DE102006046164A1

DE102006046164A1 - Verfahren zum Schutz von Schaltelementen in einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102006046164A1
Application number: DE200610046164
Authority: DE
Inventors: Gerd Korherr; Anton Dr.-Ing. Rink
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Schutz von Schaltelementen in einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei welchem für einzelne Schaltelemente des Getriebes separate Belastungskennwerte ermittelt werden. Überschreitet der Belastungskennwert eines Schaltelements einen Grenzwert, so wird eine Schutzfunktion für das überlastete Schaltelement aktiviert. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schutz von Schaltelementen in einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches eine hohe Verfügbarkeit des Getriebes ermöglicht und welches insbesondere die Nutzung aller Gänge auch bei einem oder mehreren überlasteten Schaltelementen ermöglicht. Erfindungsgemäß wird bei Schaltungen im Getriebe, an denen das überlastete Schaltelement beteiligt ist, infolge der Schutzfunktion ein Drehmoment Schaltelement gegenüber einem Normalbetrieb reduziert. Die Reduktion des Drehmoments kann beispielsweise durch eine Reduktion des abgegebenen Drehmoments einer Antriebsmaschine (34) durch Öffnen einer Anfahrkupplung und/oder durch eine Reduktion des vom Schaltelement übertragbaren Drehmoments (36) während der Schaltung realisiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Schaltelementen in einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
In der DE 102 33 699 A1 wird ein Verfahren zum Schutz von Schaltelementen in einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei welchem für einzelne Schaltelemente des Getriebes, beispielsweise für einzelne Lamellenkupplungen, separate Belastungskennwerte ermittelt werden. Die Belastungskennwerte ergeben sich aus der Summe der an dem jeweiligen Schaltelement aufgetretenen Reibarbeit, die ausgehend von einer Differenzdrehzahl und einem Betätigungsdruck am Schaltelement ermittelt wird. Überschreitet der Belastungskennwert eines Schaltelements einen Grenzwert, so wird eine Schutzfunktion für das überlastete Schaltelement aktiviert. Dazu wird die laufende Schaltung noch beendet und das zugehörige, überlastete Schaltelement für weitere Schaltvorgänge für einen bestimmten Zeitraum gesperrt. Damit können Gänge, in denen das überlastete Schaltelement im Drehmomentfluss liegt, nicht mehr eingelegt werden.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schutz von Schaltelementen in einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches eine hohe Verfügbarkeit des Getriebes ermöglicht und welches insbesondere die Nutzung aller Gänge auch bei einem oder mehreren überlasteten Schaltelementen ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird bei Schaltungen im Getriebe, an denen das überlastete Schaltelement beteiligt ist, in Folge der Schutzfunktion ein Drehmoment am überlasteten Schaltelement gegenüber einem Normalbetrieb reduziert. Das Getriebe wird dann im Normalbetrieb betrieben bzw. eine Schaltung wird dann im Normalbetrieb-durchgeführt, wenn der Belastungskennwert keines der an der Schaltung beteiligten Schaltelemente größer als der jeweils zugehörige Grenzwert ist. Die Reduktion des Drehmoments kann beispielsweise durch eine Reduktion des abgegebenen Drehmoments einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs, durch Öffnen einer zwischen Antriebsmaschine und Getriebe angeordneten Anfahrkupplung und/oder durch eine Reduktion des vom Schaltelement übertragbaren Drehmoments, des so genannten Kupplungsmoments während der Schaltung realisiert werden.
Damit wird das überlastete Schaltelement bei einer Schaltung nur noch minimal belastet, so dass keine zusätzliche Überlastung auftreten kann und das Schaltelement vor Schädigungen durch weitere Überlastung geschützt ist. Dadurch wird gewährleistet, dass immer, also auch wenn einzelne Schaltelemente überlastet sind, alle Gänge des Getriebes genutzt werden können. Ein Fahrzeugführer oder ein automatisches Schaltprogramm können damit immer den Zielgang frei aus allen Gängen des Getriebes wählen.
Eine Überlastung von Schaltelementen kann insbesondere in einem so genannten Manuellmodus des Getriebes auftreten, in dem der Fahrzeugführer mittels einer geeigneten Bedieneinrichtung, beispielsweise einem Wählhebel, direkt den Zielgang einstellen kann. Dadurch kann es vorkommen, dass ein bezüglich der Belastung der Schaltelemente ungünstiger Gang eingelegt wird und es so zu einer Überlastung eines Schaltelements kommt. Außerdem kann der Fahrzeugführer durch wiederholte, kurz aufeinander folgende Schaltungen eine Überlastung eines Schaltelements hervorrufen. Eine Möglichkeit, derartige und darauf folgende weitere Überlastungen zu verhindern, wäre es, den Manuellmodus bei einer erkannten Überbelastung nicht mehr zuzulassen oder wie oben beschrieben, einzelne Gänge zu sperren. Dies würde die Funktionalität des Getriebes stark einschränken und wäre zudem vom Fahrzeugführer nicht unmittelbar zu verstehen, so dass es zur Unzufriedenheit des Fahrzeugführers kommen kann. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Manuellmodus weiterhin zugelassen werden, da die Schaltelemente durch die Reduzierung des Drehmoments ausreichend entlastet und damit geschützt werden. Damit kann die volle Funktionalität des Getriebes erhalten bleiben, es müssen allenfalls Einbußen bezüglich der Schaltzeiten oder bezüglich des bei einer Schaltung für den Vortrieb zur Verfügung stehenden Drehmoments in Kauf genommen werden.
