DE10135327A1

DE10135327A1 - Automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe und Verfahren zum Gangwechsel bei einem solchen

Info

Publication number: DE10135327A1
Application number: DE10135327A
Authority: DE
Inventors: Martin Grillenberger; Michael Salecker; Friedo Tinschert; Dittmar Wieland; Markus Heinzel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-01-30
Also published as: US6835161B2; US20030027683A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer, zwischen einer Antriebsmaschine und dem Zahnräderwechselgetriebe angeordneten, automatisierten Kupplung und Verfahren zum Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang bei einem solchen Getriebe. DOLLAR A Um einen komfortablen Betrieb des Zahnräderwechselgetriebes zu gewährleisten und kurze Schaltzeiten bei Rückschaltungen zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei einer Schaltung die Kupplung zur Erhöhung der Drehzahl einer Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes mittels der Antriebsmaschine nur bis zur Schlupfgrenze eingerückt wird. DOLLAR A Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag ist es, bei einer Rückschaltung gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung, wodurch das Auslegen des Ursprungsgangs ermöglicht wird, die Drehzahl der Antriebsmaschine in Richtung der Synchrondrehzahl des Zielgangs einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Gangwechsel bei einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1 und Anspruch 5 und ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe nach dem nebengeordneten Anspruch 12.

In der EP 0 695 665 B1 ist ein Steuersystem für ein Getriebe mit Servoeinrichtung vorgestellt, das einer Antriebsmaschine in Form einer Wärmekraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Das Steuersystem weist eine Stelleinrichtung auf, die betätigbar ist, um einen Gang einzulegen und herauszunehmen, eine Gangwahl durchzuführen sowie eine Kupplung ein- und auszurücken. Die Wärmekraftmaschine weist eine erste Verarbeitungseinheit auf, welche das von der Wärmekraftmaschine bereitgestellte Drehmoment sowie die Drehzahl der Wärmekraftmaschine regelt.

Eine zweite Verarbeitungseinheit des Steuersystems ist dazu geeignet, bei einem Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang, insbesondere bei einer Rückschaltung, vor dem Herausnehmen des Ursprungsgangs der ersten Verarbeitungseinheit der Wärmekraftmaschine eine Steuerinformation zu liefern, um eine geregelte Herabsetzung des bereitgestellten Drehmoments der Wärmekraftmaschine zu veranlassen. Vor dem Einlegen des Zielgangs beliefert die erste Verarbeitungseinheit die zweite Verarbeitungseinheit mit einer weiteren Steuerinformation, um eine Drehzahl der Wärmekraftmaschine auf einen gegebenen Zielwert zu bringen. Die Kupplung ist dabei entweder die ganze Zeit über geschlossen oder sie wird vor dem Herausnehmen des Ursprungsgangs geöffnet und nach dem Herausnehmen des Ursprungsgangs vollständig geschlossen.

Aus der DE 198 59 458 A1 ist ein Getriebe in Form eines Zahnräderwechselgetriebes bekannt, das neben einer eingangsseitig angeordneten, schaltbaren Anfahrkupplung weitere Kupplungen, insbesondere Lastschaltkupplungen, aufweist, mittels welchen Zahnräder mit einer Welle verbindbar sind. Weiterhin ist ein Verfahren zum Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang, insbesondere zur Rückschaltung bei einem solchen Getriebe beschrieben. Der Gangwechsel wird ohne eine Beeinflussung eines bereitgestellten Drehmoments einer Antriebsmaschine durchgeführt. Nach Beginn der Schaltung wird eine Lastschaltkupplung geschlossen. Überträgt die Lastschaltkupplung das komplette Drehmoment, so kann der Ursprungsgang ausgelegt werden. Anschließend wird eine Getriebeeingangswelle auf eine höhere Zieldrehzahl gebracht. Sobald die Zieldrehzahl erreicht ist, wird der Zielgang eingelegt. Die Anfahrkupplung bleibt während der gesamten Schaltung geschlossen oder wird während des Auslegens des Ursprungsgang und dem Einlegen des Zielgangs geöffnet.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe und Verfahren zum Gangwechsel bei einem solchen vorzuschlagen, mit welchen ein besonders komfortabler Betrieb des automatisierten Zahnräderwechselgetriebes und besonders kurze Schaltzeiten bei Rückschaltungen ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Verfahren von Anspruch 1, das Verfahren vom nebengeordneten Anspruch 5 und den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 12 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang nach Anspruch 1 wird eine, zwischen einer Antriebsmaschine und dem Zahnräderwechselgetriebe angeordnete, automatisierte Kupplung zur Drehzahlerhöhung einer Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes höchstens bis an eine Schlupfgrenze eingerückt.

