WO2005064208A1 - Verfahren zum betrieb eines antriebsstrangs eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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WO2005064208A1
WO2005064208A1 PCT/EP2004/013803 EP2004013803W WO2005064208A1 WO 2005064208 A1 WO2005064208 A1 WO 2005064208A1 EP 2004013803 W EP2004013803 W EP 2004013803W WO 2005064208 A1 WO2005064208 A1 WO 2005064208A1
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gear
transmission
camera
gear change
signals
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PCT/EP2004/013803
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Frank Sager
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Daimlerchrysler Ag
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    • B60W2420/40—Photo, light or radio wave sensitive means, e.g. infrared sensors
    • B60W2420/403—Image sensing, e.g. optical camera

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive train of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • DE 100 08 665 AI describes a method for controlling drive systems of a motor vehicle, in which, for example, predictive variables recorded by means of a camera are used to intervene on a power-operated transmission in a drive train of the motor vehicle. This implements a forward-looking shift strategy for the transmission.
  • the gear to be engaged that is to say the time for a gear change from an original gear to a target gear, is thus determined as a function of signals from the camera.
  • a control device for controlling components of the drive train such as the transmission, a drive machine, an automated clutch between Drive machine and transmission or a converter lock-up clutch is in signal connection with a camera, by means of which information about the environment in front of the motor vehicle can be recorded.
  • the camera can be designed, for example, as a digital camera, comparable to a known video camera, an infrared camera, as a transmitter and receiver of radar signals, or a comparable system for acquiring information about the environment.
  • the signals from the camera can also be used for other purposes, such as, for example, for a system that supports a vehicle driver to keep the motor vehicle in the lane.
  • the signals from the camera can be processed and evaluated by a further control device, so that signals which have already been pre-processed are made available to the control device of the drive train.
  • the control device of the drive train is at least indirectly connected to the camera in signal connection.
  • control device controls the components of the drive train when changing gear from an original gear into a target gear of the transmission as a function of signals from the camera. This means that the course of the gear change is dependent on signals from the camera.
  • the transmission can be designed, for example, as an automated gear change transmission, an automatic transmission in planetary design or a continuously variable transmission.
  • a gearwheel risel of the transmission corresponds to a change in the transmission ratio.
  • the components of the drive train are made by actuators, which by the control device are controlled, operated.
  • the transmission has hydraulic, pneumatic or electrical actuators, by means of which the gear change is carried out in the transmission.
  • the output torque of the drive machine can be changed, for example, with a change in a throttle valve position by a throttle valve position or a change in a fuel injection quantity by an injection valve.
  • actuators and the reactions to changes in the actuators always have a certain reaction or dead time. If, for example, the actuators are only activated in response to a currently existing gradient of the roadway, the actuation of the actuators has an effect too late, so that the course of the gear change can no longer be optimally adjusted to the gradient.
  • the control device always carries out gear changes in the transmission in such a way that optimum comfort and the lowest possible wear is guaranteed.
  • the control device takes less comfort and / or greater wear Purchase to be able to change gear at all. This ensures that a requested gear change can be carried out and / or a gear change that has started can be completed.
  • a gear change time is dependent on signals from the camera.
  • the gear change time is the time between the start and the end of the gear change. If, for example, it is recognized that the gear change is only possible on a section of the road ahead, the gear change can be carried out in such a way that the switching time is so short that the gear change is completed before the motor vehicle has passed through the section mentioned.
  • the gear change still Available time can be determined, for example, with the speed of the motor vehicle, a stored course of the speed when changing gear and the length of the section mentioned.
  • the transmission is designed as an automated gear change transmission.
  • the transmission is designed as a synchronized gear change transmission.
  • Gear change transmissions are designed for a gear change of the original gear in that a drive connection between shifting elements of the original gear, such as an idler gear and a sliding sleeve, is separated by an actuator. Then the target gear is selected, a synchronization is carried out and then the target gear is engaged by a drive connection between switching elements of the target gear being established by an actuator. During synchronization, the speeds of the shift elements of the target gear are matched to one another.
  • the actuator is activated by a control signal from the control device and thus applies a so-called switching force. The course of the control signal and thus the course of the switching force depends on signals from the camera.
  • the drive train has an automated clutch that can be controlled by the control device.
  • the clutch is in particular arranged between the drive machine and the transmission and the transmission is in particular designed as an unsynchronized gear change transmission.
  • the control device decides on the basis of signals from the camera whether the clutch is opened or remains closed when changing gear. This means that every gear change can be carried out with a clutch condition that is suitable with regard to the operating conditions of the motor vehicle.
  • gear changes should be carried out with the clutch closed, particularly in commercial vehicles.
