DE102014226638B4

DE102014226638B4 - Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014226638B4
Application number: DE102014226638.6A
Authority: DE
Inventors: Carolin Heller; Christian Meyne
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2034-12-20
Also published as: DE102014226638A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs, der einen Antriebsmotor (2) mit einer Triebwelle (3) sowie ein Stufenschaltgetriebe (4) mit mindestens einer über eine automatisierte Reibungskupplung (K) mit der Triebwelle (3) des Antriebsmotors (2) verbindbaren Eingangswelle (5) und einer mit Antriebsrädern (11.1, 11.2) des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle (7) aufweist, wobei bei einem Schaltvorgang eine Drehzahl (nGE) der Eingangswelle (5) überwacht und abhängig vom Überwachungsergebnis ein ungünstiger oder unsicherer Betriebszustand des Antriebsstrangs (1) verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines eine Traktion der Antriebsräder (11.1, 11.2) gefährdenden Betriebszustandes des Antriebsstrangs (1) die nach dem Schaltvorgang vorliegende oder zu erwartende Drehzahl (nGE_neu) der Eingangswelle (5) durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt wird und ein die Traktion der Antriebsräder (11.1, 11.2) gefährdendes Schleppmoment des Antriebmotors (2) durch eine geeignete Maßnahme verhindert wird, wenn zumindest durch eines der voneinander unabhängigen Verfahren an der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) eine Drehzahl (nGE_neu) ermittelt wurde, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht oder übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, der einen Antriebsmotor mit einer Triebwelle sowie ein Stufenschaltgetriebe mit mindestens einer über eine automatisierte Reibungskupplung mit der Triebwelle des Antriebsmotors verbindbaren Eingangswelle und einer mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle aufweist, wobei bei einem Schaltvorgang, insbesondere bei einer Rückschaltung, die Drehzahl der Eingangswelle überwacht und abhängig vom Überwachungsergebnis ein ungünstiger oder unsicherer Betriebszustand des Antriebsstrangs verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen, die ein manuell oder automatisiert schaltbares Stufenschaltgetriebe mit mindestens einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle aufweisen. Die mindestens eine Eingangswelle ist über eine automatisierte, also mittels eines ansteuerbaren Kupplungsstellers ein- und ausrückbare Reibungskupplung mit der Triebwelle des vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors verbindbar. Die Ausgangswelle steht unmittelbar oder beispielsweise über eine Kardanwelle mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung. Die Ausgangswelle kann auch über ein Verteilergetriebe mit den Achsgetrieben mehrerer Antriebsachsen und somit mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs in Antriebsverbindung stehen.
Bei dem Stufenschaltgetriebe kann es sich demnach um ein halbautomatisches Schaltgetriebe handeln, bei dem nur die Reibungskupplung automatisiert betätigt wird, die Gänge jedoch manuell über einen Schalthebel ein- und ausgelegt werden. Auch kann es sich bei dem Stufenschaltgetriebe um ein Schaltgetriebe handeln, bei dem die Gänge automatisiert ein- und ausgelegt werden, die Reibungskupplung jedoch manuell betätigt wird. Ebenso kann es sich bei dem vorliegend vorausgesetzten Stufenschaltgetriebe auch um ein automatisiertes Schaltgetriebe handeln, bei dem neben der automatisierten Betätigung der Reibungskupplung auch die Gänge mittels zugeordneter Wähl- und Gangsteller automatisiert ein- und ausgelegt werden, wobei die Schaltauslösung durch ein Steuergerät anhand von in diesem abgespeicherten Schaltkennlinien automatisiert oder durch die Betätigung eines Schaltbetätigungselementes, wie der Verschwenkung eines Schalthebels in einer Manuellschaltgasse einer Schaltkonsole oder dem Betätigen eines hinter dem Lenkrad angeordneten Schaltpaddels, manuell erfolgen kann. Zudem kann es sich bei dem vorliegend vorausgesetzten Stufenschaltgetriebe auch um ein Doppelkupplungsgetriebe handeln, das zwei parallele Kraftübertragungszweige mit jeweils einer über eine automatisierte Reibungskupplung mit der Triebwelle des Antriebsmotors verbindbare Eingangswelle und mit einer einzigen Ausgangswelle aufweist, zwischen denen jeweils mehrere Gänge automatisiert schaltbar sind.
Wird bei einem derartigen Stufenschaltgetriebe eine Rückschaltung ausgelöst oder durchgeführt, also in einen niedrigeren Zielgang mit höherer Übersetzung geschaltet, so wird die betreffende Eingangswelle bei geöffneter Reibungskupplung während der Synchronisierung des Zielgangs entsprechend beschleunigt sowie vor oder während des Einrückens der zugeordneten Reibungskupplung die Drehzahl des Antriebsmotors an die erhöhte Drehzahl der Eingangswelle angepasst. Wenn diese Anpassung der Motordrehzahl nicht von einer Motorsteuerung veranlasst wird, dann wird der Antriebsmotor beim Einrücken der Reibungskupplung durch ein entsprechendes Schleppmoment in seiner Drehzahl beschleunigt, das an den Antriebsrädern der Antriebsachse als ein Bremsmoment wirksam ist. Abhängig von der Höhe der an der Reibungskupplung zu überbrückenden Drehzahldifferenz und der Einrückgeschwindigkeit der Reibungskupplung sowie den aktuellen Traktionsbedingungen der Antriebsräder kann die Haftreibungsgrenze zwischen der Fahrbahn und den Antriebsrädern überschritten werden, wodurch insbesondere die Seitenführung des Kraftfahrzeugs durch die Antriebsräder und damit die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs verloren gehen kann.
Um ungünstige oder unsichere Betriebszustände zu vermeiden sind bereits Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei denen bei einem Schaltvorgang die Eingangswellendrehzahl eines Stufenschaltgetriebes im Hinblick auf die Überschreitung von Drehzahlgrenzen eines als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors überwacht wird.
So ist in der DE 197 45 677 C2 ein entsprechendes Verfahren beschrieben, gemäß dem bei einem Schaltvorgang anstelle der Eingangswellendrehzahl des Stufenschaltgetriebes die Motordrehzahl des Antriebsmotors erfasst und diese nach dem Einlegen des Zielgangs während des Einrückens der Reibungskupplung auf das Unterschreiten der Leerlaufdrehzahl als unterer Drehzahlgrenze des Antriebsmotors und auf das Überschreiten einer vorgegebenen Höchstdrehzahl als oberer Drehzahlgrenze des Antriebsmotors hin überprüft wird. Bei einer Annäherung der Motordrehzahl an eine der beiden Drehzahlgrenzen wird die Reibungskupplung wieder bis in den Schlupfbetrieb geöffnet und mit Erreichen oder Überschreiten der betreffenden Drehzahlgrenze vollständig ausgerückt. Hierdurch soll ein schaltungsbedingtes Abwürgen oder Überdrehen des Antriebsmotors verhindert werden.
