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Die
Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Automatgetriebe.
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Fahrzeuge
benötigen
Getriebe, um Drehmomente und Drehzahlen zu wandeln. Aufgabe eines Fahrzeuggetriebes
ist es, das Zugkraftangebot eines Antriebsaggregats umzusetzen.
Die hier vorliegende Erfidung betrifft ein Regelungsverfahren, insbesondere
für ein
Automatgetriebe, sowie ein Automatgetriebe. Im Sinne der hier vorliegenden
Erfindung sollen unter dem Begriff Automatgetriebe alle Stufenlos-Getriebe
sowie alle Getriebe mit einem automatischen Gangwechsel verstanden
werden. Zu den Stufenlos-Getrieben zählen unter anderem Kettenwandler-Getriebe,
Toroidgetriebe und hydrostatische Getriebe. Zu Getrieben mit einem
automatischen Gangwechsel gehören
zum Beispiel das Doppelkupplungsgetriebe, das vollautomatisierte
Klauen- oder Synchrongetriebe sowie konventionelle, vollautomatisierte
Schaltgetriebe.
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Die
hohen Anforderungen an ein Automatgetriebe insbesondere hinsichtlich
Komfort, Fahrleistung und Verbrauch lassen sich nur durch komplexe Regelungsverfahren
realisieren. So ist es in der Praxis bereits üblich, z. B. den Schlupf einer
Wandlerkupplung eines Stufenautomatgetriebes mithilfe eines Regelungsverfahrens
zu regeln, bei welchem ein Istwert, nämlich ein Istschlupf, der Wandlerkupplung mit
einem Sollwert, nämlich
einem Sollschlupf, der Wandlerkupplung zur Bereitstellung einer
Regelabweichung verglichen wird, wobei die Regelabweichung einem
Regler als Eingangsgröße zugeführt wird,
und wobei der Regler als Reglerausgangsgröße ein Reglermoment bereitstellt.
Zur Ermittlung einer Stellgröße, nämlich eines
Stelldrucks, für
die Wandlerkupplung wird das vom Regler bereitgestellte Reglermoment
in einen Reglerdruck gewandelt und mit einer Vorsteuerausgangsgröße, nämlich einem Vorsteuermoment
bzw. einem Vorsteuerdruck, überlagert.
Die Vorsteuerausgangsgröße wird
von einer regelstreckenmodellbasierten Vorsteuerung bereitgestellt.
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Derartige
regelstreckenmodellbasierte Regelungsverfahren sind systembedingt
fehlerbehaftet, da die zu regelnde Regelstrecke, z. B. die zu regelnde
Wandlerkupplung, nicht in allen Details in einem Modell abgebildet
werden kann. Darüber
hinaus ergeben sich Abweichungen in Folge von Bauteilstreuungen
bzw. Bauteiltoleranzen sowie aufgrund der Tatsache, dass sich das
Verhalten einer Regelstrecke über
deren Lebenszeit in Folge von Alterung oder Verschleiß verändern kann.
Solche Abweichungen zwischen der zu regelnden Regelstrecke, insbesondere
der Wandlerkupplung, und dem Regelstreckenmodell können das
Regelungsverhalten maßgeblich negativ
beeinflussen, so dass die an das Automatgetriebe gestellten Anforderungen
nicht mehr erfüllt werden
können.
Es besteht daher ein Bedarf nach Regelungsverfahren, die den obigen
Abweichungen Rechnung tragen.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,
ein neuartiges Regelungsverfahren sowie ein neuartiges Automatgetriebe
zu schaffen.
