DE10139558A1

DE10139558A1 - Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE10139558A1
Application number: DE10139558A
Authority: DE
Inventors: Bernd Doebele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-20
Also published as: JP2003148190A; US6729999B2; US20040029680A1

Abstract

Bei einer Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem mittels E-Gas angesteuerten Antriebsmotor (2) und einem manuellen Stufenwechselgetriebe (10), welches durch eine vom Fahrer manuell betätigbare Trennkupplung (6) wahlweise mit der Ausgangswelle (4) des Antriebsmotors (2) trieblich verbindbar ist, wird, solange die Kupplung geöffnet ist, die Drehzahl der Ausgangswelle (4) des Antriebsmotors (2) einer Soll-Drehzahl nachgeführt, welche abhängig von der Drehzahl der Eingangswelle (8) des Stufenwechselgetriebes (10) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Antriebsanordnungen sind in großer Zahl auch bei schweren Nutzfahrzeugen im Einsatz. Zum Gangstufenwechsel wird vom Fahrer üblicherweise die Trenn- bzw. Anfahrkupplung manuell geöffnet, indem das Kupplungspedal betätigt wird. Nachdem die neue Gangstufe durch Betätigung des Schalthebels eingelegt ist, wird die Kupplung wieder geschlossen. Beim Schließen der Kupplung tritt üblicherweise für kurze Zeit Schlupf an der Kupplung auf.

Ob ein Gangstufenwechsel als komfortabel empfunden wird und wie groß der Kupplungsverschleiß ist, hängt wesentlich davon ab, welche Motorlast bzw. -drehzahl der Fahrer während des Schließens der Kupplung am Fahrpedal einsteuert. Ungeübte Fahrer verursachen häufig ungewollte Schaltstöße und/oder einen hohen Kupplungsverschleiß beim Wiedereinkuppeln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Kraftfahrzeug mit einem manuellen Stufenwechselgetriebe den Fahrer dahingehend zu unterstützen, dass komfortable Gangstufenwechsel mit geringem Kupplungsverschleiß zuverlässig gelingen.

Diese Aufgabe wird durch eine, auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs aufweisende Antriebsanordnung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Im Unterschied zu einer Antriebsanordnung mit einem herkömmlichen, manuellen Schaltgetriebe weist die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ein Kupplungszustand- Erkennungsmittel, ein Drehzahl-Bestimmungsmittel zur Bestimmung einer Drehzahl der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes und eine Steuerungseinrichtung auf, welche Signale vom Kupplungszustand-Erkennungsmittel und vom Drehzahl-Bestimmungsmittel empfängt. Die Steuerungseinrichtung wertet ein Signal von einem vom Fahrer bedienbaren Lastgeber (Fahrpedal) aus. Während des normalen Fahrbetriebs außerhalb von Schaltungen ist dieses Signal zur Einsteuerung der Motorlast maßgeblich. Diese auch als "E-Gas" bezeichnete Anordnung wird in sehr vielen modernen Antriebsanordnungen verwendet.

Das Kupplungszustand-Erkennungsmittel kann beispielsweise aus einem Schalter bestehen, der am Kupplungspedal oder an der Kupplung selbst angeordnet ist und abhängig vom Betätigungsweg der Kupplung schaltet. Als Drehzahl-Bestimmungsmittel dient ein Drehzahl-Sensor an der Getriebeeingangswelle. Die Steuerungseinrichtung ist eine elektronische Motor- und/oder Getriebesteuerung.

Sobald die Trenn- bzw. Anfahrkupplung zum Zweck des Gangstufenwechsels geöffnet ist, reagiert der Antriebsmotor nicht mehr auf die Lastvorgaben des Fahrers am Fahrpedal. Vielmehr führt in diesem Zustand die Steuerungseinrichtung die Drehzahl der Ausgangswelle des Antriebsmotors einer Soll-Drehzahl nach, welche abhängig von der Drehzahl der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes ist. Sobald die Trennkupplung wieder geschlossen ist, wird der Antriebsmotor wieder über das Fahrpedal vom Fahrer gesteuert.

