Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Übersetzungs¬ verhältnisses im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, dass in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang einem An¬ triebsmotor eine Kupplung und ein Wechselgetriebe antriebstechnisch nach¬ geordnet sind. Das Wechselgetriebe hat unter anderem die Funktion, die Mo¬ tordrehzahl und das Motordrehmoment zu wandeln. Durch diese Veränderun¬ gen stellen sich an den angetriebenen Rädern des Fahrzeuges Drehzahlen und Drehmomente ein, die den gewünschten Fahrgeschwindigkeiten bei aus¬ reichend hohen Antriebsmomenten bzw. Zugkräften entsprechen.

Die Wandlung des Drehmomentes und der Drehzahl wird erzielt, indem im Wechselgetriebe unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse eingestellt werden. Das jeweilige Übersetzungsverhältnis wird dadurch bestimmt, dass eine Drehzahl nm an der Abtriebswelle des Motors oder Antriebswelle des Ge¬ triebes mit der Drehzahl nwg an der Abtriebswelle des Wechselgetriebes mit¬ einander verglichen werden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Ab¬ triebswelle des Motors oder Antriebswelle des Getriebes und der Abtriebswelle des Wechselgetriebes ist definiert durch die Gleichung ii = nwg/nm. Ist die Dreh¬ zahl nWfl an der Abtriebswelle des Wechselgetriebes bekannt und sind keine weiteren, die Drehzahl beeinflussenden Komponenten im Antriebsstrang bis zum Antriebsrad vorhanden, bestimmt sich die Drehzahl des mindestens einen Fahrzeugantriebsrades aus der Drehzahl der Abtriebswelle des Wechselge¬ triebes. Im Laufe der Nutzungsdauer eines Fahrzeugs können jedoch Situatio¬ nen entstehen, in denen Komponenten, welche dem Wechselgetriebe nachge¬ schaltet sind, das tatsächliche Übersetzungsverhältnis beeinflussen. Dies ge¬ schieht zum Beispiel, wenn beim Aufbau oder beim Umbau des Kraftfahrzeu¬ ges eine Hinterachse mit einem Achsgetriebe eingebaut wird, welches ein Achsgetriebe mit einer anderen Übersetzung benutzt, als sie in der zuvor ver¬ wendeten Hinterachse zum Einsatz kam.

Eine andere Ursache für die Änderung des Übersetzungsverhältnisses im Antriebsstrang kann ein schaltbares Verteilergetriebe sein, dessen Schalt¬ stufe geändert wurde. Ein Verteilergetriebe, welches zwischen Wechselgetrie¬ be und Achsgetriebe eingesetzt wird, kann verwendet werden, um mehrere Fahrzeugachsen gleichzeitig anzutreiben. Eine weitere Aufgabe des Verteiler¬ getriebes kann darin liegen, den Drehzahlausgleich zwischen den Achs¬ getrieben bei Fahrzeugen mit permanentem Allradantrieb zu erreichen oder den Drehzahlausgleich bei zu großen Schlupfunterschieden zwischen den Antriebsrädern zu sperren. Bei Geländefahrzeugen oder Nutzfahrzeugen wird das Verteilergetriebe auch dazu verwendet, den Übersetzungsbereich zu er¬ weitern. Dabei kann es vorkommen, dass nicht genau bekannt ist, in welcher Größe das Übersetzungsverhältnis des Antriebsstranges beeinflusst wird.

