DE102005004226B3

DE102005004226B3 - Verfahren zur Steuerung der Leistungsübertragung in einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere des Wechsels zwischen zwei in Verbindung mit einer hydrodynamischen Komponente realisierten Gangstufen in einem Getriebe

Info

Publication number: DE102005004226B3
Application number: DE200510004226
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hudelmaier; Ulrich Dr. Burr; Thomas Schönhaar
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2025-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Getriebes in einem Fahrzeug, insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei aufeinander folgende Wandlergänge, wobei das Getriebe mindestens einen hydrodynamischen Getriebeteil mit mindestens einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler, einen mechanischen Getriebeteil, der mit dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler in Reihe geschaltet ist und wenigstens zwei Übersetzungsstufen umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen dem gehenden und dem kommenden Wandlergang durch das gleichzeitige oder einander überlappende Deaktivieren der den unterschiedlichen Übersetzungsstufen zugeordneten gehenden Schaltelemente für den zu verlassenden Wandlergang und die Aktivierung der Schaltelemente für den kommenden Wandlergang erfolgt, wobei die Betätigung derart erfolgt, dass der zweite Wandlergang in einem Betriebspunkt zugeschaltet ist, der im Zugkraftkennfeld F = f(v) durch den Schnittpunkt der aufeinander folgenden hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlergänge charakterisiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Leistungsübertragung in einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere zur Steuerung des Wechsels zwischen zwei in Verbindung mit einer hydrodynamischen Komponente realisierten Gangstufen in einem Getriebe, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In Antriebssträngen, insbesondere Antriebssträngen mit Automatgetrieben, welche eine hydrodynamische Komponente in Leistungsverzweigung oder in Reihe in Kombination mit mindestens einer nach- oder parallelgeschalteten mechanischen Fahrstufe umfassen, werden Schaltprogramme mit festen Umschaltpunkten oder einfache beschleunigungsabhängige Schaltprogramme verwendet. Ziel ist es, den Motor so zu optimieren, dass dem Fahrerwunsch entsprochen wird. Bei ersteren erfolgt die Umschaltung normalerweise im oberen Drehzahlbereich der Antriebsmaschine. Dadurch wird die größere Motorleistung zur besseren Fahrzeugbeschleunigung ausgenutzt, was im ansteigenden Gelände oder bei großer Personenbesetzung eines Fahrzeuges, insbesondere Busses, erforderlich sein kann. Allerdings ergibt sich damit auch ein höherer Kraftstoffverbrauch, weil die Antriebsmaschine nicht unbedingt im betriebsoptimalen Zustand arbeitet. Zur Lösung dieser Problematik werden beschleunigungsabhängige Schaltprogramme eingesetzt, wie beispielsweise in den Druckschriften DE 195 16 948 A1 und DE 196 38 064 C2 beschrieben. Dabei werden die die Beschleunigung des Fahrzeuges charakterisierenden Größen und eine die Leistung der Antriebsmaschine charakterisierende Größe ständig ermittelt. Für einen Umschaltvorgang sind im Ausgangsgang, das heißt dem zu verlassenden Gang, ein Schaltdrehzahlbereich und ein Drehzahlbereich für den Zielgang, welcher durch eine kleinste und eine größte erreichbare Drehzahl im Zielgang begrenzt ist, festlegbar. Der Schaltdrehzahlbereich wird wenigstens durch eine untere Schaltdrehzahl und eine obere Schaltdrehzahl und der Drehzahlbereich im Zielgang durch eine Zieldrehzahl sowie eine weitere Drehzahl begrenzt. Der Umschaltvorgang wird in Abhängigkeit von der ermittelten Beschleunigung eingeleitet. Die untere Zieldrehzahl wird bei einem Umschaltvorgang in einem ersten Grenzzustand, der durch hohe Beschleunigung bei niedrigen Antriebsdrehzahlen oder geringer Verzögerung bei niedrigen Antriebsdrehzahlen charakterisiert ist, bei Einleitung einer Umschaltung bei einer Vielzahl von Schaltdrehzahlen erreicht. Der Schaltvorgang zwischen dem ersten Grenzzustand und der größten erreichbaren Drehzahl im Zielgang wird in Abhängigkeit der ermittelten Größen im Schaltdrehzahlbereich im Ausgangsgang eingeleitet. Das aus der Druckschrift DE 196 38 064 C2 vorbekannte beschleunigungsabhängige Schaltprogramm ist dadurch charakterisiert, dass die Schaltkennlinien derart ausgelegt sind, dass diese auch für alle möglichen Achsübersetzungen, mit denen des Fahrzeuggetriebe gekoppelt werden kann, ein optimales erzielt. Der Nachteil derartiger beschleunigungsabhängiger Schaltprogramme besteht jedoch im wesentlichen darin, dass eine Vielzahl von Parametern zu berücksichtigen ist, welche fortlaufend oder zumindest in gewissen Zeitabständen ermittelt werden müssen. Dabei handelt es sich