DE102013202709A1

DE102013202709A1 - Verfahren zum Betreiben einer Getriebevorrichtung

Info

Publication number: DE102013202709A1
Application number: DE102013202709.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Arnold; Klaus Steinhauser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-08-21
Also published as: CN103994211A; CN103994211B; US9845841B2; US20140230588A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebevorrichtung (1) beschrieben, das über die Betätigung von Schaltelementen (A bis F) in verschiedene Betriebszustände überführbar ist. Wenigstens eines der Schaltelemente (A, F) ist als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, das zur Darstellung wenigstens eines definierten Betriebszustandes der Getriebevorrichtung (1), während welchem ein Kraftfluss zwischen einer Getriebeeingangswelle (2) und einer Getriebeausgangswelle (3) vorliegt, in einen geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist. Bei Vorliegen einer Anforderung zum Schließen des formschlüssigen Schaltelementes (A, F) wird eine Drehzahl der Getriebeeingangswelle (2) oder eine hierzu äquivalente Drehzahl in Richtung einer Synchrondrehzahl geführt, die sich in geschlossenem Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes zumindest in Abhängigkeit der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (3) einstellt. Der Zuschaltvorgang des in geöffnetem Betriebszustand vorliegenden formschlüssigen Schaltelementes (F) wird abgebrochen, wenn der Verlauf der Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle (2) oder der hierzu äquivalenten Drehzahl nach Erreichen der Synchrondrehzahl bei in Schließrichtung betätigtem formschlüssigen Schaltelement (F) eine vordefinierte Drehzahlschwelle kreuzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebevorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Eine als 8-Gang-Mehrstufengetriebe ausgeführte Getriebevorrichtung mit reibschlüssigen Schaltelementen, wie Lamellenkupplungen und Lamellenbremsen, ist aus der DE 10 2005 002 337 A1 bekannt. Bei Vorliegen einer Schaltanforderung für einen Übersetzungswechsel in der Getriebevorrichtung ist wenigstens ein reibschlüssiges Schaltelement, welches zur Darstellung der aktuell in der Getriebevorrichtung eingelegten Ist-Übersetzung in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung zugeschaltet ist, aus dem Kraftfluss der Getriebevorrichtung abzuschalten, während wenigstens ein weiteres reibschlüssiges Schaltelement, welches während der Darstellung der aktuell in der Getriebevorrichtung eingelegten Ist-Übersetzung aus dem Kraftfluss der Getriebevorrichtung abgeschaltet ist, zur Darstellung der angeforderten Ziel-Übersetzung in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung zuzuschalten ist.
Dabei wird das über das zur Darstellung der aktuellen Ist-Übersetzung der Getriebevorrichtung in den Kraftfluss zugeschaltete reibschlüssige Schaltelement geführte Drehmoment mit zunehmender Schaltzeit mehr oder weniger von dem zur Darstellung der angeforderten Ziel-Übersetzungen in den Kraftfluss der Getriebevorrichtung zuzuschaltenden reibschlüssigen Schaltelement übertragen, während das über das abzuschaltende Schaltelement führbare Drehmoment abnimmt.
Nachteilhafterweise verursachen reibschlüssige Schaltelemente in geöffnetem Betriebszustand Schleppmomente, welche einen Gesamtwirkungsgrad eines Automatgetriebes in unerwünschtem Umfang beeinträchtigen.
Aus diesem Grund werden Getriebevorrichtungen, wie beispielsweise aus der DE 10 2008 000 429 A1 bekannt, in zunehmendem Umfang neben reibschlüssigen Schaltelementen auch mit formschlüssigen Schaltelementen ausgeführt, in deren Bereich keine den Gesamtwirkungsgrad einer Getriebevorrichtung beeinträchtigenden Schleppmomente auftreten.
Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass formschlüssige Schaltelemente nur nahe ihres Synchronpunktes aus einem geöffneten Betriebszustand, zu dem kein Drehmoment über die formschlüssigen Schaltelemente führbar ist, in ihren geschlossenen Betriebszustand, in dem das gesamte anliegende Drehmoment über die formschlüssigen Schaltelemente führbar ist, umschaltbar sind. Zusätzlich sind in den Kraftfluss einer Getriebevorrichtung zugeschaltete formschlüssige Schaltelemente mit geringen Schaltkräften nur nahe ihres lastfreien Betriebszustandes aus dem Kraftfluss abschaltbar.
