DE10361299A1

DE10361299A1 - Schaltverfahren für ein automatisiertes Schaltklauengetriebe

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Publication number: DE10361299A1
Application number: DE10361299A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Guggolz; Werner Dipl.-Ing. Hillenbrand; Markus Dipl.-Ing. Veit (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-28
Also published as: WO2005065982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltverfahren für ein automatisiertes Schaltgetriebe mit Klauenkupplung. Bei diesem Schaltverfahren wird mit geschlossener Hauptkupplung geschaltet, um den Verschleiß zu vermindern und schnell schalten zu können. Wenn ein für diesen Schaltvorgang unerlässliches Signal eines Drehzahlsensors der Getriebeeingangswelle ein fehlerhaftes Signal liefert, übernimmt bei geschlossener Hauptkupplung ersatzweise ein Drehzahlsensor für die Kurbelwellendrehzahl diese Funktion.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 einen Antriebsstrang und gemäß Patentanspruch 4 ein Steuerungsverfahren für einen solchen.

Ein solcher Antriebsstrang bzw. ein solches Steuerungsverfahren ist bereits aus der WO 02/060715 A1 bekannt, die ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs beschreibt, bei welchem bei jedem Gangwechsel in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs entschieden wird, ob eine Kupplung während des Gangwechsels geöffnet wird oder geschlossen bleibt. Bei einem Gangwechsel mit geschlossener Kupplung erfolgt die Synchronisation einer Drehzahl einer Getriebeeingangswelle auf eine Zieldrehzahl im Zielgang ebenfalls mittels einer Beeinflussung des Antriebsmotors. Der Gangwechsel erfolgt in Abhängigkeit von einem Signal eines Drehzahlsensors für die Getriebeeingangswelle. In diesem Antriebsstrang ist ferner ein Antriebsmotordrehzahlsensor vorgesehen.

In der EP 0 695 665 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Getriebe in Form eines Automatikgetriebes beschrieben. Das Getriebe kann mittels einer automatisierten Kupplung mit einem Antriebsmotor verbunden werden. Bei jedem Gangwechsel des Getriebes wird die Kupplung geöffnet und nach Abschluss des Gangwechsels wieder geschlossen. Dies führt zu einem starken Verschleiß an der Kupplung, insbesondere, wenn der Antriebsstrang in einem Nutzfahrzeug mit großer Fahrzeugmasse und hohen Laufleistungen eingesetzt wird.

In der EP 0 676 566 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Getriebe beschrieben. Das Getriebe kann mittels einer fußkraftbetätigten oder einer automatisierten Kupplung mit einem Antriebsmotor verbunden werden. Bei dem beschriebenen Verfahren werden Gangwechsel des Getriebes von einem Ursprungs- in einen Zielgang bei geschlossener Kupplung durchgeführt. Die Synchronisation einer Drehzahl einer Getriebeeingangswelle auf eine Zieldrehzahl im Zielgang erfolgt mittels einer Beeinflussung des Antriebsmotors. Bei Anforderung einer Hochschaltung, beispielsweise durch den Fahrzeugführer, wird auf Basis von aktuell erfassten Fahrzeugbetriebsbedingungen bestimmt, ob die angeforderte Hochschaltung durchführbar ist. Lediglich durchführbare Gangwechsel werden ausgelöst, Anforderungen für nicht durchführbare Gangwechsel werden abgewandelt oder gelöscht. Damit werden eine Vielzahl von Gangwechseln, welche mit geöffneter Kupplung durchführbar wären, nicht ausgeführt.

Die gattungsfremden JP 01-129892 und die JP 01-136349 betreffen die Bewertung eines abnormalen Wertes eines Getriebeeingangswellensensors eines Planetenautomatikgetriebes mit hydrodynamischen Drehmomentwandler.

Die EP 0 241 216 B1 betrifft ein Verfahren zum Steuern eines automatischen mechanischen Getriebes, bei welchem ein Programm durch Ignorieren eines identifizierten, fehlerhaften Eingangssignals und Verarbeiten der restlichen Eingangssignale entsprechend festgelegter logischer Regeln modifiziert wird.

Die DE 42 37 983 C2 betrifft ein Verfahren zur automatischen Steuerung einer Reibungskupplung. Es ist eine Not-Betriebsart für den Ausfall des Motorsensors vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen zuverlässigen bzw. ausfallsicheren Antriebsstrang zu schaffen.

Gemäß einem Vorteil weist der Antriebsstrang ein Schaltklauengetriebe auf. Ein solches Schaltklauengetriebe ist infolge des Verzichts auf Synchronringe keinem Reibungsverschleiß unterworfen, so dass die als Schaltklauen ausgeführten Schaltelemente zum Einlegen und Auslegen der Gänge langlebig sind.

Erfindungsgemäß erfolgt das Einrücken der beiden Schaltklauenhälften im Gegensatz zu vollkommen unsynchronisierten Schaltklauengetrieben nahezu ruckfrei und damit auch zerstörungssicher, da die Antriebsmotorsteuerung und eventuell eine zusätzliche zentrale Synchronisierung beim Gangwechsel die Drehzahlen der Getriebewellen aneinander angleicht.

Diese Zentralsynchronisierung kann in besonders vorteilhafter Weise derart ausgeführt sein, dass der Antriebsmotor die Drehzahlangleichung ausführt. D.h. beim Hochschalten wird die Antriebswellendrehzahl des Antriebsmotors abgesenkt und beim Rückschalten wird die Antriebswellendrehzahl des Antriebsmotors angehoben. Dazu verfügt der Antriebsmotor über Stellglieder, welche von einer Steuerungseinrichtung angesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung eine Einspritzmenge eines Kraftstoffs, einen Zündzeitpunkt oder den Einsatz von sogenannten Motorbremsen, beispielsweise in Form einer Auspuffklappe oder einer Konstantdrossel, vorgeben. Die Stellglieder des Schaltklauengetriebes und der Kupplung können auch von der genannten Steuerungseinrichtung oder von einer weiteren Steuerungseinrichtung angesteuert werden. Die Steuerungseinrichtungen stehen dabei in Signalverbindung.

Die Steuerungseinrichtung des Schaltklauengetriebes kann in Abhängigkeit von Auswahlregeln und von Fahrzeugparametern und/oder Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs eine Auswahl vornehmen, ob bei einem Gangwechsel die Kupplung geöffnet wird oder geschlossen bleibt.

Wenn Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang des Schaltklauengetriebes mit geschlossener Kupplung durchgeführt werden, erfolgt nach dem Auslegen des Ursprungsgangs, wenn also keine Verbindung mehr zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangswelle des Schaltklauengetriebes besteht, eine Drehzahlangleichung der Getriebeeingangswelle auf eine Zieldrehzahl im Zielgang, der sogenannten Synchrondrehzahl, mittels einer Beeinflussung des Antriebsmotors. Bei Synchrondrehzahl haben Schaltelemente des Zielgangs, welche zum einen mit der Getriebeeingangswelle und zum anderen mit der Getriebeausgangswelle und damit mit angetriebenen Fahrzeugrädern verbunden sind, die selbe Drehzahl. Bei Rückschaltungen wird dazu von der Steuerungseinrichtung des Antriebsmotors eine Drehmoment angefordert, mittels welchem die Drehzahl des Antriebsmotors und damit auch die Drehzahl der Getriebeeingangswelle erhöht wird. Bei Hochschaltungen wird ein sehr geringes oder ein negatives, ein sogenanntes Schubmoment, angefordert, um die Drehzahl der Getriebeeingangswelle zu verringern. Um dies zu unterstützen, können auch die genannten Motorbremsen oder weitere, nicht zur Antriebsmotor gehörende Verzögerungsmittel, beispielsweise eine Getriebebremse, angesteuert werden.

