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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten
Gruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein automatisiertes Gruppengetriebe
eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 8.
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Gruppen-
bzw. Mehrgruppengetriebe sind seit längerem bekannt. Bevorzugt
finden sie in Nutzkraftfahrzeugen Anwendung, da sie eine hohe Gangzahl,
beispielsweise 12 oder 16 Gänge, mit einer feinen Gangabstufung
zur Verfügung stellen. Die Gruppenbauweise ermöglicht
gegenüber einem Einzelgetriebe mit einer vergleichbaren
Anzahl von Gängen deutlich kompaktere Abmessungen und ein
geringeres Gewicht. Meistens sind zwei oder drei Teilgetriebe im
Kraftfluss hintereinander angeordnet. Da, je nach Gangwechsel, sowohl
einfache Umschaltungen in einer Getriebegruppe als auch relativ
komplizierte Kombinationen von Übersetzungsstufenwechseln
in mehreren Teilgetrieben vorkommen, erfolgt die Schaltung in der
Regel voll- oder teilautomatisch. Als automatisierte Schaltgetriebe
bieten solche Gruppengetriebe zum einen gegenüber manuellen
Schaltgetrieben einen höheren Bedienungskomfort und vermeiden
Bedienungsfehler. Zum anderen sind sie im Vergleich zu reinen Lastschaltautomaten,
außer dass sie eine feinere Gangabstufung besitzen und
einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweisen, auch günstiger
in den Herstellungs- und Betriebskosten.
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Bei
einem bereits bewährten Gruppengetriebekonzept, wie es
beispielsweise aus der AS-Tronic-Baureihe der Anmelderin bekannt
ist, ist einem drei- oder viergängigen Hauptgetriebe in
Vorgelegebauweise eine zumeist zweistufige Split- bzw. Splittergruppe
mit einer entsprechenden Zahl von umschaltbaren Eingangskonstanten
mit einer eher niedrigen Übersetzung in Vorgelegebauweise
vorgeschaltet, und eine zweistufige Bereichsgruppe in Planetenbauweise, die
zwischen einer Direktverbindung und einer eher hohen Übersetzung
umschaltbar ist, nachgeschaltet, so dass sich eine Gesamtzahl theoretisch
möglicher Gänge aus dem Produkt der Stufenzahlen
der Teilgetriebe ergibt. Die sich daraus ergebende Getriebespreizung
beinhaltet wahlweise einen Direktgang oder einen Schnellgang als
höchste Gangstufe.
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Üblicherweise
sind die Splitgruppe sowie die Bereichsgruppe mit Synchronkupplungen,
und das Hauptgetriebe mit unsynchronisierten Klauenkupplungen ausgestattet.
Da Synchronkupplungen aufgrund ihres relativ komplizierten Aufbaus
kostenaufwendig sind, einen relativ großen Bauraum erfordern, und
ihr Verschleiß maßgebend für die Lebensdauer des
gesamten Gruppengetriebes sein kann, gibt es Bestrebungen, neben
dem Hauptgetriebe zumindest auch die Bereichsgruppe klauengeschaltet
auszuführen.
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Aus
der
WO 2008/107
318 A1 ist ein solches Gruppengetriebe bekannt, bei dem
die synchronisierten Schaltkupplungen von zwei Eingangskonstanten einer
Vorschaltgruppe und die unsynchronisierten Klauenkupplungen von
jeweils zwei Übersetzungsstufen einer Hauptgruppe jeweils
zu einer gemeinsamen Schalteinrichtung zusammengefasst sind. Die Synchronschalteinrichtung
der Vorschaltgruppe ist über eine Trennkupplung mit einem
Antriebsmotor kraftschlüssig verbindbar. Eine nachgeschaltete zweistufige
Bereichsgruppe ist mit einem einfachen Planetenradsatz ausgebildet,
wobei ein Sonnenrad mit einer am Ausgang der Hauptgruppe verlängerten Getriebehauptwelle
drehfest verbunden ist und ein Planetenträger, der mehrere
Planeten führt, mit einer Getriebeabtriebswelle drehfest
verbunden ist. Ein Hohlrad ist über eine zugehörige
Klauenschalteinrichtung wechselweise mit einem feststehenden Gehäuseteil
oder mit dem Planetenträger koppelbar, so dass die Bereichsgruppe
zwischen einer Langsamfahrstufe, d. h. einem unteren Gangbereich
entsprechend einer Planetenübersetzung, und einer Schnellfahrstufe,
d. h. einem oberen Gangbereich entsprechend einer Direktkopplung
zwischen der Getriebehauptwelle und der Getriebeabtriebswelle, umschaltbar
ist.