Aus der DE 199 58 075 A1 ist ein ähnliches Verfahren zur Steuerung eines mit einer automatisierten Reibungskupplung und mit einem automatisierten Schaltgetriebe versehenen Antriebsstrangs bekannt, gemäß dem bei der Anforderung einer Rückschaltung ausgehend von den aktuellen Raddrehzahlen vorab die sich nach der Beendigung der Rückschaltung einstellende Motordrehzahl ermittelt und auf die Überschreitung einer vorgegebenen Grenzdrehzahl des Antriebsmotors hin überprüft wird. Wenn die vorab ermittelte Motordrehzahl die Grenzdrehzahl des Antriebsmotors überschreitet, dann wird der zu dem angeforderten Zielgang nächsthöhere Gang als neuer Zielgang des Schaltvorgangs bestimmt. Diese Korrektur des Zielgangs wird bedarfsweise so oft wiederholt, bis der neue Zielgang dem vor der Rückschaltung eingelegten Lastgang entspricht. Hierdurch soll ein schaltungsbedingtes Überdrehen des Antriebsmotors verhindert werden.
Ein weiteres derartiges Verfahren zur Steuerung eines mit einer automatisierten Reibungskupplung und mit einem automatisierten Schaltgetriebe versehenen Antriebsstrangs ist in der DE 102 16 548 A1 beschrieben. Dieses Verfahren sieht vor, dass bei einem Schaltvorgang, insbesondere bei einer Rückschaltung, nach dem Einlegen des Zielgangs das Einrücken der Reibungskupplung in Abhängigkeit von der sich nach dem Abschluss des Schaltvorgangs einstellenden Motordrehzahl des Antriebsmotors derart gesteuert wird, dass die Reibungskupplung bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahlgrenze geöffnet oder mit Schlupf betrieben wird. Die betreffende Motordrehzahl wird zu Beginn des Schaltvorgangs aus den aktuellen Raddrehzahlen entweder mit der Übersetzung des Zielgangs oder mit der Übersetzung des vor dem Schaltvorgang eingelegten Lastgangs zuzüglich einer vorgegebenen Drehzahldifferenz ermittelt. Hierdurch soll ein schaltungsbedingtes Überdrehen des Antriebsmotors verhindert werden.
Die bekannten Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sind somit darauf fokussiert, bei einem Schaltvorgang das Abwürgen oder das Überdrehen eines als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors zu verhindern, also während des Fahrbetriebs bei Schaltvorgängen den zulässigen Drehzahlbereich des Antriebsmotors einzuhalten. Da ein abgewürgter oder durch Überdrehen beschädigter Antriebsmotor zu einem Blockieren des Antriebsstrangs führen kann, wird durch diese bekannten Verfahren als Nebeneffekt auch ein ungünstiger oder unsicherer Betriebszustand des Antriebsstrangs verhindert.
Ein Verfahren, das für ein Steuern des Startens eines Fahrzeugs angepasst ist, wenn bestimmte das Starten behindernde Bodenbedingungen vorherrschen, wie zum Beispiel Bedingungen mit losem Schmutz, die häufig abseits der Straße angetroffen werden, ist aus der DE 60 2004 012 248 T2 bekannt.
Die DE 10 2007 042 354 A1 offenbart ein Differenzialabriebschutzsystem, das einen Motor regelt, um Schaden an einem von dem Motor angetriebenen Differenzial zu verhindern.
Ein Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug auf einer Lauffläche anfährt, wird durch die DE 11 2010 002 845 T5 offenbart.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bei einem Schaltvorgang, insbesondere bei einer Rückschaltung, ein Verlust der Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs mit erhöhter Sicherheit verhindert werden kann.
Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Erkennung eines die Traktion der Antriebsräder gefährdenden Betriebszustandes des Antriebsstrangs die nach dem Schaltvorgang vorliegende oder zu erwartende Drehzahl der Eingangswelle durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt wird und ein Traktionsverlust der Antriebsräder durch eine geeignete Maßnahme verhindert wird, wenn zumindest durch eines der voneinander unabhängigen Verfahren an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes eine Drehzahl ermittelt wurde, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich auf einen an sich bekannten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Antriebsmotor mit einer Triebwelle sowie ein Stufenschaltgetriebe mit mindestens einer über eine automatisierte Reibungskupplung mit der Triebwelle des Antriebsmotors verbindbaren Eingangswelle und einer mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle aufweist. Das Verfahren sieht allgemein vor, dass bei einem Schaltvorgang, insbesondere bei einer Rückschaltung, die Drehzahl der Eingangswelle direkt oder indirekt überwacht und abhängig von dem Überwachungsergebnis ein ungünstiger oder unsicherer Betriebszustand des Antriebsstrangs verhindert wird.
Bei einer Rückschaltung wird die Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes beschleunigt, so dass der Antriebsmotor vor oder während des Einrückens der Reibungskupplung ebenfalls entsprechend beschleunigt werden muss. Wenn dies nicht durch die Motorsteuerung des Antriebsmotors veranlasst wird, dann wird der Antriebsmotor über die einrückende Reibungskupplung auf die Drehzahl des Zielgangs hochgeschleppt. Das hierzu erforderliche Schleppmoment des Antriebsmotors ist an den Antriebsrädern der Antriebsachse als Bremsmoment wirksam. Um mit erhöhter Sicherheit zu verhindern, dass ein zu hohes Schleppmoment des Antriebsmotors zu einer Überschreitung der Haftreibungsgrenze zwischen der Fahrbahn und den Antriebsrädern führt, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass zur Erkennung eines die Traktion der Antriebsräder gefährdenden Betriebszustandes des Antriebsstrangs die nach dem Schaltvorgang vorliegende oder zu erwartende Drehzahl der Eingangswelle durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt und ein die Traktion der Antriebsräder gefährdendes Schleppmoment des Antriebsmotors durch eine geeignete Maßnahme verhindert wird, wenn zumindest durch eines der voneinander unabhängigen Verfahren an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes eine Drehzahl ermittelt wurde, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt. Hierdurch bleibt die Seitenführung des Kraftfahrzeugs durch die Antriebsräder und damit die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs erhalten.
Als vorgebbarer Drehzahlgrenzwert kann beispielsweise die maximal zulässige Drehzahl des Antriebsmotors festgelegt werden. Soll beispielsweise eine Rückschaltung aus einem aktuell eingelegten Gang, beispielsweise Gang 6, in einen nächstniedrigeren Gang, beispielsweise Gang 5, durchgeführt werden, kann es aufgrund von Fehlschaltungen passieren, dass anstelle des nächstniedrigeren Ganges ein falscher niedrigerer Gang, beispielsweise Gang 1, als neuer Gang eingelegt wird. Eine solche Rückschaltung, beispielsweise eine Rückschaltung aus dem Gang 6 in den Gang 1, hätte zur Folge, dass der Antriebsmotor mit dem Schließen der Reibungskupplung auf eine oberhalb der maximal zulässigen Drehzahl des Antriebsmotors liegende Drehzahl hochgeschleppt würde und aufgrund der dann vorliegenden Überdrehzahl mechanisch blockiert, was zu einem Traktionsverlust der Antriebsräder des Kraftfahrzeugs führen könnte.
Alternativ oder zusätzlich zu dem vorbeschriebenen Drehzahlgrenzwert soll als vorgebbarer Drehzahlgrenzwert auch eine maximal zulässige Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Eingangswelle im neuen Gang und einer Referenzdrehzahl des Antriebsmotors verstanden werden können. Durch den unmittelbaren Zusammenhang zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Differenzdrehzahl zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl des Antriebsmotors würde eine Rückschaltung in einen falschen niedrigen Gang durch eine nach dem Schaltvorgang an der Eingangswelle vorliegende oder zu erwartende zu hohe Eingangswellendrehzahl zwangsweise zu einer hohen Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl des Antriebsmotors führen. Aus der maximal zulässigen Differenzdrehzahl und der Referenzdrehzahl des Antriebsmotors kann somit unmittelbar auf eine an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes maximal zulässige Drehzahl geschlossen werden, welche auch unterhalb der Maximaldrehzahl des Antriebsmotors liegen kann. Wenn die Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Eingangswelle im neuen Gang und einer Referenzdrehzahl des Antriebsmotors größer ist, als die maximal zulässige Drehzahldifferenz, dann würde der Antriebsstrang durch das beim Schließen der Reibungskupplung vorherrschende Schleppmoment des Antriebsmotors stark abgebremst werden, was auch zum Verlust der Haftreibungsgrenze führen könnte.