  • gear changes should be carried out with the clutch closed, particularly in commercial vehicles.
  • the control device can decide whether the clutch remains closed or is opened.
  • FIG. 1 shows a drive train of a motor vehicle with an automated gear change transmission
  • FIG. 2a shows a diagram for the temporal representation of the course of a control signal for an actuator of the gear change transmission during a gear change
  • FIG. 2b shows a diagram for the temporal representation of the position of a switching element of the gear change transmission during a gear change
  • a drive train 10 of a motor vehicle with a body 9, which is only shown very schematically, has a drive machine 11 which is controlled by a control device 12.
  • the control device 12 is in signal connection with a power control element 13, by means of which a vehicle driver can make specifications for the position of a throttle valve or a given torque of the drive machine 11.
  • the drive machine 11 is connected to an automated, synchronized gear change transmission 15 by means of an automated clutch 14.
  • By means of the clutch 14, a power flow between the drive machine 11 and the gear change transmission 15 can be established and separated.
  • the clutch 14 is actuated by an actuator 16 which is controlled by a control device 17.
  • the control device 17 is also in signal connection with a shift lever 18, by means of which the vehicle driver can trigger gearshifts in the gear change transmission 15.
  • circuits can also be triggered by the control device 17 as a function • of known shift maps.
  • the control device 17 is also connected to a digital camera 39 in signal connection. The camera captures information about the surroundings in front of the motor vehicle in the direction of travel. The direction of travel is seen from the clutch 14 in the direction of the drive machine 11.
  • the gear change transmission 15 has a transmission input shaft 19 which is connected to the clutch 14, a countershaft 20 and a transmission output shaft 21 which is connected via an axle drive 70 and side shafts 71 to driven wheels 72 of the motor vehicle.
  • the transmission input shaft 19 is connected to the countershaft 20 by means of a constant 22.
  • On the countershaft 20 two fixed gears 23, 24 are arranged for the 1st and 2nd gear of the Zahnradwec selgetriebes 15.
  • the fixed gears 23, 24 mesh with associated idler gears 25, 26, which are rotatably arranged on the transmission output shaft 21.
  • One of the two idler gears 25, 26 are connected to the transmission output shaft 21 in a rotationally secure manner.
  • Synchronizers 28, 29, which can be actuated by the switching element 27, are also arranged on the idler gears 25, 26. A speed adjustment during a gear change is achieved by means of the synchronizers 28, 29.
  • the idler gear 25 is connected to the transmission output shaft 21 by means of the switching element 27.
  • the switching element 27 is brought into the neutral position shown and then, by further axial displacement, first the speed of the countershaft 20 and the transmission input shaft 19 is brought to the speed of the second gear, the synchronous speed, and then the idler gear 26 is connected to the transmission output shaft 21 in a rotationally secure manner. So that the 2nd gear is engaged in the gear change transmission 15. In the last section of the circuit, the speed of the drive machine 11 is the speed of the
  • Gearbox input shaft 19 adapted, the clutch closed and the specified torque of the engine 11 increased again.
  • the switching element 27 is connected to a piston 31 of a hydraulic piston-cylinder unit 32 via a connecting element 30.
  • the piston-cylinder unit 32 has a pressure chamber 33, 34 on both sides of the piston 31.
  • the pressure chambers 33, 34 are each connected to outputs of electrohydraulic valves 35, 36, which are supplied by a pump 37 with hydraulic fluid under pressure.
  • the valves 35, 36 are controlled by the control device 17 by means of a control signal driven.
  • the piston 31 and thus also the switching element 27 can thus be axially displaced along the transmission output shaft 21 in accordance with the control device 17 and the gears of the gear change transmission 15 inserted and disengaged.
  • control device 17 is in signal connection with a position sensor 38 which is arranged on the piston-cylinder unit 32.
  • the position of the piston 31 and thus of the switching element 27 can be detected by means of the position sensor 38.
  • the hydraulic control of the switching element is shown in a highly simplified manner.
  • the hydraulic system can also have control slides.
  • the gear change transmission can have further gears, which can be engaged and disengaged via further shifting elements.
  • the switching element of the target gear is first selected by means of a selection device and then the target gear is inserted.
  • the actuation of the transmission can also take place pneumatically or by means of electrical actuators, for example in the form of electric motors.
  • FIG. 2a the time course of the control signal for the valve 35 (line 42) of the gear change transmission 15 from FIG. 1 and in FIG. 2b the time course of the position of the switching element 27 (line 43) during a gear change from the 1st in idealized the 2nd gear of the gear change transmission 15 and not shown to scale.
