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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Systeme zur Steuerung
einer Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung.
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Automatikgetriebe
verwenden eine Fluidkupplung, die als ein Drehmomentwandler bekannt ist,
um ein Maschinendrehmoment von der Maschine an das Getriebe zu übertragen.
Der Drehmomentwandler arbeitet durch eine Hydraulikkraft, die durch ein
unter Druck stehendes Fluid von dem Automatikgetriebe bereitgestellt
wird. Der Drehmomentwandler vervielfacht das Maschinendrehmoment
und leitet es durch das Getriebe.
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Ein
herkömmlicher
Drehmomentwandler umfasst eine mit einem Hydraulikfluid gefüllte abgedichtete
Kammer. Die Kammer umfasst eine Pumpe (oder ein Pumpenrad), die
von der Maschine angetrieben wird, ein mit einer Abtriebswelle verbundenes Turbinenrad
und einen Stator, der eine Drehmomentvervielfachung bereitstellt.
Wenn das Pumpenrad rotiert, drückt
die Zentrifugalkraft das unter Druck stehende Fluid nach außen, was
ein Rotieren des Turbinenrads verursacht. Ein Fluid, welches das
Turbinenrad verlässt,
trifft auf den Stator. Schaufeln des Stators bewirken eine Umkehrung
der radialen Richtung der Fluidbewegung, sodass sich das Fluid in
dieselbe Richtung wie das Pumpenrad bewegt, wenn es wieder in die
Pumpenradkammern eintritt. Diese Richtungsumkehrung erhöht die Effizienz
des Pumpenrads wesentlich. Die Kraft des Fluids, das auf die Statorschaufeln
auftrifft, übt
auch ein Drehmoment auf die Turbinenradabtriebswelle aus, wodurch
sie eine zusätzliche
Drehmomentver vielfachung bereitstellt, die einem höheren numerischen Übersetzungsverhältnis entspricht.
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Man
sagt, dass ein Drehmomentwandler "schlupft", wenn die Pumpenraddrehzahl und die
Turbinenraddrehzahl nicht äquivalent
sind. Hohe Schlupfraten verringern die Effizienz des Drehmomentwandlers
und können übermäßige Wärme erzeugen.
Einige Wandler umfassen einen Verriegelungsmechanismus, beispielsweise
eine mechanische Kupplung, die bei Fahrdrehzahlen in Eingriff gebracht
wird, um das Pumpenrad mit dem Turbinenrad physikalisch zu verbinden.
Die physikalische Verbindung bewirkt, dass das Pumpenrad und das
Turbinenrad mit der gleichen oder nahezu der gleichen Drehzahl rotieren,
wodurch ein Schlupf verringert oder beseitigt wird. Die Kupplung
wird durch ein Fluid eingerückt
und ausgerückt,
das durch eine Hohlwelle an der Mittelachse der rotierenden Wandlerbaugruppe
bereitgestellt wird.
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Ein
Verriegeln der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung
ist nicht bei allen Betriebsarten eines Fahrzeugbetriebs wünschenswert.
Typischerweise kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung nur bei Zuständen mit
hoher Drehzahl und niedriger Drossel (beim Fahren) vollständig verriegelt werden.
Um die Vorteile eines Verriegelns der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung
bei anderen Betriebsarten zu erreichen, kann der Kupplung ein Material
beigefügt
werden, um ihre Gesamtlebensdauer bei Schlupfzuständen zu
verbessern. Dies ermöglicht,
dass die Kupplung teilweise verriegelt wird. Bei diesen Typen von
Drehmomentwandlern wird ein Schlupf elektronisch gesteuert, sodass
er sich nahe bei einem Zielwert befindet (am häufigsten 20 U/min).
