WO2025008151A1 - Fahrzeuggetriebe und ein verfahren zum steuern von getriebestellern in einem fahrzeuggetriebe - Google Patents

Fahrzeuggetriebe und ein verfahren zum steuern von getriebestellern in einem fahrzeuggetriebe Download PDF

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actuator
transmission
unit
vehicle
shift rod
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Balázs Trencséni
Hugó KÖVES
Sebastian Schaller
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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    • 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
    • F16H61/0003—Arrangement or mounting of elements of the control apparatus, e.g. valve assemblies or snapfittings of valves; Arrangements of the control unit on or in the transmission gearbox
    • 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
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H2057/02039—Gearboxes for particular applications
    • F16H2057/02043—Gearboxes for particular applications for vehicle transmissions
    • F16H2057/0206—Gearboxes for particular applications for vehicle transmissions for commercial vehicles, e.g. buses or trucks

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle transmission with a network of transmission actuators, a method for controlling transmission actuators and in particular to a network of transmission actuators.
  • transmission actuators of the same type each of which has integrated electronics or an electronic unit attached to it to control the transmission actuators.
  • manual transmissions with different types of transmission actuators are increasingly being used, which, for example, provide different sizes and different power levels or use different actuators.
  • electro-mechanical, hydraulic or pneumatic transmission actuators can be used in parallel. Since commercial vehicles themselves are increasingly powered electrically, there is also a need for electric motor drives. A compressed air supply is no longer mandatory.
  • the present invention relates to a vehicle transmission for commercial vehicles.
  • the vehicle transmission comprises at least one transmission actuator, an actuator unit, a manual transmission and a control unit.
  • the at least one transmission actuator comprises a transmission actuator with a (first) shift rod that can be operated by a first actuator, and the actuator unit comprises a second actuator.
  • the manual transmission is designed to switch different gears in a drive train of the commercial vehicle by means of the first shift rod.
  • the control unit is designed to control the first actuator and the second actuator.
  • the at least one transmission actuator may be a first transmission actuator and the actuator unit may comprise or be at least one of the following components:
  • actuator unit should therefore be understood very broadly, ie it can be a second transmission actuator for changing gears in the manual transmission, but it does not have to be. It can also be any other unit.
  • the actuator unit therefore does not need to be used for gear shifting (e.g. in the case of a 2-speed transmission), but can move other rods or shifting elements.
  • the second actuator unit can thus implement other axial movements with the second actuator, for example in power transmission units (power take-off), oil valves, differential locks.
  • power transmission units power take-off
  • embodiments can also be used for vehicle transmissions that only have a shift rod or only a transmission actuator for changing gears, but also have other control units or auxiliary units around the transmission.
  • embodiments also include the case where the vehicle transmission has a network of transmission actuators. It is understood, however, that the network of transmission actuators does not have to have just two transmission actuators, but that additional transmission actuators can also be present.
  • the control unit can therefore also be designed to control additional actuators or operate auxiliary units.
  • the vehicle transmission can comprise one or more actuator applications that are coupled to the manual transmission, with the control unit then optionally being further designed to selectively control or operate the one or more actuator applications.
  • the one or more actuator applications can comprise an actuator unit. However, they can also be other components (which, for example, do not have actuators).
  • the one or more actuator applications comprise at least one of the following units: a pump, a lubricant pump, a differential lock, a reduction gear, a hydraulic auxiliary unit, a hydraulic pump.
  • control unit is an integrated control unit of the transmission actuator.
  • the control unit can also be attached directly to the transmission actuator.
  • the control unit can also be arranged away from the transmission actuators and thus control the transmission actuators from a distance.
  • the control unit can be arranged at any location in the vehicle or an existing control unit can be used for the defined functions.
  • the actuator unit can only be controlled by the control unit.
  • the actuator unit does not need to have its own control electronics.
  • the gear actuator is a high-power actuator with a power consumption above a predetermined power and the actuator unit is a low-power actuator with a power consumption of less than the predetermined power.
  • the predetermined power consumption can be, for example, 200 W or 500 W or 1000 W.
  • the gear actuators can be equipped with appropriate power electronics.
  • the transmission actuator and/or the actuator unit each comprise a sensor unit.
  • the respective sensor unit can be designed to measure at least one of the following variables:
  • the control unit is designed to detect sensor signals from the respective sensor unit and, based on this, to control the transmission actuator and the actuator unit. Detecting the axial position is particularly important when the gears are changed via a linear displacement of the shift rod (e.g. with pneumatic actuators).
  • the state of the actuator can be, for example, an activation or deactivation (e.g. whether a valve is open or closed; a differential lock is engaged or not).
  • the first actuator and/or the second actuator is one of the following actuators: an electro-mechanical actuator, an electro-pneumatic actuator, a hydraulic actuator, a linear magnetic actuator.
  • Embodiments also relate to a commercial vehicle with a vehicle transmission as described above.
  • the commercial vehicle can in particular be a truck that has a drive axle and an electric motor to the drive.
  • the manual transmission can optionally be mounted on the drive axle or between the electric motor and the drive axle.
  • Embodiments also relate to a method for controlling at least one transmission actuator and an actuator unit in a vehicle transmission.
  • the at least one transmission actuator comprises a first shift rod that can be operated by a first actuator, and the actuator unit comprises a second actuator.
  • the first shift rod is coupled to a manual transmission.
  • the method comprises (optionally) controlling the first actuator and the second actuator by only one control unit in order to switch different gears in a drive train of a commercial vehicle by means of the first shift rod.
