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Allgemeiner Stand der Technik
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG), bei dem es sich um ein automatisiertes Schaltgetriebe handelt, umfasst zwei Kupplungen. Das Doppelkupplungsgetriebe überträgt selektiv eine vom Motor eingegebene Leistung an eine der beiden Eingangswellen und gibt Leistung ab, indem es das Übersetzungsverhältnis der auf den beiden Eingangswellen angeordneten Zahnräder anpasst.
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Das Doppelkupplungsgetriebe umfasst insbesondere zwei Eingangswellen und eine Ausgangswelle. Der Motor ist mit einer der beiden Eingangswellen über die Kupplung verbunden. Die mit dem Motor verbundene Eingangswelle ist mit der Ausgangswelle über ein Zahnrad verbunden, wodurch die Leistung an die Räder übertragen wird. Von den beiden Eingangswellen ist eine erste Eingangswelle mit Zahnrädern ungeradzahliger Gangstufen (Gangstufen 1, 3, 5 und 7) verbunden, und eine erste Kupplung verbindet die Zahnräder der ungeradzahligen Gangstufen mit dem Motor. Des Weiteren ist eine zweite Eingangswelle mit einem Zahnrad für den Rückwärtsgang R und Zahnrädern geradzahliger Gangstufen (Gangstufen 2, 4 und 6) verbunden, und eine zweite Kupplung verbindet das Zahnrad für den Rückwärtsgang und die Zahnräder der geradzahligen Gangstufen mit dem Motor.
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Wenn gemäß dieser Anordnung das Fahrzeug mit der Eingangswelle und den Zahnrädern der ungeradzahlige Stufen, die mit der Ausgangswelle verbunden sind, fährt, erfolgt ein Wechsel zu den Zahnrädern der geradzahligen Stufen durch Koppeln der Zahnräder der geradzahligen Stufen mit der zweiten Eingangswelle, Lösen eines ersten Kupplungsmoments, das auf die erste Kupplung, d. h. die ausrückende Kupplung (off-going clutch), aufgebracht wird, und Erhöhen eines zweiten Kupplungsmoments, das auf die zweite Kupplung, d. h. die einrückende Kupplung (on-going clutch), aufgebracht wird, auf das Motordrehmoment.
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Im Falle eines Trockenkupplungsgetriebes wird inzwischen vorwiegend ein Motor verwendet, um das auf die Kupplung aufgebrachte Drehmoment zu erhöhen. Das heißt, die Einstellung S des Motors (displacement S of the motor) wird vergrößert und in ein Kupplungsmoment umgewandelt. Während sich die Einstellung des Motors vergrößert, wird die Kupplungsscheibe geschoben und ein auf die Kupplungsscheibe aufgebrachtes Drehmoment T ermittelt, indem die erzeugte Kraft mit einem Reibungskoeffizienten multipliziert wird. Die Korrelation zwischen der Einstellung S des Motors und dem Drehmoment T lässt sich anhand einer T-S-Kurve darstellen. Im Getriebe kann das Drehmoment T entsprechend einer Soll-Motoreinstellung S auf der Grundlage der T-S-Kurve ermittelt werden.
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Wenn im herkömmlichen Stand der Technik der Gangwechsel durch das Doppelkupplungsgetriebe erfolgt, werden Soll-Drehzahlen der ausrückenden Kupplung und der einrückenden Kupplung auf der Grundlage des Motordrehmoments, der Motordrehzahl, dem Öffnungsgrad der Drosselklappe, der Kupplungstemperatur und dergleichen angepasst. Da sich jedoch die Anzahl der Gangstufen erhöht, ist eine genaue Anpassung der Soll-Drehzahlen mit herkömmlichen Verfahren schwierig.
