DE10233699A1

DE10233699A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Früherkennung von Störfällen beim Betrieb automatischer oder automatisierter Getriebe

Info

Publication number: DE10233699A1
Application number: DE2002133699
Authority: DE
Inventors: Herbert Depping; Bernd Dietzel; Thomas Schönhaar
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überlastschutz von Schaltelementen in automatischen oder automatisierten Getrieben; DOLLAR A - bei einem n-ten Schaltvorgang zwischen einem Ausgangsgang G¶Ausgang¶ und irgendeinem Zielgang G¶Ziel¶ in einem Fahrzeugzyklus wird mit Betätigung mindestens eines bestimmten Schaltelementes S¶EZn¶ des Zielganges mindestens eine, die Belastung der miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente dieses Schaltelementes S¶EZn¶ Größe A wenigstens bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl oder über einen vorgebbaren Zeitraum, welcher einem Wert bis zur maximalen zulässigen Schaltdauer T¶max¶ entspricht, ermittelt; DOLLAR A - die die Belastung der miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente dieses Schaltelementes charakterisierende Größe A oder Größen in einer Variablen W¶sumEn¶ für den Fahrzyklus aufsummiert, die diesem bestimmten Schaltelement zugeordnet wird; DOLLAR A - die Variable W¶sumEn¶ wird mit einer Vergleichsvariablen W¶min¶ verglichen, wobei DOLLAR A - bei Unterschreitung des Vergleichswertes im Falle weiterer Schaltvorgänge, welche frei von der Betätigung dieses Schaltelementes S¶EZn¶ sind, die Vergleichsvariable W¶sumEn¶ für das bestimmte Schaltelement S¶EZn¶ nach vordefinierten Zeiträumen um einen bestimmten temperaturabhängigen Wert K reduziert wird; DOLLAR A - bei Überschreitung nach Beendigung dieses n-ten Schaltvorganges jede Schaltung mit Betätigung dieses Schaltelementes S¶EZn¶ unterbunden wird, bis W¶sumEn¶ < W¶min¶.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz vor Überlastungen von Schaltelementen automatischer oder automatisierter Getriebe mit kraftschlüssig wirkenden Schaltelementen, im einzelnen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Automatische Getriebe, insbesondere automatische Fahrzeuggetriebe, und automatisierte Getriebe sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Diese können als rein mechanisches Getriebe, als Kombination wenigstens eines mechanischen Getriebeteiles mit einem hydraulischen Getriebeteil, eines mechanischen Getriebeteils mit einem elektrischen Getriebeteil oder aber als stufenlose mechanische Getriebe vorliegen. Der hydraulische Getriebeteil kann dabei entweder einen hydrostatischen Getriebeteil umfassen, oder aber ein hydrodynamisches Bauelement. Bei Getrieben mit wenigstens zwei unterschiedliche Getriebeteilen arbeiten diese entweder in Reihe geschaltet oder mit Leistungsverzweigung. Derartige Getriebe mit Kombination eines mechanischen Getriebeteils mit einem hydraulischen Getriebeteil sind beispielsweise aus J.M. Voith GmbH: Hydrodynamik in der Antriebstechnik, Krauskopf Verlag, 1987 bekannt.
Die Betätigung der Schaltelemente zur Änderung eines Fahrzustandes bzw. des mittels der Antriebsmaschine ausgenutzten Betriebsbereiches erfolgt bei den meisten automatischen und automatisierten Schaltgetrieben elektrohydraulisch. Dabei erfolgt die Vorwahl des einzustellenden Fahrzustandes bzw. die Änderung des Fahrzustandes über ein Betätigungselement in Form eines Gangschalthebels oder eines Tastenschalters, wobei über die die Betätigung charakterisierenden physikalischen Größen entsprechende elektrische Signale generiert werden, welche der Ansteuerung von Steuerventilen dienen, die wiederum der Betätigung einzelner Schaltelemente zur Realisierung einer kraftschlüssigen Verbindung oder Unterbrechung dienen. Bei vollautomatischen Getrieben werden die Gänge über eine hydraulische oder elektrohydraulische Steuerungseinrichtung automatisch in Abhängigkeit von der Motorbelastung und der Fahrzeuggeschwindigkeit geschaltet. Die Schaltung geschieht dabei mit Hilfe von Bremsbändern, Mehrscheibenkupplungen oder Mehrscheiben-Bremseinrichtungen unter Last. Als Schaltelemente finden hauptsächlich hydraulisch betätigte Reibelemente, vorzugsweise in Form von Lamellen- oder Scheibenkupplungen- und/oder Bremsen Anwendung. Diese übernehmen die Aufgabe, den Kraftfluß im Getriebe entsprechend dem geschalteten Gang herzustellen oder zu unterbrechen.