Bei Vorliegen einer Anforderung zum Schließen eines formschlüssigen Schaltelementes durch entsprechende Beaufschlagung des formschlüssigen Schaltelementes mit einer Schließkraft wird seitens eines elektrischen Getriebesteuergerätes bzw. softwareseitig der Schaltbefehl mit einem gewissen zeitlichen Vorhalt vor Erreichen des Synchronpunktes des formschlüssigen Schaltelementes ausgegeben, den das formschlüssige Schaltelement bei eingelegter Ziel-Übersetzung aufweist. Dadurch soll erreicht werden, dass der eigentliche Zuschaltvorgang bzw. das Einspuren des formschlüssigen Schaltelementes innerhalb eines vordefinierten Differenzdrehzahlfensters zwischen den beiden Schaltelementhälften erfolgt, innerhalb dem das formschlüssige Schaltelement mit hoher Wahrscheinlichkeit zuschaltbar ist. Zusätzlich sollen über den zeitlichen Vorhalt systemimmanente Verzögerungen, die beispielsweise durch Signallaufzeiten, hydraulische Verzögerungen und/oder die zum Schließen der Verbindung zurückzulegende Wegstrecke verursacht werden, berücksichtigt werden. Dabei ist der vorzusehende zeitliche Vorhalt insbesondere bei hydraulisch betätigten formschlüssigen Schaltelementen von Getriebevorrichtungen, wie Automatgetrieben, in nicht vernachlässigbarem Umfang von der Betriebstemperatur der Getriebevorrichtung bzw. der Temperatur des Getriebeöls abhängig.
Der jeweils vorzusehende zeitliche Vorhalt für das Auslösen des Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes ist beispielsweise empirisch bestimmbar. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, den Zeitvorhalt in Abhängigkeit des aktuell vorliegenden Gradienten des Verlaufs der Drehzahl einer Getriebeeingangswelle oder einer hierzu äquivalenten Drehzahl, wie einer Turbinendrehzahl oder dergleichen, vor Erreichen des Synchronpunkts des formschlüssigen Schaltelementes für den Zuschaltzeitpunkt des formschlüssigen Schaltelementes zu bestimmen und die Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelementes entsprechend vorzugeben.
Zur Berechnung von Gradienten von Drehzahlverläufen werden aufgrund von Signalrauschen meist mehrere Drehzahlwerte verwendet, um Fehlansteuerungen zu vermeiden. Diese Vorgehensweise führt jedoch dazu, dass beispielsweise erhebliche Drehzahländerungen über derart berechnete Gradienten nicht rechtzeitig erkennbar sind, da die zur Fehlervermeidung verwendeten aufwändigen Berechnungsmethoden jeweils die Sichtbarkeit von Veränderungen verzögern.
Wird der Schließvorgang eines formschlüssigen Schaltelementes nicht rechtzeitig vor Erreichen des Synchronpunktes des formschlüssigen Schaltelementes gestartet, wird versucht, das formschlüssige Schaltelement bei einer zu hohen Differenzdrehzahl zwischen den beiden Schaltelementhälften zu schließen. Das formschlüssige Schaltelement ist dann nicht in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar und es besteht zudem die Möglichkeit, dass Schädigungen im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes auftreten, wenn sich die miteinander in formschlüssigen Eingriff zu führenden Schaltelementhälften lediglich im Bereich ihrer zugewandten Stirnflächen kontaktieren und dabei unter Umständen auftretender Abrieb die Funktionsweise des formschlüssigen Schaltelementes beeinträchtigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels dem Schädigungen im Bereich von formschlüssigen Schaltelementen aufgrund von nicht rechtzeitig ausgelösten Schließvorgängen auf einfache Art und Weise vermeidbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Getriebevorrichtung, insbesondere eines 9-Gang-Getriebes, das über die Betätigung von Schaltelementen in verschiedene Betriebszustände überführbar ist, wobei wenigstens eines der Schaltelemente als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, das zur Darstellung wenigstens eines definierten Betriebszustandes der Getriebevorrichtung, während welchem ein Kraftfluss zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle vorliegt, in einen geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist, wird bei Vorliegen einer Anforderung zum Schließen des formschlüssigen Schaltelementes eine Drehzahl der Getriebeeingangswelle oder eine hierzu äquivalente Drehzahl in Richtung einer Synchrondrehzahl geführt, die sich in geschlossenem Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes zumindest in Abhängigkeit der Drehzahl der Getriebeausgangswelle einstellt.
Zur Vermeidung von Schädigungen im Bereich eines zu schließenden formschlüssigen Schaltelementes wird der Zuschaltvorgang des in geöffnetem Betriebszustand vorliegenden formschlüssigen Schaltelementes abgebrochen, wenn der Verlauf der Drehzahl der Getriebeeingangsdrehzahl oder der hierzu äquivalenten Drehzahl nach Erreichen der Synchrondrehzahl bei bereits in Schließrichtung betätigtem formschlüssigem Schaltelement eine vordefinierte Drehzahlschwelle kreuzt.
Ein angeforderter Schließvorgang eines formschlüssigen Schaltelementes ist bekannterweise außerhalb des für das Einspuren günstigen Differenzdrehzahlfensters zwischen den Schaltelementhälften mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht im erforderlichen Umfang realisierbar und es treten im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes gegebenenfalls während eines erfolglosen Schließvorgangs irreversible Schädigungen auf.