Bei einer Rückschaltung muß die Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes auf eine Synchrondrehzahl des Zielganges, welche größer ist als die Drehzahl der Eingangswelle im Ursprungsgang, gebracht werden. Die Synchrondrehzahl ist dann erreicht, wenn ein Schaltelement des Zielgangs und ein Zahnrad des Zielgangs die gleiche Drehzahl aufweisen. Die Eingangswelle wird mittels eines von der Antriebsmaschine bereitgestellten Drehmoments beschleunigt. Dazu muß die Kupplung, welche zwischen Antriebsmaschine und Zahnräderwechselgetriebe angeordnet ist, ein Drehmoment übertragen. Die Kupplung wird mittels eines Stellglieds bis höchstens an die Schlupfgrenze eingerückt. Die Schlupfgrenze ist erreicht, wenn die Kupplung nicht mehr als das anliegende Drehmoment übertragen kann und somit bei einer minimalen Erhöhung des Drehmoments rutschen würde. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kupplung genau an der Rutschgrenze betrieben wird. In diesem Fall ist die Drehzahl der Antriebsmaschine und der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes identisch.

Dies ermöglicht einen besonders komfortablen Betrieb des Zahnräderwechselgetriebes, da auftretende Drehmomentspitzen des Motors nicht auf das Zahnräderwechselgetriebe übertragen werden. Außerdem werden Drehmomentstöße, welche von der Fahrbahn über Antriebsräder eingeleitet werden, nicht an der Antriebsmaschine abgestützt, sondern führen zu einem Rutschen der Kupplung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang bei einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit ausschließlich einer, zwischen einer Antriebsmaschine und dem Zahnräderwechselgetriebe angeordneten, automatisierten Kupplung nach dem nebengeordneten Anspruch 5 wird die Kupplung zum Auslegen des Ursprungsgangs zumindest teilweise ausgelegt. Das Zahnräderwechselgetriebe verfügt über keine weiteren Kupplungen, insbesondere Lastschaltkupplungen. Zum Auslegen des Ursprungsgangs und damit zum Lösen eines Schaltelements des Ursprungsgangs von einem Zahnrad des Ursprungsgangs darf nur ein sehr geringes Drehmoment vom Schaltelement auf das Zahnrad oder umgekehrt übertragen werden. Die Kupplung kann beispielsweise nur so weit geöffnet werden, bis der Betrag des Drehmoments am Schaltelement des Ursprungsgang einen Schwellwert unterschritten hat. Das Drehmoment am Schaltelement kann von einer Steuerungseinrichtung, welche das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, berechnet werden. Die Berechnung kann beispielsweise auf Grund des bereitgestellten Drehmoments der Antriebsmaschine, der Drehzahlen und deren zeitlichen Ableitung der einzelnen Wellen im Zahnräderwechselgetriebe und physikalischen Kenngrößen, wie zum Beispiel dem Massenträgheitsmoment, von einzelnen Teilen oder Baugruppen des Zahnräderwechselgetriebes erfolgen. Die Kupplung kann beispielsweise über eine Rampe oder über einen vorgegebenen Verlauf oder schlagartig ausgerückt werden.

Gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung wird die Drehzahl der Antriebsmaschine in Richtung der Synchrondrehzahl des Zielgangs eingestellt. Die Einstellung kann mittels einer Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl und/oder des bereitgestellten Drehmoments der Antriebsmaschine erfolgen. Nach dem Auslegen des Ursprungsgangs wird die Kupplung zumindest teilweise wieder eingerückt, um die Drehzahl der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes an die Drehzahl der Antriebsmaschine anzugleichen und damit zu erhöhen.

Dies führt zu besonders kurzen Schaltzeiten für eine Rückschaltung, da die Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes die Synchrondrehzahl des Zielgangs besonders schnell erreicht und damit der Zielgang besonders schnell eingelegt werden kann. Damit ist eine Unterbrechung der Zugkraft an den Antriebsrädern während der Schaltung besonders kurz.

Zusätzlich wird durch den Verzicht auf Lastschaltkupplungen eine erhebliche Kostenreduzierung des Zahnräderwechselgetriebes erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen automatisierten Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs nach dem nebengeordneten Anspruch 13 ist eine automatisierte Kupplung zwischen der Antriebsmaschine und dem Zahnräderwechselgetriebe angeordnet. Das Zahnräderwechselgetriebe verfügt über eine Steuerungseinrichtung, welche zumindest eine Kupplungssteuerungseinrichtung umfaßt, die bei einer Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang zur Drehzahlerhöhung der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes die Kupplung bis höchstens an die Schlupfgrenze einrückt.

Unteranspruch 2 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1, bei welcher die Kupplung zum Auslegen des Ursprungsgangs ausgerückt wird, damit kann von der Kupplung kein Drehmoment mehr übertragen werden. Zum Auslegen des Ursprungsgangs und damit zum Lösen eines Schaltelements des Ursprungsgangs von einem Zahnrad des Ursprungsgangs darf nur ein sehr geringes Drehmoment vom Schaltelement auf das Zahnrad oder umgekehrt übertragen werden. Wird dies durch das Ausrücken der Kupplung erreicht, so kann der Ursprungsgang ausgelegt werden, ohne daß Drehmomentstöße in das Kraftfahrzeug eingeleitet werden können. Dies ermöglicht einen komfortablen Betrieb des Kraftfahrzeugs.

