DE102005042352A1

DE102005042352A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei Antriebssträngen mit automatisierten Schaltgetrieben

Info

Publication number: DE102005042352A1
Application number: DE102005042352A
Authority: DE
Inventors: Karl-Fritz Heinzelmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-15
Also published as: WO2007028496A3; WO2007028496A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe (2) und eines dadurch bedingten Schaltruckes sowie ein Verfahren zu dessen Anwendung, wobei eine Stauchung, Streckung, Verwindung oder sonstige Verformung der Fahrzeuggeometrie durch eine Verringerung des Antriebsmomentes an von einem Hauptantriebsmotor (1) angetriebenen Rädern (8) und eine gleichzeitige Erhöhung des Antriebsmomentes an von zumindest einem Hilfsantriebsmotor angetriebenen Rädern (8) dadurch vermieden wird, dass der oder die Hilfsantriebsmotore auf Räder (8) wirken, welche auch vom Hauptantriebsmotor (1) angetrieben werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei automatisierten Schaltgetrieben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Anwendung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

Automatisierte Schaltgetriebe werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen genutzt. Dabei ist eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten bekannt, welche jeweils spezifische Vor- und Nachteile aufweisen.

Ein wesentlicher Nachteil vieler automatisierter Schaltgetriebe besteht in der Unterbrechung der Zugkraft bei Gangwechseln. Da ein großer Teil der verwendeten Schaltgetriebe, insbesondere bei Personenkraftwagen, nicht unter Last geschaltet werden kann, bedingt ein Gangwechsel eine Unterbrechung oder zumindest wesentliche Verringerung der auf die angetriebenen Räder wirksamen Antriebsleistung. Diese Antriebsleistungsverringerung kann je nach Auslegung des Antriebs dadurch bedingt sein, dass zum Wechsel des Fahrganges die Fahrkupplung oder eine andere Kupplung zwischen einem Hauptantriebsmotor und dem automatisierten Schaltgetriebe geöffnet werden muss, und/oder das automatisierte Schaltgetriebe für den Wechsel von einem ersten Fahrgang in einen anderen Fahrgang zunächst den ersten Fahrgang deaktivieren muss, bevor der andere Fahrgang in Eingriff gebracht werden kann und somit zwischenzeitlich in einen Leerlauf schaltet, und/oder dass die Antriebsleistung des Hauptantriebsmotors im Verlauf des Schaltvorganges auf nahezu Null abgesenkt wird. Dies hat zur Folge, dass für eine gewisse Zeit kein oder jedenfalls kein nennenswertes Antriebsmoment eines Hauptantriebsmotors an die Räder des Fahrzeugs übertragen werden kann.

Als Folge daraus ergibt sich ein von den Fahrzeuginsassen oft als störend oder unter gewissen Umständen wie Rückschaltvorgängen in schnell gefahrenen Kurven sogar als gefährlich empfundener Schaltruck. Dies gilt in besonderem Maße bei automatisch ausgelösten Schaltvorgängen, da der Schaltruck hier auch für den Fahrer überraschend auftritt, sowie allgemein bei Personenkraftwagen, bei denen von den Insassen erhöhte Ansprüche an den Fahrkomfort gestellt werden. Zudem wird die Gesamtbeschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs durch diese Zugkraftunterbrechung nachteilig beeinflusst.

Zur Verringerung des durch die Insassen wahrgenommenen Schaltruckes kann in einer frühen Phase des Schaltvorgangs durch einen Eingriff in das Motormanagement des Hauptantriebsmotors dessen Leistung verringert und nach Aktivierung des Zielganges die an das automatisierte Schaltgetriebe abgegebene Leistung mit einer geringeren als der technisch möglichen Zuwachsrate erhöht werden. Durch diese Maßnahmen lässt sich zwar der als unangenehm oder gefährlich empfundene Schaltruck durch eine zeitliche Streckung verringern, dies wird jedoch durch eine weitere zeitliche Verlängerung der Zugkraftunterbrechung erkauft und ist daher insbesondere bei Personenkraftwagen meist unerwünscht.

Alternativ dazu wurde in der DE 199 16 926 A1 vorgeschlagen, den oder die Sitze des Fahrzeugs in Richtung der Fahrzeuglängsachse zumindest teilweise beweglich auszubilden, und den oder die Sitze oder deren Lehnen bei einer Zugkraftunterbrechung nach vorne und nach der Zugkraftunterbrechung wieder in die Ausgangslage zurück zu bewegen. Dieser Ansatz beseitigt jedoch nicht den eigentlichen Schaltruck des Fahrzeugs, sondern dämpft lediglich dessen Auswirkungen auf die Insassen. Sofern diese eine Verschiebung ihrer Sitzposition relativ zum Fahrzeuginnenraum nicht sogar als unangenehmer als den Schaltruck empfinden, ist diese Maßnahme jedenfalls nicht geeignet, Befürchtungen bezüglich einer möglichen negativen Beeinflussung der Fahrstabi lität entgegen zu wirken oder die Beschleunigung eines Fahrzeuges zu verbessern oder zu vergleichmäßigen.

