DE2050918C3 - Steuervorrichtung für Stufenwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen mit einem hydraulischen Drehmomentwandler - Google Patents
Steuervorrichtung für Stufenwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen mit einem hydraulischen DrehmomentwandlerInfo
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Description
höheren Gänge eingelegt ist.
Bei dem Entwurf des Steuergerätes hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Steuergerät einen
Funktionsgeber umfaßt, der Übergangsfunktionen für den Druckanstieg bzw. Druckabfall bei Betätigung der
hydraulischen Brems- und/oder Kupplungselemente erzeugt. Auf diese Weise wird nicht nur die Höhe des
Schaltdruckes als Führungsgröße vom Steuergerät erzeugt, sondern bei Ansteuerung eines Brems-
und/oder Kupplungselementes werden die Eingriffscharakteristiken der Brems- und/oder Kupplungselemente
vorgegeben. Diese Maßnahme bewirkt im Getriebe ruckfreie stetig übergehende Lastübernahme beim
Wechseln der Gänge, so daß sich der im Getriebe stattfindende DrehzahlanpassungsVorgang nicht auf das
Fahi zeug auswirkt. Für die Wirkungsweise der Funktionsgeber stehen zwei Möglichkeiten zur Wahl.
Entweder wird entsprechend der vom Steuergerät gelieferten Führungsgröße mit Hilfe eines ersten
elektrohydraulischen Drucksteuerventils ein in einer Sammelleitung anstehender Schaltdruck erzeugt und
entsprechend den Übergangsfunktionen mit Hilfe weiterer elektrohydraulischer Drucksteuerventile auf
beispielsweise hydraulische Betätigungszylinder übertragen, die ihrerseits die Brems- und/oder Kupplungselemente
in Eingriff bringen. Oder aber es besteht die Möglichkeit, daß zum Betätigen der hydraulischen
Brems- und/oder Kupplungselemente wiederum elektrohydraulischt Drucksteuerventile vorhanden sind,
denen die für den Druckanstieg bzw. Druckabfall von den Funktionsgebern in ihren Übergangsfunktionen
modifizierte elektrische Führungsgröße für den Schaltdruck zugeführt ist, so daß sie sowohl die Übergangsfunktionen als auch die Höhe des Schaltdruckes
erzeugen.
Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in
Verbindung mit dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es
zeigt
F i g. 1 das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
F i g. 2 und 3 Blockschaltbilder des elektronischen Steuergerätes mit Funktionsgeber,
F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel eines elektrohydraulisehen
Drucksteuerventils,
Fig. 5 das Schaltbild eines elektronischen Steuerkreises,
F i g. 6 das Schaltbild eines Funktionsgebers.
In der Fig. 1 ist bei 110 eine Brennkraftmaschine
angedeutet, die über einen hydraulischen Drehmomentwandler 111 ein Planetengetriebe 112 antreibt, das in
der Figur nicht näher gezeichnete Antriebsräder eines Fahrzeuges entsprechend dem eingelegten Gang über
den Drehmomentwandler 111 mit dem Motor verbindet.
Die verschiedenen Gänge im Planetengetriebe werden jeweils mit nicht in der Figur näher gezeigten
Bremselementen B1 und B 2 sowie Kupplungselementen
K 1 und K 2 eingelegt. Die Brems- oder Kupplungselemente werden mit Hilfe von hydraulischen Betäti-
gungszylindern, die ebenfalls in der Figur nicht näher gezeigt sind, in Eingriff gebracht bzw. gelöst. Der
hydraulische Drehmomentwandler 111 ist über einen Druckbegrenzer 113 an eine Sammelleitung 114
angeschlossen. Die Sammelleitung 114 wird von einer Pumpe 115 mit Hydraulikmittel versehen, und der
Schaltdruck des Hydraulikmittels wird von einem hydraulisch arbeitenden Hauptdruckregler 116 einreguliert.
Der Hauptdruckregler 116 ist über eine Leitung 117 an die Sammelleitung 114 angeschlossen und weist
einen Regelschieber 118 auf, der gegen eine Feder 119
arbeitet. Die Feder 119 befindet sich in einem Steuerdruckraum 120. Der Steuerdruckraum 120 ist an
den Ausgang eines Vorsteuerreglers 121 angeschlossen, der als elektrohydraulisches Drucksteuerventil ausgebildet
ist und seine Steuerbefehle von dem Steuergerät 122 erhält.
