DE10255181A1 - Verfahren zur Regelung des Kupplungsdruckes für einen Gangwechsel bei einem Automatikgetriebe - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Kupplungsdruckes für einen Gangwechsel bei einem Automatikgetriebe Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kupplungsdruckes für einen Gangwechsel bei einem Automatikgetriebe. Um ein verbessertes Regelverfahren bereitzustellen, mit dem eine weitere Komforterhöhung erreichbar ist und mit dem der Applikationsaufwand sowie die Programmkomplexität verringert werden können, wird vorgeschlagen, dass die Methode der zeitoptimalen Regelung eingesetzt wird, wobei der Kupplungsdruck derart geregelt wird, dass zeitoptimal die Motordrehzahl an die Getriebedrehzahl angepasst wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kupplungsdruckes für einen Gangwechsel bei einem Automatikgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Ein wesentliches Ziel von heutigen Automatikgetrieben besteht in der Optimierung und Erhöhung des Schaltkomforts. Den einflussreichsten Parameter bezüglich des Schaltkomforts stellt die Fahrzeugbeschleunigung dar, weshalb es ein primäres Ziel der Komfortoptimierung ist, die für den Schaltvorgang maßgeblichen Drücke in den Kupplungen derart zu gestalten, dass ein gewünschtes Beschleunigungsverhalten erreicht wird.
  • Es ist bekannt, zur Einstellung des Kupplungsdruckes gesteuerte Verfahren einzusetzen, wobei zur Steuerung des Druckes in Abhängigkeit der verschiedensten Parameter wie z. B. Getriebeeingangsdrehzahl, Motordrehmoment, Getriebetemperatur, Drosselklappenstellung, Motordrehzahl etc. eine Vielzahl von Kennfeldern in der elektronischen Getriebesteuerung hinterlegt ist. Die Anzahl der Kennfelder kann sich noch vervielfachen, wenn unterschiedliche Schaltprogramme wie Sport-Programm, Winterprogramm, Bergfahrprogramm, Economyprogramm etc. abrufbar sein sollen.
  • Gesteuerte Verfahren haben den Nachteil eines sehr hohen Rpplikationsaufwandes: Es ist eine sehr große Anzahl von Parametern in den Kennfeldern einzustellen, was entsprechend viel Speicherplatz benötigt. Des Weiteren reagieren die gesteuerten Verfahren nur unzureichend auf Änderun gen der Fahrervorgaben, Nichteinhaltung von Vorgabewerten oder Störungen.
  • Zur Komfortverbesserung sind prinzipiell auch Schaltverlaufregelungen bekannt – vgl. ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 96 (1994), "Intelligente Steuerung von Automatikgetrieben durch den Einsatz der Elektronik", S. 228 – 235, S. 232. So besitzt das Getriebe des BMW 740i und 540i eine Schaltverlaufregelung, bei der in Abhängigkeit der Turbinendrehzahl des Getriebes der Kupplungsdruck entsprechend abgesenkt oder angehoben wird.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein weiter verbessertes Regelverfahren bereitzustellen, mit dem eine weitere Komforterhöhung erreichbar ist und mit dem der Applikationsaufwand sowie die Programmkomplexität verringert werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Regelung des Kupplungsdruckes vorgesehen, bei dem die an sich bekannte Methode der zeitoptimalen Regelung eingesetzt wird (zur Methode der zeitoptimalen Regelung siehe z. B. Unbehauen, "Regelungstechnik II" Vieweg Verlag, S. 224 bis 228). In der erfindungsgemäßen Anwendung wird der Kupplungsdruck derart geregelt, dass zeitoptimal die Motordrehzahl an die Getriebedrehzahl angepasst wird. Dadurch erhält man ein einfach zu parametrierendes Verfahren mit guten Regeleigenschaften. Der Schaltkomfort ist erhöht, da während der Regelung der Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung sprungfrei und kleiner als ein bestimmter zulässiger Maximalwert ist. Die Synchronisierung der Kupplung ist daher kaum spürbar.
