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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des
Hauptanspruches.
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Automatische Stufengetriebe sind heute üblicherweise als Planetengetriebe
mit mehreren Planetensätzen ausgebildet, bei denen die einzelnen Übersetzungsstufen
dadurch hergestellt werden, daß wahlweise das Sonnenrad, der Planetenradträger oder
das Hohlrad eines oder mehrerer Planetensätze durch Kupplungen oder Bremsbänder
wahlweise angehalten, gebremst oder freigegeben werden. Beim Umschalten von einem
Gang in einen anderen bedeutet dies, daß je nach Aufbau des automatischen Stufengetriebes
bestimmte, dem alten Gang zugeordnete Reibelemente gelöst und andere, dem neuen
Gang zugeordnete Reibelemente geschlossen werden müssen. Vom Betrag der Betätigungskraft
der Reibelemente bzw. den zeitlichen Verlauf bei dem zu lösenden und dem zu schließenden
Reibelement hängt dabei der Drehmomentverlauf am Abtrieb des Stufengetriebes ab.
Da der Schaltruck bei einem Kraftfahrzeug der ersten zeitlichen Ableitung des Abtriebsdrehmomentes
proportional ist, ist es zur Erzielung eines möglichst weichen Schaltüberganges
wichtig, den Verlauf des Abtriebsmomentes während des Schaltvorganges möglichst
stetig zu halten.
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Um Stöße durch plötzliche Be- und Entlastung von Reibelementen beim
Schalten von Stufengetrieben zu verhindern, ist es bei hydraulischen gesteuerten
Stufengetrieben bekannt, die Reibelemente des alten und des neuen Ganges "überschneidend"
anzusteuern. Dies bedeutet, daß bei Einleitung eine Gangwechsels das dem alten Gang
zugeordnete Reibelement gelöst und gleichzeitig das dem neuen Gang zugeordnete Reibelement
geschlossen wird. Hierdurch werden unter Inkaufnahme von Reibungsverlusten im Getriebe
Drehmomentspitzen verschliffen. Da hydraulisch betätigte Reibelemente eine natürliche
Zeitkonstante
bei ihrer Betätigung aufweisen, wird dabei zudem
noch ein abgerundeter Übergang beim Ansteuern bzw. Lösen der Reibelemente erzielt.
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Darüber hinaus ist vorgeschlagen worden, bei automatischen Stufengetrieben
mit elektrohydraulisch betätigbaren Reibelementen und geringerer Zeitkonstante die
Betätigungskraft dieser Reibelemente durch Einstellung des Steuerstromes in Abhängigkeit
von einer Ruckregelstufe zu regeln. Bei den vorgeschlagenen Anordnungen wird dabei
jedoch eine Trennkupplung angesteuert und nicht auf die besonderen Verhältnisse
Rücksicht genommen, die durch das gleichzeitige Lösen bzw. Schliessen der Reibelemente
entstehen.
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Bei einfachen Ruckregelungen wird der Wert des jeweils am Kraftfahrzeug
angreifenden Istrucks erfaßt, mit einem vorgebbaren maximalen zulässigen Sollwert
verglichen und die Differenz der beiden Signale zur Ansteuerung des elektrohydraulisch
betätigbaren Reibelementes verwendet. Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß der sich
nach dem vollständigen Haften der Reibelemente einstellende Entlastungsruck nicht
mehr beherrschen läßt. Es ist daher weiterhin vorgeschlagen worden, den Fahrzeugruck
zunächst wie beschrieben zu regeln, bis sich eine vorgebbare Differenz der Eingangs-
und Ausgangsdrehzahl des Stufengetriebes eingestellt hat und alsdann die zeitlichen
Verläufe der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes zu erfassen. Der Fahrzeugruck
wird dann so eingestellt, daß die zeitlichen Verläufe der Eingangs-und Ausgangsdrehzahl
des Stufengetriebes unter einem vorbestimmten Winkel aufeinander zulaufen. In ähnlicher
Weise ist vorgeschlagen worden, während des Ruckregelvorganges den Wert des jeweils
vorliegenden Rucks zu ermitteln, den Maximalwert des Rucks für den Fall des Herbeiführens
des vollständigen Haftens der Reibelemente zu dem jeweiligen Zeitpunkt zu errechnen
und den höheren der beiden Werte mit dem vorgebbaren
maximal zulässigen
Ruckwert zu vergleichen. Bei den beiden genannten Regelverfahren wird erreicht,
daß der sich nach dem Haften der Reibelemente einstellende Entlastungsruck des Reibelementes
den vorgegebenen maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Da bei diesen Verfahren
die zeitlichen Verläufe der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Stufengetriebes unter
einem bestimmten Winkel aufeinander zulaufen, werden sie auch als Winkelregelung
bezeichnet.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Verfahren
zur Erzeugung einer Stellgröße unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
haben demgegenüber den Vorteil, für die verschiedenen Schaltarten (Hochschalten,
Rückschalten) und Betriebsarten (Lastbetrieb, Schubbetrieb) ein ruckarmes Schalten
zu ermöglichen, auch wenn beim Gangwechsel mehrere Reibelemente zu schließen bzw.