Der Regelschieber 123 des Vorsteuerreglers 121 ist mit dem Anker 124 eines Elektromagneten 125
verbunden. Der Regelschieber 123 des Vorsteuerreglers 121 wird von der auf den Anker 124 wirkenden
Magnetkraft entgegen der Kraft einer Nullstellungsfeder 126 bewegt. Ist der Elektromagnet 125 stromlos, so
stellt die Nullstellungsfeder 126 den Regelschieber 123 in die linke Endlage, so daß im Steuerdruckraum Ϊ20 des
Hauptdruckreglers 116 maximaler Druck herrscht. Der
Regelschieber 118 des Hauptdruckreglers nimmt dann ebenfalls seine linke Endlage ein, so daß die Sammelleitung
114 in dieser Stellung der beiden Regler 116 und
121 ihren maximalen Druck annimmt. Wird beispielsweise die Verbindung des Elektromagneten 125 zum
Steuergerät 122 unterbrochen, so nimmt der Steuerdruck in der Sammelleitung 114 nicht etwa den Wert
Null, sondern den maximalen Wert an. Somit besteht zwischen der elektrischen Eingangsgröße des Elektromagneten
125 des Vorsteuerreglers 121 und dessen Ausgangsdruck eine umgekehrte Proportionalität. Zur
Erzeugung des Schaltdruckes für den 2. Gang ist ein elektrohydraulisches Drucksteuerventil 127 vorgesehen,
das ähnlich wie der Vorsteuerregler 121 aufgebaut ist. Sein Regelschieber 128 wird von einem Anker 129
bewegt, auf den die Magnetkraft eines Elektromagneten 130 wirkt. Die Eingangsgröße des Elektromagneten 130
wird wiederum vom Steuergerät 122 geliefert. Das elektrohydraulische Drucksteuerventil 127 steuert einen
proportional wirkenden hydraulischen Verstärker 131, der über eine Leitung 132 an die Sammelleitung 114
angeschlossen ist und dessen Ausgang über eine Leitung 133 das Bremsband B\ betätigt. Der hydraulische
Verstärker 131 weist einen Regelschieber 134 auf, der gegen die Kraft einer Rückstellfeder 135 arbeitet. Der
hydraulische Verstärker 131 dient lediglich als Leistungsverstärker, der den vom elektrohydraulischen
Drucksteuerventil 127 gelieferten Schaltdruck weiterleitet, dabei jedoch einen erheblich höheren Mengendurchsatz
erlaubt, als das elektrohydraulische Drucksteuerventil 127 alleine es zulassen würde. Zui
Betätigung des 3. Ganges ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich ein Magnetventil 136 vorgesehen,
um anzudeuten, daß es beim Einlegen höherei Gänge völlig ausreicht, den vom Steuergerät festgeleg
ten Schaltdruck einzuschalten bzw. auszuschalten, ohm daß der Druckanstieg bzw. der Druckabfall dabei mi
einer vom Funktionsgeber erzeugten Übergangsfunk tion erfolgt Das Magnetventil 136 ist über eine Leitunj
137 an die Sammelleitung 114 angeschlossen und führ über eine Leitung 138 und 139 zu der hydrauliscl
betätigbaren Kupplung Ki des Planetengetriebes 112
An die Pumpe 115 ist ferner ein Wählschieber 140 übei
eine Leitung 141 angeschlossen. Der Wählschieber 14<
umfaßt einen Steuerkolben 142, der gleichzeitij
Steuerkontakte 143 schließt, so daß für jeden eingeleg ten Fahrbereich sowohl ein Steuerkontakt geschlossei
ist, als auch eine festgelegte Stellung des Steuerkolben 142 des Wählschiebers 140 maßgeblich ist An zwe
Ausgänge des Wählschiebers 140 ist über ein erste
hydraulisches ODER-Glied 144 ein Sperrschieber 145 angeschlossen. Zwischen der Leitung 138 und einer
Leitung 147, die zum Wählschieber 140 führt, ist ein zweites hydraulisches ODER-Glied gelegt, dessen
dritter Anschluß mit der Leitung 139 verbunden ist. Zwischen die Leitung 133 und die Leitung 138 ist ein
drittes hydraulisches ODER-Glied 148 gelegt, dessen dritter Anschluß über eine Leitung 149 ebenfalls zum
Sperrschieber 145 führt. Die hydraulischen ODER-Glieder 144, 146 und 148 sind als Zwei wege-Kugelrückschlagventile
ausgebildet. Steht nun die Leitung 133 unter Druck, so kann sich dieser Druck über das
ODER-Glied 148 auf die Leitung 149 übertragen. Der Sperrschieber 145 nimmt dann eine solche Ausgangslage
an, daß eine Leitung 157, über die das Bremselement B 2 zum Einlegen des 1. Ganges mit Hydraulikmittel
versehen wird, drucklos bleiben muß. Somit kann der erste Gang nicht angewählt werden, so lange in der
Leitung 133 Druck herrscht. Das gleiche gilt, wenn in der Leitung 138 Druck vorhanden ist. Über die beiden
ODER-Glieder 146 und 148 kann sich wiederum Druck in der Leitung 149 aufbauen, der den Steuerschieber in
einer Stellung hält, in welcher die Leitung 157 drucklos bleibt. Sind nun jedoch die beiden Leitungen 133 und
138 drucklos, und hat der Steuerkolben 142 des Wählschiebers 140 die für den 1. Getriebegang