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Dieses
Problem wird durch ein Regelungsverfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst
das Verfahren zumindest die folgenden Schritte:
- a)
vor der eigentlichen Regelung der realen Regelstrecke wird in einem
Lernmodus unter Verwendung einer Referenzregelstrecke für alle Betriebspunkte
eine Abweichung zwischen dem Regelstreckenmodell der Vorsteuerung
und der Referenzregelstrecke dadurch ermittelt, dass unter stationären Bedingungen
der Betriebspunkte für alle
Betriebspunkte als Abweichungsgröße zwischen
der Referenzregelstrecke und dem Regelstreckenmodell die Reglerausgangsgröße ermittelt
sowie gespeichert wird, wobei zusätzlich die jeweilige Vorsteuerausgangsgröße bzw.
das Verhältnis
der Reglerausgangsgröße zur Vorsteuerausgangsgröße ermittelt
sowie gespeichert wird;
- b) bei der Regelung der realen Regelstrecke wird in jedem Betriebspunkt
das in Schritt a) ermittelte Verhältnis zwischen Reglerausgangsgröße und Vorsteuerausgangsgröße beibehalten.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren
können
Abweichungen zwischen der zu regelnden Regelstrecke und dem Regelstreckenmodell erfasst
und für
die Regelung berücksichtigt
werden. Dabei wird erfindungsgemäß so vorgegangen,
dass in einem Lernmodus für
alle Betriebspunkte eine Abweichung zwischen dem Regelstreckenmodell
und einer Referenzregelstrecke ermittelt wird. Die hierbei ermittelten
Abweichungen werden gespeichert und nachfolgend zur Regelung der
realen Regelstrecke verwendet. Dabei wird für alle Betriebspunkte das im Lernmodus
für die
Referenzregelstrecke ermittelte Verhältnis zwischen Reglerausgangsgröße und Vorsteuerausgangsgröße auch
für die
reale Regelstrecke beibehalten. Somit entspricht die Regeldynamik der
realen Regelstrecke der Regeldynamik der Referenzregelstrecke. Abweichungen
zwischen dem Regelstreckenmodell und der Referenzregelstrecke können so
für die
Regelung berücksichtigt
und kompensiert werden.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt
b) bei der Regelung der realen Regelstrecke in einem Adaptionsmodus
unter stationären
Bedingungen eine Abweichungsgröße zwischen
der realen Regelstrecke und dem Regelstreckenmodell ermittelt, wobei
diese im Adaptionsmodus ermittelte Abweichungsgröße mit der jeweiligen im Lernmodus
ermittelten Abweichungsgröße verrechnet
wird, um so eine Abweichungsgröße zwischen
Referenzregelstrecke und realer Regelstrecke zu ermitteln. Diese
Abweichungsgröße wird
zur Bereitstellung der Stellgröße für die Regelstrecke
der Reglerausgangsgröße und der
Vorsteuerausgangsgröße als Adaptionsgröße überlagert,
um über
die gesamte Lebensdauer der realen Regelstrecke das in Schritt a)
ermittelte Verhältnis
zwischen Reglerausgangsgröße und Vorsteuerausgangsgröße beizubehalten.
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Das
erfindungsgemäße Automatgetriebe
ist in Patentanspruch 7 definiert.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird, ohne hierauf beschränkt
zu sein, an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
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Dabei
zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des
erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens.
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Nachfolgend
wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Figur
in größerem Detail
beschrieben.
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Die
Figur visualisiert mit einem Blockschaltbild die Struktur bzw. das
Prinzip des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens.
So zeigt diese eine Regelstrecke 1, die als Regelstreckenausgangsgröße eine
sogenannte Regelgröße ausgibt.
Bei der Regelung wird ein Istwert 2 der Regelgröße mit einem Sollwert 3 derselben
verglichen, wobei der Sollwert 3 der Regelgröße von einem
Sollwertgenerator 4 bereitgestellt wird. Über den
Vergleich zwischen Istwert 2 und Sollwert 3 der
Regelgröße wird
eine sogenannte Regelabweichung 5 gebildet. Die Regelabweichung 5 wird
einem Regler 6 als Eingangsgröße zugeführt. Abhängig von der Regelabweichung 5 erzeugt
der Regler 6 eine Reglerausgangsgröße 7. Zur Bereitstellung
einer Regelstreckeneingangsgröße bzw.
einer Stellgröße 8 für die Regelstrecke 1 wird der
Reglerausgangs größe 7 eine
Vorsteuerausgangsgröße 9 einer
Vorsteuerung 10 überlagert.
