, lokale Umgebungstemperaturen, Verluste von Lagern, Dichtungsverluste, Synchronisierungsverluste durch Gangeinlegen, Kupplungsverluste durch Kupplungsschleppmomente, Planschverluste durch drehende Antriebsstränge usw. enthalten, und die mehr oder weniger von Relativdrehzahlen und Absolutdrehzahlen der Getriebeelemente abhängen. Die erforderlichen Daten und Abhängigkeiten können aus Kennfeldern entnommen werden, die in der Getriebesteuereinrichtung abgelegt sind, und/oder durch aktuelle Messungen und Auswertungen der Getriebesteuereinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Das Ergebnis der Verfahrensschritte gemäß den Funktionsblöcke F5 und F6 ist eine Aussage bzw. ein Signal darüber, welches die Höhe der Gesamtverluste des Getriebes wiedergibt. Dies ist in den Funktionsblöcken F7 und F8 schematisch dargestellt.
Die Ergebnisse beziehungsweise die errechneten und zueinander alternativen Gesamtverluste des Getriebes werden einem Vergleich unterzogen, was durch den Entscheidungsblock F9 schematisch dargestellt ist. In der Folge dieses Vergleichs wird in einem Funktionsblock F10 der eingangs ermittelte voraussichtliche Zielgang
im lastfreien Teilgetriebe vorgewählt, also bei offener zugehörigen Eingangskupplung geschaltet, wenn die Gesamtverluste durch die Vorwahl nicht größer wären als ohne die Gangvorwahl. Diese Gangvorwahl entspräche einer üblichen konventionellen Gangvorwahl bei Doppelkupplungsgetrieben ohne eine solche Prüfung.
Wurde hingegen bei dem Vergleich der zueinander alternativen Gesamtverluste gemäß Entscheidungsblock F9 festgestellt, dass die Gesamtverluste bei einer Gangvorwahl größer wären als ohne die Gangvorwahl, wird in einem Funktionsblock F1 1 ein Signal ausgegeben, dass keine Gangvorwahl erfolgen soll, und anschließend kein Gang vorgewählt. Hinsichtlich dieser Betriebsstrategie„bedingte Gangvorwahl" ist das Verfahren damit abgeschlossen.