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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Schaltung in einem
automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die
DE 10 2004 046 066
A1 beschreibt ein Verfahren zur Durchführung einer Rückschaltung
in einem automatischen, lastschaltbaren Getriebe eines Kraftfahrzeugs,
bei welchem während
der Schaltung ein abgegebenes Drehmoment einer Antriebsmaschine
des Kraftfahrzeugs gegenüber
einem Fahrerwunschmoment erhöht
wird. Die Erhöhung
des Drehmoments wird von einer Steuerungseinrichtung des Getriebes
bei einer Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine in Form eines
Verbrennungsmotors angefordert.
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Demgegenüber ist
es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Durchführung einer
Schaltung vorzuschlagen, mittels welchem schnelle Schaltungen ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird nach
Beginn der Schaltung in einer Steuerungsphase ein vorbestimmter
Drehmoment-Sollwert für
das abgegebene Drehmoment der insbesondere als Verbrennungsmotor ausgeführten Antriebsmaschine
vorgegeben. Eine Motorsteuerung steuert Stellglieder der Antriebsmaschine,
wie beispielsweise eine Drosselklappe oder ein Einspritzsystem so
an, dass das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine dem Drehmoment-Sollwert entspricht.
Der Drehmoment-Sollwert ist so gewählt, dass das abgegebene Drehmoment der
Antriebsmaschine schnell ansteigt und so auch die Drehzahl der Antriebsmaschine
schnell ansteigt. Er kann über
die gesamte Steuerungsphase konstant sein oder sich auch über der
Zeit ändern.
Der Drehmoment-Sollwert entspricht insbesondere im Wesentlichen
dem maximalen Drehmoment der Antriebsmaschine. Dazu kann der Drehmoment-Sollwert
aus einer Kennlinie ausgelesen werden, in der das maximale Drehmoment
der Antriebsmaschine in Abhängigkeit
von der Drehzahl der Antriebsmaschine abgelegt ist. Es ist auch
möglich,
dass ein Drehmoment-Sollwert angefordert wird, der größer als das
bei der aktuellen Drehzahl mögliche
maximale Drehmoment ist. Damit wird bei jeder Drehzahl das maximale
Drehmoment der Antriebsmaschine eingestellt. Durch Anforderung des
maximalen Drehmoments der Antriebsmaschine wird der maximale Gradient
der Drehzahl der Antriebsmaschine erreicht. Da der Fahrer die Änderung
der Drehzahl der Antriebsmaschine in besonderem Maße wahrnimmt,
ist für den
Fahrer der Gradient der Drehzahl ein Maß für die Sportlichkeit einer Schaltung.
Durch Erreichen des maximalen Gradienten der Drehzahl empfindet
der Fahrer die Schaltung als maximal dynamisch.
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Während der
Steuerungsphase wird geprüft, ob
eine von einer Drehzahl der Antriebsmaschine abgeleitete Prüfgröße eine Übergangsbedingung
erfüllt. Als
Prüfgröße wird
insbesondere direkt die Drehzahl der Antriebsmaschine verwendet.
Als Übergangsbedingung
kann beispielsweise geprüft
werden, ob die Drehzahl der Antriebsmaschine innerhalb eines Bereichs
um eine Zieldrehzahl nach der Schaltung liegt.
