DE10035479B4

DE10035479B4 - Verfahren zur Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE10035479B4
Application number: DE10035479A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Popp Christian; Dipl.-Ing. Steinhauser Klaus; Dipl.-Ing. Klein Gerald
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2011-12-29
Anticipated expiration: 2020-07-22
Also published as: US20020019292A1; US6508742B2; DE10035479A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit aufeinanderfolgender Hochschaltungen bzw. aufeinanderfolgender Rückschaltungen von Automatgetrieben, wobei beim Ausführen einer auf eine erste Hoch- bzw. Rückschaltung nachfolgende zweite Hoch- bzw. Rückschaltung mindestens ein Schaltelement zugeschaltet oder abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder ersten Hoch- oder Rückschaltung das für die nachfolgende zweite Hoch- oder Rückschaltung benötigte Schaltelement während der laufenden ersten Hoch- oder Rückschaltung druckseitig vorbereitet bzw. auf einen Schaltdruck abgesenkt wird, derart, dass bei Erreichen einer Synchrondrehzahl der laufenden ersten Hoch- oder Rückschaltung die sofortige Durchführung der nachfolgenden zweiten Hoch- oder Rückschaltung ermöglicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit von Automatgetrieben, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die immer steigenden Anforderungen an die Funktionalität der Automatgetriebe durch die Forderung nach mehr Spontanität, die immer größer werdende Anzahl der zu schaltenden Gänge, die verbrauchsoptimierte Auslegung der Automat getriebe mit größeren Fahranteilen in den hohen Gängen sowie die große Anzahl der auszuführenden Rückschaltungen beim Abbremsen des Fahrzeugs bis zum Stillstand führen dazu, dass Gänge eines Automatgetriebes immer schneller und häufiger hintereinander geschaltet werden sollen.
Um eine Gangschaltung durchzuführen, muß das zuschaltende Schaltelement zuerst für die Momentenübernahme vorbereitet, d. h. befüllt werden. Ebenso können auch vorbereitende Maßnahmen an dem abschaltenden Schaltelement getroffen werden, wobei dies ist erst nach Abschluß der vorhergehenden Schaltung möglich ist.
Üblicherweise wird der vorbereitende Befüllvorgang eines Schaltelements in eine Schnellfüllphase und eine Füllausgleichsphase aufgeteilt: Im Rahmen der Schnellfüllphase wird das Schaltelement mit Öl befüllt, wohingegen in der Füllausgleichsphase der Kolben mit geringer Last angelegt wird.
Durch die Ausführung der Vorbereitung der zuschaltenden Schaltelemente, die, wie erläutert, in einer Schnellfüllphase und eine Füllausgleichsphase unterteilt ist, sowie der Vorbereitung der abschaltenden Schaltelemente enstehen Verzögerungszeiten, in denen die Drehzahländerung zur nächsten Übersetzungsstufe nicht kontinuierlich verläuft, sondern auf der Synchrondrehzahl der vorherigen Schaltung stehen bleibt; dies resultiert in einer spürbaren Stufe in der Drehzahländerung, wodurch auch der Schaltkomfort negativ beeinflußt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mittels dessen ein Schaltelement ohne Verzögerung in die Schaltphase übergehen kann, so dass der Drehzahlverlauf kontinuierlich fortgesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Varianten gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird vorgeschlagen, bei jeder Schaltung das für die nächste Schaltung in gleicher Richtung, also eine zweite nach einer ersten Hochschaltung bzw. eine zweite nach einer ersten Rückschaltung, benötigte zuschaltende bzw. abzuschaltende Schaltelement während der Schaltung vorzubereiten, d. h. zu befüllen, bzw. auf Schaltdruck abzusenken.
Dadurch wird bei Erreichen der Synchrondrehzahl die sofortige Durchführung der nächsten Schaltung ermöglicht. Der Zeitpunkt des Übergangs von der Vorbereitungs- zur Schaltphase wird über entsprechende Applikationsparameter bestimmt.
Die Vorbereitung der zu- und abzuschaltenden Schaltelemente für die Folgeschaltung während der laufenden Schaltung wird erfindungsgemäß durch Behandlung mehrerer paralleler Abläufe ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für Kombinationen mehrerer zu- und abschaltender Schaltelemente eingesetzt werden. Dabei können die parallelen Abläufe aktiven Druckvorgaben entsprechen oder im Hintergrund ablaufende virtuelle Abläufe darstellen, wobei Übergänge zwischen diesen Abläufen zu definierten Zeitunkten stattfinden.
