DE102005036940A1

DE102005036940A1 - Schalteinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005036940A1
Application number: DE102005036940A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Steffens (FH); Martin Dipl.-Ing. Teutschländer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US20070032343A1; US7481128B2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Schalteinheit, bei welcher ein Fahrzeugführer mittels eines Schalthebels (31) Schaltungen im Getriebe (11) ausführen kann. Zur Unterstützung der vom Fahrzeugführer aufgebrachten Schaltkraft verfügt die Schalteinheit über eine Schalt-Unterstützungseinheit (28, 30, 34, 35). Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schalteinheit vorzuschlagen, mit welcher Schädigungen des Getriebes (11), insbesondere von Synchronisierungen (20) und einer Schaltsperre verhindert werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß erkennt die Steuerungseinrichtung (37) der Schalteinheit eine gegenüber einem Normalzustand signifikante Erhöhung eines Trägheitsmoments von bei einer Schaltung im Getriebe (11) zu beschleunigender Massen und steuert die Schalt-Unterstützungseinheit (28, 30, 34, 35) nur dann zur Unterstützung der Schaltkraft an, wenn keine signifikante Erhöhung des genannten Trägheitsmoments erkannt wurde. Dadurch können keine zu hohen Schaltkräfte auftreten, welche zu Schädigungen des Getriebes (11) führen können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Die DE 198 39 854 A1 beschreibt eine Schalteinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Schaltungen im Getriebe können von einem Fahrzeugführer mittels eines Schalthebels ausgeführt werden. Um die vom Fahrzeugführer aufzubringende Schaltkraft zu reduzieren, weist die Schalteinheit eine pneumatische Schalt-Unterstützungseinheit auf, welche von einem Druckluftsystem des Kraftfahrzeugs gespeist wird. Die Schalt-Unterstützungseinheit kann eine zusätzliche Schaltkraft aufbringen, welche die vom Fahrzeugführer über den Schalthebel aufgebrachte Schaltkraft unterstützt. Die Schalteinheit ist so ausgelegt, dass die zusätzliche Schaltkraft nur aufgebracht wird, wenn eine Antriebsverbindung zwischen einer Antriebsmaschine und dem Getriebe mittels einer Kupplung aufgetrennt ist. Außerdem steuert eine Steuerungseinrichtung der Schalteinheit ein elektrisches Ventil der Schalt-Unterstützungseinheit so an, dass die zusätzliche Schaltkraft nur wirkt, wenn eine Drehzahl der Antriebsmaschine im Zielgang nicht größer als eine Grenzdrehzahl ist.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Schalteinheit vorzuschlagen, mit welcher Schädigungen des Getriebes verhindert werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schalteinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung der Schalteinheit dazu vorgesehen, eine gegenüber einem Normalzustand signifikante Erhöhung eines Trägheitsmoments von bei einer Schaltung im Getriebe zu beschleunigender Massen bei aufgetrennter Antriebsverbindung zu einer Antriebsmaschine zu erkennen. Bei einem Zahnräderwechselgetriebe in Vorgelegebauweise muss bei einem Gangwechsel die Vorgelegewelle, die Getriebeeingangswelle und das dem Zielgang zugeordnete Losrad auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs beschleunigt werden. Diese Beschleunigung entspricht bei einer Rückschaltung einer Erhöhung und bei einer Hochschaltung einer Verringerung der Drehzahl. Die Steuerungseinrichtung kann insbesondere erkennen, ob zusätzliche Zahnräder und/oder Wellen direkt oder indirekt mit der Getriebeeingangswelle verbunden sind und sich das Trägheitsmoment dadurch signifikant erhöht. Im Normalzustand ist das Trägheitsmoment der zu beschleunigenden Massen zumindest nicht größer als das Trägheitsmoment, auf welches das Getriebe ausgelegt ist. Es sind also insbesondere keine zusätzlichen Zahnräder und/oder Wellen mit der Getriebeeingangswelle verbunden.

Die Schaltungen werden mit der erfindungsgemäßen Schalteinheit nur durchgeführt, wenn die Antriebsverbindung zwischen der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs und dem Getriebe mittels einer Kupplung aufgetrennt ist. Die Kupplung kann vom Fahrzeugführer mittels eines Kupplungspedals betätigt werden oder als automatisierte Kupplung ausgeführt sein.

