DE3334710A1

DE3334710A1 - Einrichtung zum schalten eines stufenwechselgetriebes

Info

Publication number: DE3334710A1
Application number: DE19833334710
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 1983-09-26
Filing date: 1983-09-26
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE3334710C2

Description

Einrichtung zum Schalten eines Stufenwechselgetriebes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schalten eines Stufenwechselgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Stufenwechselgetrieben in Antriebssystemen ist es erforderlich, daß beim Umschalten von einem Gang in einen anderen Gang die jeweils in Eingriff kommenden Getriebeteile synchrpn laufen, um eine Beschädigung des Getriebes beim Schalten zu vermeiden. Bei Kraftfahrzeugen, die mit nichtsynchronisierten Stufenwechselgetrieben ausgerüstet sind, führt der Fahrer jeweils beim Hochschalten einen sogenannten Zwischenkuppelvorgang und beim Runterschalten einen sogenannten Zwischengasvorgang aus. Diese Maßnahmen sollen erreichen, daß beim Hochschalten die Motor-Drehzahl abgebremst und beim Runterschalten die Motor-Drehzahl angehoben wird, um einen Synchronlauf der zu kuppelnden Getriebeteile herzustellen.
Das Schalten von nichtsynchronisierten Stufenwechselgetrieben erfordert mithin vom Fahrer erhebliche Geschicklichkeit und Aufmerksamkeit. Es sind daher verschiedene Synchronisierungshilfen bekanntgeworden, die den Snychronlauf der zu kuppelnden Getriebeteile herstellen, ohne daß der Fahrer die obenerwähnten Maßnahmen durchführen muß. Derartige mechanische Synchronisierungshilfen sind jedoch aufwendig und nicht in allen Fahrzeugen wie z.B. in schweren Nutzfahrzeugen einsetzbar.
Außerdem sind beispielsweise mechanische Synchronisationen relativ langsam.
Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 30 45 840 im Zusammenhang mit einer Einrichtung zum kupplungsfreien und synchronisierfreien Schalten eines Stufenwechselgetriebes in einem Kraftfahrzeug beschrieben,. wobei die Kupplung allerdings - abgesehen vom Anfahrvorgang - zum normalen Schalten. nicht betätigt sein darf. Bei dieser bekannten Einrichtung wird nämlich bei Beginn des Schaltvorganges, also in dem Moment, wenn der Fahrer den Schalthebel berührt, der Motor-über eine entsprechende Betätigung der Kraftstoffzufuhreinrichtung momentenfrei gemacht. Dadurch wird zunächst ein geräuschloses Herausnehmen des alten Ganges ermöglicht.
Anschließend erfolgt eine Regelung der Motor-Drehzahl auf die dem neuen Gang zugeordnete Synchron-Drehzahl wobei ein Soll-Ist-Vergleich zwischen der tatsächlich gemessenen Motor-Drehzahl und der aus der Fahrgeschwinv digkeit und der dem angewählten, aber noch nicht eingeschalteten neuen Gang zugeordneten Übersetzung ermittelten Soll-Drehzahl durchgeführt wird. Bei dieser bekannten Einrichtung kann zwar bei ruhiger Fahrweise auf relativ ebener Fahrbahn ein synchronisiertes Schalten ohne störende Belastungen wie z.B. Rucken des Antriebsstranges erreicht werden, wenn die erwähnte Rege lung sehr genau, also auch sehr aufwendig ist.
Es sind jedoch auch Fahrsituationen des Fahrzeugs auf unebenen Fahrbahnen (z.B. schwere Nutzfahrzeuge im Baugelände) zu berücksichtigen, bei denen erhebliche Drehschwingungen und ähnliche Störungen von den angetriebenen. Rädern auf das Getriebe übertragen werden können.