  • the valve 36 is not activated during the gear change. 2a and 2b, examples are shown if the camera does not recognize an unusual situation.
  • the gear change is carried out very comfortably and with little wear.
  • FIG. 2a the time is plotted on an abscissa 40a, and a target current is plotted on an ordinate 41a.
  • FIG. 2b the time is plotted on an abscissa 40b and a position with respect to a fixed position is plotted on an ordinate 41b.
  • the phase of origin is engaged in phase a.
  • the target current for the valve 35 is zero, so that no switching force is exerted on the switching element 27.
  • the shift element 27 is in a starting position 44.
  • the output torque of the drive machine 11 is reduced in phase b and the clutch 14 is opened (not shown).
  • the valve 35 is given a small target current in order to ensure a quicker reaction when the stronger activation follows shortly thereafter.
  • the switching element 27 remains in phase b in the starting position.
  • the clutch 14 is opened, so that no more torque is transmitted in the gear change transmission 15. The switching element 27 can thus be moved.
  • phase c time 45
  • the target current is suddenly increased to a current value 46 and thus a force is built up on the switching element 27. Due to reaction times and elasticities, the switching element 27 does not begin to move away from the starting position at a constant rate of change until time 47 move.
  • the time period between times 45 and 47 is referred to as a dead time.
  • the target current is reduced to a somewhat smaller current value 52. If the shift element 27 is in a neutral position 53 (at time 54), the original gear is designed to be safe, so that the synchronization of the target gear is actuated after a further change in position by a certain amount.
  • the target current is reduced to a current value 55, from which the target current then rises continuously along a ramp.
  • a synchronization position 56 at which the switching element 27 achieves the synchronization of the target gear, the target current is again reduced to the current value 55 at the time 57 and likewise increased again along a ramp.
  • the synchronization position 56 is reached, the synchronization of the transmission input shaft 19 (phase e) begins.
  • the course of the control signal depends on signals from the camera 39. If the camera detects an incline or another unusual situation, the current values in the different phases are increased in order to achieve a shorter switching time. This also shortens the phases described. It is also possible to reduce the current values in one or more phases, other times for the start and end of the phases or other slopes in phases d and e. Likewise, the control of the drive machine 11 during the gear change is adapted to the environment in front of the motor vehicle, which is recorded by the camera 39.
  • the current value 46 in phase c results in FIG. 2a as the maximum value for the control signal.
  • the maximum value can also be reached in another phase, for example in phase d or e.
  • the transmission is designed as an unsynchronized gear change transmission.
  • the construction is comparable to the gear change transmission 15 from FIG. 1. It differs in that it has no synchronizations (28, 29 in FIG. 1) and, in addition, via a so-called, from
  • Control device controlled transmission brake by means of which the countershaft can be braked.
  • Control device as to whether the clutch remains closed or is opened when changing gear. Normally, the clutch should remain closed and the synchronization with the drive machine should be carried out. If, based on the signals from the camera, the control device calculates in advance that the gear change cannot be carried out with the clutch closed, the control device opens the clutch and can then, if necessary, carry out the synchronization by means of the transmission brake.

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Abstract

Bei einem Gangwechsel in einem fremdkraftbetätigten Getriebe steuert eine Steuerungseinrichtung (12, 17) Komponenten des Antriebsstrangs, wie Antriebsmaschine (11), Kupplung (14) und Getriebe (15), an. Die Steuerungseinrichtung steht mit einer Kamera (39), mittels welcher Informationen über die Umgebung vor dem Kraftfahrzeug erfassbar sind, in Signalverbindung. Erfindungsgemäss steuert die Steuerungseinrichtung die Komponenten des Antriebsstrangs bei einem Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang des Getriebes in Abhängigkeit von Signalen der Kamera an. Damit ist ein Ablauf des Gangwechsels von Signalen der Kamera abhängig. Einsatz in einem Kraftfahrzeug.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die DE 100 08 665 AI beschreibt ein Verfahren zur Steuerung von Antriebssystemen eines Kraf fahrzeugs, bei welchem, beispielsweise mittels einer Kamera erfasste, vorausschauende Größen verwendet werden, um auf ein fre dkraftbetätigtes Getriebe in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einzugreifen. Damit wird eine vorausschauende Schaltstrategie für das Getriebe realisiert. Somit wird der einzulegende Gang, also der Zeitpunkt für einen Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang, in Abhängigkeit von Signalen der Kamera festgelegt.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines AntriebsStrangs eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mittels welchem Gangwechsel des Getriebes besonders komfortabel und sicher ablaufen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung von Komponenten des Antriebsstrangs, wie beispielsweise dem Getriebe, einer Antriebsmaschine, einer automatisierten Kupplung zwischen Antriebsmaschine und Getriebe oder einer Wandlerüber- brückungskupplung, steht in SignalVerbindung mit einer Kamera, mittels welcher Informationen über die Umgebung vor dem Kraftfahrzeug erfassbar sind. Die Kamera kann beispielsweise als eine digitale Kamera, vergleichbar mit einer bekannten Videokamera, eine Infrarotkamera, als ein Sender und Empfänger von Radarsignalen oder ein vergleichbares System zur Erfassung von Informationen über die Umgebung ausgeführt sein. Die Signale der Kamera können auch für andere Zwecke, wie beispielsweise für ein System, welches einen Fahrzeugführer unterstützt, das Kraftfahrzeug auf der Fahrspur zu halten, verwendet werden. Die Signale der Kamera können von einer weiteren Steuerungseinrichtung aufbereitet und ausgewertet werden, so dass der Steuerungseinrichtung des Antriebsstrangs schon vorverarbeitete Signale zur Verfügung gestellt werden. Die Steuerungseinrichtung des Antriebsstrangs steht damit zumindest mittelbar mit der Kamera in Signal erbindung.