Unteranspruch 3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1, bei welcher die Kupplung zum Auslegen des Ursprungsgangs teilweise ausgerückt wird. Die Kupplung wird nur so weit ausgerückt wird, bis ein Schaltelement des Ursprungsgangs auslegbar ist.

Unteranspruch 4 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1, bei welcher gleichzeitig mit dem Ausrücken der Kupplung eine Drehzahl der Antriebsmaschine in Richtung der Synchrondrehzahl des Zielgangs eingestellt wird. Dies ermöglicht besonders kurze Schaltzeiten, da die Antriebsmaschine und damit auch, nach dem teilweisen Einrücken der Kupplung, die Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes die Synchrondrehzahl in möglichst kurzer Zeit erreicht. Damit kann der Zielgang nach besonders kurzer Zeit eingelegt werden.

Unteranspruch 6 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1 oder dem nebengeordneten Anspruch 5, bei welcher das Zahnräderwechselgetriebe als ein unsynchronisiertes (Klauen-) Schaltgetriebe ausgeführt ist. Zahnräderwechselgetriebe dieser Art verfügen nicht über Synchronisiereinrichtungen, wie beispielsweise Synchronringe. Aus diesem Grund muß vor einer Betätigung eines Schaltelements eines einzulegenden Gangs durch ein Stellglied ungefähr Drehzahlgleichheit zwischen dem Schaltelement und dem Zahnrad des einzulegenden Gangs herrschen. Bei Rückschaltungen kann dies mittels der Antriebsmaschine erreicht werden. Bei Hochschaltungen kann eine Getriebebremse eingesetzt werden oder es muß gewartet werden, bis sich die Drehzahlgleichheit auf Grund von Reibung im Zahnräderwechselgetriebe einstellt.

Solche Getriebe sind einfach und mit, verglichen mit synchronisierten Schaltgetrieben, geringen Anzahl von Bauteilen herzustellen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung eines solchen Getriebes.

Unteranspruch 7 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1 oder dem nebengeordneten Anspruch 5, bei welcher eine Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes in einen Bereich um die Synchrondrehzahl des Zielgangs in zwei Phasen erfolgt. In einer ersten Phase zu Beginn der Einstellung steigt beispielsweise die Drehzahl sehr schnell an, das bedeutet daß die zeitliche Ableitung der Drehzahl groß ist. Sobald die Differenz der Synchrondrehzahl und der Drehzahl der Eingangswelle einen Schwellwert unterschritten hat, beginnt eine zweite Phase der Einstellung.

In der zweiten Phase steigt die Drehzahl der Eingangswelle nicht mehr so stark an, das heißt die zeitliche Ableitung ist kleiner als in Phase eins. Damit kann die Drehzahl der Eingangswelle sehr genau auf die Synchrondrehzahl eingestellt werden. Der Zielgang läßt sich dadurch, ohne daß Drehmomentspitzen in das Fahrzeug eingeleitet werden, einlegen. Dies führt zu einem besonders komfortablen Einlegen des Zielgangs.

Unteranspruch 8 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1 oder dem nebengeordneten Anspruch 5, bei welcher die Kupplung nach der Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes in einen Bereich um die Synchrondrehzahl des Zielgangs über die Schlupfgrenze hinaus eingerückt wird. Nach dem Abschluß des Gangwechsels muß die Kupplung wieder vollständig eingerückt sein, um das Drehmoment der Antriebsmaschine übertragen zu können. Erfolgt das Einrücken über die Schlupfgrenze hinaus schon nach der Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes in einen Bereich um die Synchrondrehzahl des Zielgangs und damit kurz vor dem Einlegen des Zielgangs, so kann das Drehmoment sofort nach Einlegen des Zielgangs übertragen werden. Dies führt zu einer besonders kurzen Unterbrechung der Zugkraft an den Antriebsrädern.

Unteranspruch 10 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1 oder dem nebengeordneten Anspruch 5, bei welcher zwischen dem Ursprungsgang und dem Zielgang mindestens ein weiterer (Zwischen-)Gang liegt, wobei der Zwischengang bei einem Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang eingelegt wird. Wird die Kupplung zur Drehzahlerhöhung einer Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes höchstens bis an die Schlupfgrenze eingerückt, so werden Drehmomentspitzen, die beim Einlegen des Zwischengangs auftreten können, nicht an der Antriebsmaschine abgestützt. Stattdessen rutscht die Kupplung durch und die Drehmomentspitzen sind für Fahrzeuginsassen nicht spürbar. Dies ermöglicht einen besonders komfortablen Betrieb des Zahnräderwechselgetriebes.

Unteranspruch 12 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 1 oder dem nebengeordneten Anspruch 5, bei welcher die Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes in einen Bereich um die Synchrondrehzahl des Zwischengangs nur in einer Phase erfolgt. Die Drehzahl der Eingangswelle wird sehr schnell erhöht und der Bereich um die Synchrondrehzahl wird deshalb schon nach kurzer Zeit erreicht. Dies ermöglicht vorteilhafterweise besonders kurze Schaltzeiten.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus weiteren Merkmalen der Unteransprüche, der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines in der Neutralstellung befindlichen Zahnräderwechselgetriebes mit 6 Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang.