zu lösen sind. Durch genaue Vorgabe der Stellgröße für die bei dem jeweiligen Gangwechsel
beteiligten Reibelemente nach Zeit und Betrag durch Steuerung oder Regelung werden
Spitzen des Abtriebsdrehmomentes vermieden und damit der Fahrzeugruck auf einen
zulässigen Wert begrenzt. Dies ergibt insgesamt eine Erhöhung des Fahrkomforts und
eine Verminderung des Getriebeverschleißes.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung bzw. der Verfahren
unter Verwendung der Vorrichtung möglich.
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So wird durch Verwendung einer "Winkelregelung" in der Ruckregelstufe
nicht nur der Betrag des Rucks während der Schleifphase der Reibelemente, sondern
auch der Betrag des Entlastungsrucks nach Eintreten des Haftens der Reibelemente
begrenzt.
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Bei einem Getriebe ohne mechanische Freiläufe kann der Drehmomentverlauf
in dem Reibelement des Ganges ohne Freilauf während des Umschaltvorganges erfaßt
und das Reibelement dann gelöst werden, wenn das von ihm übertragene Drehmoment
gleich Null ist. Eine besonders günstige Wirkung wird dabei dadurch erzielt, daß
das Reibelement nicht schlagartig, sondern in Stufen gelöst wird.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird bei Lastrückschaltungen in Getrieben mit mechanischen Freiläufen zur Begrenzung
des Rucks, der sich beim Greifen des Freilaufes des neuen Ganges einstellt5 zunächst
das Reibelement des alten Ganges geregelt gelöst und das Reibelement des neuen Ganges
erst dann geregelt geschlossen, wenn dessen Freilauf greift.
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Schließlich ist bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung zur Vereinfachung des Ablaufes der Steuer-bzw. Regelvorgänge der Reibelemente
vorgesehen, das Reibelement des neuen Ganges geregelt zu schließen und das des alten
Ganges gleichzeitig mit der umgekehrten Steigung der Stellgröße zu öffnen. Hierzu
wird zunächst das Reibelement des alten Ganges gesteuert bis zu dessen Schleifen
entlastet.
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Mit dieser Regelung können Hoch- und Rückschaltungen in Last-und Schubbetrieb
gleichermaßen abgewickelt werden.
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Zeichnungen Prinzipschaltbilder einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und Signalverläufe zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Verfahren sind
in der Zeichnung dargestellt und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeugantriebes,
wie er mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet. werden kann; Figur 2 einen
Stromlaufplan einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figuren
3 bis 11 den zeitlichen Verlauf der Stellgröße des bzw. der Reibelemente, des bzw.
der übertragenen Drehmomente sowie des jeweiligen Fahrzeugrucks für verschiedene
Schalt-und Betriebsarten bei verschiedenen Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung der Erfindung Eine Prinzipdarstellung eines Antriebssystemes
eines Xraftfahrzeuges, wie es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden
kann, ist in Figur 1 dargestellt. Eine Antriebsmaschine 10 ist über einen hydraulischen
Drehmomentwandler 11 mit einem automatischen Stufengetriebe 12 verbunden. Das automatische
Stufengetriebe 12 weist einen übersetzten Gang und einen direkten Gang auf. Im übersetzten
Gang wird der Kraftschluß zwischen Antrieb und Abtrieb über eine Kupplung K1, die
mit einem Steuerstrom il ansteuerbar ist, gegebenenfalls einen Freilauf 121 sowie
eine Getriebeübersetzungsstufe mit dem Übersetzungsverhältnis ü hergestellt. Im
direkten Gang sind Antrieb und Abtrieb über eine Kupplung K2, die mit einem Steuerstrom
i2 ansteuerbar ist, verbindbar. Die Drehzahl der Antriebsmaschine entsprechend der
Eingangsdrehzahl des hydraulischen Drehmomentwandlers ist nX, die Eingangs drehzahl
des automatischen Stufengetriebes entsprechend der Ausgangsdrehzahl des hydraulischen
Drehmomentwandlers ist nE und die Abtriebsdrehzahl entsprechend E der Ausgangsdrehzahl
des automatischen Stufengetriebes ist nA.
