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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines manuellen Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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In Kraftfahrzeugen mit manuellen Schaltgetrieben kann ein Schaltvorgang derart ablaufen, dass ein Fahrer eine schaltbare Kupplung betätigt und eine drehmomentschlüssige Verbindung zwischen einer Brennkraftmaschine und dem Schaltgetriebe löst. Wird die Kupplung dabei nicht betätigt, kann dies zu erheblichen Verschleißerscheinungen und Beschädigungen des Schaltgetriebes führen.
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Automatikgetriebe ermöglichen zwar automatische Schaltvorgänge, ohne dass der Fahrer eine Kupplung betätigen muss, allerdings sind Automatikgetriebe aufwendiger in der Herstellung als konventionelle Handschaltgetriebe. Des Weiteren sind Automatikgetriebe nicht immer erwünscht. Viele Fahrer legen Wert auf ein klassisches Kupplungspedal, mit welchem der Fahrer bei Bedarf oder in Gefahrensituationen selbst die Kupplung direkt öffnen und schließen kann.
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Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, um bei herkömmlichen manuellen Schaltgetrieben ein Schalten ohne Betätigen der Kupplung zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines manuellen Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht, einen Schaltvorgang durchzuführen, ohne dass dabei die Kupplung betätigt werden muss. Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs muss weder selbst kuppeln, er muss also kein Kupplungspedal betätigen, noch wird automatisch durch eine Kraftfahrzeugsteuerung gekuppelt. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass während sämtlicher Verfahrensschritte permanent ein Kraftschluss zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle besteht. Die manuell schaltbare Kupplung wird zu keinem Zeitpunkt betätigt. Es sei angemerkt, dass auch eine per Fußpedal schaltbare Kupplung eine manuell schaltbare Kupplung ist.
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Im Zuge der Erfindung wird erkannt, ob der Fahrer einen Schaltvorgang durchführen möchte. Ist dies der Fall, werden Maßnahmen durchgeführt, um den Schaltvorgang ohne Betätigen der Kupplung durchzuführen. Die Brennkraftmaschine bzw. das Schaltgetriebe werden dabei entsprechend angesteuert. Während des ganzen Schaltvorgangs kann weiterhin Gas gegeben werden, der Fahrer kann also während des ganzen Schaltvorgangs seinen Fuß auf dem Gaspedal belassen.
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Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst bewertet, ob bei Betätigen des Schaltelements, aber ohne dass dabei die manuell schaltbare Kupplung betätigt wird, ein Schaltvorgang durchgeführt werden soll. Dabei wird bewertet, ob ein Gang ausgelegt oder ein Gang eingelegt werden soll.
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Wenn erkannt wird, dass ein Gang ausgelegt werden soll, wird zunächst ein Antriebsmoment der Brennkraftmaschine verändert. Das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine kann dabei reduziert (üblicherweise beim Hochschalten) oder erhöht (üblicherweise beim Runterschalten) werden, so dass eine Umkehrung einer Kraftrichtung bzw. ein Lastwechsel an einer Synchroneinheit in dem Schaltgetriebe erfolgt. Eine Reduktion des Antriebsmoments kann beispielsweise durch eine Reduzierung einer Einspritzmenge bis zu hin einer Ausblendung einer Kraftstoffeinspritzung oder durch eine Verschlechterung eines Zündwinkelwirkungsgrads (z.B. durch eine Spätverstellung) bis hin zu einer Ausblendung einer Zündung realisiert werden. Eine Erhöhung des Antriebsmoments kann entsprechend umgekehrt erfolgen. Durch die Veränderung des Antriebsmoments der Brennkraftmaschine kann eine Widerstandskraft bzw. ein Widerstandsmoment an dem Schaltelement deutlich reduziert werden. Eine weitere Betätigung des Schaltelements wird somit vereinfacht und kann ohne großen Kraftaufwand durchgeführt werden. Das Schaltelement kann somit in eine Leerstellung bzw. in eine Leergasse bewegt werden. Der bisher eingelegte Gang wird somit ausgelegt.