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Ein
Schaltplan für dieses bekannte Gruppengetriebe sieht vor,
dass bei einem Gangwechsel während einer Bereichsumschaltung
ein Wechsel zwischen zwei Schaltstellungen bzw. zwei Schalteinrichtungen
der Hauptgruppe und gegebenenfalls eine Konstantenumschaltung der
Splitgruppe erfolgt, wobei die Schaltrichtungen, d. h. eine Übersetzungshochstufung
bzw. eine Übersetzungsrückstufung in der Bereichsgruppe
und der Hauptgruppe entgegengesetzt sein können.
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Ein
zeitlicher Ablauf der bekannten Schaltsteuerung ist in 1 dargestellt.
Bei dem bekannten Schaltsteuerungsverfahren wird in einem Schritt
S1 die Trennkupplung geöffnet und in einem Schritt S2 der
Antriebsmotor in den Leerlauf gesteuert. Danach wird in einem Schritt
S3 die Bereichsgruppe GP in Neutral geschaltet. Folglich ist das
gesamte Gruppengetriebe sowohl vom Antriebsmotor als auch vom abtriebsseitigen
Antriebsstrang, also den Fahrzeugrädern, getrennt und damit
vollständig lastfrei.
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Anschließend
werden in einem Schritt S4 die Hauptgruppe HG und die Vorschaltgruppe
GV mittels einer Getriebebremse zumindest bis annähernd
zum Stillstand abgebremst. Gleichzeitig beginnt in einem Schritt
S5 die Anpassung der Motordrehzahl an die Synchrondrehzahl des angesteuerten
Zielganges. in einem sechsten Schritt erfolgt der Wechsel der Übersetzungsstufen
im Hauptgetriebe HG, wobei das Schalten des Hauptgetriebes in Neutral
in einem Zwischenschritt S6a, ein Wechsel der Schalteinrichtung bzw.
der Schaltgasse in der Hauptgruppe HG in einem Zwischenschritt S6b
und das Einlegen der neuen Übersetzungsstufe in der neuen
Schaltgasse der Hauptgruppe HG in einem Zwischenschritt S6c vorgesehen
ist. Gegebenenfalls erfolgt parallel dazu in einem Schritt S7 der
Wechsel der Übersetzungsstufen in der Vorschaltgruppe GV.
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In
einem Schritt S8 werden anschließend durch ein zumindest
teilweises Schließen der Trennkupplung die Vorschaltgruppe
GV und das Hauptgetriebe HG beschleunigt und die Bereichsgruppe
GP über die Getriebehauptwelle synchronisiert. In einem nachfolgenden
Schritt S9 wird die neue Übersetzungsstufe der Bereichsgruppe
GP eingeschaltet. Dadurch beginnt in einem Schritt S10 der Lastaufbau des
Antriebsmotors, wobei parallel in einem Schritt S11 die Trennkupplung
vollständig geschlossen wird und der Gangwechsel damit
abgeschlossen ist.
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Demnach
werden bei dem bekannten Verfahren Schaltungen mit einer Bereichsumschaltung durchgeführt,
indem nach dem Lastabbau die Bereichsgruppe auf Neutral gestellt
wird, die rotierenden freien Massen der Hauptgruppe und der Splitgruppe
auf eine zum Ausrücken zulässige schaltbare Drehzahl
abgebremst und dann umgeschaltet werden, und die Trennkupplung teilweise
geschlossen wird, um die Drehzahl der freien Massen auf die parallel
in Richtung Synchrondrehzahl des Zielgangs laufende Motordrehzahl
zu beschleunigen, um anschließend die Bereichsgruppe im
neuen Bereich wieder einzuschalten.
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Vorteilhaft
bei dem bekannten Verfahren ist, dass die Vorschaltgruppe nicht
in Neutral geschaltet werden muss, da der Antriebsstrang zuvor lastfrei
geschaltet ist, und weiterhin, dass die Stufenwechsel in der Vorschaltgruppe
und in der Hauptgruppe parallel erfolgen können, wodurch
sich, insbesondere gegenüber einem aus der
DE 101 52 857 A1 bekannten
früheren Verfahren, der Schaltablauf insgesamt verkürzt.
Zudem kann für die Vorschaltgruppe eine Synchronschalteinrichtung,
die ohne Neutralstellung kostengünstiger ist und die einem
vergleichsweise geringen Verschleiß unterliegt, eingesetzt
werden.