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Die Kupplung K1 überträgt ein Drehmoment M1, die Kupplung K2 ein Drehmoment
M2. Der Abtrieb besteht aus einem Differential 13 und Rädern 14.
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Die Steuereingänge der Kupplungen K1, K2 sind mit einer nicht dargestellten
elektronischen Getriebesteuereinheit verbunden.
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Bei geparktem Fahrzeug oder im neutralen Bereich N des automatischen
Stufengetriebes 12 sind die Steuerströme ii, i2 = °
Wird nun vom
neutralen Bereich N in den Fahrbereich D des automatischen Stufengetriebes 12 ungeschaltet,
wird die Kupplung K1 mit einem Steuerstrom il beaufschlagt, bis der Kraftschluß
in der Kupplng K1 hergestellt ist. Beim Hochschalten vom ersten in den zweiten Gang
wird der Steuerstrom vermindert und die Kupplung K2 des direkten Ganges mit einem
Steuerstrom i2 beaufschlagt bis der Steuerstrom i1 = 0 ist und die Kupplung K2 geschlossen
ist. In umgekehrter Reihenfolge vollzieht sich das Rückschalten vom zweiten in den
ersten Gang und vom ersten Gang in den neutralen Bereich.
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Die Darstellung in Figur 1 ist dabei nur als Prinzipbild zu werten,mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung und den zugehörigen Verfahren sind selbstverständlich
auch automatische Stufengetriebe mit einem Rückwärtsgang und mehr Vorwärtsgängen
ansteuerbar.
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Figur 2 zeigt einen Stromlaufplan einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Die Kupplungen K1, K2 sind dabei an einer Ansteuerschaltung 20 angeschlossen,
in der sie auf Umschalter 2015 202 geführt sind. Mit diesen Umschaltern 201, 202
sind die Steuereingänge der Kupplungen K1, K2 wahlweise mit einer Ruckregelstufe
21, einer Stromsteuerstufe 22 und Masse verbindbar. Die Umschalter 201, 202 werden
dabei von einer Programmsteuereinheit 23 betätigt, die ihrerseits von einer elektronischen
Getriebesteuereinheit 24 angesteuert wird und der die Ausgangssignale der Ruckregelstufe
21 sowie der Stromsteuerstufe 22 zugeführt werden. Von der Programmsteuereinheit
23 führt außerdem eine Daten-Steuerleitung zur Stromsteuerstufe 22. An die Ausgänge
der Ruckregelstufe 21 ist schließlich eine Differenzierstufe 25 mit nachgeschaltetem
Umkehrverstärker 26 angeschlossen, dessen Ausgang wiederum auf einen Steuereingang
der Stromsteuerstufe 22 geführt ist.
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Die Ruckregelstufe 21 erzeugt in an sich bekannter Weise ein Stellsignal
aus der Differenz der Werte des jeweils am Fahrzeug angreifenden Rucks sowie eines
vorgebbaren maximal zulässigen Rucks. Dabei ist die Ruckregelstufe 21 in besonders
vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß sie eine sogenannte "Winkelregelung" durchführt,
das heißt, daß sie nicht nur den Betrag des Rucks während der Schleifphase des oder
der Reibelemente berücksichtigt sondern auch den nach dem Haften der Reibelemente
sich einstellenden Entlastungsruck. Die Stromsteuerstufe auf der anderen Seite erzeugt
zeitlich ansteigende oder abfallende Stromsignale, deren Steigung durch die Programmsteuereinheit
23 vorgebbar ist. Es ist auch möglich, die Steigung der Stromsignale in Abhängigkeit
von der Ausgangsspannung des Umkehrverstärkers 26 einzustellen, so daß die Ausgangs-Stromsignale
der Stromsteuerstufe 22 genau die entgegengesetzte Steigung haben wie die der Ruckregelstufe
21.