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Kurze Zusammenfassung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes bereitzustellen, die einen Gangwechsel ungehindert und schnell durchführen können, indem sie ein optimales Drehmoment zur Steuerung der Kupplung aufbringen, wenn das Doppelkupplungsgetriebe den Gangwechsel zu einem Soll-Zahnrad durchführt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehend genannte Aufgabe beschränkt sind. Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich für einen Fachmann aus den nachfolgenden Beschreibungen. Die Ziele und Vorteile der Erfindung lassen sich durch die in den Ansprüchen angegebenen Elemente sowie einer Kombination daraus verwirklichen und erlangen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes: Empfangen eines Schaltstartbefehls; Koppeln eines Soll-Zahnrads mit einer zweiten Eingangswelle entsprechend dem Schaltstartbefehl; und Lösen eines ersten Kupplungsmoments, das auf eine erste Kupplung aufgebracht wird, die mit einer ersten Eingangswelle verbundenen ist, sowie Erhöhen eines zweiten Kupplungsmoments, das auf eine zweite Kupplung aufgebracht wird, die mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, auf ein Motordrehmoment, wobei das zweite Kupplungsmoment durch Anwendung eines Soll-Schlupffaktors auf eine vorgegebene Steuerposition der zweiten Kupplung ermittelt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes: ein Steuergerät, das so ausgestaltet ist, dass es einen Schaltstartbefehl empfängt, ein Soll-Zahnrad mit einer zweiten Eingangswelle entsprechend dem Schaltstartbefehl koppelt und ein erstes Kupplungsmoment löst, das auf eine erste Kupplung aufgebracht wird, die mit einer ersten Eingangswelle verbunden ist, sowie ein zweites Kupplungsmoment, das auf eine zweite Kupplung aufgebracht wird, die mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, auf ein Motordrehmoment erhöht, wobei das zweite Kupplungsmoment durch Anwendung eines Soll-Schlupffaktors auf eine vorgegebene Steuerposition der zweiten Kupplung ermittelt wird.
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Wenn gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung ein Doppelkupplungsgetriebe einen Gangwechsel zu einem Soll-Zahnrad durchführt, kann der Gangwechsel ungehindert und schnell durchgeführt werden, indem ein optimales Drehmoment zur Steuerung der Kupplung aufgebracht wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes (DKG) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 zeigt einen Gangwechselvorgang eines Fahrzeugs von Gangstufe 3 zu Gangstufe 4 durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Die obengenannten Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich dargelegt, so dass ein Fachmann die vorliegende Erfindung problemlos durchführen kann. Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird auf eine ausführliche Darstellung bekannter Technologien verzichtet, wenn festgestellt wird, dass eine solche Darstellung die wesentlichen Punkte der vorliegenden Erfindung unnötig verunklaren kann. Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Soweit möglich werden durchgehend gleiche Bezugsziffern in den Zeichnungen verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehenden Ausführungsformen beschränkt ist und die Ausführungsformen nur zu Zwecken der Veranschaulichung vorgesehen sind. Der Umfang der Erfindung ist nur durch die begleitenden Ansprüche und deren Äquivalente festzulegen.
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes (DKG) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß 1 umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Steuergerät 102. Das Steuergerät 102 steuert eine erste Kupplung 104 und eine zweite Kupplung 106 entsprechend einem vom Fahrer eingegebenen Schaltstartbefehl und führt einen Gangwechsel zu einem Soll-Zahnrad durch. Die erste Kupplung 104 verbindet Zahnräder ungeradzahliger Gangstufen (Gangstufen 1, 3, 5 und 7) einer ersten Eingangswelle mit dem Motor, und die zweite Kupplung 106 verbindet einen Rückwärtsgang und Zahnräder geradzahliger Gangstufen (Gangstufen 2, 4 und 6) einer zweiten Eingangswelle mit dem Motor. Das Steuergerät 102 kann die Kupplungen 104 und 106 mit dem Motor verbinden, indem es ein Drehmoment auf die Kupplungen 104 und 106 aufbringt, und die Verbindung zwischen den Kupplungen 104 und 106 und dem Motor lösen, indem es das auf die Kupplungen 104 und 106 aufgebrachte Drehmoment löst. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Behinderung oder ein Stoß während eines Gangwechsels minimiert, indem die Größe eines optimalen Drehmoments ermittelt wird, das zur Verbindung der Kupplungen 104 und 106 mit dem Motor erforderlich ist.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 3 ausführlich beschrieben, wobei ein beispielhafter Vorgang, in dem ein fahrendes Fahrzeug, das einen Gangwechsel von Gangstufe 3 zu Gangstufe 4 durchführt, im Mittelpunkt steht.