Für die Drehzahlangleichung ist demzufolge die Kenntnis der Getriebeeingangswellendrehzahl notwendig. Dazu ist erfindungsgemäß ein Drehzahlsensor vorgesehen, der einen die Getriebeeingangswellendrehzahl repräsentierenden Wert ermittelt. Dies ist in besonders vorteilhafter Weise ein Drehzahlsensor, der die Drehzahl unmittelbar von der Getriebeeingangswelle abnimmt. Dieser Drehzahlsensor wird auch als Getriebeeingangswellendrehzahlsensor bezeichnet. Ebenso kann der Drehzahlsensor zur Ermittlung der Getriebeeingangswellendrehzahl letztere von einer Kupplungshälfte der Kupplung abnehmen, die unmittelbar mit der Getriebeeingangswelle drehfest oder unter Zwischenfügung eines Torsionsdämpfers gekoppelt ist. Bei einem Vorgelegegetriebe mit einer oder mehreren Konstanten kann der Drehzahlsensor in vorteilhafter Weise auch auf der Vorgelegewelle angeordnet sein, da dann ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Vorgelegewelle und der Getriebeeingangswelle vorhanden ist. Bei einem Vorgelegegetriebe mit mehreren – insbesondere zwei – Konstanten kann die Getriebeeingangswellendrehzahl in Kenntnis der jeweils im Kraftfluss befindlichen Konstanten über einen die Vorgelegewellendrehzahl abnehmenden Drehzahlsensor ermittelt werden. Der Drehzahlsensor kann dabei je nach geometrischen bzw. thermischen Einbauverhältnissen auch auf einer Hauptwelle angeordnet sein, deren Zahnrad mit einem Zahnrad der Hauptwelle kämmt.

Im Fehlerfall, d.h. wenn dieser getriebeseitige Drehzahlsensor

– ausfällt oder
– ein unsinniges Signal liefert

wird vom Steuergerät, dass die Gangwechsel bei geschlossener Kupplung steuert, erfindungsgemäß ein Ersatzsignal herangezogen bzw. generiert. Dieses Ersatzsignal stammt von einem weiteren Drehzahlsensor, der antriebsmotorseitig von der Kupplung liegt. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass bei geschlossener Kupplung die Antriebsmotordrehzahl zumindest näherungsweise gleich der Getriebeeingangswellendrehzahl ist. Ein eventueller Kupplungsschlupf kann dabei durch einen Ausgleichsfaktor kompensiert werden. Dieser Ausgleichsfaktor kann parameterabhängig sein. So kann der Ausgleichsfaktor beispielsweise abhängig von dem Motormoment sein, dass das Motorsteuergerät liefert und/oder der Ausgleichsfaktor ist abhängig von

– der Anpressung oder
– dem Ausrückweg,

der im Steuergerät der automatisierten Kupplung abgelegt ist.

Der weitere Drehzahlsensor für das Ersatzsignal kann insbesondere der Drehzahlsensor des Antriebsmotors sein, der die Antriebsmotordrehzahl vorzugsweise von einem Inkrementrad auf dem Schwungrad der Kurbelwelle abnimmt. Jedoch ist es auch möglich, als weiteren Drehzahlsensor den OT-Sensor zu nehmen, dessen Signalgeber mit halber Kurbelwellendrehzahl dreht und über eine Verdoppelung dieses Sensorsignals über die Zeit die Getriebeeingangswellendrehzahl zu bestimmen. Der OT-Sensor ist dabei kein Drehzahlsensor im eigentlichen Sinne, sondern der Sensor, der für die Steuerung der Antriebsmotorzündung den Oberen Totpunkt unmittelbar oder mittelbar an der Nockenwelle bestimmt. Der OT-Sensor liefert aufgrund der halbierten Drehzahl und der geringeren Anzahl von Inkrementen bzw. Signalgebern zwar einen ungenaueren Wert, als der Drehzahlsensor des Antriebsmotors. Dieser ungenaue Wert ist jedoch für den Fehlerfall des Ausfalls des eigentlichen getriebeseitigen Drehzahlsensors akzeptabel, da der Ausfall angezeigt oder im Fehlerspeicher abgelegt werden kann und beim nächsten routinemäßigen Werkstattbesuch der getriebeseitige Drehzahlsensor gewechselt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, dass der getriebeseitige Drehzahlsensor beim Fehlerfall des antriebsmotorseitigen Drehzahlsensors dessen Funktion übernimmt. So kann beispielsweise beim Fehlerfall des Kurbelwellendrehzahlsensors während der Fahrt mit geschlossener Kupplung bzw. während eines Schaltvorganges mit geschlossener Kupplung der Getriebeeinganswellendrehzahlsensor die Funktion des Kurbelwellendrehzahlsensors übernehmen. Somit erhält die Steuerung des Antriebsmotors, welche grundsätzlich als α-n-Steuerung in Abhängigkeit der Eingangsgrößen

– Lastanforderungssignal, d.h. α und
– Kurbelwellendrehzahl, d.h. n

arbeitet, als Eingangsgröße anstelle der Kurbelwellendrehzahl die Getriebeeingangswellendrehzahl. Ein solches Notlaufprogramm für den Antriebsmotor steuert den Antriebsmotor in vorteilhafter Weise relativ genau.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können Steuerungen bzw. eine Steuerung des Antriebsstranges vorgesehen sein, bei denen jeweils ein Drehzahlsensor für den anderen Drehzahlsensor ein Ersatzsignal und/oder Vergleichssignal zur Fehlerauswertung bereitstellt. D.h.,

– wenn der getriebeseitige Drehzahlsensor ausfällt, liefert der antriebsseitige Drehzahlsensor das Ersatzsignal für den getriebeseitigen Drehzahlsensor und
– wenn der antriebseitige Drehzahlsensor ausfällt, liefert der getriebeseitige Drehzahlsensor das Ersatzsignal für den antriebsseitigen Drehzahlsensor.

Die Fehlerhaftigkeit eines Signals des getriebeseitigen Drehzahlsensors und/oder des antriebsseitigen Drehzahlsensor kann in besonders vorteilhafter Weise über den Vergleich der beiden Drehzahlsensorsignale miteinander erfolgen. Somit kann sowohl ein Fehler des Kurbelwellendrehzahlsensors zur Steuerung des Antriebsmotors als auch ein Fehler des Getriebeeingangswellendrehzahlsensors zur Steuerung der Schaltvorgänge ermittelt werden. Welcher der beiden Drehzahlsensoren bzw. welches Signal der beiden Drehzahlsensoren dabei fehlerhaft ist, kann beispielsweise über einen Vergleich der Signale mit dem Signal des zuvor genannten OT-Sensors erfolgen. Zur Bestimmung der Kurbelwellendrehzahl mittels des OT-Signals muss letzteres von der Steuerungseinrichtung beispielsweise des Antriebsmotors oder des Schaltklauengetriebes über die Zeit betrachtet werden.

Gangwechsel bzw. Schaltvorgänge können sowohl von einem Fahrzeugführer mittels einer geeigneten Betätigungseinrichtung in einem manuellen Modus beispielsweise mit einem Schalthebel, oder in einem Automatikmodus von der Steuerungseinrichtung des Schaltklauengetriebes angefordert werden.

Es können auch Gangwechsel bzw. Schaltvorgänge mit offener Kupplung durchgeführt werden. Bei offener Kupplung kann kein Drehmoment von der Getriebeeingangs- auf die Getriebeausgangswelle übertragen werden. Dazu ist es nicht notwendig, dass ein Betätigungsweg der Kupplung komplett durchfahren wurde.

Damit kann jeder Gangwechsel bzw. Schaltvorgang mit einem bezüglich der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs geeigneten Kupplungszustand durchgeführt werden. Damit ist ein zuverlässiger Betrieb des Antriebsstrangs, bei welchem angeforderte Gangwechsel des Schaltklauengetriebes sicher ausgeführt werden, gewährleistet. Gleichzeitig wird ein geringer Verschleiß an der Kupplung und damit ein kostengünstiger Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.

