DE102005057803A1

DE102005057803A1 - Vorrichtung mit einer Getriebesteuereinheit zum Steuern eines Getriebes mit zumindest einer Klauenkupplung

Info

Publication number: DE102005057803A1
Application number: DE200510057803
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Guggolz; David Dipl.-Ing. Ulmer (Ba)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-12-03
Filing date: 2005-12-03
Publication date: 2007-06-21

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einer Getriebesteuereinheit (10) zum Steuern eines Getriebes (13) mit zumindest einer Klauenkupplung (14), wobei die Getriebesteuereinheit (10) wenigstens ein Sensormittel (11) zum Erkennen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenkupplung (14) umfasst. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Getriebesteuereinheit (10) ein Motorsteuerungsmittel (12) zum Anfordern eines Getriebeeingangsmoments (GE) umfasst, das dazu vorgesehen ist, beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung das Getriebeeingangsmoment (GE) zumindest kurzfristig zu variieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Getriebesteuereinheit zum Steuern eines Getriebes mit zumindest einer Klauenkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Steuern eines Getriebes mit einer Klauenkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Aus der EP 0 512 727 B1 ist eine Vorrichtung mit einer Getriebesteuereinheit zum Steuern eines Getriebes mit zumindest einer Klauenkupplung bekannt, wobei die Getriebesteuereinheit ein Sensormittel zum Erkennen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung umfasst. Die Getriebesteuereinheit ist einerseits zum Schalten eines automatisierten Getriebes ausgelegt und andererseits zum Öffnen und Schließen zweier Kupplungen, über welche das Getriebe mit einer Brennkraftmaschine verbunden werden kann. Eine der Kupplungen ist eine Lamellenkupplung, die im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vor einem hydrodynamischen Drehmomentwandler angeordnet ist. Die andere Kupplung ist als Wandlerüberbrückungskupplung ausgebildet und überbrückt den hydrodynamischen Drehmomentwandler. Hat die Getriebesteuereinheit mit Hilfe des Sensormittels eine Zahn-auf-Zahn-Stellung erkannt, so öffnet sie in einem kurzen Zeitintervall die erste Kupplung. Dadurch wird an der Klauenkupplung ein kurzer Drehmomentimpuls ausgelöst, der die Zahn- auf-Zahn-Stellung auflösen soll. Gelingt dies nicht, so erfolgt ein erneutes Öffnen der ersten Kupplung für ein längeres Zeitintervall. Der Vorgang wird mit sukzessive verlängerten Öffnungsintervallen wiederholt, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, durch welche das Auflösen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung in einem Getriebe mit Klauenkupplung ruckfrei, komfortabel und in kontrollierter Weise erfolgen kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren nach dem Anspruch 8. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einer Getriebesteuereinheit zum Steuern eines Getriebes mit zumindest einer Klauenkupplung, wobei die Getriebesteuereinheit wenigstens ein Sensormittel zum Erkennen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenkupplung umfasst.

Es wird vorgeschlagen, dass die Getriebesteuereinheit ein Motorsteuerungsmittel zum Anfordern eines Getriebeeingangsmoments GE umfasst, das dazu vorgesehen ist, beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung das Getriebeeingangsmoment GE zumindest kurzfristig zu variieren. Durch den Einsatz des Motorsteuerungsmittels kann der zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung generierte Momentenpuls bzw. die Drehmomentspitze besonders gut kontrolliert werden. Ein unkomfortables Rucken durch Schwingungen im Antriebsstrang durch einen übergroßen Momentenpuls kann ebenso vermieden werden wie eine störende Verzögerung des Schaltvorgangs durch übermäßig viele fehlgeschlagene Versuche zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung.

Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden. Das Motorsteuerungsmittel kann von einer vollständigen Motorsteuereinheit gebildet sein oder als Signalausgang der Getriebesteuereinheit, der zur Verbindung mit einem Signalleitungssystem, beispielsweise einem CAN-Bus, vorgesehen ist, das seinerseits mit einer Motorsteuerungseinheit in Verbindung steht.

