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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Rückschaltvorgangs eines automatisch lastschaltenden Stufen-Automatikgetriebes bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine zugehörige Vorrichtung.
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Unter automatisch lastschaltenden Stufen-Automatikgetrieben sind im Sinne der Erfindung alle Getriebe zu verstehen, bei denen ein Gangwechsel automatisch bzw. automatisiert und ohne Unterbrechung der Momentübertragung zwischen der Abtriebswelle eines Antriebsmotors (bzw. der Getriebeeingangswelle) und der Getriebeausgangswelle stattfindet und die mehr als zwei Last-Schaltelemente besitzen. Hierzu gehören insbesondere Automatikgetriebe mit Planetenradsätzen und automatisierter Anfahrkupplung oder Wandlerkupplung. Im Folgenden werden diese Getriebeeinrichtungen unter der Bezeichnung Automatikgetriebe subsumiert.
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Die Gangwechsel finden bei bekannten Automatikgetrieben (insbesondere Stufenautomaten mit Planetenradsätzen), in Form von sogenannten Überschneidungsschaltungen - auch Lastschaltungen genannt - statt. Diese Form der Gangwechsel wird im Folgenden als Normalmodus bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2006 057 666 A1 ist ein Verfahren zur Durchführung eines automatisierten Rückschaltvorgangs während einer Fahrzeugverzögerung mit zumindest zeitweise aktivierter Betriebsbremse bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren erfolgt während des Rückschaltvorgangs eine Reduzierung des durch die zumindest zeitweise aktivierte Betriebsbremse erzeugten Bremsmoments, wobei die Reduzierung des Bremsmoments in Abhängigkeit von der auftretenden Drehzahländerung der Brennkraftmaschine oder einer hiermit korrelierenden Größe während der Momentübertragung zwischen Antriebseinheit und Getriebeeinrichtung erfolgt. Hierdurch soll ein ruckfreier Rückschaltvorgang während einem Verzögerungsvorgangs, insbesondere bei höheren Motordrehzahlen, ermöglicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Durchführung von automatisierten Rückschaltvorgängen bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe zu schaffen, bei dem ein möglichst schneller und ruckfreier Rückschaltvorgang, insbesondere bei Mehrfachrückschaltungen, ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines automatisierten Rückschaltvorgangs eines Automatikgetriebes, bei dem durch eine elektronische Getriebe-Steuereinheit zum Einlegen eines Ganges mehr als ein Schaltelement zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Automatikgetriebes gleichzeitig geschlossen werden, wobei gleiche Schaltelemente mehreren Gängen zugeordnet sind und wobei in einem Normalmodus die Gangwechsel in Form von Überschneidungsschaltungen durchgeführt werden, ist in einem vom Normalmodus abweichenden Spezialmodus durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
- Bei einem Mehrfach-Rückschaltvorgang (Rückschaltungen über mehr als einen Gang), bei dem ein Schaltelement des aktuellen Ganges auch dem (jeweils nächsten sowie vorzugsweise auch dem endgültigen) Zielgang zugeordnet ist, wird von der elektronischen Getriebe-Steuereinheit zunächst dieses gemeinsame Schaltelement vollständig geöffnet und gleichzeitig oder unmittelbar anschließend eine Drehzahlvorgabe vorzugsweise an die elektronische Motor-Steuereinheit eines mit dem Automatikgetriebe zusammenwirkenden Antriebsmotor zunächst zum Halten der Motordrehzahl des aktuellen Ganges und anschließend zum Einstellen der im (jeweils nächsten oder endgültigen) Zielgang theoretisch vorliegenden Motordrehzahl vorgenommen, während über die übrigen jeweils benötigten Schaltelemente der jeweils nächste Zielgang schnellstmöglich eingelegt wird. Bei Erreichen des (endgültigen) Zielganges kann dann ein schnelles Schließen des gemeinsamen Schaltelementes durchgeführt werden, da durch die vorhergegangene Drehzahlvorgabe im Sinne einer Regelung des Motormoments und/oder der Motordrehzahl jeweils zum Erreichen des Motordrehzahlwertes, der im jeweiligen Zielgang zu erwarten ist, ein schlupffreies Schließen des gemeinsamen Schaltelementes möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird demnach als gemeinsames Schaltelement immer ein Schaltelement gewählt, das während des Mehrfach-Rückschaltvorganges zu kleineren Gängen hin möglichst vielen Gängen hintereinander zugeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung bei Kraftfahrzeugen mit einer beispielsweise als Verbrennungsmotor oder als Hybridantrieb (insbesondere Verbrennungsmotor und Elektromotor) ausgebildeten Antriebseinheit (Antriebsmotor einschließlich elektronischer Motorsteuereinheit), mit einer Getriebeeinrichtung (Automatikgetriebe einschließlich elektronischer Getriebesteuereinheit) zur Durchführung von automatisierten Gangwechseln sowie mit zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Automatikgetriebes angeordneten steuerbaren Schaltelementen (sogenannte Getriebekupplungen oder -bremsen) zur Herstellung einer Trennung oder einer Verbindung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung. Eine Koppeleinheit zwischen Antriebsmotor (insbesondere Verbrennungsmotor) und Automatikgetriebe ist beispielsweise als automatisierte Trennkupplung (insbesondere Lamellenkupplungen) oder Wandlerkupplung ausgeführt.