Demgegenüber beschreibt die DE 103 16 862 A1 , die als nächstliegender Stand der Technik betrachtet wird, ein Antriebssystem für Fahrzeuge, bei welchem wenigstens ein erstes Rad durch einen zugehörigen Achs- oder Einzelradantriebsmotor angetrieben wird, und wenigstens ein zweites Rad vorgesehen ist, in dessen Antriebsstrang ein zwischen wenigstens zwei Drehzahlübertragungsstufen umschaltbares Getriebe vorgesehen ist.

Bei einem Umschaltbefehl wird durch eine Steuerung der das erste Rad antreibende Motor stärker belastet, die Umschaltung des Getriebes vorgenommen und die Belastung des das erste Rad antreibenden Motors wieder herabgesetzt. Eine schaltungsbedingte Leistungsreduzierung am zweiten Rad wird so durch eine entsprechende Zugkrafterhöhung am ersten Rad teilweise oder vollständig kompensiert. Bei dem oder den Motoren, welche auf das erste Rad oder dessen Achse wirken, handelt es sich um Elektromotoren oder Hydraulikmotoren.

Obwohl sich die DE 103 16 862 A1 zunächst formal allgemein auf ein Antriebssystem für Fahrzeuge bezieht, befasst sich diese Druckschrift durchgängig mit schweren Sonderfahrzeugen, wie landwirtschaftliche oder industrielle Schlepper. Zudem bezieht sich die Druckschrift vornehmlich auf Fahrzeuge, bei denen alle angetriebenen Räder durch Achsantriebsmotoren bzw. durch Einzelradantriebsmotoren angetrieben werden, wobei im Momentenfluss zwischen diesen Motoren und den angetriebenen Rädern ein oder mehrere Schaltgetriebe angeordnet sein können. Die Lehre der DE 103 16 862 A1 ist damit nicht auf Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge für den Straßenverkehr ausgerichtet oder für einen Fachmann ohne weiteres auf solche übertragbar.

Grundsätzlich wird gemäß der DE 103 16 862 A1 ein Schaltruck stets dadurch verringert oder vermieden, dass bei einer Verringerung des wirksamen Drehmomentes an einem ersten Rad durch einen Schaltvorgang ein wirksames Drehmoment an einem anderen als dem ersten Rad erhöht wird. Damit bewirkt die Kompensation einer Verringerung eines Antriebsmomentes an einem ersten Rad durch eine Erhöhung des Antriebsmomentes an einem anderen Rad zwangsläufig eine entsprechende Verwindung des Fahrzeugs. Dies gilt sowohl bei einer achsbezogenen Wirkung der entsprechenden Momente, bei der beispielsweise das Antriebsdrehmoment schlagartig von der Vorderachse auf die Hinterachse umverteilt wird, als auch z. B. bei einer diagonalen Verteilung, die an Stelle einer Streckung bzw. Stauchung eine Verdrehung des Fahrzeugaufbaus zur Folge hat.

Dies mag bei schweren Schleppern und insbesondere bei einer sehr steifen und damit meist auch schweren Bauweise des Fahrzeugs sowie zumindest bei den hier üblichen, relativ geringen Fahrgeschwindigkeiten tolerierbar sein. Für Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge, die oft Geschwindigkeiten von 180 oder mehr Kilometern pro Stunde erreichen, bei denen durchaus auch bei 100 Kilometern pro Stunde noch ein Schaltvorgang erfolgen kann und die zudem als Großserienfahrzeuge relativ leicht konstruiert sind, ist dies jedoch kaum tolerabel.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei Antriebssträngen mit automatisierten Schaltgetrieben und ein Verfahren zu dessen Nutzung vorzustellen, welches die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll erreicht werden, dass eine Stauchung, Streckung, Verwindung oder sonstige Verformung der Fahrzeuggeometrie bei einer Verringerung der Zugkraftunterbrechung während eines Schaltvorgangs nicht stattfindet.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Schaltruck bei einem Wechsel eines Fahrganges eines automatisierten Schaltgetriebes ohne eine Verwindung des Fahrzeugs dann verringern oder vermeiden lässt, wenn eine Reduzierung des auf ein Rad wirkenden Antriebsmomentes eines Hauptantriebsmotors durch ein auf das selbe Rad wirkendes Antriebsmoment zumindest eines Hilfsantriebsmotors ganz oder teilweise kompensiert wird.