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Wenn erkannt wird, dass ein Gang eingelegt werden soll, wird zunächst eine Getriebesynchronisation durchgeführt. Durch die drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle besitzen diese beiden Wellen dieselbe Drehzahl. Im Zuge der Getriebesynchronisation wird vorzugsweise die Brennkraftmaschine angesteuert und die Drehzahl der Brennkraftmaschine und somit die Drehzahl der Getriebeeingangswelle auf einen Soll-Drehzahl eingestellt. Die Soll-Drehzahl ergibt sich dabei aus einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle und dem Übersetzungsverhältnis des neuen Gangs, der eingelegt werden soll. Insbesondere wird die Soll-Drehzahl aus einer aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt. Insbesondere wird somit aus der aktuellen Kraftfahrzeuggeschwindigkeit und dem Übersetzungsverhältnis des einzulegenden Gangs die erwartete Soll-Drehzahl der Getriebeeingangswelle berechnet.
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Ist die Getriebesynchronisation durchgeführt, verringert sich die Widerstandskraft bzw. das Widerstandsmoment an dem Schaltelement zum Einlegen des neuen Gangs. Der neue Gang kann somit ohne großen Kraftaufwand eingelegt werden. Eine Schiebemuffe bewegt sich dabei über Synchronringe und der neue Gang ist eingelegt. Sobald der neue Gang eingelegt ist bzw. sobald eine sichere kraftschlüssige Verbindung in dem Schaltgetriebe herrscht, wird das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine verändert und auf einen gewünschten Wert gebracht.
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Trotz allem ist in dem Kraftfahrzeug immer noch eine manuell, üblicherweise durch ein betätigbares Kupplungspedal, schaltbare Kupplung vorhanden, vorhanden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit Schaltvorgänge ohne Betätigen der Kupplung, erlaubt es aber dennoch, die Kupplung jederzeit zu nutzen, wenn der Fahrer dies wünscht. Beispielsweise kann der Fahrer somit nach wie vor im normalen Straßenverkehr, vor allem im Stadtverkehr, durch vorausschauendes Fahren, z.B. vor roten Ampeln, frühzeitig die Kupplung betätigen und das Kraftfahrzeug kraftstoffsparend ausrollen lassen.
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Bevorzugt wird anhand einer Position des Schaltelements und/oder anhand einer auf das Schaltelement ausgewirkten Kraft bewertet, ob ein Gang ausgelegt oder eingelegt werden soll. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist es, zuverlässig zu erkennen, ob der Gang ausgelegt werden soll oder nicht. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs darf keine Fehlbewertung vorkommen, die dazu führt, dass ein Gang ausgelegt wird, obwohl dies vom Fahrer nicht gewünscht ist. Daher wird die Bewertung des Gang-Auslegens/Einlegens mit größter Präzision und Zuverlässigkeit durchgeführt. Dazu werden die Position des Schaltelements und/oder die auf das Schaltelement ausgeübte Kraft permanent überwacht. Die Position des Schaltelements kann beispielsweise mittels eines Gangerkennungssensors am Schaltelement selbst oder mittels Positionssensoren von Schaltstangen im Schaltgetriebe erfasst werden. Die auf das Schaltelement ausgeübter Kraft kann beispielsweise mittels Kraftmesssensoren an einer Schaltaktuatorik, z.B. an einem Bowdenzug oder an Schaltstangen im Schaltgetriebe, erfasst werden. Derartige Sensoren sind oftmals bereits in Kraftfahrzeugen verbaut und können für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren müssen keine zusätzlichen Elemente verbaut werden.
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Vorzugsweise wird erkannt, dass ein Gang ausgelegt oder eingelegt werden soll, wenn die Position des Schaltelements eine Schwellposition erreicht und/oder die Kraft, die auf das Schaltelement ausgeübt wird, einen Schwellwert erreicht. Ist beispielsweise ein Gang eingelegt und die Position des Schaltelements überschreitet eine spezielle applizierbare Position in Richtung der Leergasse, wird dies derart bewertet, dass der aktuell eingelegte Gang ausgelegt werden soll. Ist beispielsweise kein Gang eingelegt, befindet sich das Schaltelement also in der Leergasse und überschreitet die Position des Schaltelements eine spezielle applizierbare Position in Richtung eines Gangs, wird dies derart bewertet, dass dieser Gang eingelegt werden soll. In diesem letzteren Fall kann diese spezielle applizierbare Position derart gewählt werden, dass sie einem Übergangspunkt zu einer sicheren kraftschlüssigen Verbindung im Schaltgetriebe entspricht.
