Die DE 100 08 665 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung von Antriebssystemen eines Kraftfahrzeugs, bei welchem, beispielsweise mittels einer Kamera erfasste, vorausschauende Größen verwendet werden, um auf ein fremdkraftbetätigtes Getriebe in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einzugreifen. Damit wird eine vorausschauende Schaltstrategie für das Getriebe realisiert. Somit wird der einzulegende Gang, also der Zeitpunkt für einen Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang, in Abhängigkeit von Signalen der Kamera festgelegt.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mittels welchem Gangwechsel des Getriebes besonders komfortabel und sicher ablaufen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung von Komponenten des Antriebsstrangs, wie beispielsweise dem Getriebe, einer Antriebsmaschine, einer automatisierten Kupplung zwischen Antriebsmaschine und Getriebe oder einer Wandlerüber- brückungskupplung, steht in Signalverbindung mit einer Kamera, mittels welcher Informationen über die Umgebung vor dem Kraftfahrzeug erfassbar sind. Die Kamera kann beispielsweise als eine digitale Kamera, vergleichbar mit einer bekannten Videokamera, eine Infrarotkamera, als ein Sender und Empfänger von Radarsignalen oder ein vergleichbares System zur Erfassung von Informationen über die Umgebung ausgeführt sein. Die Signale der Kamera können auch für andere Zwecke, wie beispielsweise für ein System, welches einen Fahrzeugführer unterstützt, das Kraftfahrzeug auf der Fahrspur zu halten, verwendet werden. Die Signale der Kamera können von einer weiteren Steuerungseinrichtung aufbereitet und ausgewertet werden, so dass der Steuerungseinrichtung des Antriebsstrangs schon vorverarbeitete Signale zur Verfügung gestellt werden. Die Steuerungseinrichtung des Antriebsstrangs steht damit zumindest mittelbar mit der Kamera in Signalverbindung.

Erfindungsgemäß steuert die Steuerungseinrichtung die Komponenten des Antriebsstrangs bei einem Gangwechsel von einem Ursprungsgang in einen Zielgang des Getriebes in Abhängigkeit von Signalen der Kamera an. Damit ist ein Ablauf des Gangwechsels von Signalen der Kamera abhängig.

Das Getriebe kann beispielsweise als ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe, ein Automatikgetriebe in Planetenbauweise oder ein stufenloses Getriebe ausgeführt sein. Im Falle eines stufenlosen Getriebes entspricht ein Gangwechsel des Getriebes einer Änderung der Übersetzung des Getriebes.

Die Komponenten des Antriebsstrangs werden von Stellgliedern, welche von der Steuerungseinrichtung angesteuert werden, betätigt. Beispielsweise verfügt das Getriebe über hydraulische, pneumatische oder elektrische Stellglieder, mittels welchen der Gangwechsel im Getriebe durchgeführt wird. Ein abgegebenes Drehmoment der Antriebsmaschine kann beispielsweise mit einer Änderung einer Drosselklappenstellung durch einen Drosselklappensteller oder eine Änderung einer Kraftstoffeinspritzmenge durch ein Einspritzventil verändert werden.

Mittels der Kamera ist es möglich, einen Verlauf der Fahrbahn, auf welcher sich das Kraftfahrzeug bewegt, vorausschauend zu ermitteln. Beispielsweise kann eine Kurve, eine Steigung oder ein Gefälle oder eine Beschaffenheit der Fahrbahn erkannt werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft möglich, den Gangwechsel vorausschauend so durchzuführen, dass er auf den Verlauf der Fahrbahn optimal abgestimmt ist. Damit können Gangwechsel besonders komfortabel und mit einem möglichst geringen Verschleiß an den am Gangwechsel beteiligten Komponenten durchgeführt werden.

Beispielsweise sind Stellglieder und die Reaktionen auf Änderungen der Stellglieder immer mit einer gewissen Reaktions-oder Totzeit behaftet. Wenn die Ansteuerung der Stellglieder beispielsweise erst als Reaktion auf eine aktuell vorliegende Steigung der Fahrbahn erfolgt, so wirkt sich die Ansteuerung der Stellglieder zu spät aus, so dass der Ablauf des Gangwechsels nicht mehr optimal auf die Steigung eingestellt werden kann.