Erreicht die Drehzahl der Getriebeeingangsdrehzahl oder die hierzu äquivalente Drehzahl die vordefinierte Drehzahlschwelle, wird davon ausgegangen, dass das formschlüssige Schaltelement nicht in gewünschtem Umfang in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist, weshalb der Zuschaltvorgang dann abgebrochen wird, um einen fehlerhaften Schaltvorgang auf einfache Art und Weise zu vermeiden.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Timer gestartet, wenn der Verlauf der Drehzahl der Getriebeeingangswelle oder der hierzu äquivalenten Drehzahl nach Erreichen der Synchrondrehzahl bei in Schließrichtung betätigtem formschlüssigem Schaltelement eine weitere vordefinierte Drehzahlschwelle vor der vordefinierten Drehzahlschwelle kreuzt, wobei der Zuschaltvorgang des in geöffnetem Betriebszustand vorliegenden formschlüssigen Schaltelementes abgebrochen wird, wenn der Wert des Timers einen vordefinierten Wert erreicht. Mittels dieser Vorgehensweise wird wiederum gewährleistet, dass bei entsprechend niedrigen Gradienten des Verlaufs der Drehzahl der Getriebeeingangswelle bzw. einer Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften des zu schließenden formschlüssigen Schaltelementes unerwünscht lange Zuschaltvorgänge ohne einem erfolgreichen Schließen des formschlüssigen Schaltelementes bereits vor Erreichen der ein Abbruchkriterium darstellenden zusätzlichen vordefinierten Drehzahlschwelle beendet wird und einerseits Schädigungen im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes vermieden werden und andererseits ein undefinierter Zwischenbetriebszustand einer Getriebevorrichtung lediglich über einen begrenzten Zeitraum vorliegt.
Der Zuschaltvorgang des formschlüssigen Schaltelementes wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebrochen, wenn der Verlauf der Drehzahl der Getriebeeingangswelle oder der hierzu äquivalenten Drehzahl vor Erreichen der Synchrondrehzahl eine zusätzliche vordefinierte Drehzahlschwelle kreuzt, ohne dass eine Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes in Schließrichtung angefordert ist. Schädigungen im Bereich eines zuzuschaltenden formschlüssigen Schaltelementes sind somit auf einfache Art und Weise vermieden, da der Zuschaltvorgang des formschlüssigen Schaltelementes dann abgebrochen wird, wenn getriebesteuergeräteseitig bzw. softwareseitig das Schließen der formschlüssigen Verbindung bis zu einem definierten Differenzdrehzahlpunkt im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes vor Erreichen des synchronen Betriebszustandes des formschlüssigen Schaltelementes noch nicht veranlasst ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Zeitpunkt vor Erreichen der Synchrondrehzahl ermittelt, ab dem eine in Schließrichtung des formschlüssigen Schaltelementes wirkende Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes zu starten ist, wobei der Zuschaltvorgang des formschlüssigen Schaltelementes abgebrochen wird, wenn der Verlauf der Drehzahl der Getriebeeingangsdrehzahl oder der hierzu äquivalenten Drehzahl die zusätzliche vordefinierte Drehzahlschwelle zu einem Zeitpunkt kreuzt, der vor dem ermittelten Beginn der Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes in Schließrichtung liegt. Mittels dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, dass Zuschaltvorgänge bzw. Schließvorgänge eines formschlüssigen Schaltelementes, die betriebszustandsabhängig offensichtlich zu spät gestartet werden und daher nicht im gewünschtem Umfang mit geringen Bauteilbelastungen abschließbar sind, rechtzeitig abgebrochen werden.
Wird das formschlüssige Schaltelement in Schließrichtung betätigt, wenn der Verlauf der Drehzahl der Getriebeeingangswelle oder der hierzu äquivalenten Drehzahl eine zusätzliche weitere vordefinierte Drehzahlschwelle kreuzt, die die Drehzahl der Getriebeeingangswelle oder die hierzu äquivalente Drehzahl vor dem zusätzlichen vordefinierten Drehzahlschwellwert erreicht, wird eine sogenannte Zwangszuschaltung des zuvor noch nicht aktuierten formschlüssigen Schaltelementes ausgelöst, um das formschlüssige Schaltelement im angeforderten Umfang zuzuschalten und wiederum eine zu späte Betätigung des Schaltelementes und daraus resultierende Schädigungen des formschlüssigen Schaltelementes zu vermeiden.
Die Getriebevorrichtung wird nach dem Abbruch des Zuschaltvorganges des formschlüssigen Schaltelementes in einen sicheren Betriebszustand überführt, zu dem sowohl die Getriebeeingangswelle als auch die Getriebeausgangswelle drehbar sind. Damit werden auf einfache Art und Weise sicherheitskritische Betriebszustände, wie ein blockierter Abtrieb eines mit der erfindungsgemäß betriebenen Getriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeuges, auf einfache Art und Weise vermieden.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht der sichere Betriebszustand der Getriebevorrichtung einem Neutralbetriebszustand, zu dem der Kraftfluss zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle unterbrochen ist, wobei hierfür vorzugsweise alle Schaltelemente der Getriebevorrichtung in ihren geöffneten Betriebszustand überführt werden.