Für geringsten Kupplungsverschleiß wird die Soll- Drehzahl für die Drehzahl der Ausgangswelle des Antriebsmotors gleich der Drehzahl der Eingangswelle gesetzt, so dass beim Einkuppeln praktisch kein Schlupf an der Kupplung herrscht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Erkennungsmittel für eine Lastrichtung vor dem Gangstufenwechsel vorgesehen, welches zwischen den Lastrichtungen "Zug" und "Schub" unterscheidet. Dieses kann beispielsweise aus einer elektronischen Motor- und/oder Getriebesteuerung bestehen, in der eine Zug-/Schubkennlinie in einem Speicherbereich in Form von Motorlastwerten über Motordrehzahlwerte abgelegt ist.

Wird auf die Lastrichtung "Zug" geschlossen, ist die Soll-Drehzahl für die Drehzahl der Ausgangswelle des Antriebsmotors um einen Offset-Betrag höher als die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes. Wird auf die Lastrichtung "Schub" geschlossen, ist die Soll-Drehzahl für die Drehzahl der Ausgangswelle des Antriebsmotors um einen Offset-Betrag geringer als die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes. Hierdurch wird erreicht, dass bereits während der Schlupfphase beim Wiedereinkuppeln vom Antriebsmotor ein Drehmoment übertragen wird, wobei die Lastrichtung der Lastrichtung vor dem Gangstufenwechsel entspricht. Die Phase der Zugkraftunterbrechung wird hierdurch verkürzt, und es wird außerdem sichergestellt, dass während des Gangstufenwechsels keine Lastrichtungsänderung eintritt, welche als unkomfortabel empfunden würde. Der Wert des Offset-Betrags wird so gewählt, dass kein schädlicher Kupplungsverschleiß auftritt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Offset-Betrag abhängig von einem Zugkraftniveau des Fahrzeugs vor dem Gangstufenwechsel ermittelt, wobei einem höheren Zugkraftniveau ein größerer Offset-Betrag zugeordnet wird. Bei Schaltungen im Bereich der Zug-/Schubkennlinie werden dann also nur sehr niedrige Werte für die Offset-Beträge gewählt, so dass sich beim Einkuppeln keine ungewollte Beschleunigungsänderung ergibt.

Die Dauer, von dem Zeitpunkt an, an dem die neue Gangstufe im Getriebe bei geöffneter Trennkupplung eingelegt wurde, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Trennkupplung geschlossen wird, ist oftmals sehr kurz. Andererseits wird insbesondere bei größeren Antriebsmotoren eine gewisse Zeitdauer benötigt, bis eine Soll-Drehzahlvorgabe erreicht ist. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher ein Zielgang-Vorhersagemittel vorhanden, welches anhand eines vor dem Gangstufenwechsel herrschenden Fahrzustands eine vermutlich nach dem Gangstufenwechsel eingelegte Zielgangstufe vorhersagt. Ein Getriebeeingangsdrehzahl-Berechnungsmittel berechnet anhand der vorhergesagten Zielgangstufe die dann vermutlich anliegende Drehzahl der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes. Für diese Berechnung werden außerdem noch ein Wert der Fahrgeschwindigkeit oder die Drehzahl der Abtriebswelle des Getriebes sowie die in einem Speicherbereich der elektronischen Getriebesteuerung abgelegten Übersetzungswerte der einzelnen Gangstufe herangezogen.