  • the method comprises at least one of the following steps, which are also carried out by the control unit:
  • This method or at least parts thereof can also be implemented or stored in the form of instructions or commands in software or on a computer program product, wherein stored instructions are able to carry out the steps according to the method when the method is running on a processor. Therefore, the present invention also relates to a computer program product or to a machine-readable storage medium with software code (software instructions) stored thereon, which is designed to carry out one of the methods described above when the software code is executed by a processing unit.
  • the processing unit may be any form of computer or control unit having an appropriate microprocessor capable of executing software code.
  • Examples of embodiments solve problems of conventional manual transmissions in that the individual transmission actuators do not need to have separate integrated control units, but can be controlled by a central control unit, which can also be located away from the transmission.
  • the central control unit is advantageously housed in one of the transmission actuators.
  • a high-performance transmission actuator can be used for this, for example.
  • the (central) control unit can take over the control of all transmission actuators and optionally also control existing actuator applications.
  • the actuator applications are additional units (e.g. pumps, additional actuators, reduction gears, differential locks, etc.) that can be driven using the power provided by the transmission.
  • Fig. 1 shows schematically a vehicle transmission according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a schematic flow diagram for a method for controlling transmission actuators in vehicle transmissions according to embodiments.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a vehicle transmission, as it can be used in commercial vehicles (eg trucks) according to embodiments or is designed for this application.
  • the vehicle transmission comprises one (or more) transmission actuators 110, an actuator unit 120, a manual transmission 200, a control unit 300 and optional actuator applications 410, 420,430.
  • the The transmission actuator 110 and the actuator unit 120 are connected to the manual transmission 200 or are mounted there.
  • the gear actuator 110 can be a first gear actuator and the actuator unit 120 can be a second gear actuator, both of which form a network of gear actuators.
  • the actuator unit 120 can also be any other unit, such as one of the following:
  • the actuator unit 120 is a second transmission actuator.
  • the network of transmission actuators 110, 120 therefore comprises (at least) a first transmission actuator 110 and a second transmission actuator 120.
  • the first transmission actuator 110 comprises a first shift rod 112 which couples to a first actuator 114.
  • the second transmission actuator 120 comprises, for example, a second shift rod 122 which couples to a second actuator 124.
  • the manual transmission 200 is designed to switch different gears in a drive train of the commercial vehicle by means of the first shift rod 112 and the second shift rod 122.
  • the first/second shift rod 112, 122 therefore represent connections between the transmission actuators 110, 120 and the manual transmission 200 and, when activated, cause a rotary movement or an axial movement (linear movement) for shifting in the transmission 100.
  • the activation is carried out by the respective actuator, which can be driven by an electric motor or hydraulically or pneumatically in order to effect the rotary movement or the linear movement.
  • shift forks can be provided which, when the shift rods 112, 122 are activated, shift the gears in the manual transmission 200.
  • the network of transmission actuators 110, 120 can therefore be driven electromechanically (eg via an electric motor), electropneumatically/hydraulically (eg via a solenoid valve) or linearly magnetically or via a hydraulic pump according to embodiments.
  • the exemplary second shift rod 122 may be a coupling rod between the manual transmission 200 and the actuator unit 120 (for example, to activate a differential lock or to selectively tap power from the manual transmission).
  • the manual transmission 200 is coupled to a plurality of actuator applications 410, 420, 430.
  • the actuator applications can be various units that use the power provided by the manual transmission 200 to carry out further actions.
  • the actuator applications 410, 420, 430 can be hydraulic pumps or other units.
  • lubricant pumps or a reduction stage or a differential lock can be designed as an actuator application 410, 420, 430 on the manual transmission 200.
  • the actuator applications 410, 420, 430 can in particular use the energy available in the manual transmission 200.
  • control unit 300 is provided to control the transmission actuators 110, 120 and optionally also the various actuator applications 410, 420, 430.
  • Embodiments in particular allow only one control unit 300 to be used for control. If additional controls or electronic components are present, they can also be deactivated.
  • the control unit 300 can switch off any other electronic components or other units that may be present.
  • the control unit 300 can be programmed, for example, in such a way that it can control all of the actuators present itself, so that the first actuator 114 and the second actuator 124 are activated (e.g. for shifting gears) and/or other actuators/units in response to corresponding control signals from the control unit 300.
  • the control unit 300 can optionally also be integrated in a power electronics system. However, according to embodiments, it is also possible for there to be a separation between the power electronics and the control unit 300. According to embodiments, the control unit 300 can be integrated in one of the gear actuators 110, 120 or attached directly to it. Integration should be understood in particular to mean that a common housing is used. This has the advantage that the number of components can be reduced through integration. According to embodiments, several gear actuators 110, 120 therefore use only one common power electronics system or the one control unit 300.
  • one of the two gear actuators 110, 120 comprises power electronics that can be used for all gear actuators 110, 120, for example.
  • the exemplary first gear actuator 110 with the integrated power electronics can be a high-performance gear actuator that has a power consumption of more than a predetermined power (e.g. 200 W, 500 W, 1000 W).
  • the other gear actuators can be operated in the low-power range, for example, whereby powers of less than the predetermined power are provided. It goes without saying that the distinction between high-performance actuators and low-power actuators can also be chosen differently.
  • either the first gear actuator 110 or the second gear actuator 120 can be controlled. According to further embodiments, however, it is also possible for both gear actuators 110, 120 to be controlled in parallel or at the same time, as long as this does not lead to a contradiction in the switching behavior.
  • the individual gear actuators 110, 120 can in particular be operated independently of one another, for which purpose the separate actuators 114, 124 are controlled accordingly by the one control unit 300.
  • sensor units 116, 126 are present in the transmission actuators 110, 120, which can measure, for example, an angle of rotation (angular position) or an (axial) position.