Das Sensormittel kann die Zahn-auf-Zahn-Stellung direkt, beispielsweise durch eine Ausrückposition eines Klauenrads, oder indirekt durch die numerische Auswertung erfassbarer Kenngrößen des Kraftfahrzeuggetriebes erkennen.

Obwohl die erfindungsgemäße Getriebesteuereinheit prinzipiell zum Steuern jedes dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Getriebes mit einer Klauenkupplung eingesetzt werden kann, kommen die Vorteile hinsichtlich des Bedienkomforts hauptsächlich im Zusammenhang mit Kraftfahrzeuggetrieben, und zwar insbesondere mit Kraftfahrzeuggetrieben für Lastkraftfahrzeuge mit Splittergruppen, zum Tragen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Getriebesteuereinheit dazu vorgesehen ist, zum Schließen der Klauenkupplung durch das Motorsteuerungsmittel eine an einer Getriebeeingangswelle anliegende Motordrehzahl mit einer Getriebewellendrehzahl zu synchronisieren. Dadurch kann eine die Getriebeeingangswelle mit einer von dem Motorsteuerungsmittel angesteuerten Brennkraftmaschine verbindende Kupplung beim Schließen der Klauenkupplung geschlossen sein, ohne dass es zu Schäden und übermäßigem Verschleiß der Klauenkupplung kommen kann. Prinzipiell wäre die Erfindung jedoch auch in Fällen einsetzbar, in denen die Drehzahlen unsynchronisiert sind und die Getriebeeingangswelle, beispielsweise über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist.

Ist die Getriebesteuereinheit dazu vorgesehen, beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eine Drehmomentspitze der Getriebeeingangswelle zu erzeugen, kann erreicht werden, dass die Klauen der Klauenkupplung sich, angetrieben durch eine definierte Drehmomentendifferenz, kurzfristig gleitend gegeneinander verdrehen und schließlich in Eingriff kommen. Als Drehmomentspitze soll in diesem Zusammenhang eine kurzfristige Erhöhung und nachfolgende Reduktion des Getriebeeingangsmoments GE bezeichnet werden. Der zeitliche Verlauf der Drehmomentspitze kann beispielsweise einem Rechteckpuls oder einem Puls von jeder anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Pulsform gleichen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Getriebesteuereinheit dazu vorgesehen ist, wiederholt Drehmomentspitzen zu erzeugen, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist. Dadurch kann ein unkomfortables Rucken eines das Getriebe umfassenden Kraftfahrzeugs vermieden werden, wie es durch eine zu starke Drehmomentspitze erzeugt wird, da trotz vergleichsweise kleiner Stärken der Drehmomentspitzen die Zahn-auf-Zahn-Stellung nach einer endlichen Anzahl von Schritten sicher aufgelöst wird.

Als Kenngröße für die Stärke der Drehmomentspitzen kommen insbesondere deren Höhe und deren Breite in Betracht, wobei zur Überwindung des Reibwiderstands der Klauen die Höhe der Drehmomentspitzen die wichtigere Information liefert. Zur Bestimmung der Breite muss die Reaktionszeit der Brennkraftmaschine und ein Ansprechverhalten der die Brennkraftmaschine betreibenden Steuer- und/oder Regelstrecke berücksichtigt werden. Eine untere Schranke für den zeitlichen Abstand zwischen den Drehmomentspitzen ist durch die Summe aus der Signallaufzeit des Anforderungssignals für das von der Brennkraftmaschine erzeugte Getriebeeingangsmoment GE gegeben.

Wenn die Getriebesteuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Stärke der Drehmomentspitzen sukzessive zu erhöhen, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist, kann sichergestellt werden, dass nach einer endlichen Anzahl von Erhöhungen der Stärke eine Haftreibung zwischen den Klauen übertroffen wird und dass die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst wird. In einer Weiterbildung der Erfindung speichert die Getriebesteuereinheit die Stärke der erfolgreichen Drehmomentspitze und nutzt sie beim nächsten Auftreten einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zum Bestimmen der Anfangsstärke der Drehmomentspitzen. Dadurch kann eine Adaption der Vorrichtung an den Verschleiß und eine Reduktion der im Mittel notwendigen Zahl von Drehmomentspitzen erreicht werden.