Solange die neue Gangstufe noch nicht eingelegt ist, wird die Soll-Drehzahl für die Ausgangswelle des Antriebsmotors abhängig von dieser berechneten Drehzahl der Eingangswelle ermittelt. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Antriebsmotors schon zu einem früheren Zeitpunkt - nämlich in der Regel, sobald die Kupplung geöffnet ist - beeinflußt, so dass, nachdem die Gangstufe dann tatsächlich eingelegt ist, die Drehzahl des Antriebsmotors bereits weitgehend der dann feststehenden Soll-Drehzahlvorgabe entspricht. Das Zielgang-Vorhersagemittel wird durch ein in der elektronischen Motor- und/oder Getriebesteuerung abgelegtes Berechnungsverfahren gebildet. Im einfachsten Fall wird als Zielgang eine benachbarte Gangstufe angenommen, wobei bei hohen Drehzahlen des Antriebsmotors die nächsthöhere und bei niedrigen Drehzahlen des Antriebsmotors die nächstkleinere Gangstufe angenommen wird.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert, wobei
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung,
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf einer Zug-Hochschaltung und
Fig. 3 einen zeitlichen Verlauf einer Zug-Rückschaltung
zeigen.
In Fig. 1 ist mit 2 ein Antriebsmotor bezeichnet, dessen Ausgangswelle 4 durch eine Trennkupplung 6 wahlweise mit der Eingangswelle 8 eines manuellen Stufenwechselgetriebes 10 verbindbar ist. Mit 12 ist das Kupplungspedal bezeichnet, welches in Wirkverbindung mit der Trennkupplung 6 steht. Die Einspritzpumpe 14 dient zur Beimessung einer Kraftstoffmenge für den Antriebsmotor 2. Sie wird von einer elektronischen Steuereinheit 16 angesteuert. Im normalen Fahrbetrieb setzt die elektronische Steuereinheit 16 die vom Fahrer am Fahrpedal 18 vorgegebenen Lastbefehle direkt zur Ansteuerung der Einspritzpumpe 14 um. Der elektronischen Getriebesteuerung 16 wird außerdem ein Signal von einem Drehzahlsensor 22, welcher an der Getriebeeingangswelle 8 angeordnet ist, und ein Signal von einem Kupplungssensor 20 zugeführt. Solange vom Kupplungssensor angezeigt wird, dass die Kupplung geöffnet ist, führt die Steuerung 16 die Drehzahl der Ausgangswelle 4 des Antriebsmotors 2 einer Soll-Drehzahl nach, welche abhängig von der Drehzahl der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes ist.
In Fig. 2 ist mit 24 der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Abtriebswelle 4 des Antriebsmotors 2 und mit 26 der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Eingangswelle 8 des Stufenwechselgetriebes bezeichnet. Das Signal des Kupplungssensors 20 ist mit 28 bezeichnet. Zum Zeitpunkt t0 tritt der Fahrer das Kupplungspedal, welches zum Zeitpunkt t1 durchgetreten ist, so dass der Kupplungszustand "auf" erkannt wird. Zum Zeitpunkt t1 schaltet die Motorsteuerung 16 von einer Betriebsart, in welcher die Signale für die Einspritzpumpe 14 vom Fahrpedal 18 bestimmt werden, auf eine Betriebsart um, bei der die Drehzahl der Ausgangswelle 4 des Antriebsmotors einer Soll-Drehzahl nachgeführt wird, welche abhängig von der Drehzahl der Eingangswelle 8des Stufenwechselgetriebes 10 ist. Die Soll-Drehzahl für die Drehzahl der Ausgangswelle 4 des Antriebsmotors 2 ist um einen Offset-Betrag 30 größer als die Drehzahl der Eingangswelle 8 des Stufenwechselgetriebes 10, da es sich um eine Zug-Schaltung handelt. Bis zum Zeitpunkt t3 wird die Drehzahl des Antriebsmotors 24 der Drehzahl 26 der Getriebeeingangswelle nachgeführt. Vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 schließt der Fahrer das Kupplungspedal wieder, wobei der durch den Offset-Betrag 30 erzeugte Schlupf allmählich abgebaut wird. Durch die um den Offset-Betrag 30 größere Drehzahl des Antriebsmotors wird gewährleistet, dass während des Schließens der Kupplung zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 die Lastrichtung "Zug" anliegt.
Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Zug-Rückschaltung. Die Motordrehzahl ist wiederum mit 24 und die Getriebeeingangsdrehzahl mit 26 bezeichnet. Zum Zeitpunkt t1 ist wiederum die Trennkupplung geöffnet, so dass der Kupplungszustand "auf" anliegt. Gleichzeitig wird auch die alte Gangstufe ausgelegt, so dass der Schaltzustand "Neutral" anliegt, was durch die Linie 32 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Getriebeeingangswelle 8 weder mit dem Antriebsmotor gekoppelt noch mit der Abtriebswelle des Getriebes, so dass ihre Drehzahl zunächst nicht ansteigt. Aufgrund des Fahrzustands vor der Schaltung wird jedoch darauf geschlossen, dass eine Rückschaltung folgt. Daher kann bereits ab dem Zeitpunkt t1, an dem "Neutral" anliegt, ein Soll-Wert für die Drehzahl der Ausgangswelle des Abtriebsmotors, unter Berücksichtigung des kleinsten Gangsprungs, ermittelt werden. Der Wert dieser Soll-Drehzahl ist mit nl bezeichnet. Zum Zeitpunkt t2 wird der Schaltungszustand "Neutral" verlassen und die Zielgangstufe liegt tatsächlich fest. Zu diesem Zeitpunkt wird für die Drehzahl des Antriebsmotors wieder eine Soll-Drehzahl herangezogen, die um einen Offset-Betrag 30 größer ist als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle. Im Zeitraum zwischen t3 und t4 wird die Kupplung wiederum geschlossen und die Drehzahl und der Schlupf werden abgebaut. Bezugszeichen 2 Antriebsmotor
4 Abtriebswelle
6 Trennkupplung
8 Eingangswelle
10 Stufenwechselgetriebe
12 Kupplungspedal
14 Einspritzpumpe
16 Steuerungseinrichtung
18 Fahrpedal
20 Kupplungssensor
22 Sensor
24 Motordrehzahl
26 Drehzahl
28 Kupplungszustand
30 Offset
32 Schaltzustand