  • the angle of rotation of the shift rods 112, 122 can, for example, indicate an activation or a specific shift position of the shift rod 112, 122.
  • a first gear can be engaged at a first angular position of the shift rod 112, 122 and a second gear can be engaged at a second angular position.
  • gates can be formed on the shift rod 112, 122, with which shift forks are coupled, which then cause the individual gears to be shifted.
  • the actuators 114, 124 can, for example, comprise electric motors that cause the rotations of the shift rods 112, 122.
  • the actuators 114, 124 comprise valves (e.g. solenoid valves) or piston assemblies or other pneumatically or hydraulically operable actuators.
  • Fig. 2 shows a schematic flow chart for a method for controlling at least one transmission actuator 110 and an actuator unit 120 in vehicle transmissions of commercial vehicles, as previously described according to embodiments.
  • the method is carried out by the control unit 300 and comprises at least the step:
  • control unit controls the following steps (shown in dashed lines):
  • control unit can also perform other functions and the list here is only intended as an example. In particular, all of the previously described functions of the control unit can be implemented as additional optional process steps. It is also understood that the order in which they are mentioned does not necessarily imply an order in which the process steps are carried out. The steps can also be carried out in a different order or only some of the process steps are carried out.
  • the method may also be computer-implemented, i.e. it may be implemented by instructions stored on a storage medium capable of carrying out the steps of the method when running on a processor (e.g. in the control unit).
  • the instructions typically comprise one or more instructions, which may be stored in different ways on different media in or peripheral to the control unit (having a processor), which, when read and executed by the control unit, cause the control unit to perform functions, functionalities and operations necessary for carrying out a method according to the present invention.
  • gear actuators and/or control units 110, 120 can be combined with one another - not only electromotive or hydraulic actuators, but also pneumatic and other actuators. In this way, an entire network of gear actuators and/or control units 110, 120 can be formed.
  • the size and performance of the gear actuators/actuator units 110, 120 can also be different, so that very small actuators can be combined with large actuators.
  • the network of Gear actuators/actuator units 110, 120 can also be implemented in a very small installation space.
  • the gear actuators/actuator units 110, 120 or the manual transmission 200 can be integrated into a drive axle itself, which in addition to the drive electric motor also has the vehicle transmission, brakes and other units.

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Abstract

Ein Fahrzeuggetriebe für Nutzfahrzeuge umfasst zumindest einen Getriebesteller (110) mit einer Schaltstange (112), die von einem ersten Aktuator (114) betreibbar ist, und einer Stellereinheit (120) mit einem zweiten Aktuator (124). Das Fahrzeuggetriebe umfasst weiter ein Schaltgetriebe (200), das ausgebildet ist, um mittels der Schaltstange (112) verschieden Gänge in einem Antriebsstrang des Nutzfahrzeugs zu schalten; und eine Steuereinheit (300), die ausgebildet ist, um den ersten Aktuator (114) und den zweiten Aktuator (124) zu steuern.

Description

BESCHREIBUNG
Fahrzeuggetriebe und ein Verfahren zum Steuern von Getriebestellern in einem Fahrzeuggetriebe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuggetriebe mit einem Netzwerk von Getriebestellern, ein Verfahren zum Steuern von Getriebestellern und insbesondere auf ein Netzwerk von Getriebestelleinheiten.
In konventionellen Schaltgetrieben kommen typischerweise Getriebesteller eines gleichen Typs zum Einsatz, die jeweils eine integrierte Elektronik bzw. eine daran befestigte Elektronikeinheit aufweisen, um die Getriebesteller anzusteuern. Jedoch werden im Fahrzeugbau und insbesondere bei Nutzfahrzeugen zunehmend Schaltgetrieben mit verschiedenartigen Getriebestellern eingesetzt, die beispielsweise verschiedene Größen und verschiedene Leistungen bereitstellen oder auch verschiedene Aktuatoren nutzen. So können beispielsweise elektro-mechanischen, hydraulische oder auch pneumatische Getriebesteller parallel zum Einsatz kommen. Da die Nutzfahrzeuge selbst zunehmend elektrisch angetrieben werden, besteht auch ein Bedarf nach elektromotorischen Antrieben. Ein Druckluftversorgung ist nicht mehr zwingenderweise vorhanden.
Daraus ergibt sich ein Bedarf nach Schaltgetrieben, die einerseits möglichst klein aufgebaut sind, sodass sie auch auf einer Fahrzeugachse verbaut sein können, gleichzeitig aber eine möglichst große Vielfalt von Getriebestellern ermöglichen. Insbesondere steht immer weniger Platz in den Fahrzeugen zur Verfügung bzw. der vorhandene Platz soll möglichst effizient genutzt werden. Konventionelle Getriebe oder Getriebestelleinheiten erfüllen diese Anforderungen immer weniger, da sie kaum in einem begrenzten Bauraum integrierbar sind.
Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch ein Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Verfahren zum Steuern von Getriebestellern nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuggetriebe für Nutzfahrzeuge. Das Fahrzeuggetriebe umfasst zumindest einen Getriebesteller, eine Stellereinheit, ein Schaltgetriebe und eine Steuereinheit. Der zumindest eine Getriebesteller umfasst einen Getriebesteller mit einer (ersten) Schaltstange, die von einem ersten Aktuator betreibbar ist, und die Stellereinheit umfasst einen zweiten Aktuator. Das Schaltgetriebe ist ausgebildet, um mittels der ersten Schaltstange verschiedene Gänge in einem Antriebsstrang des Nutzfahrzeugs zu schalten. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um den ersten Aktuator und den zweiten Aktuator zu steuern.