Außerdem sind bei geöffneter Kupplung so Gangwechsel möglich, bei denen die Drehzahl des Antriebsmotors im Zielgang kleiner als die sogenannte Standgasdrehzahl ist, also die Drehzahl, die sich ohne Eingriff des Fahrzeugführers im Stand im Leerlauf einstellt. Dies kann beispielsweise vor dem Einfahren in eine starke Steigung oder ein starkes Gefälle von Vorteil sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden in einer Zeitspanne

– nach einer Erstinbetriebnahme des Antriebsstrangs und/oder
– nach einem Start des Antriebsmotors und/oder
– bei einer erkannten Fehlfunktion einer Komponente des Antriebsstrangs mit Ausnahme des getriebeseitigen und/oder antriebsseitigen Drehzahlsensors

Gangwechsel mit geöffneter Kupplung durchgeführt. Nach

– einer Erstinbetriebnahme des Antriebsstrangs und/oder
– einem Start des Antriebsmotors

werden insbesondere Hochschaltungen mit geöffneter Kupplung durchgeführt.

Unter einer Erstinbetriebnahme wird dabei die Inbetriebnahme des Antriebsstrangs nach der Herstellung des Kraftfahrzeugs oder die Inbetriebnahme nach einem Tausch eines Elements, beispielsweise des Antriebsmotors, des Antriebsstrangs verstanden. Die Zeitspanne kann dabei fest vorgegeben werden oder nach Erfüllen einiger Bedingungen beendet werden.

Bei einer Erstinbetriebnahme oder nach einem Start des Antriebsmotors sind nicht alle Fahrzeugparameter, welche bei der genannten Auswahl und der genannten Prüfung berücksichtigt werden, bekannt. Beispielsweise können bei einer Erstinbetriebnahme die Verlaufsparameter der Drehzahl des Antriebsmotors unbekannt sein. Diese können dann gemessen und in einer Steuerungseinrichtung abgespeichert werden. Nach einem Motorstart kann sich beispielsweise das Fahrzeuggewicht durch eine geänderte Zuladung sehr stark geändert haben. Dies ist insbesondere bei Nutzfahrzeugen der Fall, bei welchen die Zuladung ein Leergewicht des Fahrzeugs weit übertreffen kann.

Eine Bedingung zum Beenden der genannten Zeitspanne kann beispielsweise sein, dass alle für die Auswahl relevanten Fahrzeugparameter bestimmt sind.

Solange die Fahrzeugparameter nicht bestimmt sind, kann keine gesicherte Auswahl durchgeführt werden. Damit wird in dieser Phase durch Gangwechsel mit offener Kupplung ein gesicherter Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können bei einer erkannten Fehlfunktion einer Komponente des Antriebsstrangs mit Ausnahme des Ausfalls des getriebe seitigen und/oder des antriebsseitigen Drehzahlsensors die Schaltvorgänge ebenfalls mit offener Kupplung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung des Antriebsmotors einen Defekt erkannt haben und daraufhin nur noch einen Notlaufbetrieb des Antriebsmotors gewährleisten. Weiterhin kann beispielsweise eine Motorbremse so schwergängig sein, dass der Betrieb der Motorbremse nicht mehr oder nur sehr eingeschränkt möglich ist.

Das Verhalten der fehlerhaften Komponente bei einem Gangwechsel ist damit nicht mehr vorhersagbar. Somit kann keine gesicherte Prüfung und Auswahl durchgeführt werden. Damit wird bei erkannter Fehlfunktion einer Komponente durch Gangwechsel mit offener Kupplung ein gesicherter Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet.

In Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von Prüfregeln eine Prüfung vor, ob ein angeforderter Gangwechsel bei geschlossener Kupplung durchführbar ist. Die Auswahl, ob die Kupplung bei dem Gangwechsel geöffnet wird oder geschlossen bleibt, ist vom Ergebnis der Prüfung abhängig. Insbesondere werden alle mit geschlossener Kupplung möglichen Gangwechsel auch so ausgeführt. Damit wird eine möglichst große Zahl von Gangwechseln mit geschlossener Kupplung durchgeführt, was zu einem besonders geringen Verschleiß an der Kupplung führt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Prüfung in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern und/oder Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs durchführbar. Fahrzeugparameter des Kraftfahrzeugs beschreiben den allgemeinen Zustand des Kraftfahrzeugs, beispielsweise:

– ein Fahrzeuggewicht,
– ein Luftwiderstandsbeiwert und eine Stirnfläche,
– Rollwiderstandskoeffizienten der Fahrzeugreifen,
– Verlaufsparameter der Drehzahl des Antriebsmotors beim Synchronisieren während eines Gangwechsels, beispielsweise ein maximaler positiver und negativer Gradient oder
– ein Allgemeinzustand der Motorbremsen, beispielsweise leicht- oder schwergängig.

Betriebsgrößen beschreiben den Zustand des Kraftfahrzeugs zu einem bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise wenn ein Gangwechsel angefordert wird. Betriebsgrößen sind beispielsweise:

– die Drehzahl des Antriebsmotors,
– das Drehmoment des Antriebsmotors,
– eine Stellung eines Leistungsanforderungselements, beispielsweise eines Fahrpedals,
– ein Zustand der Motorbremsen, beispielsweise aktiv oder inaktiv,
– der Ursprungsgang.

Die Fahrzeugparameter und die Betriebsgrößen können teilweise direkt mittels weiterer Sensoren erfasst, in besonderen Betriebssituationen gemessen oder mittels geeigneter Berechnungsverfahren aus gemessenen Größen ermittelt werden.

Damit kann das Verhalten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Drehzahl des Antriebsmotors, während eines Gangwechsels, insbesondere für die Zeitspanne, in der die Antriebsmotor nicht mit den Fahrzeugrädern verbunden ist, vorausbestimmt werden. Unter Berücksichtigung dieser Größen kann die Prüfung, ob ein Gangwechsel mit geschlossener Kupplung durchführbar ist, genau erfolgen. Die Gefahr, dass die Prüfung ein falsches Ergebnis liefert, ist damit gering.

Bei der Auswahl, ob ein Gangwechsel mit offener oder geschlossener Kupplung durchgeführt wird, kann damit gewährleistet werden, dass die angeforderten Gangwechsel durchführbar sind.

In Ausgestaltung der Erfindung werden die Auswahl und/oder die Prüfung zumindest in Teilbetriebsbereichen in Abhängigkeit vom Zielgang des Schaltklauengetriebes durchgeführt.

Damit wird die Gefahr, dass die Prüfung, ob ein Gangwechsel mit geschlossener Kupplung durchführbar ist, falsche Ergebnisse liefert, besonders gering.

Beispielsweise wird bei einer Hochschaltung die Drehzahl des Antriebsmotors und damit die Drehzahl der Getriebeeingangswelle mittels des Bremsmoments, welches die Antriebsmotor aufbringt, in Richtung Synchrondrehzahl verzögert. Das Bremsmoment wird aufgebaut, indem nur wenig oder kein Kraftstoff eingespritzt wird. Zusätzlich kann das Bremsmoment durch den Einsatz von Motorbremsen verstärkt werden. Die Synchrondrehzahl ergibt sich aus der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und dem Zielgang unter Berücksichtigung von weiteren Übersetzung, beispielsweise einer Hinterachse, im Antriebsstrang. Damit ändert sich die Synchrondrehzahl bei sich ändernder Fahrzeuggeschwindigkeit. Um die Synchrondrehzahl zu erreichen, muss daher der Gradient der Drehzahl des Antriebsmotors deutlich größer sein, als der Gradient der Synchrondrehzahl. Die Gefahr, dass dies nicht der Fall ist, ist vor allem bei einem hohen Fahrzeuggewicht und damit bei einer starken Verzögerung des Kraftfahrzeugs bei ausgelegtem Gang, d.h. ohne Antriebsmoment, gegeben. Bei einer Prüfung, ob der Gangwechsel mit geschlossener Kupplung durchführbar ist, in Abhängigkeit von den genannten Fahrzeugparametern und/oder Betriebsgrößen, kann eine aus der Fahrzeugmasse bestimmte Verzögerung des Kraftfahrzeugs mit einem maximalen negativen Gradienten der Drehzahl des Antriebsmotors verglichen werden. Somit ist eine genaue Vorausberechnung, ob die vom Zielgang abhängige Synchrondrehzahl erreicht werden und damit die Schaltung mit geschlossener Kupplung durchgeführt werden kann, möglich.