Demnach geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse, wobei das Fahrzeug eine Gangwechselsteuerungseinrichtung und einen, bevorzugt genau einen, Hauptantriebsmotor aufweist, der über das automatisierte Schaltgetriebe auf zumindest ein angetriebenes Rad des Fahrzeugs wirken kann. Zur Reduzierung der Zugkraftunterbrechung ist zumindest ein Hilfsantriebsmotor vorgesehen.

Die Gangwechselsteuerungseinrichtung ist so ausgebildet, dass bei einem Wechsel des Übersetzungsverhältnisses des automatisierten Schaltgetriebes die Leistungsabgabe des zumindest einen Hilfsantriebsmotors derart beeinflusst werden kann, dass eine Veränderung des vom Hauptantriebsmotor über das automatisierte Schaltgetriebe auf das zumindest eine angetriebene Rad des Fahrzeugs abgegebenen Antriebsmomentes zumindest teilweise, und bevorzugt nahezu vollständig, kompensiert werden kann.

Die Veränderung des vom Hauptantriebsmotor über das automatisierte Schaltgetriebe auf das zumindest eine angetriebene Rad des Fahrzeugs abge gebenen Drehmomentes kann dabei sowohl die Verringerung eines positiven Drehmomentes sein, wenn beispielsweise ein Hochschaltvorgang während einer Beschleunigungsphase vorliegt, als auch die Verringerung eines negativen Drehmomentes sein, wenn etwa unter Anwendung einer Motorbremse zurückgeschaltet wird und die Bremswirkung des Hauptantriebsmotors während des Schaltvorganges nicht an die Räder des Fahrzeugs übertragen werden kann.

Unter einem automatisierten Schaltgetriebe wird dabei nicht nur ein vollautomatisch geschaltetes Getriebe verstanden, sondern auch Getriebe, bei welchen ein Gangwechsel zusätzlich oder ausschließlich durch eine Bedienperson ausgelöst werden kann, welche jedoch den eigentlichen getriebeinternen Schaltvorgang mit Hilfe von fremdkraftbetätigten Aktuatoren vornehmen und der Bediener lediglich die Information zum Wechsel des Ganges gibt. Im weitesten Sinne sind hierbei auch Schaltgetriebe gemeint, bei denen eine Information über einen geplanten oder eingeleiteten Gangwechsel zumindest auch in Form eines elektrischen oder sonstigen Informationssignals vorliegt, das etwa zur Beeinflussung der Motorsteuerung dienen kann und das als Eingangsgröße der hier verwendeten Gangwechselsteuerungseinrichtung dienen kann. Damit ist die Erfindung auch bei rein manuell geschalteten Getrieben anwendbar, sofern ein entsprechendes Schaltsignal zur Verfügung steht.

Die Erfindung bezieht sich bevorzugt auf Fahrzeuge mit automatisierten Schaltgetrieben, die nicht unter Last geschaltet werden können. Da allerdings auch unter Last schaltbare Getriebe teilweise erhebliche Schaltrucke aufweisen und zudem auch bei diesen Getrieben eine Schaltung ohne Last bevorzugt sein kann, kann die Erfindung nutzbringend auch für diese Getriebetypen eingesetzt werden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist gemäß der Erfindung nun vorgesehen, dass der zumindest eine Hilfsantriebsmotor so angeordnet ist, dass er auf zumindest eines der angetriebenen Räder wirken kann, auf welches auch der Hauptantriebsmotor wirken kann.

Durch diese Einleitung des Antriebsmomentes des Hilfsantriebsmotors in zumindest eines der normalerweise bzw. unmittelbar vor dem Schaltvorgang vom Hauptantriebsmotor angetriebenen Räder kann eine Verwindung des Fahrzeugs bei einer Verringerung des Antriebsmomentes des Hauptantriebsmotors und einer gleichzeitigen Vergrößerung des Antriebsmomentes des zumindest einen Hilfsantriebsmotors vermieden oder zumindest gegenüber dem Stand der Technik stark reduziert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der oder die Hilfsantriebsmotore auf alle zuvor durch den Hauptantriebsmotor angetriebenen Räder wirken. Um den baulichen Aufwand möglichst gering zu halten, kann es beispielsweise bei Fahrzeugen mit mehreren angetriebenen Achsen auch genügen, wenn die Hilfsantriebsmotore lediglich auf eine oder einige der zuvor durch den Hauptantriebsmotor angetriebenen Achsen wirken.