Erfindungsgemäß steuert die Steuerungseinrichtung die Komponenten des Antriebsstrangs bei einem Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang des Getriebes in Abhängigkeit von Signalen der Kamera an. Damit ist ein Ablauf des Gangwechsels von Signalen der Kamera abhängig.
Das Getriebe kann beispielsweise als ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe, ein Automatikgetriebe in Planetenbauweise oder ein stufenloses Getriebe ausgeführt sein. Im Falle eines stufenlosen Getriebes entspricht ein Gangwecrisel des Getriebes einer Änderung der Übersetzung des Getriebes .
Die Komponenten des Antriebsstrangs werden von Stellgliedern, welche von der Steuerungseinrichtung angesteuert werden, betätigt. Beispielsweise verfügt das Getriebe über hydraulische, pneumatische oder elektrische Stellglieder, mittels welchen der Gangwechsel im Getriebe durchgeführt wird. Sin abgegebenes Drehmoment der Antriebsmaschine kann beispielsweise mit einer Änderung einer Drosselklappenstellung durch einen Drosselklappenstellexr oder eine Änderung einer Kraftstoffeinspritzmenge durch ein Einspritzventil verändert werden.
Mittels der Kamera ist es möglich, einen Verlauf der Fahrbahn, auf welcher sich das Kraftfahrzeug bewegt, vorausschauend zu ermitteln. Beispielsweise kann eine Kurve, eine Steigung oder ein Gefälle oder eine Beschaffenheit der Fahrbahn erkannt werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft möglich, den Gangwechsel vorausschauend so durchzuführen, dass er auf den Verlauf der Fahrbahn optimal abgestimmt ist. Damit können Gangwechsel besonders komfortabel und mit einem möglichst geringen Verschleiß an den am Gangwechsel beteiligten Komponenten durchgeführt werden.
Beispielsweise sind Stellglieder und die Reaktionen auf Änderungen der Stellglieder immer mit einer gewissen Reaktions- oder Totzeit behaftet. Wenn die Ansteuerung der Stellglieder beispielsweise erst als Reaktion auf eine aktuell vorliegende Steigung der Fahrbahn erfolgt, so wirkt sich die Ansteuerung der Stellglieder zu spät aus, so dass der Ablauf des Gangwechsels nicht mehr optimal auf die Steigung eingestellt werden kann.
Die Steuerungseinrictitung führt Gangwechsel des Getriebes immer so aus, dass ein optimaler Komfort und ein möglichst geringer Verschleiß gewährleistet ist. Wird nun allerdings mittels der Kamera erkannt, dass der Gangwechsel auf der vorausliegenden Fahrbahn, beispielsweise auf Grund einer Steigung, unter den genannten Prämissen nicht durchführbar ist, der Zielgang also gar nicht eingelegt werden kann, so nimmt die Steuerungseinrichtung einen geringeren Komfort und/oder einen höheren Verschleiß in Kauf, um den Gangwechsel überhaupt durchführen zu können. Damit wird gewährleistet, dass ein angeforderter Gangwechsel durchgeführt und/oder ein begonnener Gangwechsel auch zu Ende geführt werden kann.
