Verfahren zur Schaltsteuerunq eines automatisierten Schaltgetriebes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes, das in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Achsantrieb angeordnet ist, das mit unsynchronisierten Gangkupplungen versehen ist, und dessen Eingangswelle über eine automatisiert steuerbare Trennkupplung mit der Triebwelle des Antriebsmotors verbindbar ist, wobei bei einer Hochschaltung die Synchronisierung des Zielgangs bei geöffneter Trennkupplung durch die Einstellung eines weitgehend konstanten Bremsmomentes an einer mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehenden Getriebebremse erfolgt.

In einem Schaltgetriebe tritt bei einer Schaltung zwischen einem Lastgang und einem Zielgang nach dem Auslegen des Lastgangs an der dem Zielgang zugeordneten und noch ausgerückten getriebeinternen Gangkupplung eine Drehzahldifferenz auf, die vor dem Einlegen des Zielgangs, also vor dem Einrücken der betreffenden Gangkupplung, ausgeglichen werden muss. Dieser Vorgang wird allgemein als Synchronisierung bezeichnet und erfolgt praktisch durch eine Drehzahlanpassung des mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes in Triebverbindung stehenden eingangsseitigen Teils der Gangkupplung.

Bei einer Hochschaltung dreht der eingangsseitige Teil der Gangkupplung des Zielgangs nach dem Auslegen des Lastgangs schneller als der aus- gangsseitige Teil der Gangkupplung, so dass die Eingangswelle zur Synchronisierung des Zielgangs verzögert werden muss. Bei einer Rückschaltung dreht sich der eingangsseitige Teil der Gangkupplung des Zielgangs nach dem Auslegen des Lastgangs dagegen langsamer als der ausgangsseitige Teil der Gangkupplung, so dass die Eingangswelle zur Synchronisierung des Zielgangs beschleunigt werden muss.

In einem mit synchronisierten Gangkupplungen versehenen Schaltgetriebe erfolgt die Synchronisierung des jeweiligen Zielgangs bzw. der dem Zielgang zugeordneten Gangkupplung über eine Reibring-Synchronisiereinrichtung, die der eigentlichen, mit formschlüssig ineinander greifenden Kupplungsverzahnungen versehenen Gangkupplung vorgeschaltet ist. Bei der Synchronisierung des Zielgangs wird die an der Gangkupplung anliegende Drehzahldifferenz passiv, d.h. durch die Wirkung der betreffenden Schaltkraft, mittels eines zwischen den Reibringen der Synchronisiereinrichtung erzeugten Reibmomentes ausgeglichen, bevor die Gangkupplung unter der Wirkung der Schaltkraft eingerückt und damit der Zielgang eingelegt werden kann. Derartige sperrsynchronisierte Gangkupplungen sind jedoch relativ kompliziert aufgebaut und entsprechend teuer herstellbar. Auch erfordern synchronisierte Gangkupplungen innerhalb des Schaltgetriebes einen relativ großen Bauraum und vergrößern somit die Abmessungen sowie das Gewicht des Schaltgetriebes. Aufgrund der verschleißbehafteten Wirkungsweise der Synchronisiereinrichtungen ist zudem die Lebensdauer eines mit synchronisierten Gangkupplungen versehenen Schaltgetriebes eingeschränkt.

Im Gegensatz dazu sind unsynchronisierte Gangkupplungen, die allgemein als Klauenkupplungen bezeichnet werden, einfach und kompakt aufgebaut, preiswert herstellbar, und sie weisen bei sachgemäß durchgeführten Schaltungen einen geringen Verschleiß und demzufolge eine hohe Lebensdauer auf. In einem mit unsynchronisierten Gangkupplungen versehenen Schaltgetriebe ist jedoch eine Fremdsynchronisierung des jeweiligen Zielgangs bzw. der dem Zielgang zugeordneten Gangkupplung erforderlich. Zur Fremdsynchronisierung des Zielgangs ist es beispielsweise bekannt, die Eingangswelle des Schaltgetriebes bei einer Hochschaltung mittels einer an der Eingangswelle oder an einer mit dieser in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle angeordneten Getriebebremse zu verzögern und bei einer Rückschaltung durch ein teilweises Schließen der Trennkupplung in Verbindung mit einer

Drehzahlführung des vorzugsweise als Verbrennungskolbenmotor ausgebildeten Antriebsmotors zu beschleunigen.

