DE102011088832B4 - Verfahren zur Steuerung von Schaltsystemen - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems mit mindestens einem druckmittelbetätigten Schaltzylinder (14, 16) mit einem oder mehreren zugeordneten Schaltventilen (18, 20, 22, 24), wenigstens einem den Schaltventilen (18, 20, 22, 24) vorgeordneten Hauptabschaltventil (8, 10) und mit einem Steuergerät zur Steuerung der Schalt- (18, 20, 22, 24) und Hauptabschaltventile (8, 10), wobei der Druckmittelbedarf für durchzuführende Schaltvorgänge rechnerisch in vorbestimmten Rechenzyklen ermittelt und die Werte im Steuergerät abgelegt werden und die jeweiligen Hauptabschaltventile (8, 10) in Abhängigkeit davon angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Druckmittelbedarfs ein zum jeweiligen Zeitpunkt der Öffnung der Schaltventile neu entstehendes Volumen herangezogen wird und dieses neu entstandene Volumen relativ zu einem, im vorhergehenden Rechenzyklus bereits vorhandenen Vorratsvolumen (V) betrachtet wird, wobei das neu entstehende Volumen für jeden Schaltzylinder (14, 16) durch folgende Formel berechnet wird:

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von automatischen und automatisierten Schaltsystemen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Automatische und automatisierte Schaltsysteme werden in großem Umfang in Verbindung mit Stufenschaltgetrieben für Kraftfahrzeuge eingesetzt, wobei mittels hydraulischen oder pneumatischen Schaltzylindern in an sich bekannter Weise die Schaltgassen bzw. Gangstufen des Schaltgetriebes gewählt und eingelegt werden. Die Druckmittelversorgung erfolgt im Allgemeinen von einem fahrzeugseitigen Öldruck- oder Luftdruckversorgungssystem, welches über ein oder mehrere Hauptabschaltventile wahlweise mit dem Schaltsystem verbunden bzw. von diesem getrennt werden kann. Insbesondere bei einem pneumatischen Schaltsystem umfasst das fahrzeugseitige Luftdruckversorgungssystem üblicherweise einen als Druckpuffer dienenden Luftvorratsbehälter. Dem getriebeseitigen Schaltsystem kann ein den Hauptabschaltventilen nachgeordneter, auch als Getriebestellerraum bezeichneter Getriebevorratsbehälter zugeordnet sein, von dem aus die Schaltventile und die diesen nachgeordneten Schaltzylinder mit Druckluft versorgt werden.
• Eine grundsätzliche Schwierigkeit bei Schaltsystemen der oben genannten Art besteht darin, eine Regeleinrichtung zu entwickeln, die den für jeden Schaltvorgang geeigneten Luftdruck in den Schaltzylindern schnell und konstant einregelt. Im Allgemeinen findet bei einem Sollgangwechsel und dem darauf folgenden Beginn der Schaltzylinderverstellung ein Druckeinbruch im Schaltsystem statt, weil durch die Bewegung des Schaltkolbens in Richtung Zielposition ein relativ großes Volumen im Schaltzylinder und damit im Schaltsystem frei wird. Übliche Regler sind nicht mehr in der Lage, in der zur Verfügung stehenden kurzen Schaltzeit dieses Volumen so zu befüllen, dass der Schaltdruck auf seinem Sollpegel bleibt. Wenn aber zur Abhilfe Ventile mit großem Durchsatz und kurzer Ansprechzeit eingesetzt werden, besteht die Gefahr, dass der Sollwert überschritten wird, so dass die Schaltung mit einem höheren Druck als erwünscht beginnen würde. Das gilt insbesondere dann, wenn als Hauptabschaltventile übliche 2/2-Wegeventile eingesetzt werden, die keine Druckabfuhr nach außen ermöglichen.