Die notwendige Schaltkraft zum Synchronisieren ist ungefähr proportional zum Trägheitsmoment der zu beschleunigenden Massen. Steigt das Trägheitsmoment stark an, so ist auch eine deutlich höhere Schaltkraft notwendig. Bei einem so genannten synchronisierten Getriebe, also einem Getriebe mit Synchronisierungen für jeden Gang, wird die Schaltkraft zum Synchronisieren über die Synchronisierung auf die Vorgelegewelle übertragen. Bei Aufbringung von zu großen Schaltkräften kann es dabei zu Schädigungen der Synchronisierung in Form von starkem Verschleiß oder Versagen der Synchronisierung kommen. Die Synchronisierungen sind üblicherweise so ausgelegt, dass die vom Fahrzeugführer über den Schalthebel aufgebrachte Schaltkraft zu keinen Schädigungen führen können. Wirkt allerdings zusätzlich zu der vom Fahrzeugführer aufgebrachten Schaltkraft die zusätzliche Schaltkraft der Schalt-Unterstützungseinheit so kann eine zu hohe Kraft wirken.

Die Steuerungseinrichtung ist deshalb dazu vorgesehen, die Schalt-Unterstützungseinheit nur dann zur Unterstützung der Schaltkraft anzusteuern, wenn keine signifikante Erhöhung des genannten Trägheitsmoments erkannt wurde.

Damit ist sichergestellt, dass die aufgebrachte Schaltkraft nicht so groß wird, dass es zu Schädigungen des Getriebes kommen kann. Der Fahrzeugführer kann immer noch mittels des Schalthebels eine Schaltung ausführen, er muss dazu allerdings eine im Vergleich zu einer Schaltung im Normalzustand des Getriebes eine höhere Schaltkraft aufbringen. Er bekommt damit auch eine Rückmeldung, dass im momentanen Zustand des Getriebes nur zwingend notwendige Schaltungen durchgeführt werden sollten.

In Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Getriebe über einen mit einer Getriebeeingangswelle zumindest indirekt verbundenen Nebenantrieb. Der Nebenabtrieb kann direkt mit der Getriebeeingangswelle in Antriebsverbindung stehen oder über eine weitere Welle, beispielsweise eine Vorgelegewelle indirekt mit der Getriebeeingangswelle verbunden sein. Mittels des Nebenantriebs kann ein Nebenaggregat in Antriebsverbindung mit dem Getriebe gebracht werden. Das Nebenaggregat kann beispielsweise als Wasser-, Schlamm- oder Hydraulikpumpe, Seilwinde, Kranaufbau oder Kehrmaschine ausgeführt sein. Das Nebenaggregat kann beispielsweise über eine Klauenkupplung an die Vorgelegewelle des Getriebes angekoppelt werden. Durch die direkte oder indirekte Kopplung des Nebenaggregats an die Getriebeeingangswelle müssen die bewegten Teile des Nebenaggregats bei einer Schaltung ebenfalls beschleunigt werden. Damit steigt bei angeschlossenem Nebenaggregat das Trägheitsmoment der zu beschleunigenden Massen gegenüber dem Normalzustand mit nicht angeschlossenem Nebenaggregat signifikant an.

Die Steuerungseinrichtung ist so ausgeführt, dass sie erkennen kann, ob ein Nebenaggregat am Nebenantrieb angeschlossen ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Ankopplung durch die Steuerungseinrichtung angesteuert wird und die Steuerungseinrichtung damit den Zustand des Nebenantriebs kennt. Es ist ebenfalls möglich, dass am Nebenantrieb ein Sensor, beispielsweise ein Wegsensor, oder ein Schalter angeordnet ist, mittels welchem erfasst werden kann, ob ein Nebenaggregat angeschlossen ist. Beispielsweise kann die Position einer Klauenkupplung am Nebenantrieb erfasst werden.

Die Steuerungseinrichtung ist dazu vorgesehen, die Schalt-Unterstützungseinheit nur dann zur Unterstützung der Schaltkraft anzusteuern, wenn kein Nebenaggregat am Nebenantrieb angeschlossen ist. Die Erkennung, ob ein Nebenaggregat am Nebenantrieb angeschlossen ist, ist eine sichere und einfache Methode eine Erhöhung des Trägheitsmoments zu erkennen. Eine Schädigung des Getriebes wird damit sicher und auf einfache Weise verhindert.