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Bei
Erfüllung
einer Übergangsbedingung
findet ein Wechsel in eine Regelungsphase statt, in welcher mittels
einer Änderung
des abgegebenen Drehmoments der Antriebsmaschine eine die Drehzahl der
Antriebsmaschine kennzeichnende Kenngröße auf einen Drehzahl-Sollwert
eingeregelt wird. Die genannte Kenngröße ist insbesondere als die
Drehzahl der Antriebsmaschine, ein Gradient der Drehzahl oder als
eine Kombination aus Drehzahl und Gradient ausgeführt. Mittels
der genannten Regelung kann also beispielsweise die Drehzahl der
Antriebsmaschine auf die Zieldrehzahl nach der Schaltung oder ein
Drehzahlgradient auf einen Soll-Gradient eingeregelt werden. Die
Drehzahl oder der Drehzahlgradient dienen bei der genannten Regelung
also als Regelgröße und das
abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine als Stellgröße. Damit
wird erreicht, dass die Drehzahl der Antriebsmaschine die Zieldrehzahl
sehr genau erreicht.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise trägt dem unterschiedlichen
Verhalten von Antriebsmaschinen, insbesondere Verbrennungsmaschinen bei
der Änderung
des abgegebenen Drehmoments Rechnung. Die Erhöhung des Drehmoments kann in der
Regel nicht sehr spontan ablaufen, da zunächst brennbares Gemisch in
die Zylinder gebracht werden muss. Dies nimmt insbesondere bei Otto-Motoren
mit so genannter Kanaleinspritzung Zeit in Anspruch. Die Verringerung
des Drehmoments kann hingegen vergleichsweise schnell und spontan
erfolgen, beispielsweise bei einem Otto-Motor durch einen so genannten Motoreingriff,
bei welchem ein Zündzeitpunkt
in Richtung spät
verstellt wird. Damit kann von einem Zündzyklus zum nächsten eine
deutliche Reduzierung des Drehmoments erreicht werden.
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Zu
Beginn der Schaltung soll möglichst schnell
das Drehmoment ansteigen, was am besten mit der Vorgabe eines sehr
hohen Drehmoment-Sollwerts erreicht werden kann. Beim Übergang
in die Regelphase muss das Drehmoment in der Regel deutlich reduziert
werden, was wie beschrieben sehr schnell erreicht werden kann. Damit
kann beim Übergang
von der Steuerungs- in die Regelungsphase sehr schnell das erforderliche
Drehmoment eingestellt und so eine genaue Regelung erzielt werden.
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Das
automatische Getriebe kann beispielsweise als ein Getriebe mit mehreren
gekoppelten Planetensätzen
ausgeführt
sein. Das derartige Getriebe weist als Anfahrelement beispielsweise
eine automatisierte Anfahrkupplung zwischen Antriebsmaschine und
Getriebe, insbesondere eine nasslaufende Anfahrkupplung auf. Als
Anfahrelement kann aber auch beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler
dienen. Das Getriebe kann auch als ein Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere
mit automatisierter Anfahrkupplung oder als ein Doppelkupplungsgetriebe
ausgeführt
sein.
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Das
Fahrerwunschmoment wird insbesondere von einem Fahrer mittels eines
Fahrpedals eingestellt. Das Verfahren ist insbesondere bei Zug-Rück- oder
Schub-Rück-Schaltungen
vorteilhaft einsetzbar.
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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.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem automatischen, lastschaltbaren
Getriebe und
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2a,
b eine zeitliche Darstellung von Zustandsgrößen des Antriebsstrangs bei
einer Schub-Rück-Schaltung.
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Gemäß 1 verfügt ein Antriebsstrang 10 über eine
Antriebsmaschine 11, welche als ein Otto-Motor ausgeführt ist.
Die Antriebsmaschine 11 wird von einer Motorsteuerung 29 angesteuert,
welche mit nicht dargestellten Sensoren und Stellgliedern in Signalverbindung
steht. Die Motorsteuerung 29 kann beispielsweise eine Drehzahl
der Antriebsmaschine 11 erfassen und ein abgegebenes Drehmoment
der Antriebsmaschine 11 einstellen. Aus der erfassten Drehzahl
bestimmt die Motorsteuerung 29 einen Drehzahlgradient.