• Gebräuchlich sind derzeit Druckminderventile, die bei veränderlichem Eingangsdruck von Fahrzeugseite den Ausgangsdruck, den Druck an den Schaltzylindern, konstant auf einem vorgegebenen Wert halten, oder Druckbegrenzungsventile, die den Druck an den Schaltzylindern auf einen voreingestellten Druck begrenzen. Beide Ventilarten unterliegen der Einschränkung, dass ein auf diese Weise ausgelegtes Schaltsystem die Schaltzylinder nur bei dem in den mechanischen Ventilen voreingestellten Luftdruck betätigen kann. Es ist deshalb nicht möglich, z. B. bei einem niedrigen Druck zu schalten, wenn mechanische Elemente geschont werden sollen, oder bei einem höheren Druck zu schalten, wenn beispielsweise ein Gang schneller eingelegt werden soll. Üblicherweise ist ein Druckregler der genannten Art in einem automatischen oder automatisierten Schaltsystem aufgrund der kurzen Schaltdauer und der hohen Druckeinbrüche im Schaltsystem jeweils am Anfang eines Schaltvorganges nicht in der Lage, den Druck schnell genug wieder auf seinen Sollwert zu bringen. Der Luftraum in einem Schaltzylinder mit dem Schaltkolben in einer Endlage ist üblicherweise so klein, dass beim erstmaligen Betätigen des Schaltkolbens, d. h. bei der Befüllung des Schaltzylinders und Vergrößerung des Luftraums, der Druck erheblich unter den Sollwert einbricht. Die genannten Druckregler sind deshalb in der Regel nicht in der Lage, den Druck während des gesamten Schaltablaufs konstant auf einem gewünschten Sollwert zu halten.
• Es sind deshalb auch schon über eine Schaltsoftware angesteuerte Druckmagnetventile eingesetzt worden, die es grundsätzlich ermöglichen, an den Schaltzylindern beliebige unterschiedliche Druckschwellen aufzubauen, beispielsweise mit dem Ziel, je nach Fahrsituation bzw. je nach dem mechanischen Zustand der Schaltelemente die Gangstufen immer mit einem geeigneten Luftdruck zu schalten. Diese sind jedoch technisch verhältnismäßig aufwendig und teuer.
• In der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2011 005 852 A1 der Anmelderin wurden diese Probleme ebenfalls behandelt und folgendermaßen gelöst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Druckmittelbedarf für jeden denkbaren Schaltvorgang auch unter Berücksichtigung unterschiedlicher Schaltdruckpegel aus den beim Schaltvorgang freiwerdenden und zu befüllenden Schaltzylindervolumen exakt bestimmbar ist, so dass schon bei Einleitung eines Schaltbefehls und vor jeglichem Druckeinbruch im Schaltsystem der Druckmittel-bedarf exakt bekannt ist und durch geeignete Steuerungsmaßnahmen kompensiert werden kann. Dies geschieht, indem der Druckmittelbedarf für alle durchzuführende Schaltvorgänge ermittelt und die jeweiligen Hauptabschaltventile in Abhängigkeit davon vom Steuergerät angesteuert werden. Die vorab ermittelten Druckmittel-bedarfswerte bzw. diesen entsprechende Schaltzeiten für die Hauptabschaltventile werden in einem Datenfeld des Steuergerätes abgelegt und können sofort bei Einleitung eines Schaltbefehls abgerufen werden und es kann mit einer entsprechen-den Ansteuerung der Hauptabschaltventile darauf reagiert werden. Ein größter vorab bestimmter Volumenstrom passend zum größten Druckmittelbedarf wird dazu auf mehrere parallel angeordnete Hauptabschaltventile aufgeteilt, so dass bei geringerem Druckmittelbedarf der Volumenstrom über die geringere Anzahl der geöffneten Hauptabschaltventile entsprechend angepasst werden kann. Im Übrigen erfolgt die Steuerung des erforderlichen Volumens über die Öffnungszeit der Hauptabschaltventile. Das Verfahren kann als Vorsteueranteil zu beispielsweise einem folgenden Druckregler verwendet werden. Dazu kann beispielsweise der Druck im Schaltsystem über einen mit dem Steuergerät verbundenen Drucksensor erfasst und der Vorsteueranteil beendet werden, wenn der Druck im Schaltsystem sich einem vorgegebenen Solldruck annähert. Die weitere Druck-regelung erfolgt dann mittels herkömmlicher Druckregler oder dergleichen. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Vorsteueranteil einerseits und der Regelanteil andererseits über eine von der Differenz zwischen Sollwert und Istwert (Sollwert minus Istwert) abhängige Gewichtung wie folgt bestimmt wird: $$\begin{array}{l}\text{ Gewichtung für den Vorsteueranteil}=\left(\text{Sollwert}-\text{Istwert}\right)\text{/Sollwert}\\ \text{Gewichtung für den Regelanteil}=\left(1-\text{Gewichtung für den Vorsteueranteil}\right)\end{array}$$

  
• Gemäß der Erfindung wird vorzugsweise über die Hauptabschaltventile ein Getriebevorratsbehälter befüllt, aus welchem die nachgeordneten Schaltventile und Schaltzylinder mit Druckmittel versorgt werden. Dieser Getriebevorratsbehälter lässt sich während des Vorsteueranteils so weit befüllen, dass genug Druckmittel vorhanden ist, um im anschließenden Regelanteil Druckeinbrüche weitgehend oder vollständig zu vermeiden.
• Um einen eventuell auftretenden Überdruck im Schaltsystem zu vermeiden, erfolgt ein erforderlicher Druckabbau über die bei einer vorgegebenen Schaltstellung mit einer Entlüftungsleitung verbundenen Schaltventile. Das ermöglicht es, als Hauptabschaltventile 2/2-Wegeventile einzusetzen, die kostengünstig und deshalb zu bevorzugen sind.
• Die DE 10 2007 022 126 A1 offenbart eine Kraftfahrzeugvorrichtung, insbesondere eine Kraftfahrzeugschaltvorrichtung, mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit zur Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Kolben-Zylindereinheit. Gemäß der DE 10 2007 022 126 A1 wird vorgeschlagen, dass die Kraftfahrzeugvorrichtung ein Berechnungsmodul aufweist, das dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Kenngröße der Kolben-Zylindereinheit zu ermitteln.
• Ein Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird durch die Druckschrift DE 10 2006 040 476 A1 offenbart.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein genaues Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches eine Verbesserung zum Stand der Technik darstellt.
• Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
• Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Luftdruckreglers in automatischen oder automatisierten Schaltsystemen, die mindestens zum Teil pneumatisch gesteuert sind, vorgeschlagen, das zur Verhinderung von Druckeinbrüchen während des Schaltvorganges frei werdende Volumen relativ zum schon vorhandenen Vorratsraum unter Berücksichtigung der physikalischen Einschränkungen bzw. Kennzahlen der Hauptabschaltventile (z.B. Ankeranzugzeit, der Zeit von der Ansteuerung bis das Ventil vollständig geöffnet ist) und des Volumenaustauschs zwischen mehreren Luftkammern betrachtet. Die neue entstehenden Volumen werden dabei relativ zum jeweils vorhandenen Vorratsvolumen berechnet. Das Verfahren ermöglicht, während des gesamten Schaltablaufs Schaltungen bei beliebigem nahezu konstantem Druck durchzuführen, indem die Druckeinbrüche zu Beginn der Schaltung vorzeitig erkannt und dementsprechend entgegengewirkt wird.