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2 zeigt einen Gangwechselvorgang von Gangstufe 3 zu Gangstufe 4 durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 2 stellt die Synchrondrehzahl der Gangstufe 3 die Drehzahl der ersten Eingangswelle dar, die mit der an das Zahnrad der Gangstufe 3 gekoppelten ersten Eingangswelle erreicht wird. Wenn in diesem Fall ein Drehmoment, das größer oder gleich dem Motordrehmoment ist, auf die erste Kupplung 104 aufgebracht wird, wird die Motordrehzahl mit der Drehzahl des Zahnrads der Gangstufe 3 synchronisiert. Des Weiteren stellt die Synchrondrehzahl der Gangstufe 4 die Drehzahl der zweiten Eingangswelle dar, die mit der mit dem Zahnrad der Gangstufe 4 gekoppelten zweiten Eingangswelle erreicht wird. Wenn in diesem Fall ein Drehmoment, das größer oder gleich dem Motordrehmoment ist, auf die zweite Kupplung 106 aufgebracht wird, wird die Motordrehzahl mit der Drehzahl des Zahnrads der Gangstufe 4 synchronisiert. Das heißt, die Synchrondrehzahl der Gangstufe 4 bezieht sich auf eine erwartete Drehzahl des Motors, die erreicht wird, wenn das Zahnrad der Gangstufe 4 mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt wird und ein Drehmoment, das größer oder gleich dem Motordrehmoment ist, auf die zweite Kupplung 106 aufgebracht wird.
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2 zeigt einen Vorgang eines Gangwechsels zu einem Zahnrad der Gangstufe 4, bei dem es sich um ein Soll-Zahnrad handelt, entsprechend einem Schaltstartbefehl, der vom Fahrer während des Fahrens in Gangstufe 3 erteilt wird. Das Steuergerät 102 führt entsprechend dem Schaltstartbefehl einen Wechsel der Motordrehzahl von der Synchrondrehzahl der Gangstufe 3 zur Synchrondrehzahl der Gangstufe 4 durch, indem es das auf die erste Kupplung 104, d. h. die ausrückende Kupplung, aufgebrachte Drehmoment löst und das auf die zweite Kupplung 106, d. h. die einrückende Kupplung, aufgebrachte Drehmoment erhöht.
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In 2 bezeichnet SS einen Punkt, an dem der Schaltstartbefehl eingegeben wird. Das Zahnrad der Gangstufe 4 wird bei SS mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt. Des Weiteren ist ph1 ein Punkt, an dem nach dem Koppeln des Zahnrads der Gangstufe 4 das auf die Kupplung 104 aufgebrachte Drehmoment gelöst wird und das auf die zweite Kupplung 106 aufgebrachte Drehmoment anzusteigen beginnt. Das Zeichen ph2 stellt einen Punkt dar, und zwar einen Abschlusspunkt der Drehmomentübertragung, an dem das Lösen des auf die erste Kupplung 104 aufgebrachten Drehmoments und das Erhöhen des auf die zweite Kupplung 106 aufgebrachten Drehmoments abgeschlossen sind. Das Zeichen ph3 stellt einen Punkt dar, an dem der Wechsel der Motordrehzahl zur Synchrondrehzahl der Gangstufe 4 nach der Drehmomentübertragung abgeschlossen ist. SE ist schließlich ein Punkt, an dem der Gangwechsel abgeschlossen ist.
