DE102023206266B3

DE102023206266B3 - Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes, ein lastschaltbares Kraftfahrzeuggetriebe und landwirtschaftliches Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102023206266B3
Application number: DE102023206266.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Oberbuchner; Michael Haas; Martin DANKESREITER; Thomas Pauli
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-07-03
Filing date: 2023-07-03
Publication date: 2024-12-24
Anticipated expiration: 2043-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes (100) wobei das Kraftfahrzeuggetriebe (100) mindestens eine erste Lastschaltkupplung (310) und eine zweite Lastschaltkupplung (320) sowie eine Hauptkupplung (200) umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang ein Druck in der ersten Lastschaltkupplung (310) ausgehend von einem Schließdruck bis zu einem Öffnungsdruck reduziert wird, so dass die erste Lastschaltkupplung (310) öffnet, und ein Druck in der zweiten Lastschaltkupplung (320) ausgehend von einem Öffnungsdruck bis zu einem Schließdruck erhöht wird, so dass die zweite Lastschaltkupplung (320) schließt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Druck in der Hauptkupplung (200) während des Schaltvorgangs soweit reduziert wird, dass er während des Schaltvorgangs geringer ist als der Druck in der zweiten Lastschaltkupplung (320). Die Erfindung betrifft weiterhin ein lastschaltbares Kraftfahrzeuggetriebe sowie ein entsprechendes landwirtschaftliches Nutzfahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein lastschaltbares Kraftfahrzeuggetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7 sowie ein entsprechendes landwirtschaftliches Nutzfahrzeug.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass bei landwirtschaftlichen oder kommunalen Nutzfahrzeugen und hier insbesondere bei Ackerschleppern aufgrund des breiten Aufgabenfeldes üblicherweise unterschiedliche Fahrbereiche darstellbar sein müssen, was bei einem Getriebe eines derartigen Nutzfahrzeugs eine große Spreizung zwischen einer langsamsten und einer schnellsten Gangstufe erforderlich macht. Des Weiteren müssen bei einem Getriebe eines derartigen Nutzfahrzeuges üblicherweise kleine geometrische Stufensprünge zwischen den einzelnen Gangstufen realisiert werden, so dass in Kombination mit der großen Spreizung eine hohe Anzahl an Gängen darstellbar ist. Um diese große Anzahl an Gängen mit einem vertretbaren Aufwand verwirklichen zu können, werden Getriebe für landwirtschaftliche oder kommunale Nutzfahrzeuge häufig in Gruppenbauweise ausgeführt. Eine dieser Getriebegruppen ist üblicherweise die sog. Splitgruppe oder Lastschaltgruppe, die zum Schalten von Gangstufen unter Last ausgebildet ist. Die unter Lastschaltung entstehende Reibenergie ist dabei vergleichsweise groß und wächst exponentiell mit der Zahl der zu überspringenden Gänge.
In diesem Zusammenhang offenbart die EP 2 916 044 A1 ein in Gruppenbauweise ausgeführtes Kraftfahrzeuggetriebe, welches für die Anwendung bei einem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug, beispielsweise einem Ackerschlepper, vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeuggetriebe setzt sich dabei aus mehreren Getriebegruppen zusammen, von denen eine als nach Art eines Doppelkupplungsgetriebes ausgeführtes Getriebe realisiert ist.
Die DE 19 711 820 A1 zeigt einen Schaltvorgang für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei dem Schaltstufen übersprungen werden können. Dabei wird eine Kupplung momentenfrei geregelt, indem das Motormoment auf eine andere Kupplung verlagert wird. Erst nachdem der neue Gang eingelegt ist, wird das Motormoment wieder auf die erste Kupplung übertragen.
Aus der US 9 862 388 B2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem im Fall einer überhitzten Kupplung eines Doppelkupplungsgetriebes ein bestimmter Schlupf der Kupplung zugelassen wird und die Gesamtlast auf beide Kupplungen aufgeteilt wird.
Die DE 10 349 220 B4 beschreibt ein Verfahren zum Schalten eines Doppelkupplungsgetriebes, bei dem bei einem Gangsprung auf der gleichen Vorgelegewelle, beispielsweise vom sechsten in den zweiten Gang, einerseits die Kupplung der anderen Vorgelegewelle mit einem geeignet gewählten Hilfsgang eine Drehzahlanpassung unterstützt und andererseits zur Reduzierung der Belastung der Synchronisiereinrichtung die Drehzahlanpassung der jeweiligen Eingangswelle mit der Anfahrkupplung unterstützt wird. Dabei wird ein Großteil der Reibleistung der Synchronisiereinrichtung an die Abfahrkupplung übergeben.