Nicht einwandfrei ablaufende Schaltvorgänge und auffällige Getriebegeräusche sind ein Anzeichen für Störungen der Getriebebaueinheit. Zur Erkennung der Ursache von Schaltstörungen ist es bekannt, die Modulator-, Regler- und Arbeitsdrücke zu prüfen. Das Getriebe wird dazu mit den notwendigen Prüfanschlüssen versehen, an die Prüfgeräte mit verschiedenen Meßbereichen angeschlossen werden können. Der Modulator- und Arbeitsdruck kann im Stand bei laufendem Motor überprüft werden. Die Messung des Reglerdruckes muß jedoch während der Fahrt oder auf einem Prüfstand erfolgen. Meist erfolgt jedoch die Diagnose erst, nachdem bereits Schaltstörungen im großen Maß aufgetreten sind und im einzelnen bereits auffällige Getriebegeräusche bedingt durch einen erhöhten Verschleiß der kraftschlüssig miteinander zu koppelnden Reibelemente geführt haben. Indikatoren zur Ermittlung von Schaltstörungen sind dabei Störungen im Betrieb des automatischen Getriebes, welche bereits von einer Schädigung herrühren. Zur Beseitigung sind dann in der Regel Bauteilaustauschmaßnahmen erforderlich.
Zur frühzeitigen Erkennung ist daher aus der Druckschrift DE 196 52 212 A1 ein Verfahren zur Früherkennung von Störfällen, insbesondere Schadensfrüherkennung bekannt, welches geeignete Indikatoren nutzt, mittels der Veränderungen am Getriebe, Veränderungen der Druckmittelversorgung sowie der zur Getriebesteuerung gehörenden Bauteile frühzeitig ermittelt werden. Dazu wird während des Betriebes des automatischen Getriebes ein aktueller Ist-Wert wenigstens einer, einen Schaltvorgang wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe bei jedem Schaltvorgang ermittelt. Dieser Ist-Wert wird mit wenigstens einem Soll-Wert für gleichartige Schaltvorgänge verglichen. Bei Abweichung wird die Stellgröße zur Beaufschlagung der kraftschlüssigen miteinander in Wirkverbindung bringbaren Elemente eines Schaltelementes zur wenigstens mittelbaren Beeinflussung der den Schaltvorgang charakterisierenden Größe geändert. Dazu ist wenigstens ein Grenzwert für den Ist-Wert einer den Schaltvorgang wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und/oder wenigstens ein Grenzwert für eine das Änderungsverhalten des Ist-Wertes über eine Mehrzahl von hintereinander vorgenommenen gleichartigen Schaltvorgängen, d.h. von einer ersten bestimmten Ausgangsschaltstufe in eine nächste zweite Zielschaltstufe, wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe festsetzbar. Den Grenzwerten sind dabei Kriterien zugeordnet, welche ein zulässiges Verhalten des Ist-Wertes gegenüber dem Grenzwert charakterisieren. Bei Abweichungen des Grenzwertes vom Ist-Wert derart, daß diese Kriterien nicht mehr erfüllt sind, wird eine Fehlermeldung erzeugt bzw. ein Fehlersignal gebildet. Die Kriterien für den Vergleich der Ist-Werte bzw. das Änderungsverhalten des Ist-Wertes mit dem Grenzwert oder den Grenzwerten bringen dabei zum Ausdruck, daß mit dem Grenzwert bzw. den Grenzwerten ein bestimmter Ist-Wert-Bereich abgedeckt werden soll, innerhalb dessen der Betrieb unschädlich für das Getriebe ist. Ein wesentlicher Nachteil einer derartigen Lösung besteht darin, daß die Anpassung zwischen den Soll- und Ist-Werten über eine adaptive Steuer- oder Regelungsstrategie erfolgt, wobei lediglich indirekt über die Nicht-Erzielung des gewünschten Ergebnisses mittels der Adaption auf einen Störfall bzw. einen daraus später möglicherweise resultierenden Störfall geschlossen werden kann. Diese Lösung ist somit nur für Getriebe mit adaptivem Schaltverfahren einsetzbar, andere Getriebebaueinheiten, denen andere Schaltverfahren zur Beschreibung der Betriebsweise zugrundeliegen, können mit diesen Verfahren nicht überwacht werden. Des weiteren sind betriebsbedingte Verschleißerscheinungen erst bei Auftreten erkennbar. Ein früherer Eingriff ist nicht möglich, um diesen anschließen zu können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überlastschutz beim Betrieb eines automatischen Getriebes oder automatisierten Schaltgetriebes zu entwickeln, welches es ermöglicht, Schädigungen und Funktionsstörungen, welche insbesondere durch betriebsbedingte Schädigungen hervorgerufen werden, unabhängig vom verwendeten Schaltverfahren zu vermeiden, d.h. die Funktionsweise derart frühzeitig vor Eintritt eines die Funktion stärker und eventuell bis zum Totalausfall beeinträchtigenden, sich einstellenden Schadens zu beeinflussen, daß dieser nicht mehr eintreten kann. Das Verfahren soll unabhängig vom verwendeten Schaltverfahren mit gleichem Aufwand für jegliche Art von Getriebebaueinheiten – automatischen und automatisierten Schaltgetrieben – nutzbar sein.