Außerdem ist das Verfahren geeignet, um während eines Gangeinlegens mehrere Schaltelemente für spätere Schaltungen vorzubereiten. Dabei können diese Schaltelemente auch schon beim Gangeinlegen beteiligt sein. Bei einem Gangeinlegen im Fahrzeugstillstand werden zweckmäßigerweise die Schaltelemente vorbereitet, die bei einer anschließender Folgehochschaltung zu- bzw. abgeschaltet werden müssen. Bei einem Gangeinlegen während der Fahrt können auch alle Schaltelemente für eine mögliche Folgeschaltung vorbereitet werden, die aus dem aktuell beim Gangeinlegen geschalteten Gang ansteuerbar sind, also sowohl die Schaltelemente des nächstgrößeren als auch des nächstkleineren Gangs. In gleicher Weise kann z. B. auch eine Wandlerüberbrückungskupplung für spätere Schaltungen vorbereitet werden, um einen übergangslosen Drehzahlverlauf bei anschließendem WK-Schalten zu erzielen.
Der Zuschaltvorgang des Schaltelements wird in eine Vorbereitungsphase, die aus der Schnellbefüllungsphase und der Füllausgleichsphase besteht, sowie in eine Schaltphase unterteilt, in der dann die eigentliche Momentenübernahme durchgeführt wird. Ebenso wird das abschaltende Schaltelement in eine einem definierten Druck (z. B. Maximaldruck, Halteventildruck, ...) entsprechenden Phase sowie einer nach bestimmten Kriterien (z. B. Startzeitpunkt, Übergangsrampe, Drucksprung, ...) durchgeführten Übergangsphase auf den Schaltdruck unterteilt.
Wenn eine Schaltung ausgeführt wird, dann wird gemäß der Erfindung während dieser Schaltung die Vorbereitungsphase des zuschaltenden Schaltelements für die nächstfolgende Schaltung nach bestimmten Kriterien durchgeführt. Dadurch wird erreicht, dass dieses Schaltelement ohne Verzögerung in die Schaltphase übergeht, wobei der Drehzahlverlauf kontinuierlich fortgesetzt wird, da das Schaltelement jederzeit zur Momentenübernahme bereit ist.
Das abzuschaltende Schaltelement der folgenden Schaltung wird währenddessen ebenfalls vorbereitet und geht an einem definierten Punkt, wenn die nächstfolgende Schaltung als gültig erkannt wird, in die Übergangsphase über.
Wenn keine Schaltung vorgenommen werden soll, wird die Vorbereitungsphase der beteiligten Schaltelemente ohne Auswirkung abgebrochen.
An dem Punkt, an dem das neue zuschaltende Schaltelement in die Schaltphase übergeht, wird erfindungsgemäß der weitere Schaltungsablauf anhand einer schaltungsspezifischen, applizierbaren Übergangsbedingung (z. B. eine definierte Minimal- bzw. Maximalauswahl von Druckverläufen) gesteuert. In dieser Übergangsbedingung wird sowohl der druck- bzw. drehzahlseitig aktuelle Zustand des zuschaltenden Schaltelements betrachtet als auch der Steuerungsablauf, der im Hintergrund abläuft und die Vorbereitung des neuen abschaltenden Schaltelements darstellt. Durch diese Vorgehensweise ergibt sich eine kontinuierliche Drehzahländerung über mehrere Gänge hinweg, ohne dass sich bei den jeweiligen Synchrondrehzahlen Stufen bilden.
Durch die Verlegung der Vorbereitungsphase in die jeweils vorige Schaltung wird diese Zeit eingespart, so dass eine höhere Anzahl Schaltungen in derselben Zeit ermöglicht wird.
Beim Abbremsen wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine höhere Zahl durchzuführender Schaltungen durch die größeren Gangdrehzahlen der heutigen Automatgetriebe und die vermehrten Fahranteile in hohen Gängen durch eine verbrauchsoptimierte Auslegung der Getriebe bewältigt. Desweiteren werden Schaltvorgänge im Stillstand verringert.
Durch diese Möglichkeiten der beschleunigten Durchführung von Schaltungen sind in der Mechanik, Hydraulik und Software keine Maßnahmen mehr notwendig, um Schaltungen über mehrere Gänge (z. B. 6-4, 5-3, 5-1, ...) darzustellen. Dies führt zur Vereinfachung in der Mechanik und Hydraulik. Zudem ergibt sich eine Verringerung des Applikationsaufwands und des benötigten Speicherbedarfs in der elektronischen Getriebesteuerung.
Des weiteren wirkt sich dies auch positiv auf die Software-Qualität aus, da eine geringere Anzahl an Schaltungen geprüft werden muß.
Diese Punkte führen zu einer erheblichen Zeit- und Kosteneinsparung für die Getriebeentwicklung.
Im folgenden wird das Verfahren anhand der Zeichnung am Beispiel einer Schaltung näher erläutert.