Die Schaltelemente sind insbesondere als Reibungskupplungen oder -bremsen, beispielsweise hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen oder -bremsen von automatischen Getrieben mit mehreren gekoppelten Planetensätzen ausgeführt. Das derartige Getriebe weist als Anfahrelement insbesondere eine automatisierte Anfahrkupplung zwischen Antriebsmaschine und Getriebe, insbesondere eine nasslaufende Anfahrkupplung auf.
Als Anfahrelement kann aber auch beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler dienen.
Die Schaltelemente können auch beispielsweise als Synchronierungen der einzelnen Gänge eines Zahnräderwechselgetriebes, insbesondere mit automatisierter Anfahrkupplung, ausgeführt sein.
Die Art der Ermittlung der Belastungskennwerte steht bei der vorliegenden Erfindung nicht im Vordergrund. Es ist lediglich notwendig, dass Belastungskennwerte, die die Höhe der Belastung der einzelnen Schaltelemente kennzeichnen, ermittelt werden. Als Belastungskennwert eines Schaltelements kann beispielsweise die Temperatur des Schaltelements mittels eines Temperaturmodells abgeschätzt werden. Das Temperaturmodell berücksichtigt eine am Schaltelement frei werdende Wärmemenge, die in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz und dem Drehmoment am Schaltelement bestimmt wird. Neben der Wärmemenge wird ein Aufheiz- und Abkühlverhalten des Schaltelements berücksichtigt. Dabei können weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise eine Temperatur eines Getriebeöls, einer Außentemperatur und/oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden.
Es ist ebenfalls möglich, den Belastungskennwert durch Aufsummieren der Reibarbeit oder der Reibleistung zu ermitteln. Dabei kann der Belastungskennwert bei nicht betätigtem Schaltelement ebenfalls reduziert werden.
Es ist nicht notwendig, dass für alle Schaltelemente des Getriebes Belastungskennwerte bestimmt werden. Für Schaltelemente, bei denen eine Überlastung sehr unwahrscheinlich ist, kann darauf verzichtet werden. Ein Beispiel für ein derartiges Schaltelement ist ein Schaltelement, das nur für einen Rückwärtsgang benötigt wird.
Die Belastungskennwerte können mit einem Grenzwert verglichen werden, der für alle Schaltelemente gilt. Der Grenzwert kann beispielsweise von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einer Getriebeöltemperatur oder einer Außentemperatur abhängen. Es ist aber auch möglich, dass für jedes Schaltelement ein separater Grenzwert verwendet wird. Dieser kann spezifische Eigenschaften des Schaltelements berücksichtigen und ebenfalls von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs abhängen. Außerdem kann sich der Grenzwert über der Lebensdauer des Schaltelements ändern und insbesondere in Abhängigkeit eines abgeschätzten Verschleißes des Schaltelements kleiner werden. Der Verschleiß kann beispielsweise auf Grund der Betätigungsanzahl des Schaltelements und/oder der dabei aufgetretenen Belastungskennwerte abgeschätzt werden.
Die Schutzfunktion für eine Schaltung kann aktiviert werden, wenn der Belastungskennwert des zu- oder abschaltenden Schaltelements den zugehörigen Grenzwert überschritten hat. Sie wird insbesondere dann aktiviert, wenn das überlastete Schaltelement durch die bevorstehende Schaltung zusätzlich belastet wird. Wird das überlastete Schaltelement durch die bevorstehende Schaltung nicht zusätzlich belastet, wird die Schutzfunktion nicht aktiviert. Damit wird die Schutzfunktion nur dann aktiviert, wenn es unbedingt nötig ist.
Ob ein Schaltelement durch die Schaltung belastet wird, ist von der Art der Schaltung abhängig, wobei zwischen so genannten Zug-Hoch-, Zug-Rück-, Schub-Hoch- und Schub-Rück-Schaltungen unterschieden wird. Die Bezeichnung leitet sich davon ab, ob sich das Kraftfahrzeug während der Schaltung im Zugbetrieb oder im Schubbetrieb befindet. Im Zugbetrieb gibt die Antriebsmaschine ein positives Drehmoment ab, welches zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Im Schubbetrieb wird die Antriebsmaschine von den angetriebenen Fahrzeugrädern über den Antriebsstrang geschleppt, die Antriebsmaschine nimmt also ein Drehmoment, das so genannte Schubmoment auf. Dabei laufen Zug-Hoch- und Schub-Rück-Schaltungen, sowie Zug-Rück- und Schub-Hoch-Schaltungen prinzipiell gleich ab, so dass nur zwischen zwei Gruppen von Schaltungen unterschieden werden muss.