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Steuerprogramms für eine Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang.

Fig. 3 ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehzahlen und Drehmomenten bei einer Rückschaltung nach Fig. 2.

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Steuerprogramms für eine Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang mit Einlegen von Zwischengängen.

Fig. 5 ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehzahlen und Drehmomenten bei einer Rückschaltung nach Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 verfügt ein Zahnräderwechselgetriebe 10 über eine Eingangswelle 11, welche über eine Kupplung 12 mit einer koaxial angeordneten Ausgangswelle 13 einer nicht dargestellten Antriebsmaschine koppelbar ist. Die Kupplung 12 kann mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung, welche von einer Steuerungseinrichtung 34 angesteuert wird, ein- und ausgerückt werden. Ein Zahnrad 14 ist mit der Antriebswelle 11 verdrehfest verbunden und kämmt mit einem Zahnrad 15, welches mit einer, parallel zur Eingangswelle 11 angeordneten, Vorgelegewelle 16 verdrehfest verbunden ist. Auf der Vorgelegewelle 16 sind verdrehfest Festräder 17, 18, 19, 20 und 21 für den 6., 3., 4., 2. und 1. Gang angeordnet. Die Festräder 17, 18, 19, 20 und 21 kämmen jeweils mit zugehörigen Losrädern 22, 23, 24, 25 und 26, welche drehbar auf einer koaxial zur Eingangswelle 11 angeordneten Getriebeausgangswelle 27 angeordnet sind. Das Losrad 22 kann mit einer Schiebemuffe 28, die Losräder 23 und 24 mit einer Schiebemuffe 29, das Losrad 25 mit einer Schiebemuffe 30 und das Losrad 26 mit einer Schiebemuffe 31 verdrehfest mit der Getriebeausgangswelle 27 verbunden werden. Die Schiebemuffen 28, 29, 30, 31 können dazu mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung, welche von der Steuerungseinrichtung 34 angesteuert wird, auf der Getriebeausgangswelle 27 in gewissen Grenzen axial bewegt werden. Die Betätigungseinrichtung kann beispielsweise als eine Schaltwalze ausgebildet sein.
Wenn beispielsweise der 4. Gang eingelegt ist, ist das Losrad 24 mittels der Schiebemuffe 29 verdrehfest mit der Getriebeausgangswelle 27 verbunden. Die Drehzahl und das Drehmoment der Antriebsmaschine wird dann über die Ausgangswelle 13, die Kupplung 12, die Eingangswelle 11, die Zahnräder 14 und 15, die Vorgelegewelle 16, das Festrad 19, das Losrad 24 und die Schiebemuffe 29 auf die Getriebeausgangswelle 27 übertragen. Von der Getriebeausgangswelle 27 wird die Drehzahl und das Drehmoment mittels einer nicht dargestellten Antriebswelle an ein nicht dargestelltes Achsgetriebe übertragen, welches in an sich bekannter Weise das Drehmoment in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen über zwei nicht dargestellte Abtriebswellen an nicht dargestellte Antriebsräder überträgt.
Im 5. Gang ist das Zahnrad 14 und damit die Eingangswelle 11 mittels der Schiebemuffe 28 direkt mit der Getriebeausgangswelle 27 verbunden. Der Rückwärtsgang wird dargestellt, indem ein auf der Vorgelegewelle 16 verdrehfest angeordnetes Festrad 32 mittels eines nicht dargestellten Schieberads mit einem drehbar auf der Getriebeausgangswelle 27 angeordnetem Losrad 33 in Wirkverbindung gebracht wird. Zusätzlich wird das Losrad 33 mittels der Schiebemuffe 31 verdrehfest mit der Getriebeausgangswelle 27 verbunden.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Steuerprogramms für eine Rückschaltung um einen Gang von einem Ursprungsgang in einen Zielgang dargestellt. Das Steuerprogramm wird von der Steuerungseinrichtung 34 aus Fig. 1 ausgeführt, welche die Betätigungseinrichtungen für die Kupplung 12 und die Schiebemuffen 28, 29, 30, 31 ansteuert.
In Block 40 wird das Steuerprogramm durch eine Schaltanforderung zur Schaltung in einen Zielgang gestartet. Die Schaltanforderung wird entweder durch einen Fahrzeugführer mittels einer geeigneten Bedieneinrichtung oder durch die Steuerungseinrichtung 34 auf Grund von Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Drehzahl der Antriebsmaschine, erzeugt.
In Block 41 wird ein Ausrücken über eine Rampe der Kupplung 12 gestartet. Damit wird die Eingangswelle 11 von der Ausgangswelle 13 schrittweise getrennt und das übertragbare bzw. übertragene Drehmoment sinkt ab. Damit sinkt auch das übertragene Drehmoment zwischen dem Losrad und der Schiebemuffe des Ursprungsgangs. Außerdem bestimmt die Steuerungseinrichtung 34 aus einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle 27 und einer Übersetzung des Zielgangs die Synchrondrehzahl des Zielgangs, auf welche die Eingangswelle 11 beschleunigt werden muß. Direkt anschließend wird eine Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine veranlaßt, die Drehzahl der Antriebsmaschine in einer ersten Phase möglichst schnell auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs einzuregeln. Das bereitgestellte Drehmoment der Antriebsmaschine wird also nicht abgesenkt.