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Zur Ansteuerung der Kupplungen K1, K2 werden nun von der Programmsteuereinheit
23 je nachdem, ob hoch- oder rückgeschaltet werden soll oder ob Last- oder Schubbetrieb
vorliegt, die Umschalter 201, 202 in der weiter unten beschriebenen Weise derart
betätigt, daß die Kupplungen K1, K2 wechselweise geregelt oder gesteuert angesteuert
werden bzw. unerregt sind. Hierzu verarbeitet die Programmsteuereinheit 23 ein von
der elektronischen Getriebesteuereinheit 24 kommendes Gangwechselanfangssignal GWA,
das die elektronische Getriebesteuereinheit 24 aus den Fahrzeugparametern ermittelt
und ein Gangwechselendesignal GWE2 das aus dem vollständigen Schließen des Reibelementes
des neuen Ganges bestimmt wird.
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Die Programmsteuereinheit 23 ist weiterhin mit den von der Ruckregelstufe
21 und der Stromsteuerstufe 22 gebildeten Stellsignalen beaufschlagt und schaltet
das jeweilige Reibelement auf Masse, wenn das zugehörige Stellsignal auf Null abgesunken
ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß eine einmal gelöste Kupplung durch eventuell
auftretende Ruckschwingungen beim Schalten oder beim plötzlichen Bremsen nicht unbeabsichtigt
wieder
angesteuert werden kann. Die elektronische Getriebesteuereinheit 24 ermittelt darüber
hinaus in hier nicht näher beschriebener Weise die zeitlichen Verläufe der von den
Kupplungen K1, W2 übertragenen Drehmomente M15 s 2 und übermittelt ein Signal an
die Programmsteuereinheit 23, wenn der zeitliche Verlauf dieser Drehmomente durch
Null geht.
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Auf diese Weise kann beispielsweise die Kupplung K1, wenn ihr kein
mechanischer Freilauf 121 zugeordnet ist, in dem Augenblick gelöst werden wenn von
ihr kein Drehmoment M1 mehr übertragen wird5 was einer elektronischen Nachbildung
des mechanischen Freilaufes 121 gleichkommt. Schließlich erfaßt die elektronische
Getriebesteuereinheit 24 die Drehzahlen am Eingang und Ausgang der Kupplungn K1
(nie) nA/ü) und der Kupplung K2 (nE nA)- Die elektronische Getriebesteuereinheit
24 vergleicht diese Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen miteinander und gibt dann ein
Signal an die Programmsteuereinheit 23, wenn die Kupplungen K1, K2 anfangen zu schleifen.
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In den Figuren 3 bis 9 sind die zeitlichen Verläufe von Steuerstrom
und Drehmoment des oder der Reibelemente sowie des Ruckes während eines Umschaltvorganges
dargestellt.
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a.) Hochschalten vom neutralen Bereich in den Fahrbereich Zum Zeitpunkt
tal gibt die elektronische Getriebesteuereinheit 24 ein Gangwechselanfangssignal
GWA ab. Die Kupplung K1 wird nun mit der Ruckregelstufe 21 verbunden. Figur 3a zeigt
den von der Ruckregelstufe 21 gelieferten Steuerstrom i Dieser ist so bemessen,
daß von der Kupplung K1 ein Drehmoment M1 entsprechend Figur 3b übertragen wird,
und damit nur ein maximal zulässiger Ruck entsprechend Figur 3c auftritt.
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Arbeitet die Ruckregelstufe 21 in der oben beschriebenen Weise nach
einem mehrphasigen Verfahren, bei dem zunächst nur auf die Differenz von Soll- und
Istruck geregelt wird und der Stellgröße bei Erreichen einer vorgebebenen Drehzahldifferenz
zwischen
Eingang und Ausgang des Stufengetriebes 12 eine weitere Größe überlagert wird, die
zu einer sogenannten "Winkelregelung't führt, beginnt diese zweite Regelphase beispielsweise
zum Zeitpunkt ta2. Der Drehmomentverlauf 241 flacht sich ab und auch der Verlauf
des Rucks geht stetig gegen Null. Zum Zeitpunkt ta3 ist die Kupplung K1 geschlossen
und wird nun, um ein sicheres Halten der Kupplung K1 zu gewährleisten, auf einen
Sicherheitswert des Steuerstromes hochgeregelt oder zum Zeitpunkt t durch Umschalten
auf a3 die Stromsteuerstufe 22 auf den Sicherheitswert des Steuerstromes- hochgesteuert.
Dieser Sicherheitswert, beispielsweise entsprechend dem 1,5-fachen Betrag des Nennmomentes,
ist zum Zeitpunkt ta4 erreicht. Im idomentenverlauf erkennt man zum Zeitpunkt t
eine negative Momentenspitze, die a3 von der Entlastung der Kupplung K1 herrührt.