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Nachteilig
daran ist, dass aufgrund der Abhängigkeit der Schaltzeit
von den Hoch- und Rücklaufgradienten der Drehzahl des Antriebsmotors
bei dem Gruppengetriebe, dessen Schaltung bei einer Bereichsumschaltung
eine Synchronisierung der Nachschaltgruppe erfordert und die gegebenenfalls eine
entgegengesetzte Schaltrichtung von Hauptgruppe und Bereichsgruppe
beinhaltet, wertvolle Schaltzeit ungenutzt verloren gehen kann.
Bei einem derartigen Schaltvorgang werden bei bereits zuvor umgeschalteter
Hauptgruppe und gegebenenfalls umgeschalteter Vorschaltgruppe mit
angelegter Trennkupplung zunächst die rotierenden Getriebemassen
an die Motordrehzahl herangeführt, dann kann jedoch ein
weiterer Bremsvorgang erforderlich sein, um die Drehzahl an der
Klauenschalteinrichtung der Bereichsgruppe auf deren richtige Einschaltdrehzahl
zu bringen. Daher kommt es insbesondere bei Hochschaltungen an der
Nachschaltgruppe zu einer unkomfortablen Einschaltverzögerung
aufgrund des vergleichsweise langsamen Rücklaufgradienten des
Motors, wodurch sich die gesamte Schaltzeit unnötig verlängert.
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Weiterhin
hat sich die Drehzahlsteuerung der Getriebehauptwelle bzw. die Einhaltung
der jeweils zulässigen Schaltdrehzahlen an der Getriebehauptwelle
als sensibel herausgestellt, insbesondere hinsichtlich der Koordination
der zwischenzeitlichen Neutralstellungen von Hauptgruppe und Bereichsgruppe.
Eine fehlerhafte Drehzahlüberschreitung der Getriebehauptwelle
kann beispielsweise auftreten, wenn die Klauenschalteinrichtung
der Bereichsgruppe verspätet öffnet und die Hauptgruppe
in Neutral geschaltet ist, wodurch die Schaltbarkeit des Getriebes
beeinträchtigt wird.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Gruppengetriebes
sowie ein automatisiertes Gruppengetriebe mit einer unsynchronisierten
Nachschaltgruppe vorzustellen, welche eine Verkürzung der
Schaltzeit ermöglichen und dennoch eine hohe Schaltsicherheit
gewährleisten.
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Die
Lösung dieser Aufgaben ergibt sich aus den Merkmalen der
unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den zugeordneten
Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Zeitverlust, der
bei einem Gangwechsel eines automatisierten Gruppengetriebes beim
Umschalten einer unsynchronisierten Nachschaltgruppe aufgrund der
erforderlichen Regelung einer Einschaltdrehzahl entsteht, durch
einen aktiven Drehzahleingriff an der die Nachschaltgruppe antreibenden
Welle mit dafür geeigneten Antriebs- oder Bremsmitteln
weitgehend reduziert werden kann.
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Demnach
geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Schaltsteuerung eines
automatisierten Gruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus
einer wenigstens zwei Eingangskonstanten aufweisenden Vorschaltgruppe
und einer mehrere Übersetzungsstufen aufweisenden unsynchronisierten Hauptgruppe,
die als Vorgelegewellengetriebe mit wenigstens einer gemeinsamen
Vorgelegewelle ausgebildet sind, sowie einer unsynchronisierten
Nachschaltgruppe, die als ein Planetengetriebe mit wenigstens zwei
Gangbereichen ausgebildet ist, wobei die Vorschaltgruppe über
eine Trennkupplung mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten
Antriebsmotor verbindbar ist, die Hauptgruppe über eine
Getriebehauptwelle mit der Nachschaltgruppe in Verbindung steht,
und die Nachschaltgruppe mit einer Getriebeabtriebswelle in Verbindung
steht. Zur Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei einem Übersetzungswechsel,
bei dem eine Bereichsumschaltung der Nachschaltgruppe vorgesehen
ist, zur Synchronisierung der Nachschaltgruppe eine Drehzahlregulierung,
bei welcher der Getriebehauptwelle zugeordnete beschleunigungswirksame
Mittel angesteuert werden.
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Weiterhin
geht die Erfindung aus von einem automatisierten Gruppengetriebe
eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einer wenigstens zwei Eingangskonstanten
aufweisenden Vorschaltgruppe und einer mehrere Übersetzungsstufen
aufweisenden unsynchronisierten Hauptgruppe, die als Vorgelegewellengetriebe
mit wenigstens einer gemeinsamen Vorgelegewelle ausgebildet sind,
sowie einer unsynchronisierten Nachschaltgruppe, die als ein Planetengetriebe
mit wenigstens zwei Gangbereichen ausgebildet ist, wobei die Vorschaltgruppe über
eine Trennkupplung mit einem als Verbrennungsmotor ausgebildeten
Antriebsmotor verbindbar ist, die Hauptgruppe über eine
Getriebehauptwelle mit der Nachschaltgruppe in Verbindung steht,
und die Nachschaltgruppe mit einer Getriebeabtriebswelle in Verbindung steht.