Vorliegend wird von einer Getriebebremse ausgegangen, die nicht regelbar ist, sondern konstruktiv bedingt oder durch eine entsprechende Betätigung mit einer konstanten Anpresskraft oder einem konstanten Anpressdruck auf ein konstantes Bremsmoment M _Br einstellbar ist. Hierdurch kann die Getriebebremse und die zugeordnete Betätigungseinrichtung einfach, kompakt und kostengünstig aufgebaut werden, wodurch eine Integration in ein bestehendes Schaltgetriebe auf relativ einfache Weise möglich ist. Das weitgehend konstante Bremsmoment M _Br der Getriebebremse kann jedoch durch äußere Einflüsse, wie die aktuelle Umgebungs- oder Betriebstemperatur und den Ver- schleißzustand der Reibbeläge, von einem Sollwert abweichen, wodurch die Synchronisierung des Zielgangs bei einer Hochschaltung verzögert oder beschleunigt werden kann. Bei der Trennkupplung handelt es sich um eine automatisiert steuerbare Reibungskupplung, die als Anfahr- und Schaltkupplung genutzt, also bei Anfahr- und Schaltvorgängen geöffnet und geregelt geschlossen wird.

Die Anordnung einer Getriebebremse an der Eingangswelle eines als Gruppengetriebe ausgebildeten, ein Hauptgetriebe und eine diesem nachgeschaltete Bereichsgruppe umfassenden Schaltgetriebes ist beispielsweise aus der DE 10 2005 002 496 A1 (siehe dortige Fig. 1 ) bekannt, wobei das Hauptgetriebe als mehrstufiges Vorgelegegetriebe und die Bereichsgruppe als zweistufiges Planetengetriebe ausgeführt sind. Die Anordnung einer Getriebebremse an einer über ein Eingangszahnradpaar (Eingangskonstante) mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle eines in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebes ist dagegen in der DE 102 42 823 A1 (siehe dortige Fig. 3) beschrieben.

Um bei einer Hochschaltung eine schnelle Synchronisierung des Zielgangs und ein problemloses Einrücken der unsynchronisierten Gangkupplung des Zielgangs zu erreichen, sollte die Bremswirkung, also das Bremsmoment M _Br der Getriebebremse, möglichst hoch sein, die Getriebebremse bis nahe an das Erreichen der Synchrondrehzahl an der betreffenden Gangkupplung geschlossen sein, die Getriebebremse nach einer asymptotischen Annäherung der Eingangsdrehzahl π _GKE an die Ausgangsdrehzahl π _GKA der Gangkupplung des Zielgangs beim Einrücken der Gangkupplung gelöst sein und beim Einrücken der Gangkupplung zur Unterstützung des Einspurens der Kupplungsverzahnungen noch eine minimale Drehzahldifferenz an der Gangkupplung vorhanden sein. Diese Anforderungen sind jedoch allein mit einer Getriebebremse, deren Bremsmoment M _Br über der zu reduzierenden Drehzahldifferenz δn _G κ an der Gangkupplung konstant ist, nicht zu erfüllen. So ist die Getriebebremse bei einem höheren Bremsmoment M _Br unterhalb einer bestimmten Drehzahldifferenz δn _G κ nicht mehr nutzbar, oder die Getriebebremse weist ein so niedriges Bremsmoment M _Br auf, dass die Synchronisierung des Zielgangs und damit der gesamte Hochschaltvorgang zeitlich stark verzögert wird.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem Antriebsstrang der eingangs genannten Art eine Hochschaltung ohne besondere konstruktive Maßnahmen beschleunigt durchgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 darin, dass mit der Annäherung der Eingangsdrehzahl π _GKE an die Ausgangsdrehzahl π _GKA der Gangkupplung des Zielgangs, also mit der Annäherung der Drehzahldifferenz δn _GK = π _GKE - n _GKA an der Gangkupplung des Zielgangs an den Wert Null, zur Beendigung der Synchronisierung die Trennkupplung teilweise geschlossen und in etwa zeitgleich mit dem Lösen der Getriebebremse wieder geöffnet wird.

Das dadurch über die Trennkupplung von dem Antriebsmotor auf die Eingangswelle des Schaltgetriebes übertragene Kupplungsmoment M _κ wirkt dem von der Getriebebremse auf die Eingangswelle oder eine mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehende Vorgelegewelle übertragenen Bremsmoment M _Br entgegen und bewirkt somit eine schnelle Beendigung der über die Getriebebremse erfolgenden Synchronisierung des Zielgangs bzw. der Gangkupplung des Zielgangs. Da sich das Kupplungsmoment M _κ der Trennkupplung gegenüber der Triebwelle (Kurbelwelle) des Antriebsmotors abstützt, wird durch das dadurch verursachte Abbremsen der Triebwelle zudem die schaltungsbedingte Drehzahlanpassung des Antriebsmotors unterstützt und beschleunigt.