Der zumindest eine Getriebesteller kann ein erster Getriebesteller sein und die Stellereinheit kann zumindest eine der folgenden Komponenten umfassen oder sein:
- ein zweiter Getriebesteller mit einer zweiten Schaltstange,
- eine Kraftübertragungseinheit, die ausgebildet ist, um einen Kraftfluss von dem Schaltgetriebe wegzuführen,
- ein Ventil,
- eine Differentialsperre,
- eine Pumpe,
- ein Untersetzungsgetriebe,
- ein hydraulisches Nebenaggregat.
Der Begriff Stellereinheit soll also sehr breit verstanden werden, d.h. sie kann ein zweiter Getriebesteller zum Schalten von Gängen in dem Schaltgetriebe sein, muss es aber nicht. Sie kann auch ein beliebiges anderes Aggregat sein. Die Stellereinheit braucht daher auch nicht für die Gangschaltung genutzt zu werden (z.B. im Fall eines 2- Gang-Getriebes), sondern kann andere Stangen bzw. Schaltelement bewegen. So kann die zweite Stellereinheit mit dem zweiten Aktuator andere Axialbewegungen umsetzen, wie zum Beispiel in Kraftübertragungseinheiten (power-take-off), Ölventilen, Differentialsperren. Damit sind Ausführungsbeispiele auch für Fahrzeuggetriebe anwendbar, die nur eine Schaltstange oder nur einen Getriebesteller zum Schalten von Gängen umfassen, aber außerdem weitere Steuereinheiten oder Hilfsaggregate rund um das Getriebe aufweisen. Optional umfassen Ausführungsbeispiele aber auch den Fall, dass das Fahrzeuggetriebe ein Netzwerk von Getriebestellern aufweist. Es versteht sich aber, dass das Netzwerk von Getriebestellen nicht nur zwei Getriebesteller aufweisen muss, sondern dass darüber hinaus noch weitere Getriebesteller vorhanden sein können. Daher kann die Steuereinheit auch ausgebildet sein, um noch weitere Aktuatoren anzusteuern beziehungsweise Nebenaggregate zu bedienen.
So kann das Fahrzeuggetriebe beispielsweise eine oder mehrere Stelleranwendungen umfassen, die an das Schaltgetriebe gekoppelt sind, wobei die Steuereinheit dann optional weiter ausgebildet ist, um die eine oder die mehreren Stelleranwendungen selektiv zu steuern bzw. zu bedienen. Die eine oder mehreren Stelleranwendungen können eine Stellereinheit umfassen. Es kann sich dabei aber auch um andere Komponenten handeln (die z.B. keine Aktuatoren aufweisen).
Optional umfassen die eine oder mehreren Stelleranwendungen zumindest eines der folgenden Aggregate: eine Pumpe, eine Schmiermittelpumpe, eine Differenzialsperre, ein Untersetzungsgetriebe, ein hydraulisches Nebenaggregat, eine Hydraulikpumpe.
Optional ist die Steuereinheit eine integrierte Steuereinheit des Getriebestellers. Die Steuereinheit kann auch direkt an dem Getriebesteller befestigt sein. Die Steuereinheit kann aber auch entfernt von den Getriebestellern angeordnet sein und somit aus der Feme die Getriebesteller ansteuern. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit an einem beliebigen Ort im Fahrzeug angeordnet werden beziehungsweise eine bereits vorhandene Steuereinheit für die definierten Funktionen genutzt werden.
Optional ist die Stellereinheit nur durch die Steuereinheit steuerbar. Die Stellereinheit braucht beispielsweise keine eigene Ansteuerelektronik aufweisen. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass die Stellereinheit eine eigene Ansteuerelektronik aufweist, diese jedoch deaktiviert wird, so dass die Ansteuerung nur durch die (eine) Steuereinheit ausgeführt wird. Optional ist der Getriebesteller ein Hochleistungssteller mit einer Leistungsaufnahme oberhalb einer vorbestimmten Leistung und die Stellereinheit ein Niederleistungssteller mit einer Leistungsaufnahme von weniger als der vorbestimmten Leistung ist. Die vorbestimmte Leistungsaufnahme kann beispielsweise 200 W oder 500 W oder 1000 W betragen. Zusätzlich zu der Steuereinheit kann in den Getriebestellern eine entsprechende Leistungselektronik vorhanden sein.
Optional umfasst der Getriebesteller und/oder die Stellereinheit jeweils eine Sensoreinheit. Die jeweilige Sensoreinheit kann ausgebildet sein, um zumindest eine der folgenden Größen zu messen:
- einen Drehwinkel der ersten Schaltstange,
- einen Drehwinkel der zweiten Schaltstange,
- eine axiale Position der ersten Schaltstange,
- eine axiale Position der zweiten Schaltstange,
- einen Zustand des ersten Aktuators,
- einen Zustand des zweiten Aktuators, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um Sensorsignale der jeweiligen Sensoreinheit zu erfassen und basierend darauf, eine Ansteuerung des Getriebestellers und der Stellereinheit durchzuführen. Das Erfassen der axialen Position ist insbesondere dann wichtig, wenn das Schalten der Gänge über eine Linearverschiebung der Schaltstange erfolgt (z.B. bei pneumatischen Aktuatoren). Der Zustand des Aktuators kann beispielsweise eine Aktivierung oder Deaktivierung sein (z.B. ob ein Ventil offen oder geschlossene ist; eine Differentialsperre eingelegt ist oder nicht).
