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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Getriebes in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
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In modernen automatischen Kraftfahrzeug-Getrieben ist es aus verschiedenen Gründen erforderlich und auch üblich, die Temperatur des im Getriebe verwendeten Schmier- und Kühlöls zu messen - beispielsweise mittels eines im Ölsumpf des Getriebe angeordneten Halbleitersensors - und diesen Messwert der Steuerungseinrichtung des Getriebes zuzuführen.
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So ist es bei aus der Praxis bekannten automatischen Getrieben bekannt, das Schließen einer Wandlerkupplung des Getriebes erst dann zuzulassen, wenn eine vorgegebene Mindest-Getriebeöltemperatur erreicht oder überschritten ist. Weiterhin ist es bei aus der Praxis bekannten automatischen Getrieben bekannt, das Getriebe in einen sogenannten Hot-Mode-Betrieb zu überführen und Maßnahmen zur Reduzierung der Getriebeöltemperatur zu ergreifen, wenn eine vorgegebene Obergrenze der Getriebeöltemperatur erreicht oder überschritten ist. Weiterhin ist es bei aus der Praxis bekannten automatischen Getrieben bekannt, Regelparameter auf Basis der Getriebeöltemperatur anzupassen, da die Getriebeöltemperatur die Viskosität des Getriebeöls bestimmt. Abhängig von der Getriebeöltemperatur ergeben sich unterschiedliche Füllzeiten und Fülldrücke für die im Rahmen von Gangwechseln angesteuerten Schaltelementen des Getriebes, sodass eine entsprechende Anpassung dieser Steuer- und Regelparameter erforderlich ist, um einen hohen Schaltkomfort zu gewährleisten.
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Um abhängig von der Getriebeöltemperatur möglichst genau regeln bzw. steuern zu können, soll der oder jeder in das Getriebe integrierte Temperatursensor möglichst genau sein und eine möglichst kleine Messtoleranz aufweisen, damit ein erforderlicher Temperaturvorhalt bei der temperaturabhängigen Anpassung bzw. Auslösung von Getriebefunktionen möglichst gering ausfällt und die temperaturabhängigen Funktionsanpassungen bzw. Funktionsauslösungen möglichst optimal greifen.
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Jedoch ist zu berücksichtigen, dass die tatsächliche Getriebetemperatur an unterschiedlichen Bauteilen im Getriebe eine andere ist. In der Praxis wird häufig die Öltemperatur im Ölsumpf des Getriebes oder in einer Ansaugleitung eines hydraulischen Steuergerätes des Getriebes gemessen. Für die einzelnen Funktionen der Getriebesteuerung werden jedoch die tatsächlichen Temperaturen an genau den Bauelementen benötigt, die im Rahmen der jeweiligen Funktion ansteuerungstechnisch betroffen sind. Im Rahmen eines Gangwechsels beispielsweise ist es sehr hilfreich, sowohl die tatsächliche Bauteiltemperatur an oder nahe demjenigen Schaltelement, welches mittels Druckansteuerung aktuell geschlossen wird, als auch die tatsächliche Bauteiltemperatur an oder nahe demjenigen Druckregelventil, welches die zuvor genannte Druckansteuerung bewerkstelligt, zu kennen. Gleichwohl dem gleichen Ereignis zugeordnet, differierten diese beiden tatsächlichen Bauteiltemperaturen erheblich voneinander und auch von der zum gleichen Zeitpunkt im GetriebeÖlsumpf oder in der Ansaugleitung des hydraulischen Getriebesteuergerätes gemessenen Öltemperatur.
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Um die Temperatur in den verschiedensten Bereichen und Bauteilen des Getriebes besser zu erfassen, müssten an relevanten Stellen im Getriebe zusätzliche Sensoren verbaut werden, was jedoch teuer ist. Eine in der Praxis verwendete Alternative hierzu ist die Simulation der für die Berechnung einer Steuer- bzw. Regelgröße individuell benötigten Bauteiltemperatur auf Basis der an einer Stelle des Getriebes mit nur einem Sensor gemessenen Öltemperatur, unter Verwendung geeigneter mathematischer Modelle. Ein Beispiel für eine stark vereinfachte Simulation ist eine Gradientenbegrenzung der Aufheizkurve der in einer Ansaugleitung des hydraulischen Getriebesteuergerätes gemessen Öltemperatur, mit dem Ergebnis, dass die tatsächliche Bauteilerwärmung im Getriebe ausgehend von einem Motorstart bei kaltem Motor vergleichsweise gut abgebildet ist, ausgehend von einem Motorstart bei heißem Motor jedoch spürbar ungenauer.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und bei einem mit diesem Verfahren betriebenen Steuergerät zur Steuerung eines automatischen Getriebes in einem Kraftfahrzeug die Genauigkeit eines zur Steuerung dieses Getriebes verwendeten Temperatursignals zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Steuern eines automatischen Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit einem Motor zum Antreiben dieses Getriebes, bei dem das Getriebe mittels zumindest einer Funktion gesteuert und/oder geregelt wird, die bei der Berechnung ihrer Steuer- und/oder Regelgrößen eine Getriebetemperatur verwendet, die auf einer im Getriebe aktuell gemessenen Öltemperatur basiert.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass beim ersten Motorstart, der nach Initialisierung der Steuerung des Getriebes erfolgt, die Funktion bei der Berechnung ihrer Steuer- und/oder Regelgrößen als Getriebetemperatur eine gefilterte Getriebetemperatur verwendet, die aus der aktuell gemessenen Öltemperatur unter Verwendung einer mathematischen Filterfunktion berechnet wird.