Derartige Schwingungen können dazu führen, daß der Antriebsstrang zwischen dem Motor und den angetriebenen Rädern nur sehr schwierig ausgeregelt werden kann und daß erhebliche stoßartige Belastungen auf die miteinander gekuppelten, relativ großen Massen ausgeübt werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit einfachen Steuereinrichtungen die erwähnten Schwierigkeiten vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung während des Gangwechsels die.Kupplung einerseits noch die von der Antriebsmaschine aufgebrachten Beschleunigungs-oder Verzögerungsmomente auf den antriebsseitigen Teil des Getriebes übertragen kann, ist ohne weiteres ein Synchronlauf durch eine Steuerung der Antriebsmaschine möglich. Zugleich läßt sich jedoch die Kupplung in sehr kurzer Zeit aus der Zwischenstellung heraus vollständig oder so weit ausrücken, daß die bei einer nicht vollkommenen Synchronisierung, insbesondere aufgrund von Schwingungen des Antriebsstranges noch verbleibenden Drehzahl-Differenzen zwischen dem antriebsseitigen Teil und dem abtriebsseitigen Teil des Getriebes von der Kupplung ausgeglichen werden können. Insbesondere dann, wenn die Kupplung während des Gangwechsels auf eine Zwischenstellung gesteuert wird, in der auch der neue Gang ohne die beschriebenen Probleme eingelegt werden kann, ergibt sich eine sehr kurze Betätigungszeit für die Kupplung.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild für-ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung und Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.
In Figur 1 ist in Form eines Blockschaltbildes das Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs in vereinfachter Weise dargestellt. Ein z.B. als Verbrennungskraft- maschine ausgebildeter Motor 5 dient zum Antrieb der Räder 20 des Kraftfahrzeugs. In dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs ist ein Stufenwechselgetriebe 15 angeordnet, dessen antriebsseitiger Teil über eine Welle 12, eine Kupplung 11 und eine weitere Welle 8 mit dem Motor 5 verbindbar ist und dessen abtriebsseitiger Teil über eine Welle 19 die Räder 20 des Kraftfahrzeugs an treibt.
Der Motor 5, die Kupplung 11 und das Getriebe 15 sind so ausgebildet, daß sie über elektrisch, pneumatisch oder mechanisch wirkende Steuer- und Signal systeme steuerbar sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einem elektrischen Steuer- und Signal system ausgegangen. Dabei ist für die Steuerung des Motors 5 eine Motor-Steuerung 3, für die Steuerung der Kupplung 11 eine Kupplungs-Steuerung 23 und für die Steuerung des Getriebes 15 eine Getriebe-Steuerung 21 vorgesehen. Die Motor-Steuerung 3 wird über eine Signalleitung 2 über die Stellung des Gaspedals 1 des Kraftfahrzeugs informiert. Dies ist z.B. dadurch möglich, daß bei der Betätigung des Gaspedals 1 ein Potentiometer betätigt wird, dessen Ausgangssignal auf die Signalleitung 2 gegeben wird. Über einen das Drehverhalten der zwischen dem Motor 5 und der Kupplung 11 an geordneten Welle 8 abtastenden Sensor 7 wird die Motor-Steuerung 3 über die Drehzahl des Motors 5 informiert Der Sensor 7 ist über eine Signalleitung 6 mit der Motor-Steuerung 3 verbunden. Weitere Informationen werden der Motor-Steuerung 3 einerseits über ein Steuer- und Signalleitungssystem 25, das die Motor-Steuerung 3 mit der Getriebe-Steuerung 21 verbindet, und andererseits über ein Steuer- und Signalleitungssystem 24 mitgeteilt, das die Motor-Steuerung 3 mit der Kupplungs-Steuerung 23 verbindet. Die in der Motor-Steuerung 3 z.B. mittels eines Mikrocomputers berechnete erforderliche Einstellung des Motors 5 wird über eine Steuerleitung 4, die die Motor-Steuerung 3 mit dem Motor 5 verbindet, veranlaßt. Der Motor 5 ist so ausgebildet, daß er entsprechend elektrisch steuerbar ist.