Das Getriebe kann auch über eine Schaltsperre verfügen, welche ein Einlegen eines Gangs bei angeschlossenem Nebenaggregat verhindert. Falls trotz angeschlossenem Nebenaggregat die zusätzliche Schaltkraft der Schalt-Unterstützungseinheit wirken würde, so könnte es zu starkem Verschleiß oder Versagen (Bruch) der Schaltsperre kommen.

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 zeigt.

1 ein synchronisiertes, handgeschaltetes Getriebe mit einer pneumatischen Schalt-Unterstützungseinheit und angeschlossenem Nebenaggregat.

Gemäß 1 ist eine Getriebeeingangswelle 10 eines synchronisierten, handgeschalteten Getriebes 11 mittels einer Kupplung 12 mit einer Antriebsmaschine 40 in Form eines Verbrennungsmotors verbunden. Die Kupplung 12 kann mittels eines nicht dargestellten Kupplungspedals von einem Fahrzeugführer betätigt werden. Das Getriebe 11 ist als ein Zahnräderwechselgetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt. Das Getriebe 11 verfügt über eine parallel zur Getriebeeingangswelle 10 angeordnete Vorgelegewelle 13, welche über eine Zahnradstufe 41 mit der Getriebeeingangswelle 10 verbunden ist. Auf der Vorgelegewelle 13 sind drehfest zwei Festräder 14, 15 für die beiden exemplarisch dargestellten Gänge des Getriebes 11 angeordnet. Ein der Antriebsmaschine 40 abgewandtes Ende der Vorgelegewelle 16 ist als ein Nebenantrieb 22 ausgeführt. Über eine vom Fahrzeugführer betätigbare Klauenkupplung 21 kann ein Nebenaggregat 23 an den Nebenantrieb 22 angeschlossen werden. An der Klauenkupplung 21 ist ein Sensor 24 angeordnet, welcher erfassen kann, ob die Klauenkupplung 21 geschlossen ist, also ein Nebenaggregat angeschlossen ist oder nicht.
Koaxial zur Getriebeeingangswelle 10 ist eine Getriebeausgangswelle 16 angeordnet, auf welcher verdrehbar zwei Losräder 17, 18 angeordnet sind, welche mit den Festrädern 14, 15 kämmen. Jeweils eines der Losräder 17, 18 kann mittels einer Schiebemuffe 19 drehfest mit der Getriebeausgangswelle 16 verbunden werden. Die Schiebemuffe 19 weist eine Synchronisierung 20 auf, mittels welcher das zu schaltende Losrad 17, 18, die Vorgelegewelle 16 und die Getriebeeingangswelle 10 auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs beschleunigt oder abgebremst werden kann. Falls dabei zu große Schaltkräfte aufgebracht werden, kann es zu einem sehr hohen Verschleiß oder einem Versagen der Synchronisierung kommen.
Die Schiebemuffe 19 kann über eine Schaltgabel 25 von einer Schaltstange 26 parallel zur Getriebeausgangswelle 16 verschoben werden. Die Schaltstange 26 ist mit zwei Kolben 27, 28 zweier Kolben-Zylinder-Einheiten 29, 30 verbunden. Die Kolben-Zylinder-Einheit 29 wird hydraulisch betätigt, wobei bei einer entsprechenden Betätigung eines Schalthebels 31 Hydrauliköl wahlweise auf eine der beiden Flächen des Kolbens 27 wirkt. Mittels des Schalthebels 31 kann also eine Kraft auf den Kolben 27 in beide Bewegungsrichtungen des Kolbens 27 ausgeübt werden. Mittels dieser vom Fahrzeugführer aufgebrachten Schaltkraft kann die Schaltstange 26 und damit die Schiebemuffe 19 verschoben werden.
Zur Unterstützung der vom Fahrzeugführer aufgebrachten Schaltkraft kann auch auf beide Flächen des Kolbens 28 eine Kraft ausgeübt werden. Dazu können Druckkammern 32, 33 der Kolben-Zylinder-Einheit 30, wobei jeweils eine der Druckkammern 32, 33 auf einer Seite des Kolbens 29 angeordnet ist, über Elektromagnetventile 34, 35 mit einem Druckluftsystem 36 des Kraftfahrzeugs verbunden werden. Die Elektromagnetventile 34, 35 werden von einer Steuerungseinrichtung 37 angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 37 steuert immer nur eines der Elektromagnetventile 34, 35 an, um so wahlweise eine Kraft auf eine der Flächen des Kolbens 28 auszuüben. Diese zusätzliche Kraft wirkt als zusätzliche Schaltkraft ebenfalls auf die Schaltstange 26 und damit auf die Schiebemuffe 19. Um zu ermitteln, welches der Elektromagnetventile 34, 35 angesteuert werden muss, sind am Schalthebel 31 zwei Sensoren 38, 39 angeordnet. Mittels der Sensoren 38 und 39 kann erfasst werden, in welche Richtung der Schalthebel 31 bewegt wird, also in welche Richtung die vom Fahrzeugführer aufgebrachte Schaltkraft wirkt. Auf Grund dieser Information steuert die Steuerungseinrichtung 37 dasjenige Elektromagnetventil 34 oder 35 an, welches eine gleichgerichtete Kraft bewirkt.
Die Steuerungseinrichtung 37 steht außerdem in Signalverbindung mit dem Sensor 24, mittels welchem erfasst wird, ob ein Nebenaggregat am Nebenantrieb 22 angeschlossen ist. Die Elektromagnetventile 34, 35 werden nur dann angesteuert und damit wird nur dann eine zusätzliche Schaltkraft aufgebracht, wenn mittels des Sensors 24 festgestellt wird, dass die Klauenkupplung 21 geöffnet und damit kein Nebenaggregat am Nebenantrieb 22 angeschlossen ist. Bei geschlossener Klauenkupplung 21 und damit angeschlossenem Nebenaggregat kann trotzdem eine Schaltung ausgeführt werden; allerdings wirkt in diesem Fall nur die vom Fahrzeugführer über den Schalthebel 31 und den Kolben 27 aufgebrachte Schaltkraft.
Als weitere Voraussetzung zur Ansteuerung der Elektromagnetventile 34, 35 muss die Kupplung 12 geöffnet und damit die Antriebsverbindung zwischen Getriebeeingangswelle 10 und Antriebsmaschine 40 unterbrochen sein. Die Steuerungseinrichtung 37 kann dies mittels eines nicht dargestellten Sensors an der Kupplung 12 ermitteln.
Die erfindungsgemäße Schalteinheit kann auch in Verbindung mit einem Schaltkraftverstärker mit so genannter Wegesteuerung angewandt werden. Hierfür ist dann nur ein Elektromagnetventil notwendig. Sensoren am Schalthebel sind bei dieser Ausführung nicht erforderlich. Die Ansteuerung des Elektromagnetventils kann von einer vorhandenen Steuerungseinrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgen.