Die Referenzdrehzahl des Antriebsmotors liegt vorzugsweise zwischen einer Leerlaufdrehzahl und einer Maximaldrehzahl des Antriebsmotors. Als Maximaldrehzahl des Antriebsmotors kann beispielsweise eine vom Motorhersteller vorgegebene Maximaldrehzahl oder eine vom Motorhersteller vorgegebene Maximaldrehzahl zuzüglich einem Drehzahl - Offset verstanden werden. Abhängig von der Motorsteuerung wird bevorzugt eine zwischen der aktuellen Motordrehzahl und der Maximaldrehzahl des Antriebsmotors liegende Motordrehzahl als Referenzdrehzahl des Antriebsmotors verwendet. Sofern die Motordrehzahl während der Rückschaltung durch die Motorsteuerung nicht automatisch angehoben wird, bildet die aktuelle Motordrehzahl die Referenzdrehzahl des Antriebsmotors. Wenn die Motordrehzahl während der Rückschaltung durch die Motorsteuerung maximal bis auf die zulässige Maximaldrehzahl des Antriebsmotors angehoben wird, liegt die Referenzdrehzahl des Antriebsmotors abhängig von der Zieldrehzahl der Eingangswelle zwischen der aktuellen Motordrehzahl und der Maximaldrehzahl des Antriebsmotors.
Um einen drohenden Traktionsverlust an den Antriebsrädern der Antriebsachse vorab, also vor der Durchführung oder dem Abschluss des Schaltvorgangs erkennen zu können, kann vorgesehen sein, dass aus der Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Referenzdrehzahl des Antriebsmotors sowie einer vorgegebenen Einrückdauer der Reibungskupplung ein Drehzahlgradient gebildet wird, mit dem das Schleppmoment zur Beschleunigung des Antriebsmotors ermittelt wird, und dass aus dem Schleppmoment des Antriebsmotors mit der Übersetzung des neuen Gangs und der Übersetzung des Achsgetriebes das an den Antriebsrädern wirksame Radbremsmoment bestimmt sowie mit dem durch Haftreibung maximal übertragbaren Radmoment der Antriebsräder verglichen wird.
Ein erstes Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle sieht nun vor, dass die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes nach dem Einlegen des neuen Gangs mittels eines Drehzahlsensors erfasst wird, der an der Eingangswelle oder an einer permanent mit der Eingangswelle in Triebverbindung stehenden Getriebewelle angeordnet ist.
Ein zweites Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle sieht vor, dass die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes nach dem Einlegen des neuen Gangs mit der Übersetzung einer Eingangskonstante aus der Drehzahl einer Vorgelegewelle ermittelt wird. Die Drehzahl der Vorgelegewelle des Stufengetriebes wird vorzugsweise mittels eines Drehzahlsensors erfasst, der an der Vorgelegewelle des Stufenschaltgetriebes angeordnet ist.
Ein drittes Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle sieht vor, dass die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes nach dem Einlegen des neuen Gangs unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Gangs aus der Drehzahl der Ausgangswelle berechnet wird. Die Drehzahl der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes wird vorzugsweise mittels eines Drehzahlsensors erfasst, der an der Ausgangswelle oder an einem permanent mit der Ausgangswelle in Triebverbindung stehenden Rotationselement angeordnet ist.
Ein viertes Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle sieht vor, dass die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes nach dem Einlegen des neuen Gangs unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Gangs sowie der Übersetzung eines Achsgetriebes einer Antriebsachse aus erfassten Drehzahlen der Antriebsräder berechnet wird. Hierzu werden vorzugsweise die mittels Raddrehzahlsensoren erfassten Drehzahlen der Antriebsräder gemittelt und mit der Übersetzung des Achsgetriebes und der Übersetzung des neuen Gangs multipliziert.
In einem weiteren Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle ist vorgesehen, dass die Drehzahl der Eingangswelle bereits vor dem Einlegen des neuen Gangs unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Gangs aus der Drehzahl der Ausgangswelle berechnet wird. Die Drehzahl der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes wird vorzugsweise mittels eines weiteren an der Ausgangswelle oder an einem permanent mit der Ausgangswelle in Triebverbindung stehenden Rotationselement angeordneten Drehzahlsensors erfasst.
Die Verfahren zur Ermittlung und Überprüfung der Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes, können sowohl bei einem automatisiert schaltbaren Stufenschaltgetriebe als auch bei einem manuell schaltbaren Stufenschaltgetriebe Anwendung finden. Beispielsweise kann bei einem manuell schaltbaren Stufenschaltgetriebe die aktuelle Position der Getriebeverstellungsmechanik durch Sensoren erfasst werden, wodurch der neue Gang, in den der Fahrer schalten wird, bereits ermittelt werden kann, bevor der neue Gang eingelegt ist. Somit kann auch bei einem manuell schaltbaren Stufenschaltgetriebe die Drehzahl der Eingangswelle bereits vor dem Einlegen des neuen Gangs unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Gangs aus der Drehzahl der Ausgangswelle berechnet werde. Die Sensorik zur Ermittlung der Position der Getriebeverstellungsmechanik kann beispielsweise am bzw. im Schalthebel angeordnet sein.
Bevorzugt werden die zumindest zwei voneinander unabhängigen Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes simultan durchgeführt. Somit kann eine den Drehzahlgrenzwert überschreitende Drehzahl an der Eingangswelle des Getriebes frühzeitig und mit hoher Sicherheit erkannt werden. Fällt ein Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle aus, beispielsweise aufgrund eines defekten Drehzahlsensors, dann ist die Drehzahl der Eingangswelle durch das zumindest eine weitere Verfahren weiter ermittelbar. Durch die vorhandene redundante Ermittlung der Zieldrehzahl der Eingangswelle können somit höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
Da eine an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes vorliegende den Drehzahlgrenzwert überschreitende Drehzahl erst in Kombination mit einem geschlossenen Antriebsstrang zu einem ungünstigen oder unsicheren Betriebszustand des Antriebsstrangs führt, wird in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu der nach dem Einlegen des neuen Gangs vorliegenden oder zu erwartenden Drehzahl der Eingangswelle ein Einrückungsgrad der Reibungskupplung ermittelt. Eine Maßnahme zur Verhinderung des Traktionsverlustes der Antriebsräder kann bevorzugt dann durchgeführt werden, wenn sowohl an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes eine den Drehzahlgrenzwert überschreitende Drehzahl als auch ein Einrücken der Reibungskupplung erkannt wurde.