Die DE 101 90 489 B4 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Gangwechsels eines Getriebes, wobei das Getriebe eine Anfahrkupplung und zumindest eine Schaltkupplung zur Schaltung der Übersetzungsstufen aufweist. Das Motormoment ist mittels eines Steuergerätes sowie eines Aktuators steuerbar und die Kupplungen sind mittels zumindest eines weiteren Aktuators steuerbar. Eine Steuerung der Getriebesynchronisierung erfolgt in vier Schritten: Im ersten Schritt wird das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment abgesenkt, im zweiten Schritt wird das Momentengleichgewicht zwischen dem von der Anfahrkupplung übertragbaren Drehmoment und dem von einer Schaltkupplung des Zielganges übertragbaren Drehmoment bestimmt, im dritten Schritt wird das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment weiter abgesenkt, bis ein Wendepunkt der Getriebeeingangsdrehzahl erkannt wird und im vierten Schritt wird das von der Anfahrkupplung übertragbare Drehmoment auf den Wert des Gleichgewichtsmoments geregelt.
Die CN 103 097 777 A offenbart ein Verfahren für ein Fahrzeug mit einer Hauptkupplung, welche die Übertragung eines Drehmoments einer Motorwelle auf eine Primärwelle ermöglicht. Ein Getriebe des Fahrzeugs umfasst zwei weitere Kupplungen, von denen jede die Übertragung eines Drehmoments von der Primärwelle auf eine Sekundärwelle ermöglicht. Zunächst werden die beiden weiteren Kupplungen in ihren Schlupfzustand versetzt. Dann wird die Hauptkupplung in ihren Schlupfzustand versetzt. Daraufhin wird das von der ersten Kupplung übertragene Drehmoment reduziert und das von der zweiten Kupplung übertragene Drehmoment wird erhöht. Schließlich, wenn das von der ersten Kupplung übertragene Drehmoment einen Nullwert erreicht, werden der zweiten Kupplung und der Hauptkupplung zwei Drehmomentanweisungen gegeben, die eine Reduzierung der Drehzahl der Primärwelle bewirken, bis ein Zielwert erreicht ist. Sobald dieser erreicht ist, wird die zweite Kupplung in ihren verriegelten Zustand versetzt und dann wird das Drehmoment der Motorwelle gesteuert, um die Motorwelle und die Primärwelle zu synchronisieren, woraufhin auch die Hauptkupplung in ihren verriegelten Zustand versetzt wird.
Die bekannten lastschaltbaren Getriebe sind jedoch dahingehend nachteilig, dass die lastschaltfähigen Kupplungen - insbesondere, wenn ein Überspringen von einer oder mehreren Gangstufen ermöglicht werden soll - vergleichsweise groß und robust ausgelegt werden müssen, um die entstehenden Reibenergien aufzunehmen. Dadurch erzeugen diese Kupplungen eine hohe Massenträgheit im Antriebsstrang und weisen eins großes Schleppmoment auf, was wiederum den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs verschlechtert. Zudem sind groß und robust ausgelegte Kupplungen teuer und benötigen viel Bauraum.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe mindestens eine erste Lastschaltkupplung und eine zweite Lastschaltkupplung sowie eine Hauptkupplung umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang ein Druck in der ersten Lastschaltkupplung ausgehend von einem Schließdruck reduziert wird, so dass die erste Lastschaltkupplung kein Drehmoment mehr überträgt, und ein Druck in der zweiten Lastschaltkupplung ausgehend von einem Öffnungsdruck erhöht wird, so dass die zweite Lastschaltkupplung Drehmoment überträgt.
Es ist also ein Verfahren vorgesehen, welches ein Schalten von einer Gangstufe eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes in eine andere Gangstufe des lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes ermöglicht. Bei den Gangstufen handelt es sich um lastschaltbare Gangstufen. Die Gangstufen können benachbarte Gangstufen sein, ebenso können sie aber auch nicht-benachbarte Gangstufen sein. Beispielsweise kann der Schaltvorgang von einer zweiten Gangstufe in eine erste oder ein dritte Gangstufe erfolgen. Ebenso kann der Schaltvorgang aber auch von der zweiten Gangstufe in die vierte, fünfte oder sechste Gangstufe erfolgen. Der Schaltvorgang kann außerdem grundsätzlich in beide Richtungen erfolgen, also zu höheren Gangstufen und zu niedrigeren Gangstufen.
Unter dem Öffnungsdruck ist im Sinne der Erfindung derjenige Druck zu verstehen, bei dem die erste bzw. zweite Lastschaltkupplung kein Drehmoment mehr überträgt. Typischerweise beträgt der Öffnungsdruck somit 0 Pa. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass die erste bzw. zweite Lastschaltkupplung bereits bei höheren Drücken kein Drehmoment mehr übertragen, beispielsweise weil sie als drucklos offene Kupplungen ausgebildet sind, welche durch eine Rückstellfeder im drucklosen Zustand geöffnet sind.