Dies gewährleistet beispielsweise einen besonders sicheren Betrieb eines Antriebsstrangs mit einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe . Wenn bei einem
Zahnräderwechselgetriebe nach dem Auslegen des Ursprungsgang der Zielgang nicht eingelegt werden kann, so besteht keine Antriebsverbindung zwischen der Antriebsmaschine und angetriebenen Fahrzeugrädern, so dass das Kraftfahrzeug mittels der Antriebsmaschine weder beschleunigt, noch abgebremst werden kann. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Eintreten dieser sicherheitskritischen Situationen wirkungsvoll verhindert werden, was einen besonders sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Gangwechselzeit von Signalen der Kamera abhängig. Die Gangwechselzeit ist die Zeit zwischen dem Beginn und dem Ende des Gangwechsels. Falls beispielsweise erkannt wird, dass der Gangwechsel nur noch auf einem Abschnitt der vorausliegenden Fahrbahn möglich ist, so kann der Gangwechsel so ausgeführt werden, dass die Schaltzeit so kurz ist, dass der Gangwechsel abgeschlossen ist, bevor das Kraftfahrzeug den genannten Abschnitt durchfahren hat. Die für den Gangwechsel noch zur Verfügung stehende Zeit kann beispielsweise mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einem abgespeicherten Verlauf der Geschwindigkeit bei einem Gangwechsel und der Länge des genannten Abschnitts ermittelt werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist das Getriebe als ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt. Insbesondere ist das Getriebe als ein synchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt . Bei
Zahnräderwechselgetrieben wird bei einem Gangwechsel der Ursprungsgang ausgelegt, indem eine Antriebsverbindung zwischen Schaltelementen des Ursprungsgangs, wie beispielsweise einem Losrad und einer Schiebemu fe, von einem Stellglied aufgetrennt wird. Anschließend wird der Zielgang gewählt, eine Synchronisation durchgeführt und dann der Zielgang eingelegt, indem durch ein Stellglied eine Antriebsverbindung zwischen Schaltelementen des Zielgangs hergestellt wird. Bei der Synchronisation werden Drehzahlen der Schaltelemente des Zielgangs aneinander angeglichen. Beim Aus- und Einlegen, sowie bei der Synchronisation wird das Stellglied mit einem Ansteuersignal von der Steuerungseinrichtung angesteuert und bringt damit eine sogenannte Schaltkraft auf. Der Verlauf des Ansteuersignais und damit der Verlauf der Schaltkraft ist von Signalen der Kamera abhängig. Insbesondere ist ein Maximalwert des Ansteuersignais und damit der Schaltkraft von Signalen der Kamera abhängig. Beispielsweise steigt der Maximalwert an, wenn der Gangwechsel schnell durchgeführt werden soll, also die Schaltzeit kurz sein soll. Der Verlauf der Schaltkraft beeinflusst entscheidend den Ablauf des Gangwechsels. Damit kann der Ablauf der Schaltung durch den Verlauf des Ansteuersignals einfach und wirkungsvoll beeinflusst werden. In Ausgestaltung der Erfindung weist der Antriebsstrang eine automatisierte, von der Steuerungseinrichtung ansteuerbare Kupplung auf. Die Kupplung ist insbesondere zwischen der Antriebsmaschine und dem Getriebe angeordnet und das Getriebe ist insbesondere als ein unsynchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt. Bei einem Gangwechsel entscheidet die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von Signalen der Kamera , ob die Kupplung bei einem Gangwechsel geöffnet wird oder geschlossen bleibt. Damit kann jeder Gangwechsel mit einem bezüglich der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs geeigneten Kupplungszustand durchgeführt werden.
Um einen Verschleiß, an der Kupplung möglichst gering zu halten, sollen insbesondere bei Nutzfahrzeugen Gangwechsel bei geschlossener Kupplung durchgeführt werden. Allerdings gibt es Fahrsituationen und Betriebszustände, bei denen dies nicht möglich ist. Beispielsweise sind Hochschaltungen in einem unsynchronisierten Zahnräderwechselgetriebe an einer Steigung, bei welcher bei ausgelegtem Ursprungsgang die Drehzahl einer Getriebeausgangswelle schneller absinkt wie eine Drehzahl der A_.ntriebsmasch.ine, nicht durchführbar. Durch die Auswertung der Signale der Kamera kann sehr genau vorausberechnet werden, ob ein beabsichtigter Gangwechsel bei geschlossener Kupplung durchgeführt werden kann. Auf Basis dieser Vorausberechnung kann die Steuerungseinrichtung entscheiden, ob die Kupplung geschlossen bleibt oder geöffnet wird. Hinsichtlich der Vorausberechnung und der genannten Entscheidung wird insbesondere auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10249951.9-51 verwiesen, die hiermit vollumfänglich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Damit ist ein zuverlässiger Betrieb des Antriebsstrangs, bei welchem angeforderte Gangwechsel des Zahnräderweσhselgetriebes sicher ausgeführt werden, gewährleistet. Gleichzeitig wird ein geringer Verschleiß an der Kupplung und damit ein kostengünstiger Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe, Fig. 2a ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung des Verlaufs eines Ansteuersignais für eine Stellglied des Zahnräderwechselgetriebes bei einem Gangwechsel und Fig. 2b ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung der Position eines Schaltelements des Zahnräderwechselgetriebes bei einem Gangwechsel .
