Verfahren und Steuerungseinrichtung zur Abschätzung eines Drehzahlverlaufs einer Welle eines Getriebes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung eines Drehzahlverlaufs einer Welle eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Steuerungseinrichtung eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.

Die DE 102 24 064 Al beschreibt ein Verfahren zur Abschätzung eines Drehzahlverlaufs einer Welle eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs nach einem Ausschalten eines auf die Welle wirkenden Synchronisierelements. Dabei wird der Drehzahlverlauf einer Vorgelegewelle eines Zahnräderwechselgetriebes nach dem Ausschalten einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten Vorgelegewellenbremse abgeschätzt. Bei dem Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Vorgelegewellenbremse eine Ausschalt-Totzeit aufweist, also nach dem Ausschalten noch für die Dauer der Ausschalt- Totzeit weiterhin wirkt. Für die Abschätzung des Drehzahlverlaufs wird daher ausgehend von der Drehzahl der Welle zum Ausschaltzeitpunkt mit dem Drehzahlgradienten zum Ausschaltzeitpunkt der zukünftige Verlauf der Drehzahl abgeschätzt .

Eine genaue Abschätzung des Drehzahlverlaufs ist notwendig, um Gangwechsel im Getriebe komfortabel und sicher durchführen zu können. Dies gilt insbesondere für automatisierte Getriebe ohne Synchronisiereinrichtungen für jeden Gang, also für so genannte unsynchronisierte Getriebe. Ein Einlegen eines Zielgangs ist nur dann möglich, wenn eine Differenzdrehzahl an einem Schaltelement des Zielgangs nicht zu groß ist. Da sowohl das Synchronisierelement, als auch das Schaltelement Totzeiten aufweisen, können die für einen komfortablen und sicheren Gangwechsel notwendigen Zeitpunkte zur Aktivierung bzw. Deaktivierung des Schaltelements und des Synchronisierelements nur auf Basis einer Abschätzung des Drehzahlverlaufs einer Welle des Getriebes erfolgen.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung vorzuschlagen, welche eine besonders genaue Abschätzung des Drehzahlverlaufs der Welle ermöglichen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst .

Erfindungsgemäß erfolgt die Abschätzung unter Berücksichtigung eines Kennwerts, welcher von einer Einschaltdauer des Synchronisierelements abhängig ist. Der sich nach dem Ausschalten des Synchronisierelements einstellende Gradient der Drehzahl der Welle ist von einem Drehzahlgradienten der Welle in einem zeitlichen Bereich um einen Ausschaltzeitpunkt des Synchronisierelements, insbesondere dem Drehzahlgradienten zum Ausschaltzeitpunkt , und auch in einem starken Maße von der Einschaltdauer des Synchronisierelements abhängig. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Synchronisierelement eine pneumatisch, hydraulisch oder elektromechanisch betätigte Lamellenbremse eingesetzt

wird. Falls das Synchronisierelement nur kurz betätigt wird, kann beispielsweise der Betrag des Gradienten nach dem Ausschalten des Synchronisierelements noch stark ansteigen, da der Gradient zum Ausschaltzeitpunkt die Bremswirkung des Synchronisierelements noch nicht anzeigt. Die Abhängigkeit des Kennwerts von der Einschaltdauer kann beispielsweise in einer Kennlinie abgelegt sein. Es ist auch möglich, dass der Kennwert in Abhängigkeit von einer weiteren Größe, beispielsweise einer Temperatur des Getriebes, in einem Kennfeld abgelegt ist. Der Kennwert kann auch mittels einer gespeicherten Funktion aus der Einschaltdauer ermittelt werden .

Mit einer Berücksichtigung eines von einer Einschaltdauer des Synchronisierelements abhängigen Kennwerts kann der sich nach dem Ausschalten des Synchronisierelements einstellende, mittlere Gradient sehr genau abgeschätzt werden. Damit ist ausgehend von einem gemessenen Drehzahlwert in einem Zeitbereich des Ausschaltzeitpunkts, insbesondere der Drehzahl zum Ausschaltzeitpunkt selbst, eine besonders genaue Abschätzung des Drehzahlverlaufs möglich.

Das Getriebe ist insbesondere als ein automatisiertes, unsynchronisiertes Zahnräderwechselgetriebe ausgeführt. Mittels des Verfahrens kann beispielsweise der Drehzahlverlauf einer Eingangswelle oder einer Vorgelegewelle des Getriebes, also von Wellen, die nicht drehfest mit einer Ausgangswelle des Getriebes verbunden sind, abgeschätzt werden.