Diese macht sich im Ruckverlauf als negative Spitze bemerkbar, deren maximale Amplitude
jedoch aufgrund der vorangegangenen "Winkel regelung" auf den zulässigen Maximalwert
begrenzt ist. Bei Verwendung einer Ruckregelstufe 21 ohne "Winkelregelung" ergibt
sich ein Ruckverlauf Rr-, bei dem bis zum Zeitpunkt ta3 auf den maximal zulässigen
positiven Ruckwert geregelt wird, bei dem sich jedoch nach Schließen der Kupplung
K1 eine negative Ruckspitze einstellt, deren Amplitude weit größer ist, als der
maximal zulässige Ruckwert.
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b.) Hochschalten (Getriebe mit mechanischen Freiläufen) Beim Hochschalten
wird der Gangwechsel wiederum durch ein von der elektronischen Getriebesteuereinheit
24 ge:iefertes Gangwechselanfangssignal GWA zum Zeitpunkt tbl entsprechend Figur
4a eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kupplung K2 des neuen Ganges mit der
Ruckregelstufe 21 verbunden und es ergibt sich ein Steuerstronverlauf i2 entsprechend
Figur 3a.
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Die Kupplung K1 des alten Ganges bleibt bis zum vollständigen Haften
der Kupplung K2 geschlossen, das heißt der Steuerstrom i
verharrt
auf seinem Sicherheitswert. Das von der Kupplung K2 übertragene Drehmoment M2 nimmt
mit dem Steuerstrom i2 entsprechend Figur b zu. Unter der Annahme, daß sich das
Motormoment während des Gangwechsels nicht ändert, nimmt das von der Kupplung K1
übertragene Drehmoment M1 entsprechend ab, da die Summe der Drehmomente M15 M2 gleich
dem Antriebsmoment, also während des Gangwechsels konstant ist. Das Zuschalten der
Kupplung K2 bewirkt schließlich einen negativen Ruck, der durch die Ruckregelstufe
21 wie aus Figur 4.c ersichtlich, begrenzt wird. Zum Zeitpunkt tb2 ist das Drehmoment
M1 = 0, die Kupplung K1 ist damit entlastet und die Kupplung K2 hat zu diesem Zeitpunkt
das Antriebsmoment übernommen. Der Motor beschleunigt von hier an und der Ruck springt
von seinem negativen Wert auf einen positiven, ebenfalls geregelten Wert. Aufgrund
des Dralls der Antriebsmaschine 10 nimmt nun das Drehmoment M2 noch weiter bis zum
Zeitpunkt tb3 zu. Auch diese Drehmoment zunahme wird noch von der Ruckregelstufe
21 durch entsprechende Zunahme des Steuerstromes i2 erfaßt. Zum Zeitpunkt tb3 ist
die Kupplung K2 geschlossen und überträgt nun das zu diesem Zeitpunkt durch den
Motordrall überhöhte Moment. Die Kupplung K2 wird nun entweder an der Ruckregelstufe
21 belassen, so daß der Steuerstrom i2 auf den Sicherheitswert geregelt wird oder
sie wird auf die Stromsteuerstufe 22 umgeschaltet, so daß der Steuerstrom i2 auf
den Sicherheitswert hochgesteuert wird. Zum Zeitpunkt tb3 wird die Kupplung K1,
die bis dahin, je nachdem ob beim vorhergehenden Hochschalten auf den Sicherheitswert
hochgeregelt oder hochgesteuert wurde, mit der Ruckregelstufe 21 oder der Stromsteuerstufe
22 verbunden war, auf die Stromsteuerstufe 22 geschaltet und der Steuerstrom i wird
schnell auf Null heruntergeregelt. Zwar wäre es auch möglich, die Kupplung K1 bereits
zum Zeitpunkt tb2 zu entlasten, das zum Zeitpunkt tb3 auftretende Gangwechselendesignal
GT.fiD ist jedoch leichter zu erfassen und außerdem ist sichergestellt, daß die
Kupplung K1 wirklich erst dann
entlastet wird, wenn das von ihr
übertragene Drehmoment M1 gleich Null ist. Wenn der Steuerstrom i1 auf Null abgesunken
ist, wird.die Kupplung K1 mit Masse verbunden. Damit ist sichergestellt, daß der
Steuerstrom i nach dem Lösen der Kupplung K1 Null bleibt und keine Störungen in
der Ansteuerung der Kupplung K1 durch späteres Überschwingen des Ruckverlaufes auftreten
können.