Ist die Getriebesteuereinheit dazu vorgesehen, die Stärke der Drehmomentspitzen abhängig von einer zwischen der Getriebeeingangswelle und der Klauenkupplung anliegenden Getriebeübersetzung zu bestimmen, kann das angesteuerte oder eingeregelte Moment zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung vorteilhaft an den eingelegten Gang angepasst sein. Dabei kann die Getriebeübersetzung auch nur in eine obere oder untere Schranke für die Stärke der Drehmomentspitzen eingehen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Getriebesteuereinheit dazu vorgesehen, eine generelle Begrenzung des Getriebeeingangsmoments GE zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung vorübergehend aufzuheben. Durch die Kürze der Drehmomentspitzen kann eine Beschädigung von Elementen des Antriebsstrangs und/oder der Brennkraftmaschine ausgeschlossen werden. Eine Beschädigung durch eine Dauerbelastung durch überhöhte Momente bleibt dennoch durch die generelle Begrenzung ausgeschlossen.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Getriebes mit zumindest einer Klauenkupplung abhängig von we nigstens einem Signal zum Erkennen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenkupplung.

Es wird vorgeschlagen, dass beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung ein Getriebeeingangsmoment GE über ein Motorsteuerungsmittel zumindest kurzfristig erhöht wird. Dadurch kann insbesondere auch bei geschlossener Kupplung zwischen einer Brennkraftmaschine und dem Getriebe eine Zahn-auf-Zahn-Stellung wirkungsvoll und ohne ein den Komfort beeinträchtigendes Rucken aufgelöst werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe und einer Getriebesteuereinheit in einer schematischen Darstellung,

2 einen schematischen Ablauf eines in der Getriebesteuereinheit implementierten Verfahrens zum Auflösen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung des Getriebes und