Das Synchronisierelement kann entweder eine Welle des Getriebes gegenüber einem Gehäuse abbremsen oder zwischen zwei Wellen eine Drehzahlangleichung bewirken. Beispielsweise kann die Vorgelegewelle gegen das Gehäuse abgebremst oder die

Vorgelegewelle gegenüber der Hauptwelle verzögert oder beschleunigt werden. Die notwendigen Drehmomente können beispielsweise mittels einer reibschlüssigen Verbindung, hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch aufgebracht werden .

Der Gradient wird beispielsweise ermittelt, indem eine Drehzahl von einer Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen und mit den sich aus den gemessenen Drehzahlen ergebenden Drehzahldifferenzen und den Zeitabständen zwischen den Messungen der zeitliche Gradient ermittelt wird. Darüber hinaus können weitere, dem Fachmann bekannte Verfahren zur Ermittlung von Drehzahlen und Drehzahlgradienten angewandt werden. Zusätzlich kann der Gradient mittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise eines Tiefpassfilters, über mehrere Messwerte geglättet werden.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Drehzahlverlauf ausgehend von der gemessenen Drehzahl der Welle und einem angenommenen Gradienten, welcher sich aus einem Produkt des ermittelten Drehzahlgradienten und des genannten Kennwerts ergibt, abgeschätzt. Ein Drehzahlwert zu einem bestimmten Zeitpunkt, der eine Zeitspanne nach dem Zeitpunkt liegt, bei dem die gemessene Drehzahl bestimmt wurde, wird abgeschätzt, indem zu der gemessenen Drehzahl das Produkt aus der genannten Zeitspanne und dem angenommenen Gradienten addiert wird. Der Kennwert kann beispielsweise mittels einer gespeicherten Kennlinie in Abhängigkeit der Einschaltzeit des Synchronisierelements bestimmt werden.

Es ist ebenfalls möglich, dass sich beispielsweise der angenommene Gradient aus der Summe aus dem ermittelten Drehzahlgradienten und dem Kennwert ergibt. Ebenfalls kann

sich der angenommene Gradient beispielsweise aus einem Kennfeld in Abhängigkeit vom ermittelten Drehzahlgradienten und dem Kennwert ergeben. Darüber hinaus können weitere Arten der Berücksichtigung des Kennwerts umgesetzt sein.

In Ausgestaltung der Erfindung wird die Abhängigkeit des Kennwerts von der Einschaltdauer des Synchronisierelements auf Grund von sich tatsächlich ergebender Drehzahlverläufe angepasst . Es wird also eine Adaption des Kennwerts durchgeführt. Dazu wird der abgeschätzte Drehzahlverlauf mit dem sich tatsächlich ergebenden Drehzahlverlauf verglichen und der Kennwert so angepasst, dass eine Abschätzung des Verlaufs mit dem angepassten Kennwert zumindest näher am tatsächlichen Verlauf liegen würde. Ist beispielsweise der Kennwert in einer Kennlinie abgelegt, so wird die Kennlinie angepasst .

Damit können Bauteilstreuungen zwischen Getrieben und Veränderungen des Getriebes bzw. einzelner Bauteile, wie beispielsweise des Synchronisierelements, während der Lebensdauer des Getriebes ausgeglichen werden. Somit sind für verschiedene Getriebe über ihre gesamte Lebensdauer genaue Abschätzungen der Drehzahlverläufe möglich.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Kennwert von einer Temperatur des Getriebes abhängig. Insbesondere ist der zur Abschätzung verwendete Kennwert immer größer als ein temperaturabhängiger Mindestwert. Der Kennwert ist beispielsweise von einer Temperatur eines Getriebeöls abhängig. Der Kennwert und insbesondere der Mindestwert sind beispielsweise bei niedrigen Temperaturen größer als bei hohen Temperaturen. Diese Temperaturabhängigkeit wirkt sich insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen von unter 0 ⁰ C aus.

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 mit einem

Synchronisierelement , Fig. 2 eine Kennlinie, in der der für die

Abschätzung verwendete Kennwert über der

Einschaltzeit des Synchronisierelements aufgetragen ist und Fig. 3 eine Kennlinie, in der ein Mindestwert für den Kennwert über einer Temperatur des

Getriebes aufgetragen ist.

Gemäß Fig. 1 weist ein Antriebsstrang 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs eine Antriebsmaschine 14 auf. welche von einer Steuerungseinrichtung 16 angesteuert wird.