vorgesehene Stellung eingenommen, so erhält die Kupplung K1 über eine Leitung 150 aus dem
Verteilerschieber unter Schaltdruck stehendes Hydraulikmittel, und über das erste hydraulische ODER-Glied
144 liegt an dem Sperrschieber 145 Hydraulikdruck an, so daß er aus seiner gezeichneten Ruhelage in die
entgegengesetzte Endlage bewegt wird und sich in der Leitung 157 Schaltdruck aufbauen kann. Der 1. Gang
wird somit eingelegt, ohne daß das Steuergerät 122 erforderlich ist, so daß im Störungsfall das Fahrzeug sich
aus eigener Kraft bewegen kann. Die Bremse B 1 wird ebenfalls im Rückwärtsgang in Eingriff gebracht,
zusammen mit der Kupplung K 2, der auch unabhängig vom Steuergerät alleine vom Wählschieber 140
Schaltdruck zugeleitet wird. Dem Steuergerät 122 sind bei 151 eine elektrische, der Fahrgeschwindigkeit
proportionale Größe bei 152 eine elektrische, der Ausgangsdrehzahl des hydraulischen Drehmomentwandlers
entsprechende Größe und bei 153 eine der Fahrpedalstellung entsprechende Größe zugeführt. Zur
Versorgung mit Speisespannung ist das Steuergerät bei 154 an eine Fahrzeugbatterie 155 einer nicht näher
bezeichneten elektrischen Anlage des Fahrzeuges angeschlossen. Eine Funktion des Steuergerätes 122 ist
die Vorgabe der Führungsgröße, nach der der in der Sammelleitung 114 anstehende Schaltdruck erzeugt
wird. Die hierfür erforderlichen schaltungstechnischen Einzelheiten werden in den folgenden Figuren noch
näher beschrieben. Weiterhin obliegt dem Steuergerät die Gangwahl entsprechend der Vorgabe am Verteilerschieber
und den Meßdaten über die Fahrzeuggeschwindigkeit und den charakteristischen Geschwindigkeiten
am Getriebe.
In der Fig.2 enthält der Steuerkreis 10 die
elektronische Kennliniennachbildung. Als Eingangsgrößen sind hier eine drehzahlabhängige Spannung Un und
eine die Belastung steuernde Spannung Ux eingespeist.
Die Belastungsspannung Ux stellt beispielsweise die
Spannung eines Fahrpedales elektrisch dar und die *>5
Spannung Un ist zur Drehzahl am Getriebe proportional
bzw. steht zu ihr in einem definierten Verhältnis. Die als Führungsgröße für den Schaltdruck dienende Ausgangsgröße
der Kennliniennachbildung ist einem elektrohydraulischen Drucksteuerventil 11 zugeleitet,
das den Schaltdruck entsprechend seiner Eingangsgröße einregelt. Der Druckanstieg bzw. Druckabfall des
Schaltdruckes an einem hydraulischen Betätigungselement 12 des Getriebes wird von einem weiteren
elektrohydraulischen Drucksteuerventil 13 erzeugt, dessen elektrische Eingangsgröße die Ausgangsgröße
eines Funktionsgebers 14 ist. Der Funktionsgeber 14 hat den Eingang E\ zum Einschalten einer an seinem
Ausgang 86 als Steuergröße abnehmbaren ansteigenden Übergangsfunktion und den Eingang E 2 für eine an
seinem Ausgang 86 als Steuergröße abnehmbaren abfallenden Ubergangsfunktion. Seine elektrisch vorgegebene
Übergangsfunktion wird von dem elektrohydraulischen Drucksteuerventil 13 in einen Druckanstieg
bzw. in einen Druckabfall umgeformt; die Druckänderungen liegen dabei zwischen Null und dem Schaltdruck.
Der Schaltdruck wird von dem elektrohydraulischen Drucksteuerventil 11 entsprechend der Führungsgröße
aus der Kennliniennachbildung gesteuert. Die Kennliniennachbildung
erzeugt aus den elektrischen Eingangsgrößen Ux und Un eine Ausgangsspannung, die dem
Drehmoment am Getriebeeingang proportional ist.
Die in F i g. 3 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung nach F i g. 2 lediglich dadurch, daß
der Funktionsgeber 14 unmittelbar an den Ausgang des elektronischen Steuerkreises 10 geschaltet ist und
unmittelbar die elektrische Führungsgröße für den Schaltdruck entsprechend der vom Funktionsgeber 14
erzeugten Übergangsfunktion ansteigen bzw abfallen läßt. Bei dieser Anordnung ensteht somit kein ständig
unter Schaltdruck stehender hydraulischer Kreis, sondern die Höhe als auch der Druckanstieg bzw. der
Druckabfall des Schaltdruckes werden unmittelbar bei jeder Schalterbetätigung von jeweils einem elektrohydraulischen
Drucksteuerventil erzeugt.
Wie aus der F i g. 1 schon hervorgeht, sind derartige Drucksteuerventile nicht für jeden Getriebegang
erforderlich. Die Blockschaltbilder gemäß F i g. 2 und F i g. 3 zeigen jeweils nur ein Betätigungselement des
Getriebes, mit dem beispielsweise ein Bremsband oder eine Kupplung eines Planetengetriebes in Eingriff
gebracht oder gelöst wird. Für die Betätigung ist schematisch ein hydraulischer Stellzylinder angedeutet.