Alternativ hierzu entspricht der sichere Betriebszustand dem Betriebszustand der Getriebevorrichtung vor der Anforderung zum Schließen des formschlüssigen Schaltelementes.
Variiert die Drehzahlschwelle, die weitere Drehzahlschwelle, die zusätzliche Drehzahlschwelle und/oder die zusätzliche weitere Drehzahlschwelle in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur der Getriebevorrichtung, sind Schädigungen im Bereich eines formschlüssigen Schaltelementes mit geringem Aufwand über den gesamten Betriebsbereich einer Getriebevorrichtung vermeidbar.
Zusätzlich oder alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, die Drehzahlschwelle, die weitere Drehzahlschwelle, die zusätzliche Drehzahlschwelle und/oder die zusätzliche weitere Drehzahlschwelle in Abhängigkeit eines Gradienten eines Verlaufs der Differenz zwischen der aktuell vorliegenden Drehzahl der Getriebeeingangswelle und der Synchrondrehzahl der Getriebeeingangswelle oder der hierzu äquivalenten Drehzahl zu variieren, um Schädigungen im Bereich eines zu schließenden formschlüssigen Schaltelementes an den jeweils vorliegenden Betriebszustandsverlauf angepasst zu vermeiden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
1 ein Radsatzschema einer Getriebevorrichtung;
2 eine tabellarische Schaltlogik der in 1 gezeigten Getriebevorrichtung;
3 eine Gegenüberstellung mehrerer Verläufe verschiedener Betriebszustandsparameter der Getriebevorrichtung gemäß 1, die sich jeweils während eines ordnungsgemäß durchgeführten Zuschaltschaltvorganges und während eines rechtzeitigen Abbruches eines Zuschaltvorganges eines noch nicht aktuierten formschlüssigen Schaltelementes einstellen; und
4 eine 3 entsprechende Darstellung mehrerer Verläufe verschiedener Betriebszustandsparameter der Getriebevorrichtung gemäß 1 während eines Zuschaltvorganges eines bereits in Schließrichtung betätigten formschlüssigen Schaltelementes bei Erkennen eines fehlerhaften Schließvorganges.
1 zeigt ein Räderschema einer Getriebevorrichtung 1 bzw. eines 9-Gang-Getriebes, welches grundsätzlich aus der DE 10 2008 000 429 A1 bekannt ist. Die Getriebevorrichtung 1 umfasst eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3, welche in in einem Fahrzeug montierten Zustand mit einem Abtrieb des Fahrzeugs verbunden ist, während die Antriebswelle 2 mit einer Antriebsmaschine wirkverbunden ist.
Darüber hinaus umfasst die Getriebevorrichtung 1 vier Planetenradsätze P1 bis P4, wobei der erste und der zweite Planetenradsatz P1, P2, die vorzugsweise als Minusplanetensätze ausgebildet sind, einen schaltbaren Vorschaltradsatz bilden, während der dritte und der vierte Planetenradsatz P3 und P4 den Hauptradsatz darstellen. Zusätzlich umfasst die Getriebevorrichtung 1 sechs Schaltelemente A bis F, wovon die Schaltelemente C, D und F als Bremsen und die Schaltelemente A, B und E als Schaltkupplungen ausgeführt sind.
Mit den Schaltelementen A bis F ist gemäß der in 2 näher dargestellten Schaltlogik ein selektives Schalten von neun Vorwärtsgängen "1" bis "9" und einem Rückwärtsgang "R" realisierbar, wobei zum Herstellen eines Kraftflusses in der Getriebevorrichtung 1 im Wesentlichen jeweils gleichzeitig drei Schaltelemente in einen geschlossenen Betriebszustand zu führen bzw. zu halten sind.
Die Schaltelemente A und F sind vorliegend als formschlüssige Schaltelemente ohne zusätzliche Synchronisierung ausgebildet, um im Betrieb der Getriebevorrichtung 1 im Vergleich zu Getriebevorrichtungen, die nur mit reibschlüssigen Schaltelementen ausgebildet sind, durch geöffnete reibschlüssige Schaltelemente verursachte Schleppmomente zu reduzieren. Da formschlüssige Schaltelemente im Allgemeinen nur innerhalb eines sehr schmalen Differenzdrehzahlbandes um die Synchrondrehzahl aus einem geöffneten Betriebszustand in einen geschlossenen Betriebszustand überführbar sind, wird die Synchronisierung eines zuzuschaltenden formschlüssigen Schaltelementes ohne zusätzliche konstruktive Ausführungen durch entsprechende Betätigung der jeweils an der Schaltung beteiligten Schaltelemente realisiert. Dies gilt sowohl für Zug- als auch für Schubschaltungen, wobei die formschlüssigen Schaltelemente als Klauenkupplungen ausgeführt sein können, welche mit oder ohne zusätzliche Synchronisierung ausgebildet sind.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der in 3 und 4 über der Zeit t näher dargestellten Verläufe mehrerer Betriebsparameter der Getriebevorrichtung 1 gemäß 1 näher erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für die Überwachung und Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F während eines angeforderten Übersetzungswechsels ausgehend von der fünften Übersetzung "5" in Richtung der vierten Übersetzung "4", zu deren Durchführung das reibschlüssige Schaltelement B abzuschalten ist und das formschlüssige Schaltelement F zuzuschalten ist, als auch für die Überwachung und Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes A bei einem angeforderten Übersetzungswechsel ausgehend von der achten Übersetzung "8" in Richtung der siebten Übersetzungsstufe "7" anwendbar, zu deren Durchführung das reibschlüssige Schaltelement C abzuschalten ist und das formschlüssige Schaltelement A zuzuschalten ist. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren auch während Betriebszustandsverläufen in geeigneter Art und Weise betreibbar, während welchen im Bereich der Getriebevorrichtung 1 durch Schließen des formschlüssigen Schaltelementes A und/oder F in Form eines sogenannten Gangeinlegens ein Kraftschluss hergestellt wird, wie es beispielsweise bei Verlassen eines Segelbetriebes eines mit der Getriebevorrichtung 1 ausgeführten Fahrzeuges der Fall sein kann. Zusätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für Betriebszustandsverläufe einsetzbar während welchen ein formschlüssiges Schaltelement zur Durchführung einer angeforderten Hochschaltung aus einem geöffneten in einen geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist.