Bei Zug-Hoch- und Schub-Rück-Schaltungen findet bei lastschaltbaren Getrieben üblicherweise eine positive Überschneidung statt. Das bedeutet, dass in einer Phase der Schaltung das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements reduziert und gleichzeitig das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements erhöht wird. In dieser Phase werden beide Schaltelemente belastet, so dass bei einer derartigen Schaltung die Schutzfunktion aktiviert wird, wenn das zu- oder das abschaltende Schaltelement überlastet ist.
Bei Zug-Rück- und Schub-Hoch-Schaltungen wird bei lastschaltbaren Getrieben üblicherweise das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements so lange auf ein so genanntes Freigabemoment reduziert, bis die Drehzahl der Antriebsmaschine ungefähr eine Synchrondrehzahl des Zielgangs erreicht hat. Erst dann wird das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements erhöht. Da die Zuschaltung des Schaltelements erst nach Anpassung der Drehzahl erfolgt, wird das zuschaltende Schaltelement bei einer derartigen Schaltung quasi nicht belastet. Daher wird bei einer bevorstehenden Zug-Rück- oder Schub-Hoch-Schaltung die Schutzfunktion nur aktiviert, wenn das abschaltende Schaltelement überlastet ist.
In Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Zug-Hoch- und/oder einer Schub-Rück-Schaltung ein Motoreingriff durchgeführt. Der Motoreingriff dient dabei zum Glätten und zur Unterstützung der Schaltung. Dabei wird durch den Motoreingriff bei einer Zug-Hoch-Schaltung das Drehmoment der Antriebsmaschine gezielt reduziert und bei einer Schub-Rück-Schaltung gezielt erhöht. In Folge der Schutzfunktion wird der Motoreingriff im Vergleich zum Normalbetrieb früher und/oder stärker durchgeführt.
Im Normalbetrieb findet der Motoreingriff bei lastschaltbaren Getrieben üblicherweise erst nach der Überschneidung, also dann statt, wenn das abschaltende Schaltelement vollständig geöffnet und das zuschaltende Schaltelement vollständig oder fast vollständig zugeschaltet ist. In Folge der Schutzfunktion erfolgt der Motoreingriff insbesondere schon bevor das abschaltende Schaltelement vollständig abgeschaltet ist. Der Motoreingriff erfolgt insbesondere gleichzeitig oder schon bevor damit begonnen wird, das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements zu reduzieren. Das durch den Motoreingriff geänderte Drehmoment ist insbesondere schon vor Beginn der Reduktion des Kupplungsmoments erreicht.
Der Motoreingriff wird insbesondere erst dann beendet, wenn die Drehzahl der Antriebsmaschine die Synchrondrehzahl des Zielgangs erreicht hat, die Schaltung also quasi abgeschlossen ist. Unter der Synchrondrehzahl wird die Drehzahl der Antriebsmaschine verstanden, die sich bei vollständig eingelegtem Zielgang bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt.
Unter einem stärkeren Motoreingriff wird verstanden, dass das durch den Motoreingriff eingestellte Drehmoment der Antriebsmaschine stärker als im Normalbetrieb von einem vom Fahrzeugführer mittels eines Fahrpedals eingestellten Wunschmoment abweicht.
Das Maß der zeitlichen Verschiebung und/oder das Maß der Verstärkung des Motoreingriffs können dabei vom Belastungswert des überlasteten Schaltelements abhängig sein.
Durch den früheren bzw. stärkeren Motoreingriff werden die beteiligten Schaltelemente, insbesondere in der Überschneidungsphase entlastet, so dass es zu keinen weiteren Überlastungen kommt.
In Ausgestaltung der Erfindung wird das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements bei der Zuschaltung auf ein, im Vergleich zu einem Zuschaltmoment im Normalbetrieb geringeres Begrenzungsmoment begrenzt. Das Zuschaltmoment wird insbesondere erst bei oder nach einem Erreichen der Synchrondrehzahl des Zielgangs eingestellt. Das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements bewirkt in Verbindung mit dem Motoreingriff die Änderung der Drehzahl der Antriebsmaschine, wodurch das Schaltelement zusätzlich belastet wird. Durch die Begrenzung des Kupplungsmoments wird die Belastung des zuschaltenden Schaltelements reduziert.
Die in Folge der Schutzfunktion durchgeführten Maßnahmen bewirken alle eine Reduktion der Fahrzeugbeschleunigung während des Gangwechsels, die Schaltzeit verändert sich nicht wesentlich. Da so aber alle Gänge zur Verfügung stehen, wird dies in Kauf genommen.
Während der bisher beschriebenen Schaltungen war das Getriebe über das Anfahrelement mit der Antriebsmaschine verbunden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Antriebsmaschine und dem Getriebe eine automatisierte Anfahrkupplung angeordnet. Bei einer Zug-Hoch- und/oder einer Zug-Hoch- und/oder einer Schub-Rückschaltung wird in Folge der Schutzfunktion die Anfahrkupplung geöffnet, wobei darunter auch ein teilweises öffnen zu verstehen ist. Damit ist das Getriebe während der Schaltung zumindest teilweise von der Antriebsmaschine abgekoppelt, so dass die an den Schaltelementen wirkenden Drehmomente sehr stark reduziert werden. Neben dem öffnen der Anfahrkupplung wird auch das Drehmoment der Antriebsmaschine so angepasst, dass die Drehzahl auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs eingeregelt wird.