Weiterhin erzeugt der in den F i g. 2 und 3 angedeutete Funktionsgeber aus einer Drehzahlgröße, der Spannung
Un und einer Fahrpedalgröße, der Spannung Ux, die
Führungsgröße. Anstatt der beiden Eingangsgrößen entsprechend dem Ausführungsbeispiel ist die Verwendung
zweier Drehzahlgrößen oder die Verwendung zweier Drehzahlgrößen und zusätzlich einer weiteren
Größe, beispielsweise Ux, möglich. Bei einem mit zwei
Drehzahlgrößen gespeisten Steuergerät bestehen diese beiden Größen vorteilhaft in einer Drehzahlspannung,
die der Eingangsdrehzahl des Wandlers entspricht und eine Drehzahlspannung, die der Ausgangsdrehzahl des
Wandlers entspricht
Ferner ist dem Steuergerät die Information Ober die Stellung eines sogenannten »kick-down-Schalters«
zugeleitet die ein Zurückschalten bewirken kann.
Die F i g. 4 zeigt die schematische Darstellung eines elektrohydraulischen Drucksteuerventiles. Das Drucksteuerventil
weist einen Regelschieber 20 auf, der zwei Steuerkolben 21 und 22 enthalt und mit einem Anker 23
im Innern einer elektromagnetischen Feldspule 24 verbunden ist Der Regelschieber 20 gleitet in einem
Zylinder 25, der eine Zuströmöffnung 26, eine
Rückströmöffnung 27, eine Rückführungsöffnung 28 und eine Ausgangsöffnung 29 aufweist. Von einer
Hydraulikmittelpumpe 30 wird durch die Zuströmöffnung 26 das unter einem Vordruck stehende Hydraulikmittel
in den Zylinder 25 geleitet. Überschüssiges Hydraulikmittel kann durch die Rückströmöffnung 27
zu einem nicht dargestellten Sammeltank zurückströmen. An der Ausgangsöffnung 29 tritt der entsprechend
der elektrischen Steuergröße eingestellte Ausgangsdruck ρ auf, der über eine Drossel 31 der Rückführungsöffnung 28 des Zylinders zugeleitet ist. Der Steuerkolben
21 stützt sich gegen eine Feder 32 ab.
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:
Für jede elektrische Führungsgröße nimmt der Regelschieber 20 eine Gleichgewichtslage ein, in der die
in der Regel geringe Federkraft der Feder 32 und die auf den Steuerkolben 21 wirkende Rückführungskraft im
Gleichgewicht zu der Magnetkraft stehen. Dadurch wird ein Teil der Zuströmöffnung 26 freigegeben und
die Rückströmöffnung 27 verdeckt, so daß sich in dem Raum zwischen den beiden Steuerkolben 21 und 22 ein
Druck aufbauen kann, der der elektrischen Steuergröße proportional ist. Schwankungen des Ausgangsdruckes ρ
werden über die Rückführung ausgeregelt.
Die Fig.5 zeigt in einem teilweise schematischen
Schaltbild des elektronischen Steuerkreises (10), wie dessen Eingangsgrößen erzeugt werden können. Eine
drehzahlproportionale Gleichspannung entsteht beispielsweise dadurch, daß sich ein mit der Drehzahl π
drehendes Zahnrad 38 an einem Impulsgeber vorbeibewegt, der ein Joch 39 und eine Aufnehmerspule 40
aufweist. Die Ausgangsimpulse der Aufnehmerspule werden in einem impulsformenden Verstärker 41
verstärkt und so umgeformt, daß ihr Gleichspannungsanteil der Drehzahl η proportional ist. Am Ausgang
eines Tiefpasses 42 ist die drehzahlproportionale Spannung Un abnehmbar, die an der Eingangsklemme
43 des elektronischen Steuerkreises eingespeist ist. Die Kennliniennachbildung weist einen Operationsverstärker
44 auf, dessen Ausgangswiderstand von dem veränderbaren Widerstand 45 gebildet wird. Wie durch
die gestrichelte Linie 46 angedeutet, wird der Widerstand 45 von einem Fahrpedal 47 verstellt. Das
Fahrpedal 47 steuert ebenfalls die Kraftstoffdosierung für eine in der Figur nicht dargestellte Brennkraftmaschine.
