-
Die
Erfindung betrifft ein Steuerungs- und Regelungsverfahren zur Erhöhung des
Schaltkomforts beim Schalten eines automatischen Stufenwechselgetriebes
nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
-
Es
ist allgemein bekannt, daß Schaltvorgänge in Getrieben
mit Drehmomentenänderungen
verbunden sind, die sich auch bei automatischen Lastschaltgetrieben
nicht vollständig
ausschließen
lassen. Der Fahrer eines Fahrzeuges mit einem solchen Getriebe empfindet
diese Drehmomentenänderungen
während
des Schaltvorganges als einen mehr oder weniger stark ausgeprägten Ruck
des Fahrzeuges. Die Ursache für
diese kurzzeitige Beschleunigung des Fahrzeuges liegt darin, dass
die Zu- und Abschaltung von Kupplungen und Bremsen in einem automatischen
Stufenwechselgetriebe bislang nur unvollkommen auf einander abgestimmt
werden konnte.
-
Zur
Lösung
dieses technischen Problemes wurde in der US-PS 4,102,222 vorgeschlagen,
zur Realisierung eines freilauflosen Automatikgetriebes mit verbessertem
Schaltkomfort ein Steuerungs- und Regelungssystem vorzusehen, bei
dem im Abhängigkeit
von dem gemessenen Getriebeausgangswellendrehmoment und dem Motordrehmoment
der optimale Zeitpunkt für
die Abschaltung der Kupplung des bisherigen Ganges ermittelt wird.
Dadurch wird einerseits eine Schonung des hinzuzuschaltenden Schaltgliedes
erreicht und andererseits der unvermeidbare Einbruch in dem Abtriebswellendrehmoment
minimiert.
-
Nachteilig
an diesem Steuerungs- und Regelungssystem ist, daß mit ihm
unter Vermeidung der Notwendigkeit eines Freilaufes nur der Beginn
des Schaltvorganges komfortabler wird, da ein möglichst konstantes Getriebeabtriebswellendrehmoment
mit dieser Vorrichtung nicht erreichbar ist.
-
Zur
Verbesserung des Schaltkomforts und damit der Fahrqualität wurde
in der DE-OS 40 23 365 vorgeschlagen, beim Schaltvorgang eines automatischen
Stufenwechselgetriebes die Schaltqualität durch Bestimmung oder Erfassung
drehmomentänderungsabhängiger Größen zu ermitteln,
um dann nach dem Schaltvorgang die Schaltungsparameter zur Steuerung
des Getriebes und/oder der Schaltglieder zur Optimierung des nächsten Schaltvorgangs
anzupassen. Auf diese Weise verbessert sich die Schaltqualität in einem
Selbstlernverfahren mit jedem Schaltvorgang.
-
Nachteilig
an diesem Verfahren ist, daß die Getriebeschaltung
erst in einem mehr oder weniger langdauernden Einfahrprozeß den für jede Fahrsituation
optimalen Schaltvorgang erlernen muß, denn nur annähernd gleiche
Fahrsituationen können
mit Hilfe der fahrsituationsbedingten und erlernten Steuerungsparameter
optimal weich geschaltet werden. Soll auf einen solchen Einfahrvorgang
verzichtet werden, so muß hingenommen
werden, daß während des
gesamten Getriebelebens Schaltvorgänge unterschiedlicher Qualität stattfinden.
-
Weiterhin
wird in der
DE 36 21
674 A1 ein automatisches Getriebe beschrieben, bei dem
ein Regel- und/oder Steuerverfahren verwirklicht ist, so dass hier
bzgl. der Regelung/Steuerung des Getriebes ein „Selbstlerneffekt" besteht. Insbesondere
werden nämlich
unter der Berücksichtigung
einer zeitlichen Veränderung
einer Betriebsgröße die Schaltpunkte
des Getriebes neu festgelegt und damit der Betriebszustand des Fahrzeuges
besser erfasst. Hierdurch bedingt kann ein bestimmtes individuelles Fahrverhalten
von einem Fahrer für
eine gewisse Betriebszeit erfasst und gespeichert werden. In Abhängigkeit
des individuellen Fahrverhaltens des Fahrers ist die Getriebesteuerung
daher entsprechend beeinflussbar. Allerdings sind die Realisierung
der Lastwechsel während
eines Gangstufenwechsels innerhalb des Getriebes noch nicht optimal
ausgebildet, so dass diese oftmals auch als unkomfortabel empfunden
werden.