zum einen um den Fahrvorgang charakterisierende Parameter, ferner auch um Parameter, die vom Fahrzeug, der Fahrzeugbeladung sowie der Umgebung, insbesondere der Topographie, abhängig sein können. Um hier immer optimale Schaltvorgänge beim Umschaltvorgang zwischen einem Ausgangsgang und einem Zielgang zu erzielen, ist es erforderlich, diese Größen fortlaufend zu ermitteln und auszuwerten. Auch bei der Erstellung der Schaltkennlinien selbst wie zum Beispiel Druckvorgaben sind diese Parameter mit zu berücksichtigen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Schaltkennlinien entweder durch Adaption angepasst werden müssen oder aber immer für eine bestimmte Konfiguration der Kombination eines bestimmten Getriebetyps mit einer Antriebsmaschine fest ausgelegt sind. Dies gilt für alle Umschaltvorgänge zwischen einem beliebigen Ausgangsgang und einem Zielgang, einschließlich der Umschaltung zwischen den einzelnen Wandlergängen bei Ausführung des Getriebes als hydrodynamisch mechanische Verbundgetriebebaueinheit mit wenigstens zwei, dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler zugeordneten unterschiedlichen Übersetzungsstufen, beispielsweise in Form einer Gruppenschaltung, bei welcher der Betriebsbereich des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers durch Kopplung mit diesen unterschiedlichen Übersetzungsstufen verändert werden kann. Dabei kommt es während der Schaltvorgänge immer wieder zur Änderungen des Momentes am Abtrieb, das heißt dem Moment an der Getriebeausgangswelle beziehungsweise an den anzutreibenden Rädern, wobei die Größe dieser Änderung mitunter als sehr störend empfunden wird und dadurch der Fahrkomfort in diesem Leistungs- und Geschwindigkeitsbereich nicht in dem gewünschten Maße gegeben ist. Dabei ist gerade bei Fahrzeugen mit Getriebebaueinheiten mit hydrodynamischer und mechanischer Leistungsübertragung, wobei der hydrodynamische Teil überbrückbar und zur Realisierung der mehrfachen Ausnutzung der einzelnen Komponenten mit unterschiedlichen Übersetzungsstufen koppelbar ist (beispielsweise einer Gruppenschaltung zur Kennfelderweiterung), während des Anfahrvorganges auf einen ruck- und stoßfreien Betrieb abzustellen, da diese häufig im Stadtverkehr eingesetzt werden, wobei der Anfahrbereich bei diesen einen wesentlichen Bestandteil des Gesamtbetriebsbereiches darstellt und damit die Anforderungen bezüglich eines gleichmäßigen Anfahrens erheblich erhöht sind. Bezüglich der Ausführung der Übersetzungsstufen bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Bei Vorsehen eines Gruppenschaltsatzes kann dieser der hydrodynamischen Komponente nachgeordnet und vor weiteren mechanischen Fahrstufen angeordnet sein oder aber hinter der Gesamtanordnung aus hydrodynamischem Getriebeteil und mechanischen Fahrstufen. Die Ausgestaltung der mechanischen Fahrstufen ist ebenfalls frei wählbar. Diese erfolgt im einfachsten Fall über miteinander gekoppelte Planetenradsätze, deren Einzelelementen Schaltelemente zugeordnet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Leistungsübertragung in einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere in Getrieben mit mindestens zwei unterschiedlichen Übersetzungsstufen und mehrfacher Ausnutzung des Betriebsbereiches der hydrodynamischen Komponente mit zusätzlicher Kennfelderweiterung durch die Übersetzungsstufen, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen deren Hauptbetriebsbereich im Fahrbereich mit geringen Geschwindigkeiten liegt, zu entwickeln, bei welchem der Anfahrvorgang auf einfache Art und Weise möglichst frei von momentanen starken Änderungen des an den Rädern abzugebenden Momentes und damit Zugkrafteinbrüchen realisiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Bei einem hydrodynamisch-mechanischen Verbundgetriebe mit mindestens zwei Übersetzungsstufen, welche beispielsweise über unterschiedliche Übersetzungsstufen oder eine Gruppenschaltung realisiert werden können, umfassend mindestens einen Eingang und einen Ausgang, wobei der hydrodynamische Getriebeteil und der mechanische Getriebeteil jeweils für sich allein oder aber gemeinsam betreibbar sind und ferner der Kennfeldbereich durch die Übersetzungsstufen, insbesondere den Gruppenschaltsatz erweitert wird, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Wechsel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gangstufen, die durch die Aktivierung beziehungsweise Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente, die als hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler oder hydrodynamische Kupplung charakterisiert sind, den Schaltvorgang derart einzuleiten, dass die Umschaltung, das heißt die Freigabe der gehenden Schaltelemente und die Leistungsübertragung über die kommenden Schaltelemente in einem Betriebspunkt erfolgt, der im Zugkraftdiagramm