In Block 42 wird zuerst das übertragene Drehmoment zwischen dem Losrad und der Schiebemuffe des Ursprungsgangs auf Grund geeigneter Größen, wie dem bereitgestellten Drehmoment der Antriebsmaschine, dem übertragbaren Drehmoment der Kupplung 12, den Drehzahlen und deren zeitlichen Ableitung der Ausgangswelle 13, der Eingangswelle 11 und der Getriebeausgangswelle 27 und dem Trägheitsmoment einzelner Teile oder Baugruppen, bestimmt. Anschließend wird geprüft, ob das übertragene Drehmoment betragsmäßig kleiner als ein Grenzwert ist. Fällt die Prüfung negativ aus, so wird Block 42 solange wiederholt, bis die Prüfung positiv ausfällt und das Steuerprogramm mit Block 43 fortgesetzt wird.
In Block 43 wird die Betätigungseinrichtung, welche die Schiebemuffen 28, 29, 30, 31 betätigt, so angesteuert, daß die Schiebemuffe des Ursprungsgangs vom Losrad des Ursprungsgangs gelöst wird. Dazu wird die Schiebemuffe in axialer Richtung der Getriebeausgangswelle 27 vom Losrad geschoben, womit das Losrad wieder auf der Getriebeausgangswelle 27 drehbar ist. Der Ursprungsgang ist damit ausgelegt.
In Block 44 wird die Betätigungseinrichtung der Kupplung 12 so angesteuert, daß die Kupplung 12 bis an eine Schlupfgrenze eingerückt wird. Der Grad des Einrückens wird von der Steuerungseinrichtung 34 auf Grund geeigneter Größen, wie dem bereitgestellten Drehmoment der Antriebsmaschine, den Drehzahlen und deren zeitlichen Ableitung der Ausgangswelle 13, der Eingangswelle 11 und der Getriebeausgangswelle 27 und dem Trägheitsmoment einzelner Teile oder Baugruppen, bestimmt. Somit wird ein Drehmoment von der Ausgangswelle 13 auf die Eingangswelle 11 übertragen und die Drehzahl der Eingangswelle 11 wird erhöht.
In Block 45 wird geprüft, ob die Differenz der Synchrondrehzahl des Zielgangs und der Drehzahl der Eingangswelle 11 kleiner ist als ein erster Schwellwert. Fällt die Prüfung negativ aus, so wird Block 45 solange wiederholt, bis die Prüfung positiv ausfällt und das Steuerprogramm in Block 46 fortgeführt wird.
In Block 46 wird die Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine veranlaßt, die erste Phase mit der schnellen Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine, welche während der Blöcke 42, 43, 44 und 45 aktiv war, abzubrechen und eine zweite Phase der Regelung zu starten. In dieser zweiten Phase wird die Drehzahl der Antriebsmaschine etwas langsamer, aber dafür genauer auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs eingeregelt. Dazu können Kenngrößen der Regelung geändert werden.
In Block 47 wird geprüft, ob die Differenz der Synchrondrehzahl des Zielgangs und der Drehzahl der Eingangswelle 11 kleiner ist als ein zweiter Schwellwert. Fällt die Prüfung negativ aus, so wird Block 47 solange wiederholt, bis die Prüfung positiv ausfällt und das Steuerprogramm in Block 48 fortgeführt wird.
In Block 48 wird die Betätigungseinrichtung, welche die Schiebemuffen 28, 29, 30, 31 betätigt, so angesteuert, daß die Schiebemuffe des Zielgangs auf das Losrad des Zielgangs geschoben wird, womit das Losrad auf der Getriebeausgangswelle 27 verdrehfest verbunden ist. Der Zielgang ist damit eingelegt.
In Block 49 wird die Betätigungseinrichtung der Kupplung 12 so angesteuert, daß die Kupplung 12 eingerückt wird. Außerdem wird die Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine veranlaßt, die Regelung der Motordrehzahl abzubrechen und wieder Vorgaben des Fahrzeugführers umzusetzen.
In Block 50 ist das Steuerprogramm beendet.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehzahlen und Drehmomenten bei einer Rückschaltung nach Fig. 2 vom 4. in den 3. Gang. In dem Diagramm sind vier Achsenkreuze 61a, 61b, 61c und 61d dargestellt. Auf den Abszissen 62a, 62b, 62c und 62d ist jeweils die Zeit aufgetragen. Auf der Ordinate 63a sind Drehmomente, auf der Ordinate 63b Drehzahlen, auf der Ordinate 63c ein Öffnungsgrad der Kupplung 12 und auf der Ordinate 63d der eingelegte Gang aufgetragen.
Im Achsenkreuz 61a ist als durchgezogene Linie 64 das bereitgestellte Drehmoment der Antriebsmaschine, als gepunktete Linie 65 das übertragene Drehmoment zwischen der Schiebemuffe 29 und dem Losrad 24 des 4. Gangs und als gestrichelte Linie 66 das übertragene Drehmoment zwischen der Schiebemuffe 29 und dem Losrad 23 des 3. Gangs dargestellt.
Im Achsenkreuz 61b ist als durchgezogene Linie 67 die Drehzahl der Antriebsmaschine, als gepunktete Linie 68 die Drehzahl der Eingangswelle 11 und als gestrichelte Linie 69 die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 27 dargestellt.
Im Achsenkreuz 61c ist als durchgezogene Linie 70 der Öffnungsgrad der Kupplung 12 dargestellt. Der Öffnungsgrad liegt zwischen den beiden Endwerten "zu" im eingerückten und "offen" im ausgerückten Zustand.
Im Achsenkreuz 61d ist als durchgezogene Linie 71 der eingelegte Gang dargestellt. Die Stellungen zwischen zwei Gängen bedeuten, daß kein Gang eingelegt ist und damit kein Losrad verdrehfest mit der Getriebeausgangswelle 27 verbunden ist. Das Zahnräderwechselgetriebe 10 befindet sich damit in Neutralstellung.