Die durch die Betätigung der Trennkupplung ermöglichte Beschleunigung der Synchronisierung des Zielgangs und damit des gesamten Hochschaltvorgangs wird im wesentlichen dadurch erzielt, dass die Getriebebremse bei unverändertem Bremsmoment M _Br länger betätigt wird und/oder dass an der Getriebebremse ein erhöhtes Bremsmoment M _Br eingestellt wird.

Ein erhöhtes Bremsmoment M _Br der Getriebebremse kann entweder durch die Verwendung einer verstärkten Getriebebremse konstruktiv vorgegeben werden oder durch eine Betätigung der vorhandenen Getriebebremse mit einer erhöhten Anpresskraft oder einem erhöhten Anpressdruck erzeugt werden.

Das Schließen der Trennkupplung während der Synchronisierung des Zielgangs beginnt zweckmäßig bei Erreichen oder Unterschreiten einer vorgebbaren höheren ersten Grenzdrehzahldifferenz δn _G κ_GM an der Gangkupplung des Zielgangs.

Ebenso ist es zweckmäßig, dass das öffnen der Trennkupplung während der Synchronisierung des Zielgangs bei Erreichen oder Unterschreiten

einer vorgebbaren niedrigeren zweiten Grenzdrehzahldifferenz δn _G κ_ _Gr2 ; (|δn _G κ_Gr2| < |δn _G κ_Gri |) an der Gangkupplung des Zielgangs beginnt.

Während die Getriebebremse, wie eingangs vorausgesetzt wurde, nicht regelbar ist, sondern nur beim Einschalten auf ein konstantes Bremsmoment M _Br eingestellt und wieder abgeschaltet werden kann, ist die automatisiert steuerbare Trennkupplung zur Steuerung von Anfahr- und Schaltvorgängen sowie zur Synchronisierung des jeweiligen Zielgangs bei Rückschaltungen regelbar ausgebildet. Daher wird die Regelbarkeit des Kupplungsmomentes M _κ vorliegend bei Hochschaltungen auch zur Beendigung der Synchronisierung genutzt, indem das Schließen und öffnen der Trennkupplung vorteilhaft jeweils in Abhängigkeit der momentanen Drehzahldifferenz δn _G κ = π _GKE - π _GKA an der Gangkupplung des Zielgangs geregelt wird.

Dabei wird beim Schließen der Trennkupplung der Momentenauf- baugradient c/ M _κ / dt > 0 und die Höhe des eingestellten Kupplungsmomentes M _K zweckmäßig umgekehrt proportional zur Drehzahldifferenz δn _GK geregelt [d M _κ / dt ~ 1 / δn _GK ; M _κ ~ 1 / δn _GK ), und beim öffnen der Trennkupplung der Momentenabbaugradient c/ M _κ / dt < 0 des eingestellten Kupplungsmomentes M _κ zweckmäßig absolut proportional zur Drehzahldifferenz δn _GK geregelt (|c/ M _κ / c/t| ~ δn _GK ).

Dies bedeutet, dass das Kupplungsmoment M _κ der Trennkupplung in der Momentenaufbauphase bei Vorliegen einer höheren Drehzahldifferenz δn _GK weniger schnell und weniger stark aufgebaut wird als bei einer niedrigeren Drehzahldifferenz δn _GK , um der Synchronisierung durch das Bremsmoment M _Br der Getriebebremse nicht zu früh und zu stark entgegenzuwirken.

In der Momentenabbauphase wird das Kupplungsmoment M _κ der Trennkupplung bei Vorliegen einer niedrigeren Drehzahldifferenz δn _GK dagegen

schneller abgebaut als bei einer höheren Drehzahldifferenz δn _G κ, um eine für das Einspuren der Gangkupplung des Zielgangs vorteilhafte Drehzahldifferenz δn _G κ zu erhalten und eine unerwünschte Beschleunigung der Eingangswelle des Schaltgetriebes durch das Kupplungsmoment M _κ der Trennkupplung zu vermeiden.