Zur Überwachung und Steuerung des Einrückvorgangs der Reibungskupplung kann der Einrückungsgrad der Reibungskupplung anhand der Ansteuerung eines zugeordneten Kupplungsstellers der Reibungskupplung erfasst werden. Bei einem hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Kupplungssteller können hierzu sowohl ein Stelldruck des Kupplungsstellers als auch Steuerspannungen bzw. Steuerströme der zugeordneten elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Steuerventile erfasst und ausgewertet werden. Bei einem elektromotorisch betätigbaren Kupplungssteller können hierzu sowohl ein Arbeitsstrom als auch eine Steuerspannung des Kupplungsstellers erfasst und ausgewertet werden. Auch kann zur Überwachung und Steuerung des Einrückvorgangs der Reibungskupplung der Einrückungsgrad der Reibungskupplung mittels zumindest eines Positions- bzw. Wegsensors erfolgen, welcher beispielsweise am Kupplungssteller oder an einem Elektromotor zum Betätigen des Kupplungsstellers angeordnet ist und ein Positions- bzw. Wegsignal zur Verfügung stellt.
Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Überwachung und Steuerung des Einrückvorgangs der Reibungskupplung besteht darin, den Einrückungsgrad der Reibungskupplung mittels eines unmittelbar an der Reibungskupplung oder an einem Betätigungselement der Reibungskupplung angeordneten Wegsensors zu erfassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Einrückungsgrad der Reibungskupplung durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt wird, welche vorzugsweise simultan durchgeführt werden. Somit kann ein Einrücken der Reibungskupplung frühzeitig und mit hoher Sicherheit erkannt werden. Eine Maßnahme zur Verhinderung des Traktionsverlustes der Antriebsräder kann bevorzugt dann durchgeführt werden, wenn einerseits an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes eine Drehzahl ermittelt wurde, welche den vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt und andererseits mittels mindestens einem der den Einrückungsgrad der Reibungskupplung ermittelnden voneinander unabhängigen Verfahren ein Einrücken der Reibungskupplung erkannt wird. Fällt ein Verfahren zur Ermittlung des Einrückungsgrades der Reibungskupplung aus, dann ist der Einrückungsgrad der Reibungskupplung durch das zumindest eine weitere Verfahren weiter ermittelbar. Durch die vorhandene redundante Ermittlung des Einrückungsgrades der Reibungskupplung können somit höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
Falls in dem Stufenschaltgetriebe während eines Schaltvorgangs bereits ein neuer Gang eingelegt ist und an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes eine Drehzahl ermittelt wurde, welche den vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt, dann sind als durchführende Maßnahmen zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder verschiedene Varianten denkbar.
In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Einrücken der Reibungskupplung verhindert wird. Bei einem automatisierten Stufenschaltgetriebe kann danach automatisch in einen höheren Gang geschaltet oder bei einer Ausführung des Stufenschaltgetriebes als Doppelkupplungsgetriebe im noch eingelegten Lastgang verblieben werden. Bei einer manuell schaltbaren Ausführung des Schaltgetriebes kann der Fahrer danach durch ein geeignetes Signal zur manuellen Schaltung in einen höheren Gang aufgefordert werden.
In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einrückdauer für das Einrücken der Reibungskupplung verlängert wird. Durch die Verlängerung der Einrückdauer wird der Drehzahlgradient beim Einrücken der Reibungskupplung verringert und dadurch das an den Antriebsrädern als Bremsmoment wirksame Schleppmoment zur Beschleunigung des Antriebsmotors reduziert. Wenn dies in ausreichendem Umfang erfolgt, kann damit die Überschreitung der Haftreibungsgrenze zwischen der Fahrbahn und den Antriebsrädern der Antriebsachse verhindert und somit ein Verlust oder eine Reduzierung der Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs vermieden werden.
In einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der bereits eingelegte neue Gang wieder ausgelegt wird. Ist im Stufenschaltgetriebe dann kein Gang mehr eingelegt, kann die Reibungskupplung auch bei einer als Überdrehzahl erkannten Drehzahl der Eingangswelle eingerückt werden, da das Einrücken der Reibungskupplung somit nicht zu einem ungünstigen oder unsicheren Betriebszustand des Antriebsstrangs führt.
Wird hingegen die Drehzahl der Eingangswelle vor dem Einlegen des neuen Gangs unter Berücksichtigung der Übersetzung des neuen Gangs aus der Drehzahl der Ausgangswelle berechnet und an der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes eine Drehzahl erkannt, welche den vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt, dann sind als durchführende Maßnahmen zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder ebenfalls verschiedene Varianten denkbar.
So ist in einer vierten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Einlegen des neuen Gangs verhindert wird. Bei einem automatisierten Stufenschaltgetriebe kann danach der nächsthöhere Gang als neuer Zielgang bestimmt und die erfindungsgemäße Überprüfung für den neuen Zielgang wiederholt werden. Diese Vorgehensweise kann so lange wiederholt werden, bis eine zu der Übersetzung des Zielgangs an der Eingangswelle des Getriebes passende Drehzahl berechnet wurde. Bei einer Ausführung des Stufenschaltgetriebes als Doppelkupplungsgetriebe kann auch im noch eingelegten Lastgang verblieben werden. Bei einer manuell schaltbaren Ausführung des Schaltgetriebes kann der Fahrer danach durch ein geeignetes Signal zur manuellen Schaltung in den nächsthöheren Gang als neuer Zielgang aufgefordert und die erfindungsgemäße Überprüfung für den neuen Zielgang wiederholt werden. Das Einlegen des unzulässigen Gangs kann bei einem manuell schaltbaren Schaltgetriebe beispielsweise mechanisch blockiert werden. Weist das manuell schaltbare Schaltgetriebe eine Schaltvorrichtung mit einer Schalthilfe, beispielsweise einer Servounterstützungseinrichtung auf, dann kann das Einlegen des unzulässigen Gangs auch über ein Blockieren der Schalthilfe verhindert werden.
In einer fünften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der neue Gang zwar eingelegt wird, jedoch das Einrücken der Reibungskupplung verhindert wird. Bei einem automatisierten Stufenschaltgetriebe kann dann der neue Gang wieder ausgelegt und in einen höheren Gang geschaltet, oder bei einer Ausführung des Stufenschaltgetriebes als Doppelkupplungsgetriebe im noch eingelegten Lastgang verblieben werden. Bei einer manuell schaltbaren Ausführung des Schaltgetriebes kann der Fahrer dann durch ein geeignetes Signal zur manuellen Schaltung in einen höheren Gang aufgefordert werden.
Bei einer sechsten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der neue Gang zwar eingelegt, jedoch die Einrückdauer für das Einrücken der Reibungskupplung verlängert wird. Sofern dies in ausreichendem Umfang erfolgt, kann damit die Überschreitung der Haftreibungsgrenze zwischen der Fahrbahn und den Antriebsrädern der Antriebsachse verhindert und somit ein Verlust oder eine Reduzierung der Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs vermieden werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder über zumindest zwei voneinander unabhängige Ansteuerpfade redundant ausgebildet. Somit kann eine Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder mit hoher Sicherheit ausgeführt werden. Fällt eine Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder aus, dann kann ein Traktionsverlust der Antriebsräder durch die zumindest eine weitere Maßnahme verhindert werden. Durch die vorhandene redundante Ausbildung der Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder können somit höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
So kann gemäß der Erfindung neben der nach dem Einlegen des neuen Gangs vorliegenden oder zu erwartenden Drehzahl der Eingangswelle auch der Einrückungsgrad der Reibungskupplung durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt werden, wobei die einzelnen Verfahren beispielsweise unterschiedliche voneinander unabhängige Eingangsparameter berücksichtigen.