3 den zeitlichen Verlauf einiger Kenngrößen des Getriebes im Verlauf des Verfahrens zum Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug, und zwar einen Lastkraftwagen, mit einer Brennkraftmaschine 15 und einem vollständig automatisierten Getriebe 13, das eine Hauptgruppe 26 und eine Splittergruppe 27 umfasst. In der Hauptgruppe 26 des Getrie bes 13 weist dieses mehrere Klauenkupplungen 14 zum Einlegen der Gänge auf, von denen hier nur eine schematisch dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 15 ist über eine Kupplung 17 mit dem Getriebe 13 verbunden und ist von einer Motorsteuereinheit 18 betätigbar.
Das Getriebe 13 umfasst eine Getriebesteuereinheit 10 zum Schalten der Gänge und ist über eine Datenschnittstelle mit einem Signalleitungssystem 19 und über dieses mit der Motorsteuereinheit 18 verbunden. Die Datenschnittstelle bildet ein Motorsteuerungsmittel 12, über welches die Getriebesteuereinheit 10 ein Sollmoment der Brennkraftmaschine 15 anfordern kann, das bei geschlossener Kupplung 17 als Getriebeeingangsmoment GE an einer Getriebeeingangswelle 16 anliegt.
Das Motorsteuerungsmittel 12 ist daher zum Anfordern des Getriebeeingangsmoments GE ausgelegt. Gemäß einem im Folgenden näher beschriebenen Steueralgorithmus nutzt die Getriebesteuereinheit 10 das Motorsteuerungsmittel 12 dazu, beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung das Getriebeeingangsmoment GE zumindest kurzfristig zu variieren.
Zum Erkennen der Zahn-auf-Zahn-Stellung ist die Getriebesteuereinheit 10 mit einem als Signalleitung ausgestalteten Sensormittel 11 ausgestattet, das mit einem Wegsensor verbunden ist, der eine Ausrückposition eines beweglichen Klauenrings 22 der Klauenkupplung 14 erfasst. Bleibt der Klauenring 22 beim Schließen der Klauenkupplung 14 in einer mittleren Position stehen und erreicht niemals eine Endposition, in der die Klauen ineinander greifen, deutet dies auf eine Zahn-auf-Zahn-Stellung hin. Ferner ist die Getriebesteuereinheit 10 mit Drehzahlsensoren zum Erfassen der Drehzahlen der Getriebeeingangswelle 16, einer Vorgelegewelle 20 und einer Getriebeausgangswelle 21 verbunden.
Zum Schließen der Klauenkupplung 14 synchronisiert die Getriebesteuereinheit 10 durch das Motorsteuerungsmittel 12 zunächst in einer an sich bekannten Weise eine an einer Getriebeeingangswelle 16 anliegende Motordrehzahl nM mit einer Getriebewellendrehzahl nG der über die Klauenkupplung 14 mit der Getriebeeingangswelle 16 zu verbindenden Vorgelegewelle 20, wobei die Getriebesteuereinheit 10 die zwischen der Getriebeeingangswelle 16 und dem mit der Getriebeeingangswelle 16 in Wirkverbindung stehenden Klauenring 22 anliegende Übersetzung berücksichtigt.
Nach dem Synchronisieren der Drehzahlen nM, nG schiebt die Getriebesteuereinheit 10 die Klauenringe 22, 23 der Klauenkupplung 14 ineinander.
Erkennt die Getriebesteuereinheit 10 in einem Überprüfungsschritt 31 über das Sensormittel 11 eine Zahn-auf-Zahn-Stellung, so erzeugt sie über das Motorsteuerungsmittel 12 eine Drehmomentspitze 24a (3) der Brennkraftmaschine 15, die sich über die geschlossene Kupplung 17 auf die Getriebeeingangswelle 16 überträgt. Die Stärke der ersten Drehmomentspitze 24a beträgt 500 Nm und ihre Dauer beträgt etwa 15 ms.
Im besten Fall haben sich die Klauen der Klauenkupplung 14, angetrieben durch die Drehmomentspitze 24a, kurzfristig gleitend gegeneinander verdreht und sind in Eingriff gekommen. Ist dies durch die erste Drehmomentspitze 24a nicht erreicht worden, erzeugt die Getriebesteuereinheit 10 in einer Iterationsschleife 28 wiederholt Drehmomentspitzen 24b, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist (2). Dabei erhöht die Getriebesteuereinheit 10 immer dann, wenn sie in einem Überprüfungsschritt 29 erkannt hat, dass die Zahn-auf-Zahn-Stellung immer noch vorliegt, eine Stärke bzw. Höhe der Drehmomentspitzen 24a, 24b in einem Inkrementierungsschritt 25 schrittweise um ein Inkrement von 100 Nm, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist oder bis eine maximale Anzahl von vier Iterationsschritten erreicht ist. Nach dem Inkrementieren der Stärke der Drehmomentspitze 24a, 24b bildet die Getriebesteuereinheit 10 in einem Drehmomentspitzenauslöseschritt 30 ein Minimum aus dem neuen Wert für die Stärke der Drehmomentspitze 24b und einem Maximalwert, den die Getriebesteuereinheit 10 durch eine Division eines festen Maximalmoments der Klauenkupplung 14 durch eine zwischen der Getriebeeingangswelle 16 und der Klauenkupplung 14 anliegende Getriebeübersetzung IG berechnet. Das derart ermittelte Minimum wird dann von der Getriebesteuereinheit 10 über das Motorsteuerungsmittel 12 ausgegeben.
Die Getriebesteuereinheit 10 bestimmt demnach die Stärke der Drehmomentspitzen 24b abhängig von der zwischen der Getriebeeingangswelle 16 und der Klauenkupplung 14 anliegenden Getriebeübersetzung IG.
Beim ersten Erkennen der Zahn-auf-Zahn-Stellung hebt die Getriebesteuereinheit 10 eine generelle Begrenzung des Getriebeeingangsmoments GE bzw. des Maximalmoments der Brennkraftmaschine 15 vorübergehend auf, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist. Während der Dauer der Drehmomentspitzen 24a, 24b fordert die Getriebesteuereinheit 10 zudem über das Motorsteuerungsmittel 12 eine unbegrenzte Solldrehzahl der Brennkraftmaschine 15 an.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf einiger Kenngrößen des Getriebes 13 während eines Vorgangs zum Auflösen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung. Eine gepunktete Kurve zeigt das über das Sensormittel 11 erfasste Signal. Durch ein Plateau 32 des Signals bei einem mittleren Wert erkennt die Getriebesteuereinheit 10 das Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung und steuert die erste Drehmomentspitze 24a an. Die gestrichelte Linie zeigt das über das Motorsteuerungsmittel 12 angeforderte Sollmoment der Brennkraftmaschine 15 und die durchgezogene Linie das Getriebeeingangsmoment GE, das die um die Reaktionszeit verzögerte und durch eine Trägheit verwischte erste Drehmomentspitze 24a zeigt. Da sich die Zahn-auf-Zahn-Stellung durch die erste Drehmomentspitze 24a nicht auflöst, erzeugt die Getriebesteuereinheit 10 nach einer Wartezeit von 15 ms eine zweite, um das Inkrement von 100 Nm stärkere, zweite Drehmomentspitze 24b, die dann im vorliegenden Fall zum Erfolg führt.