Gemäß Fig.l verfügt ein Antriebsstrang 10 eines Kraftfahrzeugs mit einer nur sehr schematisch dargestellten Karosserie 9 über eine Antriebsmaschine 11, welche von einer Steuerungseinrichtung 12 angesteuert wird. Die Steuerungseinrichtung 12 steht mit einem Leistungsstellorgan 13 in SignalVerbindung, mittels welchem ein Fahrzeugführer Vorgaben für die Stellung einer Drosselklappe oder einem abgegebenen Drehmoment der Antriebsmaschine 11 machen kann. Die Antriebsrnaschine 11 ist mittels einer automatisierten Kupplung 14 mit einem automatisierten, synchronisierten Zahnräderwechselgetriebe 15 verbunden. Mittels der Kupplung 14 kann ein Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine 11 und dem Zahnräderwechselgetriebe 15 hergestellt und getrennt werden. Die Kupplung 14 wird von einem Stellglied 16 betätigt, welches von einer Steuerungseinrichtung 17 angesteuert wird. Die Steuerungseinrichtung 17 steht außerdem mit einem Schalthebel 18 in Signalverbindung, mittels welchem der Fahrzeugführer Schaltungen im Zahnräderwechselgetriebe 15 auslösen kann. Alternativ dazu können Schaltungen auch von der Steuerungseinrichtung 17 in Abhängigkeit •von an sich bekannten Schaltkennfeldern ausgelöst werden. Die Steuerungseinrichtung 17 steht außerdem mit einer digitalen Kamera 39 in SignalVerbindung. Die Kamera erfasst Informationen über die Umgebung vor dem Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung. Die Fahrtrichtung liegt von der Kupplung 14 gesehen in Richtung Antriebsmaschine 11.
Das Zahnräderwechselgetriebe 15 verfügt über eine Getriebeeingangswelle 19, welche mit der Kupplung 14 verbunden ist , eine Vorgelegewelle 20 und eine Getriebeausgangswelle 21, welche über ein Achsgetriebe 70 und Seitenwellen 71 mit angetriebenen Rädern 72 des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 19 ist mittels einer Konstanten 22 mit der Vorgelegewelle 20 verbunden. Auf der Vorgelegewelle 20 sind drehfest zwei Festräder 23 , 24 für den 1. und 2. Gang des Zahnräderwec selgetriebes 15 angeordnet. Die Festräder 23, 24 kämmen mit zugehörigen Losrädern 25, 26, welche drehbar auf der Getriebeausgangswelle 21 angeordnet sind. Mittels einem auf der Getriebeausgangswelle 21 verdrehsicher und axial beweglich angeordneten, als Schiebemuffe ausgeführten Schaltelements 27 kann jeweils eines der beiden Losräder 25, 26 verdrehsicher mit der Getriebeausgangswelle 21 verbunden werden. An den Losrädern 25, 26 sind außerdem Synchronisierungen 28, 29 angeordnet, welche vom Schaltelement 27 betätigt werden können. Mittels der Synchronisierungen 28, 29 wird eine Drehzahlangleichung bei einem Gangwechsel erreicht .
Im 1. Gang ist das Losrad 25 mittels des Schaltelements 27 mit der Getriebeausgangswelle 21 verbunden. Bei einer Schaltung vom 1. in den 2. Gang wird als erstes das abgegebene Drehmoment der Anfcriebsmaschine 11 verringert und die Kupplung 14 geöffnet. Anschließend wird das Schaltelement 27 in die dargestellte Neutralposition gebracht und anschließend durch weitere axiale Verschiebung zuerst die Drehzahl der Vorgelegewelle 20 und der Getriebeeingangswelle 19 auf die Drehzahl des 2. Gangs, die Synchrondrehzahl , gebracht und dann das Losrad 26 mit der Getriebeausgangswelle 21 verdrehsicher verbunden. Damit ist der 2. Gang im Zahnräderwechselgetriebe 15 eingelegt. Im letzten Abschnitt der Schaltung wird die Drehzahl der Antriebsmaschine 11 an die Drehzahl der
Getriebeeingangswelle 19 angepasst, die Kupplung geschlossen und das angegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 wieder erhöht .