Die Erfindung ist grundsätzlich für Fahrzeuge mit beliebigen Hauptantriebsmotoren anwendbar. Während jedoch bei Fahrzeugen mit mehreren Hauptantriebsmotoren der Schaltruck oft durch eine geschickte Steuerung z.B. der Einzelleistungen der Elektromaschinen gemildert werden kann, lassen sich die meisten der aus diesem Bereich bekannten Lösungsansätze nicht oder nur schwer auf herkömmlich Fahrzeuge mit einem einzigen Verbrennungskraft-Kalbenmotor mit innerer Verbrennung übertragen. Daher ist die Anwendung der Erfindung bei diesen Fahrzeugen besonders nutzbringend.

Die Anwendung der Erfindung bietet bei bestimmten Fahrzeugkategorien besondere Vorteile:
Moderne Personenkraftwagen sind einerseits zur Erreichung guter Fahrleistungen sowie zur Erzielung eines möglichst geringen Kraftstoffverbrauches leicht konstruiert und müssen zudem in wesentlichen Teilen leicht verformbar sein, um im Falle eines Unfalls möglichst viel Energie durch Verformungsarbeit abbauen zu können. Unter diesen Bedingungen ist die Steifigkeit des Fahrzeugs notwendiger Weise begrenzt. Zudem sind die Ansprüche der Insassen von Personenkraftwagen an den Fahrkomfort besonders hoch und ein Schaltruck wird als besonders störend empfunden.

Durch die beschriebene Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, nicht nur den Schaltruck bezogen auf das Gesamtfahrzeug zu minimieren, sondern auch eine Verwindung des Fahrzeugs zumindest weitestgehend zu vermeiden. Neben dem gesteigerten Fahrkomfort ist aufgrund der hohen Fahrgeschwindigkeiten dieser Fahrzeuge auch der Sicherheitsgewinn durch die Verbesserung der Straßenlage hervorzuheben.

Ganz ähnliches gilt auch für leichte Nutzfahrzeuge, wobei hier aufgrund der erheblich höheren Fahrzeuggewichte und Zuladungen bei im Vergleich zu Schleppern immer noch sehr hohen Geschwindigkeiten die Vorteile in Bezug auf die Straßenlage relativ höher zu bewerten sind, als die Vorteile in Bezug auf den Fahrkomfort.

Bei schweren, bevorzugt auf Straßenbetrieb ausgelegten Nutzfahrzeugen stehen demgegenüber die Vorteile in Bezug auf den Fahrkomfort im Vordergrund, da diese Fahrzeuge aufgrund der tendenziell geringeren Geschwindigkeiten und der hohen Zuladungen selten im physikalischen Grenzbereich gefahren werden. Dagegen sind die Schaltrucke aufgrund der großen trägen Massen oft besonders hoch. Sie führen tendenziell auch zu einer im Vergleich zu Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeugen stärkeren Stauchung und Streckung des Fahrzeugs. Der Nutzen einer Komfortsteigerung ist in Hinblick auf die üblichen langen Lenkzeiten durch Berufskraftfahrer hier besonders augenfällig.

Bei Autobussen oder allgemein bei Fahrzeugen zur Beförderung einer größeren Anzahl von Personen ist die Anwendung der Erfindung schon deshalb besonders sinnvoll, weil die Anzahl der Nutznießenden besonders groß ist. Zusätzlich ist zumindest bei großen Omnibussen ohne eine Kompensation der Schaltruck aufgrund der Fahrzeugmasse relativ ausgeprägt.

Bestimmte Antriebsarten des Hilfsantriebsmotors bieten besondere Vorteile, auf die im Folgenden eingegangen wird:
Sofern der Hilfsantriebsmotor eine Elektromaschine ist, gestaltet sich die Integration in ein bestehendes Antriebskonzept besonders einfach, da die Versorgungsleitungen leicht und unter Beachtung nur weniger Restriktionen an jeden beliebigen Ort des Fahrzeugs verlegt werden können. Elektromaschinen sind zudem wartungsarm und bieten gleichzeitig ein gutes Verhältnis zwischen abgebbarer Leistung, insbesondere zwischen der kurzzeitig abgebbaren Leistung einerseits und Kosten sowie Gewicht andererseits. Zudem lässt sich die Elektromaschine oft im Rahmen einer Funktionsintegration für weitere Zwecke wie die Rekuperation, elektrisches Bremsen oder elektrisches Fahren und Rangieren nutzen, beziehungsweise ein ohnehin für diese Zwecke vorhandener Elektromotor verwenden.

Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass Elektromotore kurzzeitig eine erheblich höhere Leistung als ihre nominale Leistung abgeben können. Auf diese Weise ist es möglich, denselben Motor beispielsweise zur Unterstützung des Hauptantriebsmotors im Fahrbetrieb mit voller Nennleistung zu betreiben, und im Falle eines Schaltvorgangs diese Leistung nochmals kurzzeitig zu verdoppeln. Alternativ dazu können Elektromotore bei gegebener kurzzeitiger Sollleistung besonders klein und leicht gebaut werden.

Der Einsatz pneumatischer oder hydraulischer Motore als Hilfsantriebsmotor bietet sich dagegen insbesondere bei Fahrzeugen an, die ohnehin über ein leistungsstarkes Pneumatik- oder Hydrauliksystem verfügen.

Wenn der Hilfsantriebsmotor ein Motor ist, der durch mechanisch gespeicherte Energie angetrieben wird, kann dies insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen vorteilhaft sein, da es hier weniger auf geringen Platzbedarf und geringes Gewicht, dafür aber um so mehr auf Langlebigkeit und Preiswürdigkeit ankommt. So kann als Energiespeicher beispielsweise ein starkes Federelement vorgesehen sein, dass über einen Spannmechanismus beispielsweise bei Bremsvorgängen gespannt wird, und bei Bedarf über beliebige Übertragungsmittel ein Drehmoment an ein Fahrzeugrad abgibt.

Obwohl es für die Erfindung in ihrer Grundform lediglich entscheidend ist, dass das Drehmoment des oder der Hilfsantriebe auf solche Räder wirkt, die zuvor auch vom Hauptantrieb angetrieben wurden, bieten unterschiedliche Einbaupositionen des oder der Hilfsantriebsmotore besondere Vorteile, die im einzelnen nachfolgend vorgestellt werden:
Gemäß einer ersten diesbezüglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hilfsantriebsmotor in das automatisierte Schaltgetriebe integriert ist. Auf diese Weise ist es innerhalb eines Montageablaufs besonders einfach, bei ansonsten gleichen Getrieben unterschiedliche Fahrzeugvarianten mit und ohne Einrichtung zum Reduzieren der Zugkraftunterbrechung anzubieten. Zudem besteht die Möglichkeit, bestimmte Daten- und Energieleitungen etwa zum Bordnetz und der Gangwechselsteuerungseinrichtung doppelt zu nutzen.

Je nach Gestaltung des Getriebes kann es jedoch noch vorteilhafter sein, wenn der Hilfsantriebsmotor an das automatisierte Schaltgetriebe adaptiert ist. Auf diese Weise kann den Raumverhältnissen außerhalb des Schaltgetriebes optimal Rechung getragen werden, und der Hilfsantriebsmotor ist für eventuelle Servicearbeiten ohne Zerlegung des Getriebegehäuses leicht erreichbar.

Bei beiden bisher vorgestellten Ausführungsformen ist besonders bei langen Antriebssträngen von Vorteil, dass durch die getriebenahe Einleitung des Drehmoments des Hilfsantriebsmotors die nachfolgenden Elemente des Antriebsstranges weitgehend gleichmäßig belastet werden und unerwünschte Effekte, die etwa durch eine Torsionsschwingung der Antriebswelle durch wechselnde Belastung auftreten können, weitestgehend vermieden werden.

In einer weiteren Ausführungsform wirkt der Hilfsantriebsmotor unmittelbar auf den Gelenkwellenstrang. Hier bieten sich beispielsweise für eine nachträgliche Ausrüstung von Fahrzeugen und insbesondere von Nutzfahrzeugen oft bessere Raumverhältnisse als direkt am Schaltgetriebe.

Sofern ein zusätzliches Verteilergetriebe im Momentenfluss vom Hauptantriebsmotor zu angetriebenen Rädern vorgesehen ist, kann der Hilfsantriebsmotor auch so angeordnet sein, dass er auf das zusätzliche Verteilergetriebe wirken kann. Hierdurch kann ein einziger Hilfsantriebsmotor, beispielsweise bei Fahrzeugen mit zuschaltbarem Allradantrieb, je nach Schaltstellung des Verteilergetriebes wahlweise auf die Räder nur einer oder beider Achsen wirken, ohne dass hierfür eine Modifikation von Schaltgetriebe oder Gelenkwellenstrang vorgenommen werden muss. Bezüglich der Vorteile einer Integration in ein Getriebe beziehungsweise der Adaption an ein Getriebe gilt im Wesentlichen das bereits oben ausgeführte.