Bis zu einem Zeitpunkt T1 ist in der Getriebevorrichtung 1 die fünfte Übersetzung "5" oder die achte Übersetzung "8" für Vorwärtsfahrt eingelegt. Zum Zeitpunkt T1 ergeht eine Anforderung für einen Übersetzungswechsel ausgehend von der aktuell eingelegten Ist-Übersetzung "5" oder "8" in Richtung der vierten Übersetzung "4" oder der siebten Übersetzung "7" für Vorwärtsfahrt bzw. der Ziel-Übersetzung, wobei hierfür das reibschlüssige Schaltelement B oder das Schaltelement C zu öffnen ist und gleichzeitig das formschlüssige Schaltelement F oder das Schaltelement A aus seinem geöffneten Betriebszustand in seinen geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist.
Zum Zeitpunkt T1, zu welchem das reibschlüssige Schaltelement B oder das Schaltelement C noch vollständig geschlossen ist und das formschlüssige Schaltelement F oder das Schaltelement A in vollständig geöffnetem Betriebszustand vorliegt sowie die fünfte Übersetzung "5" oder die achte Übersetzung "8" eingelegt ist, entspricht eine Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 der Synchrondrehzahl nt("5") bzw. nt("8"), die sich bei eingelegter fünfter Übersetzung "5" oder eingelegter achter Übersetzung "8" in der Getriebevorrichtung 1 einstellt.
Zugunsten der Übersichtlichkeit wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise nachfolgend im Wesentlichen lediglich für das formschlüssige Schaltelement F näher beschrieben, wobei der vorgestellte Ablauf dem für die Betätigung und die Überwachung des formschlüssigen Schaltelementes A während eines angeforderten Übersetzungswechsels von der achten Übersetzung "8" in Richtung der siebten Übersetzungsstufe "7" vorgesehenen Ablauf entspricht.
Ab einem auf den Zeitpunkt T1 folgenden Zeitpunkt T2, zu welchem die Schaltanforderung ausgehend von der Ist-Übersetzung "5" in Richtung der Ziel-Übersetzung "4" vorliegt, wird die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes B durch entsprechendes Reduzieren des Betätigungsdruckes verringert, womit die Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 in Richtung der Synchrondrehzahl nt("4") ansteigt, die sich bei in der Getriebevorrichtung 1 eingelegter vierter Übersetzung "4" einstellt. Gleichzeitig wird zum Zeitpunkt T2, der den Beginn der Rückschaltung ausgehend von der fünften Übersetzung "5" in Richtung der vierten Übersetzung "4" darstellt, der Zeitpunkt vor Erreichen der Synchrondrehzahl nt("4") ermittelt, ab dem eine in Schließrichtung des formschlüssigen Schaltelementes F wirkende Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F zu starten ist. Zusätzlich wird ständig die Differenz zwischen der Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 und der Synchrondrehzahl nt("4") bestimmt.
Entspricht der Zeitpunkt T3 dem betriebszustandsabhängig ermittelten Zeitpunkt, ab dem das formschlüssige Schaltelement F mit der zum Schließen erforderlichen Betätigungskraft zu beaufschlagen ist, wird zum Zeitpunkt T3 ein Verlauf des Ansteuerstroms IF des formschlüssigen Schaltelementes F sprungartig in der in 3 idealisiert dargestellten Art und Weise angehoben und das formschlüssige Schaltelement F in gewünschtem Umfang betätigt.
Wird für den Betätigungsbeginn des formschlüssigen Schaltelementes F ein späterer Zeitpunkt, beispielsweise der Zeitpunkt T4, bestimmt, greift die nachbeschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise.