Claims

Schalteinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, mit – einem Schalthebel (31), mittels welchem ein Fahrzeugführer Schaltungen im Getriebe (11) ausführen kann, – einer Schalt-Unterstützungseinheit (28, 30, 34, 35), welche eine zusätzliche Schaltkraft aufbringen kann und – einer Steuerungseinrichtung (37), welche eine Betätigung des Schalthebels (31) erfassen und die Schalt-Unterstützungseinheit (28, 30, 34, 35) ansteuern kann, wobei die Steuerungseinrichtung (37) die Schalt-Unterstützungseinheit (28, 30, 34, 35) bei einer Betätigung des Schalthebels (31) zur Ausführung einer Schaltung so ansteuert, dass die zusätzliche Schaltkraft eine vom Fahrzeugführer aufgebrachte Schaltkraft unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (37) dazu vorgesehen ist, – eine gegenüber einem Normalzustand signifikante Erhöhung eines Trägheitsmoments von bei einer Schaltung im Getriebe (11) zu beschleunigender Massen bei aufgetrennter Antriebsverbindung zu einer Antriebsmaschine (40) zu erkennen und – die Schalt-Unterstützungseinheit (28, 30, 34, 35) nur dann zur Unterstützung der Schaltkraft anzusteuern, wenn keine signifikante Erhöhung erkannt wurde.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Getriebe (11) über einen mit einer Getriebeeingangswelle (10) zumindest indirekt verbundenen Nebenantrieb (22) verfügt, mittels welchem ein Nebenaggregat (23) in Antriebsverbindung mit dem Getriebe (11) bringbar ist, – die Steuerungseinrichtung (37) erkennen kann, ob ein Nebenaggregat (23) am Nebenantrieb (22) angeschlossen ist und – die Steuerungseinrichtung (37) dazu vorgesehen ist, die Schalt-Unterstützungseinheit (28, 30, 34, 35) nur dann zur Unterstützung der Schaltkraft anzusteuern, wenn kein Nebenaggregat (23) am Nebenantrieb (22) angeschlossen ist.