Damit werden die Schaltelemente maximal entlastet, wobei allerdings in Kauf genommen wird, dass keine Lastschaltung durchgeführt wird, also während der Schaltung kein Antriebsmoment auf die angetriebenen Fahrzeugräder übertragen wird.
Ein besonders effektives Verfahren ergibt sich aus der Kombination der beiden beschriebenen Vorgehensweisen. Falls ein Belastungskennwert einen ersten Grenzwert überschreitet, wird in einer ersten Stufe der Schutzfunktion bei einer Zug-Hoch- und/oder einer Schub-Rückschaltung der Motoreingriff früher und/oder stärker durchgeführt. Reichen diese Schutzmaßnahmen nicht aus und überschreitet ein Belastungskennwert einen zweiten, höheren Grenzwert, so wird in einer zweiten Stufe der Schutzfunktion bei derartigen Schaltungen die Anfahrkupplung zwischen Antriebsmaschine und Getriebe geöffnet.
Die Schutzmaßnahmen können so optimal an die Belastung der Schaltelemente angepasst und eine für den aktuellen Zustand der Schaltelemente minimale Schaltzeit erreicht werden.
In Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Zug-Rück- und/oder einer Schub-Hochschaltung ein so genanntes Freigabemoment des abschaltenden Schaltelements eingestellt. Das Freigabemoment dient zur Übertragung eines Drehmoments zwischen der Antriebsmaschine und den angetriebenen Fahrzeugrädern während der Schaltung. Die Höhe des Freigabemoments bestimmt bei einer Zug-Rück-Schaltung die Höhe des zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dienenden Drehmoments an den Fahrzeugrädern während der Schaltung. In Folge der Schutzfunktion ist das genannte Freigabemoment geringer als im Normalbetrieb. Damit wird das abschaltende Schaltelement entlastet, wobei in Kauf genommen wird, dass das während der Schaltung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehende Drehmoment gegenüber dem Normalbetrieb geringer ist. Das Getriebe bleibt während der Schaltung mit der Antriebsmaschine verbunden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem automatischen, last schaltbaren Getriebe,
2a, 2b zeitliche Darstellung von Zustandsgrößen bei einer Zug-Hoch-Schaltung im Normalbetrieb,
3a, 3b zeitliche Darstellung von Zustandsgrößen bei einer Zug-Hoch-Schaltung mit aktivierter erster Stufe der Schutzfunktion,
4a, 4b zeitliche Darstellung von Zustandsgrößen bei einer Zug-Hoch-Schaltung mit aktivierter zweiter Stufe der Schutzfunktion und
5a, 5b zeitliche Darstellung von Zustandsgrößen bei einer Zug-Rück-Schaltung.
Gemäß 1 verfügt ein Antriebsstrang 10 über eine Antriebsmaschine 11, welche als ein Otto-Motor ausgeführt ist. Die Antriebsmaschine 11 wird von einer Steuerungseinrichtung 29 angesteuert, welche mit nicht dargestellten Sensoren und Stellgliedern in Signalverbindung steht. Die Steuerungseinrichtung 29 kann beispielsweise eine Drehzahl der Antriebsmaschine 11 erfassen und ein abgegebenes Drehmoment der Antriebsmaschine 11 einstellen. Zur Einstellung des Drehmoments kann die Steuerungseinrichtung 29 beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzmenge und eine Drosselklappenstellung verändern. Um eine schnelle Reduktion des Drehmoments der Antriebsmaschine zu Erreichen, beispielsweise bei einem Motoreingriff während einer Schaltung, kann die Steuerungseinrichtung 29 auch einen Zündwinkel in Richtung spät verstellen. Die Steuerungseinrichtung 29 steht mit einem Fahrpedal 30 in Signalverbindung. Mittels des Fahrpedals 30 kann ein Fahrzeugführer ein Fahrerwunschmoment einstellen, welches von der Steuerungseinrichtung 29 eingestellt wird, sofern keine anderen, höher priorisierten Anforderungen vorliegen.
Die Antriebsmaschine 11 ist mittels einer automatisierten Anfahrkupplung 12 mit einer Getriebeeingangswelle 13 eines automatischen, lastschaltbaren Getriebes 14 verbunden. Die Anfahrkupplung 12 und das Getriebe 14 werden von einer Steuerungseinrichtung 27 angesteuert, welche mit nicht dargestellten Sensoren und Stellgliedern in Signalverbindung steht. Die Steuerungseinrichtung 27 kann damit Betriebsgrößen der Anfahrkupplung 12 und des Getriebes 14, wie beispielsweise Drehzahlen oder Temperaturen erfassen. Außerdem kann die Steuerungseinrichtung 27 mittels eines nicht dargestellten Stellglieds die Anfahrkupplung 12 öffnen und schließen und damit ein übertragbares Drehmoment der Anfahrkupplung 12 einstellen.