Die Kupplung 11 ist so ausgebildet, daß sie nicht nur vollständig ein- oder ausgerückt werden kann. Es können vielmehr auch Zwischenstellungen eingestellt werden, in denen das von der Kupplung 11 übertragbare Kupplungsmoment geringere Werte als das maximal mögliche, bei vollständig eingerückter Kupplung übertragbare Moment einnimmt. Dies kann z.B. durch eine federbelastete Kupplung realisiert werden, zu deren Betätigungein elektrisch steuerbarer und pneumatisch angetriebener Betätigungszylinder vorgesehen ist. Zur Steuerung dieses Betätigungszylinders und damit zur Steuerung des von der Kupplung 11 übertragbaren Momentes bzw. der Kupplungs-Stellung ist eine Steuerleitung 10 vorgesehen, die die Kupplungs-Steuerung 23 mit der Kupplung 11 verbindet. Zur Rückmeldung der von der Kupplung 11 eingenommenen Stellung bzw. des von der Kupplung 11 übertragenen Kupplungsmomentes ist eine Signalleitung 9 vorgesehen, die ebenfalls die Kupplungs-Steuerung 23 mit der Kupplung 11 verbindet. Über ein Steuer- und Signalleitungssystem 22 ist die Kupplungs-Steuerung 23 schließlich mit der Getriebe-Steuerung 21 verbunden, so daß die Betätigung der Kupplung 11 auch vom Betriebszustand' des Getriebes 15 abhängig gemacht werden kann. Entsprechend kann die Betätigung der Kupplung 11 von dem Betriebszustand des Motors 5 abhängig gemacht werden.
Die über die Steuer- und Signalleitungssysteme22 und 25 mit der Kupplungs-Steuerung 23 und der Motor-Steuerung 3 verbundene Getriebe-Steuerung 21 dient zur Erzeugung von Steuerbefehlen für die Betätigung des Getriebes 15. Entsprechende Steuersignale werden von der zwischen der Getriebe-Steuerung 21 und dem Getriebe 15 angeordneten Steuerleitungen 16 übertragen. Zur Erfassung des Drehverhaltens des antriebsseitigen und des abtriebsseitigen Teils des Getriebes 15 sind Sensoren 13 und 18 vorgesehen. Der Sensor 13 dient dabei zur Erfassung des Drehverhaltens der Welle 12. Er ist über eine Signalleitung 14 mit der Getriebe-Steuerung 21 verbunden. Der Sensor 18 dient zur Erfassung des Drehverhaltens der Welle 19, Er ist mit der Getriebe-Steuerung 21 über eine Signal leitung 17 verbunden. Durch einen. Vergleich der von den Sensoren 13 und 18 ermittelten Drehzahlen des antriebsseitigen und abtriebsseitigen Teils des Getriebes 15 ist es möglich, den Synchronlauf dieser Getriebeteile und damit den zum Einlegen des jeweils neuen Ganges an sich erforderlichen Betriebszustand des Getriebes 5 festzustellen.
Da dieser Synchronlauf nicht immer mit der an sich erforderlichen Genauigkeit erreicht werden kann. z.B.