Die Erfindung sieht zur Lösung der gestellten Aufgabe bezüglich
des automatisierten Gruppengetriebes vor, dass der Getriebehauptwelle
ansteuerbare beschleunigungswirksame Mittel zugeordnet sind, über
die bei einem Übersetzungswechsel mit einer Bereichsumschaltung
der Nachschaltgruppe eine Drehzahlregulierung zur Synchronisierung
der Nachschaltgruppe aktivierbar ist.
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Bei
der Erfindung wird eine Schaltzeitverkürzung eines automatisierten
Gruppengetriebes mit einer unsynchronisierten Nachschaltgruppe im
Unterschied zu den bekannten Schaltsteuerungsverfahren durch eine
Feinregulierung der zu synchronisierenden rotierenden Getriebemassen
mit Hilfe auf die Getriebehauptwelle einwirkender beschleunigungswirksamer
Mittel erreicht. Erfindungsgemäße beschleunigungswirksame
Mittel können sowohl Antriebsmittel zur Erzielung positiver
Beschleunigungen als auch Bremsmittel zur Erzielung negativer Beschleunigungen
sein. Im Folgenden kann die Vorschaltgruppe auch als Splitgruppe
und die Nachschaltgruppe als Bereichsgruppe bezeichnet werden.
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Durch
die Erfindung werden im Vergleich zu den bekannten Gruppengetrieben
mit klauengeschalteter Bereichsgruppe schnellere Schaltungen mit
Bereichsumschaltung erreicht. Gleichzeitig ist stets eine hohe Schaltsicherheit
trotz der klauengeschalteten Bereichsgruppe gewährleistet.
Somit kann eine im Vergleich zu einer synchrongeschalteten Bereichsgruppe
besonders verschleißarme und kostengünstig herstellbare
klauengeschaltete Bereichsgruppe bei vielen Fahrzeugen sinnvoll
und komfortabel eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise bei einem
Fahrzeug, welches sich in schwerem Gelände bewegt, besonders
vorteilhaft, da es einerseits, soweit erforderlich, zwar eher selten
vorkommende, dann aber ausreichend schnelle Hochschaltungen ermöglicht,
andererseits jedoch das Einsparpotenzial der klauengeschalteten
Bereichsgruppe sehr effektiv ausnutzen kann.
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Die
Erfindung kann besonders vorteilhaft bei einem automatisierten Gruppengetriebe
eingesetzt werden, bei dem eine synchronisierte zweistufige Vorschaltgruppe,
eine klauengeschaltete drei- oder viergängige Hauptgruppe und
eine klauengeschaltete zweistufige Nachschaltgruppe angeordnet sind, wobei
die Schaltelemente der Eingangskonstanten der Vorschaltgruppe als
eine gemeinsame Synchronkupplungseinrichtung mit zwei Schaltstellungen
und einer optionalen Neutralstellung, und die Schaltelemente von
jeweils zwei Übersetzungsstufen der Hauptgruppe als gemeinsame
Klauenkupplungseinrichtungen mit zwei Schaltstellungen und einer
Neutralstellung zusammengefasst sind.
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Bei
einem solchen Getriebe ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung zwischen der Getriebehauptwelle
und einem Planetenträger der Nachschaltgruppe eine Bremseinrichtung als
ein beschleunigungswirksames Mittel angeordnet. Diese Wellenbremse
kann grundsätzlich, je nach Konstruktions- und Kostenaufwand,
pneumatisch, mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder elektromagnetisch
betätigbar ausgebildet sein.
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Ein Übersetzungswechsel
bei diesem Getriebe, mit einer Bereichsumschaltung der Nachschaltgruppe,
kann in folgenden Schritten ablaufen:
- – Öffnen
der Trennkupplung und Lastabbau,
- – Schalten der Nachschaltgruppe in Neutral,
- – Abbremsen der Hauptgruppe über eine Getriebebremse,
- – Starten der Drehzahlsynchronisierung des Verbrennungsmotors,
- – Stufenumschaltung der Hauptgruppe,
- – Beschleunigen der Getriebehauptwelle über
die Vorschaltgruppe und die Hauptgruppe durch teilweises Schließen
der Trennkupplung,
- – Drehzahlregulierung zwischen der Getriebehauptwelle
und einem mit der Getriebeabtriebswelle verbundenen Planetenträger
der Nachschaltgruppe durch Ansteuern beschleunigungswirksamer Mittel
mit einer Bremswirkung zur Einstellung einer synchronisierten Einschaltdrehzahl der
Nachschaltgruppe,
- – Schalten des neuen Gangbereichs der Nachschaltgruppe
bei Erreichen der Einschaltdrehzahl,
- – vollständiges Schließen der Trennkupplung
und Lastaufbau.