In Ausgestaltung der Erfindung werden die Auswahl und/oder die Prüfung zumindest in Teilbetriebsbereichen in Abhängigkeit von Größen, welche die Umwelt des Kraftfahrzeugs beschreiben, durchgeführt werden. Diese Größen sind beispielsweise:

– Neigung der Fahrbahn,
– Beschaffenheit der Fahrbahn, beispielsweise befestigte Straße, Schotter oder Matsch,
– Umgebungstemperatur,
– geodätische Höhe oder
– Umgebungsdruck.

Diese Größen können teilweise direkt mittels weiterer Sensoren erfasst, in besonderen Betriebssituationen gemessen oder mittels geeigneter Berechnungsverfahren ermittelt werden. Einige Größen, wie beispielsweise Neigung der Fahrbahn, können auch von einem an sich bekannten Navigationssystem mit digitaler Straßenkarte zur Verfügung gestellt werden.

Damit kann die Vorausberechnung des Verhaltens des Kraftfahrzeugs bei einem Gangwechsel und somit auch die genannte Prüfung besonders genau vorgenommen werden.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Fahrzeugparameter veränderbar. Die Fahrzeugparameter können in ausgewählten Betriebsbereichen des Kraftfahrzeugs bestimmt und mit gespeicherten Parametern verglichen werden. Bei Abweichungen können neue Parameterwerte berechnet und gespeichert werden, also eine sogenannte Adaption durchgeführt werden. Die neu gespeicherten Parameterwerte werden dann bei der Auswahl und der Prüfung berücksichtigt.

Es können Parameter adaptiert werden, welche sich sehr schnell ändern können, wie beispielsweise das Fahrzeuggewicht.

Weiterhin können Parameter adaptiert werden, welche sich vor oder bei einer Erstinbetriebnahme nicht exakt festlegen lassen, wie beispielsweise Verlaufsparameter der Drehzahl des Antriebsmotors. Die Verlaufsparameter, beispielsweise die maximalen Gradienten der Drehzahl, sind von Antriebsmotor zu Antriebsmotor verschieden und können sich auch noch über einen längeren Zeitraum hin ändern. Daher müssen aus Sicherheitsgründen als Startwerte für die Adaption ungünstige Werte angenommen werden, beispielsweise nur kleine mögliche Gradienten der Drehzahl des Antriebsmotors. Damit kann die Prüfung fälschlicherweise das Ergebnis liefern, dass ein angeforderter Gangwechsel nicht mit geschlossener Kupplung durchführbar ist, obwohl dies mit den tatsächlichen Fahrzeugparametern möglich wäre. Durch die Adaption nähern sich die gespeicherten Werte immer mehr den tatsächlichen Werten an, so dass immer mehr Schaltungen mit geschlossener Kupplung durchgeführt werden können.

Damit wird ein besonders verschleißarmer Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.

In Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Schaltklauengetriebe über eine von der Steuerungseinrichtung ansteuerbare zentrale Synchronisiereinrichtung, mittels welcher eine Getriebeeingangswelle abgebremst werden kann. Die zentrale Synchronisationseinrichtung ist dabei im Gegensatz zu üblichen Synchronringen mehreren Gängen zugeordnet. Die Steuerungseinrichtung wählt dabei bei Hochschaltungen mit geöffneter Kupplung aus, ob die zentrale Synchronisiereinrichtung angesteuert und damit die Getriebeeingangswelle abgebremst wird oder ob eine Ansteuerung unterbleibt. Die zentrale Synchronisiereinrichtung kann beispielsweise als eine an sich bekannte Getriebebremse ausgeführt sein, welche direkt auf die Getriebeeingangswelle oder auf eine Vorgelegewelle wirkt.

Damit wird gewährleistet, dass die Getriebeeingangswelle bei Hochschaltungen mit geöffneter Kupplung auch bei sich stark ändernder Fahrzeuggeschwindigkeit die Synchrondrehzahl des Zielgangs sicher und schnell erreicht. Damit werden schnelle Hochschaltungen ermöglicht und ein sicherer Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet.

In Ausgestaltung der Erfindung bleibt beim Beginn von Rückschaltungen die Kupplung geschlossen und die Steuerungseinrichtung steuert ein Stellglied zum Auslegen des Ursprungsgangs an. Anschließend ermittelt die Steuerungseinrichtung eine Zeit seit Ansteuerung des Stellglieds und überwacht, ob der Ursprungsgang ausgelegt wird. Ist dies der Fall, so wird der Gangwechsel mit geschlossener Kupplung durchgeführt. Falls die ermittelte Zeit seit Ansteuerung des Stellglieds eine Schwelle überschreitet, ohne dass der Ursprungsgang ausgelegt wurde, öffnet die Steuerungseinrichtung die Kupplung und der Gangwechsel wird mit geöffneter Kupplung durchgeführt.

Um einen Gang auslegen zu können, darf von zugehörigen Schaltelementen, beispielsweise einer Schiebemuffe, kein oder nur ein sehr geringes Drehmoment übertragen werden. Dies kann zum einen dadurch erreicht werden, dass die Kupplung geöffnet wird oder, bei geschlossener Kupplung, das abgegebene Drehmoment des Antriebsmotors gezielt geändert wird. Befindet sich das Kraftfahrzeug im Zugbetrieb, so muss das Drehmoment reduziert werden; im Schubbetrieb ist eine Drehmomenterhöhung notwendig. Ändert sich zum Zeitpunkt des gewünschten Auslegens die Fahrzeuggeschwindigkeit, so muss die Antriebsmotor gegen die aufgezwungene Drehzahländerung der Getriebeausgangs- und Eingangswelle den genannten Zustand am Schaltelement des Ursprungsgangs einstellen. Dies ist nur möglich, wenn die Dynamik des Antriebsmotors größer ist als die Dynamik des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist eine starke Fahrzeugverzögerung bei gleichzeitig angeforderter Rückschaltung diesbezüglich besonders kritisch.

Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren können auch in kritischen Situationen angeforderte Schaltungen sicher durchgeführt werden. Außerdem ist für einen möglichst großen Anteil von Gangwechseln mit geschlossener Kupplung keine genaue Kenntnis der Fahrzeugparameter, der Betriebsgrößen oder der Umweltgrößen notwendig. Somit kann ein verschleißarmer und sicherer Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden, wenn die genannten Größen nicht ermittelbar oder noch nicht ermittelt wurden.

Das Kraftfahrzeug kann in besonders vorteilhafter Weise als Nutzfahrzeug ausgeführt sein. Das Schaltklauengetriebe kann in vorteilhafter Weise über ein Vorschaltgetriebe, beispielsweise eine Splitgruppe, und ein Nachschaltgetriebe, beispielsweise eine Rangegruppe, verfügen.

In besonders vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass im Falle, dass einmal die Fehlerhaftigkeit des Signals des Getriebeeinganswellendrehzahlsensors festgestellt ist, ab dann nur noch mit geschlossener Kupplung geschaltet wird. Somit wird sichergestellt, dass Gangwechsel in Kenntnis der Getriebeeinganswellendrehzahl erfolgen. Es wird erst dann das Steuergerät der Kupplung zurückgesetzt, wenn der Getriebeeinganswellendrehzahlsensor wieder funktionsfähig ist.