durch den Schnittpunkt der den beiden einzelnen Drehzahl-/Drehmomentwandlergangstufen zugeordneten Zugkraftkennlinien bestimmt wird. Diese Lösung ermöglicht es, dass der Umschaltvorgang frei von starken momentanen Änderungen des Abtriebsmomentes, das heißt des an den Rädern zur Verfügung stehenden Momentes erfolgt und somit ein stetiger Zugkraftverlauf während des gesamten Anfahrvorganges zu beobachten ist, was sich in einem hohen Fahrkomfort niederschlägt. Die Umschaltung zwischen dem gehenden und dem kommenden Wandlergang erfolgt durch die Entkopplung der hydrodynamischen Komponente, insbesondere des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers oder der hydrodynamischen Kupplung von einer ersten Übersetzungsstufe und die Kopplung mit einer zweiten Übersetzungsstufe durch Deaktivieren der der ersten gehenden Übersetzungsstufe zugeordneten Schaltelemente für den zu verlassenden Wandlergang und Aktivierung der der zweiten kommenden Übersetzungsstufe zugeordneten Schaltelemente für den kommenden Wandler- oder Kupplungsgang. Die Betätigung erfolgt wie bereits ausgeführt derart, dass der jeweilig andere Wandlergang in einem Betriebspunkt zugeschaltet wird, der im Zugkraftkennfeld F = f(ν) durch den Schnittpunkt der Kennlinien der aufeinander folgenden Wandlergänge und durch ein bestimmtes theoretisches Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sekundärrad und dem Primärrad von

charakterisiert ist und der Wechsel der aufeinander folgenden hydrodynamischen Gänge, insbesondere Wandlergänge bei einem Drehzahlverhältnis von

und ν_ist < ν_th für den Hochschaltvorgang und ν_ist > ν_th für den Rückschaltvorgang zeitlich vor Einstellung des theoretischen Übersetzungsverhältnisses eingeleitet wird, wobei ν_ist als Funktion von ν_th und dem zeitlichen Änderungsverhalten von ν bestimmt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird dieser Betriebspunkt, der durch die Zugkraft F an den Antriebsrädern und damit dem dort zur Verfügung stehenden Abtriebsmoment M_Ab und den Dimensionen, insbesondere dem Radius eines einzelnen Rades bestimmt wird, sowie durch die Fahrgeschwindigkeit v beziehungsweise eine diese wenigstens mittelbar charakterisierende Größe beschrieben wird, im Hinblick auf das Drehzahlverhältnis von Sekundärrad und Primärrad der hydrodynamischen Komponente, insbesondere des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers charakterisiert. Demzufolge entspricht der Umschaltpunkt zwischen dem sogenannten ersten Drehzahl-/Drehmomentwandlergang und dem zweiten Drehzahl-/Drehmomentwandlergang, der durch die Betätigung der den einzelnen Übersetzungsstufenzugeordneten Schaltelemente, charakterisiert ist, einem festen Wert ν_th. ν_th wird dabei aus dem Quotienten der Drehzahl am Turbinenrad, das heißt dem Sekundärrad n_T und der Drehzahl des Primärrades, das heißt des Pumpenrades der hydrodynamischen Komponente, insbesondere des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers, gebildet. Die Erfinder haben dabei erkannt, dass jedem Punkt beziehungsweise Betriebspunkt im Zugkraftdiagramm auch ein entsprechendes Drehzahlverhältnis zwischen dem Sekundärrad und dem Primärrad entspricht, so dass diese Größen fortlaufend ermittelt werden können und als Auslösekriterium für den Schaltvorgang, das heißt die Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten hydrodynamischen Gang, insbesondere Drehzahl-/Drehmomentwandlergang oder Kupplungsgang, herangezogen wird. Diese Größen werden dabei entweder vorzugsweise direkt ermittelt oder aber über andere, ohnehin zu Steuerungsaufgaben im Antriebsstrang zu ermittelnde Größen beziehungsweise Parameter bestimmt. Dabei kann die Drehzahl des Primärrades beispielsweise durch die Drehzahl am Getriebeeingang n_E, die Drehzahl an der Antriebsmaschine n_AM oder eine andere, funktional mit dieser im Zusammenhang stehenden Größe, beispielsweise die Momente M, an diesen Stellen bestimmt werden. Dies gilt in Analogie auch für die Drehzahl am Sekundärrad n_T, welche proportional oder im funktionalen Zusammenhang mit einer beliebigen Drehzahl im Getriebe, der Drehzahl am Getriebeausgang n_A oder beispielsweise der Drehzahl an den Rädern beziehungsweise dadurch bestimmten Fahrgeschwindigkeit steht. Des weiteren kann die Drehzahl am Sekundärrad n_T auch über die Momente an diesen Stellen oder andere, mit der Drehzahl wenigstens mittelbar im Zusammenhang stehenden Größen ermittelt werden. Dabei wird gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung immer auf Größen zurückgegriffen, die ohnehin für Steuerungsvorgänge im Antriebsstrang ermittelt werden, um den steuerungstechnischen Aufwand erheblich zu verringern, insbesondere die Anzahl der erforderlichen Erfassungseinrichtungen.

Die erfindungsgemäße Lösung gilt gleichwohl für Hoch- und Rückschaltvorgänge.