Der als Zuschaltbeginn ermittelte Zeitpunkt T4 stellt gleichzeitig den Zeitpunkt dar, zu dem der Ansteuerstrom IF in der in 3 durch den strichliert ausgeführten Verlauf des Ansteuerstroms IF dargestellten Art und Weise sprungförmig angehoben wird. Zum Zeitpunkt T4 erreicht die Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 zufälligerweise auch die Synchrondrehzahl nt("4"). Unabhängig davon wird jedoch der Zuschaltvorgang des noch nicht vom Getriebesteuergerät der Getriebevorrichtung 1 in Schließrichtung betätigten formschlüssigen Schaltelementes F bei Kreuzen einer Drehzahlschwelle ntS1 abgebrochen, die kleiner als die Synchrondrehzahl nt("4") ist und vorliegend zu einem Zeitpunkt T8 vom Verlauf der Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 gekreuzt wird. Der Grund dafür ist, dass das formschlüssige Schaltelement bei einem Beginn der Betätigung bei Werten der Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 größer als die Drehzahlschwelle ntS1 nicht mehr in dem für die Zuschaltung erforderlichen Differenzdrehzahlfenster zwischen den miteinander in Formschluss zu führenden Schaltelementhälften des formschlüssigen Schaltelementes F in geschlossenen Zustand führbar ist und die Drehzahlschwelle ntS1 eine Grenze darstellt, oberhalb der ein Beginn einer Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F in Schließrichtung nicht mehr zu einem erfolgreichen Zuschalten führt.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass das formschlüssige Schaltelement F über eine sogenannte Zwangszuschaltung in geschlossenen Betriebszustand überführt wird. Hierfür ist in der Getriebesteuerung dann eine weitere Drehzahlschwelle ntS2 zu hinterlegen. Bei Überschreiten dieser Drehzahlschwelle ntS2 durch die Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2, die vorliegend unterhalb der ersten Drehzahlschwelle ntS1 liegt und vorliegend zu einem Zeitpunkt T9 vom Verlauf der Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 gekreuzt wird, wird die Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F in Schließrichtung begonnen, obwohl der Zeitpunkt T4 noch nicht erreicht ist. Dabei stellt die zweite Drehzahlschwelle ntS2 einen Drehzahlwert der Getriebeeingangswelle 2 dar, von dem aus ein begonnener Schließvorgang mit hoher Wahrscheinlichkeit ohne im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes F Schädigungen zu verursachen, durchführbar ist.
Das bedeutet wiederum, dass bei einem Ausbleiben der unter Umständen durch Kreuzen der weiteren Drehzahlschwelle ntS2 auszulösenden Zwangszuschaltung bei Erreichen der Drehzahlschwelle ntS1 die Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F in Schließrichtung nicht mehr begonnen wird, wenn diese bis dahin noch nicht gestartet wurde. Damit stellt die Drehzahlschwelle ntS1 eine Sicherheitsschwelle für die weitere Drehzahlschwelle ntS2 dar, falls diese wiederum bei Überschreiten beispielsweise aufgrund eines Fehlers nicht zwangsweise zu einem Start der Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes in Schließrichtung führt.
Im Unterschied hierzu stellen sich die in 4 dargestellten Betriebszustandsverläufe bei einer Rückschaltung der Getriebevorrichtung 1 ausgehend von der fünften Übersetzung "5" in Richtung der vierten Übersetzung "4" ein, wenn die Betätigung des Schaltelementes F rechtzeitig von dem elektrischen Getriebesteuergerät gestartet wurde und bereits aktuiert wird.
Zum Zeitpunkt T1 ergeht wiederum eine Anforderung für die Rückschaltung von der fünften Übersetzung "5" in Richtung der vierten Übersetzung "4" in der Getriebevorrichtung 1, wobei zum Zeitpunkt T2 das reibschlüssige Schaltelement B in der zu 3 beschriebenen Art und Weise betätigt und dessen Übertragungsfähigkeit reduziert wird, um die Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 im vorbeschriebenen Umfang von der Synchrondrehzahl nt("5") in Richtung der Synchrondrehzahl nt("4") der Ziel-Übersetzung "4" zu führen. Zum Zeitpunkt T3 ergeht die getriebesteuergerätseitige Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F, um dieses in den angeforderten geschlossenen Betriebszustand zu überführen. Zu einem Zeitpunkt T5 entspricht die Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 der Synchrondrehzahl nt("4") der einzulegenden Ziel-Übersetzung "4", wobei das formschlüssige Schaltelement F zum Zeitpunkt T5 noch nicht in seinem geschlossenen Betriebszustand vorliegt. Zusätzlich wird während des gestarteten Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes F bzw. nach begonnener Aktuierung des formschlüssigen Schaltelementes F permanent eine Differenzdrehzahl ndF zwischen den beiden miteinander formschlüssig zu verbindenden Schaltelementhälften des formschlüssigen Schaltelementes F ermittelt und überwacht.
Die Differenzdrehzahl ndF weist zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 ihren maximalen Wert auf. Mit zunehmender Reduzierung der Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes B sinkt die Differenzdrehzahl ndF zunehmend ab und ist zum Zeitpunkt T5 im Wesentlichen gleich null. Da das formschlüssige Schaltelement F zum Zeitpunkt T5 trotz der zum Zeitpunkt T3 begonnenen Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F noch nicht geschlossen ist, steigt die Differenzdrehzahl ndF mit zunehmender Betriebszeit t in Richtung positiver Werte an.