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Vorteilhafterweise wird die Bewertung, ob ein Gang ausgelegt oder eingelegt werden soll, anhand einer oder mehrerer der nachfolgenden zusätzlichen Kriterien durchgeführt. Beispielsweise kann der aktuell eingelegte Gang als Kriterium herangezogen werden. Liegt die Drehzahl oder das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine beispielsweise in einem Bereich eines optimalen Schaltpunkts, kann dies daraufhin deuten, dass der aktuelle Gang ausgelegt werden soll und anschließend der nächsthöhere Gang eingelegt werden soll. Dieses Kriterium gilt ebenfalls für eine Hochschaltanzeige. Analoges gilt, wenn die Drehzahl oder das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine nahe einer maximalen Drehzahl bzw. einem maximalen Antriebsmoment der Brennkraftmaschine liegt. Als ein weiteres Kriterium kann berücksichtigt werden, ob das Kraftfahrzeug für eine bestimmte Dauer mit Vollgas betrieben wurde. Auch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann als Kriterium herangezogen werden. Verringert sich die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, deutet dies darauf hin, dass ein Gang ausgelegt und daraufhin ein niedrigerer Gang eingelegt werden soll.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren abgebrochen, wenn bestimmte Faktoren auftreten. Aus Sicherheitsgründen muss das erfindungsgemäße Verfahren abgebrochen werden, wenn es fehlerhaft funktioniert. Die erfindungsgemäße Steuerung des Antriebsmoments der Brennkraftmaschine muss in diesem Fall beendet werden. Beispielsweise wird das Verfahren beendet, falls systemrelevante Fehler vorliegen. Dies kann beispielsweise durch eine permanente Selbstdiagnose untersucht werden. Des Weiteren muss das erfindungsgemäße Verfahren abgebrochen werden, wenn der Fahrer selbst manuell die Kontrolle über das Schaltgetriebe und die Gänge
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übernehmen möchte. Beispielsweise kann dies in einer Gefahrensituation der Fall sein, wenn der Fahrer schnell selbst reagieren muss und schnell selbst den richtigen, gewünschten Gang einlegen muss. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei insbesondere abgebrochen werden, wenn das Kupplungspedal und/oder ein Bremspedal betätigt werden bzw. wenn ein Bremsdruck einen Schwellwert erreicht.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug, welches dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 sind schematisch Komponenten eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Brennkraftmaschine 20 mit einer Kurbelwelle 21 auf. Die Kurbelwelle 21 ist über eine manuell schaltbare Kupplung 30 drehmomentschlüssig mit einer Getriebeeingangswelle 41 eines manuell schaltbaren Schaltgetriebes 40 verbunden. Das Schaltgetriebe 40 ist abtriebsseitig über eine Getriebeausgangswelle 42 letztendlich mit Rädern 71 verbunden.
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Ein Steuergerät 80 ist dazu eingerichtet, eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Dazu überwacht das Steuergerät 80, ob ein Fahrer 10 des Kraftfahrzeugs ein als Schalthebel 11 ausgebildetes Schaltelement betätigt, ohne dass der Fahrer dabei ein Kupplungspedal 15 und somit die Kupplung 30 betätigt. Bei einer Betätigung des Kupplungspedals 15 wird ein Signal 85 an das Steuergerät 80 gesendet. Das Kraftfahrzeug weist weiterhin ein von dem Fahrer betätigbares Bremspedal 16 auf. Betätigt der Fahrer das Bremspedal 16, wird ein Signal 86 an das Steuergerät 80 geendet.
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Zur Überwachung, ob der Fahrer 10 den Schalthebel 11 betätigt, können insbesondere Gangerkennungssensoren und Kraftsensoren an dem Schalthebel 11 verbaut sein, um die Position des Schalthebels 11 bzw. eine von dem Fahrer 10 auf den Schalthebel 11 ausgeübte Kraft zu bestimmen. Gangerkennungssensoren und Kraftsensoren in dem Schalthebel 11 senden Signale 50 an das Steuergerät 80. Das Steuergerät 80 wertet die Signale aus und überprüft laufend, ob die Position des Schalthebels 11 und die auf den Schalthebel wirkende Kraft jeweils einen Schwellwert erreichen. Ist dies der Fall, steuert das Steuergerät 80, je nachdem ob ein Gang aus- oder eingelegt werden soll, die Brennkraftmaschine, angedeutet durch das Bezugszeichen 81.