Unteranspruch 5 ist besonders vorteilhaft in Kombination mit Patentanspruch 4.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltklauengetriebe in einer schematischen Darstellung,

2 ein Ablaufdiagramm eines Gangwechsels,

3a, 3b jeweils ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs bei einer Hochschaltung des Schaltklauengetriebes und

4 ein Ablaufdiagramm einer Rückschaltung in einer zweiten Ausführungsform.

Gemäß 1 weist ein Antriebsstrang 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs einen Antriebsmotor 14 auf, welcher von einer Steuerungseinrichtung 16 angesteuert wird. Die Steuerungseinrichtung 16 steht mit nicht dargestellten Stellgliedern, beispielsweise für eine nicht dargestellte Auspuffklappe des Antriebsmotors 14, in Signalverbindung. Damit kann die Steuerungseinrichtung 16 Stellgrößen an die Stellglieder des Antriebsmotors 14 senden. Außerdem steht die Steuerungseinrichtung 16 in Signalverbindung mit nur teilweise dargestellten Sensoren. Zu diesen Sensoren gehören unter anderem

– ein Kurbelwellendrehzahlsensor 100 einer Kurbelwelle 13,
– ein Temperatursensor 101, mittels welchem die Öl-/Wassertemperatur des Antriebsmotors 14 erfassbar ist und
– ein OT-Sensor 102, mittels welchem der Obere Totpunkt des jeweiligen Kolbens für den Zündzeitpunkt ermittelbar ist.

Der Kurbelwellendrehzahlsensor 100 ist ein Hall-Sensor oder alternativ ein magnetoresistiver Sensor, der an einem Inkrementrad 103 sehr genau die Drehzahl der Kurbelwelle 13 sensiert. Die Drehzahl an diesem Kurbelwellendrehzahlsensor 100 wird programmtechnisch durch die Variable S₂ erfasst. Der OT-Sensor 102 ist ein Hall-Sensor oder alternativ ein magnetoresistiver Sensor, der an einem Inkrementrad 104 eher ungenau die Stellung einer Nockenwelle 105 sensiert. Der Unterschied in der Genauigkeit der Messung liegt darin begründet, dass die Kurbelwelle 13 bzw. deren Inkrementrad 103 bei einem Viertaktmotor mit der doppelten Drehzahl rotiert, wie die Nockenwelle 105 bzw. deren Inkrementrad 104. Wird von der Steuerungseinrichtung die Stellung der Nockenwelle 105 über die Zeit ermittelt, so ergibt sich im Steuergerät 16 eine Nockenwellendrehzahl bzw. über eine Verdopplung dieser Nockenwellendrehzahl die Drehzahl der Kurbelwelle 13.
Die Kurbelwelle 13 ist über einen nicht näher dargestellten Kurbelwellenflansch drehfest mit einer Primärhälfte 106 einer Reibungskupplung 12 verbunden, welche auch die Schwungmasse des Antriebsmotors 14 bildet. Diese Primärhälfte 106 ist reibschlüssig koppelbar mit einer Sekundärhälfte 107 der Reibungskupplung 12.
Die Reibungskupplung 12 ist axial zwischen der Kurbelwelle 13 und einer Getriebeeingangswelle 11 eines automatisierten synchronringfreien Schaltklauengetriebes 19 angeordnet. Die Kupplung 12 und das Schaltklauengetriebe 19 werden von einer Steuerungseinrichtung 49 angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 49 steht in Signalverbindung mit

– einem Stellglied 110 der Kupplung 12,
– einem Getriebeeingangswellendrehzahlsensors 108, mit welchem die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 11 erfassbar ist und
– nicht dargestellten Sensoren der Kupplung 12 und des Schaltklauengetriebes 19.

Damit kann die Steuerungseinrichtung 49 die Kupplung 12 öffnen oder schließen und Gangwechsel im Schaltklauengetriebe 19 durchführen. Ein vom Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108 ständig ermittelter Wert für die Getriebeeinganswellendrehzahl wird unter der Variable S₁ ständig aktualisiert im Steuergerät 49 abgelegt. Mittels weiterer nicht näher dargestellter Sensoren sind Betriebsgrößen wie die Temperatur der Kupplung 12 und des Getriebeöls des Schaltklauengetriebes 19 erfassbar. Außerdem steht die Steuerungseinrichtung 49 in Signalverbindung mit der Steuerungseinrichtung 16, wodurch ein Austausch von Daten, beispielsweise von Betriebsgrößen des Antriebsmotors 14 oder des Schaltklauengetriebes 19, sowie eine Anforderung von Drehzahländerungen des Antriebsmotors 14, welche dann von der Steuerungseinrichtung 16 umgesetzt werden, möglich sind. Insbesondere kann das Steuergerät 16 die Drehzahl der Kurbelwelle 13 an die Steuereinrichtung 49 weitergeben. Diese Drehzahl der Kurbelwelle 13 wird mittels des Drehzahlsensors 103 erfasst. Wenn dessen Signal unplausibel bzw. sogar nicht vorhanden ist, wird die Kurbelwellendrehzahl in einem Notlaufprogramm vom Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108 vorgegeben. Die Steuerungseinrichtung 49 ist außerdem mit einer Bedieneinheit 51 verbunden, mittels welcher ein Fahrzeugführer Gangwechsel des Schaltklauengetriebes 19 anfordern kann. Alternativ dazu können Gangwechsel von einem Ursprungs- in einen Zielgang auch in vollautomatisierter Weise von der Steuerungseinrichtung 49 ausgelöst werden. Die Ermittlung des Zielgangs ist dabei unter anderem von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und einem Betätigungsgrad eines Fahrpedals durch den Fahrzeugführer abhängig.
Das Schaltklauengetriebe 19 ist als ein sogenanntes Zwei-Gruppengetriebe ausgeführt. Drehfest verbunden mit der Getriebeeingangswelle 11 ist ein Vorschaltgetriebe in Form einer Splitgruppe 17 angeordnet. Der Splitgruppe 17 nachgeordnet ist ein Hauptgetriebe 18. Somit sind bei dem Schaltklauengetriebe 19 axial aufeinander folgend

– die Getriebeeingangswelle 11,
– eine mittlere Hauptwelle 400 und
– die zweite Hauptwelle 29

400

11

29

Mittels der Splitgruppe 17 kann die Getriebeeingangswelle 11 über zwei verschiedene Zahnradpaarungen 20a, 21a mit einer parallel zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten Vorgelegewelle 22 in Wirkverbindung gebracht werden. Dazu umfasst die vordere Zahnradstufe 20a

– eine Festrad 20b, welches drehfest und koaxial am vorderen Ende der Vorgelegewelle 22 angeordnet ist und
– ein Losrad 20c, welches drehbar und koaxial zur Getriebeeinganswelle 11 in der Ebene des Festrades 20b mit letzterem im verzahnten Eingriff angeordnet ist.

Die hintere Zahnradstufe 21a umfasst hingegen

– ein Festrad 21b, welches drehfest und koaxial auf der Vorgelegewelle 22 hinter dem Festrad 20b angeordnet ist und
– ein Festrad 21c, welches drehfest und koaxial zur mittleren Hauptwelle 400 in der Ebene des Festrades 21b mit letzterem im verzahnten Eingriff angeordnet ist.

Die beiden Zahnradpaarungen 20a, 21a weisen eine unterschiedliche Übersetzung auf. Die Übersetzung der jeweiligen Zahnradpaarung 20a, 21a wird ausgewählt,

– indem eine Schiebemuffe 41 aus einer Neutralstellung axial nach vorne geschoben wird, um eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 11 und dem Losrad 20c der vorderen Zahnradpaarung 20a oder
– indem die Schiebemuffe 41 aus der Neutralstellung axial nach hinten geschoben wird, um eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 11 und der mittleren Hauptwelle 400 bzw. dem Losrad 21c herzustellen.