Das Schaltelement 27 ist über ein Verbindungselement 30 mit einem Kolben 31 einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 32 verbunden. Die Kolben-Zylinde -Einheit 32 weist auf beiden Seiten des Kolbens 31 jeweils einen Druσkraum 33, 34 auf. Die Druckräume 33, 34 sind jeweils mit Ausgängen elektrohydraulischer Ventile 35, 36 verbunden, welche von einer Pumpe 37 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid versorgt werden. Die Ventile 35, 36 werden von der Steuerungseinrichtung 17 mittels eines Ansteuersignais angesteuert. Damit kann der Kolben 31 und somit auch das Schaltelement 27 nach Maßgabe der Steuerungseinrichtung 17 axial entlang der Getriebeausgangswelle 21 verschoben und die Gänge des Zahnräderwechselgetriebes 15 ein- und ausgelegt werden.
Zusätzlich steht die Steuerungseinrichtung 17 mit einem Positionssensor 38, welcher an der Kolben-Zylinder-Einheit 32 angeordnet ist, in SignalVerbindung. Mittels des Positionssensors 38 kann die Position des Kolbens 31 und damit des Schaltelements 27 erfasst werden.
Die hydraulische Ansteuerung des Schaltelements ist stark vereinfacht dargestellt. Das hydraulische System kann zusätzlich über Steuer- oder Regelschieber verfügen.
Das Zahnräderwechselgetriebe kann weitere Gänge aufweisen, welche über weitere Schaltelemente ein- und auslegbar sind. In diesem Fall wird bei einem Gangwechsel nach dem Auslegen des Ursprungsgangs zuerst das Schaltelement des Zielgangs mittels einer Wählvorrichtung ausgewählt und anschließend der Zielgang eingelegt.
Statt einer hydraulischen Ansteuerung kann die Ansteuerung des Getriebes auch pneumatisch oder mittels elektrischen Stellgliedern, beispielsweise in Form von Elektromotoren ablaufen.
In der Fig. 2a ist der zeitliche Verlauf des Ansteuersignais für das Ventil 35 (Linie 42) des Zahnräderwechselgetriebes 15 aus Fig.l und in Fig. 2b der zeitliche Verlauf der Position des Schaltelements 27 (Linie 43) bei einem Gangwechsel vom 1. in den 2. Gang des Zahnräderwechselgetriebes 15 idealisiert und nicht maßstäblich dargestellt. Das Ventil 36 wird während des Gangwechsels nicht angesteuert. In den Fig. 2a und 2b sind beispielhaft Verläufe dargestellt, wenn die Kamera keine außergewöhnliche Situation erkennt. Der Gangwechsel wird also sehr komfortabel und verschleißarm durchgeführt.
In der Fig. 2a ist auf einer Abszisse 40a die Zeit, auf einer Ordinate 41a ein Soll-Strom aufgetragen. In der Fig. 2b sind auf einer Abszisse 40b die Zeit und auf einer Ordinate 41b eine Position bezogen auf eine feste Position aufgetragen.
In einer Phase a ist der Ursprungsgang eingelegt. Der Soll- Strom für das Ventil 35 ist Null, damit wird keine Schaltkraft auf das Schaltelement 27 ausgeübt. Das Schaltelement 27 befindet sich in einer Ausgangsposition 44. Zu Beginn einer Phase b liegt eine Schaltanforderung vor und ein Gangwechsel wird gestartet. Dazu wird in der Phase b das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 reduziert und die Kupplung 14 geöffnet (nicht dargestellt) . Gleichzeitig wird dem Ventil 35 ein kleiner Soll-Strom vorgegeben, um eine schnellere Reaktion bei der kurz darauf folgenden stärkeren Ansteuerung zu gewährleisten. Das Schaltelement 27 verharrt in der Phase b in der Ausgangsposition. Am Ende der Phase b ist die Kupplung 14 geöffnet, so dass im Zahnräderwechselgetriebe 15 kein Drehmoment mehr übertragen wird. Damit kann das Schaltelement 27 verschoben werden.
Zu Beginn der Phase c (Zeitpunkt 45) wird der Soll-Strom sprungartig auf einen Stromwert 46 erhöht und damit eine Kraft auf das Schaltelement 27 aufgebaut. Auf Grund von Reaktionszeiten und Elastizitäten beginnt sich erst zum Zeitpunkt 47 das Schaltelement 27 von der Ausgangsposition mit einer konstanten Änderungsgeschwindigkeit weg zu bewegen. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten 45 und 47 wird als eine Totzeit bezeichnet.