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In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt und mit 200 bezeichnet. In 2 wird der Fall betrachtet, dass aktuelle der dritte Gang eingelegt ist und der Fahrer 10 in den vierten Gang schalten möchte. In den einzelnen Schritten 210, 220 und 230 der Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens 200 ist jeweils eine Schaltgasse 202 eines Sechs-Gang-Schaltgetriebes schematisch dargestellt, in welcher der Schalthebel 11 bewegt wird.
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In Schritt 210 befindet sich der Schalthebel 11 in der Position des eingelegten dritten Gangs. Wie weiter oben erläutert, überwacht das Steuergerät 80 mittels Gangerkennungssensoren, ob die Position des Schalthebels 11 eine Schwelle 211 erreicht. Drückt der Fahrer 10 den Schalthebel 11 über diese Schwelle 211 hinaus, angedeutet durch den Pfeil 212, erkennt das Steuergerät, dass der eingelegte dritte Gang ausgelegt werden soll. Das Steuergerät 80 steuert die Brennkraftmaschine 20 an (angedeutet durch Bezugszeichen 81) und reduziert das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 20. Somit reduziert sich eine Widerstandskraft bzw. ein Widerstandsmoment zum Auslegen des Gangs. Durch die von dem Fahrer 10 auf den Schalthebel 11 ausgeübte Kraft bewegt sich der Schalthebel 11 in eine Leergasse 201 der Schaltgasse 202 und der dritte Gang ist ausgelegt.
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In Schritt 220 befindet sich der Schalthebel 11 nun in der Leergasse 21 und es ist kein Gang eingelegt und das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 20 ist noch reduziert. Das Steuergerät 80 überwacht mittels Gangerkennungssensoren, ob die Position des Schalthebels 11 eine Schwelle erreicht und ein neuer Gang eingelegt werden soll. In diesem speziellen Beispiel wird der Fall betrachtet, dass der Fahrer 10 den vierten Gang einlegen möchte. Der Fahrer 10 bewegt den Schalthebel 11, angedeutet durch Bezugszeichen 222, und der Schalthebel 11 erreicht die Schwelle 221 des vierten Gangs. Das Steuergerät 80 steuert die Brennkraftmaschine 20 an und führt eine Getriebesynchronisation durch. Dabei wird permanent aus einer aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 mit einem Übersetzungsverhältnis des nächsthöheren Gangs, also des vierten Gangs, eine Soll-Drehzahl der Getriebeeingangswelle 41 berechnet und die Brennkraftmaschine 20 entsprechend angesteuert. Durch diese Getriebesynchronisation wird eine Widerstandskraft bzw. ein Widerstandsmoment zum Einlegen des vierten Gangs reduziert. Durch die Bewegung 222 des Schalthebels 11 wird der vierte Gang eingelegt.
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In Schritt 230 ist der vierte Gang eingelegt und es besteht eine sichere kraftschlüssige Verbindung in dem Schaltgetriebe. Das Steuergerät 80 beendet die Drehzahlsynchronisation und bringt das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 20 auf einen von dem Fahrer gewünschten Wert.
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Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass während sämtlicher Verfahrensschritte 210 bis 230 eine drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Kurbelwelle 21 und der Getriebeeingangswelle 41 besteht. Der Fahrer betätigt zu keiner Zeit das Kupplungspedal 15 und die Kupplung 30 wird auch zu keiner Zeit durch das Steuergerät 80 betätigt. Sollte der Fahrer während einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 dennoch das Kupplungspedal 15 betätigen, bedeutet dies, dass der Fahrer 10 die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 abbrechen möchte und den Schaltvorgang manuell durchführen möchte. Gleiches gilt, wenn der Fahrer 10 während der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 das Bremspedal 16 betätigt. Betätigt der Fahrer 10 das Kupplungspedal 15 und/oder das Bremspedal 16 während die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 durchgeführt wird, empfängt das Steuergerät 80 das Signal 85 des Kupplungspedals und/oder das Signal 86 des Bremspedals 16, während es die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 durchführt. In diesem Fall bricht das Steuergerät 80 sofort die Steuerung der Brennkraftmaschine 20 und der Getriebeeingangswelle 41 ab.