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Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, dass bei einem Motorwiederstart, der nach Ablauf einer temporären Motorstopp-Phase erfolgt, während der die Steuerung des Getriebes aufrechterhalten wird, automatisch ein Zeitgeber (Timer) gestartet wird. Dabei verwendet die Funktion bis zum Ablauf dieses Zeitgebers (Timers) bei der Berechnung ihrer Steuer- und/oder Regelgrößen als aktuelle Getriebetemperatur die aktuell gemessene Öltemperatur, nach Ablauf dieses Zeitgebers (Timers) hingegen als aktuelle Getriebetemperatur wieder die gefilterte Getriebetemperatur.
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Motorstopp-Phase und Motorwiederstart können in bekannter Weise im Rahmen einer Motor-Stopp-Start-Automatik des Kraftfahrzeugs erfolgen.
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Bei dem Motorwiederstart wird also für die im Rahmen der Funktion bei der Bildung ihrer Steuer- und/oder Regelgrößen aktuell verwendeten Getriebetemperatur eine Art Reset durchgeführt und zeitgleich zu diesem Reset der Timer gestartet. Der Timer-Start markiert für die das Getriebe steuernde Funktion den Umstieg auf ein anderes Berechnungsverfahren, konkret auf den temporären Verzicht auf die Filterung der gemessenen Öltemperatur. Das Timer-Ende markiert für die das Getriebe steuernde Funktion die Rückkehr auf das ursprüngliche Berechnungsverfahren, welches auch bei und nach einem normalen Motorstart verwendet wird, dem keine durch die Motor-Stopp-Start-Automatik ausgelöste temporäre Motorstopp-Phase voranging.
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Vorzugsweise ist die Funktion eine elektro-hydraulische Druckansteuerung von Schaltelementen des Getriebes mittels eines elektro-hydraulischen Steuergerätes des automatischen Getriebes.
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In vorteilhafter Weise kann für die mathematische Filterung der gemessenen Öltemperatur ein PT2-Filter verwendet werden, dessen Parameter als Funktion der gemessenen Öltemperatur (T_sensor) vordefiniert sind, insbesondere dann, wenn die Öltemperatur mittels eines Sensors gemessen wird, der in einem Ölstrom am oder innerhalb des elektro-hydraulischen Steuergerätes des Getriebes oder innerhalb eines Ölsumpfs des Getriebes angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dem Steuergerät handelt es sich vorzugsweise um eine elektronische Steuerungseinrichtung des automatischen Getriebes. Eine solche Getriebesteuerungseinrichtung umfasst Mittel zur Durchführung des Verfahrens, wobei es sich bei diesen Mitteln um hardwareseitige Mittel und um softwareseitige Mittel handelt. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen Datenschnittstellen, um mit den an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen Daten auszutauschen, zum Beispiel um Schaltelemente des automatischen Getriebes zum Schließen oder zum Öffnen anzusteuern. Ferner handelt es sich bei den hardwareseitigen Mitteln um einen Datenspeicher zur Datenspeicherung und einen Prozessor zur Datenverarbeitung. Zu den softwareseitigen Mitteln gehören Programmbausteine, die in dem Speicher gespeichert sind und vom Prozessor ausgeführt werden. Das Steuergerät dient der steuerungsseitigen Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens und somit zum Betreiben des automatischen Getriebes.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten beispielhaften Figuren näher erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein. Darin zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem automatischen Getriebe, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Steuergerätes betrieben wird;
- 2 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Temperatursignale, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Verwendung finden; und
- 3 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Funktionsablaufs unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Nachfolgend und bezugnehmend auf 1 wird zunächst die Einbindung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Steuergerätes in das Gesamtkonzept der Kraftfahrzeugs, in dem das zu steuernde automatische Getriebe angeordnet ist, näher beschrieben. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem von einem Motor 2 antreibbaren automatischen Getriebe 3. Dieses Getriebe 3 umfasst ein elektro-hydraulisches Steuergerät 4, welches hier beispielhaft in einen Ölsumpf 5 des Getriebes 3 eintaucht und dazu vorgesehen ist, um Schaltelemente 6 des Getriebes 3 druckseitig anzusteuern. Die Berechnung der hierfür benötigten Steuer- und Regelgrößen erfolgt in einer hierzu ausgebildeten elektronischen Steuerungseinrichtung 8, welches in dem hier dargestellten Schema beispielhaft als separates Bauteil ausgebildet ist, in einer anderen Ausgestaltung aber auch integraler Bestandteil des elektro-hydraulischen Steuergerätes 4 sein kann. Für die Kommunikation zwischen der elektronischen Steuerungseinrichtung 8 und dem elektro-hydraulischen Steuergerät 4 ist zumindest eine Datenleitung 10 vorgesehen. Demnach setzt das elektro-hydraulischen Steuergerät 4 die Steuerbefehle der elektronischen Steuerungseinrichtung 8 um.