Der Operationsverstärker 44 weist in seiner Eingangsschaltung einen Differenzverstärker auf, so
daß er einen Minus-Eingang Mund einen Plus-Eingang
P hat. Vom Minus-Eingang M zum Ausgang des Operationsverstärkers führt ein fester Rückführwiderstand
48 und ein dazu parallelgeschalteter veränderbarer Rückführwiderstand 49. Der Plus-Eingang fliegt an
dem Abgriff 50 eines aus den beiden Widerständen 51
und 52 bestehenden Spanriur.gEteUerE, der zwischen eine
Minusleitung 53 und eine Plusleitung 54 geschaltet ist. Die Plusleitung 54 steht mit einer Betriebsspannungsquelle + Ub'in Verbindung, die Minusleitung 53 liegt an
Masse. Der Minus-Eingang M des Operationsverstärkers ist über die Reihenschaltung aus den Widerständen
55 und 56 an die Eingangsklemme 43 geführt Die Widerstände 55 und 56 sind in dem Punkt 57
miteinander verbunden. Vom Punkt 57 führt die Reihenschaltung einer Diode 58 mit einem Widerstand
59 an den Abgriffspunkt 60 eines Spannungsteilers, der
aus den Widerständen 61 und 62 besteht und ebenfalls von der Plusleitung 54 zur Minusleitung 53 führL
tionsverstärkers 44 ist über einen Additionswiderstand 63 an die Ausgangsklemme 66 geführt, an der die
Ausgangsspannung Ua 2 abnehmbar ist. Über einen weiteren Addierwiderstand 64 ist der Größe Ua 1 die
Ausgangsgröße eines Oszillators 67 überlagert, so daß an dem Additionswiderstand 65 die Summenspannung
aus der Spannung Ua I und der Oszillatorausgangsspannung abnehmbar ist.
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgenderma-Ben:
Die Verstärkung des Operationsverstärkers 44 hängt ab von dem Verhältnis der Widerstände im Rückführungskreis
zu den Widerständen in Eingangskreis. Der Eingangskreis enthält eine in Sperrichtung vorgespannte
Diode 58, die leitend wird, sobald die Spannung des Punktes 57 die Spannung des Punktes 60 überschreitet.
Somit verändert sich bei dieser Spännung die Verstärkung des Operationsverstärkers, da nur über die
leitfähige Diode 58 dem davor insgesamt wirksamen Eingangswiderstand weitere Widerstände parallel geschaltet
sind. Eine Verringerung des wirksamen Eingangswiderstandes erhöht die Gesamtverstärkung.
Die an der Eingangsklemme 43 zugeführte Drehzahlspannung wird somit mit verschiedener Übersetzung
auf den Ausgang des Operationsverstärkers übertragen. Durch Verstellen des veränderbaren Widerstandes 45 in
Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals 47 wird neben der Drehzahlspannung Un eine weitere Einflußgroße
auf die Ausgangsspannung der Schaltung wirksam.
Sollen noch weitere Korrekturen auf die Ausgangsspannung Ua 1 bzw. Ua 2 berücksichtigt werden, so ist
dafür ein weiterer veränderbarer Widerstand 49 vorgesehen. Es können sich über ein Verändern des
Widerstandes 49 beispielsweise Temperatureinflüsse oder spezielle Drehzahleinflüsse zusätzlich auf die
Ausgangsspannung Ua 2 auswirken. Das nichtlineare Widerstandsnetzwerk enthält im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine vorgespannte Diode. Es ist statt dessen auch eine Zenerdiode oder eine andere
Ausführung des nichtlinearen Netzwerkes zur Variation der gewünschten Kennlinie möglich. Wie durch den
Oszillator 67 angedeutet, kann der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers eine oszillierende Größe
überlagert werden. Dies hat den Vorteil, daß damit durch Reibung oder andere Einflüsse entstehende tote
Zonen bei elektrohydraulischen Drucksteuerventilen, die eine Kennlinie mit Hysterese erzeugen, keinen
wesentlichen Einfluß auf den Ausgangsdruck haben, da sich durch das Oszillieren ständig ein Mittelwert um
diese tote Zonen herum einpendelt.
In F i g. 6 ist ein Schaltbild für den Funktionsgeber
(14) gezeigt. Ein Kondensator 73 wird von einer ersten Konstantstromquelle geladen, die einen Feldeffekttransistor
74 in Reihe mit einem Widerstand 75 und einem Schalttransistor 76 aufweist Die Basis des Schalttransistors 76 ist über einen Widerstand 77 an die
Eingangsklemme £1 geführt Die zweite Konstant-Stromquelle zum Entladen des Kondensators 73 enthält
die Reihenschaltung eines Widerstandes 78 mit einem Feldeffekttransistor 79 und einem Schalttransistor 80.
Der Schalttransistor 80 ist über einen an seiner Basis angeschlossenen Widerstand ansteuerbar und an die
Eingangsklemme E 2 geführt Der Ausgang des
6s Kondensators ist über einen Widerstand 82 an den
Eingang eines als Rechenverstärker geschalteten Operationsverstärkers 83 geführt Vom Ausgang des
Operationsverstärkers 83 zu seinem Eingang führt eine
Zenerdiode 84 in Reihe mit einem Verstellwiderstand 85.
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:
Wenn die Eingangsklemme El ein positives Potential
gegenüber der Masseleitung 53 erhält, ist der Schalttransistor 76 stromführend und über den Feldeffekttransistor
74 kann der Kondensator 73 mit konstantem Strom aufgeladen werden. Die Verwendung des
Feldeffekttransistors hat den Vorteil, daß sich der Strom bei Temperaturveränderungen nur geringfügig ändert.