Die einzelnen Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle und des Einrückgrades der Reibungskupplung können ebenso wie die Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder mittels unterschiedlicher Signalpfade erfolgen, welche beispielsweise voneinander physikalisch getrennt sind und/oder auf voneinander unabhängigen physikalisch getrennten Steuer- bzw. Recheneinheiten ausgeführt werden. Hierdurch können nochmals höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
Die Ansteuerung der Reibungskupplung kann ebenso wie die Ansteuerung eines Schaltaktuators zum Ein- und Auslegen von Getriebegängen über zumindest zwei parallel geschaltete Ansteuerpfade erfolgen. So können zur Betätigung der Reibungskupplung bzw. des Schaltaktuators jeweils mehrere Aktuatoren vorgesehen sein. Die Aktuatoren können als Einlassventile sowie als Auslassventile ausgebildet sein. Zur Betätigung der Reibungskupplung bzw. des Schaltaktuators in beiden Betätigungsrichtungen stehen demnach jeweils zwei Aktuatoren zur Verfügung, sodass demnach zur Betätigung in jeder Betätigungsrichtung redundante Aktuatoren vorhanden sind. Die redundanten Aktuatoren dienen prinzipiell einer gleichförmigen Betätigung der Reibungskupplung bzw. des Schaltaktuators, dieselben können sich jedoch hinsichtlich ihrer Dimensionierung unterscheiden. So können die zumindest zwei Einlassventile sowie die zumindest zwei Auslassventile unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst mehrere voneinander unabhängige Rechen- und Auswerteeinheiten sowie voneinander unabhängige Signalpfade. Die zumindest zwei voneinander unabhängigen Verfahren zur Ermittlung der nach dem Einlegen des neuen Gangs vorliegenden oder zu erwartenden Drehzahl der Eingangswelle werden auf zwei voneinander unabhängigen Recheneinheiten ausgeführt. Ebenso können die zumindest zwei voneinander unabhängigen Verfahren zur Ermittlung des Einrückungsgrads der Reibungskupplung auf zwei voneinander unabhängigen Recheneinheiten ausgeführt werden. Die zumindest zwei voneinander unabhängigen Maßnahmen zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder können durch Ausgangssignale von zwei voneinander unabhängigen Auswerteeinheiten ausgelöst werden. Die voneinander unabhängigen Recheneinheiten können ebenso wie die Auswerteeinheiten als voneinander physikalisch getrennte Recheneinheiten bzw. Auswerteeinheiten ausgebildet sein. Unter Rechen- bzw. Auswerteeinheit sollen hier unter anderem Mikrokontroller oder Mikroprozessoren oder sonstige dem Fachmann geläufige elektrische Schaltungen, die zur Verarbeitung bzw. zur Erzeugung der jeweiligen Signale geeignet sind, verstanden werden.
Fällt eine Rechen- bzw. Auswerteeinheit aus, dann kann die Erkennung der nach dem Einlegen des neuen Gangs vorliegenden oder zu erwartenden Drehzahl der Eingangswelle bzw. die Ermittlung des Einrückungsgrads der Reibungskupplung bzw. die Maßnahmen zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder durch die zumindest eine weitere Rechen- bzw. Auswerteeinheit erfolgen. Durch die vorhandenen redundanten Rechen- bzw. Auswerteeinheiten können somit höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden. Sind die vorhandenen redundanten Rechen- bzw. Auswerteeinheiten diversitär ausgebildet, dann kann durch die physikalische Trennung eine noch höhere Sicherheitsanforderung erfüllt werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst mindestens einen Antriebsstrang, der einen Antriebsmotor mit einer Triebwelle sowie ein Stufenschaltgetriebe mit mindestens einer über eine automatisierte Reibungskupplung mit der Triebwelle des Antriebsmotors verbindbaren Eingangswelle und einer mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle aufweist und eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

1 eine Ausführungsform eines Antriebsstrangs zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, und
2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 ist demnach eine erste Ausführungsform eines Antriebsstrangs 1 eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt, bei dem das Verfahren zur Vermeidung eines ungünstigen oder unsicheren Betriebszustands anwendbar ist.
Der Antriebsstrang 1 weist einen beispielsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor 2 mit einer Triebwelle 3, ein manuell oder automatisiert schaltbares Stufenschaltgetriebe 4 mit einer Eingangswelle 5 und einer Ausgangswelle 7, sowie eine Antriebsachse 8 mit einem Achsgetriebe 9, zwei Antriebswellen 10.1, 10.2 und zwei Antriebsrädern 11.1, 11.2 auf. Die Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 ist über eine automatisiert ein- und ausrückbare Reibungskupplung K mit der Triebwelle 3 des Antriebsmotors 2 verbindbar. Ein von einem Steuergerät ansteuerbarer Kupplungssteller ist nicht gesondert dargestellt, jedoch an sich bekannt.
Das Stufenschaltgetriebe 4 ist beispielhaft in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist eine Vorgelegewelle 6 auf, die über eine als Stirnradstufe ausgebildete Eingangskonstante KE mit der Eingangswelle 5 in Triebverbindung steht. Zwischen der Vorgelegewelle 6 und der Ausgangswelle 7 sind in nicht näher dargestellter Weise mehrere selektiv schaltbare Stirnradstufen mit unterschiedlichen Übersetzungen angeordnet, über welche die Eingangswelle 5 und die Ausgangswelle 7 mit der entsprechenden Gangübersetzung miteinander in Triebverbindung bringbar sind. Die Ausgangswelle 7 des Stufenschaltgetriebes 4 steht über das Achsgetriebe 9 und die zwei Antriebswellen 10.1, 10.2 mit den Antriebsrädern 11.1, 11.2 der Antriebsachse 8 in Triebverbindung.
Zur Erfassung der Drehzahl n_M des Antriebsmotors 2 ist ein Drehzahlsensor S1 an der Triebwelle 3 des Antriebsmotors 2 angeordnet. Zur Erfassung der Eingangswellendrehzahl n_GE des Stufenschaltgetriebes 4 ist ein Drehzahlsensor S2 an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 angeordnet. Ein weiterer Drehzahlsensor S3 ist an der Vorgelegewelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4 angeordnet. Dieser Drehzahlsensor S3 an der Vorgelegewelle 6 kann alternativ oder zusätzlich zu dem an der Eingangswelle 5 angeordneten Drehzahlsensor S2 zur Ermittlung der Eingangswellendrehzahl n_GE des Stufenschaltgetriebes 4 genutzt werden. Hierzu wird die von dem Drehzahlsensor S3 an der Vorgelegewelle 6 erfasste Drehzahl n_GV der Vorgelegewelle 6 mit der Übersetzung i_KE der Eingangskonstante KE multipliziert (n_GE = n_GV ∗ i_KE).
Zur Erfassung der Ausgangswellendrehzahl n_GA des Stufenschaltgetriebes 4 sind hier beispielhaft zwei Drehzahlsensoren S4, S6 an der Ausgangswelle 7 des Stufenschaltgetriebes 4 angeordnet. An den Antriebswellen 10.1, 10.2 der Antriebsachse 8 ist zur Erfassung der Raddrehzahlen n_R1, n_R2 der Antriebsräder 11.1, 11.2 jeweils ein Raddrehzahlsensor S5.1, S5.2 angeordnet. Die Raddrehzahlsensoren S5.1, S5.2 können Bestandteil eines Fahrsicherheitssystems sein, wie beispielsweise einem Antiblockiersystem, einem Antriebschlupfregelsystem oder andere, sie können jedoch alternativ oder zusätzlich zu den an der Ausgangswelle 7 angeordneten Drehzahlsensoren S4, S6 auch zur Ermittlung der Ausgangswellendrehzahl n_GA des Stufenschaltgetriebes 4 verwendet werden. Hierzu werden die von den Raddrehzahlsensoren S5.1, S5.2 erfassten Drehzahlen n_R1, n_R2 der Antriebsräder 11.1, 11.2 gemittelt und mit der Übersetzung i_GA des Achsgetriebes 9 der Antriebsachse 8 multipliziert. Die Ausgangswellendrehzahl n_GA ergibt sich dabei durch die Gleichung n_GA = ½ ∗ (n_R1 + n_R2) ∗ i_GA.