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Sodann umfasst das Getriebe 3 einen Temperatursensor 7, der beispielhaft im Ölsumpf 5 an dem elektro-hydraulischen Steuergerät 4 angeordnet ist und somit eine aktuelle Öltemperatur des Getriebes sensiert und dieses sensierte Signal der elektronischen Steuerungseinrichtung 8 zur Verfügung stellt. In die elektronische Steuerungseinrichtung 8 ist zumindest eine Funktion 9 implementiert, die zur Steuerung des Getriebes 3 vorgesehen ist und ihre hierzu benötigten Steuer- und Regelgrößen unter Verwendung dieser sensierten aktuellen Öltemperatur berechnet.
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Nachfolgend und bezugnehmend auf 2 wird ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der Temperatursignale näher beschrieben, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Verwendung finden. Hierzu zeigt 2 ein Zeit/Temperatur-Diagramm, bei dem die Zeitachse mit t und die Temperaturachse mit T bezeichnet sind. Die durchgezogene Linie beschreibt den zeitlichen Verlauf der mittels des Temperatursensors 7 tatsächlich gemessenen aktuellen Öltemperatur T_sensor, wohingegen die gepunktete Linie den zeitlichen Verlauf einer gefilterten Getriebetemperatur T_PT2 beschreibt, der sich ergibt, wenn die abgebildete sensierte Öltemperatur T_sensor mittels eines PT2-Filters mathematisch gefiltert wird. Anhand von 2 werden nachfolgend auch die Probleme des Standes der Technik und die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
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Dass im Rahmen der Funktionen (9), die unter Berücksichtigung der im Getriebe (3) gemessenen Öltemperatur T_sensor Steuer- und Regelgrößen zur Ansteuerung des Getriebes generieren, zu berücksichtigen ist, dass die tatsächliche Getriebetemperatur an den für die jeweilige Funktion (9) relevanten Bauelementen durchaus signifikant von der an einer Stelle im Getriebe (3) durch den einzigen Temperatursensor (7) gemessenen Öltemperatur T_sensor abweichen kann, wurde bereits eingangs der Beschreibung diskutiert.
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Der vorliegenden Erfindung liegen Untersuchungen zugrunde, die zeigen, dass die im Rahmen der zur Steuerung des Getriebes (3) vorgesehenen Funktionen (9) die für die Berechnung ihrer Steuer- und Regelgrößen jeweils benötigte Getriebetemperatur über einen mathematischen PT2-Filter aus der gemessenen Öltemperatur T_sensor vergleichsweise gut abgebildet werden können. Dabei variieren die notwendigen Filterparameter dieses PT2-Filters vergleichsweise stark über die Lage der von der Ansteuerung betroffenen Bauteile.