Eine weitere Ursache dafür, dass in Komponenten des Antriebsstranges, welche dem Wechselgetriebe nachgeschaltet sind, ein Übersetzungsverhältnis geändert wird, kann auch durch die Antriebsräder bewirkt werden. Wird ein Radwechsel vorgenommen und werden dabei Räder verwendet, welche einen anderen Durchmesser aufweisen als die zuvor verwendeten Räder, entsteht eine im Vergleich zu den vorher verwendeten Rädern geänderte Abrolllänge, so dass eine andere Fahrzeuggeschwindigkeit entsteht. Eine Durchmesserän¬ derung kann auch durch die Absenkung des Luftdruckes während der Fahrt, zum Beispiel zur Traktionsverbesserung, vorkommen. Während der Nutzungs- dauer eines Fahrzeugs kommt es auch zu Reifenverschleiß, bei dem sich im Laufe der Zeit der Raddurchmesser vermindert. Diese Einflüsse können dazu führen, dass das Übersetzungsverhältnis teilweise bzw. gar nicht bekannt ist, so dass für Fahrstrategie, Getriebesteuerung und Kupplungssteuerung keine oder nur fehlerhafte Signalgrößen vorhanden sind.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu bestimmen, mit dem Fahrstrategie, Kupplungssteuerung und Getriebesteuerung während der gesamten Lebensdauer eines Fahrzeuges optimal und mit wenig Aufwand eingestellt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Haupt¬ anspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ermittlung einzel¬ ner Übersetzungen von Komponenten im Antriebsstrang, welche dem Wech¬ selgetriebe bis zum angetriebenen Rad nachgeschaltet sind, nicht mit vertret¬ barem Aufwand bestimmbar ist. Daher wird gemäß der Erfindung dazu überge¬ gangen, eine Gesamtübersetzung der dem Wechselgetriebe nachgeschalteten Komponenten zu bestimmen.

Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Ermittlung ei¬ nes Übersetzungsverhältnisses im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Motor, einer nachgeschalteten Kupplung und einem daran nachgeschal¬ teten Wechselgetriebe, wobei zwischen Motor und Wechselgetriebe eine Ü- bersetzung durch die momentane Drehzahl der Abtriebswelle des Motors und der momentanen Drehzahl der Abtriebswelle des Wechselgetriebes bestimmt ist. Zudem ist vorgesehen, dass das Verfahren die weiteren Schritte auf¬ weist: Bestimmen eines Betrages der momentanen Geschwindigkeit des Kraft¬ fahrzeuges und Verarbeiten des Betrages der momentanen Drehzahl der Ab¬ triebswelle des Wechselgetriebes und des Betrages der momentanen Ge¬ schwindigkeit des Kraftfahrzeuges mittels einer Recheneinheit, so dass das Übersetzungsverhältnis von dem Wechselgetriebe nachgeschalteten Fahr¬ zeugkomponenten des Antriebsstranges bestimmt wird.

Zudem kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Recheneinheit das Produkt aus dem Betrag der momentanen Drehzahl der Abtriebswelle des Wechselgetriebes und dem Kehrwert des Betrages der Fahrzeuggeschwindig¬ keit bildet. Dies ist vorteilhaft, da somit eine Größe aus der Gesamtüberset¬ zung der dem Wechselgetriebe nachgeschalteten Komponenten in Abhängig¬ keit vom dynamischen Raddurchmesser gebildet werden kann. Da diese Größe für einen überschaubaren Zeitraum konstant ist, kann der Ausfall eines Ge¬ schwindigkeitssensors am angetriebenen Rad oder eines Drehzahlsensors an der Abtriebswelle des Wechselgetriebes substituiert werden.

Zudem kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Verfahren nur durch¬ geführt wird, wenn die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit einen Mindestbe¬ trag überschreitet. Dies ist vorteilhaft, da die Unsicherheit bzw. der Fehlerbal¬ ken bei der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses dadurch gering gehalten wird.

Des weiteren kann vorgesehen sein, dass der Betrag der momentanen Drehzahl der Abtriebswelle des Wechselgetriebes und/oder der Betrag der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit bei jeweils unterschiedlichen Taktraten erfasst wird. Dies ist vorteilhaft, da somit Sensoren und Messwertaufnehmer verwendbar sind, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten einen jeweils aktua¬ lisierten Messwert zur Verfügung stellen. Außerdem wird es als vorteilhaft beurteilet, wenn die Recheneinheit die Verarbeitung der genannten Beträge nur durchführt, wenn eine Änderung des¬ jenigen Betrages vorliegt, welcher mit der niedrigsten Taktrate erfasst wird. Dies ist vorteilhaft, da somit in die Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses nur Messwerte eingehen, welche zusammen jeweils den aktuellsten Wert dar¬ stellen. Somit lässt sich vermeiden, dass für die Berechnung des Überset¬ zungsverhältnisses Messwerte zum Einsatz kommen, welche zu unterschiedli¬ chen Zeitpunkten und damit bei unterschiedlichen Ereignissen erfasst worden sind.