• Dieses Ziel wird erreicht, indem die Schaltventilaktivität beobachtet wird. Zu Beginn der Schaltung wird ausgehend von der Getriebeposition, der Position der Schaltkolben in den Schaltzylindern, und der angesteuerten Schaltventile abgeleitet, welche neuen Volumen in den Schaltzylindern relativ zum schon vorhandenen Volumen entstehen. Die neu entstehenden Volumen werden dabei prozentual für jeden Schaltzylinder einzeln betrachtet und relativ zum jeweils vorhandenen System-Vorratsvolumen zum Berechnungszeitpunkt nach folgender Formel berechnet: $$\begin{array}{l}Volume{n}_{Zylinde{r}_1}\left(\%\right)\left(t\right)\\ =\frac{neuesVolume{n}_{Zylinder1}\left(t\right)\left[c{m}^3\right]}{Volume{n}_{Vorrat}\left(t\right)\left[c{m}^3\right]}\ast 100\\ +\frac{Volume{n}_{Zylinder1}\left(t-x\right)\left[c{m}^3\right]}{Volume{n}_{Vorrat}\left(t-x\right)\left[c{m}^3\right]}\ast 100\end{array}$$

  
• Dabei wird im zweiten Teil des Formel, dem zweiten Summanden, ebenfalls das Volumen berücksichtigt, dass in früheren Rechenzyklen als neues entstehendes Volumen identifiziert wurde und zum Zeitpunkt t noch nicht komplett befüllt werden konnte. Muss kein bereits berechnetes Volumen zum Rechenzeitpunkt mehr befüllt werden, entfällt dieser Teil der Formel und es wird nur das zum Zeitpunkt t neu entstehende Volumen betrachtet. Entsteht ein großes neues Volumen relativ zum schon vorhandenen Volumen, wird dementsprechend das System mit einer großen Luftmenge befüllt. Ist das relative neu entstehende Volumen im Schaltsystem klein, so ist die zugeführte Luftmenge ebenfalls klein. Immer den passenden Volumenstrom bereitzustellen, wird zusätzlich unterstützt indem die Haltezeit der Ventile mit berücksichtigt wird. Jedes Ventil benötigt eine bestimmte Zeit, um eine bestimmte Menge Luft durchzuführen und diese Zeit, von der Ansteuerung bis zum Schließen des Ventils, wird als Haltezeit bezeichnet. Sie ist durch den Ventilaufbau und die Ventilart vorgegeben. Die Haltezeiten können als Kennlinie im Steuergerät hinterlegt werden und bei der Steuerung zur Befüllung eines neu entstandenen Volumens mit einfließen. Gleichzeitig können auch die Menge und Art der Hauptabschaltventile eine Rolle spielen, da durch diese Faktoren der größte mögliche Volumenstrom bestimmt wird und je nach benötigtem neu entstandenem Volumen unterschiedlich viele Hauptabschaltventile zur Befüllung geöffnet werden müssen bzw. unterschiedlich lange Öffnungszeiten jedes einzelnen Ventils eingestellt werden können bzw. müssen.
• Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert:
• 1: Schematische Darstellung eines Schaltsystems zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens
• Die 1 stellt einen pneumatischen Luftkreis nach derjenigen Art dar, wie es in einem automatischen oder automatisierten Schaltsystem üblicherweise vorkommt. Auf der Fahrzeugseite 2 ist der Luftvorratsbehälter 4 zu sehen, der die Getriebeseite 6 mit Luftdruck versorgt. Dieser Luftvorratsbehälter 4 hat ein Volumen V_O.
• Auf der Getriebeseite 6 sind beispielhaft zwei Hauptabschaltventile 8, 10 angezeigt, die Luftstrom in den Getriebevorratsbehälter 12 hereinlassen bzw. dies verhindern. Diese Hauptabschaltventile 8, 10 werden per Software über ein nicht gezeigtes Steuergerät an- bzw. abgeschaltet. Die Hauptabschaltventile 8, 10 sind als 2/2-Wege-Ventile dargestellt, da sie den Luftstrom nur in einer Richtung, in der Regel vom Fahrzeug in Richtung Getriebe, da p_Fahrzeug > P_Getriebe ist, zulassen. Es ist deshalb nicht möglich, durch alleinige Ansteuerung von 2/2-Wege-Hauptabschaltventilen, getriebeseitig Druck abzusenken bzw. zu entlüften. Das weitere Beispiel und der anschließend vorgestellte Algorithmus sind besonders vorteilhaft bei der Verwendung von einem oder mehreren 2/2-Wege-Ventilen. Andere, z. B. 3/2-WegeVentile, können aber ebenfalls eingesetzt werden. 2/2-Wege-Ventile sind in der Regel eine kostengünstige sowie technisch hochwertige Lösung und daher bevorzugt.