Das Getriebe 14 ist als ein Planetenräder-Wechselgetriebe ausgeführt. Das Getriebe 14 ist sehr schematisiert dargestellt und verfügt über zwei Gänge 16 und 17, welche mit einer Getriebeausgangswelle 18 verbunden und über zwei Schaltelemente in Form von Kupplungen 19 und 20 alternativ einlegbar sind. Bei einer Schaltung von einem Ursprungsgang, beispielsweise Gang 16, in einen Zielgang, beispielsweise Gang 17, wird die Kupplung 19 ab- und die Kupplung 20 zugeschaltet.
Die Kupplungen 19, 20 können ebenfalls über nicht dargestellte Stellglieder von der Steuerungseinrichtung 27 geöffnet und geschlossen werden. Die Steuerungseinrichtung 27 kann damit Schaltungen im Getriebe 14 durchführen. Schaltungen können vom Fahrzeugführer mittels eines Wählhebels 28 angefordert werden oder von der Steuerungseinrichtung 27 selbsttätig ausgelöst werden.
Von der Getriebeausgangswelle 18 wird eine Drehzahl und ein Drehmoment mittels einer Antriebswelle 23 an ein Achsgetriebe 24 übertragen, welches in an sich bekannter Weise das Drehmoment über zwei Abtriebswellen 25 an Antriebsräder 26 überträgt.
Die Steuerungseinrichtung 27 steht mit der Steuerungseinrichtung 29 der Antriebsmaschine 11 in Signalverbindung. Die Steuerungseinrichtung 27 kann ein vom Fahrerwunschmoment abweichendes Drehmoment anfordern, welches dann von der Steuerungseinrichtung 29 eingestellt wird. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung 27 bei einer Schaltung im Getriebe 14 eine Änderung des abgegebenen Drehmoments, also einen so genannten Motoreingriff anfordern.
Das Getriebe kann insbesondere als ein Planetenräder-Wechselgetriebe entsprechend der DE 199 10 299 C1 ausgebildet sein. Im Gegensatz zur DE 199 10 299 C1 ist bei dem hier vorliegenden Antriebsstrang der hydrodynamische Drehmomentwandler durch eine Anfahrkupplung ersetzt. Der Inhalt der DE 199 10 299 C1 wird hiermit explizit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Die Funktionen der Steuerungseinrichtung 29 und der Steuerungseinrichtung 27 können auch in einer Einrichtung kombiniert oder auf mehr als zwei Einrichtungen aufgeteilt sein.
Die Steuerungseinrichtung 27 bestimmt für die beiden Kupplungen 19, 20 separate Belastungskenngrößen. Dazu schätzt die Steuerungseinrichtung 27 die an den Kupplungen 19, 20 bei vorhandenem Schlupf an den Kupplungen dissipierte Energiemenge ab. Die dafür notwendigen Betriebsgrößen der Kupplungen 19, 20 werden aus gemessenen oder aus Kennfeldern bestimmten Größen ermittelt. Die Drehzahldifferenz an den Kupplungen 19, 20 wird aus gemessenen Drehzahlen vor und nach den Kupplungen bestimmt. Das Drehmoment an den Kupplungen 19, 20 wird aus dem abgegebenen Drehmoment der Antriebsmaschine 11, dem übertragbaren Drehmoment der Anfahrkupplung 12 und einer etwaigen Übersetzung zwischen Anfahrkupplung 12 und den Kupplungen 19, 20 berechnet.
Die Abschätzung wird in einem festen Zeittakt von beispielsweise 20 ms durchgeführt. Die ermittelten Betriebsgrößen werden für die Dauer zwischen zwei Abschätzungsschritten als konstant angenommen, so dass die Abschätzung nach folgender Formel ermittelt wird: E_ai = ΣΔni·Mi·Δtmit

E_a_i:: abgeschätzte Wärmemenge für eine Kupplung
i: i = 19: Kupplung 19, i = 20: Kupplung 20
Δn_i:: Drehzahldifferenz an Kupplung i
M_i:: Drehmoment an Kupplung i
Δt:: Zeitraster der Abarbeitung

Ausgehend von dieser Abschätzung der Energiemenge E_a_i werden Temperaturen der Kupplungen 19, 20 T_K₁₉, T_K₂₀ der Kupplung 19, 20 abgeschätzt. Dabei werden Aufheiz- und Abkühlkuren der Kupplungen 19, 20 beachtet, welche den Aufbau der Kupplungen 19, 20, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die Außentemperatur und/oder die dissipierte Energiemenge berücksichtigen. Damit können die momentanen Temperaturen der Kupplungen 19, 20 sehr genau abgeschätzt werden. Die Abschätzung der Temperaturen kann nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs weiterlaufen, um so bei einem erneuten Start des Kraftfahrzeugs sinnvolle Startwerte für die Temperaturen bereitzustellen.