Optional ist der erste Aktuator und/oder der zweite Aktuator einer der folgenden Aktuatoren: ein elektro-mechanischer Aktuator, ein elektropneumatischer Aktuator, hydraulischer Aktuator, linearmagnetischer Aktuator.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Nutzfahrzeug mit einem Fahrzeuggetriebe wie es zuvor beschrieben wurde. Das Nutzfahrzeug kann insbesondere ein Lastkraftwagen sein, der eine Antriebsachse und einen Elektromotor zum Antrieb aufweist. Bei diesen elektrisch-betriebenen Nutzfahrzeugen kann optional das Schaltgetriebe auf der Antriebsachse oder zwischen dem Elektromotor und der Antriebsachse montiert sein.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zum Steuern von zumindest einem Getriebesteller und einer Stellereinheit in einem Fahrzeuggetriebe. Der zumindest eine Getriebesteller umfasst eine erste Schaltstange, die von einem ersten Aktuator betreibbar ist, und die Stellereinheit umfasst einen zweiten Aktuator. Die erste Schaltstange ist mit einem Schaltgetriebe gekoppelt. Das Verfahren umfasst ein (wahlweises) Steuern des ersten Aktuators und des zweiten Aktuators durch nur eine Steuereinheit, um mittels der ersten Schaltstange verschieden Gänge in einem Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs zu schalten.
Optional umfasst das Verfahren zumindest einen der folgenden Schritte, die ebenfalls durch die Steuereinheit ausgeführt werden:
- Deaktivieren einer Elektronik in dem Getriebesteller oder in der Stellereinheit,
- Erfassen von Sensorsignalen vom Getriebesteller und/oder von der Stellereinheit, um basierend auf den erfassten Sensorsignalen das Steuern des Getriebestellers und/oder der Stellereinheit durchzuführen,
- Ansteuern von Stelleranwendungen, die mit dem Schaltgetriebe gekoppelt sind,
- Aktivieren/Deaktivieren eine Pumpe oder einer Getriebeuntersetzung oder einer Differentialsperre oder eines Ventils oder eines hydraulischen Aggregates oder eines pneumatischen Aggregates oder eines weiteren Aktuators.
Dieses Verfahren oder zumindest Teile davon kann/können ebenfalls in Form von Anweisungen oder Befehlen in Software oder auf einem Computerprogrammprodukt implementiert oder gespeichert sein, wobei gespeicherte Anweisungen in der Lage sind, die Schritte nach dem Verfahren auszuführen, wenn das Verfahren auf einem Prozessor läuft. Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein Computerprogrammprodukt oder auf ein maschinenlesbares Speichermedium mit darauf gespeichertem Software-Code (Softwareanweisungen), der ausgebildet ist, um eines der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen, wenn der Software-Code durch eine Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Die Verarbeitungseinheit kann jede Form von Computer oder Steuereinheit sein, die einen entsprechenden Mikroprozessor aufweist, der einen Software-Code ausführen kann.
Ausführungsbeispiele lösen Probleme von konventionellen Schaltgetrieben dadurch, dass die einzelnen Getriebesteller keine separaten integrierten Steuereinheiten aufweisen zu brauchen, sondern durch eine zentrale Steuerung ansteuerbar sind, die sich auch entfernt von dem Getriebe befinden kann. Vorteilhafterweise ist die zentrale Steuerung in einem der Getriebesteller untergebracht. Hierzu kann z.B. ein Hochleistungsgetriebesteller genutzt werden. Die (zentrale) Steuereinheit kann die Steuerung sämtlicher Getriebesteller übernehmen und optional auch vorhandene Stelleranwendungen ansteuern. Bei den Stelleranwendungen handelt es sich um weitere Aggregate (z.B. Pumpen, weitere Aktuatoren, Untersetzungen, Differentialsperre etc.), die über die bereitgestellte Leistung des Getriebes angetrieben werden können.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeuggetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zum Steuern von Getriebestellern in Fahrzeuggetrieben gemäß Ausführungsbeispielen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeuggetriebe, wie es gemäß Ausführungsbeispielen in Nutzfahrzeugen (z.B. Lastkraftwagen) nutzbar ist bzw. für diese Anwendung ausgebildet ist. Das Fahrzeuggetriebe umfasst einen (oder mehr) Getriebesteller 110, eine Stellereinheit 120, ein Schaltgetriebe 200, eine Steuereinheit 300 und optionale Stelleranwendungen 410, 420,430. Gemäß Ausführungsbeispielen koppeln der Getriebesteller 110 und die Stellereinheit 120 an das Schaltgetriebe 200 bzw. werden dort angebracht.
Der Getriebesteller 110 kann ein erster Getriebesteller und die Stellereinheit 120 kann ein zweiter Getriebesteller sein, die beide ein Netzwerk von Getriebestellern bilden. Die Stellereinheit 120 kann gemäß weiterer Ausführungsbeispiele aber auch ein beliebiges anderes Aggregat sein wie beispielsweise eines aus dem Folgenden:
- eine Kraftübertragungseinheit, die ausgebildet ist, um einen Kraftfluss von dem Schaltgetriebe wegzuführen,
- ein (steuerbares) Ventil,
- eine Differentialsperre,
- eine Pumpe,
- ein Untersetzungsgetriebe,
- ein hydraulisches Nebenaggregat,
- eine Kombination daraus.
Beispielhaft wird im Folgenden angenommen, dass die Stellereinheit 120 ein zweiter Getriebesteller ist. Das Netzwerk von Getriebestellern 110, 120 umfasst daher (zumindest) einen ersten Getriebesteller 110 und einen zweiten Getriebesteller 120. Der erste Getriebesteller 110 umfasst eine erste Schaltstange 112, die an einen ersten Aktuator 114 koppelt. Der zweite Getriebesteller 120 umfasst beispielsweise eine zweite Schaltstange 122, die an einen zweiten Aktuator 124 koppelt. Das Schaltgetriebe 200 ist ausgebildet, um mittels der ersten Schaltstange 112 und der zweiten Schaltstange 122 verschieden Gänge in einem Antriebsstrang des Nutzfahrzeugs zu schalten. Die erste/zweite Schaltstange 112, 122 stellen daher Verbindungen zwischen den Getriebestellern 110, 120 und dem Schaltgetriebe 200 dar und bewirken bei einer Aktivierung eine Drehbewegung oder eine axiale Bewegung (Linearbewegung) zum Schalten im Getriebe 100.