Soll der Kondensator 73 wiederum entladen werden, so wird die Klemme El mit einem negativen Potential
gegenüber der Plusleitung 54 angesteuert, so daß nun über den Widerstand 78, den Feldeffekttransistor 79 und
den Schalttransistor 80 ein konstanter Entladestrom fließen kann. Die durch das Laden und Entladen am
Kondensator entstehende Spannung wird über den
Operationsverstärker 83 an seinem Ausgang ausgekoppelt, wo sie an der Klemme 86 abnehmbar ist. Das Laden
und Entladen eines Kondensators mit konstantem Strom führt zu einem linearen Spannungsanstieg bzw.
Spannungsabfall. Dieser lineare Spannungsanstieg bzw. Spannungsabfall kann durch Verändern des Widerstandes
85 in der Rückführung des Operationsverstärkers 83 nichtlinear verformt werden. Ferner kann durch die
Zenerdiode 84 die Kennlinie in zwei Bereiche mit
ίο verschiedenen Steigungen unterteilt werden, so daß
beispielsweise die Spannung an der Ausgangsklemme 36 zunächst langsamer und dann steiler ansteigt. Die
Ausgangsspannung der Klemme 86 stellt unmittelbar die gewünschte Übergangsfunktion dar. Für den Fall,
daß unmittelbar die Ausgangsgröße des Steuerkreises mit den Übergangsfunktionen moduliert wird, kann die
Betriebsspannung des Operationsverstärkers 83 von der Ausgangsspannung Ua 1 gebildet oder geführt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Steuervorrichtung für Stufen-Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen mit einem hydraulischen
Drehmomentwandler, mit einem Wählschieber (140) zur Wahl der Fahrbereiche und mit hydraulischen
Betätigungselementen zum Schalten der Gänge, die einen elektronischen Steuerkreis (10) mit mindestens
zwei Eingängen für den Fahrzustand kennzeichnende Größen enthält, dessen Ausgangsgröße über
mindestens ein elektrohydraulisches Drucksteuerventil (11, 13) wenigstens ein hydraulisches Betätigungselement
steuert, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Steuerkreis (10) und dem hydraulischen Betätigungselement (12) ein
Funktionsgeber (14) mit einem ersten Eingang (E \) und einem zweiten Eingang (E2) vorgesehen ist,
dessen Ausgangsgröße (Ausgang 86) das elektrohydraulische Drucksteuerventil (11 bzw. 13) steuert,
wobei an den ersten Eingang (E]) bzw. an den zweiten Eingang (Et) des Funktionsgebers (14)
mittels des Wählschiebers (140) ein Potential anlegbar ist, und daß der Funktionsgeber (14) beim
Anlegen des Potentials an den ersten Eingang (E \) eine ansteigende, beim Anlegen des Potentials an
den zweiten Eingang (E2) eine fallende Größe an seinem Ausgang (86) erzeugt.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der elektrohydraulischen
Drucksteuerventile (11 und 13) ohne elektrische Ansteuerung die größtmögliche Druckgröße am Ausgang erzeugt und daß die elektrische
Steuergröße für diese elektrohydraulischen Drucksteuerventile (11 und 13) in umgekehrter Proportionalität
zu der hydraulischen Druckgröße steht.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit umgekehrter Proportionalität
arbeitenden elektrohydraulischen Drucksteuerventile (11 und 13) eine Nuüstellungsfeder (32)
aufweisen, die einen Steuerschieber in die Ruhelage bringen, worin er die größtmögliche Druckgröße
bewirkt.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 biä 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wahl des
einzulegenden Getriebeganges ein hydraulischer 4s Wählschieber (140) vorhanden ist, der gleichzeitig
für die entsprechenden Getriebegänge wahlweise elektrische Steuerkontakte (143) schließt und der
unabhängig von dem Steuergerät (122) wahlweise die Brems- und/oder Kupplungselemente des Getriebes
für einen Vorwärtsgang und den Rückwärtsgang mit Druckmittel ansteuert, und daß in den
Verbindungsleitungen vom Wählschieber (140) zu mindestens einem Teil der hydraulischen Bauelemente
hydraulische Logikeiemente, vorzugsweise in Form von Zwei-Wege-Kugelrückschlagventilen
(144,146 und 148) angeordnet sind, die Rückwirkungen
ausschließen.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die hydraulischen Logikelemente
(144, 146 und 148) ein Sperrschieber (145) zwischen den Wählschieber (140) und den Hydraulikleitungen
für die Betätigungen der höheren Getriebegänge eingeschaltet ist, so daß eine
Ansteuerung des ersten Ganges nur dann möglich ist, wenn keiner der höheren Gänge eingelegt oder
angesteuert ist
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Betätigen der hydraulischen
Brems- und/oder Kupplungselemente je zwei elektrohydraulische Drucksteuerventile (Ii und 13)
vorhanden sind, daß die ersten Ürucksteuerventile (13) von dem Funktionsgeber (14) angesteuert sind
und den Betätigungszylindern den Schaltdruck für die Brems- und/oder Kupplungselemente zuleiten,
und daß die zweiten elektrohydraulischen Drucksteuerventile (11) den Schaltdruck erzeugen.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen der hydraulischen
Brems- und/oder Kupplungselemente je ein elektrohydraulisches Drucksteuerventil (11) vorhanden
ist, dem die für den Druckanstieg bzw. Druckabfall von den Funktionsgebern (14) in ihren
Übergangsfunktionen modifizierte elektrische Steuergröße für den Schaltdruck zugeführt ist, so
daß sie sowohl die Übergangsfunktion als auch die Höhe des Schaltdruckes erzeugen.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als den Fahrzustand des
Fahrzeugs wiedergebende Größen eine in Abhängigkeit vom Fahrpedal veränderliche und eine in
Abhängigkeit von der Ein- oder Ausgangsdrehzahl des hydraulischen Drehmomentwandlers abhängige
Größe verwendet werden.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch I1 dadurch
gekennzeichnet, daß als den Fahrzustand des Fahrzeugs wiedergebende Größen eine von der
Drehzahl der Antriebsmaschine und eine von der Drehzahl des hydraulischen Drehmomentwandlers
abhängige Größe verwendet werden.
10. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Fahrpedal ein Schalter
verbunden ist, der bei maximaler Fahrpedalauslenkung geschlossen wird und dabei ein Signal zum
Zurückschalten in den nächsttieferen Gang auslösen kann.
11. Steuervorrichtung nach Anspruch I1 dadurch
gekennzeichnet, daß der elektronische Steuerkreis (10) einen Operationsverstärker (44) enthält, in
dessen Eingangskreis sich ein nichtlineares Widerstandsnetzwerk befindet und dessen Arbeitswiderstand
(45) veränderbar ist, wobei der Arbeitswiderstand in Abhängigkeit von einer eine erste
Betriebsgröße und die Eingangsspannung in Abhängigkeit von einer eine zweite Betriebsgröße des
Fahrzeugs darstellenden Spannung (U* bzw. Un)
verändert wird.
12. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Widerstandsnetzwerk
eine vorgespannte Diode (58) enthält.
13. Steuervorrichtung nach Anspruch I1 dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgangsgröße des elektronischen Steuerkreises (10) eine oszillierende
Größe (67) überlagert ist.
14. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgeber (14) einen Kondensator (73) enthält, der von
einer ersten schaltbaren Konstantstromquelle (74 bis 76) aufgeladen und von einer zweiten schaltbaren
Konstantstromquelle (78 bis 80) entladen wird und daß die Ausgangsspannung des Kondensators über
einen Operationsverstärker (83) ausgekoppeh ist, der an seinem Eingangskreis und/oder Rückführungskreis
veränderbare (85) und/oder nichtlineare (84) Widerstandselemente enthält.
15. Steuervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Konstantstromquellen einen Feldeffekttransistor (74 bzw. 79) enthalten, der
in Reihe mit der Sehaltstrecke eines Schalttransistors (76 bzw. 80) liegt
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches. Dabei wird das
Drehmoment eines Antriebsmotors über ein Stufen-Wechselgetriebe und einen hydraulischen Drehmomentwandler
auf die Antriebsräder eines Fahrzeuges übertragen. Die Brems- und/oder Kupplungselemente
zum Einlegen der Gänge im Stufen-Wechselgetriebe sind hydraulisch betätigbar. Hierzu wird ihnen ein
Hydraulikmittel zugeführt, das unter einem belastungsabhängig veränderbaren Schaltdruck steht, wobei der
Dnick und damit der Ablauf der Schaltvorgänge von einem Steuergerät kontrollierbar ist.
Bei automatischen Kraftfahrzeuggetrieben mit hydraulisch betätigbaren Brems- und/oder Kupplungselementen
zum Einlegen der Gänge in Stufen-Wechselgetrieben ist es bekannt, den Schaltdruck — den Druck des
hydraulischen Betätigungsmittels für die Brems- und/ oder Kupplungselemente — dem Belastungszustand der
Brennkraftmaschine anzupassen. Diese Maßnahme verringert Belastungsstöße am Getriebe υ id am
Fahrzeug, die bei Schaltvorgängen als Ruck unangenehm empfunden werden und für den Antrieb eine hohe
Belastungsspitze darstellen. Die bekannten Anordnungen verwenden zur Steuerung des Schaltdruckes den
Saugrohrunterdruck der als Antriebsmotor verwendeten Brennkraftmaschine. Es konnten jedoch, insbesondere
bei mit Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschinen, mit dieser Maßnahme keine voll
befriedigenden Betriebsergebnisse erzielt werden. Bei Dieselmotoren kann beispielsweise der Saugrohrunterdruck
nicht als Steuergröße verwendet werden. Ist ferner zwischen Motor und Getriebe ein hydraulischer
Drehmomentwandler zum langsamen Drehzahlangleich zwischen Antriebsmaschine und Antriebsrädern beim
Anfahren und Schalten angeordnet, so beeinflußt dieser Wandler in seinem Anfahrbereich die Drehmomentenkennlinie
des Antriebsmotors, so daß die aus Motor und Wandler bestehende Antriebseinheit eine Drehmomenten-Drehzahlkennlinie
erhält, die sich von der entsprechenden Kennlinie eines Motors alleine unterscheidet.