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Bei einem Schaltvorgang, der durch eine Schaltfolge zwischen einem beliebigen Ausgangsgang G_Ausgang und einem Zielgang G_Ziel beschreibbar ist, bei welchem es sich um eine Hoch- oder Rück- oder Bremsschaltung handeln kann, wird die Betätigung der einzelnen Schaltelemente S_EZ1-n im Zielgang überwacht und bei Betätigung eines bestimmten Schaltelementes S_EZ1-n des Zielganges, d.h. des kommenden bzw. einzulegenden Ganges eine die Belastung dieses Schaltelementes wenigstens mittelbar beschreibende Größe fortlaufend ermittelt, bspw. die Drehzahldifferenz, welche über die Zeitdauer aufintegriert und das Ergebis A in einer Variablen W_sumE aufsummiert werden. Dabei handelt es sich im einfachsten Fall bei der die Belastung der kraftschlüssig miteinander zu koppelnden Elemente wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen um die die Reibarbeit W_Reib charakterisierenden Größen. Die Reibarbeit W_Reib wird dabei aus der mathematischen Verknüpfung der Differenzdrehzahl der Reibpaarung am Schaltelement S_EZn, der Synchrondrehzahl der folgenden, d.h. einzulegenden bzw. einzulegenden Gangstufe G_Ziel, welche auch Zielgang genannt wird, und dem Druck, mit welchem das Schaltelement S_EZn beaufschlagt wird, ermittelt. Unter Synchrondrehzahl der folgenden, d.h. kommenden Gangstufe G_Ziel, wird die Drehzahl am Eingang der Schaltstufen, d.h. beispielsweise am Abtrieb eines hydrodynamischen Bauelementes oder der Überbrückungskupplung verstanden. Das Ergebnis der Integration, die Reibarbeit wird dabei in einer Variablen W_Sume für jedes Schaltelement aufsummiert, wobei zusätzliche Einflußgrößen wie beispielsweise die aktuelle Rückstellfederkraft und die Fliehkraft mit einbezogen werden können. Diese Variable W_sumE wird immer zu Beginn eines neuen Fahrzyklus, der bspw, durch die Einschaltung der Zündung charakterisiert ist, auf null zurückgesetzt. Die Berechnung beginnt unter der Voraussetzung, daß ein Schaltbefehl zum Einlegen eines Zielganges G_Ziel gegeben wird, bei welchem das bestimmte Schaltelement S_EZn mit n = 1 bis n betätigt wird. Die aktuelle Drehzahl bei Einlegen der Zielgangstufe G_Ziel sollte dabei von der Synchrondrehzahl der letzten, d.h. zu verlassenden Gangstufe G_Ausgang abweichen oder eine vorgegebene Zeitdauer seit dem Lösen des gehenden bzw. zu lösenden Schaltelementes oder dem Beginn der Schaltung verstrichen ist. Diese Größe ist insbesondere für den Fall der Erkennung eines nicht vollständigen Lösens eines Schaltelementes von Bedeutung. Die Aufsummierung zu W_sumE wird beendet, wenn der Schaltvorgang abgeschlossen ist und der Zielgang eingelegt, d.h. die Synchrondrehzahl oder eine entsprechende Vergleichsdrehzahl, welche die Synchrondrehzahl wenigstens mittelbar charakterisiert, in der folgenden, d.h. einzulegenden Zielgangstufe G_Ziel, erreicht wird oder der Schaltvorgang abgebrochen wird.
Die Größe der aufsummierten Variablen W_sumE für das bestimmte Schaltelement S_EZn wird mit einem vordefinierten oder vorgebbaren oder berechneten Vergleichswert W_min verglichen. Bei Überschreitung des Vergleichswertes W_min wird die gerade aktuelle vorzunehmende Schaltung noch beendet und das Schaltelement S_EZn für weitere Schaltvorgänge mit diesem für einen bestimmten Zeitraum gesperrt, insbesondere so lange, bis die Größe der aufsummierten Variablen W_sumE den Vergleichswert W_min wieder unterschreitet, d.h. W_sumE < W_min. Dieser Vergleichswert W_min ist dabei abhängig von einer Reihe von Faktoren, beispielsweise der Getriebeöltemperatur, der Lamellenanzahl, der Art des gewählten Lamellenbelages, der Ölsorte etc. Er kann daher dynamisch nach oben oder nach unten in Abhängigkeit der Beschaffenheit und Ausführung des Schaltelementes verschoben werden, des weiteren wird er für jedes Schaltelement gebildet bzw. festgelegt. Für jedes einzelne Schaltelement S_EZn mit n = 1 bis n wird dabei eine derartige Berechnung der Vergleichsvariablen W_{sumE, 1-n} vorgenommen und ein derartiger Vergleichswert W_{min, 1-n} vorgegeben. Erfindungsgemäß wird, solange mit diesem bestimmten Schaltelement S_EZn kein Schaltvorgang stattfindet und die Vergleichsvariable dieses Schaltelementes S_EZn einen Wert von > null beinhaltet, von diesem Wert W_sumE ständig ein bestimmter temperaturabhängiger Wert K abgezogen. Dieser Zahlenwert bildet dabei vereinfacht die Abkühlung dieses bestimmten Schaltelementes nach und kann entweder berechnet oder aus Versuchen ermittelt werden. Der Abzug dieses Abbildungswertes für die Abkühlung der Schaltelemente kann dabei entweder

a) in Abhängigkeit vorgegebener oder vorgebbarer Zeitintervalle oder
b) jeweils nach Beendigung eines Gangstufenwechsels zwischen irgendeinem Ausgangsgang G_Ausgang und irgendeinem Zielgang G_Ziel erfolgen, wobei jedoch das betreffende Schaltelement nicht involviert sein darf.