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Die Erfindung wird insbesondere dann angewendet, wenn während des Fahrbetriebs insbesondere durch einen Bremseingriff der Betriebsbremse Mehrfachrückschaltungen erforderlich werden. Ein Eingriff der Betriebsbremse kann dabei durch die manuelle Betätigung eines Bremspedals durch den Fahrer oder aufgrund eines automatischen Bremseingriffs durch ein Fahrerassistenzsystem zur Längs- und/oder Querdynamikregelung erfolgen.
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Die Durchführung des erfindungsgemäßen automatischen Rückschaltvorgangs wird als Spezialmodus im Unterschied zum Normalmodus nach dem Stand der Technik vorzugsweise nicht immer, sondern nur zu vorgegebenen Bedingungen durchgeführt, insbesondere wenn durch die Länge der Schaltzeit im Normalmodus bei Erreichen des Zielgangs die Motordrehzahl unterhalb oder zu nahe an der Leerlaufdrehzahl zu liegen droht.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen zugrunde:
- Betroffen sind Automatikgetriebe in Form von Planetengetrieben, unabhängig davon ob beispielsweise in Kombination mit Wandler, Anfahrkupplung oder als Hybridmodul. Schaltungen mit diesem Getriebetyp werden üblicherweise als sogenannte Lastschaltungen oder Überschneidungsschaltungen ausgeführt, bei denen die Drehmomentübertragung während des Schaltvorgangs von einem abschaltenden auf ein zuschaltendes Schaltelement (Kupplung oder Bremse) übergeben wird, ohne dass der Kraftschluss unterbrochen wird. Aus Komfortgründen können diese Schaltungen nicht beliebig schnell durchgeführt werden. Dies führt bei stärkerem Abbremsen des Fahrzeugs zu Problemen, weil die benötigte Dauer vor allem mehrerer aufeinander folgender Rückschaltungen zum ungewollten Drücken der Motordrehzahl führen kann. Führt dies zu kritischer Unterdrehzahl, so muss für eine Entkopplung des Motors gesorgt werden, was durch Öffnen der Wandlerüberbrückungskupplung, einer eventuell vorhandenen Anfahr- oder Trennkupplung oder auch durch Neutralschalten des Getriebes (Öffnen aller oder einzelner ausgewählter Schaltelemente) geschehen kann. Bei erneuter Lastzugabe in einen dieser teilweise oder vollständig entkoppelten Zustände ergibt sich ein oftmals sehr unangenehmes Wiederanfahr-Verhalten hinsichtlich Response und Komfort, weil das oder die entkoppelnden Elemente in Verbindung mit dem Schalten eines geeigneten Ganges wieder geschlossen werden müssen.