Bei einer Schaltungsanforderung für das Getriebe 14 prüft die Steuerungseinrichtung 27, ob eine der an der Schaltung in den neuen Zielgang beteiligten Schalteinrichtungen in Form einer der Kupplungen 19, 20 überlastet ist. Dazu prüft die Steuerungseinrichtung 27, ob eine der abgeschätzten Temperaturen T_K₁₉, T_K₂₀ größer als ein ihnen zugeordneter erster Grenzwert in Form von ersten Grenztemperaturen T_Grenz1₁₉, T_Grenz1₂₀ ist. Die Grenztemperaturen T_Grenz1₁₉, T_Grenz1₂₀ sind dabei abhängig vom Aufbau der Kupplung und von einem abgeschätzten Verschleiß der Kupplungen. Der Verschleiß wird anhand der Anzahl der Kupplungsbetätigungen und der dabei dissipierten Energiemenge abgeschätzt. Die Grenztemperaturen T_Grenz1₁₉, T_Grenz1₂₀ sinken mit steigendem Verschleiß ab.
Ist keine der Kupplungen 19, 20 überlastet, so wird die Schaltung in einem Normalbetrieb ausgeführt.
Wird die Überlastung einer der Kupplungen 19, 20 festgestellt, so prüft die Steuerungseinrichtung 27, welche Art von Schaltung ausgeführt werden soll. Dazu ermittelt die Steuerungseinrichtung 27 anhand des abgegebenen Drehmoments der Antriebsmaschine 11, ob sich das Kraftfahrzeug im Schub oder im Zugbetrieb befindet. Ist das Drehmoment größer als eine festlegbare Schwelle von beispielsweise 20 Nm so wird Zugbetrieb erkannt. Mit der zusätzlichen Information, ob die angeforderte Schaltung eine Hoch- oder Rückschaltung ist, kann die Art der Schaltung, also ob es sich um eine Zug-Hoch-, Zug-Rück-, Schub-Hoch- oder Schub-Rückschaltung handelt, festgelegt werden.
Handelt es sich bei der angeforderten Schaltung um eine Zug-Rück- oder Schub-Hoch-Schaltung, so wird anschließend geprüft, ob die zu- oder abschaltende Kupplung überlastet ist. Falls die zuschaltende Kupplung überlastet ist, wird die Schaltung im Normalbetrieb ausgeführt. Ist dagegen die abschaltende Kupplung überlastet, so wird eine Schutzfunktion aktiviert, die weiter unten näher beschrieben wird.
Handelt es sich bei der angeforderten Schaltung um eine Zug-Hoch oder Schub-Rück-Schaltung, so wird auf jeden Fall eine Schutzfunktion aktiviert. Die Art der Schutzfunktion hängt dabei von den abgeschätzten Temperaturen der zu- und abschaltenden Kupplungen ab. Ist eine der abgeschätzten Temperaturen größer als ein zugehöriger zweiter, im Vergleich zum ersten Temperaturgrenzwert T_Grenz1_i größerer Temperaturgrenzwert T_Grenz2_i (z.B. T_Grenz2₁₉, T_Grenz2₂₀) so wird eine zweite Stufe der Schutzfunktion aktiviert. Sind beide abgeschätzten Temperaturen kleiner als die zugehörigen zweiten Temperaturgrenzwerte T_Grenz2_i so wird eine erste Stufe der Schutzfunktion aktiviert.
Bei einem Getriebe mit mehr als zwei Gängen werden die beschriebenen Abschätzungen der Temperatur und des Verschleißes, sowie die Prüfung auf Überhitzung für alle Schaltelemente durchgeführt.
In 2a und 2b sind zeitliche Verläufe von Zustandsgrößen des Antriebsstrangs bei einer Zug-Hoch-Schaltung im Normalbetrieb dargestellt. In 2a sind die Drehzahlen der Antriebsmaschine und der Getriebeeingangswelle dargestellt. Da die Anfahrkupplung geschlossen ist, sind die beiden Drehzahlen immer gleich groß. In 2b sind das Drehmoment der Antriebsmaschine (gestrichelte Linie 31), das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements (strichgepunktete Linie 32) und das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements (gepunktete Linie 33) dargestellt. Die Momentenübergabe vom abschaltenden zum zuschaltenden Schaltelement wird zum Zeitpunkt t1 gestartet, woraufhin sofort das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements über eine Rampe auf 0 abgesenkt und in derselben Zeit das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements auf ein Zuschaltmoment M_z auf gleichem Niveau erhöht wird. Diese Phase wird als die so genannte Überschneidungsphase bezeichnet. Nach Abschluss der Überschneidungsphase zum Zeitpunkt t2 wird das Drehmoment der Antriebsmaschine über einen Zündwinkeleingriff auf einen Drehmomentwert M_m1 reduziert. Als Folge davon beginnt die Drehzahl der Antriebsmaschine ab dem Zeitpunkt t2 an, abzufallen, bis sie zum Zeitpunkt t3 die Synchrondrehzahl n_sync_h des Zielgangs erreicht hat. Daraufhin wird der Motoreingriff beendet und das Drehmoment der Antriebsmaschine wieder auf das Niveau vor der Schaltung, welches dem Wunschmoment des Fahrzeugführers entspricht, angehoben. Die Schaltung ist damit abgeschlossen.