Alle Verläufe sind nur qualitativ und stark vereinfacht dargestellt.
Im Abschnitt a1 ist der Zustand vor der Schaltung dargestellt. Die Antriebsmaschine stellt ein maximal mögliches, konstantes Drehmoment zur Verfügung, die Drehzahlen der Antriebsmaschine und der Eingangswelle 11 sind konstant und gleich groß, die Kupplung 12 ist vollständig eingerückt und der 4. Gang ist eingelegt. Mit der Anforderung einer Rückschaltung in den 3. Gang beginnt der Abschnitt b1. Im Abschnitt b1 wird die Kupplung 12 über eine Rampe ausgerückt (Linie 70). Infolgedessen sinkt das übertragene Drehmoment zwischen der Schiebemuffe 29 und dem Losrad 24 (Linie 65). Zu Beginn des Abschnitts c1 ist dieses Drehmoment kleiner als der Grenzwert 72 (beispielsweise 20-60 Nm) und der 3. Gang wird ausgelegt (Linie 71); das Zahnräderwechselgetriebe 10 befindet sich in Neutralstellung. Im Abschnitt c1 wird quasi kein Drehmoment von der Ausgangswelle 13 auf die Eingangswelle 11 übertragen. Aus diesem Grund erhöht sich schon die Drehzahl der Antriebsmaschine, wohingegen die Drehzahl der Eingangswelle 11 gleich bleibt. Nach dem Auslegen des 3. Gangs wird die Kupplung 12 bis an die Schlupfgrenze eingerückt. Zu Beginn des Abschnitts d1 ist dies abgeschlossen und die Eingangswelle 11 wird auf die gleiche Drehzahl wie die Ausgangswelle 13 beschleunigt. Anschließend werden beide Drehzahlen sehr schnell erhöht. Der Gradient der Drehzahlen ist dabei lediglich durch das maximal zur Verfügung stehende Drehmoment der Antriebsmaschine begrenzt.
Zu Beginn des Abschnitts e1 ist die Differenz zwischen einer Synchrondrehzahl 73 des 3. Gangs und der Drehzahl der Eingangswelle 11 kleiner als ein erster Schwellwert (beispielsweise 30-300 U/min). Im Abschnitt e1 wird das bereitgestellte Drehmoment der Antriebsmaschine reduziert, um die Drehzahl der Eingangswelle 11 langsamer auf die Synchrondrehzahl 73 einzuregeln. Zu Beginn des Abschnitts f1 ist die Differenz zwischen Synchrondrehzahl 73 und der Drehzahl der Eingangswelle 11 kleiner als ein zweiter Schwellwert (beispielsweise 2-30 U/min) und der 3. Gang wird eingelegt. In diesem Abschnitt wird das bereitgestellte Drehmoment der Antriebsmaschine wieder erhöht. Infolge des Einlegens des 3. Gangs und der Erhöhung des Drehmoments steigt das übertragene Drehmoment zwischen der Schiebemuffe 29 und dem Losrad 23 des 3. Gangs zuerst sprungartig und dann kontinuierlich an (Linie 66). Direkt nach dem Einlegen des 3. Gangs wird begonnen, die Kupplung 12 wieder einzurücken. Am Ende des Abschnitts g1 ist die Kupplung 12 wieder vollständig eingerückt. Im Abschnitt h1 ist der Zustand nach der Schaltung dargestellt. Die Drehzahl der Abtriebswelle (Linie 69) bleibt während des kompletten Schaltungsablaufs (Dauer beispielsweise 0,5-0,8 Sekunden) quasi konstant.
In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Steuerprogramms für eine Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang mit Einlegen von Zwischengängen dargestellt.
Der Ablauf des Steuerprogramms ist sehr ähnlich zu dem Ablauf des Steuerprogramms aus Fig. 2. Identische oder stark ähnliche Blöcke sind mit Bezugsziffern versehen, die um 100 größer sind als die Bezugsziffern in Fig. 2.
Nach dem Start in Block 140 durch eine Schaltaufforderung für eine Rückschaltung von mehr als einem Gang unterscheidet sich der Ablauf bis nach Abarbeitung des Blocks 145 nicht vom Ablauf in Fig. 2.
Nach dem Block 145 schließt sich in Fig. 4 ein Block 152 an, in welchem geprüft wird, ob der nächste Gang, der eingelegt wird, dem Zielgang entspricht. Fällt diese Prüfung negativ aus, so wird die Bearbeitung in Block 147 fortgesetzt. Fällt diese Prüfung positiv aus, so wird die Bearbeitung in Block 146 fortgesetzt. In Block 146 wird entsprechend zum Block 46 aus Fig. 2 die zweite Phase der Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine gestartet. Abweichend vom Block 46 wird zusätzlich noch die Betätigungseinrichtung der Kupplung 12 so angesteuert, daß die Kupplung 12 eingerückt wird. Anschließend wird die Abarbeitung ebenfalls in Block 147 fortgesetzt.
Die Blöcke 147 und 148 werden entsprechend den Blöcken 47 und 48 aus Fig. 2 abgearbeitet. Im nachfolgenden Block 153 wird geprüft, ob der im Block 148 eingelegte Gang dem Zielgang entspricht. Fällt diese Prüfung positiv aus, so wird die Bearbeitung in Block 149 fortgesetzt. Fällt die Prüfung negativ aus, so wird zum Block 142 zurückgesprungen, in dem geprüft wird, ob der (Zwischen-)Gang ausgelegt werden kann. Falls der Gang nicht ausgelegt werden kann, wird zuerst in Block 151 die Kupplung 12 weiter ausgerückt und anschließend die Prüfung in Block 142 wiederholt. Diese Schleife wird solange wiederholt, bis die Prüfung positiv ausfällt und die Abarbeitung mit Block 143 fortgesetzt wird.
Die Schleife zwischen Block 142 und Block 153 wird so lange wiederholt, bis der Zielgang eingelegt ist und damit die Prüfung in Block 153 positiv ausfällt.