-
Schließlich ist
aus der US-PS 4,776,239 ein Steuerungsverfahren bekannt, bei dem
eine Möglichkeit
zur Vermeidung von Lastwechselschlägen offenbart ist. Insbesondere
wird hier zwischen der Getriebeabtriebswelle und den Antriebsrädern eine
sogenannte „overunningclutch" eingebaut, die entsprechend
angesteuert werden kann. Diese Möglichkeit ist
noch nicht optimal, da kosten- und wartungsaufwändig.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte
Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der Schaltkomfort
eines automatischen Stufenwechselgetriebes verbessert ist, insbesondere
Lastwechselschläge
auf kostengünstige
Art und Weise vermieden sind.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches
1. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Optimierung
des Schaltkomforts eine Regelung der Steuerungsparameter für die Schaltelemente
während des
gesamten Schaltvorgangs notwendig ist. Diese Regelung bedient sich
dabei fahrsitua tionsabhängiger
Größen, die
während
des Schaltvorgangs aktuell ermittelt werden und zur Variierung der
Steuerungsparameter für
die Schaltelemente genutzt werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich vorteilhaft
anhand der Zeichnung erläutern.
Es zeigen:
-
1 eine
Darstellung des normierten Verlaufs über die Zeit von Drehmoment,
Motordrehzahl, Schaltdruck der alten Kupplung und Schaltdruck der neuen
Kupplung während
eines ungeregelten Hochschaltvorgangs im Zeitintervall tS gemäß dem Stand der
Technik,
-
2 den
normierten Verlauf der Parameter gemäß 1 während eines
Schaltvorgangs gemäß dem Verfahren
der Erfindung, und
-
3 eine
schematische Darstellung einer Antriebsanordnung mit einem Steuerungs-
und Regelungscomputer für
das Getriebe.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
findet Anwendung in der Getriebesteuerung eines Antriebsaggregates
eines Kraftfahrzeuges. Das Antriebsaggregat umfaßt gemäß 3 eine Brennkraftmaschine 1, deren
Kurbelwelle 5 über
einen hydrodynamischen Wandler 2 mit der Getriebeeingangswelle 6 des
Getriebes 3 verbunden ist. Bei dem Getriebe 3 handelt es
sich um ein automatisches Stufenwechselge triebe, in dem elektrohydraulisch
betätigbare
Schaltglieder wie Kupplungen und Bremsen (K1, K2, B1, B2) zur Betätigung unterschiedlicher
Getriebeübersetzungsstufen
aktiviert oder passiviert werden. Das Getriebe ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine Getriebeabtriebswelle 7 mit
einem Differentialgetriebe 4 verbunden, von dem zwei Antriebsachsen 8, 9 je
ein Antriebsrad 10, 11 antreiben.
-
Zur
Steuerung der Schaltvorgänge
des Getriebes 3 ist ein Computer 12 vorgesehen,
der über gestrichelt
dargestellte elektrische Leitungen mit Sensoren 13 bis 16 verbunden
ist. Außerdem
steuert der Computer eine nicht dargestellte, aber dem Fachmann
allgemein bekannte elektrohydraulische Steuerungsvorrichtung für die Aktivierung
oder Passivierung der Getriebeschaltglieder K1, K2, B1, B2. Da das
Getriebeabtriebswellendrehmoment während des Schaltvorgangs in
seinem Wert möglichst
konstant gehalten werden soll, werden während des gesamten Schaltvorgangs
fahrsituationsabhängige Größen von
dem Computer 12 ermittelt und mit seiner Hilfe im Sinne
der Konstanthaltung des Moments der Getriebeabtriebswelle 7 auf
die Schaltglieder K1, K2, B1, B2 eingewirkt.
-
Wie
sich aus 3 ergibt, nutzt der Computer 12 zur
Steuerung des Getriebeschaltvorgangs die über den Sensor 13 ermittelbare
Motordrehzahl, die mit Hilfe des Sensors 14 meßbare Getriebeeingangswellendrehzahl
sowie das Getriebeabtriebswellendrehmoment, das mit Hilfe des Sensors 15 meßbar ist.
Alternativ zu diesem Getriebeabtriebswellendrehmoment kann auch
mit Hilfe eines Sensors 16 das Drehmoment der Antriebsräder 10, 11 zur
Getriebesteuerung ermittelt und herangezogen werden.
-
Während des
Betriebs der Antriebsanordnung gemäß 3 ermittelt
der Steuerungs- und Regelungscomputer 12 mit Hilfe des
Sensors 13 ständig die
Motordrehzahl. Sobald ein gewisser Grenzwert erreicht ist, beginnt
er den Steuerdruck in dem wegzuschaltenden Schaltglied herabzusetzen
und den Steuerdruck in dem zuzuschaltenden Schaltglied anzuheben.