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Besteht durch die für die oben beschriebenen Lastschaltungen oder Überschneidungsschaltungen benötigte Schaltzeit die Gefahr des Drehzahldrückens unter eine gewünschte Schwelle, so soll nach der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Methode nur ein Schaltelement (im Idealfall das Schaltelement, welches bei allen oder den meisten als (Zwischen- oder End-) Zielgang in Frage kommenden Gängen im Eingriff ist, derart geöffnet werden, dass eine hinreichende Entkopplung von Motor (Antriebsmotor) zu Abtrieb erreicht wird. In diesem Zustand soll der Motor per Momenten- oder Drehzahlvorgabe auf der im aktuellen Zielgang theoretisch vorliegenden Motordrehzahl eingeregelt werden. In diesem Zustand soll über die übrigen jeweils benötigten Schaltelemente der jeweilige Zielgang schnellstmöglich eingelegt werden (mit Ausnahme des einen entkoppelnden Schaltelements). Im Idealfall tritt dabei durch Schalten der Schaltelemente und synchrone Motordrehzahlregelung kein oder nur vorübergehender geringer Schlupf an dem geöffnet verbleibenden Schaltelement auf. Solange die Bremsung anhält, soll die Entkopplung bestehen bleiben, um die beschriebenen deutlich schneller durchführbaren Gangwechsel mit paralleler Drehzahlregelung des Motors darstellen zu können. Aus diesem Zustand kann nun bei Lastzugabe oder bei Erreichen des Zielganges ohne Gefahr eines Drehzahldrückens oder bei Rücknahme der Bremsung das geöffnete Schaltelement direkt geschlossen (kein Schlupfabbau nötig) und somit ein spontanes Wiederanfahr-Verhalten dargestellt werden.
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Vorteile durch die Erfindung:
- - Gangwechsel können deutlich schneller durchgeführt werden (Entkopplung und unterstützende Motordrehzahlregelung);
- - es kann zu keinem Drehzahldrücken kommen, da eine Entkopplung besteht und der Antriebsmotor mehr oder weniger frei drehend auf Drehzahlniveau des jeweiligen Zielgangs gestellt wird;
- - Ankoppeln bei Lastzugabe kann deutlich schneller und komfortabler dargestellt werden als beispielsweise nach Neutralschaltung oder Öffnen der Wandlerüberbrückungskupplung nach dem Stand der Technik, also ohne erfindungsgemäße Drehzahlvorgabe während geöffnetem gemeinsamen Schaltelement;
- - der Fahrer hat durch die Motordrehzahlregelung auf Zielgangniveau dieselbe Wahrnehmung als würden die Gänge normal mit bestehendem Kraftschluss geschaltet werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung der in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine tabellarische Darstellung der Zuordnung von Schaltelementen innerhalb eines Automatikgetriebes zum Einlegen der einzelnen Gänge,
- 3 eine vergleichende Gegenüberstellung der sich ergebenden Schaltzeiten bei Rückschaltvorgängen nach dem Stand der Technik (Normalmodus) und nach der Erfindung (Spezialmodus) und
- 4 eine vergleichende Gegenüberstellung der sich ergebenden Schaltzeiten bei Mehrfach-Rückschaltvorgängen mit einer komfortoptimierten Alternative und mit einer schaltzeitminimierten Alternative der Erfindung.
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In 1 oben ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, das einen Antriebsmotor 2, ein Automatikgetriebe 3 und beispielsweise eine Wandlerkupplung als Koppeleinheit 4 zwischen Antriebsmotor 2 (insbesondere Verbrennungsmotor) und Automatikgetriebe 3 aufweist. Dem Antriebsmotor 2 ist eine elektronische Motor-Steuereinheit 5 und dem Automatikgetriebe 3 ist eine elektronische Getriebe-Steuereinheit 6 zugeordnet. Die beiden Steuereinheiten 5 und 6 kommunizieren beispielsweise über einen CAN-Datenbus miteinander und tauschen so Informationen und Befehle aus.
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Das über die Koppeleinheit 4 mit dem Antriebsmotor 2 zusammenwirkende Automatikgetriebe 3 umfasst die Schaltelemente A, B, C, D und E zwischen seiner Eingangswelle und seiner Ausgangswelle zum Einlegen der Gänge G1 bis G8 und GR (Rückwärtsgang), die durch die elektronische Getriebe-Steuereinheit 6 ansteuerbar sind. Dabei sind die Schaltelemente A und B beispielsweise Getriebebremsen und die Schaltelemente C, D und E Getriebekupplungen. Die elektronische Steuereinheit 6 enthält ein Programmmodul zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei es beispielsweise über den CAN-Datenbus eine Schnittstelle zur Motor-Steuereinheit 5 zur Steuerung der Motordrehzahl n_M des Antriebsmotors 2 aufweist.