Die Aktivierung erfolgt durch den jeweiligen Aktuator, der elektromotorisch oder hydraulisch oder pneumatisch angetrieben werden kann, um die Drehbewegung bzw. die Linearbewegung zu bewirken. Gemäß Ausführungsbeispiele können Schaltgabeln vorgesehen sein, die bei einer Aktivierung der Schaltstangen 112, 122 die Gänge in dem Schaltgetriebe 200 schalten. Das Netzwerk von Getriebestellern 110, 120 können daher gemäß Ausführungsbeispielen elektromechanisch (z.B. über einen Elektromotor), elektropneumatischZ-hydraulisch (z.B. über ein Solenoidventil) oder linearmagnetisch oder über eine Hydraulikpumpe angetrieben werden.
Wenn die Stellereinheit 120 kein zweiter Getriebesteller ist, kann die beispielhafte zweite Schaltstange 122 eine Kopplungsstange zwischen dem Schaltgetriebe 200 und der Stellereinheit 120 sein (um beispielsweise eine Differentialsperre zu aktivieren oder um eine Kraft wahlweise von dem Schaltgetriebe abzugreifen).
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel koppelt das Schaltgetriebe 200 an mehrere Stelleranwendungen 410, 420, 430. Bei den Stelleranwendungen kann es sich um verschiedene Aggregate handeln, die eine bereitgestellte Leistung des Schaltgetriebes 200 nutzen, um weitere Aktionen auszuführen. Beispielsweise kann es sich bei den Stelleranwendungen 410, 420, 430 um hydraulische Pumpen oder andere Aggregate handeln. Ebenso können Schmiermittelpumpen oder eine Untersetzungsstufe oder eine Differenzialsperre beispielhaft als eine Stelleranwendung 410, 420, 430 an dem Schaltgetriebe 200 ausgebildet sein. Die Stelleranwendungen 410, 420, 430 können insbesondere die vorhandene Energie beim Schaltgetriebe 200 nutzen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit 300 vorgesehen, um die Getriebesteller 110, 120 und optional auch die verschiedenen Stelleranwendungen 410, 420, 430 zu steuern. Ausführungsbeispiele ermöglichen insbesondere, dass nur eine Steuereinheit 300 zur Steuerung genutzt wird. Falls noch weitere Steuerungen oder Elektronikkomponenten vorhanden sein sollten, können sie auch deaktiviert werden. Gemäß Ausführungsbeispielen kann beispielsweise durch die Steuereinheit 300 ein Abschalten der evtl, vorhandenen anderen Elektronikkomponenten oder anderer Aggregate erfolgen. Um dies zu ermöglichen, kann die Steuereinheit 300 beispielsweise derart programmiert sein, dass sie alle vorhandenen Aktuatoren selbst ansteuern kann, sodass auf entsprechende Steuersignale der Steuereinheit 300 eine Aktivierung des ersten Aktuators 114 und des zweiten Aktuators 124 erfolgen (z.B. zum Schalten von Gängen) und/oder weiterer Aktuatoren/Aggregate erfolgt. Die Steuereinheit 300 kann optional auch in einer Leistungselektronik integriert sein. Es ist jedoch gemäß Ausführungsbeispielen ebenfalls möglich, dass eine Trennung zwischen der Leistungselektronik und der Steuereinheit 300 vorhanden ist. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 300 in einem der Getriebesteller 110, 120 integriert sein oder daran direkt befestigt sein. Unter einer Integration soll insbesondere verstanden werden, dass ein gemeinsames Gehäuse genutzt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Komponenten durch eine Integration verringert werden kann. Gemäß Ausführungsbeispielen nutzen daher mehrere Getriebesteller 110, 120 nur eine gemeinsame Leistungselektronik bzw. die eine Steuereinheit 300.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen umfasst eine der beiden Getriebesteller 110, 120, z.B. der erste Getriebesteller 110, eine Leistungselektronik, die beispielsweise für alle Getriebesteller 110, 120 nutzbar ist. Somit ist nur eine Leistungselektronik erforderlich, die in nur einem Getriebesteller 110 untergebracht ist, die aber die anderen Getriebesteller 120 ebenfalls bedient. Der beispielhafter erste Getriebesteller 110 mit der integrierten Leistungselektronik kann eine Hochleistungsgetriebesteller sein, der eine Leistungsaufnahme von mehr als einer vorbestimmten Leistung (z.B. 200 W, 500 W, 1000W) aufweist. Die anderen Getriebesteller können beispielsweise im Niederleistungsbereich betrieben werden, wobei hierbei Leistungen von weniger als der vorbestimmten Leistung bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass die Unterscheidung zwischen Hochleistungssteller und Niederleistungssteller auch anders gewählt werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann wahlweise entweder der erste Getriebesteller 110 oder der zweite Getriebesteller 120 angesteuert werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist es jedoch ebenfalls möglich, dass beide Getriebesteller 110, 120 parallel oder zeitgleich angesteuert werden, solange dies nicht zu einem Widerspruch in dem Schaltverhalten führt. Die einzelnen Getriebesteller 110, 120 können insbesondere unabhängig voneinander betrieben werden, wozu die separaten Aktuatoren 114, 124 entsprechend durch die eine Steuereinheit 300 angesteuert werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sind in den Getriebestellern 110, 120 Sensoreinheiten 116, 126 vorhanden, die beispielsweise einen Drehwinkel (Winkelposition) oder auch eine (axiale) Position messen können. Der Drehwinkel der Schaltstangen 112, 122 kann beispielsweise eine Aktivierung oder eine bestimmte Schaltposition der Schaltstange 112, 122 anzeigen. Zum Beispiel kann bei einer erster Winkelposition der Schaltstange 112, 122 ein erster Gang eingelegt sein und bei einer zweiten Winkelposition ein zweiter Gang eingelegt sein. Hierzu können auf den Schaltstange 112, 122 Kulissen ausgebildet sein, mit denen Schaltgabeln koppeln, die dann die Schaltung der einzelnen Gänge bewirken. Die Aktuatoren 114, 124 können beispielsweise Elektromotoren umfassen, die die Drehungen der Schaltstangen 112, 122 bewirken. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen umfassen die Aktuatoren 114, 124 Ventile (z.B. Solenoid-Ventile) oder Kolbenanordnungen oder andere pneumatisch oder hydraulisch bedienbare Aktuatoren.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zum Steuern von zumindest einem Getriebesteller 110 und einer Stellereinheit 120 in Fahrzeuggetrieben von Nutzfahrzeugen, wie sie gemäß Ausführungsbeispielen zuvor beschrieben wurden. Das Verfahren wird durch die Steuereinheit 300 ausgeführt und umfasst zumindest den Schritt:
- Steuern S110 des ersten Aktuators 114 und des zweiten Aktuators 124, um mittels der ersten Schaltstange 112 verschiedene Gänge in einem Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs zu schalten.