Aus ähnlichen Gründen ist es zudem vorteilhaft, wenn das Schließen und öffnen der Trennkupplung jeweils in Abhängigkeit von dem momentanen Differenzdrehzahlgradienten d / dt < 0 an der Gangkupplung des Zielgangs geregelt wird, wobei beim Schließen der Trennkupplung der Momente- naufbaugradient c/ M _κ / dt > 0 und die Höhe des eingestellten Kupplungsmomentes M _κ zweckmäßig proportional zu dem Absolutwert des Differenzdrehzahlgradienten d δn _G κ / dt < 0 eingestellt werden (cf M _κ / cf t ~ \d / dt\, M _κ ~ |c/δn _G κ / dt\), und beim öffnen der Trennkupplung der Momentenab- baugradient c/ M _κ / dt < 0 und die Höhe des eingestellten Kupplungsmomentes M _κ zweckmäßig absolut proportional zu dem Absolutwert des Differenzdrehzahlgradienten c/δn _GK / dt eingestellt wird (|c/ M _κ / d\\ ~ |c/δn _GK / dt\).

Hierdurch wird das Kupplungsmoment M _κ der Trennkupplung in der Momentenaufbauphase bei schneller Synchronisierung des Zielgangs durch die Getriebebremse schneller und stärker aufgebaut als bei langsamer Synchronisierung, um der Verzögerung der Eingangswelle durch das Bremsmoment M _Br der Getriebebremse rechtzeitig und wirkungsvoll entgegenzuwirken, und in der Momentenabbauphase bei schneller Synchronisierung des Zielgangs schneller abgebaut als bei langsamer Synchronisierung, um eine für das Einspuren der Gangkupplung des Zielgangs vorteilhafte Drehzahldifferenz δn _GK zu erhalten und eine unerwünschte Beschleunigung der Eingangswelle des Schaltgetriebes durch das Kupplungsmoment M _κ der Trennkupplung zu vermeiden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer Hochschaltung somit die Synchronisierung des Zielgangs bzw. der Gangkupplung des Zielgangs und damit der gesamte Hochschaltvorgang deutlich beschleunigt, ohne dass dafür besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich leicht in ein vorhandenes Kupplungs- oder Getriebesteuergerät in Form eines Programms einfügen.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. Diese zeigt in Fig. 1 Drehzahl- und Drehmomentverläufe bei einer erfindungsgemäßen Synchronisierung des Zielgangs bei einer Hochschaltung.

In den Diagrammen von Fig. 1 sind für einen erfindungsgemäßen Ablauf einer Hochschaltung die Zeitverläufe charakteristischer Betriebsparameter eines Antriebsstrangs wiedergegeben, der ein mit unsynchronisierten Gangkupplungen versehenes automatisiertes Schaltgetriebe umfasst, dessen Eingangswelle über eine automatisiert steuerbare Trennkupplung mit der Triebwelle eines Antriebsmotors in Verbindung steht, und das eine mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehende Getriebebremse aufweist. In dem Teildiagramm a) sind die Drehzahlverläufe der Eingangswelle π _GE des Schaltgetriebes und der Triebwelle des Antriebsmotors n _M , in dem Teildiagramm b) der Drehmomentverlauf M _Br der Getriebebremse, und in dem Teildiagramm c) der Drehmomentverlauf des übertragbaren Drehmomentes M _κ der Trennkupplung dargestellt.

Zu Beginn des Hochschaltvorgangs erfolgen in etwa zeitgleich ab dem Zeitpunkt t1 der Lastabbau an dem Antriebsmotor und das vollständige öffnen der Trennkupplung. Hierzu ist in dem Teildiagramm c) der vollständig geschlossene Zustand der Trennkupplung mit M _κ = 1 und der vollständig geöffnete Zustand der Trennkupplung mit M _κ = 0 bezeichnet. Nach dem Auslegen des zuvor lastführenden Lastgangs wird ab dem Zeitpunkt t2 die Getriebebremse

betätigt, um den höheren Zielgang zu synchronisieren, d.h. die Eingangsdrehzahl n _G κ _E des mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehenden eingangs- seitigen Teils der Gangkupplung des Zielgangs durch Abbremsen an die Ausgangsdrehzahl n _G κ _A des über die Ausgangswelle und einen Achsantrieb mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden aus- gangsseitigen Teils der Gangkupplung des Zielgangs anzupassen. Hierzu wird die ungeregelt ausgebildete Getriebebremse, ausgehend von dem in Teildiagramm b) mit M _Br = 0 bezeichneten unbetätigten Zustand auf ein weitgehend konstantes Bremsmoment M _Br eingestellt, das im Teildiagramm b) mit M _Br = 1 bezeichnet ist.