wegen nicht vermeidbarer Schwingungen im Antriebsstrang, wird die Kupplung 11 so mittels der Kupplungs-Steuerung 23 angesteuert, daß bei einem Gangwechsel zunächst ährend oder vor dem Herausnehmen des alten Ganges die Kupplung 11 vollständig ausgerückt wird. Danach wird die Kupplung 11 in eine Zwischenstellung gebracht, in der das von der Kupplung 11 übertragbare Kupplungsmoment noch ausreicht, den antriebsseitigen Teil des Getriebes 15 mittels des Motors 5 auf die im neuen Gang erforderliche Drehzahl einzustellen. Beim Runterschalten bedeutet dies, daß die Kupplung 11 noch das zum Beschleunigen des antriebsseitigen Teiles des Getriebes 15 erforderliche Antriebsmoment übertragen muß. Entsprechend muß die Kupplung 11 in der erwähnten Zwischenstellung beim Hochschalten noch das dann erforderliche Bremsmoment zum Abbremsen des antriebsseitigen Teils des Getriebes 15 übertragen können. In beiden Fällen ist es jedoch nicht erforderlich, das maximale mögliche Kupplungsmoment zu übertrlagen. Dies bedeutet, daß die Kupplung schließlich zum Einlegen des neuen Ganges sehr schnell in die dann erforderliche Stellung gebracht werden kann. Diese Stellung ist entweder diejenige Stellung, in der die Kupplung 11 vollständig ausgerückt ist, oder eine Stellung, in der nur noch ein sehr geringes Kupplungsmoment z.B. zum Aufbringen des von den Re.ibungskräften auf den antriebsseitigen Teil des Getriebes 15 ausgeübten Reibungsmomentes erforderlich ist. Es ist durchaus möglich, daß das zum Einlegen des neuen Ganges einerseits erforderliche und andererseits noch zulässige Kupplungsmoment mit dem Kupplungsmoment übereinstimmt, daß zum Beschleunigen oder Verzögern des antriebsseitigen Teils des Getriebes 15 zum Erreichen des Synchronlaufes erforderlich ist.
Die beschriebene prinzipielle Betriebsweise.der Kupplung 11 wird anhand des in Figur 2 dargestellten Diagramms noch einmal erläutert. In Figur 2 a) ist der zeitliche Verlauf der Motor-Drehzahl während zweier Gangwechsel dargestellt. In Figur 2 b) ist der entsprechende zeitliche Verlauf des Betätigungsweges der Kupplung 11 und in Figur 2 c) ist der entsprechende zeitliche Verlauf des Kupplungsmomentes dargestellt Die in den Diagrammen eingetragenen Zeitpunkte t1 bis t10 sind in allen drei Diagrammen identisch.
Es wird davon ausgegangen, daß zum Zeitpunkt t1 ein Gangwechsel zum Hochschalten eingeleitet wird. Dies kann manuell oder automatisch geschehen. Im Zeitpunkt t1 wird dann die Kupplung ausgerückt, d.h. es wird der volle Betätigungsweg zurückgelegt, bis zum Zeitpunkt t2 die Kupplung vollständig ausgerückt ist. Entsprechend sinkt vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 oder schneller das von der Kupplung übertragene Moment auf Null. Vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 wird dann der alte Gang herausgenommen. Dieses kann allerdings auch schon von dem Zeitpunkt an geschehen, zu dem das übertragene Moment auf Null oder nahe Null abgesunken ist. Vom Zeitpunkt -t3 an wird die Motor-Drehzahl heruntergeregelt, um den antriebsseitigen Teil des Getriebes auf die neue, beim Hochschalten erforderliche geringere Drehzahl abzubremsen. Hierzu ist es erforderlich, die Kupplung wieder einzurücken. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kupplung aber nicht wieder vollständig eingerückt, sondern nur bis zu einer Zwischenstellung, in der das zum Abbremsen des antriebsseitigen Teils des Getriebes erforderliche Bremsmoment übertragen werden kann. Diese Zwischenstellung der Kupplung wird zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 eingestellt. Zum Zeitpunkt t4 hat die Motor-Drehzahl die erforderliche geringe Drehzahl erreicht. Deshalb wird die Kupplung so gesteuert, daß sie vom Zeitpunkt t4 an oder kurze Zeit danach praktisch kein Kupplungsmoment mehr überträgt. Es werden allenfalls noch die Reibungsverluste des antriebsseitigen Teils des Getriebes ausgeglichen. Auf diese Weise ist es möglich, vom Zeitpunkt t4 an bis zum Zeitpunkt t5 den neuen Gang einzulegen, ohne daß eventuelle Abweichungen vom an sich erforderlichen Synchronlauf den Antriebsstrang z.B. stoßartig belasten würden. Entsprechende Stöße wegen des nicht synchronen Einlegens des neuen Ganges werden dann von der Kupplung ausgeglichen, da diese kein nennenswertes Kupplungsmoment mehr überträgt. Vom Zeitpunkt t5 an wird die Kupplung wieder vollständig eingerückt.