Die Antriebsmaschine 14 kann mittels einer Ausgangswelle 13 und einer Reibungskupplung 12 mit einer koaxial zur Ausgangswelle 13 angeordneten Getriebeeingangswelle 11 eines automatisierten, unsynchronisierten Zahnräderwechselgetriebes 19, eines so genannten Klauengetriebes, verbunden werden. Die Kupplung 12 und das Zahnräderwechselgetriebe 19 werden von einer Steuerungseinrichtung 49 angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 49 steht in Signalverbindung mit nicht dargestellten Stellgliedern der Kupplung 12 und des Zahnräderwechselgetriebes 19. Damit kann die Steuerungseinrichtung 49 die Kupplung 12 öffnen oder schließen und Gangwechsel im Zahnräderwechselgetriebe 19 durchführen. Die Steuerungseinrichtung 49 steht außerdem mit einem Drehzahlsensor 53 und einem Temperatursensor 54 in

Signalverbindung. Mittels des Drehzahlsensors 53 kann eine Drehzahl einer Vorgelegewelle 22 und mittels des Temperatursensors 54 eine Temperatur eines Getriebeöls gemessen werden.

Das Zahnräderwechselgetriebe 19 ist als ein so genanntes 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.

Mittels der Splitgruppe 17 kann die Getriebeeingangswelle 11 über zwei verschiedene Zahnradpaarungen 20, 21 mit der parallel zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten Vorgelegewelle 22 in Wirkverbindung gebracht werden. Die Zahnradpaarungen 20, 21 weisen eine unterschiedliche übersetzung auf. Auf der Vorgelegewelle 22 sind verdrehfest 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 einer koaxial zur Getriebeeingangswelle 11 angeordneten 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 Hauptwelle 29 verbunden werden.

An der Vorgelegewelle 22 ist ein Synchronisierelement in Form einer Getriebebremse 52 angeordnet, welche von der Steuerungseinrichtung 49 ansteuerbar ist. Die Getriebebremse 52 ist als eine pneumatisch betätigbare Lamellenbremse ausgeführt, welche die Vorgelegewelle 22 gegen ein Gehäuse des Zahnräderwechselgetriebes 19 abbremsen kann. Mittels der Getriebebremse 52 kann die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 und damit auch die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 11 gezielt verringert werden.

Eine 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 Schalt - elementen und der Hauptwelle 29 hergestellt oder unterbrochen werden. Die Schaltstangen 42, 43, 44, 45 können mit einem Stellglied in Form eines pneumatischen Schaltaktors 48, welcher von der Steuerungseinrichtung 49 angesteuert wird, betätigt werden.

Von der Hauptwelle 29 wird das gewandelte Drehmoment und die Drehzahl der Antriebsmaschine 14 mittels einer Antriebswelle 32 an ein Achsgetriebe 33 übertragen, welches in an sich bekannter Weise die Drehzahl in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen über zwei Abtriebswellen 34, 35 an Antriebsräder 36, 37 überträgt.

Der Ablauf eines Gangwechsels von einem Ursprungsgang in einen Zielgang ist in der DE 102 24 064 Al ausführlich beschrieben. Der Inhalt der DE 102 24 064 Al, insbesondere die Beschreibung des Ablaufs der Gangwechsel wird hiermit in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.

Beim Einlegen des Zielgangs darf eine Drehzahldifferenz zwischen der Hauptwelle 29 und dem dem Zielgang zugeordneten Losrad 26, 27, 28 nicht zu groß sein. Damit muss die Drehzahl der Vorgelegewelle 22 in einen Bereich um oder in der Nähe der so genannten Synchrondrehzahl gebracht werden. Die Synchrondrehzahl ist die Drehzahl der Vorgelegewelle 22, die sich nach dem Einlegen des Zielgangs einstellt.

Zur Bestimmung eines Ausschaltzeitpunkts der Getriebebremse 52 und eines AnsteuerZeitpunkts des Schaltaktors 48 ist es notwendig, dass der Verlauf der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 nach einem Ausschalten der Getriebebremse 52 vorausberechnet bzw. abgeschätzt wird.

Die Steuerungseinrichtung 49 schätzt einen Drehzahlwert zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Ausschaltzeitpunkt der Getriebebremse 52 ab, indem sie zur Drehzahl der Vorgelegewelle 22 zum Ausschaltzeitpunkt das Produkt aus einem angenommenen Gradienten mit der Zeitspanne zwischen Abschätzzeitpunkt und Ausschaltzeitpunkt addiert. Der angenommene Gradient ergibt sich aus dem Produkt des von der Einschaltdauer der Getriebebremse 52 abhängigen Kennwerts mit dem Gradienten der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 zum Ausschaltzeitpunkt der Getriebebremse 52. Der Kennwert ist in einer Kennlinie über der Einschaltdauer der Getriebebremse 52 in der Steuerungseinrichtung 49 gespeichert.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für eine solche Kennlinie dargestellt. In der Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes sind Stützstellen der Kennlinie abgespeichert. Für jede Stützstelle sind der dimensionslose Kennwert (F) und die zugehörige Einschaltzeit (t_ein) in Sekunden abgespeichert. Die Stützstellen sind in der Fig. 2 als Kreise dargestellt. Beispielsweise hat der Kennwert der Stützstelle 60 den Wert 1,5 bei einer Einschaltzeit von 0,15 s. Für die Abschätzung des Drehzahlverlaufs wird mit der aktuellen Einschaltzeit der Vorgelegewellenbremse ein aktueller Kennwert durch lineare Interpolation zwischen den Stützstellen bestimmt und für die Vorausberechnung verwendet.