Alternativ kann der Hilfsantriebsmotor auch unmittelbar auf eine anzutreibende Achse wirken, wobei selbstverständlich auch eine Integration in ein Achsdifferenzial möglich ist. Der Begriff der Achse ist hier im Sinne von Vorderachse bzw. Hinterachse zu verstehen und umfasst sowohl Wellen als auch Achsen, wobei es lediglich darauf ankommt, dass eine Verbindung vom Fahrgestell zu einem Rad hergestellt wird. In sofern stellen auch Antriebswellen von einzeln aufgehängten Rädern in diesem Sinne eine Achse dar. Durch die Platzierung dicht an den angetriebenen Rädern ergeben sich auch bei großen Drehmomentänderungen nur vergleichsweise geringe Torsionen der Übertragungsglieder und damit eine schnelle und genaue Übertragung des eingeleiteten Drehmomentes auf die Räder.

Schließlich kann der Hilfsantriebsmotor auch so angeordnet sein, dass er unmittelbar auf ein auch vom Hauptantriebsmotor antreibbares Rad wirkt bzw. direkt in oder an diesem angeordnet ist. Diese Variante bietet insbesondere die Möglichkeit, den Hilfsantriebsmotor nicht nur in Bezug auf die jeweilige Achse, sondern getrennt für ein einzelnes Rad zu steuern. Es versteht sich von selbst, dass diese Variante die Ausrüstung jeweils zumindest eines Rades auf jeder Seite der Achse zwar nicht zwingend voraussetzt, jedoch in der Praxis meist erfordert. Bei einer derartigen Ausrüstung ist es auch möglich, die Hilfsantriebsmotore nicht nur im Rahmen der Schaltruckvermeidung einzusetzen, sondern auch für eine gezielte Abbremsung oder Beschleunigung einzelner Räder, beispielsweise im Rahmen eines ESP-Systems (Elektronisches-Stabilitäts-Programm) einzusetzen.

Nachdem die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorstehend erläutert wurde, wird nachfolgend ein Verfahren zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse vorgestellt, die neben einer Gangwechselsteuerungseinrichtung und einem Hauptantriebsmotor, der über das automatisiertes Schaltgetriebe auf zumindest ein angetriebenes Rad des Fahrzeugs wirken kann, auch über zumindest einem Hilfsantriebsmotor verfügen.

Die Gangwechselsteuerungseinrichtung ermittelt oder schätzt bei einem eingeleiteten und/oder einzuleitenden Gangwechsel aufgrund von eingelesenen Daten und/oder eingespeicherten Daten und/oder Programmen die Größe der tatsächlichen oder vermuteten Drehmomentreduzierung an dem oder den angetriebenen Rädern sowie deren zeitlichen Verlauf. Auf der Basis dieser Daten und gegebenenfalls unter Einbeziehung weiterer Daten ermittelt sie zumindest einen Soll-Momentenverlauf, welcher geeignet ist, den tatsächlichen oder vermuteten Drehmomentabfall an dem oder den angetriebenen Rädern nach Größe und zeitlichem Verlauf ganz oder zumindest teilweise zu kompensieren. Sie sendet Ausgangssignale an den zumindest einen Hilfsantriebsmotor, die eine entsprechende Drehmomentabgabe des oder der Hilfsantriebsmotore bewirken.

Durch dieses Verfahren können unerwünschte Schaltrucke durch eine Zugkraftunterbrechung ganz vermieden oder zumindest stark abgeschwächt werden, ohne dass es zu einer Verwindung des Fahrzeugs durch einen Drehmomentwechsel zwischen durch den Hauptantriebsmotor und einem Hilfsantriebsmotor angetriebenen Rädern des Fahrzeugs kommt.

Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu sind der Beschreibung drei Zeichnungsfiguren beigefügt.