  • Bevorzugt wird eine Soll-Änderung einer Regelabweichung x3, also die Änderung der Differenz von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl, aus der Steuerkennlinie f(x3) = -sign(x3)·√(2·Ks·b∣⁣x3∣⁣) erhalten, wobei Ks die Prozessverstärkung und b die maximale Drehzahlbeschleunigungskraft bedeuten. Zwar könnte prinzipiell dieses Regelgesetz durch ein anderes, beispielsweise durch ein P-Glied, ersetzt, also die Steuerkennlinie durch eine Gerade angenähert werden. Die oben genannte Steuerkennlinie ist jedoch bevorzugt, da dadurch eine optimale Anpassung der Motordrehzahl an die Getriebedrehzahl und damit ein optimaler Schaltkomfort erreicht wird.
  • Da die Änderung der Regelabweichung als Messwert nicht verfügbar ist, wird die Ist-Änderung der Regelabweichung durch Differenzierung erhalten.
  • Bevorzugt wird entsprechend der Differenz von Soll- und Ist-Änderung der Regelabweichung die Drehzahlbeschleunigungskraft bestimmt, wobei diese nur einen Maximal- oder einen Minimalwert annehmen kann. Diese entspricht einer optimalen Steuerfunktion
    Figure 00030001
    und damit einer optimalen Anpassung der einzuregelnden Drehzahl an den Sollwert.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform bildet die Drehzahlbeschleunigungskraft den Eingangswert eines Integrators, der zur Implementierung des Übertragungsverhaltens der zeitoptimalen Regelung vorgesehen ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Integrator beidseitig begrenzt, wobei die Begrenzungsparameter zur Anpassung der Regelung an den jeweiligen Anwendungsfall spezifisch eingestellt werden. Dadurch wird auch erreicht, dass sich die komfortrelevante Größe, das Drehmoment MT, nur kontinuierlich verändert und damit ruckfrei geschaltet wird.
  • Zur Erhöhung des Schaltkomforts und, um ein ruckfreies Schalten zu ermöglichen, wird der Initialisierungswert des Integrators so eingestellt, dass das Abtriebsmoment des Getriebes zu Beginn der Regelung den gleichen Wert hat wie in der Konstantphase vor Regelungsbeginn.
  • Die Stellgröße, nämlich der Kupplungsdruck, wird in einfacher Weise in dem Regelkreis aus den Getriebeparametern und der einzuregelnden Drehzahl und dem damit verbundenen Drehmoment berechnet.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
    •
  • Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Regelkreises zur Regelung des Kupplungsdruckes für einen Gangwechsel bei einem Automatikgetriebe.
  • Die einzelnen Funktionsblöcke sind mit Ziffern 1 bis 13 gekennzeichnet und deren Funktion durch Beschriftung oder Diagramme angedeutet.
  • Ein bestimmter Kupplungsdruck p, wie er die Ausgangsgröße eines Funktionsblockes 3, der weiter unten genauer beschrieben wird, bildet, bildet als Stellgröße die Eingangsgröße für eine Reihe dem Fahrzeug zugeordneter Funktionsblöcke 5 bis 10.
  • Der Block 5 beschreibt dabei das Übertragungsverhalten der Kupplung, also die Umwandlung Druck in Drehmoment MT, was in der Zeichnung angedeutet ist durch den Quotienten my/iK. Das Drehmoment MT wirkt gleichermaßen auf beide Kupplungsscheiben und wird somit einerseits beeinflusst durch die Fahrzeugträgheit, was durch die Funkionsblöcke 6 und 8 angedeutet ist, und andererseits durch die Motorträgheit, was durch die Funktionsblöcke 7 und 10 angedeutet ist. Durch die Fahrzeugträgheit steht das Drehmoment MT in Wechselwirkung mit einem durch die Fahrzeugträgheit induzierten Moment JG (Funktionsblock 6) und durch die Motorträgheit in Wechselwirkung mit einem durch die Motorträgheit induzierten Moment JMot (Funktionsblock 7). Die Funktionsblöcke 8 und 10 deuten lediglich an, dass die Regelgröße einer Übertragungsfunktion 1/s unterliegt.
  • Die Regelgröße ist die Motordrehzahl n_mot, die auf eine Solldrehzahl w, die sich durch Multiplikation aus der Getriebeabtriebsdrehzahl n_ab und der Gangübersetzung des neuen Ganges ig (im Funktionsblock 11) ergibt, eingeregelt werden soll. Beide Drehzahlen n_ab und n_mot sind fahrzeugseitige Ausgangsgrößen.