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Somit kann beispielsweise auch bei einem Gangeinlegen nach einem Motorstart bei sehr tiefer Außentemperatur (z.B. -30°C) die im elektro-hydraulischen Steuergerät (4) tatsächlich aktuell vorhandene Bauteiltemperatur in einem anderen Maß bestimmt werden als diejenige Öltemperatur, die für die Befüllung der Schaltelemente (6) des Getriebes (3) verantwortlich ist. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn in dem elektro-hydraulischen Steuergerät (4) Druckregelventile verbaut sind, die temperaturabhängig mittels einer so genannten Dither-Funktion mit Frequenz und Amplitude in Schwingung gehalten werden. Im Ergebnis ermöglicht die PT2-Filterung der im Ölfluß im elektro-hydraulischen Steuergerät (4) gemessenen Öltemperatur T_sensor eine gleichbleibende Schaltqualität auch bei verschiedenen Motorstart-Temperaturen.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen haben jedoch auch ergeben, dass die konsequente Verwendung einer mittels PT2-Filter gefilterten Getriebetemperatur T_PT2 bei der Berechnung der Steuer- und Regelgrößen der Getriebesteuerung problematisch ist, wenn es während der Aufheizkurve zu einem Motorstopp mit anschließendem Motor-Wiederstart kommt. Ein solches Ereignis kann beispielsweise im Rahmen einer aus dem Stand der Technik hinreichend bekannten Motor-Stopp-Start-Automatik des Kraftfahrzeugs eintreten. 2 zeigt für einen solchen Motor-Stopp-Start-Vorgang einen typischen zeitlichen Verlauf der sensierten Öltemperatur T_sensor (in durchgezogener Linie) und der hierzu korrespondierenden gefilterten Getriebetemperatur T_PT2 (in gepunkteter Linie), so wie er sich bei Anwendung eines PT2-Filtes aus dem Messwert T_sensor ergibt.
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Zum Zeitpunkt t_0 ist die elektronische Steuerungseinrichtung (8) des automatischen Getriebes (3) initialisiert und fehlerfrei in Betrieb. Auch der Motor (2) des Kraftfahrzeugs (1) ist zum Zeitpunkt t_0 fehlerfrei in Betrieb und läuft, beispielsweise bei einer Außentemperatur unterhalb 0°C. Die aktuell gemessene Öltemperatur T_sensor und die (aus der aktuell gemessenen Öltemperatur T_sensor mittels eines PT2-Filters mathematisch berechnete) gefilterte Getriebetemperatur T_PT2 sind zumindest weitgehend identisch. Im Rahmen der Berechnung ihrer Steuer-und Regelgrößen verwendet die zum Steuern des Getriebes (3) vorgesehene Funktion (9) - beispielsweise die Drucksteuerung der Schaltelemente (6) des Getriebes (3) - als aktuelle Getriebetemperatur die gefilterte Getriebetemperatur T_PT2.
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Zum Zeitpunkt t_1 ergeht im Rahmen einer Motor-Stopp-Start-Automatik des Kraftfahrzeugs (1) der Steuerbefehl zum Abstellen des Motors (2), wobei die elektronische Steuerungseinrichtung (8) des automatischen Getriebes (3) weiterhin in Betrieb bleibt und folglich auch ihre implementierten Funktionsabläufe weiterhin aufrecht erhält und die entsprechenden funktionsinternen Berechnung fortführt. Während der nun folgenden Stoppphase des Motors (2) unterhalb 0°C sinkt die im vorliegenden Beispiel im elektro-hydraulischen Steuergerät (4) des Getriebes (3) gemessene Öltemperatur T_sensor relativ schnell ab, da die Messstelle, an der der Temperatursensor (7) angeordnet ist, infolge der von dem Motor (2) jetzt nicht mehr angetriebenen Ölpumpe des Getriebes (3) nicht mehr mit frischem Öl versorgt wird. Im vorliegenden Beispiel steckt der Temperatursensor (7) in einem fingerhutkleinen Sackloch innerhalb des elektro-hydraulischen Steuergerätes (4). Das Abkühlen der minimalen Ölmenge, die an dem Temperatursensor (7) verbleibt, wird von dem noch kalten Aluminiumblock des elektro-hydraulischen Steuergerätes (4) stark beschleunigt. Die aus der aktuell gemessenen Öltemperatur T_sensor mittels eines PT2-Filters mathematisch berechnete gefilterte Getriebetemperatur T_PT2 wird gemäß ihrer jeweiligen Filterparameter zurückgefiltert, was im vorliegenden Fall zu einem nur langsam sinkenden Temperaturverlauf führt. In 2 leicht ersichtlich ist, dass die Abweichung zwischen den beiden Temperaturen T_sensor und T_PT2 zeitweise vergleichsweise groß ist, sich mit fortschreitender Zeit aber wieder angleicht. Zum Zeitpunkt t_2 sind die beiden Temperaturen T_sensor und T_PT2 wieder zumindest weitgehend identisch.