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Demnach
wird die Schaltzeit bei einem Hochschalten dadurch minimiert, dass
die rotierenden zu schaltenden Getriebemassen der Nachschaltgruppe
durch Anlegen der Trennkupplung schnell in die Nähe einer
einzustellenden Zieldrehzahl gebracht werden, während die
Feinregulierung durch Betätigen der Wellenbremse dafür
sorgt, dass sich die Zieldrehzahl genau einstellt, ohne dass ein
Rücklauf des Motors abgewartet werden müsste.
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Die
Stufenumschaltung der Hautgruppe beinhaltet das Schalten der Hauptgruppe
in Neutral, einen Wechsel von der Ausgangsschalteinrichtung der ausgelegten
Hauptgruppenstufe zur Zielschalteinrichtung der einzulegenden Hauptgruppenstufe
und das Einrücken der Schalteinrichtung in die neue Hauptgruppenstufe.
Je nach Übersetzungswechsel kann zusätzlich zur
Stufenumschaltung der Hauptgruppe, vorzugsweise gleichzeitig, eine
Konstantenumschaltung der Vorschaltgruppe erfolgen. Grundsätzlich
ist es vorteilhaft, die Abfolge benachbarter Verfahrensschritte
soweit möglich, simultan oder interferierend anzusteuern,
um den Schaltablauf weiter zu verkürzen. Beispielsweise
können die freien Getriebemassen von Hauptgruppe und Vorschaltgruppe abgebremst
werden, während gleichzeitig die Synchronisierung der Motordrehzahl
beginnt. Weiterhin können die Hauptgruppe und Vorschaltgruppe gleichzeitig
umgeschaltet werden. Ein sequentielles Umschalten wäre
jedoch auch möglich.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist ein beschleunigungswirksames Mittel als eine Elektromaschine
ausgebildet. Die Elektromaschine kann über eine schaltbare Kopplungseinrichtung
mit der Getriebehauptwelle koppelbar sein, wobei die Kopplungseinrichtung
vorteilhaft als ein erstes auf der Getriebehauptwelle sitzendes
Zahnrad, welches direkt oder über eine Zahnkette mit einem
zweiten Zahnrad im Eingriff steht, welches über eine Zuschaltkupplung
mit der Elektromaschine in Wirkverbindung bringbar ist, ausgebildet ist.
Diese Anordnung kann die Gesamtschaltzeit weiter verkürzen,
da die Elektromaschine eine Drehzahlregulierung der Getriebehauptwelle
ermöglicht, die quasi vollständig unabhängig
vom Verbrennungsmotor und damit von dessen Hoch- und Rücklaufgradienten
ist.
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Insbesondere
kann bei dieser Anordnung folgender Ablauf vorgesehen sein:
- – Öffnen der Trennkupplung
und Lastabbau,
- – Schalten der Nachschaltgruppe in Neutral,
- – Abbremsen der Hauptgruppe über eine Getriebebremse,
- – Starten der Drehzahlsynchronisierung des Verbrennungsmotors,
- – Stufenumschaltung der Hauptgruppe,
- – Beschleunigen der Vorschaltgruppe und der Hauptgruppe
und Drehzahlregulierung der Getriebehauptwelle durch Ansteuern beschleunigungswirksamer
Mittel mit einer Antriebswirkung zur Einstellung einer synchronisierten
Einschaltdrehzahl der Nachschaltgruppe,
- – Schalten des neuen Gangbereichs der Nachschaltgruppe
bei Erreichen der Einschaltdrehzahl,
- – Schließen der Trennkupplung und Lastaufbau.
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Demnach
erfolgt die Drehzahlregulierung über einen Antrieb mittels
Elektromotor, der auf die Hauptwelle einwirkt. Dieser kann dazu
eingesetzt werden, die freien Getriebemassen auf eine einzustellende
Zieldrehzahl zu bringen. Im Vergleich zur bereits erläuterten
Ausführungsform mit einer Bremseinrichtung kann auf das
Anlegen der Trennkupplung zur Beschleunigung der Getriebemassen
gänzlich verzichtet werden.