Auf der Vorgelegewelle 22 sind ferner drehfest Festräder 23, 24, 25 für den 3., 2. und 1. Gang des Hauptgetriebes 18 angeordnet. Die Festräder 23, 24, 25 kämmen jeweils mit zugehörigen Losrädern 26, 27, 28, welche drehbar auf der koaxial zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten zweiten Hauptwelle 29 angeordnet sind. Das Losrad 26 kann mittels einer Schiebemuffe 30, die Losräder 27 und 28 mittels einer Schiebemuffe 31 verdrehfest und formschlüssig mit der zweiten Hauptwelle 29 verbunden werden.
An der Vorgelegewelle 22 ist eine Synchronisiereinrichtung in Form einer Getriebebremse 52 angeordnet, welche von der Steuerungseinrichtung 49 ansteuerbar ist. Mittels der Getriebebremse 52 kann die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 und damit auch die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 11 gezielt verringert werden.
Die Schiebemuffe 41 der Splitgruppe 17 und die Schiebemuffen 30, 31, 39 des Hauptgetriebes 18 sind jeweils mit Schaltstangen 42, 43, 44, 45 betätigbar. Damit kann eine formschlüssige Verbindung zwischen zugehörigen Schaltelementen mit Schaltklauen und der zweiten Hauptwelle 29 hergestellt oder unterbrochen werden. Die Schaltstangen 42, 43, 44, 45 können mit einem Stellglied in Form eines xy-Stellers 48a, 48b, welcher von der Steuerungseinrichtung 49 angesteuert wird, betätigt werden. Wenn kein Gang im Schaltklauengetriebe 19 eingelegt ist, also kein Losrad formschlüssig mit der zweiten Hauptwelle 29 verbunden ist, dann befindet sich das Schaltklauengetriebe 19 in einer sogenannten Neutralstellung.
Von der zweiten Hauptwelle 29 wird das gewandelte Drehmoment und die Drehzahl des Antriebsmotors 14 mittels einer angeflanschten Antriebswelle 32 an ein Achsgetriebe 33 übertragen, welches bei ausgewogenem Drehmoment die Drehzahl über ein Differential in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen über zwei Abtriebswellen 34, 35 an Antriebsräder 36, 37 überträgt.
Bei einem Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang muss zuerst der Ursprungsgang ausgelegt werden. Da das Schaltklauengetriebe 19 als ein Getriebe ohne Synchronringe ausgeführt ist, muss zumindest bei Rückschaltungen, um den Zielgang einlegen zu können, die Vorgelegewelle 22 und damit auch die Eingangswelle 11 mittels des Antriebsmotors 14 bei geschlossener Kupplung 12 ungefähr auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs eingestellt werden. Die Synchrondrehzahl ist erreicht, wenn das Losrad des Zielgangs und die zweite Hauptwelle 29 zumindest näherungsweise die selbe Drehzahl aufweisen. Bei Hochschaltungen mit geöffneter Kupplung 12 kann die Vorgelegewelle 22 mittels der Getriebebremse 52 abgebremst und damit die Eingangswelle 11 synchronisiert werden.
Das Auslegen des Ursprungsgangs kann entweder bei geschlossener oder geöffneter Kupplung durchgeführt werden. Ein häufiges Öffnen und Schließen der Kupplung 12 führt dabei zu einem starken Verschleiß und damit zu hohen Kosten für einen Tausch der Kupplung und Ausfall des Kraftfahrzeugs während des Tauschs. Deshalb ist es das Ziel, einen möglichst hohen Anteil der Gangwechsel mit geschlossener Kupplung durchzuführen.
Dazu wird von der Steuerungseinrichtung 49, wie im Ablaufdiagramm in 2 dargestellt, nach einer Schaltanforderung gemäß Block 60 im nachfolgenden Block 200 eine Variable S_aktiv auf den S₁ gesetzt, so dass ab diesem Zeitpunkt die ständig aktualisierte Getriebeeingangswellendrehzahl mittels des Getriebeeingangswellendrehzahlsensors 108 erfasst wird. In der nachfolgenden Verzweigung 61 geprüft, ob keine Erstinbetriebnahme des Antriebsstrangs 10 vorliegt und ob eine Zeitspanne nach einem Start des Antriebsmotors 14 abgelaufen ist. Fällt die Prüfung positiv aus, so wird im Block 62 geprüft, ob unter der ständig aktualisierten Variable S_aktiv

– ein fehlerhafter,
– ein unplausibler oder
– überhaupt kein

Wert abgelegt wird. Fällt diese Überprüfung des Signals des Getriebewellendrehzahlsensors 108 positiv aus, liegt ein Fehler vor, so dass ab dem nächsten Block 201 das Signal für die Variable S_aktiv dem Kurbelwellendrehzahlsensor 100 entnommen wird, wobei S₂ unter der Variablen S_aktiv abgelegt wird.
Fällt hingegen die Überprüfung in der Verzweigung 62 negativ aus, so dass die Variable S_aktiv einen plausiblen Wert hat, wird der Block 201 übersprungen und es wird in der Verzweigung 202 überprüft, ob

– an einer weiteren Komponente des Antriebsstrangs 10 eine Fehlfunktion bzw.
– an einem weiteren Sensor ein fehlerhaftes Signal

16

49

63

12

11

14

11

64

12

14

16

14

_aktiv

11

14

65

Fällt die Prüfung in der Verzweigung 202 positiv oder in der Verzweigung 61 oder 63 negativ aus, d.h. es

–liegt also eine Erstinbetriebnahme vor oder eine Zeitschwelle nach Start des Antriebsmotors 14 ist noch nicht abgelaufen, oder
– wurde bei einer Komponente des Antriebsstrangs 10 bzw. einem Sensor eine Fehlfunktion festgestellt oder
– ist die Schaltung nicht mit geschlossener Kupplung 12 durchführbar,