Der Öffnungsdruck der ersten Lastschaltkupplung kann sich vom Öffnungsdruck der zweiten Lastschaltkupplung unterscheiden, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Rückstellkräfte oder anderer Bauteiltoleranzen.
Unter dem Schließdruck ist im Sinne der Erfindung derjenige Druck zu verstehen, bei dem die erste bzw. zweite Lastschaltkupplung geschlossen ist und volles Drehmoment überträgt.
Auch der Schließdruck der ersten Lastschaltkupplung kann sich vom Schließdruck der zweiten Lastschaltkupplung unterscheiden, entweder aufgrund der bereits genannten unterschiedlichen Rückstellkräfte einer ggf. vorhandenen Rückstellfeder oder auch nur aufgrund von Bauteiltoleranzen.
Für den Schaltvorgang wird in der ersten Lastschaltkupplung der Druck soweit reduziert, dass die erste Lastschaltkupplung vom geschlossenen und drehmomentübertragenden Zustand in den offenen und nicht-drehmomentübertragenden Zustand versetzt wird. Der Druck in der ersten Lastschaltkupplung wird dementsprechend vom Schließdruck bis zum Öffnungsdruck reduziert.
In umgekehrter Weise wird in der zweiten Lastschaltkupplung der Druck soweit erhöht, dass die zweite Lastschaltkupplung vom offenen und nicht-drehmomentübertragenden in den geschlossenen und drehmomentübertragenden Zustand versetzt wird. Der Druck in der zweiten Lastschaltkupplung wird dementsprechend vom Öffnungsdruck bis zum Schließdruck erhöht.
Bei der ersten und der zweiten Lastschaltkupplung handelt es sich vorteilhaft um hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen, insbesondere um nasslaufende, hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen.
Die erste und die zweite Lastschaltkupplung sind bevorzugt drucklos offen, d.h., sie übertragen im drucklosen Zustand kein Drehmoment.
Neben der ersten und der zweiten Lastschaltkupplung umfasst das Kraftfahrzeuggetriebe auch eine Hauptkupplung. Die Hauptkupplung ist vorteilhaft als Reibungskupplung ausgebildet, beispielsweise ebenfalls als Lamellenkupplung, insbesondere als hydraulisch betätigbare, nasslaufende Lamellenkupplung. Durch Öffnen der Hauptkupplung wird es vorteilhaft ermöglicht, eine Drehmomentübertragung im Kraftfahrzeuggetriebe unabhängig von einer eingelegten Gangstufe vollständig zu unterbrechen.
Bei dem lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebe handelt es sich bevorzugt nicht um ein sog. Doppelkupplungsgetriebe.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass ein Druck in der Hauptkupplung während des Schaltvorgangs soweit reduziert wird, dass eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung geringer ist als eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung. Dadurch reduziert sich also die Fähigkeit der Hauptkupplung zur Übertragung von Drehmomenten während des Schaltvorgangs unter das Maß der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten der zweiten Lastschaltkupplung.
Das bedeutet, dass die Hauptkupplung derart mit Druck angesteuert wird, dass - beispielsweise bei einer Ausbildung als Lamellenkupplung - benachbarte Lamellen bzw. Innen- und Außenlamellen der Hauptkupplung bereits bei der Übertragung von vergleichsweise geringeren Drehmomenten als die zweite Lastschaltkupplung nicht mehr genug Haftreibung aufweisen, um ein Verrutschen gegeneinander zu vermeiden. In anderen Worten wird die Hauptkupplung bewusst „rutschend“ geschaltet, um im Gegenzug ein „Rutschen“ der zweiten Lastschaltkupplung zu vermeiden.
Bei einer erforderlichen Drehzahlsynchronisation im Kraftfahrzeuggetriebe aufgrund des Schaltvorgangs erfolgt die zur Drehzahlsynchronisation erforderliche Reibarbeit erfindungsgemäß also in der Hauptkupplung statt in der zweiten Lastschaltkupplung. Da die Hauptkupplung in der Regel sehr viel robuster und leistungsfähiger ausgebildet ist als die vergleichsweise kleinen Lastschaltkupplungen, kann die Hauptkupplung dementsprechend auch mehr Reibenergie aufnehmen, ohne beschädigt oder zerstört zu werden. Dadurch können beim Schalten beispielsweise ein oder mehrere Gangstufen übersprungen werden, was naturgemäß zu besonders hohen auftretenden Reibarbeiten führt. Das Überspringen von nur einer Gangstufe beispielwese erhöht die auftretende Reibenergie gegenüber dem Schalten in eine benachbarte Gangstufe um das Vierfache. Das Überspringen von zwei Gangstufen erhöht die Reibenergie um das Neunfache, das Überspringen von drei Gangstufen um das 16-fache und das Überspringen von vier Gangstufen sogar um das 25-fache. Dies würde in der Regel unmittelbar zur Zerstörung der zweiten Lastschaltkupplung führen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren jedoch wird die auftretende Reibenergie von der zweiten Lastschaltkupplung ferngehalten und stattdessen der Hauptkupplung zugeführt, die derartige Belastungen aufnehmen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Öffnungsdruck in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung identisch sind und dass der Schließdruck in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung identisch sind. Um einen jeweils identischen Öffnungsdruck und Schließdruck in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung zu erreichen, ist es ggf. erforderlich, Bauteiltoleranzen der beiden Lastschaltkupplungen auszugleichen. Ein jeweils identischer Öffnungsdruck und Schließdruck vereinfacht die Ansteuerung der beiden Lastschaltkupplungen.