In dieser stellen dar:
1 eine Darstellung einer beispielhaften Schaltung mit der Vorbereitungsphase der nächsten Schaltung und des Übergangs zwischen beiden Schaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung und
2 eine Darstellung des Drehzahlverlaufs während beispielhafter Schaltvorgänge gemäß der Erfindung und gemäß dem Stand der Technik.
Gemäß 1 startet beim Einleiten einer beispielhaften Schubrückschaltung die Vorbereitung des zuschaltenden Schaltelements P_KZU(1) mit der Schnellfüllung des Schaltelements. Das abschaltende Schaltelement P_KAB(1) beginnt mit der Schaltphase. Das vorbereitete zuschaltende Schaltelement P_VKZU(1) bleibt auf Minimaldruck. Das vorbereitete abschaltende Schaltelement P_VKAB(1) wird auf einen definierten Druck gesetzt. Dieser Zeitpunkt wird in der 1 mit A bezeichnet.
Anschliessend (Punkt B in 1) wechselt das zuschaltende Schaltelement P_KZU(1) innerhalb der Vorbereitungsphase in die Füllausgleichsphase. Die Zustände der anderen Abläufe ändern sich nicht.
Während sich die Zustände der dieser Schaltung zugehörigen Schaltelemente P_KZU(1), P_KAB(1) und des vorbereiteten abschaltenden Schaltelements P_VKAB(1) nicht ändern, beginnt erfindungsgemäß die Vorbereitungsphase des vorzubereitenden zuschaltenden Schaltelements P_VKZU(1) für die nächste Schaltung mit der Schnellfüllung, wie in der 1 zum Zeitpunkt C gezeigt. Der Zeitpunkt der Vorbereitung, also der Startpunkt von P_VKZU(1), ist applizierbar und kann zeitgesteuert oder auch ereignisgesteuert sein. Ein Beispiel für eine Zeitsteuerung ist eine Verzögerungszeit T_VKZUVxy in 1. Ein Beispiel für eine Ereignissteuerung ist ein (nicht dargestellter) Drehzahlvorhalt vor der Synchrondrehzahl der laufenden Schaltung.
Voraussetzung für den Beginn der Vorbereitungsphase ist das Vorliegen von bestimmten Bedingungen, wie z. B. einer Verzögerungszeit nach der Schnellfüllung des zuschaltenden Schaltelements P_KZU(1). Der Zeitpunkt des Beginns der Vorbereitungsphase ist also durch schaltungsspezifische Applikationsparameter in weiten Grenzen beeinflußbar.
Anschliessend wechselt das zuschaltende Schaltelement P_KZU(1) von der Vorbereitungsphase in die Schaltphase, wobei die Phasen der anderen Schaltelemente unverändert bleiben. Dies wird durch einen Druckanstieg zum Zeitpunkt D veranlasst.
Anschliessend geht erfindungsgemäß das vorbereitete zuschaltende Schaltelement P_VKZU(1) innerhalb der Vorbereitungsphase in eine Phase konstanten Drucks über, die durch ein Absenken des Drucks auf das Niveau des Füllausgleichsdrucks (Punkt E) eingeleitet wird.
In einem nächsten Schritt wird bei einem definierten nachfolgenden Zeitpunkt F die Übergangsphase des vorbereiteten abschaltenden Schaltelements P_VKAB(1) gestartet: Der Übergang kann beispielsweise durch einen applizierbaren Drehzahlverhalt vor dem Synchronpunkt der laufenden Schaltung definiert werden. Anstelle dieser Ereignissteuerung kann selbstverständlich auch eine Zeitsteuerung vorgesehen sein. Die Zustände der anderen Schaltelemente ändern sich nicht. In jedem Fall ist also der Zeitpunkt, an dem der Übergang von der Vorbereitungsphase zur Schaltphase erfolgt, über schaltungsspezifische Applikationsparameter in weiten Grenzen beeinflußbar.
Das vorbereitete zuschaltende Schaltelement P_VKZU(1) verläßt an diesem definierten Punkt (z. B. durch einen Drehzahlvorbehalt vor Synchron) den Füllausgleich der Vorbereitungsphase und geht in die Schaltphase über, wobei der Übergang bevorzugterweise rampenförmig verläuft. Die Zustände der anderen Schaltelemente bleiben unverändert. Diese Phase entspricht Punkt G in 1.
Zwischen dem Ablauf des vorbereiteten abschaltenden Schaltelements P_VKAB(1) (z. B. Hintergrundablauf) und des ersten zuschaltenden Schaltelements P_KZU(1) – Punkt H in 1 – findet der Übergang statt, wobei der Wechsel zwischen dem Hintergrundablauf und dem aktiven Ablauf durchgeführt wird. Das in der ersten Schaltung vorbereitete Schaltelement P_VKZU(1) wird zum zuschaltenden Schaltelement P_KZU(2) der folgenden Schaltung. Das erste abschaltende Schaltelement P_KAB(1) wird weggeschaltet.