Wie bereits ausgeführt, wird die Schaltung bei einem erforderlichen Drehzahlverhältnis ν_th vollzogen, so dass der Schaltvorgang möglichst frei von Unterbrechungen beziehungsweise Schwankungen des Abtriebsmomentes ist. Dieser Wert liegt dabei beispielsweise bei etwa ν = 0,4. Andere Werte sind je nach Auslegung der hydrodynamischen Komponente, insbesondere des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers oder der hydrodynamischen Kupplung und der mit diesen gekoppelten Übersetzungsstufen ebenfalls möglich. Die Einleitung erfolgt jedoch bereits früher, wenn unter Berücksichtigung des Änderungsverhaltens des Drehzahlverhältnisses auf ein zukünftiges sich einstellendes Drehzahlverhältnis derart geschlossen wird, daß der theoretische Wert erreicht wird oder geringfügig über- oder unterschritten – je nach Schaltvorgangsart. Die Möglichkeiten zur Ermittlung des Zeitpunktes bzw. des Ist-Drehzahlverhältnisses zur Einleitung sind vielgestaltig. Zur rechtzeitigen Einleitung des Schaltvorganges durch Ansteuerung der Schaltelemente wird dabei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung das aktuelle Drehzahlverhältnis ν_ist fortlaufend ermittelt. Für einen bestimmten vordefinierten Zeitabstand Δt wird die Differenz aus dem bei Ablauf sich einstellenden Drehzahlverhältnis ν_istE und dem zu Beginn des Zeitintervalls vorliegenden Drehzahlverhältnis ν_istA fortlaufend ermittelt. In zweiten vordefinierten Zeitabständen Δt₂ wird ein theoretischer sich zukünftig einstellender Drehzahlverhältniswert ν_zukunft aus der Summe des aktuellen Drehzahlverhältnisses ν_ist und dem letzten Drehzahlverhältnisdifferenzwert bezogen auf Δt für den zweiten Zeitabstand Δt₂ ermittelt, wobei ν_zukunft wie folgt ermittelt wird:

mit Δt_z = zu erwartende Schaltzeit oder angenommene Schaltzeit

Der theoretisch sich einstellende Wert für das Drehzahlverhältnis ν_zukunft wird mit dem theoretischen Drehzahlverhältnis ν_th verglichen und bei Überschreitung der Wechsel zwischen den zwei hydrodynamischen Gängen, insbesondere Wandlergängen ausgelöst.

Unter Einleitung des Schaltvorganges wird dabei jegliche Art von Aktivität verstanden, die im Zusammenhang mit der Auslösung des Schaltvorganges besteht. Diese kann entsprechend definiert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um die Ausgabe eines Signals zur Ansteuerung einer den Schaltelementen zugeordneten Stelleinrichtung, den Beginn der Betätigung des Schaltelementes e.t.c. handeln.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines Antriebssystems;
2 verdeutlicht anhand des Zugkraftdiagramms den optimalen Betriebspunkt zur Umschaltung zwischen den einzelnen Wandlergängen.
Die 1 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung ein Antriebssystem 1 für den Einsatz in Fahrzeugen 2. Dieses umfasst eine Antriebsmaschine 3, welche vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine 4 ausgeführt ist. Diese ist über eine Getriebebaueinheit 5 mit den anzutreibenden Rädern 6, hier 6.1 und 6.2, wenigstens mittelbar gekoppelt. Die Getriebebaueinheit 5 umfasst zwischen dem Getriebeeingang E und mindestens einem Getriebeausgang A einen mechanischen Getriebeteil 7 und einen hydrodynamischen Getriebeteil 8. Der hydrodynamische Getriebeteil 8 umfasst eine hydrodynamische Komponente 9, welche hier als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler 10 ausgeführt ist. Dieser weist ein Primärrad 11, welches wenigstens mittelbar mit dem Getriebeeingang E verbindbar, vorzugsweise drehfest verbunden ist, ein Sekundärrad 12 sowie mindestens ein Leitrad 13 auf. Bei dieser Komponente handelt es sich wie bereits ausgeführt um einen Drehzahl-/Drehmomentwandler 10. Dies bedeutet, dass jede Änderung der Drehzahl auch zwangsläufig eine Drehmomentänderung nach sich zieht und umgekehrt. Der mechanische Getriebeteil 7 umfasst mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisende Übertragungselemente in Form von Übersetzungsstufen, welche beispielhaft in Form eines Gruppenschaltsatzes 14 vorliegen. Dieser kann unterschiedlich ausgeführt sein. Entscheidend ist, dass dieser in der dargestellten Ausführung zumindest in der Betriebsweise der Leistungsübertragung über die hydrodynamische Komponente 9 wenigstens mittelbar, das heißt entweder direkt oder über weitere Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheiten, die hier beispielhaft mit 15 angedeutet sind, mit dem Sekundärrad 12 des Drehzahl-/Drehmomentwandlers 10 verbunden ist. Über den beispielhaft