Vorteilhaft sind auch weitere Lastschaltkupplungen vorgesehen, insbesondere sind insgesamt drei, sechs oder neun Lastschaltkupplungen vorgesehen, welche vorteilhaft ebenfalls alle einen identischen Öffnungsdruck und Schließdruck aufweisen.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorgesehen, dass der Druck in der Hauptkupplung erst dann wieder erhöht wird, wenn die erste Lastschaltkupplung den Öffnungsdruck und die zweite Lastschaltkupplung den Schließdruck erreicht haben, wobei am Schnittpunkt der beiden Kennlinien das Moment beider Lastschaltkupplungen gleich hoch ist, so dass das Rutschen auf die andere Kupplung übergeht und das Moment der Hauptkupplung dabei niedriger als das der Lastschaltkupplungen ist und im Schnittpunkt der Druck der beiden Lastschaltkupplungen zwischen Öffnungs-/ und Schließdruck ist. D.h. also, dass die Hauptkupplung solange „rutschend“ bleibt, bis die erste Lastschaltkupplung und die zweite Lastschaltkupplung den Schaltvorgang abgeschlossen haben. Somit erfolgt grundsätzlich eine zugkraftunterbrechungsfreie Lastübergabe von der ersten Lastschaltkupplung an die zweite Lastschaltkupplung. Da jedoch während des Schaltvorgangs, d.h. während der Lastübergabe, die Momentenübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung geringer ist als in der zweiten Lastschaltkupplung, entsteht aufgrund der Drehzahldifferenz durch den Schaltvorgang Reibarbeit in der Hauptkupplung. Indem der Druck in der Hauptkupplung erst mit einer zeitlichen Verzögerung nach dem Schließen der zweiten Lastschaltkupplung und nach dem Öffnen der ersten Lastschaltkupplung wieder auf den vorherigen Ausgangsdruck, nämlich den Schließdruck der Hauptkupplung, erhöht wird, ist in jedem Falle sichergestellt, dass die zur Drehzahlsynchronisierung erforderliche Reibarbeit überwiegend in der Hauptkupplung entsteht und von der zweiten Kupplung ferngehalten wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zu einem Zeitpunkt, zu dem die Momentenübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung und die Momentenübertragungsfähigkeitder zweiten Lastschaltkupplung gleich groß sind, die Momentenübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung geringer ist als in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung. Während des Schaltvorgangs muss die Momentenübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung reduziert werden und gleichzeitig die Momentenübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung erhöht werden, so dass es zu einem bestimmten Zeitpunkt des Schaltvorgangs einen Schnittpunkt zwischen beiden Momentenübertragungsfähigkeiten gibt. An diesem Schnittpunkt, an die Momentenübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung und die Momentenübertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung gleich groß sind, besteht die Gefahr, dass in den beiden Lastschaltkupplungen Reibarbeit entsteht. Um die erste und die zweite Lastschaltkupplung zu schonen, wird daher der Druck in der Hauptkupplung und damit die Momentenübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung während des Schaltvorgangs soweit reduziert, dass sie geringer ist als die Momentenübertragungsfähigkeit der ersten und der zweiten Lastschaltkupplung im Schnittpunkt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Drehzahlsynchronisation und damit die Reibarbeit vornehmlich in der Hauptkupplung entstehen.
Vorteilhaft wird der Druck in der Hauptkupplung bereits bei Beginn des Schaltvorgangs auf den Druck, der geringer ist als der Druck der ersten und zweiten Lastschaltkupplung im Schnittpunkt, reduziert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Momentenübertragungsfähigkeit in der Hauptkupplung während des Schaltvorgangs nach Maßgabe eines zu übertragenden Antriebsmoments eingestellt wird, wobei die Momentenübertragungsfähigkeit bei einem hohen Antriebsmoment größer ist als bei einem geringen Antriebsmoment. Ein höherer Druck ermöglicht dabei die Übertragung von höheren Antriebsmomenten. Indem der Druck in der Hauptkupplung während des Schaltvorgangs also an das jeweils zu übertragende Antriebsmoment angepasst wird, kann auch bei hohen Antriebsmomenten eine vergleichsweise schnelle Drehzahlsynchronisation erreicht werden. Dies ermöglicht nicht nur ein schnelles Schalten, sondern trägt auch dazu bei, die Belastung der Hauptkupplung gering zu halten, da der Druck schnell wieder auf den Schließdruck erhöht werden kann. Somit reduziert sich die Zeit, innerhalb der Reibarbeit in der Hauptkupplung entsteht.