Zur Einstellung des Drehmoments auf einen Drehmoment-Sollwert kann
die Motorsteuerung 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 Motorsteuerung 29 auch einen
Zündwinkel in
Richtung spät
verstellen. Die Motorsteuerung 29 steht mit einem Fahrpedal 30 in
Signalverbindung. Mittels des Fahrpedals 30 kann ein Fahrer
ein Fahrerwunschmoment einstellen, welches von der Motorsteuerung 29 eingestellt
wird, sofern keine anderen, höher
priorisierten Anforderungen vorliegen.
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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.
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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.
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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.
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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 Fahrer 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.
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Die
Steuerungseinrichtung 27 steht mit der Motorsteuerung 29 der
Antriebsmaschine 11 in Signalverbindung. Die Steuerungseinrichtung 27 kann ein
vom Fahrerwunschmoment abweichendes Drehmoment anfordern, welches
dann von der Motorsteuerung 29 eingestellt wird. Insbesondere
kann die Steuerungseinrichtung 27 bei einer Schaltung im
Getriebe 14 eine Erhöhung
oder eine Verringerung des abgegebenen Drehmoments anfordern. Die
Steuerungseinrichtung 27 sendet dazu an die Motorsteuerung 29 eine
Drehmomentanforderung, die als Drehmoment-Sollwert verwendet wird.
Außerdem
tauschen die Motorsteuerung 29 und die Steuerungseinrichtung 27 gemessene
oder ermittelte Betriebsgrößen des
Antriebsstrangs aus, wie beispielsweise Drehzahl und Drehzahlgradient
der Antriebsmaschine.
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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.
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Die
Funktionen der Motorsteuerung 29 und der Steuerungseinrichtung 27 können auch
in einer Einrichtung kombiniert oder auf mehr als zwei Einrichtungen
aufgeteilt sein.
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In 2a und 2b sind
zeitliche Verläufe von
Zustandsgrößen des
Antriebsstrangs bei einer Schub-Rück-Schaltung von einem Ursprungsgang
in einen Zielgang im Getriebe dargestellt.
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2a zeigt
den Verlauf der Drehzahl der Antriebsmaschine (Linie 31).
In 2b sind der Verlauf des Drehmoment-Sollwerts (Linie 32)
und das sich daraufhin einstellende abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine
(Linie 33) dargestellt.
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Die
Schaltung startet zum Zeitpunkt t1. Bis dahin ist der Ursprungsgang
fest eingelegt. Der Drehmoment-Sollwert entspricht dem nicht dargestellten Fahrerwunschmoment, welches
während
der Schaltung als konstant angenommen wird. Da es sich um eine Schub-Rückschaltung
handelt, ist der Drehmoment-Sollwert kleiner als Null, der Fahrer
betätigt also
beispielsweise das Fahrpedal überhaupt
nicht. Bis zum Zeitpunkt t1 ist auch die Drehzahl der Antriebsmaschine
konstant auf einem Startwert n_start.
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Beim
Zeitpunkt t1 wird die Schaltung ausgelöst und der Drehmoment-Sollwert
wird sprungartig auf einen Wert M_max erhöht, der dem maximal möglichen
Drehmoment der Antriebsmaschine entspricht. In dem Beispiel wird
vereinfachend davon ausgegangen, dass das maximale Drehmoment der Antriebsmaschine
von der Drehzahl unabhängig
ist. Wird diese Vereinfachung nicht gemacht, kann sich der Drehmoment-Sollwert mit der
Drehzahl ändern oder
es kann ein Drehmoment-Sollwert
angefordert werden, der größer ist
als das maximal mögliche Drehmoment.
In diesem Fall stellt die Motorsteuerung das bei der aktuellen Drehzahl
mögliche
maximale Drehmoment ein, ohne den Drehmoment-Sollwert zu erreichen.
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Mit
einer Zeitverzögerung
steigt das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine ebenfalls an
und erreicht zum Zeitpunkt t2 den Drehmoment-Sollwert. Als Folge
des Anstiegs des abgegebenen Drehmoments steigt die Drehzahl der
Antriebsmaschine ebenfalls an.