Dann wird in Block 149 die Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine veranlaßt, die Regelung der Motordrehzahl abzubrechen und wieder Vorgaben des Fahrzeugführers umzusetzen. In Block 150 ist das Steuerprogramm beendet.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehzahlen und Drehmomenten bei einer Rückschaltung nach Fig. 4 vom 5. in den 2. Gang. Die Darstellung ist sehr ähnlich zu der Darstellung in Fig. 3. In dem Diagramm sind vier Achsenkreuze 161a, 161b, 161c und 161d dargestellt, welche die gleichen Abszissen 162a, 162b, 162c, 162d und Ordinaten 163a, 163b, 163c, 163d haben wie die entsprechenden Achsenkreuze 61a, 61b, 61c und 61d aus Fig. 3. Die dargestellten Größen in den Achsenkreuzen 161a, 161b, 161c und 161d entsprechen ebenfalls den Größen in den Achsenkreuzen 61a, 61b, 61c und 61d aus Fig.3. Alle Verläufe sind nur qualitativ und stark vereinfacht dargestellt.
In Abschnitt a2 ist der Zustand vor der Schaltung dargestellt. Die Antriebsmaschine stellt ein maximal mögliches, konstantes Drehmoment zur Verfügung und der 5. Gang ist eingelegt. Die Darstellungen in den Abschnitten b2 und c2 entsprechen den Darstellungen in den Abschnitten b1 und c1 aus Fig. 3, mit dem Unterschied, daß in Fig. 5 der 5. Gang ausgelegt wird (Linie 171). Im Abschnitt d2 sind die Verläufe des bereitgestellten Drehmoments (Linie 164) und der Drehzahl (Linie 167) der Antriebsmaschine, sowie die Drehzahl der Eingangswelle 11 (Linie 168) und der Öffnungsgrad der Kupplung 12 (Linie 171) prinzipiell gleich wie die Verläufe der entsprechenden Größen in Fig. 3. Der Verlauf des eingelegten Gangs (Linie 171) unterscheidet sich hingegen dadurch, daß sequentiell alle (Zwischen-)Gänge (4. und 3. Gang) eingelegt und möglichst schnell wieder ausgelegt werden.
Zu Beginn des Abschnitts e2 ist die Differenz zwischen einer Synchrondrehzahl 173 des 2. Gangs und der Drehzahl der Eingangswelle 11 kleiner als ein erster Schwellwert. Im Abschnitt e2 und f2 wird das bereitgestellte Drehmoment der Antriebsmaschine reduziert, um die Drehzahl der Eingangswelle 11 langsamer auf die Synchrondrehzahl 173 einzuregeln. Zusätzlich wird im Abschnitt e2 die Kupplung 12 wieder eingerückt. Zu Beginn des Abschnitts g2 ist die Differenz zwischen Synchrondrehzahl 73 und der Drehzahl der Eingangswelle 11 kleiner als ein zweiter Schwellwert und der 2. Gang (Zielgang) wird eingelegt. In diesem Abschnitt wird das bereitgestellte Drehmoment der Antriebsmaschine wieder erhöht. Im Abschnitt h2 ist der Zustand nach der Schaltung dargestellt. Die Drehzahl der Abtriebswelle (Linie 169) bleibt während des kompletten Schaltungsablaufs quasi konstant.
Die erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich bei synchronisierten und unsynchronisierten Zahnräderwechselgetrieben anwenden.
Die Losräder der einzelnen Gänge des Zahnräderwechselgetriebes können auch zumindest teilweise auf der Vorgelegewelle angeordnet sein.
Falls die Antriebsmaschine vor bzw. zu Beginn einer Rückschaltung noch nicht das maximal mögliche Drehmoment zur Verfügung stellt, kann das Drehmoment zur Beschleunigung der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes beibehalten werden oder auf einen anderen, vorzugsweise höheren, Wert eingestellt werden. Die Einstellung eines anderen Wertes kann sprungartig, entlang einer Rampe oder entlang einem anderen vorgegebenem Verlauf erfolgen.
Beim Auslegen des Ursprungsgangs kann gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung und gleichzeitig mit der Erhöhung der Drehzahl der Antriebsmaschine die Betätigungseinrichtung, welche die Schiebemuffen betätigt, angesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt so, daß eine Kraft auf die Schiebmuffe wirkt, so daß der Ursprungsgang ausgelegt wird, sobald dies durch die einwirkende Kraft möglich ist. Eine Berechnung des übertragenen Drehmoments zwischen dem Losrad und der Schiebemuffe ist somit nicht notwendig.
Die Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes mittels der Antriebsmaschine kann auch so erfolgen, daß eine Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes einen Sollwert für das bereitgestellte Drehmoment der Antriebsmaschine an die Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine sendet, welcher dann eingestellt wird. Das bedeutet, daß die Regelung und/oder Steuerung der Drehzahl von der Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes durchgeführt wird.
Die Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs kann auch in nur einer Phase erfolgen. Die Drehzahl kann dann während der gesamten Einstellung sehr schnell erhöht werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Kennwerte der Einstellung, beispielsweise die Parameter eines Reglers, so zu wählen, daß die Drehzahl zu Beginn sehr schnell ansteigt und die Steigung immer weiter abnimmt, je kleiner die Differenz zwischen Synchrondrehzahl und Drehzahl der Eingangswelle ist.
Die erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicht nur bei sequentiell schaltbaren Zahnräderwechselgetrieben, sondern auch bei wahlfreien Zahnräderwechselgetrieben anwenden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich.