Zudem kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit die Verarbeitung der Beträge nur durchführt, wenn der Betrag einer Beschleunigung der momen¬ tanen Drehzahl der Abtriebswelle einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Dies ist vorteilhaft, da somit mechanische Verformungen, die im Antriebsstrang beim Anfahren auftreten (sogenannte Aufzieheffekte), nur noch als unwesentli¬ che Störgröße bei der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses wirken.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit die Verarbeitung der erwähnten Beträge so oft wieder¬ holt, bis das ermittelte Übersetzungsverhältnis einen definierten Toleranzbe¬ trag nicht überschreitet. Dies ist vorteilhaft, da somit nur ein ermitteltes Über¬ setzungsverhältnis, welches nur noch mit einer geringen Messunsicherheit verbunden ist, als Signalgröße für die Getriebesteuerung, Kupplungssteuerung und für Fahrstrategie zum Einsatz kommt.

Schließlich kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Recheneinheit ei¬ nen Ersatzwert anstelle eines berechneten Wertes bestimmt. Dies ist vorteil¬ haft, da zum Beispiel für den Fall, in dem ein ermitteltes Übersetzungsverhält¬ nis einen minimalen Übersetzungsverhältnisbetrag unterschreitet, ein solcher Ersatzwert zum Einsatz kommt und die Getriebesteuerung und Kupplungssteu- erung und die Fahrstrategie nicht auf einem Wert basieren, der technisch of¬ fensichtlich nicht sinnvoll ist.

Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels und einer der Beschreibung beigefügten Zeichnung erläutern. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Kraftfahrzeugantriebs¬ strang, Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Fehlerrechnung bei der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses gemäß einer Ausfüh¬ rungsform der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses gemäß einer anderen Ausfüh¬ rungsform der Erfindung, und Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses gemäß einer weiteren Ausfüh¬ rungsform der Erfindung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist der Antriebsstrang eines Kraftfahr¬ zeugs einen Motor 1 , eine antriebstechnisch nachgeordnete Kupplung 2 und ein nachgeschaltetes Wechselgetriebe 3 auf. Der Motor 1 weist an seiner Ab¬ triebswelle eine Drehzahl nm auf, welche bei nicht geöffneter Kupplung 2 von dieser zum Wechselgetriebe 3 übertragen wird. Dort findet eine Drehmoment¬ wandlung und eine Drehzahlwandlung statt, so dass die Abtriebswelle des Wechselgetriebes 3 mit einer Drehzahl nwg rotiert.

Die Übersetzung zwischen Motor und Wechselgetriebe errechnet sich bekanntermaßen durch die Gleichung U - n„/nwg. An der Abtriebswelle des Wechselgetriebes 3 wird die Drehzahl vom Antriebsstrang zum eventuell vor¬ handenen Verteilergetriebe 4 und von dort zum Achsgetriebe 5 weitergeleitet. Dort findet eine Umleitung des Kraftflusses um 90° statt, so dass die quer zur Längsachse des Fahrzeugs angeordneten Antriebswellen 6 angetrieben wer¬ den. Am Ende der Antriebswellen 6 sind die Räder 7 des Fahrzeugs angeord¬ net.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die momentane Fahr¬ zeuggeschwindigkeit am Rad 7 gemessen, so dass mit der Drehzahl nwg ein relatives Übersetzungsverhältnis nach folgender Formel bestimmt werden kann:

h _ n Wg = π- (D d d.yn V

Dabei ist I2 das Übersetzungsverhältnis von der Abtriebswelle des Wechselgetriebes 3 bis zum angetriebenen Rad 7, ddy„ = der dynamische Rad¬ durchmesser eines Rades 7, nwg die Drehzahl an der Abtriebswelle des Wech¬ selgetriebes und v die Geschwindigkeit des Rades 7. Mit I2 ist die Gesamt¬ übersetzung bezeichnet, welche sämtliche Einzelübersetzungen der zwischen dem Wechselgetriebe 3 und dem Rad 7 vorhandenen Komponenten beinhaltet. In Fig. 1 ist dieser Antriebsstrangbereich mit einer gestrichelten Linie darge¬ stellt. Ist das mit Formel (1) ermittelte relative Übersetzungsverhältnis bekannt, lassen sich damit folgende Probleme lösen:

a) Ausfall eines Geschwindigkeitssensors oder Ausfall eines Drehzahl¬ sensors im Antriebsstrang: Da das Verhältnis //αV für einen überschaubaren Zeitraum konstant ist, kann ein eventuell plötzlich fehlender Wert eines Ge¬ schwindigkeitssensors bzw. eines Drehzahlsensors berechnet werden.