10: Getriebesteuereinheit
11: Sensormittel
12: Motorsteuerungsmittel
13: Getriebe
14: Klauenkupplung
15: Brennkraftmaschine
16: Getriebeeingangswelle
17: Kupplung
18: Motorsteuereinheit
19: Signalleitungssystem
20: Vorgelegewelle
21: Getriebeausgangswelle
22: Klauenring
23: Klauenring
24: Drehmomentspitze
25: Inkrementierungsschritt
26: Hauptgruppe
27: Splittergruppe
28: Iterationsschleife
29: Überprüfungsschritt
30: Drehmomentspitzenauslöseschritt
31: Überprüfungsschritt
32: Plateau
GE: Getriebeeingangsmoment
IG: Getriebeübersetzung
nM: Motordrehzahl
nG: Getriebewellendrehzahl

Claims

Vorrichtung mit einer Getriebesteuereinheit (10) zum Steuern eines Getriebes (13) mit zumindest einer Klauenkupplung (14), wobei die Getriebesteuereinheit (10) wenigstens ein Sensormittel (11) zum Erkennen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenkupplung (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (10) ein Motorsteuerungsmittel (12) zum Anfordern eines Getriebeeingangsmoments (GE) umfasst, das dazu vorgesehen ist, beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung das Getriebeeingangsmoment (GE) zumindest kurzfristig zu variieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (10) dazu vorgesehen ist, zum Schließen der Klauenkupplung (14) durch das Motorsteuerungsmittel (12) eine an einer Getriebeeingangswelle (16) anliegende Motordrehzahl (nM) mit einer Getriebewellendrehzahl (nG) zu synchronisieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (10) dazu vorgesehen ist, beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung eine Drehmoment spitze (24a, 24b) der Getriebeeingangswelle (16) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (10) dazu vorgesehen ist, wiederholt Drehmomentspitzen (24a, 24b) zu erzeugen, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (10) dazu vorgesehen ist, eine Stärke der Drehmomentspitzen (24a, 24b) sukzessive zu erhöhen, bis die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (10) dazu vorgesehen ist, die Stärke der Drehmomentspitzen (24a, 24b) abhängig von einer zwischen der Getriebeeingangswelle (16) und der Klauenkupplung (14) anliegenden Getriebeübersetzung (IG) zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (10) dazu vorgesehen ist, eine generelle Begrenzung des Getriebeeingangsmoments (GE) zum Aufheben der Zahn-auf-Zahn-Stellung vorübergehend aufzuheben.
Verfahren zum Steuern eines Getriebes (13) mit zumindest einer Klauenkupplung (14) abhängig von wenigstens einem Signal zum Erkennen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenkupplung (14), dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung über ein Motorsteuerungsmittel (12) zum Anfordern eines Getriebeeingangsmoments (GE) das Getriebeeingangsmoment (GE) zumindest kurzfristig erhöht wird.