Claims

1. Verfahren zum Gangwechsel bei einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe (10) eines Kraftfahrzeugs mit einer, zwischen einer Antriebsmaschine und dem Zahnräderwechselgetriebe (10) angeordneten, automatisierten Kupplung (12), bei welchem bei einer Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang zur Drehzahlerhöhung einer Eingangswelle (11) des Zahnräderwechselgetriebes (10) die Kupplung (12) bis höchstens an eine Schlupfgrenze eingerückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zum Auslegen des Ursprungsgangs die Kupplung (12) ausgerückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) teilweise ausgerückt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Ausrücken der Kupplung (12) zum Auslegen des Ursprungsgangs eine Drehzahl der Antriebsmaschine in Richtung einer Synchrondrehzahl des Zielgangs eingestellt wird.

5. Verfahren zum Gangwechsel bei einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe (10) eines Kraftfahrzeugs mit ausschließlich einer, zwischen einer Antriebsmaschine und dem Zahnräderwechselgetriebe angeordneten, automatisierten Kupplung (12), bei welchem zum Auslegen des Ursprungsgangs die Kupplung (12) zumindest teilweise ausgerückt wird und gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung (12) eine Drehzahl der Antriebsmaschine in Richtung einer Synchrondrehzahl des Zielgangs eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnräderwechselgetriebe (10) als ein unsynchronisiertes (Klauen-)Schaltgetriebe ausgeführt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle (11) des Zahnräderwechselgetriebes (10) in einen Bereich um die Synchrondrehzahl des Zielgangs in zwei Phasen erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) nach der Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle (11) des Zahnräderwechselgetriebes (10) in einen Bereich um die Synchrondrehzahl des Zielgangs über die Schlupfgrenze hinaus eingerückt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ursprungsgang und dem Zielgang mindestens ein weiterer (Zwischen-)Gang liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischengang eingelegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß zum Auslegen des Zwischengangs die Kupplung (12) in Ausrückrichtung betätigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Drehzahl der Eingangswelle (11) des Zahnräderwechselgetriebes (12) in einen Bereich um die Synchrondrehzahl des Zwischengangs nur in einer Phase erfolgt.

13. Automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer, zwischen einer Antriebsmaschine und dem Zahnräderwechselgetriebe (10) angeordneten, automatisierten Kupplung (12) und einer Steuerungseinrichtung (34), welche über eine Kupplungssteuerungseinrichtung verfügt, welche bei einer Rückschaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang zur Drehzahlerhöhung einer Eingangswelle (11) des Zahnräderwechselgetriebes (10) die Kupplung (12) bis höchstens an eine Schlupfgrenze einrückt.