• Die Hauptabschaltventile 8, 10 verbinden bzw. trennen den Luftvorratsbehälter 4 vom Getriebevorratsbehälter 12, der als eine Art Druckspeicher für die Schaltungen vorgesehen werden kann und damit als Puffer fungiert. Der Getriebevorratsbehälter 12 hat ein Volumen V_G. Dieser Getriebevorratsbehälter 12 ist beim Einsatz des hier vorgestellten Verfahrens nicht zwingend erforderlich.
• Im Weiteren sind in der 1 beispielhaft zwei Schaltzylinder 14, 16 abgebildet, die über jeweils zwei Schaltventile 18, 20 bzw. 22, 24 mit dem Getriebevorratsbehälter 12 verbunden sind. Die Schaltventile 18, 20, 22, 24 werden ebenfalls von einem Steuergerät geschaltet. Es handelt sich bei den Schaltventilen 18, 20, 22, 24 um 3/2-Wege-Ventile. Ein geschalteter Gang wird durch die Position der Schaltkolben 26, 28 bestimmt. Stehen z. B. beide Schaltkolben 26, 28 wie in der 1 dargestellt auf der linken Seite, so kann man für die weiteren Überlegungen annehmen, dass der Gang 1 eingelegt ist. Bewegt sich der linke Schaltkolben 26 nach rechts, so ist damit z. B. der Gang 2 eingelegt. Bleiben beide Schaltkolben 26, 28 in der Mittelposition, indem alle vier Schaltventile gleichzeitig betätigt sind, so kann man z.B. annehmen, dass der Gang ausgelegt ist bzw. auf Neutral steht. Die Schaltkolben erreichen in ihrer Endlage üblicherweise nie den Anschlag innen an der Schaltzylinderkammer. Es bleibt deshalb ein Restvolumen, auch Totvolumen genannt. Dies kann je nach Schaltstellung des Schaltzylinder 14, 16 das Volumen links, vor der Kolbenfläche V_14.1, V_16.1 oder rechts, hinter der Kolbenfläche V_14.2, V_16.2 sein. Sind die Schaltkolben 26, 28 wie in 1 abgebildet in ihrer linken Endlage positioniert entstehen die Restvolumen V_14.1, V_16.1 zwischen den Flächen der Schaltkolben 26, 28 und dem linken Anschlag der Schaltzylinder 14, 16.
• Gesteuert wird das Schaltsystem, wie bereits vorhergehend beschrieben, durch ein Steuergerät. Das Steuergerät rechnet in vordefinierten Rechenzyklen, z. B. t=10ms, die neu entstehenden Volumen im Schaltsystem zum jeweiligen Zeitpunkt aus. In diesem Beispiel befindet sich das Getriebe zum Zeitpunkt t=t₀=0 im Ruhezustand und in der Position, wie in 1 dargestellt. Dies bedeutet, dass keine Schaltung stattfindet bzw. dass die Schaltventile 18, 20, 22, 24 nicht aktiv sind. Ein Rechenzyklus später, zum Zeitpunkt t=t₁=1 0ms, werden z. B. die Ventile 18 und 22 aktiviert und mit dem Getriebevorratsbehälter 12 verbunden. Die neu entstehenden Volumen V_14.1 und V_16.1 in den Schaltzylindern 14, 16 werden jetzt nicht absolut sondern relativ zum bereits im vorherigen Rechenzyklus gesamt vorhandenen Vorratsvolumen V_Vor betrachtet. In diesem Beispiel ist zum Zeitpunkt t₀ das Vorratsvolumen V_Vor ausschließlich das Volumen V_G. Das führt zu folgender Berechnung:
• Entstandenes Zusatzvolumen im Schaltzylinder 14 zum Zeitpunkt t₁: $$V_{14}\left(\text{\%}\right)=\left(\frac{V_{14.1}}{V_G}\right)\times 100$$
  
• Entstandenes Zusatzvolumen im Schaltzylinder 16 zum Zeitpunkt t₁: $$V_{16}\left(\text{\%}\right)=\left(\frac{V_{16.1}}{V_G}\right)\times 100$$
  
• Die Volumen V_14.1 und V_16.1 können aus der Kolbenfläche, der Wegposition und aus den Abmessungen des Schaltzylinders genau bestimmt werden.