dargestellten Gruppenschaltsatz werden mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungen realisiert. Dieser kann, wie in der 1 dargestellt, den Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheiten 15 nachgeordnet sein oder aber diesen vorgeschaltet. Im dargestellten Fall erfolgt die Anordnung hinter den Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheiten 15, welche beispielsweise in Form von Planetenradsätzen oder Doppelplanetenradsätzen vorliegen können. Dabei ist der Gruppenschaltsatz 14 direkt mit dem Getriebeausgang A verbunden. Im dargestellten Fall sind dem Gruppenschaltsatz 14 wenigstens zwei Schaltelemente 16 und 17 zugeordnet. Dabei erfolgt die Zuordnung hier nur beispielhaft. Der Gruppenschaltsatz 14 ist ebenfalls nur beispielhaft wiedergegeben. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um ein Planetengetriebe, vorzugsweise lediglich einen Planetenradsatz 18, dessen einzelne Elemente – Sonnenrad 19, Hohlrad 20 oder Steg 21 – durch die entsprechenden Schaltelemente 16 und 17 entweder drehfest mit jeweils anderen Elementen gekoppelt werden können oder aber gegenüber dem Getriebegehäuse 22 oder einem anderen ortsfesten Bauelement feststellbar sind. Im dargestellten Fall fungiert dabei das erste Schaltelement 16 beispielsweise zur drehfesten Kopplung zwischen dem Steg 21 und dem Hohlrad 20, während das zweite Schaltelement 17 als Bremseinrichtung ausgeführt ist und der Festsetzung des Hohlrades 20 gegenüber dem Gehäuse dient. Bereits durch die Betätigung dieser beiden Schaltelemente können zwei unterschiedliche Übersetzungen am Getriebeausgang A bei gleichbleibenden Verhältnissen im restlichen Getriebeteil bis zum Eingang E erzielt werden. Andere Ausführungen der Übersetzungsstufen sind ebenfalls denkbar. Der hydrodynamische Getriebeteil 8 und der mechanische Getriebeteil 7 sind dabei hintereinander angeordnet, das heißt in Reihe, wobei jedoch Mittel 23 zur Umgehung des hydrodynamischen Leistungszweiges vorgesehen sind, vorzugsweise in Form einer sogenannten Überbrückungskupplung LU, die der drehfesten Kopplung zwischen Primärrad 11 und Sekundärrad 12 dient und somit den Leistungsfluss unter Umgehung der hydrodynamischen Komponente 9 zum Getriebeausgang A leitet. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 10 wird beispielsweise in äußerer Leistungsverzweigung angeordnet und betrieben. In einem ersten Betriebszustand erfolgt die Leistungsübertragung dabei allein über den hydrodynamischen Getriebeteil 8, insbesondere den Drehzahl-/Drehmomentwandler 10 auf die mit diesem gekoppelten Elemente, insbesondere die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheiten 15 und den Gruppenschaltsatz 14. Je nach Betätigung der Schaltelemente 16 und 17 wird damit ein erster und zweiter Wandlergang realisiert. Die Umschaltung erfolgt durch die wechselnde Betätigung der beiden Schaltelemente 16 und 17, wobei der Wechsel dabei gleichzeitig oder aber einander überlappend erfolgen kann. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 10 erfährt dabei im Zusammenwirken mit den mechanischen Übersetzungsstufen, insbesondere zum Beispiel wenigstens dem Gruppenschaltsatz 14, in seinen beiden unterschiedlichen Betriebsweisen eine Erweiterung seines Kennfeldes, die sich wiederum auch in unterschiedlichen Zugkraftverläufen in den entsprechenden Gangbereichen niederschlägt. Dabei wird in der Regel ein erster und ein zweiter Wandlergang unterschieden, der in unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen zum Tragen kommt. Um ein vollautomatisches Getriebe zu erhalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wandlergang frei von einer Zugkraftunterbrechung stattfinden zu lassen und gleichzeitig auch keine Zugkraftsprünge zuzulassen. Daher wird erfindungsgemäß der Schaltvorgang in dem Betriebspunkt der Getriebebaueinheit 5 ausgelöst, der den Schnittpunkt S der theoretisch für die einzelnen Wandlergänge vorliegenden Zugkraftlinien – Z1 für den ersten Wandlergang und Z2 für den zweiten Wandlergang – miteinander im Zugkraftdiagramm F = f(ν) bildet. Dazu werden die theoretisch sich ergebenden Zugkraftkennlinien Z1 und Z2 für den ersten und zweiten Wandlergang entweder in einem Kennfeld hinterlegt oder aber berechnet, wobei die Berechnung fortlaufend oder aber in beliebigen Zeitintervallen erfolgen kann. Dabei entspricht dieser Betriespunkt, der durch eine Zugkraft F bestimmter Größe und eine Fahrgeschwindigkeit v bestimmter Größer charakterisiert ist, immer auch