Die Steuerungseinrichtung führt Gangwechsel des Getriebes immer so aus, dass ein optimaler Komfort und ein möglichst geringer Verschleiß gewährleistet ist. Wird nun allerdings mittels der Kamera erkannt, dass der Gangwechsel auf der vorausliegenden Fahrbahn, beispielsweise auf Grund einer Steigung, unter den genannten Prämissen nicht durchführbar ist, der Zielgang also gar nicht eingelegt werden kann, so nimmt die Steuerungseinrichtung einen geringeren Komfort und/oder einen höheren Verschleiß in Kauf, um den Gangwechsel überhaupt durchführen zu können. Damit wird gewährleistet, dass ein angeforderter Gangwechsel durchgeführt und/oder ein begonnener Gangwechsel auch zu Ende geführt werden kann.

Dies gewährleistet beispielsweise einen besonders sicheren Betrieb eines Antriebsstrangs mit einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe. Wenn bei einem Zahnräderwechselgetriebe nach dem Auslegen des Ursprungsgang der Zielgang nicht eingelegt werden kann, so besteht keine Antriebsverbindung zwischen der Antriebsmaschine und angetriebenen Fahrzeugrädern, so dass das Kraftfahrzeug mittels der Antriebsmaschine weder beschleunigt, noch abgebremst werden kann. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Eintreten dieser sicherheitskritischen Situationen wirkungsvoll verhindert werden, was einen besonders sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Gangwechselzeit von Signalen der Kamera abhängig. Die Gangwechselzeit ist die Zeit zwischen dem Beginn und dem Ende des Gangwechsels.

Falls beispielsweise erkannt wird, dass der Gangwechsel nur noch auf einem Abschnitt der vorausliegenden Fahrbahn möglich ist, so kann der Gangwechsel so ausgeführt werden, dass die Schaltzeit so kurz ist, dass der Gangwechsel abgeschlossen ist, bevor das Kraftfahrzeug den genannten Abschnitt durchfahren hat. Die für den Gangwechsel noch zur Verfügung stehende Zeit kann beispielsweise mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einem abgespeicherten Verlauf der Geschwindigkeit bei einem Gangwechsel und der Länge des genannten Abschnitts ermittelt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Getriebe als ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt Insbesondere ist das Getriebe als ein synchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt. Bei Zahnräderwechselgetrieben wird bei einem Gangwechsel der Ursprungsgang ausgelegt, indem eine Antriebsverbindung zwischen Schaltelementen des Ursprungsgangs, wie beispielsweise einem Losrad und einer Schiebemuffe, von einem Stellglied aufgetrennt wird. Anschließend wird der Zielgang gewählt, eine Synchronisation durchgeführt und dann der Zielgang eingelegt, indem durch ein Stellglied eine Antriebsverbindung zwischen Schaltelementen des Zielgangs hergestellt wird. Bei der Synchronisation werden Drehzahlen der Schaltelemente des Zielgangs aneinander angeglichen.

Beim Aus-und Einlegen, sowie bei der Synchronisation wird das Stellglied mit einem Ansteuersignal von der Steuerungseinrichtung angesteuert und bringt damit eine sogenannte Schaltkraft auf. Der Verlauf des Ansteuersignals und damit der Verlauf der Schaltkraft ist von Signalen der Kamera abhängig. Insbesondere ist ein Maximalwert des Ansteuersignals und damit der Schaltkraft von Signalen der Kamera abhängig. Beispielsweise steigt der Maximalwert an, wenn der Gangwechsel schnell durchgeführt werden soll, also die Schaltzeit kurz sein soll. Der Verlauf der Schaltkraft beeinflusst entscheidend den Ablauf des Gangwechsels. Damit kann der Ablauf der Schaltung durch den Verlauf des Ansteuersignals einfach und wirkungsvoll beeinflusst werden. In Ausgestaltung der Erfindung weist der Antriebsstrang eine automatisierte, von der Steuerungseinrichtung ansteuerbare Kupplung auf. Die Kupplung ist insbesondere zwischen der Antriebsmaschine und dem Getriebe angeordnet und das Getriebe ist insbesondere als ein unsynchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt. Bei einem Gangwechsel entscheidet die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von Signalen der Kamera, ob die Kupplung bei einem Gangwechsel geöffnet wird oder geschlossen bleibt. Damit kann jeder Gangwechsel mit einem bezüglich der Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs geeigneten Kupplungszustand durchgeführt werden.