• Angenommen z.B. V_G = 50cm³, V_14.1 (t=t₁) = 25cm³ und V_16.1 (t=t₁) = 75 cm³, würde dies bedeuten, dass V_14.1 = 50% und V_16.1 = 150%, d.h. es ist insgesamt ein Zusatzvolumen von 200% zum schon existierenden Vorratsvolumen entstanden, das befüllt werden muss.
• Anschließend muss berücksichtigt werden, dass dieses neu entstandene Volumen zumeist nicht in einem Rechenzyklus kompensiert werden kann. Aufgrund der Zeit bis zur vollständigen Öffnung, der sog. Ankeranzugszeit, der Hauptabschaltventile 8, 10 und ihres maximale zur Verfügung stehenden Luftvolumenstroms, wird, wie bereits beschrieben, eine gewisse Zeit benötigt, bis dieses Volumen befüllt ist. Wie lange diese Haltezeit ist, kann gemessen werden und beispielsweise in einer Kennlinie, die abhängig vom vorher berechneten prozentual entstandenen Zusatzvolumen ist, im Steuergerät abgelegt werden. Bei der beispielhaften Annahme ergibt sich, dass für ein neu entstandenes Volumen im Schaltzylinder 16 von 150%, eine Befüllungszeit von 60ms entsteht. Der Schaltzylinder 14 mit einem neu entstandenen Volumen von 50% kann in 20ms befüllt werden. Jeder Schaltzylinder 14, 16 wird hierfür einzeln betrachtet, da jedes Schaltventil 18, 20, 22, 24 jederzeit an- bzw. abgeschaltet werden kann.
• Im Folgenden wird angenommen, dass im darauffolgenden Rechenzyklus t=t₂=20ms zusätzlich zum Schaltventil 18 und 22 das Schaltventil 20 angesteuert wird. Dadurch entsteht zusätzlich das Volumen V_14.2. Dieses zusätzliche Volumen V_14.2 muss nun zum schon im vorherigen Rechenzyklus vorhandenen Vorrats- und Befüllvolumen V_Vor berechnet werden. Als Vorratsvolumen V_Vor gilt immer noch ausschließlich V_G, weil erst nach Ablauf von 20ms davon auszugehen ist, dass das Volumen V_14.1 und nach Ablauf von 60 ms das Volumen V_16.1 befüllt sind. Deshalb müssen die noch nicht befüllten Volumen von V₁₄ (t₁) = 50% und V₁₆ (t₁) =150% zusätzlich addiert werden. Dabei gilt:
• Entstandenes Zusatzvolumen im Schaltzylinder 14 zum Zeitpunkt t₂: $$V_{14}\left(\text{\%}\right)=\left(\frac{V_{14.2}}{V_G}\right)\times 100+50\text{\%}$$
  
• Entstandenes Zusatzvolumen im Schaltzylinder 16 zum Zeitpunkt t₂: $$V_{16}\left(\text{\%}\right)=0+150\text{\%}$$
  
• Beispielhaft wird angenommen, dass das neu entstandene Volumen V_14.2 ein Zusatzvolumen von 300% hat, so dass sich eine Befüllungszeit von 200ms ergibt. V₁₄ zum Zeitpunkt t₂=20ms beträgt damit 350% und V₁₆ (t₂=20ms) beträgt 150%.
• Nun gilt die Annahme, dass diese Beispielsituation 60ms lang konstant bleibt (t=t₃=80ms). Danach wird zusätzlich zur bisherigen Schaltventilansteuerung das Schaltventil 24 angesteuert. Die Berechnung erfolgt grundsätzlich wie zuvor, nur mit dem Unterschied das weitere 60ms abgelaufen sind und damit das Vorratsvolumen V_Vor nicht mehr V_G sondern V_G + V_14.1 (t₁) + V_16.1 (t₁) beträgt, da diese Volumen V_G, V_14.1, V_16.1 nach spätestens 60 ms befüllt worden sind.