Bei der Vorsteuerung 10 handelt es sich um eine regelstreckenmodellbasierte
Vorsteuerung, die demnach auf Basis eines Regelstreckenmodells die
Vorsteuerausgangsgröße 9 bereitstellt.
Die Vorsteuerung 10 kann entweder auf Basis der Istwerte 2 oder
auf Basis der Sollwerte 3 unter Zugrundelegung des Regelstreckenmodells
die Vorsteuerausgangsgröße 9 generieren.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren
wird vor der eigentlichen Regelung einer realen Regelstrecke der
Regelkreis in einem sogenannten Lernmodus unter Verwendung einer
Referenzregelstrecke betrieben. Hierbei wird für alle Betriebspunkte eine
Abweichung zwischen dem Regelstreckenmodell der Vorsteuerung 10 und
der Referenzregelstrecke ermittelt. Hierzu wird so vorgegangen, dass
unter stationären
Betriebsbedingungen die Reglerausgangsgröße 7 sowie die Vorsteuerausgangsgröße 9 im
Sinne einer Summenbildung überlagert
werden, wobei von dem Summensignal 11 die Vorsteuerausgangsgröße 7 zur
Bereitstellung einer Abweichungsgröße 12 zwischen der
Referenzregelstrecke und dem Regelstreckenmodell subtrahiert wird.
Bei der Abweichungsgröße 12 handelt
es sich dann um die Reglerausgangsgröße 7, bei einem PID-Regler
um den I-Anteil desselben.
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Würde nämlich zwischen
dem Regelstreckenmodell und der Referenzregelstrecke im stationären Zustand
keine Abweichung bestehen, so müsste
die Reglerausgangsgröße 7 „Null" betragen: Liegt
jedoch unter stationären
Bedingungen eines Betriebszustands eine von „Null" abweichende Reglerausgangsgröße 7 vor,
so bedeutet dies, dass für diesen
Betriebszustand eine Abweichung zwischen der Referenzregelstrecke
und dem Regelstreckenmodell besteht. Im Lernmodus werden für alle Betriebspunkte
die Abweichungsgrößen 12 zwischen der
Referenzregelstrecke und dem Regelstreckenmodell ermittelt sowie
gespeichert. Die Speicherung erfolgt dabei in Abhängigkeit
der Betriebsparameter der Betriebspunkte in den stationären Zuständen, so dass nach
Abschluss des Lernmodus aus den Abweichungsgrößen 12 ein Kennfeld
generiert werden kann, welches für
alle Betriebspunkte eine Abweichung des Regelstreckenmodells von
der Referenzregelstrecke wiedergibt. Dieses Kennfeld stellt nachfolgend
bei der Regelung einer realen Regelstrecke die Sollabweichung der
realen Regelstrecke vom Regelstreckenmodell dar.
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Nach
Abschluss des Lernmodus unter Verwendung der Referenzregelstrecke
erfolgt im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens die Regelung
einer realen Regelstrecke derart, dass in jedem Betriebspunkt das
im Lernmodus ermittelte Verhältnis zwischen
Reglerausgangsgröße 7 und
Vorsteuerausgangsgröße 9 beibehalten
wird.
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Bei
der Regelung einer realen Regelstrecke kann in einem Adaptionsmodus
eine Abweichung zwischen der realen Regelstrecke und der Referenzregelstrecke
ermittelt werden. Durch den Adaptionsmodus wird sichergestellt,
dass für
die zu regelnde, reale Regelstrecke in jedem Betriebspunkt das im Lernmodus
ermittelte Verhältnis
zwischen der Reglerausgangsgröße 7 und
der Vorsteuerausgangsgröße 9 über die
gesamte Betriebsdauer bzw. Lebensdauer der realen Regelstrecke beibehalten
wird.