Um einen Verschleiß, an der Kupplung möglichst gering zu halten, sollen insbesondere bei Nutzfahrzeugen Gangwechsel bei geschlossener Kupplung durchgeführt werden. Allerdings gibt es Fahrsituationen und Betriebszustände, bei denen dies nicht möglich ist. Beispielsweise sind Hochschaltungen in einem unsynchronisierten Zahnräderwechselgetriebe an einer Steigung, bei welcher bei ausgelegtem Ursprungsgang die Drehzahl einer Getriebeausgangswelle schneller absinkt wie eine Drehzahl der Antriebsmaschine, nicht durchführbar.

Durch die Auswertung der Signale der Kamera kann sehr genau vorausberechnet werden, ob ein beabsichtigter Gangwechsel bei geschlossener Kupplung durchgeführt werden kann. Auf Basis dieser Vorausberechnung kann die Steuerungseinrichtung entscheiden, ob die Kupplung geschlossen bleibt oder geöffnet wird. Hinsichtlich der Vorausberechnung und der genannten Entscheidung wird insbesondere auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10249951.9-51 verwiesen, die hiermit vollumfänglich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Damit ist ein zuverlässiger Betrieb des Antriebsstrangs, bei welchem angeforderte Gangwechsel des Zahnräderwechselgetriebes sicher ausgeführt werden, gewährleistet. Gleichzeitig wird ein geringer Verschleiß an der Kupplung und damit ein kostengünstiger Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.

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 : Fig. 1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe, Fig. 2a ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung des Verlaufs eines Ansteuersignals für eine Stellglied des Zahnräderwechselgetriebes bei einem Gangwechsel und Fig. 2b ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung der Position eines Schaltelements des Zahnräderwechselgetriebes bei einem Gangwechsel.

Gemäß Fig. 1 verfügt ein Antriebsstrang 10 eines Kraftfahrzeugs mit einer nur sehr schematisch dargestellten Karosserie 9 über eine Antriebsmaschine 11, welche von einer Steuerungseinrichtung 12 angesteuert wird. Die Steuerungseinrichtung 12 steht mit einem Leistungsstellorgan 13 in Signalverbindung, mittels welchem ein Fahrzeugführer Vorgaben für die Stellung einer Drosselklappe oder einem abgegebenen Drehmoment der Antriebsmaschine 11 machen kann.

Die Antriebsmaschine 11 ist mittels einer automatisierten Kupplung 14 mit einem automatisierten, synchronisierten Zahnräderwechselgetriebe 15 verbunden. Mittels der Kupplung 14 kann ein Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine 11 und dem Zahnräderwechselgetriebe 15 hergestellt und getrennt werden. Die Kupplung 14 wird von einem Stellglied 16 betätigt, welches von einer Steuerungseinrichtung 17 angesteuert wird. Die Steuerungseinrichtung 17 steht außerdem mit einem Schalthebel 18 in Signalverbindung, mittels welchem der Fahrzeugführer Schaltungen im Zahnräderwechselgetriebe 15 auslösen kann. Alternativ dazu können Schaltungen auch von der Steuerungseinrichtung 17 in Abhängigkeit von an sich bekannten Schaltkennfeldern ausgelöst werden. Die Steuerungseinrichtung 17 steht außerdem mit einer digitalen Kamera 39 in Signalverbindung.

Die Kamera erEasst Informationen über die Umgebung vor dem Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung. Die Fahrtrichtung liegt von der Kupplung 14 gesehen in Richtung Antriebsmaschine 11.

Das Zahnräderwechselgetriebe 15 verfügt über eine Getriebeeingangswelle 19, welche mit der Kupplung 14 verbunden ist, eine Vorgelegewelle 20 und eine Getriebeausgangswelle 21, welche über ein Achsgetriebe 70 und Seitenwell en 71 mit angetriebenen Rädern 72 des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 19 ist mittels einer Konstanten 22 mit der Vorgelegewelle 20 verbunden. Auf der Vorgelegewelle 20 sind drehfest zwei Festräder 23,24 für den 1. und 2. Gang des Zahnräderwechselgetriebes 15 angeordnet. Die Festräder 23, 24 kämmen mit zugehörigen Losrädern 25,26, welche drehbar auf der Getriebeausgangswelle 21 angeordnet sind. Mittels einem auf der Getriebeausgangswelle 21 verdrehsicher und axial beweglich angeordneten, als Schiebemuffe ausgeführten Schaltelement s 27 kann jeweils eines der beiden Losräder 25, 26 verdrehsicher mit der Getriebeausgangswelle 21 verbunden werden. An den Losrädern 25,26 sind außerdem Synchronisierungen 28,29 angeordnet, welche vom Schaltelement 27 betätigt werden können. Mittels der Synchronisierungen 28,29 wird eine Drehzahlangleichung bei einem Gangwechsel erreicht.