einem bestimmten Drehzahlverhältnis ν_th zwischen dem Primärrad 11 und dem Sekundärrad 12 des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 10. Unter der Berücksichtigung des inneren Widerstandes des Antriebsstranges bei der Leistungsübertragung von der Antriebsmaschine 3 zu den Rädern ergeben sich die Zugkräfte, die in verschiedenen Gängen bei Volllast und bei Teillast verfügbar sind, als Funktion der Fahrgeschwindigkeit. Die Volllastkurven sollten sich möglichst ohne große Drehmomentsprünge an die Grenzhyperbel aus der maximalen Motorleistung anschmiegen. Die Zugkraft F ergibt sich dabei aus dem Drehmoment an den Antriebsrädern M_Antriebsrad und dem Radius des Antriebsrades. Dabei können die der Zugkraft in den einzelnen Gängen charakterisierenden Größen auch indirekt beschrieben werden, insbesondere über das beispielsweise vom Sekundärrad an die Getriebeausgangswelle über den Gruppenschaltsatz 14 abgegebenen Moment, welches wiederum proportional beziehungsweise in funktionalem Zusammenhang zum Moment an den Antriebsrädern steht. So ist es möglich, einem bestimmten Betriebspunkt im Zugkraftdiagramm auch ein entsprechendes Drehzahlverhältnis ν_th zwischen dem Sekundärrad 12 und dem Primärrad 11 zugrundezulegen. Bei diesem kann es sich dabei für den Volllastbereich um einen festen Wert handeln. Dieser liegt beispielsweise bei etwa 0,4. Dabei genügt es, wenn beispielsweise in einer Steuereinrichtung 24, welche vorzugsweise in Form eines Steuergerätes vorliegt, jedoch auch als virtuelles Steuergerät ausgeführt sein kann, dieser Wert hinterlegt ist und in Abhängigkeit der fortlaufenden Ermittlung der Schaltvorgang eingeleitet wird. Dazu sind im einfachsten Fall dem Primärrad 11 und dem Sekundärrad 12 Erfassungseinrichtungen 25 beziehungsweise 26 zur Ermittlung der Drehzahl n_P und n_T zugeordnet, welche vorzugsweise als Drehzahlsensoren ausgeführt sind. Die Erfassungseinrichtungen 25 und 26 sind dabei mit der Steuereinrichtung 24 verbunden beziehungsweise generieren Eingangssignale für diese. In Abhängigkeit des daraus ermittelten Drehzahlverhältnisses
wird dann der Schaltvorgang ausgelöst. Dies bedeutet dabei eine Ansteuerung der Stelleinrichtungen 27 und 28, welche den einzelnen Schaltelementen 16 und 17 des Gruppenschaltsatzes 14 zugeordnet sind. Die Stelleinrichtungen 27 und 28 sind dabei ebenfalls mit der Steuereinrichtung 24 verbunden. Die Kupplung zwischen der Steuereinrichtung 24 und den entsprechenden Erfassungseinrichtungen 25 und 26 sowie den Stelleinrichtungen 27 und 28 erfolgt dabei entweder drahtlos über entsprechende Verbindungen. Des weiteren kann noch eine weitere Stelleinrichtung vorgesehen werden, die mit 29 bezeichnet ist und dem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler 10 zugeordnet ist. Dieser kann zum Zwecke der Deaktivierung durch entsprechende Drucksteuerung oder anderweitig hinsichtlich seiner Befüllung beziehungsweise der Erzeugung des Kreislaufes beeinflusst werden, so dass keine Leistungsübertragung über diesen mehr möglich wäre.
Erfindungsgemäß erfolgt die Einleitung des Schaltvorganges jedoch früher, wenn unter Berücksichtigung des Änderungsverhaltens des Drehzahlverhältnisses auf ein zukünftiges sich einstellendes Drehzahlverhältnis derart geschlossen wird, daß der theoretische Wert erreicht wird oder geringfügig über- oder unterschritten – je nach Schaltung. Die Möglichkeiten zur Ermittlung des Zeitpunktes bzw. des Ist-Drehzahlverhältnisses zur Einleitung sind vielgestaltig. Zur rechtzeitigen Einleitung des Schaltvorganges durch Ansteuerung der Schaltelemente wird dabei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung das aktuelle Drehzahlverhältnis ν_ist fortlaufend ermittelt. Für einen bestimmten vordefinierten Zeitabstand Δt wird die Differenz aus dem bei Ablauf sich einstellenden Drehzahlverhältnis ν_istE und dem zu Beginn des Zeitintervalls vorliegenden Drehzahlverhältnis ν_istA fortlaufend ermittelt. In zweiten vordefinierten Zeitabständen Δt₂ wird ein theoretischer sich zukünftig einstellender Drehzahlverhältniswert ν_zukunft aus der Summe des aktuellen Drehzahlverhältnisses ν_ist und dem letzten Drehzahlverhältnisdifferenzwert bezogen auf Δt für den zweiten Zeitabstand Δt₂ ermittelt, wobei ν_zukunft wie folgt ermittelt wird:
Der theoretisch sich einstellende Wert für das Drehzahlverhältnis ν_zukunft wird mit dem theoretischen Drehzahlverhältnis ν_th verglichen und bei Überschreitung der Wechsel zwischen den zwei Wandlergängen ausgelöst.