Optional können noch die folgenden Schritte (gestrichelt gezeichnet) durch die Steuereinheit ausgeführt werden:
- Deaktivieren S120 einer Elektronik in dem Getriebesteller 110 und/oder in der Stellereinheit 120,
- Erfassen S130 von Sensorsignalen vom Getriebesteller 110 und/oder von der Stellereinheit 120, um basierend auf den erfassten Sensorsignalen das Steuern des Getriebestellers 110 und/oder der Stellereinheit 120 durchzuführen, - Ansteuern S140 von Stelleranwendungen 410, 420, 430, die mit dem Schaltgetriebe 200 gekoppelt sind,
- Aktivieren/Deaktivieren S150 einer Pumpe oder einer Getriebeuntersetzung oder einer Differentialsperre oder eines Ventils oder eines hydraulischen Aggregates oder eines pneumatischen Aggregates oder eines weiteren Aktuators.
Es versteht sich, dass die Steuereinheit auch noch weitere Funktionen ausführen kann und die Liste hier nur beispielhaft zu verstehen ist. Insbesondere können alle zuvor beschriebenen Funktionen der Steuereinheit als weitere optionale Verfahrensschritte ausgeführt sein. Außerdem versteht es sich, dass die Reihenfolge der Nennung nicht notwendigerweise eine Reihenfolge bei der Ausführung der Verfahrensschritte impliziert. Die Schritte können auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden bzw. es wird nur ein Teil der Verfahrensschritte ausgeführt.
Das Verfahren kann ebenfalls Computer-implementiert sein, d.h. es kann durch Anweisungen umgesetzt sein, die auf einem Speichermedium gespeichert sind und in der Lage sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen, wenn es auf einem Prozessor (z.B. in der Steuereinheit) läuft. Die Anweisungen umfassen typischerweise eine oder mehrere Anweisungen, die auf unterschiedliche Art auf unterschiedlichen Medien in oder peripher zu der Steuereinheit (mit einem Prozessor) gespeichert sein können, die, wenn sie gelesen und durch die Steuereinheit ausgeführt werden, die Steuereinheit dazu veranlassen, Funktionen, Funktionalitäten und Operationen auszuführen, die zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sind.
Ausführungsbeispiele bieten folgende Vorteile:
Es können viele verschiedene Getriebesteller und/oder Steuereinheiten 110, 120 miteinander kombiniert werden - nicht nur elektromotorische oder hydraulische, sondern auch pneumatische und andere Steller. Auf diese Weise kann ein ganzes Netzwerk von Getriebestellern und/oder Steuereinheiten 110, 120 gebildet werden. Insbesondere kann auch die Größe und Leistung der Getriebesteller/Stellereinheiten 110, 120 unterschiedlich sein, so dass sehr kleine Steller mit großen Stellern kombiniert werden können. Weiterhin ist es möglich, dass das Netzwerk von Getriebestellern/Stellereinheiten 110, 120 auch auf einen sehr kleinen Bauraum realisiert wird. So können beispielsweise die Getriebesteller/Stellereinheiten 110, 120 bzw. das Schaltgetriebe 200 in einer Antriebsachse selbst integriert werden, die neben dem Antriebselektromotor ebenfalls das Fahrzeuggetriebe, Bremsen und andere Aggregate aufweist. Ebenso ist es möglich, dass die Getriebesteller/Stellereinheiten 110, 120 und/oder das Schaltgetriebe 200 an einem beliebigen anderen Ort entlang des Antriebsstranges von einem Elektromotor zur Antriebsachse flexibel untergebracht werden kann, da die einzelnen Bauelemente kleiner ausgebildet sein können, als es bei konventionellen Getriebestellern für Fahrzeuggetriebe möglich ist.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
110, 120 Getriebesteller bzw. Steuereinheiten
112, 122 Schaltstangen 114, 124 Aktuatoren
116, 126 Sensoren
200 Schaltgetriebe
300 Steuereinheit
410, 420,430 Stelleranwendungen

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Fahrzeuggetriebe für Nutzfahrzeuge, gekennzeichnet durch: zumindest einen Getriebesteiler (110) umfassend eine Schaltstange (112), die von einem ersten Aktuator (114) betreibbar ist; eine Stellereinheit (120) mit einem zweiten Aktuator (124); ein Schaltgetriebe (200), das ausgebildet ist, um mittels der Schaltstange (112) verschiedene Gänge in einem Antriebsstrang des Nutzfahrzeugs zu schalten; und eine Steuereinheit (300), die ausgebildet ist, um den ersten Aktuator (114) und den zweiten Aktuator (124) zu steuern.
2. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinheit (120) eines aus dem Folgenden ist oder zumindest eine der folgenden Komponenten umfasst:
- ein zweiter Getriebesteller mit einer zweiten Schaltstange (122),
- eine Kraftübertragungseinheit, die ausgebildet ist, um einen Kraftfluss von dem Schaltgetriebe (200) wegzuführen,
- ein Ventil,
- eine Differentialsperre,
- eine Pumpe,
- ein Untersetzungsgetriebe,
- ein hydraulisches Nebenaggregat.
3. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das weiter eine oder mehrere Stelleranwendungen (410, 420, 430) umfasst, die an das Schaltgetriebe (200) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (300) weiter ausgebildet ist, um die eine oder die mehreren Stelleranwendungen (410, 420,430) selektiv zu steuern.
4. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Stelleranwendungen (410, 420, 430) zumindest eines der folgenden Aggregate umfasst: eine Pumpe, eine Schmiermittelpumpe, eine Differenzialsperre, ein Untersetzungsgetriebe, ein hydraulisches Nebenaggregat, eine Hydraulikpumpe.
5. Fahrzeuggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (300) eine integrierte Steuereinheit des Getriebestellers (110) ist oder an dem Getriebesteller (110) direkt befestigt ist.
6. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinheit (120) nur durch die Steuereinheit (300) steuerbar ist.
7. Fahrzeuggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebesteller (110) ein Hochleistungssteller mit einer Leistungsaufnahme oberhalb einer vorbestimmten Leistung ist und die Stellereinheit (120) ein Niederleistungssteller mit einer Leistungsaufnahme von weniger als der vorbestimmten Leistung ist, wobei die vorbestimmte Leistungsaufnahme 200 W oder 500 W oder 1000 W ist.
8. Fahrzeuggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebesteller (110) und/oder die Stellereinheit (120) jeweils eine Sensoreinheit (116, 126) aufweist, wobei die jeweilige Sensoreinheit (116, 126) ausgebildet ist, um zumindest eine der folgenden Größen zu messen: einen Drehwinkel der Schaltstange (112), einen Drehwinkel der zweiten Schaltstange (122), eine axiale Position der Schaltstange (112), eine axiale Position der zweiten Schaltstange (122), einen Zustand des ersten Aktuators (114) und/oder einen Zustand des zweiten Aktuators (124), wobei die Steuereinheit (300) ausgebildet ist, um Sensorsignale der jeweiligen Sensoreinheit (116, 126) zu erfassen und basierend darauf, das Steuern des Getriebestellers (110) und der Stellereinheit (120) durchzuführen.
9. Fahrzeuggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (114) und/oder der zweite Aktuator (124) einer der folgenden Aktuatoren ist: ein elektro-mechanischer Aktuator, ein elektropneumatischer Aktuator, hydraulischer Aktuator, linearmagnetischer Aktuator.
10. Nutzfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Fahrzeuggetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11 . Nutzfahrzeug nach Anspruch 10, welches ein Lastkraftwagen ist und eine Antriebsachse und einen Elektromotor zum Antrieb aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (200) auf der Antriebsachse oder zwischen dem Elektromotor und der Antriebsachse montiert ist.
12. Verfahren zum Steuern von zumindest einem Getriebesteller (110) und einer Stellereinheit (120) in einem Fahrzeuggetriebe, wobei der zumindest eine Getriebesteller (110) eine Schaltstange (112) aufweist, die von einem ersten Aktuator (114) betreibbar ist, und die Stellereinheit (120) einen zweiten Aktuator (124) umfasst, wobei die erste Schaltstange (110) mit einem Schaltgetriebe (200) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch
Steuern (S110) des ersten Aktuators (114) und des zweiten Aktuators (124) durch nur eine Steuereinheit (300), um mittels der Schaltstange (112) verschiedene Gänge in einem Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs zu schalten.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nur eine Steuereinheit (300) zumindest einen der folgenden Schritte ausführt:
- Deaktivieren (S120) einer Elektronik in dem Getriebesteller (110) oder in der Stellereinheit (120),
- Erfassen (S130) von Sensorsignalen vom Getriebesteller (110) und/oder von der Stellereinheit (120), um basierend auf den erfassten Sensorsignalen das Steuern des Getriebestellers (110) und/oder der Stellereinheit (120) durchzuführen,
- Ansteuern (S140) von Stelleranwendungen (410, 420, 430), die mit dem Schaltgetriebe (200) gekoppelt sind,
- Aktivieren (S150) einer Pumpe oder einer Getriebeuntersetzung oder einer Differentialsperre oder eines Ventils oder eines hydraulischen Aggregates oder eines pneumatischen Aggregates oder eines weiteren Aktuators,
- Deaktivieren (S160) einer Pumpe oder einer Getriebeuntersetzung oder einer Differentialsperre oder eines Ventils oder eines hydraulischen Aggregates oder eines pneumatischen Aggregates oder eines weiteren Aktuators.
14. Computerlesbares Speichermedium umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Verfahrens durch eine Datenverarbeitungseinheit bewirken, dass die
Datenverarbeitungseinheit das Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13 ausführt.
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