Dieser durch diese mathematische Funktion gebildete neue Wert wird dabei der Variablen W_sumE zugewiesen und die so gebildete Variable erneut einem Vergleich mit dem minimalen Vergleichswert W_min unterzogen.
Die Vergleichsvariable W_min wird unter einem weiteren Aspekt der Erfindung berechnet. Dieser bestimmt sich dabei aus der Differenz aus einem, mit einer Sicherheit bestimmter Größe festgelegten Grenzwert W_max für das Schaltelement und den während eines Fahrzyklus auftretenden Maximalwert der aufintegrierten Größen A_max, welche von der Reibarbeit W_Reibmax gebildet wird. W_max ist dabei abhängig von Faktoren wie die Getriebetemperatur, die Lamellenanzahl, den Lamellenbelag und die Ölsorte. Der Maximalwert W_Reibmax wird dabei für das Schaltelement über den Fahrzyklus gespeichert. Um bei einem neuen Fahrzyklus nicht erst wieder W_Reibmax über eine Lernphase ermitteln zu müssen, wird vorzugsweise der bei einem Fahrzyklus ermittelte Wert A_max bzw. W_Reibmax gespeichert und kann mit Beginn des neuen Fahrzyklus abgerufen werden, wobei in diesem Fall bei gleichbleibendem Grenzwert W_max auch W_min mit Beginn des Fahrzyklus vorliegt und nicht erst ermittelt werden muß.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es auf einfache Art und Weise durch Analyse der Betätigung eines Schaltelementes bereits bei einem einzelnen Schaltvorgang, gezielt Rückschlüsse auf den Zustand der an einer Schaltung beteiligten Elemente zu ziehen, insbesondere das Temperaturverhalten der einzelnen Schaltelemente nachzubilden und somit aktiv auf kommende Schaltvorgänge einwirken zu können, um Schädigungen durch Überhitzung zu verhindern, im einzelnen wird zum Schutz vor Überlastungen das betroffene Schaftelement für eine bestimmte Zeitdauer außer Betrieb genommen, d.h. die Schaltungen mit diesem Schaltelement werden hinausgezögert. Dabei werden zur Ermittlung der einzelnen Beurteilungsgrößen die ohnehin zu erfassenden Größen mit berücksichtigt, so daß der zusätzliche erforderliche sensorische Aufwand minimal gehalten werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei für sich allein zur Beurteilung des Betriebszustandes und zum Überlastschutz beim Betrieb von Getriebebaueinheiten zum Einsatz gelangen. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung kann dieses Verfahren zum Überlastschutz jedoch nebengeordnet zu einem Verfahren zur Vermeidung von Störfällen eingesetzt werden, bei welchem die Bildung der Vergleichsvariablen in Analogie zu dem in diesem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Verfahren erfolgt und somit ein Berechnungsvorgang zwei unterschiedlichen nebengeordneten Verfahren zugrundegelegt werden kann. Bei diesem weiteren zweiten Verfahren wird ebenfalls eine die Belastung der miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe fortlaufend ermittelt und in einer Variablen, der sogenannten Vergleichsvariablen, aufsummiert. Dabei handelt es sich auch hier im einfachsten Fall bei der die Belastung der kraftschlüssig miteinander zu koppelnden Elemente wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe um die Reibarbeit. Diese wird dabei aus der mathematischen Verknüpfung der Differenz der jeweiligen aktuellen Drehzahl der Antriebsseite, insbesondere der Getriebeeingangswelle bzw. der mit dieser gekoppelten Antriebsmaschine zur Synchrondrehzahl der folgenden, d.h. kommenden Gangstufe G_Ziel, und dem Druck, mit welchem das Schaltelement beaufschlagt wird, ermittelt. Unter Synchrondrehzahl der folgenden Gangstufe wird dabei die Drehzahl am Eingang der Schaltstufen, d.h. am Abtrieb des diesem vorgeschalteten hydrodynamischen Bauelementes oder der Überbrückungskupplung verstanden. Das Ergebnis wird dabei ebenfalls in der Vergleichsvariablen aufsummiert, wobei zusätzliche Einflußgrößen wie beispielsweise die aktuelle Rückstellfederkraft und die Fliehkraft mit einbezogen werden. Diese Vergleichsvariable entspricht dabei der Vergleichsvariablen für die Betätigung des entsprechenden Betätigungselementes S_EZn. Diese Variable wird nunmehr in einem parallelen Verfahren zum erfindungsgemäßen Verfahren vor Beginn einer jeden Schaltung immer wieder auf null zurückgesetzt. Die Berechnung beginnt, sobald die aktuelle Drehzahl bei Einlegen der Zielgangstufe von der Synchrondrehzahl der letzten zu verlassenden Gangstufe, d.h. der Ausgangsgangstufe, abweicht oder eine vorgegebene Zeitdauer seit dem Lösen des gehenden Schaltelementes oder dem Beginn des Schaltvorganges abgelaufen ist. Die Aufsummierung wird auch hier beendet, wenn die Synchrondrehzahl oder eine entsprechende Vergleichsdrehzahl, welche die Synchrondrehzahl wenigstens mittelbar charakterisiert, in der folgenden, d.h. kommenden oder einzulegenden Zielgangstufe erreicht wird oder der Schaltvorgang