66

12

49

67

68

63

52

22

11

69

52

Fällt die Prüfung in Verzweigung 67 oder 68 negativ aus, es soll also eine Rückschaltung oder eine Hochschaltung ohne Aktivierung der Getriebebremse 52 ausgeführt werden, so wird Block 70 die Schaltung in an sich bekannter Weise ohne Aktivierung der Getriebebremse 52 ausgeführt.
Anschließend an die Blöcke 69 oder 70, wenn also der Zielgang eingelegt ist, wird in Block 71 die Kupplung 12 wieder geschlossen und an des Antriebsmotors 14 wieder das vom Fahrzeugführer vorgegebene Drehmoment eingestellt. Damit ist ebenfalls in Block 65 die Schaltung abgeschlossen.
Das Verfahren kann auch ohne die Verzweigungen 61 und/oder 202 durchgeführt werden.
In den 3a und 3b ist der zeitliche Verlauf von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs bei einer Hochschaltung des Schaltklauengetriebes 19 von einem Ursprungs- in einen Zielgang dargestellt. Mittels dieser Verläufe wird die Durchführbarkeit von Hochschaltungen bei geschlossener Kupplung näher erläutert.
In den 3a und 3b sind auf Abszissen 80a, 80b die Zeit, auf Ordinaten 81a, 81b eine Drehzahl bzw. ein Kupplungsstatus aufgetragen.
In einer Phase a1 in 3a ist der Ursprungsgang noch eingelegt. Die Antriebsmotor 14 gibt ein konstantes Drehmoment ab und das Kraftfahrzeug beschleunigt, so dass die mittels Linie 82a dargestellte Drehzahl des Antriebsmotors 14 ansteigt. Zum Zeitpunkt 83a fordert der Fahrzeugführer mittels der Bedieneinheit 51 eine Hochschaltung an. In der Phase b1 verringert der Antriebsmotor 14 das abgegebene Drehmoment (nicht dargestellt), damit der Ursprungsgang ausgelegt werden kann. Dies bewirkt eine Schwankung der Drehzahl des Antriebsmotors 14 in der Phase b1. Am Ende der Phase b1, zum Zeitpunkt 84a ist der Ursprungsgang ausgelegt, das Schaltklauengetriebe 19 befindet sich damit in einer Neutralstellung. In der Phase c1 sinkt die Drehzahl des Antriebsmotors 14 aufgrund der Motorbremswirkung ab.
Die Synchrondrehzahl des Zielgangs ist wie beschrieben proportional zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Die Linien 85a und 86a zeigen den Verlauf der Synchrondrehzahl in zwei verschiedenen Fällen. Im ersten mittels Linie 85a dargestellten Fall sinkt die Synchrondrehzahl nur langsam ab. Dies kann beispielsweise darin begründet sein, dass die Fahrbahn leicht abschüssig ist. Zum Zeitpunkt 87a erreicht die Drehzahl des Antriebsmotors 14 die Synchrondrehzahl, was dadurch dargestellt ist, dass sich die Linien 82a und 85a treffen. Damit kann der Zielgang eingelegt und das vom Fahrzeugführer angeforderte Drehmoment eingestellt werden. Die Schaltung ist damit abgeschlossen und das Kraftfahrzeug beschleunigt wieder, die Drehzahl des Antriebsmotors 14 steigt in der Phase d1 wieder an. Die Kupplung 12 bleibt dabei während des gesamten Schaltvorgangs geschlossen, wie anhand von Linie 88a im Zustand 1 zu sehen ist.
Der zweite Fall ist anhand von Linie 86a dargestellt. In diesem zweiten Fall sinkt die Synchrondrehzahl sehr stark ab. Dies kann beispielsweise darin begründet sein, dass die Fahrbahn ansteigt und/oder das Fahrzeug stark beladen ist und/oder der Fahrbahnuntergrund sehr weich ist. Die Synchrondrehzahl fällt schneller ab als die Drehzahl des Antriebsmotors 14. Damit kann die Drehzahl des Antriebsmotors 14 die Synchrondrehzahl nicht erreichen, der Zielgang kann nicht eingelegt werden. Damit kann die Schaltung nicht mit geschlossener Kupplung 12 durchgeführt werden.
Bei der Prüfung, ob die Schaltung mit geschlossener Kupplung 12 durchgeführt werden kann – Verzweigung 63 in 2 -, werden diese Verläufe der Drehzahlen vorausberechnet und geprüft, ob die Drehzahl des Antriebsmotors 14 die Synchrondrehzahl erreicht oder nicht. Falls dies nicht der Fall ist, kann die Schaltung nicht mit geschlossener Kupplung 12 durchgeführt werden.
In 3b ist noch einmal der zweite Fall dargestellt, mit dem Unterschied, dass bei dem dargestellten Gangwechsel die Kupplung 12 geöffnet wird. In der Phase a2 ist die Kupplung 12 geschlossen, was durch Linie 88b im Zustand 1 dargestellt ist. Mit der Schaltanforderung zum Zeitpunkt 83b wird der Verlauf der Drehzahlen vorausberechnet und festgestellt, dass die Schaltung nur mit geöffneter Kupplung 12 ausgeführt werden kann. Demzufolge wird die Kupplung 12 sofort geöffnet, so dass diese sich im Zustand 0 befindet. In der Phase b2 wird der Ursprungsgang ausgelegt und in der Phase c2 wird die mittels Linie 82b dargestellte Drehzahl des Antriebsmotors 14 mittels der Getriebebremse 52 abgebremst. Damit erreicht zum Zeitpunkt 87b die Drehzahl des Antriebsmotors 14 die Synchrondrehzahl, der Zielgang kann eingelegt und die Kupplung 12 geschlossen werden. Die Schaltung ist damit abgeschlossen und das Kraftfahrzeug beschleunigt in der Phase d2 wieder. Die Schaltung kann damit mit geöffneter Kupplung durchgeführt werden.
In 4 ist ein Ablaufdiagramm einer Rückschaltung entsprechend einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Nach einer Rückschaltanforderung gemäß Block 90 wird in Block 91 das abgegebene Drehmoment des Antriebsmotors 14 wie bei einer Schaltung mit geschlossener Kupplung 12 verändert, so dass der Ursprungsgang auslegbar sein müsste. Im folgenden Block 92 wird der xy-Steller 48a, 48b zum Auslegen des Ursprungsgangs angesteuert. Anschließend wird im Block 93 geprüft, ob der Ursprungsgang ausgelegt wurde. Ist dies der Fall so wird in der Verzweigung 94 abgefragt, ob das vom Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108 kommende Signal, welches unter der Variablen S₁ ständig aktualisiert abgelegt wird, korrekt bzw. plausibel bzw. überhaupt vorhanden ist.
Ist dies der Fall, so nimmt gemäß Block 300 die Variable S_aktiv in ständig akualisierter Weise den Wert der Variablen S₁ an, deren Wert mittels des Signals des Getriebeeingangswellendrehzahlsensors 108 gebildet wird.
Ist dies nicht der Fall – d.h. es liegt ein Fehler vor – so nimmt gemäß Block 301 die Variable S_aktiv in ständig akualisierter Weise den Wert der Variablen S₂ an, deren Wert mittels des Signals des Kurbelwellendrehzahlsensors 100 gebildet wird.
Im Anschluss an die im Block 300 bzw. 301 durchgeführte Auswahl des Drehzahlsensors wird im Block 302 die Schaltung mit geschlossener Kupplung in Abhängigkeit von der Variablen Sakti_v durchgeführt. Nach durchgeführter Rückschalung ist der Ablauf im Block 95 beendet. Falls die Prüfung in Block 93 negativ ausfällt, der Ursprungsgang also nicht ausgelegt wurde, wird im Block 96 geprüft, ob die Zeit seit Ansteuerung des xy-Stellers 48a, 48b eine Schwelle überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, so wird der Block 93 wiederholt. Ist die Schwelle in Block 96 überschritten, so wird in Block 97 die Kupplung geöffnet, in Block 98 die Schaltung mit geöffneter Kupplung durchgeführt und in Block 99 die Kupplung wieder geschlossen. Damit ist die Schaltung ebenso im Block 95 abgeschlossen.
Die genannte Zeitschwelle im Block 96 kann dabei von Fahrzeugparametern des Kraftfahrzeugs, beispielsweise dem Fahrzeuggewicht, und/oder von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Drehzahl des Antriebsmotors 14, und/oder von Größen, welche die Umwelt des Kraftfahrzeugs beschreiben, beispielsweise der Neigung der Fahrbahn, abhängig sein.
Das in 4 dargestellte Verfahren wird durchgeführt, wenn der Gangwechsel bei geschlossener Kupplung durchgeführt werden soll.
Das zuvor beschriebene Auftreten eines Fehlers beim Signal des Getriebeeingangswellendrehzahlsensors 108 kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass bei geschlossener Kupplung 12 das Signal des Kurbelwellendrehzahlsensors 100 mit dem Signal des Getriebeeingangswellendrehzahlsensors 108 verglichen wird. Weichen die beiden Signale über einen Toleranzwert voneinander ab, so liegt entweder am Kurbelwellendrehzahlsensor 100 oder am Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108 ein Fehler vor. Über einen Vergleich des jeweiligen Signals beispielsweise mit dem Signal des OT-Sensors über die Zeit lässt sich ermitteln, ob der Getriebeeinganswellendrehzahlsensor 108 oder der Kurbelwellendrehzahlsensor 100 ein fehlerhaftes Signal liefert.
Das Auftreten eines Fehler ist im Fall des kompletten Ausfalls eines Sensor auch ohne Vergleich mit einem anderen Sensor ermittelbar.
Die genannte Schwelle kann von Fahrzeugparametern des Kraftfahrzeugs und/oder von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs und/oder von Größen, welche die Umwelt des Kraftfahrzeugs beschreiben, abhängig sein.
Anstelle der beiden Steuerungseinrichtungen 16, 49 für den Antriebsmotor und die Schaltvorgänge kann ein gemeinsames Steuergerät vorgesehen sein. Anstelle eines gemeinsame Steuergerät, welches die beiden letztgenannten Steuereinrichtungen ersetzt, kann aber auch ein übergeordnetes Steuergerät vorgesehen sein, welches die Steuereinrichtungen des Antriebsmotors und des Schaltklauengetriebes koordiniert. Ein solches Steuergerät kann als Antriebsstrangmanager ausgelegt sein, welcher die Leistungsanforderung des Fahrzeugführers in eine Optimierung aus