Es sei klarstellend erwähnt, dass der Schließdruck in der Hauptkupplung nach Abschluss des Schaltvorgangs unabhängig vom zu übertragenden Antriebsmoment ist. Lediglich während des Schaltvorgangs wird der Druck in der Hauptkupplung bei vergleichsweise höheren Antriebsmomenten vergleichsweise schneller wieder auf den Schließdruck erhöht. Dadurch wird gewährleistet, dass die Hauptkupplung unabhängig vom zu übertragenden Drehmoment in etwa stets nach derselben Zeitspanne wieder drehmomentübertragend wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Momentenübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung reduziert wird, bevor die Momentenübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung reduziert wird. Somit wird die erste Lastschaltkupplung während des Schaltvorgangs jederzeit vor einer Überbelastung durch Reibarbeit geschützt. Stattdessen wird die Reibarbeit bereits von Beginn des Schaltvorgangs in die Hauptkupplung eingeleitet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Lastschaltkupplung mit einem Druckpuls beaufschlagt wird, bevor der Druck in der zweiten Lastschaltkupplung bis zum Schließdruck erhöht wird.
Der Druckpuls weist dabei vorzugsweise eine zeitliche Dauer von 100 ms bis 400 ms auf. Der Druckpuls begünstigt ein schnelleres Befüllen der Kolbenkammer und damit einen schnellen Schaltvorgang.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein lastschaltbares Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend mindestens eine erste Lastschaltkupplung und eine zweite Lastschaltkupplung sowie eine Hauptkupplung, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe dazu ausgebildet ist, bei einem Schaltvorgang einen Druck in der ersten Lastschaltkupplung ausgehend von einem Schließdruck zu reduzieren, so dass die erste Lastschaltkupplung kein Drehmoment mehr überträgt, und einen Druck in der zweiten Lastschaltkupplung ausgehend von einem Öffnungsdruck zu erhöhen, so dass die zweite Lastschaltkupplung Drehmoment überträgt, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Druck in der Hauptkupplung während des Schaltvorgangs soweit zu reduzieren, dass eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung geringer ist als eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Druck in der Hauptkupplung erst dann wieder erhöht wird, wenn die erste Lastschaltkupplung den Öffnungsdruck und die zweite Lastschaltkupplung den Schließdruck erreicht haben, wobei am Schnittpunkt der beiden Kennlinien das Moment beider Lastschaltkupplungen gleich hoch ist, so dass das Rutschen auf die andere Kupplung übergeht und das Moment der Hauptkupplung dabei niedriger als das der Lastschaltkupplungen ist und im Schnittpunkt der Druck der beiden Lastschaltkupplungen zwischen Öffnungs-/ und Schließdruck ist.
Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auch für das erfindungsgemäße lastschaltbare Kraftfahrzeuggetriebe.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kraftfahrzeuggetriebe als Gruppengetriebe ausgebildet ist, welches eine Lastschaltgruppe und eine Synchrongruppe umfasst. Dadurch kann das Kraftfahrzeuggetriebe eine Vielzahl von Gangstufen mit hoher Spreizung bereitstellen. Lastschaltvorgänge in der Lastschaltgruppe können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen, indem die Drehzahlsynchronisation im Wesentlichen über die Hauptkupplung erfolgt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lastschaltgruppe mindestens drei Lastschaltkupplungen umfasst. Somit kann für die meisten Anwendungen eine ausreichende Anzahl von lastschaltbaren Gangstufen mit einer ausreichenden lastschaltbaren Spreizung bereitgestellt werden.
Vorteilhaft kann die Lastschaltgruppe neun Lastschaltkupplungen umfassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass Kraftfahrzeuggetriebe dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die Erfindung betrifft schließlich ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe. Somit ergeben sie erfindungsgemäßen Vorteile entsprechend auch für das landwirtschaftliche Nutzfahrzeug.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

1 beispielhaft einen Druckverlauf in einer ersten Lastschaltkupplung, einer zweiten Lastschaltkupplung und einer Hauptkupplung während eines Schaltvorgangs mit und ohne das erfindungsgemäße Verfahren in einem lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebe,
2 beispielhaft im direkten Größenvergleich eine typische Lastschaltkupplung und eine typische Hauptkupplung und
3 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1a zeigt beispielhaft einen Druckverlauf in einer ersten Lastschaltkupplung 310, einer zweiten Lastschaltkupplung 320 und einer Hauptkupplung 200 während eines Schaltvorgangs ohne das erfindungsgemäße Verfahren in einem lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebe 100. Die x-Achse zeigt dabei den Zeitverlauf und die y-Achse zeigt den jeweiligen Druck an.