Die in der 1 wiedergegebene Anordnung der Erfassungseinrichtungen 25 zur Erfassung einer die Drehzahl des Primärrades 11 n_P charakterisierenden Größe und die Erfassungseinrichtung 26 zur Erfassung einer die Drehzahl des Sekundärrades n_T wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe sind dabei wie bereits beschrieben vorzugsweise dem Primärrad 11 und dem Sekundärrad 12 direkt zugeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, die das Drehzahlverhältnis wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen auch indirekt zu ermitteln. Denkbar ist es beispielsweise, ohnehin im Antriebsstrang erfasste Drehzahlen zu verarbeiten, beispielsweise für die Drehzahl des Primärrades n_P die Drehzahl n_E am Getriebeeingang E oder die dazu proportionale Drehzahl n_AN der Antriebsmaschine. Andererseits ist es auch möglich, diese Drehzahlen beispielsweise aus den Momenten, dem Abtriebsmoment der Antriebsmaschine M_AM oder dem Eingangsmoment M_E der Getriebebaueinheit zu ermitteln. Dies gilt in Analogie auch für die Drehzahl des Turbinenrades 12. Diese kann beispielsweise direkt aus einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit v zurückgerechnet werden, wobei diese Zurückberechnung immer unter Berücksichtigung der aktuell eingelegten Gangstufe erfolgt und voraussetzt, dass die entsprechenden Parameter ebenfalls ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, beispielsweise eine beliebige Drehzahl in der Getriebebaueinheit 5 zu erfassen und diese ebenfalls auf die Drehzahl n_T am Sekundärrad 12 zurückzuführen oder die Drehzahl am Getriebeausgang A. Dabei werden immer die Größen gewählt, über die sich am einfachsten das Drehzahlverhältnis ν ermitteln lässt und für die der steuerungstechnische Aufwand so gering wie möglich gehalten werden kann beziehungsweise die bereits ohnehin entweder an einem der Getriebebaueinheit oder dem Antriebsstrang zugeordneten Steuergerät vorliegen oder auf einem Datenkommunikationsnetzwerk des Antriebsstranges verfügbar sind.
In der 2 ist der erfindungsgemäße Umschaltvorgang zwischen dem ersten und dem zweiten Wandlergang wiedergegeben. Die Darstellung erfolgt hier im Zugkraftdiagramm, wobei die an den Antriebsrädern abgegebene Zugkraft F über die Fahrgeschwindigkeit aufgetragen ist. Die Kennlinie Z1 beschreibt dabei die Zugkraftkennlinie für den ersten Wandlergang, der hier mit 1TC bezeichnet ist, und die Kennlinie Z2 die Zugkraftkennlinie für den zweiten Wandlergang, der hier mit 2TC charakterisiert ist. Daraus wird ersichtlich, dass durch das Schalten im Schnittpunkt der beiden Zugkraftkennlinien keine Zugkraftunterbrechung und auch kein Zugkraftsprung stattfindet. Das Antriebsmoment wird somit über den gesamten Betriebsbereich des Wandlers für die einzelne beispielhafte Kombination mit der Gruppenschaltung festgelegten Bereiche kontinuierlich zur Verfügung stehen.
Die zeitliche Abfolge bei Auslösung des Schaltvorganges kann unterschiedlich gewählt werden. Die Abstimmung der Aktivierung und Deaktivierung der Schaltelemente liegt dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes. Die Aktivierung und Deaktivierung der kommenden und gehenden Schaltelemente kann dabei gleichzeitig, nacheinander oder einander überlappend erfolgen.
Die 1 verdeutlicht dabei lediglich allgemein den Grundaufbau einer Getriebebaueinheit 5, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz gelangt. Der Aufbau des mechanischen Getriebeteils sowie der Übersetzungsstufen, insbesondere des Gruppenschaltsatzes 14 und der mechanischen Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheiten 15 sowie des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 10 kann variieren. Die hier wiedergegebene konkrete Ausführung stellt lediglich ein Beispiel dar.