abgebrochen wird. Dabei wird die aufsummierte Variable für den Schaltvorgang mit einem vordefinierten oder vorgebbaren, eventuell auch aus Versuchen ermittelten Maximalwert verglichen. Bei Überschreitung wird die Ausgangsstufe wieder eingelegt und die gewählte Zielgangstufe für diese Schaltfolge von G_Ausgang zu G_Ziel, gesperrt sowie eine Warnmeldung an den Fahrer ausgegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung zur Berücksichtigung des thermischen Verhaltens ermöglicht eine relativ einfache Modellierung des thermischen Verhaltens an Schaltelementen, mittels welcher eine dauerhafte Überbelastung und somit Schädigung durch Anpassung des Betriebes der Getriebebaueinheit vermieden oder zumindest erheblich hinausgezögert werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht anhand eines Signalflußbildes das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schadensfrüherkennung durch Modellierung des thermischen Verhaltens;
2 verdeutlicht anhand einer Mehrzahl von Schaltvorgängen zwischen den gleichen Ausgangs- und Zielgängen das thermische Verhalten eines Schaltelementes.
Die 1 verdeutlicht anhand eines Signalflußbildes das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überlastschutz bei automatischen Getrieben und automatisierten Schaltgetrieben durch Modellierung des thermischen Verhaltens eines bestimmten, bei Einlegung eines Zielganges G_Ziel zu betätigenden Schaltelementes, beispielsweise S_EZn. Ein derartiges Ablaufdiagramm ist für jedes einzelne Schaltelement vorgesehen. Generell wird bei einem neuen Fahrzyklus bei Inbetriebnahme des Fahrzeuges bei Einschalten der Zündung eine, jedem Schaltelement zugeordnete Vergleichsvariable W_sumE = 0 gesetzt. Bei einem Schaltbefehl, welcher die Betätigung eines bestimmten Schaltelementes, beispielsweise S_EZ1 beim Wechsel von einem Ausgangsgang G_Ausgang zu einem Zielgang G_Ziel beinhaltet, wird während des Schaltvorganges, ausgehend vom Ausgangsgang G_Ausgang zu einem Zielgang G_Ziel in einem Zeitintervall Δt, insbesondere während der Rutschphase einer Schaltung t_rutsch, egal, ob es sich dabei um eine Hoch-, Rück- oder Bremsschaltung handelt, mindestens eine, die die Belastung der kraftschlüssig miteinander zu koppelnden Elemente des entsprechenden Schaltelementes S_EZ1 charakterisierende Größe A beschreibende Größe fortlaufend ermittelt. Die Ermittlung erfolgt dabei über das bestimmte Zeitintervall Δt. Die Ermittlung wird beendet, wenn die Synchrondrehzahl der gewünschten, neu einzulegenden Gangstufe G_Ziel erreicht ist oder eine vorgegebene oder frei definierbare maximale Schaltdauer Δt_max überschritten wurde. Die die die Belastung des Schaltelementes S_EZn charakterisierende Größe A beschreibenden Größen werden dabei mathematisch mit der Zeitdauer verknüpft, hier als A definiert, und das jeweilige Ergebnis A in einem dritten Verfahrensschritt zur sogenannten Vergleichsvariablen W_sumEn aufsummiert, und zwar so lange, bis beide Elemente des Schaltelementes synchron drehen. Die Zeitdauer wird dabei als t_rutsch bezeichnet. Diese Variable wird dabei entweder bei Vorliegen als erste Schaltung seit dem Einschalten der Zündung mit Betätigung des entsprechenden Schaltelementes S_EZn als Vergleichsvariable W_sumEn gesetzt, d.h. der Wert dieser Variablen entspricht bei der ersten Schaltung unter Beanspruchung des entsprechenden Schaltelementes S_EZn der Summe von A. Für den Fall, daß es sich nach dem Einschalten der Zündung, d.h. nach Inbetriebnahme des Fahrzeuges, um eine wiederholte Schaltung mit Schaltfolge zwischen einem beliebigen Ausgangsgang G_Ausgang und einem beliebigen Zielgang G_Ziel bzw. irgend einen Zielgang G_Ziel handelt, bei welchem das bestimmte Schaltelement S_EZn als kommendes Schaltelement fungiert, wird die bereits in den vorangegangenen Schaltvorgängen mit Betätigung des gleichen Schaltelementes S_EZn ermittelte Vergleichsvariable W_sumEn mit der im aktuellen Schaltvorgang gebildeten weiteren neuen Vergleichsvariablen aufsummiert und bildet somit die nach diesem Schaltvorgang mit dem bestimmten Schaltelement gebildete Vergleichsvariable W_sumEn. Dabei muß es sich nicht um identische Schaltvorgänge zwischen einem bestimmten Ausgangsgang G_Ausgang und einem bestimmten Zielgang G_Ziel handeln, sondern es sind auch verschiedene Schaltvorgänge möglich, entscheidend ist, daß das Schaltelement S_EZn im Zielgang betätigt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt der Vergleich zwischen der Vergleichsvariable W_sumEn und einem vorgebbaren oder vordefinierten oder berechneten Minimalwert W_min. Bei dessen Überschreitung wird jegliche Schaltung, bei welchem das Schaltelement S_EZn im Zielgang betätigt ist, so lange gesperrt, bis das Schaltelement S_EZn wieder abgekühlt ist.