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c.) Hochschalten (Getriebe ohne mechanische Freiläufe) Dieser Betriebsfall
entsprechend Figur 5 ähnelt zunächst dem entsprechend Figur 4. Bis zum Zeitpunkt
t cl ist die Kupplung K1 geschlossen und der Steuerstrom i1 befindet sich auf seinem
Sicherheitswert, wobei die Kupplung K1 je nachdem, ob beim letzten Hochschaltvorgang
auf den Sicherheitswert geregelt oder gesteuert wurde, mit der Ruckregelstufe 21
oder der Stromsteuerstufe 22 verbunden ist. Die Kupplung K2 ist mit Masse verbunden.
Zum Zeitpunkt t cl liefert die Getriebesteuereinheit 24 ein Gangwechselanfangssignal
GWA und der Steuerstrom i2 der Kupplung K2 des neuen Ganges steigt in der Weise
an, daß der Ruck entsprechend Figur 5c den vorbestimmten, in diesem Falle negativen,
Betrag nicht überschreitet. Das Drehmoment M2 steigt entsprechend an.
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Zum Zeitpunkt c2 ist das Drehmoment Ml der Kupplung K1 auf Null abgesunken.
Die Getriebesteuereinheit 24 verfügt über Schaltmittel, die den zeitlichen Verlauf
des Drehmomentes M1 erfassen und die bei einem Nulldurchgang des Drehmomentverlaufes
ein Signal an die Programmsteuereinheit 23 abgeben.
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Dieses Signal bewirkt, daß die Kupplung K1 mit der Stromsteuerstufe
22 verbunden wird, die die Kupplung K1 schlagartig löst, indem der Steuerstrom ii
schnell auf Null abgesenkt wird. Bei-einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung
wird der Steuerstrom i1 dabei nicht sofort auf Null abgesenkt, sondern zunächst
auf einen niedrigen Wert, beispielsweise 10 % des Sicherheitswertes und alsdann
mit geringerer
Steigung auf Null abgesenkt, wobei die Kupplung
K1 dann mit Masse verbunden wird. Diese stufenweise Absenkung des Steuerstromes
i1 ergibt im Drehmomentverlauf M1 ein Unterschwingen, daß Reibungsverluste im Getriebe
bewirkt, die jedoch in Kauf genommen werden, um einen weicheren Schaltübergang zu
bewirken. Gleichzeitig mit dem Absinken des Steuerstromes i der Kupplung K1 wird
der Steuerstrom i2 auf den Sicherheitswert geregelt oder gesteuert, der zum Zeitpunkt
tc3 erreicht ist.
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d.) Rückschalten (Getriebe mit mechanischen Freiläufen) (I) Beim Rückschalten
entsprechend Figur 6 ist die Kupplung K2 des alten Ganges zunächst geschlossen und
die Kupplung K1 des neuen Ganges zunächst gelöst, das heißt der Steuerstrom i2 ist
auf dem Sicherheitswert, der Steuerstrom i1 ist Null.
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Zum Zeitpunkt tdl wird durch das Gangwechselanfangssignal GWA die
Kupplung K2 mit der Ruckregelstufe 21 verbunden. Der Steuerstrom i2 sinkt zunächst
rasch ab, bis sich der zulässige - in diesem Falle negative - Ruckwert einstellt.