Im 1. Gang ist das Losrad 25 mittels des Schaltelements 27 mit der Getriebeausgangswelle 21 verbunden. Bei einer Schaltung vom l. in den 2. Gang wird als erstes das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 verringert und die Kupplung 14 geöffnet. Anschließend wird das Schaltelement 27 in die dargestellte Neutralposition gebracht und anschließend durch weitere axiale Verschiebung zuerst die Drehzahl der Vorgelegewelle 20 und der Getriebeeingangswelle 19 auf die Drehzahl des 2. Gangs, die Synchrondrehzahl, gebracht und dann das Losrad 26 mit der Getriebeausgangswelle 21 verdrehsicher verbunden. Damit ist der 2. Gang im Zahnräderwechselgetriebe 15 eingelegt. Im letzten Abschnitt der Schaltung wird die Drehzahl der Antriebsmaschine 11 an die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 19 angepasst, die Kupplung geschlossen und das angegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 wieder erhöht.

Das Schaltelement 27 ist über ein Verbindungselement 30 mit einem Kolben 31 einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 32 verbunden. Die Kolben-Zylinder-Einheit 32 weist auf beiden Seiten des Kolbens 31 jeweils einen Druckraum 33,34 auf. Die Druckräume 33,34 sind jeweils mit Ausgängen elektrohydraulischer Ventile 35,36 verbunden, welche von einer Pumpe 37 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid versorgt werden. Die Ventile 35,36 werden von der Steuerungseinrichtung 17 mittels eines Ansteuersignals angesteuert. Damit kann der Kolben 31 und somit auch das Schaltelement 27 nach Maßgabe der Steuerungseinrichtung 17 axial entlang der Getriebeausgangswelle 21 verschoben und die Gänge des Zahnräderwechselgetriebes 15 ein-und ausgelegt werden.

Zusätzlich steht die Steuerungseinrichtung 17 mit einem Positionssensor 38, welcher an der Kolben-Zylinder-Einheit 32 angeordnet ist, in Signalverbindung. Mittels des Positionssensors 38 kann die Position des Kolbens 31 und damit des Schaltelements 27 erfasst werden.

Die hydraulische Ansteuerung des Schaltelements ist stark vereinfacht dargestellt. Das hydraulische System kann zusätzlich über Steuer-oder Regelschieber verfügen.

Das Zahnräderwechselgetriebe kann weitere Gänge aufweisen, welche über weitere Schaltelemente ein-und auslegbar sind.

In diesem Fall wird bei einem Gangwechsel nach dem Auslegen des Ursprungsgangs zuerst das Schaltelement des Zielgangs mittels einer Wählvorrichtung ausgewählt und anschließend der Zielgang eingelegt.

Statt einer hydraulischen Ansteuerung kann die Ansteuerung des Getriebes auch pneumatisch oder mittels elektrischen Stellgliedern, beispielsweise in Form von Elektromotoren ablaufen.

In der Fig. 2a ist der zeitliche Verlauf des Ansteuersignals für das Ventil 35 (Linie 42) des Zahnräderwechselgetriebes 15 aus Fig. l und in Fig. 2b der zeitliche Verlauf der Position des Schaltelements 27 (Linie 43) bei einem Gangwechsel vom 1. in den 2. Gang des Zahnräderwechselgetriebes 15 idealisiert und nicht maßstäblich dargestellt. Das Ventil 36 wird während des Gangwechsels nicht angesteuert. In den Fig. 2a und 2b sind beispielhaft Verläufe dargestellt, wenn die Kamera keine außergewöhnliche Situation erkennt. Der Gangwechsel wird also sehr komfortabel und verschleißarm durchgeführt.

In der Fig. 2a ist auf einer Abszisse 40a die Zeit, auf einer Ordinate 41a ein Soll-Strom aufgetragen. In der Fig.

2b sind auf einer Abszisse 40b die Zeit und auf einer Ordinate 41b eine Position bezogen auf eine feste Position aufgetragen.

In einer Phase a ist der Ursprungsgang eingelegt. Der Soll- Strom für das Ventil 35 ist Null, damit wird keine Schaltkraft auf das Schaltelement 27 ausgeübt. Das Schaltelement 27 befindet sich in einer Ausgangsposition 44.