Bei Erreichen einer Position 50 bei einem Zeitpunkt 51 wird der Soll-Strom auf einen etwas kleineren Stromwert 52 reduziert. Wenn sich das Schaltelement 27 in einer Neutralposition 53 befindet (zum Zeitpunkt 54) ist der Ursprungsgang sicher ausgelegt, so dass nach einer weiteren Positionsänderung um ein bestimmtes Maß die Synchronisierung des Zielgangs betätigt wird.
Zum Zeitpunkt 54 und damit zu Beginn der Phase d wird der Soll-Strom auf einen Stromwert 55 reduziert, von dem aus der Soll-Strom dann entlang einer Rampe kontinuierlich ansteigt. Kurz vor Erreichen einer Synchronisierposition 56, bei welcher das Schaltelement 27 die Synchronisierung des Zielgangs erreicht, wird der Soll-Strom zum Zeitpunkt 57 nochmals auf den Stromwert 55 reduziert und ebenfalls entlang einer Rampe wieder erhöht. Bei Erreichen der Synchronisierposition 56 beginnt die Synchronisation der Getriebeeingangswelle 19 (Phase e) .
Der Verlauf des Ansteuersignais (Linie 42) ist von Signalen der Kamera 39 abhängig. Falls die Kamera eine Steigung oder eine andere außergewöhnliche Situation erkennt, werden die Stromwerte in den verschiedenen Phasen erhöht, um damit eine kürzere Schaltzeit zu erreichen. Damit ergibt sich auch eine Verkürzung der beschriebenen Phasen. Ebenso ist eine Verringerung der Stromwerte in einer oder mehreren Phasen, andere Zeitpunkte für den Beginn und das Ende der Phasen oder andere Steigungen in den Phasen d und e möglich. Ebenso wird die Ansteuerung der Antriebsmaschine 11 während des Gangwechsels an die von der Kamera 39 erfasste Umgebung vor dem Kraftfahrzeug angepasst.
Als Maximalwert für das Ansteuersignal ergibt sich in Fig. 2a der Stromwert 46 in der Phase c. Der Maximalwert kann auch in einer anderen Phase, beispielsweise in der Phase d oder e erreicht werden.
In einer zweiten, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Getriebe als ein unsynchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt. Der Aufbau ist vergleichbar mit dem Zahnräderwechselgetriebe 15 aus Fig. 1. Es unterscheidet sich darin, dass es keine Synchronisierungen (28, 29 in Fig. 1) aufweist und dafür zusätzlich über eine sogenannte, von der
Steuerungseinrichtung angesteuerte Getriebebremse verfügt, mittels welcher die Vorgelegewelle abgebremst werden kann.
Bei dieser Ausführungsform entscheidet die
Steuerungseinrichtung, ob bei einem Gangwechsel die Kupplung geschlossen bleibt oder geöffnet wird. Im Normalfall soll die Kupplung geschlossen bleiben und die Synchronisation mit der Antriebsmaschine durchgeführt werden. Wenn auf Grund der Signale der Kamera von der Steuerungseinrichtung vorausberechnet wird, dass der Gangwechsel mit geschlossener Kupplung nicht durchgeführt werden kann, öffnet die Steuerungseinrichtung die Kupplung und kann dann, falls notwendig, die Synchronisation mittels der Getriebebremse durchführen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem fremdkraftbetatigten Getriebe (15) , wenigstens einer Steuerungseinrichtung (12, 17) zur Ansteuerung von Komponenten (Antriebsmaschine 11, Kupplung 14, Getriebe 15) des Antriebsstrangs (10), und einer Kamera (39) , mittels welcher Informationen über die Umgebung vor dem Kraftfahrzeug erfassbar sind, wobei die Steuerungseinrichtung (12, 17) mit der Kamera (39) in SignalVerbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang des Getriebes (15) die Steuerungseinrichtung (12, 17) die Komponenten (Antriebsmaschine 11, Kupplung 14, Getriebe 15) des Antriebsstrangs (10) in Abhängigkeit von Signalen der Kamera (39) ansteuert, womit ein Ablauf des Gangwechsels von Signalen der Kamera (39) abhängig ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Gangwechselzeit von Signalen der Kamera (39) abhängig ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (15) als ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt ist und ein Verlauf eines Ansteuersignals für ein Stellglied (35, 36, 32) , welches den Gangwechsel durchführt, von Signalen der Kamera (39) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximalwert (46) des Ansteuersignals (42) und/oder eine Schaltkraft von Signalen der Kamera (39) abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (10) eine automatisierte, von der Steuerungseinrichtung (17) ansteuerbare Kupplung (14) aufweist und die Steuerungseinrichtung (17) in Abhängigkeit von Signalen der Kamera (39) entscheidet, ob die Kupplung (14) bei einem Gangwechsel geöffnet wird oder geschlossen bleibt .
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