b) Unbekannte Übersetzungsstufe eines Verteilergetriebes: Ist der dy¬ namische Raddurchmesser ofφ, bekannt, lässt sich bei erfasster Fahrzeug- geschwindigkeit v und erfasster Drehzahl nwg des Wechselgetriebes 3 das Übersetzungsverhältnis /2 bestimmen. Ist zudem das Übersetzungsverhältnis des Achsgetriebes 5 bekannt, ergibt sich daraus die Übersetzungsstufe eines Verteilergetriebes 4.

c) Unbekannter dynamischer Raddurchmesser: Sind das Übersetzungs¬ verhältnis i2, die Drehzahl nwg an der Abtriebswelle des Wechselgetriebes 3 und die Fahrzeuggeschwindigkeit v bekannt, so lässt sich der dynamische Raddurchmesser bestimmen. Wenn während der Nutzungsdauer eines Fahr¬ zeugs ein Radwechsel stattfindet, die Reifen verschleißen oder sich der Luft¬ druck absenkt, ändert sich der dynamische Durchmesser eines Rades, welcher gemäß Formel (1) ermittelt werden kann.

Bei der Bestimmung eines Übersetzungsverhältnisses /2 ist zu beachten, dass die Messunsicherheiten bzw. Fehler beim Erfassen einer Messgröße nicht so groß werden, dass ein Irrtum über die Übersetzungsstufe möglich wird. Folgendes Beispiel mag dies in Verbindung mit Fig. 2 verdeutlichen:

Weist ein schaltbares Verteilergetriebe eine Schaltstufe mit der ersten Übersetzung 1:0,9 und eine Schaltstufe mit der zweiten Übersetzung 1:1 ,1 auf, so sind diese Übersetzungen deutlich voneinander unterscheidbar, wenn die Messgrößen ohne Fehler gemessen werden. In der Praxis ist jedes Messsignal jedoch mit einer Messunsicherheit verbunden.

Es sei angenommen, dass das Übersetzungsverhältnis mit einer Unsi¬ cherheit von ± 10 % bekannt ist. Dann ergibt dies einen Fehlerbalken mit einer unteren Grenze UG und einer oberen Grenze OG mit den Beträgen, wie sie in der Tabelle in Fig. 2 dargestellt sind. Bei der ersten Übersetzung von 1:0,9 führt eine Unsicherheit von +10 % zu einer oberen Grenze OG von 0,99, wobei die Unsicherheit von -10 % zu einer unteren Grenze UG = 0,81 führt. Bei der nächsten Schaltstufe mit der zweiten Übersetzung 1:1,1 führt die Unsicherheit von ±10 % zu einer oberen Grenze OG von 1,21 und zu einer unteren Gren¬ ze UG von 0,99. Dadurch wird ersichtlich, dass die obere Grenze OG bei der ersten Übersetzung von 1:0,9 gleich der unteren Grenze UG bei der zweiten Übersetzung von 1 :1,1 ist. Eine Unsicherheit von ±10 % führt somit dazu, dass nicht klar entschieden werden kann, ob bei dem schaltbaren Verteilergetriebe eine Übersetzung von 1:0,9 oder 1:1,1 vorliegt. Eine solche Situation kann vermieden werden, wenn die Unsicherheit bei der Ermittlung des Überset¬ zungsverhältnisses deutlich gesenkt wird und zum Beispiel nur bei ±5 % liegt.