Beispielsgemäß sind die erste Lastschaltkupplung 310 und die zweite Lastschaltkupplung 320 baugleich, so dass sie bei einem identischen Druck eine identische Drehmomentübertragungsfähigkeit aufweisen.
Der Druckverlauf in der ersten Lastschaltkupplung 310 ist dabei durch die Kurve 20 dargestellt, der Druckverlauf in der zweiten Lastschaltkupplung 320 durch die Kurve 30 und der Druckverlauf in der Hauptkupplung 200 durch die Kurve 40.
Die Kurve 20 stellt somit gleichermaßen die Drehmomentübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung 310 dar, die Kurve 30 die Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung 320 und die Kurve 40 die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung 200.
Da der Druckverlauf der Hauptkupplung 200 ohne das erfindungsgemäße Verfahren nicht verändert wird, ist die Kurve 40 in diesem Fall entsprechend als Gerade ausgebildet, d.h., die Hauptkupplung 200 bleibt während des gesamten Schaltvorgangs geschlossen und drehmomentübertragend.
Zur Einleitung des Schaltvorgangs wird zum Zeitpunkt t₁ zunächst die zweite Lastschaltkupplung 320, welche im Rahmen des Schaltvorgangs vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand versetzt werden soll, mit einem Druckpuls 31 beaufschlagt. Beispielsgemäß hat der Druckpuls 31 eine Dauer von 300 ms.
Nach Abklingen des Druckpulses 31 wird zum Zeitpunkt t₂ einerseits der Druck in der ersten Lastschaltkupplung 310 vom Schließdruck ausgehend soweit reduziert, dass die erste Lastschaltkupplung 310 zum Zeitpunkt t₃ nur ein reduziertes Drehmoment überträgt.
Zum Zeitpunkt t₂ wird außerdem der Druck in der zweiten Lastschaltkupplung 320 erhöht, so dass die zweite Lastschaltkupplung 320 anfängt, zunehmend Drehmoment zu übertragen. Zum Zeitpunkt t₃ ist der Druck in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung 310, 320 jeweils gleich groß, so dass zu diesem Zeitpunkt - aufgrund der beispielsgemäß baugleichen Ausbildung - die erste und die zweite Lastschaltkupplung 310, 320 die gleiche Drehmomentübertragungsfähigkeit aufweisen. Zum Zeitpunkt t₃ sind somit die erste und die zweite Lastschaltkupplung 310, 320 gleichermaßen rutschend und dadurch einer vergleichsweise großen Reibarbeit ausgesetzt.
Um einen plötzlichen Ruck im Antriebsstrang zu vermeiden, wird die zweite Lastschaltkupplung 320 beispielsgemäß nun vergleichsweise langsam weiter mit Druck befüllt, so dass sie erst zum Zeitpunkt t₄ vollständig schließt. Beispielsgemäß liegt zwischen dem Zeitpunkt t₃ und dem Zeitpunkt t₄ 1 s, in welcher die zur Drehzahlsynchronisation erforderliche Reibarbeit in die zweite Lastschaltkupplung 320 eingetragen wird. Da die zweite Lastschaltkupplung 320 vergleichsweise kompakt ausgebildet ist, kann sie durch den Eintrag hoher Reibungsenergien leicht thermisch beschädigt werden.
1b zeigt demgegenüber einen Druckverlauf in einer ersten Lastschaltkupplung 310, einer zweiten Lastschaltkupplung 320 und einer Hauptkupplung 200 während eines Schaltvorgangs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebe 100. Die x-Achse zeigt dabei wieder den Zeitverlauf und die y-Achse zeigt den jeweiligen Druck an.
Beispielsgemäß erfolgt der Schaltvorgang im identischen Kraftfahrzeuggetriebe 100 der 1a. D.h., die erste Lastschaltkupplung 310 und die zweite Lastschaltkupplung 320 sind baugleich, so dass sie bei einem identischen Druck eine identische Drehmomentübertragungsfähigkeit aufweisen.
Der Druckverlauf in der ersten Lastschaltkupplung 310 ist dabei wieder durch die Kurve 20 dargestellt, der Druckverlauf in der zweiten Lastschaltkupplung 320 durch die Kurve 30 und der Druckverlauf in der Hauptkupplung 200 durch die Kurve 40.
Die Kurve 20 stellt zugleich auch wieder die Drehmomentübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung 310 dar, die Kurve 30 die Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung 320 und die Kurve 40 die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung 200.