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Wenn die zum Steuern des Getriebes (3) vorgesehene Funktion (9) im Rahmen der Berechnung ihrer Steuer-und Regelgrößen als aktuelle Getriebetemperatur weiterhin die gefilterte Getriebetemperatur T_PT2 verwendet, ist ein Motor-Wiederstart und ein zeitgleich mit oder nur leicht zeitversetzt nach dem Motor-Wiederstart im Getriebe (3) angesteuertes Gangeinlegen umso komfort-kritischer, je größer die Abweichung zwischen der berechnungsseitig verwendeten gefilterten Getriebetemperatur T_PT2 und der aktuell gemessenen Öltemperatur T_sensor zum Zeitpunkt des Motor-Wiederstart ist.
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Im vorliegenden Beispiel ergeht zum Zeitpunkt t_3 im Rahmen der Motor-Stopp-Start-Automatik des Kraftfahrzeugs (1) der Steuerbefehl zum Wiederstart des Motors (2). Der Motor (2) treibt die Ölpumpe des Getriebes (3) jetzt wieder an, mit der Folge, dass nun auch der Bereich der Messstelle, an der der Temperatursensor (7) angeordnet ist, wieder mit frischem Öl versorgt wird, sodass die gemessene Öltemperatur T_sensor relativ schnell ansteigt. Im vorliegenden Beispiel ist dieser schnelle Anstieg zum Zeitpunkt t_4 im Wesentlichen beendet und verharrt zunächst bis zum Zeitpunkt t_5 auf weitgehend gleichem Niveau, um danach der tatsächlich erfolgenden Erwärmung des Getriebeöls zu folgen.
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Aufgrund ihrer PT2-Filtercharakteristik kann die aus der aktuell gemessenen Öltemperatur T_sensor ermittelte gefilterte Getriebetemperatur T_PT2 dem steilen Anstieg der gemessenen Öltemperatur T_sensor nicht schnell genug folgen, sodass die Abweichung zwischen den beiden Temperaturen T_sensor und T_PT2 zeitweise zu groß ist, um unter Schaltqualitäts-Aspekten toleriert werden zu können. Um diesem Problem entgegenzuwirken, erfolgt gemäß der Erfindung bei Motor-Wiederstart bei der zum Steuern des Getriebes (3) vorgesehene Funktion (9) eine Umschaltung betreffend der Temperatur, die die Funktion (9) bei der Berechnung ihrer Steuer-und Regelgrößen für das Getriebe (3) tatsächlich verwendet. Zeitgleich mit dem Befehl zum Motor-Wiederstart, im vorliegenden Beispiel also zum Zeitpunkt t_3, startet die Funktion (9) einen Zeitgeber - im folgenden Timer genannt. Genauso lange wie der Timer läuft, verwendet die zum Steuern des Getriebes (3) vorgesehene Funktion (9) für die Berechnung ihrer Steuer-und Regelgrößen als aktuelle Getriebtemperatur nicht mehr die gefilterte Getriebetemperatur T_PT2, sondern die gemessene aktuelle Öltemperatur T_sensor. Innerhalb der durch den Timer vordefinierten - vergleichsweise kurzen - Zeitspanne bildet das gemessene Signal T_sensor die realen Temperaturverhältnisse im Getriebe (3) besser ab als das berechnete Signal T_PT2. Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Timer zum Zeitpunkt t_5 abgelaufen, sodass die zum Steuern des Getriebes (3) vorgesehene Funktion (9) bei der Berechnung ihrer Steuer-und Regelgrößen für das Getriebe (3) als aktuelle Getriebetemperatur jetzt wieder die gefilterte Getriebetemperatur T_PT2 verwendet.
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3 zeigt ein selbsterklärendes Blockschaltbild des zuvor beschriebenen beispielhaften Funktionsablaufs unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Motor des Kraftfahrzeugs
- 3
- automatisches Getriebe des Kraftfahrzeugs
- 4
- elektro-hydraulisches Steuergerät des automatischen Getriebes
- 5
- Ölsumpf des automatischen Getriebes
- 6
- Schaltelement des automatischen Getriebes
- 7
- Temperatursensor des automatischen Getriebes
- 8
- elektronische Steuerungseinrichtung des automatischen Getriebes
- 9
- Funktion zum Steuern und oder Regeln des automatischen Getriebes, implementiert in der elektronischen Steuerungseinrichtung
- 10
- Datenleitung
- t
- Zeit
- t_0
- Zeitpunkt
- t_1
- Zeitpunkt
- t_2
- Zeitpunkt
- t_3
- Zeitpunkt
- t_4
- Zeitpunkt
- t_5
- Zeitpunkt
- T
- Temperatur
- T_sensor
- gemessene Öltemperatur
- T_PT2
- gefilterte Getriebetemperatur
- T_getriebe
- Getriebetemperatur, verwendet von der Funktion bei der Berechnung ihrer Steuer- und/oder Regelgrößen
- Timer
- Zeitgeber