Die Unsicherheiten bei der Bestimmung eines Übersetzungsverhältnis¬ ses können durch systematische Fehler bedingt sein. Dazu gehören unter anderem ein Schlupf an einem Antriebsrad, unterschiedliche Taktraten bei der Ermittlung einer Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Abtriebswelle des Wechselgetriebes 3 sowie ein Aufzieheffekt der Hinterachse beim Anfahren des Kraftfahrzeugs. Die Unsicherheiten bei der Ermittlung des Übersetzungs¬ verhältnisses lassen sich minimieren, wenn zum Beispiel die unterschiedliche Taktrate bei der Ermittlung der Signale berücksichtigt wird.

In Fig. 3 sind als Beispiel Signalverläufe dargestellt, welche zu einem Sensor 1 bzw. zu einem Sensor 2 gehören. Beim Sensor 1 werden die Signale mit einer relativ hohen Taktrate erfasst, während beim Sensor 2 eine niedrigere Taktrate genutzt wird. In dem dargestellten Beispiel weist der Sensor 1 eine doppelt so hohe Taktrate wie der Sensor 2 auf.

Bezüglich der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses i2 mag zum Beispiel der Sensor 1 für den Drehzahlsensor am Wechselgetriebe 3 und der Sensor 2 für den Geschwindigkeitssensor am Rad 7 stehen. Um zu entschei¬ den, welches Signal bei der Berechnung des Übersetzungsverhältnisses i2 zum Einsatz kommt, kann gemäß der Erfindung derart vorgegangen werden, dass eine Berechnung des Übersetzungsverhältnisses i2 nur erfolgt, wenn eine Sig¬ naländerung des Sensors 2 mit der niedrigeren Taktrate vorliegt (siehe „A" in Figur 3 mit den dort eingezeichneten Ereignisbalken). Dies führt dazu, dass ein Übersetzungsverhältnis nur dann berechnet wird, wenn von beiden Sensoren 1 und 2 ein neu erfasstes Signal vorliegt. Ändert sich ein Ereignis und wird dies von einem Sensor eher erkannt als von einem zweiten Sensor, so wird ein Übersetzungsverhältnis ermittelt, welches mit einem relativ hohen systemati¬ schen Fehler behaftet ist.

Beim Anfahren kann es zu einer mechanischen Verformung und zu ei¬ nem Verdrehen der gesamten Radaufhängung kommen, dem sogenannten "Aufzieheffekt". Die Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses gemäß der Erfindung kann so lange ausgesetzt werden, bis der Aufzieheffekt eine nur noch vernachlässigbare Verfälschung des Messsignals mit sich bringt. Dies lässt sich zum Beispiel dadurch erreichen, dass der Betrag einer Änderung der Beschleunigung der momentanen Drehzahl der Abtriebswelle eines Wechsel¬ getriebes άnwg /άt3 einen bestimmten Wert nicht überschreitet.

Eine weitere Möglichkeit, einen systematischen Fehler bei der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses i2 zu verringern, ist im Zusammenhang mit Fig. 4 ersichtlich. Demnach wird eine Berechnung gemäß Formel (1) so oft wiederholt, bis das Ergebnis einer Berechnung im Vergleich zu einem Ergebnis der vorhergehenden Berechnung einen definierten Toleranzbetrag T nicht überschreitet. Eine weitere Maßnahme liegt darin, dass beim Unterschreiten eines minimalen Übersetzungsverhältnisses statt der so ermittelten Beträge ein Ersatzwert Emin verwendet wird. Dies gilt genauso beim Überschreiten eines maximal möglichen Übersetzungsverhältnisses. In diesem Fall wird ein Ersatz¬ wert Emax gewählt, siehe Fig. 4. Werden diese Maßnahmen berücksichtigt, lassen sich die systemati¬ schen Fehler bei der Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses reduzieren. Bezuαszeichen

1 Motor 2 Kupplung 3 Wechselgetriebe 4 Verteilergetriebe 5 Achsgetriebe 6 Hinterachse 7 Hinterrad

/* Übersetzung von Motor zu Wechselgetriebe h Übersetzung von Wechselgetriebe zu angetriebenem Rad nm Drehzahl Motor nwg Drehzahl Wechselgetriebe V kalibrierte Fahrzeuggeschwindigkeit ddyn dynamischer Raddurchmesser fcmin minimaler Ersatzwert Emax maximaler Ersatzwert T Toleranzbetrag A Rechenereignis