Fahrsituationsabhängige
Lastwechsel, die den Schaltvorgang ungünstig beeinflussen können, werden
mit Hilfe der Sensoren 15 und/oder 16 auf der Abtriebsseite
des Getriebes ermittelt und für
die Einstellung eines besonders komfortablen und weichen Schaltvorgangs
weiter verarbeitet. So kann also beim Auftreten eines plötzlichen
Lastwechsels während des
Schaltvorgangs dieser abtriebsseitig durch den Computer 12 ermittelt
werden und eine Korrektur des Steuerdrucks des wegzuschaltenden
und/oder hinzuzuschaltenden Schaltgliedes durchgeführt werden.
-
Der
ungeregelte Schaltvorgang nach dem Stand der Technik beginnt gemäß 1 im
Zeitpunkt t1 mit einem stufenweisem Absenken
des Steuerdrucks b der Kupplung des bisherigen Ganges. Gleichzeitig
beginnt im Zeitpunkt t1 ein langsamer Anstieg
des Steuerdrucks c für
die Kupplung des neuen Ganges. parallel dazu ist ein weiterer Anstieg
der Motordrehzahl a sowie ein weiterer Abfall des von der Kupplung
abgegebenen Drehmomentes d feststellbar.
-
Etwa
nach Ablauf der Hälfte
der Schaltzeit tS und dem weiteren Lösen der
Kupplung des bisherigen Ganges greift die Kupplung des neuen Ganges stärker und
zieht die Motordrehzahl a beim Hochschalten weiter herunter. Diese
Phase des Schaltvorganges ist durch einen starken Anstieg des Drehmomentes
d gekennzeichnet, dessen Werte beim weiteren zuschalten der Kupplung
für den
neuen Gang wieder abfallen.
-
Dieser
schnelle Anstieg und Abfall im Drehmomentenverlauf in der zweiten
Hälfte
der Schaltzeit tS wird von den Insassen
eines mit einem derartigen Getriebe ausgerüsteten Fahrzeuges als schlechter Schaltkomfort
empfunden. Der Verlauf der Momentenkurve d ist nicht konstant, sondern
hängt von
der gewählten
Schaltstufe (beispielsweise eine Schaltung vom zweiten in den dritten
Gang), dem Zustand des Motors und der Getriebekomponenten, den Umweltbedingungen
des Fahrzeugs und der Fahrsituation ab.
-
Unterschiedliche
Fahrsituationen können beispielsweise
die Fahrt auf einer Ebene oder an einem Berg sein.
-
In
dem Diagramm gemäß 2 ist
nun die Situation dargestellt, wie sie beim erfindungsgemäß geregelten
Hochschalten des Getrie bes gemäß 1 in
gleicher Fahrsituation, bei gleichen Umweltbedingungen, bei Vollgas
und einer Schaltung vom zweiten in den dritten Gang stattfindet.
-
Auch
hier beginnt die Getriebesteuerung mit dem Schaltvorgang, sobald
die Motordrehzahl einen gewissen Grenzwert erreicht hat (t1). Während
des stufenweisen Zurücknehmens
des Steuerdrucks der Kupplung des bisherigen Ganges (Kurve b) und
der Erhöhung
des Steuerdrucks c für
die Kupplung des neuen Ganges, überwacht
das Steuerungs- und Regelungssystem das Abtriebswellendrehmoment
des Getriebes bzw. das Drehmoment der Antriebsräder.
-
Mit
Hilfe dieser Drehmomentenmeßwerte werden
während
des Schaltvorgangs komfortoptimale Steuerungsparameter für die weitere
Hinzuschaltung und Passivierung der Bremsen und Kupplungen ermittelt.
Die gegenüber
dem ungeregelten Schaltvorgang verstärkte oder verminderte Lastübernahme durch
die Kupplung für
den neuen oder alten Gang bewirkt auch bei der Rücknahme der Motordrehzahl gemäß Kurve
a einen insgesamt harmonischen Drehmomentenverlauf (Kurve d). Damit
findet für
die Insassen eines solcherart ausgestatteten Fahrzeugs nur noch
ein kaum mehr spürbarer
Ruck während des
Schaltvorganges statt.
-
Da
dieses Steuerungs- und Regelungsverfahren für Schaltvorgänge in Getrieben
sofort funktionsfähig
ist, und keine weiteren "Lernschaltungen" mehr notwendig sind,
erfährt
der Fahrer eines derartig ausgestatteten Fahrzeuges eine erhebliche Schaltkomportverbesserung.
Dies vor allem deshalb, weil er von Anfang an mit identischen Schaltvorgängen konfrontiert
wird, und nicht im Laufe der Nutzungsdauer seines Fahrzeuges immer
wieder durch lernaktive Getriebeschaltungen mit den beschriebenen
nachteiligen, ruckartigen Beschleunigungen konfrontiert wird.