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Der
Grad eines Einrückens
der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung
kann geregelt werden, indem dem Drehmomentwandler befohlen wird,
in einer von mehreren Betriebsarten zu arbeiten. Wenn eine "Ein-Betriebsart" befohlen wird, wird ein
Druck auf der Kupplung elektronisch gesteuert, um den Zielschlupfwert
zu erreichen. Der Wandler wird nicht vollständig verriegelt. Wenn eine "Verriegelung-Ein-Betriebsart" befohlen wird, wird
der Drehmomentwandler mit einem maximalen Druck versorgt, um die
Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung
vollständig
zu verriegeln. Bei der Verriegelung-Ein-Betriebsart wird ein Schlupf
im Wesentlichen beseitigt. Während
des Fahrzyklus führt
ein Betrieb des Drehmomentwandlers Übergänge zwischen diesen und anderen
Betriebsarten aus. Ein Regeln des Drucks, mit dem der Drehmomentwandler
während
dieser Übergänge versorgt
wird, verbessert die Gesamtfahrfähigkeit
des Fahrzeugs.
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Entsprechend
wird ein erfindungsgemäßes Drehmomentwandlerüberbrückungskupplungs-Steuerungssystem
bereitgestellt. Das System umfasst: ein Betriebsartbestimmungsmodul,
das eine Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung oder
eine Betriebsart mit harter Verriegelung auf der Grundlage einer
Verriegelungsanforderung auswählt; und
ein Drucksteuerungsmodul, das einen Druck an den Drehmomentwandler
während
der Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung derart regelt,
dass ein Zielschlupf beibehalten wird, und das einen maximalen Druck
an den Drehmomentwandler während
der Betriebsart mit harter Verriegelung befiehlt, um einen Schlupf
zu verhindern.
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Gemäß anderen
Merkmalen wird ein Verfahren zur Steuerung einer Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung
(TCC von Torque Converter Clutch) bereitgestellt. Das Verfahren
umfasst: ein Empfangen einer Anforderung zur Verriegelung der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung;
ein Übergehen
in eine Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung;
und ein Befehlen eines Drucks derart, dass während der Betriebsart mit Verriegelung
und Niederschlupfregelung ein Zielschlupf beibehalten wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben, in der:
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1 ein
Funktionsblockdiagramm eines Fahrzeugs ist, das ein herkömmliches
Drehmomentwandlersystem umfasst;
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2 ein
Datenflussdiagramm eines Drehmomentwandlersteuerungssystems ist;
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3 ein
Zustandsübergangsdiagramm
ist, das Betriebsarten und Übergänge des
Systems zur Steuerung der Verriegelungsaktivierung einer Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung
(TCC) darstellt; und
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4 ein
Graph ist, der beispielhafte Datenausgaben gemäß dem TCC-Verriegelungssteuerung-Ein-Verfahren
darstellt.
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Die
nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und nicht
dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen
zu begrenzen. Es ist zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende
Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. In
diesem Kontext bezieht sich der Begriff Modul auf einen anwendungsspezifischen
integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis,
einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dezidiert oder Gruppe) und einen
Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme
ausführt,
einen Schaltungslogikschaltkreis und/oder andere geeignete Komponenten,
welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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1 stellt
ein Fahrzeug 10 dar, das ein herkömmliches Drehmomentwandlersystem
umfasst. Eine Maschine 12 verbrennt ein Luft- und Kraftstoffgemisch,
um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Luft wird durch eine Drossel 16 in
einen Ansaugkrümmer 14 angesaugt.
Die Drossel 16 regelt eine Luftmassenströmung in
den Ansaugkrümmer 14.
Die Luft in dem Ansaugkrümmer 14 wird
in Zylinder 18 verteilt. Obwohl sechs Zylinder 18 dargestellt
sind, ist es festzustellen, dass die Maschine mehrere Zylinder aufweisen
kann, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 und 16 Zylinder.
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Ein
Getriebe 20 wird durch einen Drehmomentwandler (TC von
torque converter) 22 mit einem Drehmoment von der Maschine 12 versorgt.
Der Drehmomentwandler kann ein beliebiger bekannter Überbrückungs-
oder Verriegelungswandler sein, der ein Turbinenrad, einen Stator
und eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung
(TCC) umfasst. Das Getriebe umfasst eine Hydraulikpumpe 26,
die ein unter Druck stehendes Fluid in dem Getriebe regelt und eine
Fluidströmung
zu und von dem TC 22 über mindestens
ein solenoidbetriebenes Ventil 30 steuert. Die Maschine 12 treibt
die Hydraulikpumpe 26 an. Ein Strom- und/oder Pulsweitenmodulationssignal
wird durch ein Steuerungsmodul 32 an das Solenoid ausgegeben,
um die Versorgung des Drehmomentwandlers 22 mit unter Druck
stehendem Fluid zu variieren. Eine Schlupfrate des TC 22 wird
auf der Grundlage einer Steuerung des unter Druck stehenden Fluids
variiert.