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Zum
Zeitpunkt t1 beginnt eine Steuerungsphase, in der als Drehmoment-Sollwert
der vorbestimmte Wert M_max vorgegeben wird. Während der Steuerungsphase wird
laufend geprüft,
ob die Drehzahl der Antriebsmaschine eine Übergangsbedingung erfüllt. Es
wird geprüft,
ob die Drehzahl innerhalb eines Bereichs um eine Zieldrehzahl n_ziel
nach der Schaltung liegt. Die Zieldrehzahl n_ziel entspricht dabei
der so genannten Synchrondrehzahl des Zielgangs. Die Übergangsbedingung
ist zum Zeitpunkt t3 erfüllt,
in dem die Drehzahl der Antriebsmaschine den Drehzahlwert n3 erreicht.
Die Drehzahl n3 markiert die untere Grenze des genannten Bereichs
um die Zieldrehzahl n_ziel.
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Mit
dem Erfüllen
der Übergangsbedingung wird
zum Zeitpunkt t3 die Steuerungsphase beendet und es schließt sich
eine Regelungsphase an, in der die Drehzahl der Antriebsmaschine
mittels einer Regelung auf die Zieldrehzahl n_ziel eingeregelt wird. Als
Stellgröße dient
dabei das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine, welches mit
dem Drehmoment-Sollwert
vorgegeben wird. Der Regler kann dazu beispielsweise als ein P-
oder PI-Regler ausgeführt
sein. Da der Abstand der Drehzahl der Antriebsmaschine zur Zieldrehzahl
n_ziel nicht mehr sehr groß ist,
sinkt der Drehmoment-Sollwert zum Zeitpunkt t3 schlagartig ab. Damit
das abgegebene Drehmoment möglichst
spontan dem Drehmoment-Sollwert folgt, wird die Reduktion mittels
einer Zündwinkelverstellung
realisiert. Zum Zeitpunkt t4 erreicht die Drehzahl der Antriebsmaschine
die Zieldrehzahl und die Schaltung kann abgeschlossen werden.
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Eine
Zug-Rückschaltung
läuft entsprechend ab.
Der Unterschied besteht lediglich darin, dass das Fahrerwunschmoment
zu Beginn der Schaltung größer ist
als Null.
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Die
Antriebsmaschine kann auch als ein anderer Verbrennungsmotor, wie
beispielsweise ein Dieselmotor oder eine Elektromaschine oder als
eine Kombination von Verbrennungsmotor und Elektromaschine ausgeführt sein.
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Da
die Antriebsmaschine nach unterschiedlichen Konzepten arbeiten kann,
ist die Art der schnellen Änderung
des abgegebenen Drehmoments nicht nur an eine Verstellung bzw. Änderung
des Zündwinkels
gebunden. Je nach Art der Antriebsmaschine kann auch die Einspritzmengen,
der Einspritzzeitpunkt (Direkteinspritzer Otto oder Diesel) oder
der Strom, die Spannung oder die Frequenz bei einer Elektromaschine
verändert
werden. Ebenso ist jede Kombination der genannten Änderungen
möglich.
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Bei
der Prüfung
der Übergangsbedingung kann
auch der Gradient der Drehzahl der Antriebsmaschine berücksichtigt
werden. Beispielsweise kann der Bereich um die Zieldrehzahl mit
steigendem Gradient größer werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann bei der Prüfung
der Übergangsbedingung
auch berücksichtigt werden,
welche Drehmomentreduzierung mittels eines Zündeingriffs oder einer anderen
Art der schnellen Reduktion des Drehmoments möglich ist. Ist die mögliche Reduktion
betragsmäßig klein,
so wird die Steuerungsphase beispielsweise früher beendet als bei einer großen möglichen
Reduktion.
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Außerdem kann
alternativ oder zusätzlich das
bekannte Verhalten der Antriebsmaschine und des Getriebes bei einer
Ansteuerung der entsprechenden Stellglieder berücksichtigt werden.