In 3a und 3b sind die zeitlichen Verläufe derselben Zustandsgrößen bei einer Zug-Hoch-Schaltung bei aktivierter erster Stufe der Schutzfunktion dargestellt. Die Anfahrkupplung bleibt weiterhin bei der Schaltung geschlossen, so dass die beiden Drehzahlen immer noch gleich groß sind. Die Momentenübergabe vom abschaltenden zum zuschaltenden Schaltelement wird ebenfalls zum Zeitpunkt t1 gestartet. Daraufhin wird in diesem Fall zuerst ein Motoreingriff durchgeführt und das Drehmoment der Antriebsmaschine (gestrichelte Linie 34) auf einen Drehmomentwert M_m2, der kleiner ist als der Drehmomentwert M_m1, reduziert. Außerdem wird ab dem Zeitpunkt t1 das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements (strichpunktierte Linie 35) über eine Rampe auf 0 abgesenkt. Gleichzeitig wird damit begonnen, das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements (gepunktete Linie 36) entlang einer Rampe auf ein erstes Begrenzungsmoment M_b1, welches kleiner ist als das Zuschaltmoment M_z zu erhöhen. Nachdem das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements zum Zeitpunkt t2 0 erreicht hat, beginnt die Drehzahl der Antriebsmaschine abzufallen, bis sie zum Zeitpunkt t4, welcher später als der Zeitpunkt t3 liegt, die Synchrondrehzahl n_sync_h des Zielgangs erreicht hat. Daraufhin wird der Motoreingriff beendet und das Drehmoment der Antriebsmaschine wieder auf das Niveau vor der Schaltung, welches dem Wunschmoment des Fahrzeugführers entspricht, angehoben. Gleichzeitig wird das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements vom Begrenzungsmoment M_b1 schlagartig auf das Zuschaltmoment M_z erhöht. Die Schaltung ist damit abgeschlossen.
Falls die Drehmomentreduktion nicht mit einem Zündeingriff sehr schnell reduziert werden kann, sondern nur entlang einer Rampe, so werden die Kupplungsmomente erst nach Erreichen des reduzierten Drehmomentwerts der Antriebsmaschine verändert.
In 4a und 4b sind die zeitlichen Verläufe derselben Zustandsgrößen zuzüglich dem übertragbaren Drehmoment der Anfahrkupplung bei einer Zug-Hoch-Schaltung bei aktivierter zweiter Stufe der Schutzfunktion dargestellt. Die Anfahrkupplung wird bei der Schaltung geöffnet, so dass die Drehzahl der Antriebsmaschine (durchgezogene Linie 37 in 4a) zeitweise von der Drehzahl der Getriebeeingangswelle (gestrichelte Linie 38 in 4a) abweicht. Die Schaltung wird ebenfalls zum Zeitpunkt t1 gestartet. Daraufhin wird in diesem Fall zuerst das Drehmoment der Antriebsmaschine (gestrichelte Linie 39) entlang einer Rampe auf 0 verringert und mit einer kleinen Zeitverzögerung die Anfahrkupplung geöffnet, also das übertragbare Drehmoment der Anfahrkupplung (durchgezogene Linie 42) entlang einer Rampe auf 0 verringert. Die Anfahrkupplung ist zum Zeitpunkt t5 vollständig geöffnet. Daraufhin wird das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements (strich-punktierte Linie 40) schlagartig auf 0 abgesenkt. Gleichzeitig wird damit begonnen, das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements (gepunktete Linie 41) entlang einer Rampe auf ein zweites Begrenzungsmoment M_b2, welches kleiner ist als das erste Begrenzungsmoment M_b1 zu erhöhen. Als Folge davon beginnt die Drehzahl der Antriebsmaschine zu sinken, wohingegen die Drehzahl der Getriebeeingangswelle noch unverändert bleibt. Die Drehzahl der Antriebsmaschine erreicht zum Zeitpunkt t6 die Synchrondrehzahl n_sync_h des Zielgangs. Daraufhin wird das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements vom Begrenzungsmoment M_b2 schlagartig auf das Zuschaltmoment M_z erhöht. Gleichzeitig wird die Anfahrkupplung wieder geschlossen. Etwas zeitverzögert wird das Drehmoment der Antriebsmaschine entlang einer Rampe wieder auf das Niveau vor der Schaltung, welches dem Wunschmoment des Fahrzeugführers entspricht, angehoben. Das Fahrerwunschmoment ist zum Zeitpunkt t7 erreicht, womit die Schaltung abgeschlossen ist.
Schub-Rück-Schaltungen werden grundsätzlich mit Zwischengas gefahren. Dazu wird das abschaltende Schaltelement geöffnet. Mittels einer Drehzahlregelung wird die Drehzahl der Antriebsmaschine auf die Synchrondrehzahl des neuen Gangs geführt. Danach wird das zuschaltende Schaltelement verlustfrei zugeschaltet.