Bei einer Rückschaltung wird die Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 beschleunigt, so dass der Antriebsmotor 2 vor oder während des Einrückens der Reibungskupplung K ebenfalls entsprechend beschleunigt werden muss. Wenn dies nicht durch die Motorsteuerung des Antriebsmotors 2 veranlasst wird, dann wird der Antriebsmotor 2 über die einrückende Reibungskupplung K auf die Drehzahl des neuen Gangs hochgeschleppt. Das hierzu erforderliche Schleppmoment des Antriebsmotors 2 ist an den Antriebsrädern 11.1, 11.2 der Antriebsachse 8 als Bremsmoment wirksam. Um mit erhöhter Sicherheit zu verhindern, dass ein zu hohes Schleppmoment des Antriebsmotors 2 zu einer Überschreitung der Haftreibungsgrenze zwischen der Fahrbahn und den Antriebsrädern 11.1, 11.2 führt, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass zur Erkennung eines die Traktion der Antriebsräder 11.1, 11.2 gefährdenden Betriebszustandes des Antriebsstrangs 1 eine nach dem Einlegen des neuen Gangs G_neu vorliegende oder zu erwartende Drehzahl der Eingangswelle 5 durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt wird und ein Traktionsverlust der Antriebsräder 11.1, 11.2 durch eine geeignete Maßnahme verhindert wird, wenn zumindest durch eines der Verfahren an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 eine Drehzahl n_{GE_neu} ermittelt wurde, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt.
Die Drehzahl der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 wird nach zumindest zwei der folgenden Verfahren ermittelt:

- Erfassen der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 nach dem Einlegen des neuen Gangs G_neu mittels des Drehzahlsensors S2, der an der Eingangswelle 5 oder an einer permanent mit der Eingangswelle 5 in Triebverbindung stehenden Getriebewelle angeordnet ist,
- Ermitteln der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 nach dem Einlegen des neuen Gangs G_neu mit der Übersetzung i_KE der Eingangskonstante KE aus der Drehzahl n_GV einer Vorgelegewelle 6, welche mittels des Drehzahlsensors S3 erfasst wird, der an der Vorgelegewelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4 angeordnet ist,
- Ermitteln der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 nach dem Einlegen des neuen Gangs G_neu mit der Übersetzung i_{G_neu} des neuen Gangs G_neu aus der Drehzahl n_GA der Ausgangswelle 7, welche mittels dem an der Ausgangswelle 7 angeordneten Drehzahlsensors S4 erfasst wird,
- Ermitteln der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 nach dem Einlegen des neuen Gangs mit der Übersetzung i_{G_neu} des neuen Gangs G_neu aus der Drehzahl n_GA der Ausgangswelle 7, welche mittels Raddrehzahlsensoren S5.1, S5.2 ermittelt wird, wobei die von den Raddrehzahlsensoren S5.1, S5.2 erfassten Drehzahlen n_R1, n_R2 der Antriebsräder 11.1, 11.2 gemittelt und mit der Übersetzung i_GA des Achsgetriebes 9 der Antriebsachse 8 multipliziert werden,
- Ermitteln der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 vor dem Einlegen des neuen Gangs G_neu mit der Übersetzung i_{G_neu} des neuen Gangs G_neu aus der Drehzahl n_GA der Ausgangswelle 7, welche mittels dem an der Ausgangswelle 7 angeordneten Drehzahlsensors S6 erfasst wird.

Bevorzugt werden die zumindest zwei der genannten Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 simultan durchgeführt. Somit kann eine Überdrehzahl an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 frühzeitig und mit hoher Sicherheit erkannt werden. Fällt ein Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 aus, dann ist die Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 durch das zumindest eine weitere Verfahren weiter ermittelbar. Durch die vorhandene redundante Ermittlung der Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 können somit höhere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.
Da eine an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 vorliegende Überdrehzahl erst in Kombination mit einem geschlossenen Antriebsstrang 1 zu einem ungünstigen oder unsicheren Betriebszustand des Antriebsstrangs 1 führt, kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der nach dem Einlegen des neuen Gangs G_neu vorliegenden oder zu erwartenden Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 ein Einrückungsgrad der Reibungskupplung K ermittelt wird. Eine Maßnahme zur Verhinderung des Traktionsverlustes der Antriebsräder 11.1, 11.2 kann bevorzugt dann durchgeführt werden, wenn sowohl an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 als Drehzahl n_{GE_neu} eine Überdrehzahl als auch ein Einrücken der Reibungskupplung K erkannt wurde.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung 12 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Steuerungseinrichtung 12 umfasst hier mehrere voneinander unabhängige Recheneinheiten 13, 14, 15. An der ersten Recheneinheit 13 liegt als Eingangsgröße eine mittels des Drehzahlsensors S2 an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 erfasste Eingangswellendrehzahl n_GE an, während an der zweiten Recheneinheit 14 als Eingangsgröße eine mittels des Drehzahlsensors S4 an der Ausgangswelle 7 des Stufenschaltgetriebes 4 erfasste Ausgangswellendrehzahl n_GA anliegt.
Ein erstes Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle 5 wird mittels der ersten Recheneinheit 13 durchgeführt und sieht vor, dass die Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 nach dem Einlegen des neuen Gangs G_neu mittels einem Drehzahlsignals bestimmt wird, welches von dem an der Eingangswelle 5 angeordneten Drehzahlsensors S2 erzeugt wird. So erzeugt die erste Recheneinheit 13 auf Basis der mittels des Drehzahlsensors S2 erfassten Drehzahl der Eingangswelle 5 als Ausgangsgröße ein Signal, welches anzeigt, ob an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 eine Drehzahl n_{GE_neu} vorliegt, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt.
Ein zweites Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle 5 wird hingegen mittels der zweiten Recheneinheit 14 durchgeführt und sieht vor, dass die Drehzahl n_{GE_neu} der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 nach dem Einlegen des neuen Gangs G_neu unter Berücksichtigung der Übersetzung i_{G_neu} des neuen Gangs G_neu aus der Drehzahl n_GA der Ausgangswelle 7 berechnet wird. Die Drehzahl n_GA der Ausgangswelle 7 wird hierzu mittels eines Drehzahlsensors S4 erfasst, der an der Ausgangswelle 7 angeordnet ist. Die zweite Recheneinheit 14 erzeugt somit auf Basis der mittels des Drehzahlsensors S4 erfassten Drehzahl n_GA der Ausgangswelle 7 des Stufenschaltgetriebes 4 als Ausgangsgröße ein Signal, welches anzeigt, ob an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 eine Drehzahl n_{GE_neu} vorliegt, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt.