Erfindungsgemäß wird dazu des weiteren bei jedem weiteren Schaltvorgang, bei dem das Schaltelement S_EZn nicht betätigt ist, die Vergleichsvariable W_SUMEn um einen temperaturabhängigen Wert K miniert. Die Minimierung erfolgt dabei entweder in bestimmten vordefinierten Zeitintervallen in gleichen oder nach jedem neu erfolgenden Gangstufenwechsel zwischen irgendeinem Ausgangsgang G_Ausgang
n und einem Zielgang G_{Ziel n}. Der sich daraus ergebende neue Wert wird als Vergleichsvariable W_sumEn gesetzt und wiederum einem Vergleich mit einem Minimalwert W_min unterzogen. Erst bei Unterschreitung des Minimalwertes durch den Vergleichswert W_sumEn wird der Zielgang wieder freigegeben, ansonsten bleibt dieser gesperrt.
Bei Inbetriebnahme des Fahrzeuges durch Einschalten der Zündung und damit Beginn eines neuen Fahrzyklus wird die Variable W_sumEn für jedes der Schaltelemente auf Null gesetzt. Wird eine Schaltung mit einem bestimmten Schaltelement S_EZn gewünscht, wird W_sumEn mit W_min verglichen. Da W_sumEn = 0 ist W_sumEn < W_min. Die Schaltung wird durchgeführt. Während der Schaltung wird die Reibarbeit W_Reib als die die Belastung des Schaltelementes charakterisierende Größe A ermittelt. Die Reibarbeit W_Reib wird dann mit der Variablen W_sumE aufsummiert, d.h. W_SUmE – W_SumEn-neu wobei W_SumEn-neu – W_SumEn + W_Reib mit W_SumEn = 0. W_SumEn ist somit gleich W_Reib für den ersten Schaltvorgang mit dem bestimmten Schaltelement S_EZn. Für weitere Schaltvorgänge mit dem bestimmten Schaltelement S_EZn wird nach Abgabe eines Fahrerwunschsignales jedesmal ein Vergleich von W_SumEn mit W_min vorgenommen. Nur bei Unterschreitung wird eine Schaltung mit diesem bestimmten Schaltelement zugelassen.
W_min kann fest vorgegeben werden oder aber gebildet werden. Gemäß Signalflußbild in 1 wird W_min aus der Größe der Reibarbeit bestimmt, beispielsweise nach folgender Beziehung
Wmin = Wmax – WReibmax, d.h. Wmin = Wmax – Amax.
Die maximale Reibarbeit W_max wird dabei über eine Mehrzahl von Schaltvorgängen mit dem gleichen Schaltelement aus der bei den einzelnen Schaltvorgängen berechneten Reibarbeit bestimmt. Dieser so erlernte Wert kann dabei nach Abschluß eines Fahrzyklus entweder gelöscht oder aber in vorteilhafter Weise für nachfolgende Fahrzyklen gespeichert werden. Konkret wird die die Belastung der kraftschlüssig miteinander zu koppelnden Elemente (d. h. des Schaltelementes S_EZn) charakterisierende Größe durch die Reibarbeit beschrieben. Dazu wird konkret während der Rutschphase t_rutsch der einzelnen miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente des Schaltelementes S_EZn die Drehzahldifferenz Δω an den reibschlüssig miteinander zu koppelnden Elementen des Schaltelementes S_EZn und der Druck p, mit welchem die Betätigung des Schaltelementes S_EZn erfolgt, fortlaufend erfaßt. Die Erfassung kann dabei direkt, d.h. durch die direkte Ermittlung der genannten Größen erfolgen oder aber auch indirekt durch Erfassung der diese Größen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen und Umrechnung in die obengenannte Größe Δω und des die Schaltelemente beaufschlagenden Druckes p.