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Grundsätzlich
ist es selbstverständlich auch möglich, die Elektromaschine
lediglich als unterstützendes Hilfsantriebs- bzw. Hilfsdrehzahlregulierungsmittel
der Getriebehauptwelle einzusetzen und bedarfsweise zuzuschalten,
so dass der elektrische Antrieb den verbrennungsmotorischen Antrieb über die geschlossene
bzw. teilgeschlossene Trennkupplung überlagert. Demnach
ist eine solche Elektromaschine auch als ein Synchronisierungsantrieb
zur Unterstützung des Verbrennungsmotors oder als Ersatz des
Verbrennungsmotors bei einem Übersetzungswechsel ansteuerbar.
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Außerdem
kann vorgesehen sein, dass die beschleunigungswirksamen Mittel bei
einer fehlerbedingten Überschreitung einer maximal schaltbaren Drehzahl
der Getriebehauptwelle angesteuert werden. Dadurch kann die Drehzahl
der Getriebehauptwelle bei einem Fehler, insbesondere bei verspätetem Öffnen
der Nachschaltgruppe während die Hauptgruppe bereits lastfrei
ist, auf einen Drehzahlbereich zurückgeführt werden,
bei dem sie über die Motordrehzahl und die angewählte
Gangübersetzung korrekt einstellbar ist. Insgesamt ist
die Erfindung als so genannte Add-On-Lösung mit einem relativ
geringen Kosten- und Konstruktionsaufwand in bestehende Gruppengetriebe
implementierbar.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser
zeigt
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1 einen
Schaltablauf eines Gruppengetriebes nach dem Stand der Technik,
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2 ein
Schema eines erfindungsgemäßen Gruppengetriebes,
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3 ein
Schaltablauf des erfindungsgemäßen Gruppengetriebes,
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4 eine
zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gruppengetriebes, und
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5 einen
Schaltablauf zur der zweiten Ausführungsform des Gruppengetriebes.
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Demnach
ist in 2 ein Getriebeschema 1 eines automatisierten
Gruppengetriebes in Vorgelegebauweise dargestellt, wie es beispielsweise
im Antriebsstrang eines Nutzfahrzeuges vorgesehen sein kann. Der
Aufbau eines solchen Getriebes ist an sich bekannt, beispielsweise
aus der AS-Tronic-Baureihe der Anmelderin.
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Das
Getriebeschema 1 weist zwei parallele, drehbar gelagerte
Vorgelegewellen 5, 6 und drei hintereinander angeordneten
Getriebegruppen GV, HG, GP auf. Darin treibt eine Antriebswelle 2 eines
nicht dargestellten Verbrennungsmotors über eine Trennkupplung 3 eine
Getriebeeingangswelle 4 an.
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Die
Vorschaltgruppe GV ist als eine zweistufige Splitgruppe ausgebildet,
deren Eingangskonstanten eine Langsamfahrstufe GVL und eine Schnellfahrstufe
GVS bilden, wobei das Losrad der Langsamfahrstufe GVL auf der Getriebeeingangswelle 4 und
das Losrad der Schnellfahrstufe GVS auf einer Getriebehauptwelle 10 angeordnet
ist. Die zugehörigen Festräder sitzen auf den
Vorgelegewellen 5 und 6. Die Schaltkupplungen
der beiden Eingangskonstanten GVL und GVS sind in einer synchronisierten Schalteinrichtung 7 zusammengefasst, über
die wahlweise das jeweilige Losrad drehfest mit der Getriebeeingangswelle 4 verbindbar
ist.
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Da
solche Gangstufen-Anordnungen, mit einem Losrad und zwei Festrädern
sowie zugehörigen Schaltkupplungen dem Fachmann an sich
bekannt sind, wird hier zur Vereinfachung auf eine explizite Hervorhebung
der einzelnen Zahnräder und Schaltelemente mit Bezugszeichen
zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit verzichtet.
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Die
Hauptgruppe HG ist dreistufig ausgebildet, d. h. mit drei Vorwärtsgängen
1.G, 2.G, 3.G und einem Rückwärtsgang RG. Die
Losräder vom 1. Gang, 2. Gang und Rückwärtsgang
sind auf der Getriebehauptwelle 10 angeordnet und stehen
mit den zugehörigen Festrädern auf den Vorgelegewellen 5, 6 im
Eingriff. Der 2. Gang und der 3. Gang werden mit einer Klauenschaltein richtung 8 geschaltet,
wobei der 3. Gang den Radsatz der Schnellfahrstufe GVS mitbenutzt.
Der 1. Gang sowie der Rückwärtsgang werden mit
einer zweiten Klauenschalteinrichtung 9 geschaltet.