Zur Einleitung des Schaltvorgangs wird auch gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1b zum Zeitpunkt t₁ zunächst die zweite Lastschaltkupplung 320, welche im Rahmen des Schaltvorgangs vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand versetzt werden soll, mit einem Druckpuls 31 beaufschlagt. Beispielsgemäß hat der Druckpuls 31 wieder eine Dauer von 300 ms.
Bereits während der Dauer des Druckpulses 31 wird der Druck - und damit die Drehmomentübertragungsfähigkeit - in der Hauptkupplung 200 zum Zeitpunkt t₅ reduziert. Zum Zeitpunkt t₆ endet der Druckpuls 31, gleichzeitig endet die weitere Reduzierung des Drucks in der Hauptkupplung 200. Sattdessen werden der Druck und die Drehmomentübertragungsfähigkeit zunächst konstant gehalten. Zum Zeitpunkt t₇ beginnt nun die Erhöhung der Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung 320 und die Reduzierung der Drehmomentübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung 310.
Die Reduzierung der Drehmomentübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung 310 erfolgt dabei unverändert gegenüber dem Stand der Technik und wie auch in 1a dargestellt. Auch die Erhöhung der Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung 320 erfolgt bis zum Zeitpunkt t₈, in dem die Drehmomentübertragungsfähigkeit in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung 320 jeweils gleich groß ist, unverändert gegenüber der 1a.
Im Gegensatz zur 1a ist in 1b jedoch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung 200 zum Zeitpunkt t₈ geringer sowohl als die Drehmomentübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung 310 als auchdie Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung 320. Dadurch kann die zur Drehzahlsynchronisation erforderliche Reibarbeit ab dem Zeitpunkt t₈ in der Hauptkupplung 200 erfolgen, die vergleichsweise robuster und leistungsfähiger ausgebildet ist als die erste Lastschaltkupplung 310 und die zweite Lastschaltkupplung 320. Dadurch wird es auch möglich, dass die zweite Lastschaltkupplung 320 bereits zum Zeitpunkt t₉ den Schließdruck erreicht und vollständig geschlossen ist, so dass dementsprechend auch keinerlei Reibung mehr in der zweiten Lastschaltkupplung 320 auftreten kann. Nur zwischen den Zeitpunkten t₇ und t₈, beispielsgemäß 0,1 s, wird Reibarbeit in die zweite Lastschaltkupplung 320 eingetragen. Diese Zeitspanne ist jedoch so kurz, dass es zu keiner Beschädigung der zweiten Lastschaltkupplung 320 kommen kann.
Ab dem Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₁₀ wird nun der Druck in der Hauptkupplung 200 gemäß der beispielhaft dargestellten Kurve 40 soweit erhöht, bis die Hauptkupplung 200 zum Zeitpunkt t₁₀ wieder vollständig geschlossen ist. Zwischen den Zeitpunkten t₉ und t₁₀ erfolgt dabei auch die Drehzahlsynchronisation in der Hauptkupplung 200, die beispielsgemäß 0,9 s andauert.
Somit kann innerhalb der gleichen Zeitspanne, nämlich innerhalb von 1 s, derselbe Schaltvorgang wie in 1a ausgeführt werden. Jedoch werden vorteilhaft 90 % der zur Drehzahlsynchronisation erforderlichen Reibarbeit in die leistungsfähigere Hauptkupplung 200 verlagert.
2 zeigt beispielhaft im direkten Größenvergleich eine typische Lastschaltkupplung 300 mit einer Reibfläche von 88000 mm² (2a). Demgegenüber ist eine typische Hauptkupplung 200 zu sehen, die eine Reibfläche von 236000 mm² aufweist (2b). Dieser Größenunterschied veranschaulicht die größere Leistungsfähigkeit der Hauptkupplung 200 gegenüber der Lastschaltkupplung 300.
3 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes 100. Das lastschaltbare Kraftfahrzeuggetriebe 100 umfasst beispielsgemäß sechs Lastschaltkupplungen 310, 320, 330, 340, 350 und 360 sowie eine Hauptkupplung 200.
Bei einem Schaltvorgang wird der Druck beispielsgemäß in einer ersten Lastschaltkupplung 310 ausgehend von einem Schließdruck soweit reduziert, dass die zuvor geschlossene erste Lastschaltkupplung 310 kein Drehmoment mehr überträgt.
In einer zweiten Lastschaltkupplung 320 wird der Druck ausgehend von einem Öffnungsdruck soweit erhöht, so dass die zweite Lastschaltkupplung 320 Drehmoment überträgt.
Während des Schaltvorgangs wird zudem ein Druck in der Hauptkupplung 200 soweit reduziert, dass eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung 200 geringer ist als eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung 320.
Dadurch kann der Großteil der zur Drehzahlsynchronisation erforderlichen Reibarbeit in die Hauptkupplung 200 abgeleitet werden.