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In 2 ist eine Tabelle für ein beispielhaftes Automatikgetriebe 3 dargestellt, die zeigt, in welchem Gang welche der Schaltelemente A, B, C, D und E geschlossen (=X) sind. Für die Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, dass für mehrere Gänge gleiche Schaltelemente benötigt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist diesbezüglich das Schaltelement B für die ersten fünf Gänge G1 bis G5 besonders relevant. Das folgende Ausführungsbeispiel gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geht vom fünften Gang G5 als aktuellen Gang vor einem Rückschaltvorgang aus.
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Zunächst wird anhand von 3, oben, der Normalmodus für eine Mehrfachrückschaltung G5=>G4, G4=>G3 und G3=>G2 bezogen auf die Kupplungsmomente M_K der jeweils betroffenen Schaltelemente gezeigt. Parallel wird der sich durch diese Mehrfachrückschaltungen ergebende Verlauf der Motordrehzahl n_M des Antriebsmotors 2 gezeigt. Diese Mehrfachrückschaltungen im Normalmodus führen zu einem Motordrehzahldrücken unterhalb der Leerlaufdrehzahl n LL und können so zum Abwürgen des Antriebsmotors 2 oder zu einer Notentkopplung (Kraftschlussunterbrechung) zur Verhinderung eines Abwürgens des Antriebsmotors 2 führen. Weiterhin ergibt sich eine relativ lange Schaltzeit ts für alle erforderlichen hintereinander ausgeführten Rückschaltvorgänge.
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Anhand von 3, unten, wird zum Vergleich die Wirkung auf die Verläufe der Kupplungsmomente M_K und der Motordrehzahl n_M im Spezialmodus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt. Erfindungsgemäß wird hier bei einer Rückschaltung aus dem Gang G5, bei der das Schaltelement B des aktuellen Ganges G5 auch allen weiteren niedrigeren Zielgängen G4, G3 und G2 zugeordnet ist, in einem ersten Schritt dieses gemeinsame Schaltelement B schnellstmöglich vollständig geöffnet. Gleichzeitig oder zumindest unmittelbar daran anschließend wird eine Drehzahlvorgabe von der Getriebe-Steuereinheit 6 an die Motor-Steuereinheit 5 gestartet und in der Weise durchgeführt, dass zunächst die Motordrehzahl n_M des (vorher eingelegten) aktuellen Ganges (Startganges) gehalten wird und anschließend die Motordrehzahl n_M des jeweils nächsten und schließlich endgültigen Zielganges bei Mehrfachrückschaltungen - hier vom Gang G5 bis zum Gang G2 - eingeregelt wird. Die Motordrehzahl n_M des jeweiligen Zielganges G4, G3 und G2 soll vor dem oder zumindest bis zum Zeitpunkt t4, t3 oder t2 erreicht sein, an dem die jeweils anderen Schaltelemente zum Einstellen des jeweiligen Zielganges fertig geschaltet sind. Die vorgegebenen Motordrehzahlen n_M zur Drehzahlvorgabe können aus dem Übersetzungsverhältnis des Zielganges und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand von 4 erläutert:
- Wird ein Rückschaltvorgang über mehrere Gänge -beispielsweise ein G4 zu G2 Gangwechsel - angefordert, kann dies schaltzeitminimiert (Alternative 1) oder komfortoptimiert (Alternative 2) durchgeführt werden. Diese beiden Alternativen werden in 4 gegenübergestellt. Alternative 1 (4, unten) erreicht eine im Vergleich zum Normalmodus nach dem Stand der Technik erheblich reduzierte Schaltzeit ts3, wodurch für den Fahrer jedoch ein deutliches Aufheulen der Motordrehzahl n_M hörbar wäre (siehe strichpunktierte n_M Linie in 3. Gegenüber der Alternative 1 erreicht Alternative 2 (4, oben) zwar auch eine im Vergleich zum Normalmodus nach dem Stand der Technik reduzierte Schaltzeit ts2, die jedoch größer als ts3 ist. Durch die Alternative 2 wird trotz Schaltzeitreduzierung jedoch eine bessere und gewohntere Aktustik erreicht. Die Alternative 1 kann genutzt werden, wenn selbst die Alternative 2 zu langsam ist und somit zu Drehzahldrücken im Zielgang führen würde.