1: Antriebssystem
2: Fahrzeug
3: Antriebsmaschine
4: Verbrennungskraftmaschine
5: Getriebebaueinheit
6.1: Rad
6.2: Rad
7: mechanischer Getriebeteil
8: hydrodynamischer Getriebeteil
9: hydrodynamische Komponente
10: Drehzahl-/Drehmomentwandler
11: Primärrad
12: Sekundärrad
13: Leitrad
14: Gruppenschaltsatz
15: Drehzahl-/Drehmomentwandler
16: Schaltelement
17: Schaltelement
18: Planetenradsatz
19: Sonnenrad
20: Hohlrad
21: Steg
22: Gehäuse
23: Mittel zur Umgehung des hydrodynamischen Leistungszweiges
24: Stelleinrichtung
25: Erfassungseinrichtung
26: Erfassungseinrichtung
27: Stelleinrichtung
28: Stelleinrichtung
29: Stelleinrichtung
Z1: Zugkraftkennlinie
Z2: Zugkraftkennlinie
F: Zugkraft
n_E: Drehzahl am Getriebeeingang
n_AM: Drehzahl der Antriebsmaschine
n_A: Drehzahl am Getriebeausgang
E: Getriebeeingang
A: Getriebeausgang
ν: Drehzahlverhältnis

Claims

Verfahren zur Steuerung der Leistungsübertragung eines Getriebes in einem Fahrzeug, insbesondere des Wechsels zwischen zwei aufeinander folgenden hydrodynamischen Gängen – einem ersten hydrodynamischen Gang und einem zweiten hydrodynamischen Gang – in einem Getriebeausgang, wobei das Getriebe umfasst: – mindestens einen Getriebeeingang (E) und mindestens einen Getriebeausgang (A), – einen hydrodynamischen Getriebeteil (8) mit mindestens einer hydrodynamischen Komponente, insbesondere Drehzahl-/Drehmomentwandler (10) oder hydrodynamische Kupplung, umfassend ein Primärrad (11) und ein Sekundärrad (12); – einen mechanischen Getriebeteil (7), umfassend wenigstens zwei mit der hydrodynamischen Komponente koppelbare Übersetzungsstufen – eine erste Übersetzungsstufe und eine zweite Übersetzungsstufe –, wobei die hydrodynamische Komponente mit dem mechanischen Getriebeteil (7) in Reihe schaltbar ist; 1.1 bei welchem während des Anfahrvorganges die Umschaltung zwischen den einzelnen hydrodynamischen Gängen durch den Wechsel zwischen den unterschiedlichen Übersetzungsstufen ausgelöst wird; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.2 bei welchem zur Umschaltung zwischen dem gehenden und dem kommenden hydrodynamischen Gang durch die Entkopplung der hydrodynamischen Komponente von einer ersten Übersetzungsstufe und die Kopplung mit einer zweiten Übersetzungsstufe die der ersten gehenden Übersetzungsstufe zugeordneten Schaltelemente für den zu verlassenden hydrodynamischen Gang deaktiviert und die der zweiten kommenden Übersetzungsstufe zugeordneten Schaltelemente für den kommenden hydrodynamischen Gang betätigt werden; 1.3 bei welchem die Betätigung derart erfolgt, dass der zweite hydrodynamische Gang in einem Betriebspunkt zugeschaltet ist, der im Zugkraftkennfeld F = f(ν) durch den Schnittpunkt der Kennlinien der aufeinander folgenden hydrodynamischen Gänge und durch ein bestimmtes theoretisches Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sekundärrad (12) und dem Primärrad (11) von
charakterisiert ist und der Wechsel der aufeinander folgenden hydrodynamischen Gänge bei einem Drehzahlverhältnis von
und ν_ist < ν_th für den Hochschaltvorgang und ν_ist > ν_th für den Rückschaltvorgang zeitlich vor Einstellung des theoretischen Übersetzungsverhältnisses eingeleitet wird, wobei ν_ist als Funktion von ν_th und dem zeitlichen Änderungsverhalten von ν bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 2.1 bei welchem das aktuelle Drehzahlverhältnis ν_ist fortlaufend ermittelt wird; 2.2 bei welchem jeweils für einen bestimmten vordefinierten Zeitabstand Δt die Differenz aus dem bei Ablauf sich einstellenden Drehzahlverhältnis ν_istE und dem zu Beginn vorliegenden Drehzahlverhältnis ν_istA fortlaufend ermittelt wird; 2.3 bei welchem in zweiten vordefinierten Zeitabständen Δt2 ein theoretischer sich zukünftig einstellender Drehzahlverhältniswert ν_zukunft aus der Summe des aktuellen Drehzahlverhältnisses ν_iist und dem letzten Drehzahlverhältnisdifferenzwert bezogen auf Δt für den zweiten Zeitabstand Δt2 ergibt, wobei ν_zukunft wie folgt ermittelt wird:
2.4 bei welchem der theoretisch sich einstellende Wert für das Drehzahlverhältnis ν_zukunft mit dem theoretischen Drehzahlverhältnis
verglichen wird und bei Überschreitung der Wechsel zwischen den zwei hydrodynamischen Gängen ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlverhältnis
bei welchem die Schaltung ausgelöst wird, einen festen Wert einnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen von Primärrad (11) und Sekundärrad (12) direkt erfasst werden oder aus den die Drehzahlen von Primärrad (11) und Sekundärrad (12) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Drehzahl des Primärrades (11) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe wenigstens durch eine der nachfolgend genannten Größen bestimmt wird: – die Drehzahl am Getriebeeingang (E) – die Drehzahl einer mit dem Getriebeeingang (E) wenigstens mittelbar verbundenen Antriebsmaschine – das Moment am Getriebeeingang (E) – das von einer mit dem Getriebeeingang (E) verbindbaren Antriebsmaschine abgebbare Moment.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als die die Drehzahl n_T des Sekundärrades (12) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe wenigstens eine der nachfolgend genannten bestimmt wird: – die Drehzahl am Getriebeausgang (A) – eine Drehzahl an beliebiger Stelle im Getriebe (5) – eine Drehzahl an beliebiger Stelle zwischen Getriebeausgang (A) und den anzutreibenden Rädern des Fahrzeugs – die Fahrgeschwindigkeit – ein Moment an beliebiger Stelle zwischen Sekundärrad (12) und den anzutreibenden Rädern.