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Dies
erfolgt dadurch, dass im Adaptionsmodus unter stationären Bedingungen
der Betriebspunkte wiederum eine Abweichungsgröße zwischen dem Regelstreckenmodel
und der realen Regelstrecke ermittelt werden, wobei diese im Adaptionsmodus
ermittelten Abweichungsgrößen mit
den jeweiligen im Lernmodus ermittelten Abweichungsgrößen verrechnet
werden, um so eine Abweichung zwischen Referenzregelstrecke und
realer Regelstrecke zu ermitteln. Diese wird dann in der nachfolgenden Regelung
der realen Regelstrecke als Adaptionsgröße 13 der Reglerausgangsgröße 7 sowie
der Vorsteuerausgangsgröße 9 wiederum
derart überlagert werden,
dass das im Lernmodus ermittelte Verhältnis zwischen Reglerausgangsgröße 7 und
Vorsteueraus gangsgröße 9 Gültigkeit
behält
bzw. beibehalten wird. Durch diese Kompensation wird sichergestellt, dass
sich das Verhältnis
zwischen der Vorsteuerausgangsgröße 9 und
der Reglerausgangsgröße 7 über die
Lebensdauer der realen Regelstrecke nicht verändert und somit immer dem im
Lernmodus ermittelten Verhältnis
der Referenzregelstrecke entspricht.
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In
dem Fall, in welchem als Regelstrecke 1 eine Wandlerkupplung
eines Automatgetriebes zu regeln ist, wird als Regelgröße eine
Differenzdrehzahl bzw. ein Schlupf der Wandlerkupplung dadurch geregelt,
dass ein Istschlupf 2 mit einem Sollschlupf 3 verglichen
und eine entsprechende Regelabweichung 5, nämlich ein
Differenzschlupf, dem Regler 6 als Eingangsgröße zugeführt wird,
der dann als Reglerausgangsgröße 7 ein
Reglermoment bereitstellt. Die Vorsteuerung 10 stellt ein
Vorsteuermoment 9 bereit. Als Stellgröße 8 für die zu
regelnde Wandlerkupplung 1 wird ein Stelldruck benötigt, weshalb
eine Umrechnung des Reglermoments 7 sowie Vorsteuermoments 9 mithilfe
einer Einrichtung 15 in einen Reglerdruck 7' und einen Vorsteuerdruck 9' erforderlich
ist.
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Im
Lernmodus werden unter Verwendung eines Referenzgetriebes mit einer
Referenzwandlerkupplung für
alle Betriebszustände
Abweichungen zwischen dem Wandlerkupplungsmodell der Vorsteuerung 10 und
der Referenzwandlerkupplung dadurch ermittelt, dass unter stationären Bedingungen
der Betriebspunkte für
alle Betriebspunkte als Abweichungsgröße das Reglermoment 7 ermittelt
sowie gespeichert und zusätzlich
das jeweilige Vorsteuermoment 9 ermittelt sowie gespeichert
wird. Im Lernmodus wird demnach für alle Betriebspunkte der Referenzwandlerkupplung
unter stationären
Bedingungen eine Abweichung des Wandlerkupplungsmodells von der
Referenzwandlerkupplung dadurch ermittelt, dass ein Verhältnis zwischen
dem Reglermoment 7 und dem Vorsteuermoment 9 bestimmt
wird. Diese Abweichungen stellen für die nachfolgende Regelung
einer realen Wandlerkupplung die Sollabweichung dar.
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Nachfolgend
erfolgt die Regelung der realen Wandlerkupplung unter Verwendung
der im Lernmodus ermittelten Sollabweichungen derart, dass das Verhältnis zwischen
Reglermoment 7 und Vorsteuermoment 9 beibehalten
wird. Bei der Regelung der realen Regelstrecke kann in einem Adaptionsmodus unter
stationären
Bedingungen ebenfalls eine Abweichungsgröße ermittelt werden, und zwar
zwischen der realen Wandlerkupplung und dem Wandlerkupplungsmodell.
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Anschließend wird
eine Differenz zwischen der im Lernmodus für die Referenzwandlerkupplung ermittelten
Abweichungsgröße und der
im Adaptionsmodus für
die reale Wandlerkupplung ermittelten Abweichungsgröße bestimmt
und als Adaptionsmoment 13 bzw. Adaptionsdruck 13' überlagert.
Hierdurch wird sichergestellt, dass sich das Verhältnis zwischen dem
Vorsteuermoment 9 und dem Reglermoment 7 über die
Lebensdauer der realen Wandlerkupplung und über der Sesrienstreuung nicht
verändert
und somit immer dem Verhältnis
der Referenzwandlerkupplung entspricht.