– Antriebsmotormoment
– Antriebsmotordrehzahl
- Getriebegang, d.h. Übersetzungsverhältnis im Getriebe

In 1 ist zusätzlich eine alternative Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Dabei ist anstelle des Getriebe eingangswellendrehzahlsensors 108 ein schraffiert dargestellter Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108b vorgesehen, welcher die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 11 nicht unmittelbar an der Getriebeeingangswelle 11 abnimmt. Stattdessen wird die Drehzahl der mittleren Hauptwelle 400 vom Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108b sensiert. Diese Drehzahl wird über eine nicht näher dargestellte Datenübertragungsleitung an das Steuergerät 49 übertragen. Dem Steuergerät 49 sind die aktuellen Stellungen des xy-Stellers 48a, 48b bekannt, so dass auch die aktuellen Stellungen der Schiebemuffen 41, 30, 31, 39 dem Steuergerät 49 bekannt sind. Stellt die Schiebemuffe 41 eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebeeinganswelle 11 und der mittleren Zwischenwelle 400 her, so ist die am Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108b sensierte Drehzahl gleich der Getriebeeingangswellendrehzahl. Stellt die Schiebemuffe 41 hingegen eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebeeinganswelle 11 und dem Losrad 20c der Zahnradpaarung 20a her, so ermittelt das Steuergerät 49 anhand

– der am Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108b sensierten Drehzahl und
– der bekannten Übersetzungsverhältnisse der beiden Zahnradpaarungen 20a, 21a

In einer weiteren Ausgestaltungsalternative des Verfahrens zur Steuerung eines Schaltvorganges werden ab dem Zeitpunkt, ab dem

– ein fehlerhafter
– ein unplausibler oder
– überhaupt kein

Wert vom Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108 bzw. 108b geliefert wird, jeder Gangwechsel mit geschlossener Kupplung durchgeführt. Es sind verschiedene Alternativen möglich, wann diese Unterdrückung von Gangwechseln mit offener Kupplung 12 beendet bzw. zurückgesetzt wird. In einer Alternative kann diese Unterdrückung von Gangwechseln mit geöffneter Kupplung 12 dann zurückgesetzt werden, wenn der Antriebsmotor 14 abgestellt und im Anschluss wieder angelassen wurde. In einer weiteren Alternative kann diese Unterdrückung von Gangwechseln mit geöffneter Kupplung 12 ausschließlich manuell über ein bidirektionales Diagnose- und/oder Applikationsgerät zurückgesetzt werden. Dabei schließt ein Fachmann aus der Werkstatt dieses Diagnose- und/oder Applikationsgerät an einen Diagnosestecker des Steuergerätes 49 an und bekommt in der Anzeige des Diagnosegerätes angezeigt, dass der vom Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108 bzw. 108b geliefert Wert fehlerhaft ist. Im Anschluss kann der Fehler beispielsweise mittels Säuberung eines Steckkontaktes oder Wechsel des Getriebeeingangswellendrehzahlsensor 108 bzw. 108b repariert werden. Im Anschluss wird der Fehlerspeicher mittels des bidirektionalen Diagnose- und/oder Applikationsgerät geleert, so dass die Unterdrückung von Gangwechseln mit geöffneter Kupplung 12 beendet bzw. zurückgesetzt ist.
Anstelle die beiden Schaltklauenhälften des Schaltklauengetriebes bei Drehzahlgleichheit einzurücken, kann bei der Erfindung auch ein Schaltverfahren Anwendung finden, bei welchem die Schaltklauenhälften bei einer Drehzahldifferenz eingerückt werden. Ein solches Schaltverfahren lässt sich besonders gut mit einer bestimmten Schaltklauengeometrie durchführen und ist beispielsweise in der DE 197 17 042 C2 beschrieben. Letztere Patentschrift soll mit deren Inhalt hiermit als in dieser Anmeldung aufgenommen gelten.
Anstelle einer Getriebebremse zum Abbremsen der Vorgelegewelle sind auch andere Vorrichtungen bzw. Steuerungsverfahren denkbar. Insbesondere antriebsmotorseitige Maßnahmen, wie eine Konstantdrossel oder eine Abgasdrossel können bei einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang Anwendung finden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Antriebsstrang mit einer Antriebswelle (13) die mittels einer automatisierten Kupplung (12) mit einer Getriebeeingangswelle (11) eines automatisierten Schaltklauengetriebes (19) kuppelbar ist, wobei Schaltvorgänge bei geschlossener Kupplung in Abhängigkeit von einem eine Getriebeeingangswellendrehzahl repräsentierenden Wert (S₁) ausführbar sind, der von einem getriebeseitigen Sensor (108) ermittelbar ist wobei ferner ein antriebsseitiger Sensor (100 oder 102) vorgesehen ist, der einen eine Antriebeswellendrehzahl repräsentierenden Wert (S₂) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall des Signals des einen Sensors (108 bzw. 100/102) der andere Sensor (100/102 bzw. 108) ein Ersatzsignal bildet.
Antriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall des getriebeseitigen Sensors (108) der Wert des antriebsseitigen Sensors (100 oder 102) ein Ersatzsignal für den die Getriebeeingangswellendrehzahl repräsentierenden Wert (S₂) bereitstellt, so dass Schaltvorgänge in Abhängigkeit von dem Ersatzsignal des antriebsseitigen Sensors (100 oder 102) durchführbar sind.
Antriebsstrang nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der antriebsseitige Sensor ein Kurbelwellendrehzahlsensor (100) ist und in dessen Fehlerfall der Wert des getriebeseitigen Sensors (108) ein Ersatzsignal für den die Kurbelwellendrehzahl repräsentierenden Wert (S₂) bereitstellt, so dass eine Antriebsmotorsteuerung (16) die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Antriebswelle (13) in Abhängigkeit von dem Ersatzsignal des getriebeseitigen Sensors (108) steuert.
Verfahren zur Steuerung eines Schaltvorganges eines automatisierten Schaltklauengetriebes (19), in welches ein Antriebsmoment einer Antriebswelle (13) über eine automatisierte Kupplung (12) eingeleitet wird, wobei Schaltvorgänge bei geschlossener Kupplung (12) in Abhängigkeit von einem die Getriebeeingangswellendrehzahl repräsentierenden Wert (S₁) erfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass bei fehlerhaftem Wert (S₁) ersatzweise ein weiterer Wert (S₂) bereitgestellt wird, der eine Antriebswellendrehzahl repräsentiert.
Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler des Wertes mittels Vergleich der beiden Werte (S₁ und S₂) festgestellt wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei fehlerhaftem Wert (S₁) Schaltvorgänge ausschließlich mit geschlossener Kupplung (12) durchgeführt werden, bis ein im Fehlerspeicher eines Steuergerätes (49 bzw. 16) gesetzter Fehler zurückgesetzt wird.