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Gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik wird die Weichheit des Gangwechsels eines Doppelkupplungsgetriebes durch die Drehmomentverteilung auf die erste Kupplung 104 und die zweite Kupplung 106 während des Drehmomentübertragungsintervalls (zwischen ph1 und ph2) sowie das zweite Kupplungsmoment der zweiten Kupplung 106 bei ph2 bestimmt. In herkömmlichen Fällen wird demgemäß die Größe des auf die zweite Kupplung 106 aufgebrachten zweiten Kupplungsmoments auf der Grundlage des Motordrehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Änderungsrate der Motordrehzahl, der Temperatur des Getriebes und dergleichen angepasst, um die Weichheit des Gangwechsels zu verstärken. Während dieses Vorgangs zur Ermittlung der Drehmomentgröße ist die Berechnung des Drehmoments mittels einer speziellen Gleichung aufgrund nichtlinearer Kennlinien des Fahrzeugs nicht möglich. In den herkömmlichen Fällen werden demnach geeignete Drehmomentgrößen mit den entsprechenden Schaltarten durch wiederholte Tests auf der Grundlage theoretischer Daten nach dem Zufallsprinzip abgeglichen. Bei diesem Verfahren nimmt jedoch die Untersuchung viel Zeit in Anspruch, um Drehmomentgrößen zu ermitteln, die für sämtliche Schaltarten geeignet sind, und eine Überprüfung des Abgleichs ist nicht einfach. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Größe eines auf eine Kupplung aufzubringenden Drehmoments auf der Grundlage eines Soll-Schlupfbetrags der Kupplung einfacher und präziser ermittelt.
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Gemäß 2 beträgt am Punkt ph2 ein Drehmoment (erstes Kupplungsmoment) der ersten Kupplung 104, d. h. der ausrückenden Kupplung, 0, und ein Drehmoment (zweites Kupplungsmoment) der zweiten Kupplung 106, d. h. der einrückenden Kupplung, sollte gleich dem Motordrehmoment sein. Ist hierbei das zweite Kupplungsmoment der zweiten Kupplung 106 größer als das Motordrehmoment, tritt infolge der Verzahnung ein Schaltstoß während des Drehmomentübertragungsintervalls (zwischen ph1 und ph2) auf, und die Motordrehzahl sinkt auf die Synchrondrehzahl der Gangstufe 4. Ist andererseits das zweite Kupplungsmoment der zweiten Kupplung 106 geringer als das Motordrehmoment, tritt infolge der Drehmomentunterbrechung ein Stoß auf, und die Motordrehzahl steigt an.
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Um den Schaltstoß zu minimieren, wird demgemäß das Motordrehmoment am Punkt ph2 vorzugsweise so eingestellt, dass es gleich dem zweiten Kupplungsmoment ist, das auf die zweite Kupplung 106 aufgebracht wird. Dazu wird ein Soll-Schlupffaktor auf eine Steuerposition der zweiten Kupplung 106 angewendet, die durch eine T-S-Kurve ermittelt wird. Hier weist der Soll-Schlupffaktor einen Wert auf, der auf der Grundlage einer Differenz y zwischen der Synchrondrehzahl der Gangstufe 3 und der Synchrondrehzahl der Gangstufe 4 ermittelt wird.
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Wenn beispielsweise das Motordrehmoment 100 Nm beträgt, wird vorausgesetzt, dass sich die zweite Kupplung 106 um 10 mm verschieben muss, um das zweite Kupplungsmoment zu erzielen, das gleich dem Motordrehmoment ist. Diese Voraussetzung wird durch das Drehmoment 100 und die Einstellung 10 auf der T-S-Kurve dargestellt. Mit anderen Worten: Wenn das vom Motor erzeugte Drehmoment 100 Nm beträgt, synchronisiert die Verschiebung der zweiten Kupplung 106 um 10 mm die Motordrehzahl mit der Drehzahl der zweiten Eingangswelle (Synchrondrehzahl der Gangstufe 4). Wird jedoch vorausgesetzt, dass sich die zweite Kupplung 106 um 7 mm verschieben muss, um den Schlupfbetrag von 1000 U/min beizubehalten, ohne das eine Synchronisierung zwischen dem Motor und der zweiten Eingangswelle für das auf 100 Nm eingestellte Motordrehmoment erfolgt, beträgt ein Soll-Schlupffaktor für den Soll-Schlupfbetrag von 1000 U/min 0,7. Wird der Soll-Schlupffaktor von 0,7 mit der Einstellung 10 multipliziert, der anhand der herkömmlichen T-S-Kurve ermittelt wird (Drehmoment 100 – Einstellung 10), kann eine Einstellung von 7 mm zur Beibehaltung des Schlupfbetrags von 1000 U/min erreicht werden. In diesem Fall beträgt das zweite Kupplungsmoment 100 Nm, und somit ist das Ausführen eines weichen Gangwechsels möglich.