In diesen zeigt
1 einen Antriebsstrang eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeugs mit einem längs eingebauten Hauptantriebsmotor und einem an dem Gelenkwellenstrang angeordneten zusätzlichen Verteilergetriebe,
2 einen Antriebsstrang eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeugs mit einem längs eingebauten Hauptantriebsmotor und einem seitlich an dem Schaltgetriebe angeordneten zusätzlichen Verteilergetriebe und
3 einen Antriebsstrang eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeugs mit einem quer eingebauten Hauptantriebsmotor.
Im Einzelnen gehört zu dem in 1 gezeigten Antriebsstrang ein Hauptantriebsmotor 1, der bevorzugt ein Verbrennungs-Kolbenmotor mit innerer Verbrennung ist. Das Antriebsdrehmoment des Hauptantriebsmotors 1 wird in ein automatisiertes Schaltgetriebe 2 eingeleitet, von wo aus es über einen Gelenkwellenstrang 5 an ein Achsdifferenzial 6 der Hinterachse 7 übertragen und schließlich über die Räder 8 zum Antrieb des Fahrzeugs auf die Straße gebracht wird.
In diesem Fall handelt es sich um ein Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb, weshalb der Gelenkwellenstrang 5 ein zusätzliches Verteilergetriebe 4 trägt, das den Gelenkwellenstrang 5 in einen vorderen Teil 5a und einen hinteren Teil 5b aufteilt. Schließlich führt vom zusätzlichen Verteilergetriebe 4 ein Vorderradantriebsstrang 3 zu den nicht gezeigten und wahlweise antreibbaren Vorderrädern.
Gemäß der Erfindung sind ein oder mehrere Hilfsantriebsmotore, die in diesem Beispiel Elektromotore sein sollen und sich jeweils gegen ein festste hendes Fahrzeugteil abstützen, an den Wirkorten bzw. Stellen M2 und/oder M5a und/oder M4 und/oder M5b und/oder M6 und/oder M7 und/oder M8 und/oder M9 angeordnet, wobei die Zahl in den jeweiligen Bezugszeichen auf das jeweilige Antriebsstrangelement verweist. Dabei sollen im Fall einer Anordnung der Hilfsantriebsmotore an der Stelle M8 (an den Fahrzeugrädern 8) und bevorzugt auch an der Stelle M7 (an den Hinterachsen 7) jeweils paarweise symmetrisch zur Längsachse des Fahrzeugs zumindest zwei hier nicht weiter dargestellte Hilfsantriebsmotore angeordnet sein.
Nicht gezeigt sind mögliche weitere Wirkorte von Hilfsantriebsmotoren, etwa am Vorderradantriebsstrang 3, der nicht gezeigten Vorderachse, oder an den nicht dargestellten Vorderrädern.
Unabhängig von Anzahl und Verteilung der Hilfsantriebsmotore ist stets eine Gangwechselsteuerungseinrichtung 10 vorgesehen, welche mit dem oder den Hilfsantriebsmotoren, dem Getriebe 2 sowie weiteren Sensoren in Verbindung steht. Die Datenleitungen, Sensorleitungen und Steuerleitungen zu verschiedenen Sensoren, Steuergeräten und den Hilfsantriebsmotoren sind dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich durch Pfeile an der Gangwechselsteuerungseinrichtung 10 angedeutet.
Wenn die Gangwechselsteuerungseinrichtung 10 einen einsetzenden oder bevorstehenden Gangwechsel erkennt, ermittelt sie anhand von eingelesenen oder abgeschätzten Daten den tatsächlichen, bevorstehenden oder vermuteten Betrag und zeitlichen Verlauf des Drehmomentabfalls an einer Referenzstelle. Diese Referenzstelle kann beispielsweise die Getriebeausgangswelle oder auch ein Rad 8 des Fahrzeugs, bevorzugt jedoch der Ort M2, M4, M5a, M5b, M6, M7, M8 oder M9 sein, an welchem sich der oder die Hilfsantriebsmotore befinden. Dieser wenigstens eine Hilfsantriebsmotor wird aufgrund der ermittelten Daten so von der Gangwechselsteuerungseinrichtung 10 angesteuert, dass dieser bzw. diese ein Drehmoment abgeben, das nach Betrag und zeitlichem Verlauf den durch den Schaltvorgang bedingten Drehmomentabfall vollständig, zumindest aber teilweise kompensiert.
2 zeigt einen Antriebsstrang eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeugs, wobei Teile gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Vorderachse 9 wird in diesem Beispiel über ein integriertes Differential direkt vom automatisierten Schaltgetriebe angetrieben, während der Gelenkwellenstrang 5 zur Hinterachse (nicht gezeigt) von einem in diesem Fall seitlich neben dem automatisierte Schaltgetriebe 2 angeordneten, zusätzlichen Verteilergetriebe 4 abgeht.
3 zeigt schließlich eine erfindungsgemäße Anordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem quer eingebauten Hauptantriebsmotor 1. An diesem ist ein automatisiertes Schaltgetriebe 2 angeordnet, welches ein zusätzliches Verteilergetriebe 4 trägt, welches in diesem Fall jedoch lediglich die Funktion eines Achsdifferenzialgetriebes erfüllt.
Selbstverständlich ist an Stelle der in den 1 bis 3 gezeigten Antriebsstränge mit vorne liegendem Hauptantriebsmotor 1 auch jeweils ein entsprechender Aufbau mit hinten liegendem Hauptantriebsmotor 1 möglich und wird daher durch die Erfindung mit umfasst.