Die Reibarbeit W_Reib für einen Schaltvorgang wird dabei zumindest zyklisch errechnet und aufsummiert. Vorzugsweise erfolgt eine fortlaufende Erfassung und Aufsummierung für einen bestimmten Zyklus, welcher durch die Zeitdifferenz zwischen zwei vorgegebenen Zeiträumen t₂ und t₃ bestimmt ist. Die Reibarbeit W_R je Schaltung berechnet sich dabei beispielsweise nach folgender Formel:
mit
W_Reib – Reibarbeit
M_R – Rutschmoment
ω_R – – Drehzahldifferenz
t_Rutsch – Rutschzeit
oder anhand der ohnehin erfaßten Größen von Drehzahldifferenz Δω und des an den einzelnen Schaltelementen anliegenden Druckes zu jedem Zeitpunkt p gemäß der Formel
Dabei wird vor Beginn eines Fahrvorganges die Variable W_sumEn immer auf den Wert Null zurückgesetzt. Die Berechnung der Reibarbeit beginnt, sobald die aktuelle Drehzahl der Antriebsmaschine von der Synchrondrehzahl in der zuletzt eingelegten Gangstufe deutlich abweicht, d.h. eine bestimmte Abweichung überschreitet oder aber eine zusätzliche, vorgegebene Verzögerungszeit seit dem Schaltbefehl der Steuerung abgelaufen ist. Daher wird dieser Zeitpunkt auch mit t₁ bezeichnet. Dieser beschreibt die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn eines Schaltvorganges, im einzelnen die Einleitung eines Schaltvorganges und eine bestimmte Zeitdauer des Schaltvorganges. Die Aufsummierung wird erreicht, wenn die Synchrondrehzahl, d.h. die Drehzahl der Antriebsmaschine in der einzulegenden Gangstufe eine entsprechende Vergleichsdrehzahl erreicht oder die Schaltung abgebrochen wird. Dieser Zeitraum ist mit t₂ oder auch t_synchron bezeichnet. Diese mathematische Verknüpfung der einzelnen Größen erfolgt im Verfahrensschritt 2, während die Aufsummierung zu W_sumEn im nächsten Verfahrensschritt erfolgt. Die Aufsummierung kann dabei fortlaufend, d.h. parallel zur Ermittlung der einzelnen, die Belastung der kraftschlüssig miteinander zu koppelnden Elemente charakterisierenden Größen erfolgen oder aber nach einem bestimmten Zeitraum aus den mit der mathematischen Verknüpfung zueinander in Beziehung gesetzten, die Belastung der kraftschlüssig miteinander zu koppelnden Elementen charakterisierenden Größen.
Die 2 verdeutlicht die erfindungsgemäße Modellierung des thermischen Verhaltens am Beispiel einer Eins-Zwei-Schaltung, d.h. eines Schaltvorganges zwischen einem ersten Gang als Ausgangsgang G_Ausgang und einem zweiten Gang, G_Ziel als Zielgang, welcher durch die Betätigung eines Schaltelementes S_EZn gekennzeichnet ist, anhand eines Diagrammes, mit dem Auftrag der Vergleichsvariablen W_min, W_max und W_sumEn über der Zeit t. Daraus wird ersichtlich, daß zum Zeitpunkt t₀ die Zündung eingeschaltet wird und zu einem Zeitpunkt t₁ ein Signal für einen ersten Schaltstufenwechsel zwischen dem ersten Gang als Ausgangsgang G_Ausgang und dem zweiten Gang als Zielgang G_Ziel gegeben wird. Der Schaltvorgang erstreckt sich dabei bis zu einem Zeitpunkt t₂ und ist durch Erreichen der Synchrondrehzahl für diesen zweiten Gang charakterisiert. Daraus wird ersichtlich, daß bereits während des vorgenommenen ersten Schaltvorganges zwischen dem ersten und dem zweiten Gang eine Überschreitung des Minimalwertes W_min durch die Vergleichsvariable W_sumEn erfolgt. Die Schaltung wird daher möglichst rasch beendet, hier zum Zeitpunkt t₂ und die weiteren Schaltstufenwechsel zwischen dem ersten und zweiten Gang werden vorerst gesperrt. Über die nunmehr erfolgenden weiteren Schaltvorgänge wird die Vergleichsvariable W_sumEn um einen Betrag K, welcher das thermische Verhalten des Schaltelementes bei Nichtbetätigung wiederspiegelt, reduziert. Damit werden bereits beim Übergang vom Bereich < W_min zum Bereich > W_min der Zielgang, d.h. der zweite Gang und insbesondere die Schaltvorgänge zwischen dem ersten und dem zweiten Gang wieder freigegeben. Bei einem weiteren zweiten Schaltvorgang zwischen dem ersten und dem zweiten Gang wird die Vergleichsvariable wieder überwacht und bei Überschreitung des Minimalwertes W_min der Gangstufenwechsel zu Ende geführt, was zum Zeitpunkt t₄ erfolgt sowie weitere Gangstufenwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Gang gesperrt. Zusätzlich müßten, um eine Überlastung des Schaltelementes des zweiten Ganges zu vermeiden, auch andere Gangstufenwechsel, bei welchen das Schaltelement des zweiten Ganges im Zielgang betätigt wird, über eine Zeitdauer gesperrt werden, insbesondere bis die Vergleichsvariable wieder unter dem Vergleichswert liegt. Aus Vereinfachungsgründen ist dies jedoch an diesem Diagramm nicht wiedergegeben. Auch hier erfolgt bei weiteren Schaltvorgängen, bei welchen das Schaltelement des zweiten Ganges nicht beteiligt ist, eine Reduzierung des dem Schaltelement des zweiten Ganges zugeordneten Vergleichswertes um einen, das thermische Verhalten des Schaltelementes des zweiten Ganges abbildenden Wert, welcher im Signalflußbild mit K bezeichnet wurde, und der bei Unterschreitung des Minimalwertes W_min zu einer Freigabe weiterer Schaltvorgänge zwischen dem ersten und dem zweiten Gang führt. Zusätzlich ist im Diagramm ein weiterer Grenzwert W_max eingetragen. Dieser Grenzwert W_max muß dabei derart gewählt werden, daß ein kurzzeitiges Überschreiten des Wertes noch nicht zu Beschädigungen führt. Der entsprechende Minimalwert W_min ist derart auszulegen, daß eine Schaltung mit Korrektur der Lamellenrutschzeit den oberen Grenzwert W_max nicht überschreitet.