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Der Steuerstrom i2 wird nun in der Weise auf Null geregelt, daß der
Ruck den zulässigen Wert nicht überschreitet. Gleichzeitig wird zum Zeitpunkt tdl
die Kupplung K1 mit der Stromsteuerstufe 22 verbunden und der Steuerstrom i schnell
auf den Sicherheitswert gebracht, den er zum Zeitpunkt td2 erreicht. Die Kupplung
K1 ist nun geschlossen und bereit, das Antriebsmoment zu übernehmen, aufgrund des
Freilaufes überträgt sie jedoch noch kein Moment. Zum Zeitpunkt td3 ist der Steuerstrom
i2 auf Null ab gerege lt und das von der Eupplung K2 übertragene Drehmoment M2 ist
Null. Die Abtriebsdrehzahl nA sinkt nun weiter ab, gleichzeitig steigt die Ausgangsdrehzahl
nE des hydraulischen Drehmomentwandlers 11 schnell an, bis die Drehzahlen am Ein-und
Ausgang des Freilaufes 121 gleich groß sind. In diesem Augenblick greift die Kupplung
K1 schlagartig und das von ihr übertragene Drehmoment M1 springt von Null auf den
Wert des Antriebsmomentes. Dies macht sich im Ruckverlauf entsprechend Figur 6c
in einer positiven Ruckspitze bemerkbar,
deren Amplitude durch
die vorausgegangene Ruckregelung und auch eine eventuelle "WinkelregelungT' nicht
beherrschbar ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird das folgende Verfahren vorgeschlagen:
e.) Rückschalten (Getriebe mit mechanischen Freiläufen) (II) Die Ansteuerung der
Kupplungen K1, K2 in diesem Betriebsfall entspricht zunächst der des in Figur 6
dargestellten Betriebsfalles. Der Steuerstrom i2 wird vom Sicherheitswert zum Zeitpunkt
tel auf den Wert Null, den er zum Zeitpunkt te2 erreicht, heruntergeregelt. Bis
zu diesem Zeitpunkt entspricht auch der Verlauf des Drehmomentes M2 und der des
Rucks entsprechend Figur 7b, c dem aus Figur 6b, c. Vom Zeitpunkt te2 bis zum Zeitpunkt
te3 sind beide Kupplungen K15 K2 gelöst, die übertragenen Drehmomente und der Ruck
sind damit Null.
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Der Motor wird dadurch entlastet5 dreht hoch, bis zum Zeitpunkt e3
der Freilauf der Kupplung K1 greift. Dieser Zeitpunkt wird in der elektronischen
Getriebesteuereinheit 24 durch Vergleich der Ein- und Ausgangsdrehzahl des Stufengetriebes
12 erfaßt, so daR-zum Zeitpunkt te3 ein Steuersignal von der elektronischen Getriebesteuereinheit
24 auf die Programmsteuereinheit 23 gelangt, aufgrund dessen die Kupplung K1 mit
der Ruckregelstufe 21 verbunden wird. Der Steuerstrom il steigt nun entsprechend
dem vorgegebenen Ruckwert nach Figur 7c an. Zum Zeitpunkt te4 überträgt die Kupplung
K1 das Nennmoment, der Steuerstrom il muB jedoch noch weiter erhöht werden5 da aufgrund
des Motordralls zwischen dem Zeitpunkt te4 und t e5 eine Momentüberhöhung auftritt.
Erst zum Zeitpunkt te5 wird die Kupplung K1 vollständig geschlossen. Der Steuerstrom
i1 kann nun geregelt oder gesteuert auf den Sicherheitswert gebracht werden Wie
man noch dem Verlauf in Figur 7c entnehmen kann, überschreitet bei diesem Steuerverfahren
der Ruck zu keinem Augenblick den vorgegebenen Maximalwert. Hierfür wird lediglich
eine kurzzeitige
Zugkraftunterbrechung zwischen den Zeitpunkten
te2 und te3 in Kauf genommen, die jedoch keinen zusätzlichen Ruck zur Folge hat.
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Eine weitere Möglichkeit der Ansteuerung der Kupplungen K1, K2 für
die verschiedenen Schaltarten (Hochschalten, Rückschalten) und Betriebsbedingungen
(Schubbetrieb, Lastbetrieb) ist in den Figuren 8 bis 11 dargestellt. Hierbei wird
ein einheitliches Verfahren für alle Schaltarten und Betriebsbedingungen verwendet.
Dabei wird die Steigung der Stromsignale der Stromsteuerstufe 22 nicht mehr fest
vorgegeben, sondern vom Ausgang der Ruckregelstufe 21 über die Differenziehstufe
25 und dem Umkehrverstärker 26 eingestellt. Dies bedeutet, daß die Steigung der
Ausgangssignale der Stromsteuerstufe 22 den negativen Betrag der Steigung der Ausgangssignale
der Ruckregelstufe 21 haben. Weiterhin ist vorausgesetzt, daß das Getriebe keine
mechanischen Freiläufe aufweist und daß die elektronische Getriebesteuereinheit
24 den Gleichlauf an den Kupplungen K1, K2 ermittelt5 so daß Steuersignale an die
Programmsteuereinheit 23 zu dem Zeitpunkt abgegeben werden können, wenn die Kupplungen
K1 bzw. K2 anfangen zu schleifen.
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In Figur 8 sind die Verhältnisse für eine Lastrückschaltung aufgezeichnet.