1: Hauptantriebsmotor
2: automatisiertes Schaltgetriebe
3: Vorderradantriebsstrang
4: zusätzliches Verteilergetriebe
5: Gelenkwellenstrang
5a: vorderer Teil des Gelenkwellenstrangs
5b: hinterer Teil des Gelenkwellenstrangs
6: Achsdifferenzial
7: Hinterachse
8: Rad
9: Vorderachse
10: Gangwechselsteuerungseinrichtung
M2, M4,: mögliche Ein- oder Anbauorte bzw.
M5a, M5b,: Wirkorte des oder der Hilfsantriebsmotore
M6, M7,
M8, M9

Claims

Vorrichtung zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe (2) mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse, einer Gangwechselsteuerungseinrichtung (10), einem Hauptantriebsmotor (1), der über das automatisierte Schaltgetriebe (2) auf zumindest ein angetriebenes Rad (8) des Fahrzeugs wirken kann, und zumindest einem Hilfsantriebsmotor, wobei die Gangwechselsteuerungseinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass bei einem Wechsel des Übersetzungsverhältnisses des automatisierten Schaltgetriebes (2) die Leistungsabgabe des zumindest einen Hilfsantriebsmotors derart beeinflusst werden kann, dass eine Verringerung des vom Hauptantriebsmotor (1) über das automatisierte Schaltgetriebe (2) auf das zumindest eine angetriebene Rad (8) des Fahrzeugs aufgebrachten Drehmomentes zumindest teilweise kompensiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Hilfsantriebsmotor so angeordnet ist (Positionen M2, M4, M5a, M5b, M6, M7, M8, M9), dass er auf zumindest eines der angetriebenen Räder (8) einwirken kann, auf welches auch der Hauptantriebsmotor (1) einwirken kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne, dass der Hauptantriebsmotor (1) ein Verbrennungs-Kolbenmotor mit innerer Verbrennung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Personenkraftwagen, ein leichtes Nutzfahrzeug, ein schweres Nutzfahrzeug oder ein Autobus ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne, dass der Hilfsantriebsmotor eine Elektromaschine, ein pneumatischer Motor, ein hydraulischer Motor oder ein Motor ist, der durch mechanisch gespeicherte Energie angetrieben wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichne, dass der Hilfsantriebsmotor in das automatisierte Schaltgetriebe (2) integriert ist (Wirkort M2).
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne, dass der Hilfsantriebsmotor an das automatisierte Schaltgetriebe (2) adaptiert ist (Wirkort M2).
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne, dass der Hilfsantriebsmotor so angeordnet ist (M5, M5a, M5b), dass er unmittelbar auf den Gelenkwellenstrang (5, 5a, 5b) wirken kann.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne, dass ein zusätzliches Verteilergetriebe (4) im Drehmomentfluss vom Hauptantriebsmotor (1) zu zumindest einem angetriebenen Rad (8) vorgesehen ist, und der Hilfsantriebsmotor an oder in dem zusätzlichen Verteilergetriebe (4) angeordnet ist (M4).
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne, dass der Hilfsantriebsmotor so angeordnet ist (M7, M9), dass er unmittelbar auf eine angetriebene Räder tragende Achse (7, 9) oder Welle wirken kann.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne, dass der Hilfsantriebsmotor so angeordnet ist (M8), dass er unmittelbar auf ein auch von Hauptantriebsmotor (1) antreibbares Rad (8) wirken kann.
Verfahren zur Reduzierung einer Zugkraftunterbrechung bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe (2) mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse, einer Gangwechselsteuerungseinrichtung (10), einem Hauptantriebsmotor (1), der über das automatisierte Schaltgetriebe (2) auf zumindest ein angetriebenes Rad (8) des Fahrzeugs wirken kann, und zumindest einem Hilfsantriebsmotor, welcher auf zumindest ein auch vom Hauptantriebsmotor (1) antreibbares Rad (8) einwirken kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangwechselsteuerungseinrichtung (10) bei einem eingeleiteten und/oder einzuleitenden Gangwechsel aufgrund von eingelesenen Daten und/oder eingespeicherten Daten und/oder Programmen die Größe des tatsächlichen oder vermuteten Drehmomentabfalls an dem oder den angetriebenen Rädern (8) sowie dessen zeitlichen Verlauf ermittelt oder abschätzt, auf der Basis dieser Daten und gegebenenfalls unter Einbeziehung weiterer Daten zumindest einen Soll-Momentenverlauf ermittelt, welcher geeignet ist, den tatsächlichen oder vermuteten Drehmomentabfall an dem oder den angetriebenen Rädern (8) nach Größe und zeitlichem Verlauf ganz oder zumindest teilweise zu kompensieren und Ausgangssignale an den zumindest einen Hilfsantriebsmotor sendet, die eine entsprechende Drehmomentabgabe des oder der Hilfsantriebsmotore bewirken.