In 5a und 5b sind zeitliche Verläufe von Zustandsgrößen des Antriebsstrangs bei einer Zug-Rück-Schaltung im Normalbetrieb und mit aktivierter Schutzfunktion dargestellt. In 5a sind die Drehzahlen der Antriebsmaschine und der Getriebeeingangswelle dargestellt. Da die Anfahrkupplung geschlossen ist, sind die beiden Drehzahlen immer gleich groß. In 5b sind das Drehmoment der Antriebsmaschine (gestrichelte Linie 43), das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements im Normalbetrieb (durchgezogene Linie 44a), das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements mit aktivierter Schutzfunktion (strichgepunktete Linie 44b) und das Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements (gepunktete Linie 45) dargestellt. Die Schaltung wird zum Zeitpunkt t10 gestartet, woraufhin sofort das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements über eine Rampe auf ein Freigabemoment abgesenkt wird. Das Freigabemoment mit aktivierter Schutzfunktion M_f_s ist dabei kleiner als das Freigabemoment im Normalbetrieb M_f_n. Nach Erreichen des Freigabemoments zum Zeitpunk t11 steigt die Drehzahl der Antriebsmaschine an, wobei auf eine Darstellung der Unterschiede zwischen Normalbetrieb und aktivierter Schutzfunktion verzichtet wurde. Sobald die Drehzahl der Antriebsmaschine die Synchrondrehzahl n_sync_r des Zielgangs erreicht bzw. leicht überschritten hat, wird ab dem Zeitpunkt t12 das Kupplungsmoment des abschaltenden Schaltelements über eine Rampe auf 0 reduziert und gleichzeitig das Kupplungsmoment der zuschaltenden Kupplung auf ein Zuschaltmoment erhöht. Dies ist zum Zeitpunkt t13 erledigt, womit die Schaltung abgeschlossen ist.
Die beschriebenen Abläufe für eine Zug-Rück-Schaltung sind analog bei einer Schub-Hoch-Schaltung anwendbar. Es ist aber auch möglich, dass bei Schub-Hochschaltungen die Anfahrkupplung geöffnet wird.

Claims

Verfahren zum Schutz von Schaltelementen in einem automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei welchem bei einer Schaltung von einem Ursprungsgang in einen Zielgang ein Schaltelement (19, 20) abgeschaltet und ein anderes zugeschaltet wird, wobei – für einzelne Schaltelemente (19, 20) des Getriebes (14) separate Belastungskennwerte (T_K₁₉, T_K₂₀) ermittelt werden, – die Belastungskennwerte (T_K₁₉, T_K₂₀) mit Grenzwerten (T_Grenz1₁₉, T_Grenz1₂₀, T_Grenz2₁₉, T_Grenz2₂₀) verglichen werden und – bei Überschreiten eines Grenzwerts (T_Grenz1₁₉, T_Grenz1₂₀, T_Grenz2₁₉, T_Grenz2₂₀) durch einen Belastungskennwert (T_K₁₉, T_K₂₀) eine Schutzfunktion für das zugehörige, überlastete Schaltelement (19, 20) aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schaltungen im Getriebe (14), an denen das überlastete Schaltelement (19, 20) beteiligt ist, in Folge der Schutzfunktion ein Drehmoment am überlasteten Schaltelement (19, 20) gegenüber einem Normalbetrieb reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfunktion nur bei Schaltungen aktiviert wird, bei denen das überlastete Schaltelement (19, 20) zusätzlich belastet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – bei einer Zug-Hoch- und/oder einer Schub-Rückschaltung ein Motoreingriff durchgeführt und – der Motoreingriff in Folge der Schutzfunktion früher und/oder stärker als im Normalbetrieb durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motoreingriff erfolgt, bevor das abschaltende Schaltelement (19, 20) vollständig abgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungsmoment des zuschaltenden Schaltelements (19, 20) bei der Zuschaltung auf ein, im Vergleich zu einem Zuschaltmoment (M_z) im Normalbetrieb geringeres Begrenzungsmoment (M_b1) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschaltmoment (M_z) erst bei oder nach einem Erreichen einer Synchrondrehzahl (n_sync_h) des Zielgangs eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Antriebsmaschine (11) und dem Getriebe (14) eine automatisierte Anfahrkupplung (12) angeordnet ist und bei einer Zug-Hoch- und/oder einer Zug-Hoch- und/oder einer Schub-Rückschaltung in Folge der Schutzfunktion die Anfahrkupplung (12) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten – eines ersten Grenzwerts (T_Grenz1₁₉, T_Grenz1₂₀) durch einen Belastungskennwert (T_K₁₉, T_K₂₀) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und – eines zweiten, höheren Grenzwerts (T_Grenz2₁₉, T_Grenz2₂₀) durch einen Belastungskennwert (T_K₁₉, T_K₂₀) statt dessen ein Verfahren nach Anspruch 7 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Zug-Rück- und/oder einer Schub-Hochschaltung – ein Freigabemoment des abschaltenden Schaltelements eingestellt wird und – das genannte Freigabemoment in Folge der Schutzfunktion geringer ist als im Normalbetrieb.