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Das
Steuerungsmodul 32 bestimmt das geeignete Signal auf der
Grundlage von Eingaben, die von dem TC 22, der Maschine 12 und
dem Getriebe 20 empfangen werden. Eingaben in das Steuerungsmodul 32 können umfassen,
sind aber nicht beschränkt
auf: ein Maschinendrehzahlsignal, das von einem Maschinendrehzahlsensor 34 empfangen wird;
ein Turbinenraddrehzahlsignal, das von einem Turbinenraddrehzahlsensor 36 empfangen
wird; ein Drosselstellungssignal, das von einem Drosselstellungssensor 38 empfangen
wird; und ein Getriebeöltemperatursignal,
das von einem Getriebeöltemperatursensor 40 empfangen
wird. Das Steuerungsmodul 32 ermittelt gemäß herkömmlichen
Verfahren, wann eine TCC-Verriegelungsaktivierungs-Betriebsart wünschenswert
ist. Wenn eine TCC-Verriegelung gewünscht wird, ermittelt das Steuerungsmodul 32 den geeigneten
Druck, mit dem der TC 22 versorgt werden soll, auf der
Grundlage des TCC-Verriegelungsaktivierungs-Verfahrens der vorliegenden
Offenbarung und befiehlt entsprechend das Signal an das Solenoid 30.
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Auf 2 Bezug
nehmend stellt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen
eines TCC-Verriegelung-Ein-Steuerungssystems dar, das in dem Steuerungsmodul 32 eingebettet
sein kann. Verschiedene Ausführungsformen
von TCC-Verriegelung-Ein-Steuerungssystemen gemäß der vorliegenden Offenbarung
können
eine beliebige Anzahl von Untermodulen umfassen, die in dem Steuerungsmodul 32 eingebettet
sind. Die gezeigten Untermodule können kombiniert und/oder weiter
unterteilt werden, um eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung auf ähnliche
Weise zu steuern. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Steuerungsmodul 32 von 2 ein
Betriebsartenbestimmungsmodul 44 und ein TCC-Drucksteuerungsmodul 46.
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Das
Betriebsartbestimmungsmodul 44 empfängt als Eingabe einen TCC-Schlupffehler 48,
ein Maschinendrehmoment 50, eine Verriegelungsanfor derung 52 und
einen Schaltstatus 54. Die Eingaben können durch andere Untermodule
in dem Steuerungsmodul 32 oder durch andere (nicht gezeigte) Steuerungsmodule
in dem Fahrzeug 10 ermittelt werden. Der TCC-Schlupffehler 48 kann
als die Differenz zwischen einem gewünschten Schlupf und einem tatsächlichen
gemessenen Schlupf ermittelt werden. Der tatsächliche gemessene Schlupf 57,
der in das TCC-Drucksteuerungsmodul 46 eingegeben wird, kann
als die Differenz zwischen der Maschinendrehzahl und der Turbinenraddrehzahl
ermittelt werden. Das Maschinendrehmoment 50 kann auf der
Grundlage verschiedener Maschinenbetriebsparameter, wie zum Beispiel
der Luftströmung,
der Maschinendrehzahl, der Last und Temperaturwerten ermittelt werden.
Die Verriegelungsanforderung 52 zeigt eine gewünschte Verriegelungsbetriebsart
an. Der Schaltstatus 54 zeigt den aktuellen Status eines
Hochschaltens oder Herunterschaltens an. Auf der Grundlage der empfangenen
Eingaben bestimmt das Betriebsartbestimmungsmodul 44, dass
eine aktuelle Verriegelungsbetriebsart 56 eine Betriebsart
mit Verriegelung und Niederschlupfregelung und/oder eine Betriebsart
mit harter Verriegelung ist, wie nachfolgend weiter erörtert wird.