Die Kennlinie steigt ausgehend von einem Wert von ca. 1,8 bei einer Einschaltzeit von 0,06 s auf einen Wert von über 2 bei einer Einschaltzeit von 0,085 s an. Dieser maximale Wert gilt für eine Einschaltzeit, welche ungefähr der Einschalt-Totzeit der Vorgelegewellenbremse entspricht. Die Einschalt-Totzeit ist in diesem Zusammenhang die Zeitspanne zwischen der Ansteuerung und dem Wirken der Vorgelegewellenbremse. Der

Anstieg ist damit begründet, dass für Einschaltzeiten kleiner als die Einschalt-Totzet zum Ausschaltzeitpunkt der Druck auf die Lamellen der Vorgelegewellenbremse noch nicht aufgebaut ist. Der maximale Wert im Bereich der Einschalt-Totzeit ist darin begründet, dass zum Ausschaltzeitpunkt der aktuelle Gradient die Bremswirkung der Vorgelegewellenbremse noch nicht anzeigt. Der Betrag des Gradienten steigt damit während der Ausschalt-Totzeit der Vorgelegewellenbremse noch an. Für längere Einschaltzeiten als die Einschalt-Totzeit sinkt der Kennwert ab, da dann zum AusschaltZeitpunkt der Gradient schon nahe dem betragsmäßig maximal möglichen Gradienten ist. Der Kennwert wird ca. bei einer Einschaltzeit von 0,205 s 1 und sinkt dann langsam bis auf einen Wert von ca. 0,65 bei einer Einschaltzeit von 0,33 s ab. Dieser Wert wird dann auch für Einschaltzeiten > 0,33 s gehalten.

Die Kennlinie wird während des Betriebs des Getriebes angepasst . Dazu wird nach dem Ausschalten der Vorgelegewellenbremse ein mittlerer Gradient der Vorgelegewellendrehzahl über eine festgelegte Zeitspanne von beispielsweise 0,07 s bestimmt. Mit dem so bestimmten mittleren Gradienten und der zugehörigen Einschaltzeit wird die Kennlinie angepasst. Dazu existiert um jede Stützstelle in Bezug auf die Einschaltzeit ein Adaptionsbereich, der in der Fig. 2 mit „+" abgegrenzt ist. Beispielsweise wird der Adaptionsbereich für die Stützstelle 60 durch die Grenzen 61 und 62 eingegrenzt. Liegt die zugehörige Einschaltzeit des mittleren Gradienten innerhalb dieser Grenzen, so wird der Kennwert der Stützstelle angepasst. Der neue Wert ergibt sich aus folgender Formel :

F_neu = F_alt * c + F_mit*(l-c), wobei F_neu der neue Kennwert, F_alt der alte Kennwert, c eine Konstante zwischen 0 und 1, beispielsweise 0,9 und F_mit der genannte mittlere Gradient ist.

Für den bei der Abschätzung verwendeten Kennwert existiert ein Mindestwert, welcher von der Temperatur des Getriebeöls abhängig ist. Die untere Grenze ist ebenfalls als eine Kennlinie in der Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes abgelegt. In Fig. 3 ist ein beispielhafter Verlauf der Kennlinie abgelegt. In der Steuerungseinrichtung sind Stützstellen der Kennlinie abgespeichert. Für jede Stützstelle sind der dimensionslose Kennwert (F_Min) und die zugehörige Temperatur (T) in ⁰ C abgespeichert. Die in der Fig. 3 dargestellten Temperaturstützstellen (T_Minl, T_Min2 , T_Min3 ) können beispielsweise die Werte -50; -10; 40 und die zugehörigen Mindestwerte (F_Minl, F_Min2 , F_Min3 ) die Werte 1,2; 1; 0,5 haben. Wenn die Steuerungseinrichtung einen Kennwert aus der Kennlinie aus Fig. 2 ausliest, prüft sie ab, ob der Wert größer ist als der zur aktuellen Temperatur des Getriebeöls gehörende Mindestwert. Ist dies der Fall, so wird für die Abschätzung der ausgelesene Kennwert genutzt. Ist der Wert kleiner als der Mindestwert, so wird für die Abschätzung der Mindestwert genutzt.