Entsprechend verläuft die Steuerung der Kupplung bei einem Gangwechsel zum Runterschalten.- Es wird angenommen, daß zum Zeitpunkt t6 der Gangwechsel eingeleitet wird. Die Kupplung wird dann bis zum Zeitpunkt t7 ausgerückt. Entspechend sinkt dann vom Zeitpunkt t6 bis zum Zeitpunkt t7 das von der Kupplung übertragene Moment. Vom Zeitpunkt t7 bis zum Zeitpunkt t8 oder von dem Zeitpunkt an, zu dem das Motormoment zu nahezu Null geworden ist, wird der alte Gang herausgenommen. Vom Zeitpunkt t8 bis zum Zeitpunkt tg wird die Kupplung in die erwähnte Zwischenstellung gebracht, um mittels des vom Motor aufgebrachten Beschleunigungsmomentes den antriebsseitigen Teil des Getriebes zu beschleunigen auf die für den neuen Gang erforderliche höhere Drehzahl. Nach Erreichen dieser Drehzahl t9 wird die Kupplung bis zum Zeitpunkt t10 soweit ausgerückt, daß das Einlegen des neuen Ganges auch bei Abweichungen vom Synchronlauf möglich ist. Danach wird dann die Kupplung wieder vollständig eingerückt.
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Claims

Patentansprüche tc-1. Einrichtung zum Schalten eines Stufenwechselgetriebes in in einem Antriebssystem mit einer steuerbaren Antriebsmaschine und einer zwischen der Antriebsmaschine und dem Stufenwechselgetriebe angeordneten Kupplung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) die Kupplung ist derart ausgebildet und steuerbar, daß wenigstens eine Zwischenstellung der Kupplung einstellbar ist, in der das Kupplungsmoment einen von Null verschiedenen, jedoch wesentlich geringeren Wert als das bei voll eingerückter Kupplung übertragbare Moment aufweist; b) es ist eine Kupplungs-Steuereinrichtung vorgesehen, die zur Einstellung der Kupplung in die Zwischenstellung vor Erreichen der Synchron-Drehzahl durch den antriebsseitigen Teil des Stufenwechselgetriebes dient.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs-Steuereinrichtung zum Ausrücken der Kupplung vor dem Herausnehmen des alten Ganges dient
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsmaschinen-Steuereinrichtung vorgesehen ist, die zum momentenfreien oder annähernd momentenfreien Betrieb der Antriebsmaschine vor dem Herausnehmen des alten Ganges dient.
4. Einrichtung-nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsmaschinen-Steuereinrichtung vorgesehen ist, die vor dem Einlegen des neuen Ganges zur Regelung der Anriebs- maschinen-Drehzahl auf den Wert oder annähernd den Wert der erforderlichen Synchron-Drehzahl dient.
5. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Aekennzeichnet, daß die Kupplungs-Steuereinrichtung zum Ausrücken der Kupplung während des Einlegens des neuen Ganges dient.
6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren zur Erfassung der Drehzahl des antriebsseitigen und/oder des abtriebsseitigen Teils des Stufenwechselgetriebes vorgesehen sind.
7. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs-Steuereinrichtung zur Einstellung der Kupplung auf eine solche Zwischenstellung unmittelbar vor und während des Einlegens des neuen Ganges dient, daß das von der Kupplung übertragbare Moment gleich oder in etwa gleich der Summe der am antriebsseitigen Teii des Stufenwechselgetriebes angreifenden Reibungsmomente ist.
8. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsmaschienen-Steuereinrichtung vorgesehen ist, die zur Beeinflussung des zur Steuerung der Energieträger-Zumeßvorrichtung vorgesehenen Stellglieds und/oder von zur Abbremsung der Antriebsmaschine vorgesehenen Bremse in richtungen dient.