Zum Zeitpunkt tfl wird durch das Gangwechselanfangssignal GWA der Steuerstrom i2
zunächst vermittels der Stromsteuerstufe 22 so weit abgesenkt, bis nA/nE < 1
ist, das heißt die Kupplung K2 schleift. Die Kupplung K1 wird dann mit der Ruckregelstufe
21 und die Kupplng K2 mit der Stromsteuerstufe 22 verbunden. Der Steuerstrom il
steigt nun entsprechend dem vorgegebenen Ruckwert nach Figur 8c an und mit entsprechend
negativer Steigung fällt der Steuerstrom i2 ab. Mit dem strichpunktierten Verlauf
il' bzw. i2' ist dabei angedeutet, daß die Steigung des Stromsignales zunächst größer
und dann kleiner wird, da von der Antriebsmaschine 10 zunächst mehr Drehmoment angeboten
wird, als der Abtrieb aufnehmen kann.
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Da das Stufengetriebe 12 keine mechanischen Freiläufe aufweist, würde
das Drehmoment M1 zunächst negativ, der Motor wird also durch das Fahrzeug mitbeschleunigt.
Das Drehmoment M2 nimmt entsprechend dem Steuerstrom i2 ab. Bei Drehzahlgleichheit
an der Kupplung K1 springt das negative Moment M auf einen positiven Wert. Dabei
entsteht jedoch im Ruckverlauf nach Figur 8c keine Spitze, sofern die Ruckregelstufe
21 mit einer 11Winkelregelung" ausgestattet ist. Der Steuerstrom i wird nun bis
zum vollständigen Haften der Kupplung K1 zum Zeitpunkt tf3 weiter hochgeregelt und
alsdann geregelt oder gesteuert auf den Sicherheitswert gebracht.
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Mit dem gleichen Verfahren wird auch bei einer Schubrückschaltung
entsprechend Figur 9 verfahren. Nachdem durch das Gangwechselanfangssignal der Steuerstrom
i2 soweit abgesenkt wurde bis nA/nF) 1 ist, das heißt die Kupplung K2 schleift,
wird die Kupplung K1 an die Ruckregelstufe 21 angeschlossen und der Steuerstrom
il hochgeregelt, wodurch der Steuerstrom i2 entsprechend abnimmt, bis er Null wird.
Bei der Schubrückschaltung sind die Drehmomente M1, M2 beider Kupplungen negativ,
wobei das Drehmoment M1 des neuen Ganges gegenüber dem Nennmoment überschwingt,
was jedoch durch entsprechende Einregelung des Steuerstromes i1 in der Ruckregelstufe
21 berücksichtigt wird. Es ergibt sich daher über den gesamten Schaltvorgang ein
konstanter negativer Ruck entsprechend Figur 9c. Erst bei Beendigung des Gangwechsels
schwingt das Drehmoment M1 wieder auf den Nennwert ein, was zu einer Ruckspitze
führt, die jedoch aufgrund der vorausgegangenen WWinkelregelung" auf den maximal
zulässigen Wert begrenzt ist.
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Figur 10 zeigt die Verhältnisse bei einer Lasthochschaltung.
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Die Steuerströme il, i2 werden wiederum wie bei der Lastrückschaltung
und der Schubrückschaltung entsprechend Figur 8a, 9a eingestellt, wobei im Falle
der Lasthochschaltung das
Kriterium für das Schleifen der Kupplung
K1 des alten Ganges die Bedingung nA/unE 1 ist. Damit ergeben sich omentenverläufe
M1, I2 und ein Ruckverlauf entsprechend Figur lOb, c, wie sie bereits in der Figur
4b, c dargestellt sind.
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Auch bei der Schubhochschaltung nach Figur 11 werden die Kupplungen
K1, K2 wieder nach dem selben Verfahren mit der Ruckregelstufe 21 bzw. der Stromsteuerstufe
22 verbunden, wobei jedoch in diesem Falle das Kriterium für das Schleifen der Kupplung
K1 des alten Ganges die Beziehung nA/ünE > 1 ist. Das Drehmoment X1 ist aufgrund
des Schubbetriebes in diesem Falle negativ und wird auf Null geregelt, wobei das
Drehmoment 2 auf einen positiven Betrag eingestellt wird, und nach kurzen Überschwingen,
wenn das Drehmoment M1 zu Null wird, den Nennwert annimmt. Damit ergibt sich über
den gesamten Schaltvorgang eine positive geregelte Ruckamplitude, wobei die nach
dem Ende des Gangwechsels auftretende negative Ruckspitze in ihrer Amplitude wiederum
durch die "Winkelregelung" der Ruckregelstufe 21 begrenzt wird.