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Zweiter Schritt gemäß Alternative 1 (4 unten):
- In einem zweiten Schritt werden bei einer Rückschaltung vom vierten Gang G4 direkt in den zweiten Gang G2 als Zielgang das andere Schaltelement D des aktuellen Ganges G4 geöffnet und das andere Schaltelemente A des Zielganges G2 geschlossen (siehe auch 1 unten, G4- zu G2-Gangwechsel). Die Verläufe der Kupplungsmomente M_K der für diese G4-zu G2-Rückschaltung relevanten Schaltelemente sind in 4 unten dargestellt. Die betroffenen Schaltelemente sind auch in 1 unten, G4- zu G2-Gangwechsel, im Zusammenhang mit der Komponentenübersicht fett dargestellt.
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Zweiter Schritt gemäß Alternative 2 (4 oben):
- In einem zweiten Schritt werden bei einer Rückschaltung vom vierten Gang G4 zunächst in den dritten Gang G3 als Zielgang das Schaltelement D des aktuellen Ganges G4 geöffnet und das Schaltelement C des Zielganges G3 geschlossen. Bei einer abschließenden Rückschaltung vom Gang G3 in den Gang G2 als (endgültigen) Zielgang wird das Schaltelement C des aktuellen Ganges G3 geöffnet und das Schaltelement A des Zielganges G2 geschlossen.
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Im zweiten Schritt bleibt bei beiden Alternativen das Schaltelement B zur Zugkraftunterbrechung geöffnet, während die im Zusammenhang mit 3 erläuterte Drehzahlvorgabe durchgeführt wird. In einem dritten Schritt wird dann das gemeinsame Schaltelement B geschlossen, wenn die Motordrehzahl n_M des endgültigen Zielganges G2 erreicht ist.
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Der Spezialmodus wird hier durch die entsprechende Konstellation der Schaltelemente und durch die vorteilhafte Wirkung des Spezialmodus insbesondere in niedrigeren Gängen nur dann durchgeführt, wenn mehr als ein Rückschaltbefehl unterhalb des fünften Ganges G5 (im Beispiel nach 3) oder des vierten Ganges G4 (im Beispiel nach 4) vorliegt.
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Zusätzlich oder alternativ wird der Spezialmodus nur dann durchgeführt, wenn durch die Länge der Schaltzeit ts im Normalmodus im Zielgang die Motordrehzahl n_M droht unterhalb oder zu nahe an die Leerlaufdrehzahl n_LL zu fallen. Dies kann die elektronische Getriebe-Steuereinheit 6 durch die ihr vorliegenden Informationen vorausberechnen.
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Wenn sich während des Mehrfach-Rückschaltvorgangs (z. B. durch länger betätigtes Bremspedal) der durch das Steuergerät vorausbestimmte nächste oder endgültige Zielgang in der Weise ändert, dass das (erste bzw. bisherige) gemeinsame Schaltelement dem geänderten Zielgang nicht mehr zugeordnet ist, wird ein neues gemeinsames Schaltelement für die nächsten Gänge bestimmt und zur Entkopplung - vorzugsweise dann, wenn das bisherige gemeinsame Schaltelement erstmalig nicht mehr dem nächsten Gang zugeordnet wäre - geöffnet. Diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels (siehe auch 2) - in Form eines Mehrfach-Rückschaltvorganges von G8 bis G2 - näher erläutert:
- - Zunächst wird als erstes gemeinsames Schaltelement das Schaltelement D ausgewählt, da dieses ausgehend von Gang G8 den meisten folgenden niedrigeren Gängen nacheinander zugeordnet ist. Das Schaltelement D wird somit geöffnet und bleibt bis zum Gang G4, wenn dies ein nächster oder endgültiger Zielgang wäre, geöffnet.
- - Letzter endgültiger Zielgang ist in diesem Beispiel G2, dem das Schaltelement D nicht zugeordnet ist.
- - Als nächstes gemeinsames Schaltelement wird das Schaltelement B gewählt, da dieses ausgehend vom Gang G4 den meisten folgenden niedrigeren Gängen nacheinander zugeordnet ist. Das Schaltelement B wird bei Gang G3, dem das Schaltelement D erstmalig nicht mehr zugeordnet ist, geöffnet, Schaltelement D bleibt geöffnet und das Schaltelement C wird geschlossen.