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Das
Antriebsmoment des Verbrennungsmotors verzweigt sich von der Getriebeeingangswelle 4 über
die Vorgelegewellen 5, 6 mit der jeweils geschalteten
Eingangsübersetzung und Hauptgruppenübersetzung
zur abtriebsseitigen Getriebehauptwelle 10. Weiterhin ist
ein nicht weiter erläuterter zuschaltbarer Nebenabtrieb
PTO (Power Take Off) zum Anschluss von Nebenaggregaten an der Vorgelegewelle 6 angeordnet.
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Die
an der Getriebehauptwelle 10 anliegende resultierende Drehzahl
ist mittels der nachgeschalteten Bereichsgruppe GP variierbar. Die
nachgeschaltete Bereichsgruppe GP ist als ein zweistufiges Planetengetriebe
ausgebildet. Darin ist ein Planetenradsatz 16 von einem
Planetenradträger 15 geführt. Die lediglich
angedeutet dargestellten Planetenräder kämmen
einerseits mit einem zentralen Sonnenrad 13 und andererseits
mit einem radial äußeren Hohlrad 14.
Das Sonnenrad 13 ist mit der verlängerten Getriebehauptwelle 10 verbunden.
Der Planetenradträger 15 ist mit einer Getriebeabtriebswelle 12 verbunden.
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Zur
Schaltung der Bereichsgruppe GP ist eine dritte Klauenschalteinrichtung 11 vorhanden. Diese
Schalteinrichtung 11 verbindet in einer ersten Schaltstellung
als Langsamfahrstufe GPL das Hohlrad 14 mit einem feststehenden
Gehäuseteil 17, so dass die Planetenräder
zwischen Hohlrad 14 und Sonnenrad 13 umlaufen,
wodurch die Getriebeabtriebswelle 12, entsprechend der Übersetzung
des Planetenradsatzes 16, über den Planetenradträger 13 gleichsinnig
mit der Getriebehauptwelle 10 angetrieben wird. In einer
zweiten Schaltstellung als Schnellfahrstufe GPS wird das Hohlrad 14 mit
dem Planetenradträger 15 verbunden, so dass der
Planetenradsatz 16 verblockt ist und die Getriebeabtriebswelle 12 direkt
mit der Drehzahl der Getriebehauptwelle 10 rotiert.
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Erfindungsgemäß ist
zwischen der Getriebehauptwelle 10 und dem Planetenträger 15 der
Bereichsgruppe GP eine Bremseinrichtung 18 als ein beschleunigungswirksames
Mittel angeordnet. Die Bremseinrichtung 18 umfasst ein
erstes, drehfest verschieblich auf der Getriebehauptwelle 10 angeordnetes
Schaltelement 24, welches beispielsweise hydraulisch betätigbar
ist, und ein mit diesem korrespondierendes zweites Schaltelement 25,
welches mit dem in Richtung Hauptgruppe HG verlängerten
Planetenträger 15 fest verbunden ist. Als ein
Rückstellmittel kann sich eine Feder 26 zwischen
der Getriebehauptwelle 10 und dem beweglichen Schaltelement 24 abstützen.
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Das
Getriebeschema 1 ermöglicht somit insgesamt 2 × 3 × 2
= 12 Vorwärtsgänge Gänge und maximal
vier Rückwärtsgänge. Die Gangfolge beginnt mit
der Langsamfahrstufe GVL der Splitgruppe GV, dem 1. Gang der Hauptgruppe
HG und der Langsamfahrstufe GPL der Bereichsgruppe GP. Alternierend werden
dann die Splitgruppe GV und die Hauptgruppe HG bis zum 6. Gang durchgeschaltet.
Ist der 6. Gang erreicht, schaltet die Bereichsgruppe GP vom unteren
Gangbereich in die Schnellfahrstufe GPS, d. h. in den oberen Gangbereich
um und es werden erneut die Hauptgruppe HG und die Splitgruppe GV
alternierend durchgeschaltet bis zum 12. Gang, der als Direktgang
oder als Schnellgang ausgelegt sein kann. Gangsprünge über
zwei oder mehr Gänge sind möglich. Gangwechsel
mit einer Bereichsumschaltung können somit neben dem einfachen
Gangsprung „6. Gang ↔ 7. Gang” auch die
Schaltungen „5. Gang ↔ 7. Gang”, „6.
Gang ↔ 8. Gang” usw. sein.