Zu einem Zeitpunkt T6 kreuzt die Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 eine Drehzahlschwelle ntS4 bzw. die hiervon abhängige Differenzdrehzahl ndF eine damit korrespondierende Drehzahlschwelle ndFS4 und es wird ein Timer gestartet.
Mit weiter zunehmender Betriebszeit t wird der Wert des Timers stetig oder zyklisch angehoben. Erreicht der Timer einen vordefinierten Wert bevor das formschlüssige Schaltelement vollständig geschlossenen ist, wird der Zuschaltvorgang des formschlüssigen Schaltelementes F abgebrochen und die Getriebevorrichtung in einen sicheren Betriebszustand überführt, zu dem vorzugsweise alle Schaltelemente A bis F in geöffnetem Betriebszustand vorliegen.
Erreicht die Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 zu einem Zeitpunkt T7 eine Drehzahlschwelle ntS3 bzw. die Differenzdrehzahl ndF eine Drehzahlschwelle ndFS3 bevor der Timer den vordefinierten Wert aufweist, führt das Kreuzen der Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 der dritten Drehzahlschwelle ntS3 bzw. das Kreuzen der Differenzdrehzahl ndF der Drehzahlschwelle ndFS3 zum Abbruch des Zuschaltvorganges des formschlüssigen Schaltelementes F, da dann seitens des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der durch die Anforderung der Rückschaltung gestarteten Überwachungsfunktion erkannt wird, dass die Differenzdrehzahl ndF im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes F für die ordnungsgemäße Durchführung des angeforderten Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes F zu große Werte erreicht hat.
Über diese Vorgehensweise sind generell ein komplettes Nichteinspuren und auch ein kurzzeitiges Einspuren mit anschließendem Ausspuren im Bereich eines formschlüssigen Schaltelementes erkennbar und somit eine Schädigung bzw. ein erhöhter Verschleiß im Bereich eines nicht im angeforderten Umfang geschlossenen formschlüssigen Schaltelementes sicher vermeidbar.
Nach dem Abbruch des Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes F besteht die Möglichkeit, die Getriebevorrichtung 1 sowohl direkt oder auch indirekt, d. h. über eine Zwischenansteuerung, in einen Betriebszustand zu überführen, zu dem in der Getriebevorrichtung 1 eine Übersetzung eingelegt ist, an dessen Darstellung das formschlüssige Schaltelement F nicht beteiligt ist. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, dass die Getriebevorrichtung 1 in einen kraftschlussfreien Betriebszustand überführt wird, zu dem alle Schaltelemente A bis F geöffnet sind. Generell muss in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Radsatzsystems sichergestellt werden, dass formschlüssige Schaltelemente gegen alle intern wirkenden Kräfte oder Momente in einen geöffneten Betriebszustand überführbar sind, wenn der sichere Betriebszustand, zu dem alle Schaltelemente in geöffnetem Betriebszustand vorliegen sollen, dargestellt werden soll.
Die Drehzahlschwelle ntS1, die Drehzahlschwelle ntS2, die Drehzahlschwelle ntS3 und/oder die Drehzahlschwelle ntS4 sind anwendungsfallabhängig in Abhängigkeit der Betriebstemperatur der Getriebevorrichtung 1 bzw. des Getriebeöls variierbar, womit viskositätsabhängige Streuungen hinsichtlich der Ansteuerung des formschlüssigen Schaltelementes F in gewünschtem Umfang abbildbar sind. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Drehzahlschwellen ntS1 und/oder ntS2 in Abhängigkeit einer an der Getriebevorrichtung anliegenden Last und/oder eines Gradienten der Drehzahl nt der Getriebeeingangswelle 2 zu variieren, um die Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes F in Abhängigkeit eines jeweils vorliegenden Betriebszustandsverlaufes durchzuführen oder entsprechend abzubrechen und dauerhaft vorliegende undefinierte Betriebszustände der Getriebevorrichtung 1 zu vermeiden sowie irreversible Schädigungen im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes F aufgrund eines betriebszustandsabhängig nicht durchführbaren Schließvorganges zu verhindern.