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Während im
Lernmodus also alle regelungsstechnisch relevanten Abweichungen
der sich tatsächlich
im Einsatz befindlichen Wandlerkupplung zur Referenzwandlerkupplung
erfaßt
und für
spätere Regelungsaufgaben
gespeichert werden, so werden im Adaptionsmodus die üblichen
Serienstreuungen regelungstechnisch berücksichtigt.
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Ein
fertig appliziertes Referenzgetriebe (Applikationsgetriebe) wird
dem Lernmodus unterzogen, d. h., es wird die "applizierte Regelabweichung" gelernt, die notwendig
ist, um einen guten Schaltkomfort zu erhalten. Relevant ist hierfür insbesondere
der I-Anteil der Stell- bzw. Regelgrößen.
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Die
gelernte Abweichung wird dann per Applikationsdaten in den Serienstand
als Soll-Abweichung per Verstellparameter eingegeben. So erzielt man,
dass alle Fahrrzeuge/Getriebe über
die Serienstreuung eine gleiche Stelldynamik/Regelabweichung haben
und somit den gleichen Schaltkomfort bieten.
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Wie
bereits erwähnt,
erfolgt die Ermittlung der Abweichungsgrößen im Lernmodus sowie Adaptionsmodus
immer nur dann, wenn stationäre
Bedingungen eines Betriebspunkts vorliegen. Bei einer Wandlerkupplung
kann ein stationärer
Zustand dadurch erkannt werden, dass ein Motormoment und/oder ein
Turbinenmoment und/oder ein Fehlermoment und/oder eine Motordrehzahl
und/oder eine Turbinendrehzahl und/oder eine Abtriebsdrehzahl und/oder
eine Getriebetemperatur und/oder eine Belagtemperatur innerhalb
eines Wertebereichs bzw. Werteintervalls liegt. Bei der Ermittlung
der Abweichungsgrößen werden
dabei vorzugsweise Mittelwerte gebildet. Im Ausführungsbeispiel der Wandlerkupplung
werden Mittelwerte der Momente und/oder Drehzahlen über der
Zeit gebildet, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Zyklenerkennung.
Temperaturen hingegen erfordern üblicherweise
keine Mittelwertbildung, da dieselben keiner hohen Dynamik unterliegen.
Eine Mittelwertbildung kann jedoch auch für Temperaturen vorgesehen werden.
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Es
liegt weiter im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, im Adaptionsmodus
ermittelte Abweichungsgrößen aus
Sicherheitsgründen
nach oben oder unten zu begrenzen. Hierdurch können Verfälschungen der Regelung, die
sich durch Messfehler oder Ausnahmen einstellen, vermieden bzw.
abgepuffert werden.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung kann ebenfalls vorgesehen
werden, bei der Regelung der realen Strecke die Adaption nur unter
gewissen Bedingungen zuzulassen. So kann z. B. vorgesehen werden,
bei einem Getriebe eine Adaption zur Erfassung der alterungsbedingten
Abweichungen nur in gewissen Zeitintervallen bzw. Laufleistungsintervallen
zuzulassen. Hierdurch kann die Häufigkeit der
Adaption beschränkt
werden. Des Weiteren kann z. B. im Falle einer zu regelnden Wandlerkupplung die
Häufigkeit
der Adaption in Abhängigkeit
von Wandlerkupplungs-Zuschaltungen und/oder der Lebensdauer und/oder
der Abhängigkeit
von Systemabweichungen bestimmt werden.
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- 1
- Regelstrecke
- 2
- Istwert
- 3
- Sollwert
- 4
- Sollwertgeber
- 5
- Regelabweichung
- 6
- Regler
- 7,
7'
- Reglerausgangsgröße
- 8
- Stellgröße
- 9,
9'
- Vorsteuerausgangsgröße
- 10
- Vorsteuerung
- 11
- Summensignal
- 12
- Abweichungsgröße
- 13,
13'
- Adaptionsgröße
- 14
- Adaptionseinheit
- 15
- Einrichtung