Die Ausgangsgrößen der ersten Recheneinheit 13 und der zweiten Recheneinheit 14 dienen als Eingangsgrößen für eine erste Auswerteeinheit 16 und werden dort entsprechend ausgewertet. Wird durch zumindest eine Ausgangsgröße der beiden Recheneinheiten 13, 14 an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 eine Drehzahl n_{GE_neu} angezeigt, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt, dann erzeugt die Auswerteeinheit 16 als Ausgangsgröße ein Signal, welches dieses anzeigt, nämlich dass an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 eine Drehzahl n_{GE_neu} vorliegt, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt. Dieses Ausgangssignal der ersten Auswerteeinheit 16 dient in diesem Ausführungsbeispiel nun als Eingangssignal für eine zweite Auswerteeinheit 17. Die erste Auswerteeinheit 16 kann beispielsweise als einfacher ODER-Logikbaustein ausgebildet sein.
An der dritten Recheneinheit 15 liegen gemäß 2 zwei Eingangsgrößen an, mittels welcher auf den Einrückungsgrad der Reibungskupplung K geschlossen werden kann. Als erste Eingangsgröße zur Ermittlung des Einrückgrades der Reibungskupplung K werden hier Steuerspannungen bzw. Steuerströme von einem Kupplungssteller zugeordneten elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Steuerventilen erfasst und ausgewertet. Als zweite Eingangsgröße zur Ermittlung des Einrückvorgangs der Reibungskupplung K wird ein Signal ausgewertet, welches von einem unmittelbar an der Reibungskupplung oder an einem Betätigungselement der Reibungskupplung angeordneten Wegsensors zur Verfügung gestellt wird.
Anhand der anliegenden Eingangssingale wird in der Recheneinheit 15 der Einrückungsgrad der Reibungskupplung K bestimmt und als Ausgangsgröße ausgegeben, welche als weitere Eingangsgröße für die zweite Auswerteeinheit 17 dient. Wird mittels der zweiten Auswerteeinheit 17 festgestellt, dass an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 eine Drehzahl n_{GE_neu} vorliegt, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. übersteigt und die Reibungskupplung in Schließrichtung betätigt wird, dann wird eine Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder 11.1, 11.2 durchgeführt. Diese Maßnahme zur Verhinderung des Traktionsverlustes der Antriebsräder 11.1, 11.2 wird durch ein entsprechendes Ausgangssignal der Auswerteeinheit 17 ausgelöst und kann je nachdem, ob im Stufenschaltgetriebe 4 der neue Gang G_neu bereits eingelegt ist oder nicht, unterschiedlich gestaltet sein. So kann bei bereits eingelegtem neuem Gang G_neu beispielsweise das Einrücken der Reibungskupplung K verhindert bzw. die Einrückdauer für das Einrücken der Reibungskupplung K verlängert werden. Ist der neue Gang G_neu in dem Stufenschaltgetriebe 4 hingegen noch nicht eingelegt, dann kann als Maßnahmen zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder 11.1, 11.2 beispielsweise vorgesehen sein, dass das Einlegen des neuen Gangs G_neu verhindert wird, bzw. dass der neue Gang G_neu zwar eingelegt, jedoch das Einrücken der Reibungskupplung K verhindert wird.
Bei den hier erwähnten Recheneinheiten 13, 14, 15 und Auswerteeinheiten 16, 17 kann es sich um Mikrokontroller oder Mikroprozessoren oder um sonstige dem Fachmann geläufige elektrische Schaltungen handeln, die zur Verarbeitung beziehungsweise Erzeugung der jeweiligen Signale geeignet sind.
Die im Ausführungsbeispiel genannten Eingangsgrößen zur Ermittlung der an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 vorliegenden Drehzahl und zur Ermittlung des Einrückungsgrad der Reibungskupplung K sind als nur beispielhaft anzusehen und sollen die Erfindung nicht beschränken. Gleiches gilt für die im Ausführungsbeispiel genannten Maßnahmen zur Verhinderung des die Traktion der Antriebsräder gefährdenden Schleppmoments des Antriebmotors. Vielmehr sollen die in der vorstehenden Beschreibung, in den Figuren sowie den Patentansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung berücksichtigt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmotor, Verbrennungsmotor
3: Triebwelle des Antriebsmotors
4: Stufenschaltgetriebe
5: Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes 4
6: Vorgelegewelle des Stufenschaltgetriebes 4
7: Ausgangswelle der Stufenschaltgetriebe 4
8: Antriebsachse
9: Achsgetriebe
10.1: Erste Antriebswelle
10.2: Zweite Antriebswelle
11.1: Erstes Antriebsrad
11.2: Zweites Antriebsrad
12: Steuerungseinrichtung
13: erste Recheneinheit
14: zweite Recheneinheit
15: dritte Recheneinheit
16: erste Auswerteeinheit
17: zweite Auswerteeinheit
Gneu: neuer Gang des Stufenschaltgetriebes 4
iGA: Übersetzung des Achsgetriebes 9
iG_neu: Übersetzung des Stufenschaltgetriebes 4 bei eingelegtem G_neu
iKE: Übersetzung der Eingangskonstante KE
K: Reibungskupplung
KE: Eingangskonstante des Stufenschaltgetriebes 4
nGA: Ausgangswellendrehzahl
nGE: Eingangswellendrehzahl
nGE_neu: Eingangswellendrehzahl bei neuem Gang G_neu
nGV: Drehzahl
nM: Motordrehzahl
nR1: Raddrehzahl des ersten Antriebsrads 11.1
nR2: Raddrehzahl des zweiten Antriebsrads 11.2
S1: Drehzahlsensor an der Triebwelle 3 des Antriebsmotors 2
S2: Drehzahlsensor an der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4
S3: Drehzahlsensor an Vorgelegewelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4
S4: Drehzahlsensor an Ausgangswelle 7 des Stufenschaltgetriebes 4
S5.1: Raddrehzahlsensor an erster Antriebswelle 10.1
S5.2: Raddrehzahlsensor an zweiter Antriebswelle 10.2
S6: Drehzahlsensor an Ausgangswelle 7 des Stufenschaltgetriebes 4

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs, der einen Antriebsmotor (2) mit einer Triebwelle (3) sowie ein Stufenschaltgetriebe (4) mit mindestens einer über eine automatisierte Reibungskupplung (K) mit der Triebwelle (3) des Antriebsmotors (2) verbindbaren Eingangswelle (5) und einer mit Antriebsrädern (11.1, 11.2) des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle (7) aufweist, wobei bei einem Schaltvorgang eine Drehzahl (n_GE) der Eingangswelle (5) überwacht und abhängig vom Überwachungsergebnis ein ungünstiger oder unsicherer Betriebszustand des Antriebsstrangs (1) verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines eine Traktion der Antriebsräder (11.1, 11.2) gefährdenden Betriebszustandes des Antriebsstrangs (1) die nach dem Schaltvorgang vorliegende oder zu erwartende Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle (5) durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt wird und ein die Traktion der Antriebsräder (11.1, 11.2) gefährdendes Schleppmoment des Antriebmotors (2) durch eine geeignete Maßnahme verhindert wird, wenn zumindest durch eines der voneinander unabhängigen Verfahren an der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) eine Drehzahl (n_{GE_neu}) ermittelt wurde, welche einen vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht oder übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Drehzahlgrenzwert durch eine maximal zulässige Drehzahl des Antriebsmotors (2) oder durch eine maximal zulässige Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle in einem neuen Gang (G_neu) und einer Referenzdrehzahl des Antriebsmotors festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) zumindest nach zwei der folgenden Verfahren ermittelt wird: - Erfassen der Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) nach einem Einlegen des neuen Gangs (G_neu) mittels eines Drehzahlsensors (S2), der an der Eingangswelle (5) oder an einer permanent mit der Eingangswelle (5) in Triebverbindung stehenden Getriebewelle angeordnet ist, - Ermitteln der Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) nach dem Einlegen des neuen Gangs (G_neu) mit einer Übersetzung (i_KE) einer Eingangskonstante (KE) aus einer Drehzahl (n_GV) einer Vorgelegewelle (6) (n_GE = n_GV ∗ i_KE), welche mittels eines Drehzahlsensors (S3) erfasst wird, der an der Vorgelegewelle (6) des Stufenschaltgetriebes (4) angeordnet ist, - Ermitteln der Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) nach dem Einlegen des neuen Gangs (G_neu) mit einer Übersetzung (i_G__neu) des neuen Gangs (G_neu) aus einer Drehzahl (n_GA) der Ausgangswelle (7) (n_{GE_neu} = n_GA ∗ i_G__neu), welche mittels mindestens eines Drehzahlsensors (S4) erfasst wird, der an der Ausgangswelle (7) oder an einem permanent mit der Ausgangswelle (7) in Triebverbindung stehenden Rotationselement angeordnet ist, - Ermitteln der Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) nach dem Einlegen des neuen Gangs mit der Übersetzung (i_G__neu) des neuen Gangs (G_neu) aus der Drehzahl (n_GA) der Ausgangswelle (7) (n_{GE_neu} = n_GA ∗ i_G__neu), welche mittels Raddrehzahlsensoren (S5.1, S5.2) ermitteltwird, wobei von den Raddrehzahlsensoren (S5.1, S5.2) erfasste Drehzahlen (n_R1, n_R2) der Antriebsräder (11.1, 11.2) gemittelt und mit einer Übersetzung (i_GA) eines Achsgetriebes (9) der Antriebsachse (8) multipliziert werden (n_GA = ½ ∗ (n_R1 + n_R2) ∗ i_GA.), - Ermitteln der Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle (5) vor dem Einlegen des neuen Gangs (G_neu) mit der Übersetzung (i_G__neu) des neuen Gangs (G_neu) aus der Drehzahl (n_GA) der Ausgangswelle (7) (n_{GE_neu} = n_GA ∗ i_G__neu), welche mittels mindestens eines Drehzahlsensors (S6) erfasst wird, der an der Ausgangswelle (7) oder an einem permanent mit der Ausgangswelle (7) in Triebverbindung stehenden Rotationselement angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der nach dem Einlegen des neuen Gangs (G_neu) vorliegenden oder zu erwartenden Drehzahl (n_{GE_neu}) der Eingangswelle (5) ein Einrückungsgrad der Reibungskupplung (K) ermittelt wird und die Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder (11.1, 11.2) durchgeführt wird, wenn sowohl an der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) die Drehzahl (n_{GE_neu}), welche den vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht oder übersteigt, als auch ein Einrücken der Reibungskupplung (K) ermittelt wurde.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrückungsgrad der Reibungskupplung (K) durch zumindest zwei voneinander unabhängige Verfahren ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrückungsgrad der Reibungskupplung (K) zumindest nach zwei der folgenden Verfahren ermittelt wird: - Ermitteln des Einrückungsgrades der Reibungskupplung (K) anhand einer Ansteuerung eines zugeordneten Kupplungsstellers der Reibungskupplung (K), - Ermitteln des Einrückungsgrades der Reibungskupplung (K) mittels eines unmittelbar an der Reibungskupplung (K) angeordneten Wegsensors, - Ermitteln des Einrückungsgrades der Reibungskupplung (K) mittels eines an einem Betätigungselement der Reibungskupplung (K) angeordneten Wegsensors.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn in dem Stufenschaltgetriebe (4) der neue Gang (G_neu) eingelegt ist und an der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) die Drehzahl (n_{GE_neu}) erkannt wurde, welche den vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreicht oder übersteigt, zumindest eine der folgenden Maßnahmen zur Verhinderung des Traktionsverlustes der Antriebsräder (11.1, 11.2) ausgeführt wird: - Verhindern eines Einrückens der Reibungskupplung (K), - Verlängern einer Einrückdauer für das Einrücken der Reibungskupplung (K) - Auslegen des bereits eingelegten neuen Gangs (G_neu).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn an der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) die den vorgebbaren Drehzahlgrenzwert erreichende oder übersteigende Drehzahl (n_{GE_neu}) erkannt wurde, bevor in dem Stufenschaltgetriebe (4.1, 4.2) der neue Gang (G_neu) eingelegt ist, zumindest eine der folgenden Maßnahmen zur Verhinderung des Traktionsverlustes der Antriebsräder (11.1, 11.2) ausgeführt wird: - Verhindern eines Einlegens des neuen Gangs (G_neu), - Einlegen des neuen Gangs (G_neu), jedoch Verhindern eines Einrückens der Reibungskupplung (K) - Einlegen des neuen Gangs (G_neu), jedoch Verlängern einer Einrückdauer für das Einrücken der Reibungskupplung (K).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme zur Verhinderung des Traktionsverlustes der Antriebsräder (11.1, 11.2) über zumindest zwei voneinander unabhängige Ansteuerpfade redundant ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung der Reibungskupplung (K) und/oder eine Ansteuerung eines Schaltaktuators zur Ausführung des Schaltvorgangs über jeweils zumindest zwei parallel geschaltete Ansteuerpfade erfolgen.
Steuerungseinrichtung (12) umfassend mehrere voneinander unabhängige Recheneinheiten (13, 14, 15), wobei eine erste Recheneinheit (13) ausgebildet ist, ein erstes Verfahren zur Ermittlung einer Drehzahl einer Eingangswelle (5) eines Stufengetriebes (4) auszuführen, eine zweite Recheneinheit (14) ausgebildet ist, ein zweites Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl der Eingangswelle (5) auszuführen, eine dritte Recheneinheit (17) ausgebildet ist, zwei voneinander unabhängige Verfahren zur Ermittlung des Einrückungsgrads der Reibungskupplung (K) auszuführen, eine erste Auswerteeinheit (16) ausgebildet ist, eine Ausgangsgröße der ersten Recheneinheit (13) und eine Ausgangsgröße der zweiten Recheneinheit (14) als Eingangsgrößen zu empfangen und eine Ausgangsgröße, welche als Eingangsgröße für eine zweite Ausweiteeinheit (17) dient, zu erzeugen, die zweite Auswerteeinheit (17) ausgebildet ist, anhand der empfangenen Ausgangsgröße der ersten Auswerteeinheit (16) und einer empfangenen Ausgangsgröße der dritten Recheneinheit (15) ein Ausgangssignal zu erzeugen, durch welches eine Maßnahme zur Verhinderung eines Traktionsverlustes der Antriebsräder (11.1, 11.2) auslösbar ist.
Kraftfahrzeug umfassend einen Antriebsstrang (1), der einen Antriebsmotor (2) mit einer Triebwelle (3), ein Stufenschaltgetriebe (4) mit mindestens einer über eine automatisierte Reibungskupplung (K) mit der Triebwelle (3) des Antriebsmotors (2) verbindbaren Eingangswelle (5) und einer mit Antriebsrädern (11.1, 11.2) des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle (7) sowie eine Steuerungseinrichtung (12) gemäß Anspruch 11 aufweist.