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2 zeigt den Soll-Schlupfbetrag der zweiten Kupplung 106 zur Ermittlung des Soll-Schlupffaktors. Der Soll-Schlupfbetrag der zweiten Kupplung 106 nimmt vom Punkt SS, an dem der Gangwechsel beginnt, bis zum Punkt ph1, an dem das Zahnrad der Gangstufe 4 gekoppelt wird, d. h. im Zustand 0, linear ab. Wenn danach das Zahnrad der Gangstufe 4 am Punkt ph1 gekoppelt wird, steigt der Soll-Schlupfbetrag bis zur Synchrondrehzahl-Differenz y (Zustand 1) linear an. Das Inkrement des Soll-Schlupfbetrags, d. h. die Anstiegsrate des Soll-Schlupfbetrags, kann entsprechend einem Soll-Schlupfwert, d. h. der Synchrondrehzahl-Differenz y, und einer Soll-Gangstufe verändert werden.
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Wenn die Drehmomentübertragung abgeschlossen ist (Zustand 2), nimmt anschließend der Soll-Schlupfbetrag der zweiten Kupplung 106 wieder linear ab, um die Motordrehzahl mit der Synchrondrehzahl der Gangstufe 4 zu synchronisieren. Hier kann das Dekrement des Soll-Schlupfbetrags der zweiten Kupplung, d. h. die Abnahmerate des Soll-Schlupfbetrags, entsprechend einem Soll-Schlupfwert (z. B. 0) und einer Soll-Gangstufe verändert werden.
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Demzufolge kann mit dem Doppelkupplungsgetriebe der vorliegenden Erfindung der Soll-Schlupfbetrag der einrückenden Kupplung (d. h. der zweiten Kupplung 106) gemäß dem in 2 dargestellten Gangwechselvorgang flexibel eingestellt werden und ein auf der Grundlage des eingestellten Soll-Schlupfbetrags berechneter Soll-Schlupffaktor auf die Steuerposition der ausrückenden Kupplung angewendet werden. Dadurch lässt sich ein auf die ausrückende Kupplung aufzubringendes optimales Drehmoment ermitteln.
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß 3 empfängt das Steuergerät 102 einen vom Fahrer eingegebenen Schaltstartbefehl (302). Anschließend koppelt das Steuergerät 102 die zweite Eingangswelle 106 mit einem Soll-Zahnrad (z. B. dem Zahnrad der Gangstufe 4) (304) und löst ein auf die erste Kupplung 104 aufgebrachtes erstes Kupplungsmoment (306). Gleichzeitig erhöht das Steuergerät 102 ein auf die zweite Kupplung 106 aufgebrachtes zweites Kupplungsmoment auf das Motordrehmoment, um einen Gangwechsel durchzuführen (308).
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Hier kann das zweite Kupplungsmoment ermittelt werden, indem ein Soll-Schlupffaktor auf eine vorgegebene Steuerposition der zweiten Kupplung 106 angewendet wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lässt sich die Steuerposition der zweiten Kupplung 106 durch eine T-S-Kurve ermitteln, die ein Drehmoment, das auf die zweite Kupplung 106 entsprechend einer Motoreinstellung zur Verschiebung der zweiten Kupplung 106 aufgebracht wird, sowie eine Erhöhung der Motoreinstellung anzeigt. Des Weiteren kann der Soll-Schlupffaktor auf der Grundlage des Soll-Schlupfbetrags der zweiten Kupplung 106 ermittelt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Soll-Schlupfbetrag ab dem Zeitpunkt, an dem ein Zahnrad mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt wird, linear ansteigen. Des Weiteren lässt sich der Maximalwert des Soll-Schlupfbetrags so einstellen, das er gleich der Synchrondrehzahl-Differenz y zwischen der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle ist. Darüber hinaus kann der Soll-Schlupfbetrag ab dem Zeitpunkt linear abfallen, an dem das auf die zweite Kupplung 106 aufgebrachte zweite Kupplungsmoment auf das Motordrehmoment ansteigt.
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Ein Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weise ausgetauscht, abgewandelt und verändert werden kann, ohne vom technischen Sinngehalt der Erfindung abzuweichen, und dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen beschränkt ist.