  • Die eigentliche Regelung geschieht nun außerhalb der Fahrzeugkomponenten, also außerhalb der Funktionsblöcke 5 bis 10. Hierbei wird erfindungsgemäß eine zeitoptimale Regelung eingesetzt, in der die Motordrehzahl n_mot zeitoptimal auf die Soll- bzw. Getriebedrehzahl w eingeregelt wird. Dazu sind die weiteren Funktionsblöcke 12, 13 und 1 bis 3 vorgesehen.
  • Der zentrale Funktionsblock der zeitoptimalen Regelung ist der Block 13. In diesem Block ist die Schaltkennlinie realisiert. Die Schaltkennlinie ist gegeben durch f(x3) = -sign(x3)·√(2·Ks·b∣⁣x3∣⁣) ,wobei Ks eine Prozessverstärkung und b ein maximaler Momentengradient bedeuten. Für die Prozessverstärkung kann angenommen werden: Ks = 1/JMot. Es wird hier also der Sollwert für die Änderung der Regelabweichung x3 = (n_mot – w) bestimmt.
  • Der Istwert der Änderung der Regelabweichung ist als Messwert nicht verfügbar und wird daher durch die zeitliche Ableitung der Regelabweichung in Funktionsblock 12 erhalten.
  • Entsprechend der Differenz von Soll- und Ist-Änderung der Regelabweichung x3 wird in Funktionsblock 1 nach den Gesetzen der zeitoptimalen Regelung
    Figure 00070001
    der Momentengradient bestimmt, wobei dieser nur einen Maximalwert +b oder einen Minimalwert -b annehmen kann.
  • Der Momentengradient +/-b bildet den Eingangswert eines Integrators (Funktionsblock 2), der zur Implementierung des Übertragungsverhaltens (1/s) der zeitoptimalen Regelung vorgesehen ist. Der Integrator ist beidseitig begrenzt, wobei die Begrenzungsparameter zur Anpassung der Regelung an den jeweiligen Anwendungsfall spezifisch eingestellt werden. Der Initialisierungswert "Init" des Integrators wird so eingestellt, dass das Abtriebsmoment des Getriebes zu Beginn der Regelung den gleichen Wert hat wie in der Konstantphase vor Regelungsbeginn.
  • Der Ausgangswert des Integrators, also die komfortrelevante Größe Drehmoment MT, bildet die Eingangsgröße des Funktionsblockes 3, in dem die Stellgröße, nämlich der Kupplungsdruck p, aus den Getriebeparametern, der einzuregelnden Drehzahl und dem damit verbundenen Drehmoment berechnet wird. Dies ist durch den Quotienten iK/my angedeutet, wobei iK einen Konstruktionsfaktor und my einen Reibwert darstellen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Regelung des Kupplungsdruckes (p) für einen Gangwechsel bei einem Automatikgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Methode der zeitoptimalen Regelung eingesetzt wird, wobei der Kupplungsdruck (p) derart geregelt wird, dass zeitoptimal die Motordrehzahl (n_mot) an die Getriebedrehzahl (w) angepasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Soll-Änderung einer Regelabweichung (x3), also die Änderung der Differenz von Motordrehzahl (n_mot) und Getriebedrehzahl (w), aus einer Steuerkennlinie f(x3) = -sign(x3)·√(2·Ks·b∣⁣x3∣⁣) erhalten wird, wobei Ks die Prozessverstärkung und b ein maximaler Momentengradient darstellen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Änderung der Regelabweichung (x3) durch Differenzierung erhalten wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Differenz von Soll- und Ist-Änderung der Regelabweichung (x3) der Momentengradient (b) bestimmt wird, wobei dieser nur einen Maximal- (+b) oder Minimalwert (-b) annehmen kann.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentengradient (b) den Eingangswert eines Integrators (2) bildet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (2) zur Implementierung des Übertragungsverhaltens der zeitoptimalen Regelung vorgesehen ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (2) beidseitig begrenzt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsparameter anwendungsspezifisch eingestellt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Initialisierungswert (Init) des Integrators (2) so eingestellt wird, dass das Abtriebsmoment (MT) zu Beginn der Regelung den gleichen Wert hat wie in der Konstantphase vor Regelungsbeginn.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsdruck (p) in dem Regelkreis aus den Getriebeparametern (iK) und der eingeregelten Drehzahl und dem damit verbundenen Drehmoment berechnet wird.
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