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3 zeigt
einen Schaltablauf eines Gangwechsels mit einer Bereichsumschaltung
für dieses Gruppengetriebe. Der Ablauf entspricht weitgehend dem
bereits eingangs erläuterten bekannten Schaltsteuerungsverfahren
in 1. Abweichend davon wird in einem neuen Schritt
S8b die Bremseinrichtung 18 betätigt, so dass
der Beschleunigung der Getriebehauptwelle 10 über
die teilweise geschlossene Trennkupplung 3 und die Vorgelege-Gruppen
GV und HG, zur Erreichung einer Einschaltdrehzahl der Bereichsgruppe
GP eine Bremswirkung im Zusammenwirken mit dem Planetenträger 15 überlagert wird. Damit
ist nicht wie bisher der Drehzahlgradient des Antriebsmotors sondern
die im Resultat schnellere Feinregulierung über die Bremseinrichtung 18 für
die Einschaltzeit der klauengeschalteten Bereichsgruppe GP maßgebend.
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Die 4 zeigt
eine zweite Ausführungsform eines Getriebeschemas 1' mit
einer Elektromaschine 19 als ein beschleunigungswirksames
Mittel zur Drehzahlregulierung im Getriebe bei einem Gangwechsel.
Der Elektroantrieb ist bedarfsweise über eine zwischen
der Getriebehauptgruppe HG und der Bereichsgruppe GP angeordnete
Kopplungseinrichtung 20 mit dem Antriebsstrang verbindbar.
Die Kopplungseinrichtung 20 umfasst ein auf der Getriebehauptwelle 10 angeordnetes
erstes Zahnrad 22, welches im Eingriff mit einem koaxial
zur Elektromaschine 19 gelagerten zweiten Zahnrad 21 steht,
das über eine Zuschaltkupplung 23 mit dem Rotor
der Elektromaschine 19 kraftschlüssig verbindbar
ist.
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5 zeigt
einen Schaltablauf eines Gangwechsels mit einer Bereichsumschaltung
für dieses Gruppengetriebe. Abweichend vom dem bekannten Schaltsteuerungsverfahren
gemäß 1 ist ein neuer Schritt S8c
vorgesehen. Nachdem die Splitgruppe GV und die Hauptgruppe HG umgeschaltet
sind, bleibt die Trennkupplung 3 zunächst geöffnet.
Stattdessen wird der Elektroantrieb 19 der Getriebehauptwelle 10 aufgeschaltet,
um über die Getriebehauptwelle 10 die Splitgruppe
GV und die Hauptgruppe HG zu beschleunigen und die Bereichsgruppe
GP direkt auf eine Einschaltdrehzahl zu bringen. Nach dem Synchronisieren
kann die Bereichsgruppe GP wie üblich eingeschaltet, die
Trennkupplung 3 geschlossen und der Lastaufbau im neuen
Gang eingeleitet werden.
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- 1,
1'
- Gruppengetriebeschema
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Trennkupplung
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Vorgelegewelle
- 6
- Vorgelegewelle
- 7
- Schalteinrichtung
- 8
- Schalteinrichtung
- 9
- Schalteinrichtung
- 10
- Getriebehauptwelle
- 11
- Schalteinrichtung
- 12
- Getriebeabtriebswelle
- 13
- Sonnenrad
- 14
- Hohlrad
- 15
- Planetenträger
- 16
- Planetenradsatz
- 17
- Gehäuseteil
- 18
- Beschleunigungswirksames
Mittel, Bremseinrichtung
- 19
- Beschleunigungswirksames
Mittel, Elektromaschine
- 20
- Kopplungseinrichtung
- 21
- Zahnrad
- 22
- Zahnrad
- 23
- Zuschaltkupplung
- 24
- Schaltelement
- 25
- Schaltelement
- 26
- Feder
- 1.G
- Erster
Hauptgruppengang
- 2.G
- Zweiter
Hauptgruppengang
- 3.G
- Dritter
Hauptgruppengang
- GP
- Nachschaltgruppe,
Bereichsgruppe
- GPL
- Unterer
Gangbereich, Langsamfahrstufe
- GPS
- Oberer
Gangbereich, Schnellfahrstufe
- GV
- Vorschaltgruppe,
Splitgruppe
- GVL
- Eingangskonstante,
Langsamfahrstufe
- GVS
- Eingangskonstante,
Schnellfahrstufe
- HG
- Hauptgruppe
- PTO
- Nebenabtrieb
- RG
- Rückwärtsgang
- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
- S4
- Verfahrensschritt
- S5
- Verfahrensschritt
- S6a
- Verfahrensschritt
- S6b
- Verfahrensschritt
- S6c
- Verfahrensschritt
- S7
- Verfahrensschritt
- S8
- Verfahrensschritt
- S8a
- Verfahrensschritt
- S8b
- Verfahrensschritt
- S8c
- Verfahrensschritt
- S9
- Verfahrensschritt
- S10
- Verfahrensschritt
- S11
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/107318
A1 [0005]
- - DE 10152857 A1 [0011]