Claims

1. Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs
mit einem eine Ausgangswelle (4) aufweisenden Antriebsmotor (2), der mittels E-Gas angesteuert wird,
mit einem eine Eingangswelle (8) aufweisenden Stufenwechselgetriebe (10), das eine Vielzahl vom Fahrer manuell einlegbare Gangstufen aufweist,
mit einer vom Fahrer manuell betätigbaren Trennkupplung (6), welche die Eingangswelle (8) des Stufenwechselgetriebes (10) wahlweise mit der Ausgangswelle (4) des Antriebsmotors (2) trieblich verbindet,
dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorhanden sind:
ein Kupplungszustands-Erkennungsmittel (20),
ein Drehzahl-Bestimmungsmittel (22) zur Bestimmung einer Drehzahl der Eingangswelle (8) des Stufenwechselgetriebes (10), während die Trennkupplung (6) zum Zweck eines Gangstufenwechsels geöffnet ist,
eine Steuerungseinrichtung (16), welcher Signale vom Kupplungszustands-Erkennungsmittel (20) und vom Drehzahl-Bestimmungsmittel (22) zugeführt werden und die, während die Trennkupplung (6) geöffnet ist, die Drehzahl der Ausgangswelle (4) des Antriebsmotors einer Soll-Drehzahl nachführt, welche abhängig von der Drehzahl der Eingangsweile (8) des Stufenwechselgetriebes (10) ist.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erkennungsmittel für eine Lastrichtung vor dem Gangstufenwechsel vorhanden ist, welches zwischen den Lastrichtungen Zug und Schub unterscheidet und dass die Soll-Drehzahl für die Drehzahl der Ausgangswelle des Antriebsmotors bei der Lastrichtung Zug um einen Offset-Betrag (30) höher und bei der Lastrichtung Schub um einen Offset-Betrag (30) geringer ist, als die Drehzahl (26) der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes, so dass während die Trennkupplung (6) nach dem Gangstufenwechsel geschlossen wird, dieselbe Lastrichtung anliegt wie vor dem Gangstufenwechsel.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset-Betrag (30) abhängig von einem Zugkraftniveau des Fahrzeugs vor dem Gangstufenwechsel ermittelt wird, wobei einem höheren Zugkraftniveau ein größerer Offset-Betrag zugeordnet wird.

4. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielgang- Vorhersagemittel vorhanden ist, welches anhand eines vor dem Gangstufenwechsel herrschenden Fahrzustandes eine vermutlich nach dem Gangstufenwechsel eingelegte Zielgangstufe vorhersagt, und dass ein Getriebeeingangsdrehzahl-Berechnungsmittel vorhanden ist, welches anhand der vorhergesagten Zielgangstufe die dann vermutlich anliegende Drehzahl der Eingangswelle des Stufenwechselgetriebes berechnet, und dass, solange die neue Gangstufe noch nicht eingelegt ist, die Solldrehzahl für die Ausgangswelle des Antriebsmotors abhängig von dieser berechneten Drehzahl der Eingangswelle ermittelt wird.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vermutete Zielgangstufe direkt benachbart zu der vor dem Gangstufenwechsel eingelegten Gangstufe ist, wobei bei hohen Drehzahlen des Antriebsmotors die nächsthöhere und bei niedrigen Drehzahlen des Antriebsmotors die nächstkleinere Gangstufe angenommen wird.