Das TCC-Drucksteuerungsmodul 46 empfängt als Eingabe die TCC-Verriegelungsbetriebsart 56 und
den TCC-Schlupf 57.
Das TCC-Drucksteuerungsmodul 46 regelt einen Druck an den
Drehmomentwandler 22 (1) derart,
dass die Kupplung verriegelt ist. Auf der Grundlage der TCC-Verriegelungsbetriebsart
wird der Druck variiert, um die Intensität der TCC-Verriegelung zu steuern.
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Auf 3 Bezug
nehmend stellt ein Zustandsübergangsdiagramm
dar, wie das Betriebsartenbestimmungsmodul 44 die Übergänge zwischen der
Ein-Betriebsart 60 und
der Verriegelung-Ein-Betriebsart 62 durchführt und
insbesondere die Übergänge innerhalb
der Verriegelung-Ein-Betriebsart 62. Wenn sie sich in der
Verriegelung-Ein-Betriebsart 62 befindet, führt die
Steuerung gemäß der vorliegenden
Offenbarung einen Übergang
zwi schen einer Unterbetriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung 64 und
einer Unterbetriebsart mit harter Verriegelung 66 durch.
Wenn sie sich in der Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung 64 befindet,
befiehlt die Steuerung einen Druck derart, dass die Kupplung im
Wesentlichen verriegelt ist, indem der niedrigstmögliche gemessene
Schlupfpegel beibehalten wird. Der Schlupf kann beispielsweise auf
7,5 U/min geregelt werden. In der Betriebsart mit harter Verriegelung 66 wird
ein maximaler Druck derart befohlen, dass die TCC vollständig verriegelt
ist (die Maschinendrehzahl ist gleich der Turbinenraddrehzahl).
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Das
Hinzufügen
der Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung 64 ermöglicht es, dass
ein Druck derart gesteuert wird, dass die Kupplung vollständig verriegelt
ist aber ohne irgendeine Überschusskapazität bei der
Kupplung. Im Wesentlichen wird der Druck während dieser Betriebsart so geregelt,
dass er nur so groß wie
nötig ist,
um die Kupplung verriegelt zu halten. Ein Regeln des Drucks auf
diese Weise während
Verriegelungszuständen verringert
eine Maschinenlast und eine Kraftstoffverschwendung und ermöglicht es,
dass das nachfolgende Lösen
der Kupplung schneller stattfindet.
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In 3 sind
die Übergänge zwischen
den Betriebsarten mit A-C bezeichnet. Die Steuerung ermittelt einen
Wunsch, einen Übergang
in die Verriegelung-Ein-Betriebsart 62 auf der Grundlage
herkömmlicher Übergangsverfahren
durchzuführen.
Sobald ermittelt wurde, dass die Verriegelung-Ein-Betriebsart gewünscht ist,
führt die
Steuerung einen Übergang
in die Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung 64 durch,
der bei Übergang
A gezeigt ist, auf der Grundlage der folgenden Bedingungen: 1) wenn
sie das erste Mal in die TCC-Verriegelung-Ein-Betriebsart eintritt;
2) wenn ein Niederschlupfbefehl empfangen wurde; 3) wenn eine Anforderung
für eine
harte Verriegelung empfangen wurde, die vorherige Verriegelung-Ein-Betriebsart
nicht eine harte Verriegelung war und ein Schlupffehler größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert ist; oder 4) wenn der aktuelle Zeitpunkt
in einem spezifizierten Zeitrahmen vor, nach oder während eines
Hochschaltens oder Herunterschaltens liegt.