Die vorbereiteten Schaltelemente P_VKZU(1) und P_VKAB(1) der ersten Schaltung sind nun (Punkt I) die aktiven Schaltelemente P_KZU(2) und P_KAB(2) dieser Schaltung, während die für die nächste Schaltung notwendigen Schaltelemente – wie bereits erläutert – vorbereitet werden (P_VKZU(2) und P_VKAB(2)). Dies wird mit dem für die Zuschaltung notwendigen Schaltelement P_VKZU(2) an einer beispielsweise durch eine Verzögerungszeit nach der Übergangsbedingung definierten Stelle (siehe Punkt J in 1) durchgeführt.
Der skizzierte Ablauf wiederholt sich erfindungsgemäß für alle anschließend folgenden Schaltungen, wenn eine weitere Schaltung angefordert wird. Der Ablauf startet dann wieder am Punkt A. Wird jedoch keine weitere Schaltung angefordert, findet der erfindungsgemäße Übergang von Vorbereitungsphase zur Schaltphase nicht statt und die vorbereitete zuschaltende Kupplung (P_VKZU(1) in 1) wird ohne Auswirkung wieder abgeschaltet.
Das in der 1 am Beispiel einer Schubrückschaltung gezeigte erfindungsgemäße Verfahren kann auch für alle anderen Schaltungsarten eingesetzt werden, bei denen jeweils eine Kupplung zugeschaltet und eine Kupplung abgeschaltet wird. Die Parametrierung der Applikationsparameter ist entsprechend schaltungsspezifisch unterschiedlich.
In 2 sind die Unterschiede der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik am Beispiel des Drehzahlverlaufs als Funktion der Zeit skizziert.
Gezeigt werden drei Verläufe über vier Schaltungen:
Die durchgezogene Linie entspricht einer Reihenschaltung mit Vorbereitung der jeweiligen Kupplungen für die Folgeschaltungen gemäß der Erfindung, wohingegen die kurz gestrichelte Linie den Drehzahlverlauf in der gleichen Situation nach dem Stand der Technik und die lang gestrichelte Linie den Drehzahlverlauf nach dem Stand der Technik für Mehrfachschaltungen darstellt.
Der Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem Stand der Technik verdeutlicht die Vorteile der Erfindung: Die Drehzahländerung verläuft kontinuierlich; zudem wird die maximale Drehzahl wesentlich früher erreicht als nach den herkömmlichen Verfahren.
Auch bei Mehrschaltungen nach dem Stand der Technik enstehen durch Abfrage auf die Möglichkeit der Durchführung dieser Mehrschaltungen Verzögerungen beim Schaltbeginn, die in einer Diskontinuität des Drehzahlverlaufs und einer entsprechenden Verzögerung resultieren.

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit aufeinanderfolgender Hochschaltungen bzw. aufeinanderfolgender Rückschaltungen von Automatgetrieben, wobei beim Ausführen einer auf eine erste Hoch- bzw. Rückschaltung nachfolgende zweite Hoch- bzw. Rückschaltung mindestens ein Schaltelement zugeschaltet oder abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder ersten Hoch- oder Rückschaltung das für die nachfolgende zweite Hoch- oder Rückschaltung benötigte Schaltelement während der laufenden ersten Hoch- oder Rückschaltung druckseitig vorbereitet bzw. auf einen Schaltdruck abgesenkt wird, derart, dass bei Erreichen einer Synchrondrehzahl der laufenden ersten Hoch- oder Rückschaltung die sofortige Durchführung der nachfolgenden zweiten Hoch- oder Rückschaltung ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Startzeitpunkt der Vorbereitung des zu- und abschaltenden Schaltelementes über schaltungsspezifische Applikationsparameter beeinflussbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Übergangs von der Vorbereitungs- zur Schaltphase über schaltungsspezifische Applikationsparameter beeinflussbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbereitung des mindestens einen zuschaltenden Schaltelementes in eine Schnellbefüllungsphase und eine Füllausgleichsphase unterteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbereitungsphase der Schaltelemente ohne Auswirkung abgebrochen wird, wenn keine zweite Hoch- oder Rückschaltung vorgenommen werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbereitung der zu- bzw. abzuschaltenden Schaltelemente für die folgende zweite Hoch- oder Rückschaltung während der laufenden ersten Hoch- oder Rückschaltung durch Behandlung mehrerer paralleler Abläufe ermöglicht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Gangeinlegens die zu- bzw. abschaltenden Schaltelemente von Hoch- oder Rückschaltungen, die als nachfolgende Hoch- oder Rückschaltungen vorgenommen werden können, vorbereitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zu- bzw. Abschaltung einer Wandlerüberbrückungskupplung während der laufenden ersten Hoch- oder Rückschaltung oder während des laufenden Gangeinlegens vorbereitet wird.