Bezugszeichen

20: Druckverlauf in der ersten Lastschaltkupplung
30: Druckverlauf in der zweiten Lastschaltkupplung
31: Druckpuls
40: Druckverlauf in der Hauptkupplung
100: Lastschaltbares Kraftfahrzeuggetriebe
200: Hauptkupplung
300: Lastschaltkupplung
310: erste Lastschaltkupplung
320: zweite Lastschaltkupplung

Claims

Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren Kraftfahrzeuggetriebes (100) wobei das Kraftfahrzeuggetriebe (100) mindestens eine erste Lastschaltkupplung (310) und eine zweite Lastschaltkupplung (320) sowie eine Hauptkupplung (200) umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang ein Druck in der ersten Lastschaltkupplung (310) ausgehend von einem Schließdruck reduziert wird, so dass die erste Lastschaltkupplung (310) kein Drehmoment mehr überträgt, und ein Druck in der zweiten Lastschaltkupplung (320) ausgehend von einem Öffnungsdruck erhöht wird, so dass die zweite Lastschaltkupplung (320) Drehmoment überträgt, wobei ein Druck in der Hauptkupplung (200) während des Schaltvorgangs soweit reduziert wird, dass eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung (200) geringer ist als eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung (320), dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Hauptkupplung (200) erst dann wieder erhöht wird, wenn die erste Lastschaltkupplung (310) den Öffnungsdruck und die zweite Lastschaltkupplung (320) den Schließdruck erreicht haben, wobei am Schnittpunkt der beiden Kennlinien das Moment beider Lastschaltkupplungen (310, 320) gleich hoch ist, so dass das Rutschen auf die andere Kupplung (310, 320) übergeht und das Moment der Hauptkupplung (200) dabei niedriger als das der Lastschaltkupplungen (310, 320) ist und im Schnittpunkt der Druck der beiden Lastschaltkupplungen (310, 320) zwischen Öffnungs-/ und Schließdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsdruck in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung (310, 320) identisch sind und dass der Schließdruck in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung (310, 320) identisch sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt, zu dem die Momentenübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung (310) und die Momentenübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung (320) gleich groß sind, die Momentenübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung (200) geringer ist als in der ersten und zweiten Lastschaltkupplung (310, 320).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenübertragungsfähigkeit in der Hauptkupplung (200) während des Schaltvorgangs nach Maßgabe eines zu übertragenden Antriebsmoments eingestellt wird, wobei die Momentenübertragungsfähigkeit bei einem hohen Antriebsmoment größer ist als bei einem geringen Antriebsmoment.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung (200) reduziert wird, bevor die Momentenübertragungsfähigkeit der ersten Lastschaltkupplung (310) reduziert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lastschaltkupplung (320) mit einem Druckpuls (31) beaufschlagt wird, bevor der Druck in der zweiten Lastschaltkupplung (320) bis zum Schließdruck erhöht wird.
Lastschaltbares Kraftfahrzeuggetriebe (100), umfassend mindestens eine erste Lastschaltkupplung (310) und eine zweite Lastschaltkupplung (320) sowie eine Hauptkupplung (200), wobei das Kraftfahrzeuggetriebe (100) dazu ausgebildet ist, bei einem Schaltvorgang einen Druck in der ersten Lastschaltkupplung (310) ausgehend von einem Schließdruck zu reduzieren, so dass die erste Lastschaltkupplung (310) kein Drehmoment mehr überträgt, und einen Druck in der zweiten Lastschaltkupplung (320) bis zu einem Schließdruck zu erhöhen, so dass die zweite Lastschaltkupplung (320) Drehmoment überträgt, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe (100) weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Druck in der Hauptkupplung (200) während des Schaltvorgangs soweit zu reduzieren, dass eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der Hauptkupplung (200) geringer ist als eine Drehmomentübertragungsfähigkeit der zweiten Lastschaltkupplung (320), dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Hauptkupplung (200) erst dann wieder erhöht wird, wenn die erste Lastschaltkupplung (310) den Öffnungsdruck und die zweite Lastschaltkupplung (320) den Schließdruck erreicht haben, wobei am Schnittpunkt der beiden Kennlinien das Moment beider Lastschaltkupplungen gleich hoch ist, so dass das Rutschen auf die andere Kupplung übergeht und das Moment der Hauptkupplung dabei niedriger als das der Lastschaltkupplungen ist und im Schnittpunkt der Druck der beiden Lastschaltkupplungen zwischen Öffnungs-/ und Schließdruck ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeuggetriebe (100) als Gruppengetriebe ausgebildet ist, welches eine Lastschaltgruppe und eine Synchrongruppe umfasst.
Kraftfahrzeuggetriebe (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastschaltgruppe mindestens drei Lastschaltkupplungen (310, 320, 330) umfasst.
Kraftfahrzeuggetriebe (100) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeuggetriebe (100) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, umfassend ein Kraftfahrzeuggetriebe (100) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10.