Zu Beginn einer Phase b liegt eine Schaltanforderung vor und ein Gangwechsel wird gestartet. Dazu wird in der Phase b das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 reduziert und die Kupplung 14 geöffnet (nicht dargestellt). Gleichzeitig wird dem Ventil 35 ein kleiner Soll-Strom vorgegeben, um eine schnellere Reaktion bei der kurz darauf folgenden stärkeren Ansteuerung zu gewährleisten. Das Schaltelement 27 verharrt in der Phase b in der Ausgangsposition. Am Ende der Phase b ist die Kupplung 14 geöffnet, so dass im Zahnräderwechselgetriebe 15 kein Drehmoment mehr übertragen wird. Damit kann das Schaltelement 27 verschoben werden.

Zu Beginn der Phase c (Zeitpunkt 45) wird der Soll-Strom sprungartig auf einen Stromwert 46 erhöht und damit eine Kraft auf das Schaltelement 27 aufgebaut. Auf Grund von Reaktionszeiten und Elastizitäten beginnt sich erst zum Zeitpunkt 47 das Schaltelement 27 von der Ausgangsposition mit einer konstanten Änderungsgeschwindigkeit weg zu bewegen. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten 45 und 47 wird als eine Totzeit bezeichnet.

Bei Erreichen einer Position 50 bei einem Zeitpunkt 51 wird der Soll-Strom auf einen etwas kleineren Stromwert 52 reduziert. Wenn sich das Schaltelement 27 in einer Neutralposition 53 befindet (zum Zeitpunkt 54) ist der Ursprungsgang sicher ausgelegt, so dass nach einer weiteren Positionsänderung um ein bestimmtes Maß die Synchronisierung des Zielgangs betätigt wird.

Zum Zeitpunkt 54 und damit zu Beginn der Phase d wird der Soll-Strom auf einen Stromwert 55 reduziert, von dem aus der Soll-Strom dann entlang einer Rampe kontinuierlich ansteigt.

Kurz vor Erreichen einer Synchronisierposition 56, bei welcher das Schaltelement 27 die Synchronisierung des Zielgangs erreicht, wird der Soll-Strom zum Zeitpunkt 57 nochmals auf den Stromwert 55 reduziert und ebenfalls entlang einer Rampe wieder erhöht. Bei Erreichen der Synchronisierposition 56 beginnt die Synchronisation der Getriebeeingangswelle 19 (Phase e).

Der Verlauf des Ansteuersignals (Linie 42) ist von Signalen der Kamera 39 abhängig. Falls die Kamera eine Steigung oder eine andere außergewöhnliche Situation erkennt, werden die Stromwerte in den verschiedenen Phasen erhöht, um damit eine kürzere Schaltzeit zu erreichen. Damit ergibt sich auch eine Verkürzung der beschriebenen Phasen. Ebenso ist eine Verringerung der Stromwerte in einer oder mehreren Phasen, andere Zeitpunkte für den Beginn und das Ende der Phasen oder andere Steigungen in den Phasen d und e möglich.

Ebenso wird die Ansteuerung der Antriebsmaschine 11 während des Gangwechsels an die von der Kamera 39 erfasste Umgebung vor dem Kraftfahrzeug angepasst.

Als Maximalwert für das Ansteuersignal ergibt sich in Fig.

2a der Stromwert 46 in der Phase c. Der Maximalwert kann auch in einer anderen Phase, beispielsweise in der Phase d oder e erreicht werden.

In einer zweiten, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Getriebe als ein unsynchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt. Der Aufbau ist vergleichbar mit dem Zahnräderwechselgetriebe 15 aus Fig. 1.

Es unterscheidet sich darin, dass es keine Synchronisierungen (28,29 in Fig. 1) aufweist und dafür zusätzlich über eine sogenannte, von der Steuerungseinrichtung angesteuerte Getriebebremse verfügt, mittels welcher die Vorgelegewelle abgebremst werden kann.

Bei dieser Ausführungsform entscheidet die Steuerungseinrichtung, ob bei einem Gangwechsel die Kupplung geschlossen bleibt oder geöffnet wird. Im Normalfall soll die Kupplung geschlossen bleiben und die Synchronisation mit der Antriebsmaschine durchgeführt werden. Wenn auf Grund der Signale der Kamera von der Steuerungseinrichtung vorausberechnet wird, dass der Gangwechsel mit geschlossener Kupplung nicht durchgeführt werden kann, öffnet die Steuerungseinrichtung die Kupplung und kann dann, falls notwendig, die Synchronisation mittels der Getriebebremse durchführen.