Beispielsweise bringt ein hydraulischer Drehmomentwandler in seinem Anfahrbereich eine Momentenverstärkung
von etwa 2,2. Wird daher bei mit einem hydraulischen Drehmomentwandler ausgerüsteten Antriebseinheiten
der Schaltdruck ausschließlich vom Saugrohrunterdruck der Brennkraftmaschine gesteuert,
so wird diese von dem Drehmomentwandler verursachte Kennlinienveränderung nicht beim Erzeugen des
Schaltdruckes berücksichtigt.
Aus der DE-OS 19 17 291 ist eine Druckregelvorrichtung
für hydraulisch geschaltete automatische Getriebe bekannt, bei der der Steuerdruck in Abhängigkeit von
einer Betriebsgröße elektrisch geregelt wird. Bei dieser Vorrichtung wird der Vorsteuerdruck für die Hydrauliksieuerung
in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals oder der Fahrgeschwindigkeit entlang einer
vorgegebenen Kennlinie mittels eines Magnetventils durch eine spezielle Ausbildung des Magnetventils und
des Fahrpedal-Gebers eingestellt. Die Vorrichtung ist jedoch aufgrund ihrer überwiegend hydraulischen
Ausbildung relativ groß, kompliziert und teuer und ermöglicht insbesondere keine gezielten Maßnahmen
zur Begrenzung des beim Schalten auftretenden Rucks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für Stufen-Wechselgetriebe der
eingangs genannten Gattung zu schaffen, die für die Erzeugung des Schaltdruckes sehr genau die Belastung
der gesamten, aus Motor und hydraulischem Drehmomentwandler bestehenden Antriebseinheit berücksich-
:igt, so daß in allen Fällen ein weitgehend ruckfreies
Schalten möglich ist Einer Weiterbildung der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, daß bei Störungen
der zumindest teilweise elektronischen Steuerung das Fahrzeug noch behelfsmäßig aus eigener Kraft bewegt
werden kann. Ferner soll die Steuervorrichtung so aufgebaut sein, daß extreme Bedienungsfehler durch
willkürlichen Eingriff in die Steuerung, die beispielsweise im Überspringen eines Ganges beim Zurückschallten
bestehen können, nicht zu Zerstörungen am Getriebe oder gefährlichen Fahrzuständen führen können.
Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung nach Patentanspruch 1 ermöglicht es, den Schaltdruck sehr genau in
Abhängigkeit von der Belastung, d. h. von der Momentenabgabe am Eingang des Getriebes, zu
steuern und dabei alle Belastungsfälle zu erfassen. Die den Schaltdruck steuernde Führungsgröße hängt somit
tatsächlich von der Belastung ab, die am Stufenwechselgetriebe geschaltet werden muß, und nicht nur von einer
Größe, die diese, besonders in extremen Betriebsfälien,
nur ungenau beschreibt. 1st das Stufenwechselgetriebe beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet und
enthält Kupplungen und Bremsen zum Festlegen der Übersetzungsstufen, so sollen bei einem Schaltvorgang
diese Elemente nicht für eine längere Zeit schleifen, aber sie sollen entsprechend der zu übertragenden Belastung
weich eingreifen. Würden derartige Kupplungen bei geringerer Belastung infolge eines hohen Schaltdruckes
hart fassen, so hätte dieser harte Kupplungseingriff einen Laststoß zur Folge. Ein weiterer Vorteil der
genauen Schaltdruckführung besteht darin, daß keine zusätzlichen Dämpfungsmittel zum Ausgleich von durch
Laststöße verursachte Pendelungen im Getriebe erforderlich sind. Um zu vermeiden, daß bei irgendwelchen
Störungen im Steuergerät das Kraftfahrzeug liegenbleibt, sind nach einer Weiterbildung der Erfindung
Mittel vorgesehen, die bei Störungen des elektrisch arbeitenden Teiles des Steuergerätes ein Einlegen eines
Vorwärts- und eines Rückwärtsganges erlauben. Ein mit den entsprechenden Sicherheitseinrichtungen ausgerüstetes
Getriebe weist in Weiterbildung der Erfindung zur Wahl des jeweils einzulegenden Getriebeganges
einen hydraulischen Wählschieber auf, der gleichzeitig für die entsprechenden Getriebegänge wahlweise
elektrische Steuerkontakte schließt und der unabhängig von dem Steuergerät wahlweise die Brems- und/oder
Kupplungselemente des Getriebes für einen Vorwärtsgang an den Rückwärtsgang mit Druckmittel ansteuert
Dabei sind in den Verbindungsleitungen vom Wählschieber zu mindestens einem Teil der hydraulischen
Bauelemente hydraulische Logikelemente angeordnet (Zweiwegekugelrückschlagventile), die Rückwirkungen
ausschließen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist über solche Logikelemente als hydraulische ODER-Elemente
ft} ein Sperrschieber zwischen den Wählschieber und die
Hydraulikleitungen für die Betätigungen der höheren Getriebegänge eingeschaltet, so daß eine Ansteuerung
des ersten Ganges nur dann möglich ist, wenn keiner der
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