Bezugszeichenliste

1: Getriebevorrichtung
2: Antriebswelle
3: Abtriebswelle
"1" bis "9": Übersetzung für Vorwärtsfahrt
A bis F: Schaltelement
IF: Ansteuerstrom des formschlüssigen Schaltelementes F
ndF: Differenzdrehzahl des formschlüssigen Schaltelementes F
ndFS3, ndFS4: vordefinierte Drehzahlschwelle
nt: Drehzahl der Getriebeeingangswelle
nt("4"), nt("5"), nt("8"): Synchrondrehzahl
ntS1 bis ntS4: vordefinierte Drehzahlschwelle
"R": Übersetzung für Rückwärtsfahrt
t: Zeit
T1 bis T9: diskreter Zeitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005002337 A1 [0002]
DE 102008000429 A1 [0005, 0032]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Getriebevorrichtung (1), insbesondere eines 9-Gang-Getriebes, das über die Betätigung von Schaltelementen (A bis F) in verschiedene Betriebszustände überführbar ist, wobei wenigstens eines der Schaltelemente (A, F) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, das zur Darstellung wenigstens eines definierten Betriebszustandes der Getriebevorrichtung (1), während welchem ein Kraftfluss zwischen einer Getriebeeingangswelle (2) und einer Getriebeausgangswelle (3) vorliegt, in einen geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Anforderung zum Schließen des formschlüssigen Schaltelementes (A, F) eine Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle (2) oder eine hierzu äquivalente Drehzahl in Richtung einer Synchrondrehzahl (nt("4")) geführt wird, die sich in geschlossenem Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes (F) zumindest in Abhängigkeit der Drehzahl der Getriebeausgangswelle (3) einstellt, wobei der Zuschaltvorgang des in geöffnetem Betriebszustand vorliegenden formschlüssigen Schaltelementes (F) abgebrochen wird, wenn der Verlauf der Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle (2) oder der hierzu äquivalenten Drehzahl nach Erreichen der Synchrondrehzahl (nt("4")) bei in Schließrichtung betätigtem formschlüssigen Schaltelement (F) eine vordefinierte Drehzahlschwelle (ntS3) kreuzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Timer gestartet wird, wenn der Verlauf der Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle (2) oder der hierzu äquivalenten Drehzahl nach Erreichen der Synchrondrehzahl (nt("4")) bei in Schließrichtung betätigtem formschlüssigen Schaltelement (F) eine weitere vordefinierte Drehzahlschwelle (ntS4) vor der vordefinierten Drehzahlschwelle (ntS3) kreuzt, wobei der Zuschaltvorgang des in geöffnetem Betriebszustand vorliegenden formschlüssigen Schaltelementes (F) abgebrochen wird, wenn der Wert des Timers einen vordefinierten Wert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschaltvorgang des formschlüssigen Schaltelementes (A, F) abgebrochen wird, wenn der Verlauf der Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle (2) oder der hierzu äquivalenten Drehzahl vor Erreichen der Synchrondrehzahl (nt("4")) eine zusätzliche vordefinierte Drehzahlschwelle (ntS1) kreuzt, ohne dass eine Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes (A, F) in Schließrichtung angefordert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitpunkt (T4) vor Erreichen der Synchrondrehzahl (nt("4")) ermittelt wird, ab dem eine in Schließrichtung des formschlüssigen Schaltelementes (F) wirkende Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes (F) zu starten ist, wobei der Zuschaltvorgang des formschlüssigen Schaltelementes (F) abgebrochen wird, wenn der Verlauf der Drehzahl (nt) der Getriebeeingangsdrehzahl oder der hierzu äquivalenten Drehzahl die zusätzliche vordefinierte Drehzahlschwelle (ntS1) zu einem Zeitpunkt (T9) kreuzt, der vor dem ermittelten Beginn der Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes (F) in Schließrichtung liegt.
Verfahren nach Anspruche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das formschlüssige Schaltelement (F) in Schließrichtung betätigt wird, wenn der Verlauf der Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle (2) oder der hierzu äquivalenten Drehzahl eine zusätzliche weitere vordefinierte Drehzahlschwelle (ntS2) kreuzt, die die Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle oder die hierzu äquivalente Drehzahl vor der zusätzlichen vordefinierten Drehzahlschwelle (ntS1) erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (1) nach dem Abbruch des Zuschaltvorganges des formschlüssigen Schaltelementes (F) in einen sicheren Betriebszustand überführt wird, zu dem sowohl die Getriebeeingangswelle (2) als auch die Getriebeausgangswelle (3) drehbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der sichere Betriebszustand der Getriebevorrichtung (1) einem Neutralbetriebszustand entspricht, zu dem der Kraftfluss zwischen der Getriebeeingangswelle (2) und der Getriebeausgangswelle (3) unterbrochen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sichere Betriebszustand dem Betriebszustand der Getriebevorrichtung (1) vor der Anforderung zum Schließen des formschlüssigen Schaltelementes (F) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlschwelle (ntS3), die weitere Drehzahlschwelle (ntS4), die zusätzliche Drehzahlschwelle (ntS1) und/oder die zusätzliche weitere Drehzahlschwelle (ntS2) in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur der Getriebevorrichtung (1) variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlschwelle (ntS3), die weitere Drehzahlschwelle (ntS4), die zusätzliche Drehzahlschwelle (ntS1) und/oder die zusätzliche weitere Drehzahlschwelle (ntS2) in Abhängigkeit eines Gradienten eines Verlaufs der Differenz zwischen der aktuell vorliegenden Drehzahl (nt) der Getriebeeingangswelle (2) und der Synchrondrehzahl (nt("4")) der Getriebeeingangswelle (2) oder der hierzu äquivalenten Drehzahl variiert.