Claims

Verfahren zum Überlastschutz von Schaltelementen in automatischen oder automatisierten Getrieben; 1.1 bei einem n-ten Schaltvorgang zwischen einem Ausgangsgang G_Ausgang und irgendeinem Zielgang G_Ziel in einem Fahrzeugzyklus wird mit Betätigung mindestens eines bestimmten Schaltelementes S_EZn des Zielganges mindestens eine, die Belastung der miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente dieses Schaltelements S_EZn Größe A wenigstens bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl oder über einen vorgebbaren Zeitraum, welcher einem Wert bis zur maximalen zulässigen Schaltdauer T_max entspricht, ermittelt; 1.2 die die Belastung der miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente dieses Schaltelementes charakterisierende Größe A oder Größen in einer Variablen W_sumEn für den Fahrzyklus aufsummiert, die diesem bestimmten Schaltelement zugeordnet wird; 1.3 die Variable W_sumEn wird mit einer Vergleichsvariablen W_min verglichen, wobei 1.3.1 bei Unterschreitung des Vergleichswertes im Falle weiterer Schaltvorgänge, welche frei von der Betätigung dieses Schaltelementes S_EZn sind, die Vergleichsvariable W_sumEn für das bestimmte Schaltelement S_EZn nach vordefnierbaren Zeiträumen um einen bestimmten temperaturabhängigen Wert K reduziert wird; 1.3.2 bei Überschreitung nach Beendigung dieses n-ten Schaltvorganges jede Schaltung mit Betätigung dieses Schaltelementes S_EZn unterbunden wird, bis W_sumEn < W_min.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug des temperaturabhängigen Wertes K in fest vorgegebenen oder frei vorgebbaren Zeitintervallen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abzug des temperaturabhängigen Wertes K jeweils nach Beendigung eines Gangstufenwechsels zwischen einem beliebigen Ausgangsgang G_Ausgang und einem Zielgang G_Ziel, welcher frei von der Betätigung des bestimmten Schaltelementes ist, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufsummierte Variable W_sumEn nach Beendigung eines Fahrzyklus oder zu Beginn eines neuen Fahrzyklus auf Null zurückgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 5.1 bei welchem während eines Fahrzyklus der maximale Wert für A ermittelt wird; 5.2 die Vergleichsvariable W_min bestimmt sich aus der Differenz eines mit einer Sicherheit vorgegebenen Grenzwertes W_max und dem maximalen Wert A_max.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Wert A_max mit einem Grenzwert verglichen wird und bei Überschreitung des Grenzwertes dem Fahrer eine Warnmeldung zur Überprüfung des Schaltelementes signalisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beendigung jedes Schaltvorganges mit Betätigung des bestimmten Schaltelementes S_EZn der die Belastung des Schaltelementes charakterisierende Maximalwert A_max gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Belastung der miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente charakterisierende Größe A direkt oder indirekt. aus weiteren, diese beschreibenden Größen ermittelt wird, wobei die diese beschreibenden Größen fortlaufend ermittelt werden und über die Zeitdauer der Ermittlung aufintegriert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Belastung der miteinander kraftschlüssig zu koppelnden Elemente charakterisierende Größe A von der Reibarbeit W_Reib gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibarbeit W_Reib eine Funktion der aktuellen Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl der Getriebeeingangswelle beziehungweise der mit dieser gekoppelten Antriebsmaschine, dem zur Beaufschlagung oder Betätigung der kraftschlüssig miteinander in Wirkverbindung bringbaren Elemente erforderliche Druck, und der Rutschzeit t_Rutsch bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibarbeit W_Reib nach folgender Formel für jeden Zeitpunkt ermittel wird:
mit t₁ = 0 t₂ = t_rutsch
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fahrzyklus durch die Zeitdauer nach Einschalten der Zündung und dem Abschalten gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer zwischen einer Ausschaltung der Zündung und einer erneuten Inbetriebnahme ermittelt wird und im Fall eines Unterschreitens einer Mindestzeit die Ausschaltung der Zündung und erneute Inbetriebnahme nicht berücksichtigt wird, wobei die nach erneuter Inbetriebnahme fortlaufende Zeitdauer zu dem einen Fahrzyklus hinzugezählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Minimierung um den Korrekturwert K für jedes nicht betätigte Schaltelement fortlaufend nach vordefinierbaren Zeiträumen stattfindet.