Mit der Verringerung der Drehzahldifferenz δn _G κ = π _G KE - π _GK A an der Gangkupplung des Zielgangs wird bei Erreichen einer vorgegebenen höheren ersten Grenzdrehzahldifferenz δn _{GK Gr} i ab dem Zeitpunkt t3 die Trennkupplung teilweise geschlossen und damit dem Abbremsen der Eingangswelle durch die Getriebebremse mit einem relativ niedrigen Kupplungsmoment M _κ « 1 entgegengewirkt. Dabei wird der Aufbaugradient d M _κ / dt > 0 an der Kupplung und die Höhe des Kupplungsmomentes M _κ zumindest in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahldifferenz δn _GK an der Gangkupplung des Zielgangs geregelt. Die Drehzahldifferenz δn _GK sowie die Grenzdrehzahldifferenz δn _{GK Gr} i an der Gangkupplung bilden sich in dem in Teildiagramm a) abgebildeten Drehzahlverlauf der Eingangswelle jeweils durch eine Multiplikation mit der übersetzung i _GK zwischen der Eingangswelle und der Gangkupplung des Zielgangs ab (δn _GE = n _GE - n _GE _ziθi = ioκ * δn _GK und δn _GE _ _Gr1 = ioκ * δn _{GK Gr} i)-

Mit der weiteren Verringerung der Drehzahldifferenz δn _GK = n _GKE - π _GKA an der Gangkupplung des Zielgangs werden bei Erreichen einer vorgegebenen niedrigeren zweiten Grenzdrehzahldifferenz δn _{GK Gr} 2 (δn _{GE Gr2} = i _G κ * δn _{GK Gr} 2) ab dem Zeitpunkt t4 in etwa zeitgleich die Getriebebremse geöffnet (M _Br = 0) und die Trennkupplung wieder vollständig geöffnet (M _κ = 0). Das öffnen der

Trennkupplung erfolgt zweckmäßig derart, dass eine unerwünschte Beschleunigung der Eingangswelle vermieden wird und eine für das Einspuren der Kupplungsverzahnungen der Gangkupplung des Zielgangs günstige minimale Drehzahldifferenz δn _G κ erhalten bleibt. Hierzu wird der Abbaugradient d M _κ / c/t < 0 des Kupplungsmomentes M _κ zumindest in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahldifferenz δn _G κ an der Gangkupplung des Zielgangs geregelt.

Nach Erreichen des Synchronlaufs und dem Einrücken der Gangkupplung des Zielgangs werden ab dem Zeitpunkt t5 die Trennkupplung vollständig geschlossen sowie die zuvor schon begonnene und durch das teilweise Schließen der Trennkupplung unterstützte Drehzahlanpassung des Antriebsmotors abgeschlossen (siehe Verlauf der Motordrehzahl n _M ).

Da die Eingangswelle des Getriebes durch die vorübergehende Betätigung der Trennkupplung während der Verzögerung durch die Getriebebremse praktisch „eingefangen" wird, kann die Getriebebremse bei unverändert hohem Bremsmoment M _Br länger oder auch mit einem höheren Bremsmoment M _Br betätigt werden. Hierdurch ergibt sich ohne einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand eine Beschleunigung der Synchronisierung des Zielgangs und damit eine Verkürzung des gesamten Hochschaltvorgangs.

Bezuqszeichen

i _G κ übersetzung zwischen Eingangswelle und Gangkupplung

M _Br Bremsmoment

M _κ Kupplungsmoment c/ M _κ / c/t Momentenaufbaugradient, Momentenabbaugradient n Drehzahl

π _GE Drehzahl der Eingangswelle nGE_ziθi Zieldrehzahl der Eingangswelle n _G κ _A Ausgangsdrehzahl an Gangkupplung

π _GKE Eingangsdrehzahl an Gangkupplung n _M Motordrehzahl

δn Drehzahldifferenz

δπ _GE Drehzahldifferenz an Eingangswelle

δn _GE _ _GM Erste Grenzdrehzahldifferenz an Eingangswelle

δn _G E_Gr2 Zweite Grenzdrehzahldifferenz an Eingangswelle

δn _GK Drehzahldifferenz an Gangkupplung

δn _GK _ _Gr i Erste Grenzdrehzahldifferenz an Gangkupplung

δn _G κ_ _Gr2 Zweite Grenzdrehzahldifferenz an Gangkupplung c/δn _GK / c/t Differenzdrehzahlgradient an Gangkupplung t Zeit t1 - 15 Zeitpunkte