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Sobald
sie sich in der Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung 64 befindet,
führt die
Steuerung einen Übergang
in die Betriebsart mit harter Verriegelung 66, der bei Übergang
B gezeigt ist, auf der Grundlage der folgenden Bedingungen durch:
1) wenn eine Anforderung zur harten Verriegelung empfangen wurde
und der Schlupffehler kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert
ist; oder 2) wenn eine Anforderung zur Verriegelung mit niedrigem
Schlupf empfangen wurde, das Maschinendrehmoment größer als
ein vorbestimmter Schwellenwert ist und der Schlupffehler kleiner
als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Die Steuerung wird in der
Betriebsart mit harter Verriegelung 66 bleiben, wenn die folgenden
Bedingungen erfüllt
sind: 1) wenn die vorherige Betriebsart die Betriebsart mit harter
Verriegelung war, das Maschinendrehmoment größer als ein vorbestimmter Ausstiegsschwellenwert
ist und die Anforderung zur Verriegelung mit niedrigem Schlupf empfangen
wurde; oder 2) wenn die vorherige Betriebsart die Betriebsart mit
harter Verriegelung war und der Schlupffehler größer als ein vorbestimmter Ausstiegsschwellenwert
ist. Wenn die Bedingungen in 2) für eine vorbestimmte Zeitspanne
erfüllt
sind, wird die Steuerung einen Übergang
zurück
in die Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung 64 durchführen, der
bei Übergang
C gezeigt ist. Die Steuerung geht aus der Betriebsart mit Niederschlupfregelung 64 auf
der Grundlage von herkömmlichen Übergangsverfahren
in andere Betriebsarten über
(Übergang
nicht gezeigt).
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Wie
festzustellen ist, können
alle voranstehend durchgeführten
Vergleiche in verschiedenen Formen in Abhängigkeit von den für die Schwellenwerte gewählten Werten
implementiert werden. Beispielsweise kann bei verschiedenen Ausführungsformen
ein Vergleich von "größer als" als "größer oder gleich" implementiert werden.
Auf ähnliche
Weise kann ein Vergleich von "kleiner
als" bei verschiedenen
Ausführungsformen
als "kleiner oder
gleich" implementiert
werden. Ein Vergleich von "in
einem Bereich" kann
bei verschiedenen Ausführungsformen äquivalent
als ein Vergleich von "kleiner
oder gleich einem maximalen Schwellenwert" und "größer oder gleich
einem minimalen Schwellenwert" implementiert
werden.
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Nun
auf 4 Bezug nehmend stellt ein Graph ein beispielhaftes
Szenario dar, wenn die Verriegelung-Ein-Betriebsart von der Ein-Betriebsart
aus betreten wird. Die Zeit wird entlang der x-Achse bei 100 dargestellt.
Bei 102 sind Daten für
den Druck gezeigt, mit dem der Drehmomentwandler versorgt wird.
Daten für
den tatsächlich
gemessenen Schlupf sind bei 104 gezeigt. Daten für die gewünschte Schlupfreferenz
sind bei 106 gezeigt. Daten für die Niederschlupframpe sind
bei 108 gezeigt. Zum Zeitpunkt X führt die Steuerung einen Übergang
von der Ein-Betriebsart zu der Betriebsart mit Verriegelung und
Niederschlupfregelung durch. Eine Schlupf-Totzone ist bei 110 gezeigt.
Diese Totzone stellt die kleinsten Schlupfwerte dar, die ohne irgendwelche Messungenauigkeiten
des Systems elektronisch gesteuert werden können. Zum Zeitpunkt Y wird
der Schlupf in der Nähe
von 7,5 U/min geregelt, um eine Überschusskapazität hinter
der Kupplung zu verringern. Zum Zeitpunkt Z führt die Steuerung einen Übergang
in die Betriebsart mit harter Verriegelung durch, wobei ein Druckversatz
zu dem Druckwert addiert wird, um eine harte Verriegelung der Kupplung sicherzustellen.
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Zusammengefasst
wird ein Drehmomentwandlerüberbrückungskupplungs-Steuerungssystem
bereitgestellt. Das System umfasst: ein Betriebsartbestimmungsmodul,
das eine Betriebsart mit Verriegelung und Nieder schlupfregelung
oder eine Betriebsart mit harter Verriegelung auf der Grundlage
einer Verriegelungsanforderung wählt;
und ein Drucksteuerungsmodul, das einen Druck an den Drehmomentwandler
während
der Betriebsart mit Verriegelung und Niederschlupfregelung derart
regelt, dass ein Zielschlupf aufrecht erhalten wird, und das einen maximalen
Druck an den Drehmomentwandler während
der Betriebsart mit harter Verriegelung befiehlt, um einen Schlupf
zu verhindern.