• Entstandenes Zusatzvolumen im Schaltzylinder 14 zum Zeitpunkt t₃: $$V_{14}\left(\text{\%}\right)=0+300\text{\%}$$
  
• Entstandenes Zusatzvolumen im Schaltzylinder 16 zum Zeitpunkt t₃: $$V_{16}\left(\text{\%}\right)=\left(\frac{V_{16.1}}{\left(V_G+V_{14.1}+V_{16.1}\right)}\right)\times 100$$
  
• Das bedeutet, dass auch wenn V_16.2 ein großes Volumen darstellt, das Vorratsvolumen nun größer ist und sich deshalb prozentual eine niedrigere Gewichtung ergibt, als wenn nur das Volumen des Getriebevorratsbehälters V_G als Vorratsvolumen V_Vor gilt.
• Parallel zur Berechnung des entstandenen Volumens müssen auch die Hauptabschaltventile 8, 10 an- bzw. ausgeschaltet werden, um Luftstrom ins System zu lassen. Das erfolgt beispielsweise wiederum mittels einer weiteren im Steuergerät abgelegten Kennlinie, die vom prozentual berechneten neu entstehenden Volumen insgesamt für alle betroffenen Schaltzylinder 18, 20, 22, 24 abhängt, allerdings unter Berücksichtigung der Kennzahlen der Hauptabschaltventile 8, 10 und deren maximal möglichen Volumenstrom.
• Auf die hier beschriebene Weise wurde ein Verfahren entwickelt, das sich dynamisch an die zu befüllenden neu entstehenden Volumen sehr genau anpasst und rechtzeitig reagiert. Zusätzlich betrachtet diese Logik die physikalischen Größen der Hauptabschaltventile 8, 10 sowie das Zusammenspiel bzw. den Volumenaustausch zwischen den vorhandenen Luftbehältern wie Schaltzylinder 14, 16, Luftvorratsbehälter 4 und Getriebevorratsbehälter 12.
• Das erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren kann den Einsatz von mechanischen Vorrichtungen, wie z. B. der Einsatz von Druckregelventilen wie Druckminderventilen oder Druckbegrenzungsventilen, die nur den Aufbau eines bestimmten nicht veränderlichen Drucks in den Schaltzylindern ermöglichen, ergänzen bzw. ersetzen. Dieses Verfahren kann ebenfalls den Einsatz von klassischen sowie nichtlinearen und nichtstetigen Reglern, die im Prinzip beliebige Druckschwellen einregeln aber den hoch dynamischen Druckbereichen zu Beginn der Schaltung nicht gut genug entgegenwirken können ergänzen bzw. ersetzen. Unter „ergänzen“ ist hier ein Einsatz des Verfahrens zur Vorsteuerung eines Luftdruckreglers zu verstehen. Das Verfahren kann damit z. B. so lange die Druckregelung übernehmen, bis ein bestimmter Solldruckwert erreicht ist und ein klassischer Regler, wie z. B. ein PD-Regler, die Druckregelung übernimmt. Die Erfassung des Solldruckes kann durch einen Sensor durchgeführt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems mit mindestens einem druckmittelbetätigten Schaltzylinder (14, 16) mit einem oder mehreren zugeordneten Schaltventilen (18, 20, 22, 24), wenigstens einem den Schaltventilen (18, 20, 22, 24) vorgeordneten Hauptabschaltventil (8, 10) und mit einem Steuergerät zur Steuerung der Schalt- (18, 20, 22, 24) und Hauptabschaltventile (8, 10), wobei der Druckmittelbedarf für durchzuführende Schaltvorgänge rechnerisch in vorbestimmten Rechenzyklen ermittelt und die Werte im Steuergerät abgelegt werden und die jeweiligen Hauptabschaltventile (8, 10) in Abhängigkeit davon angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Druckmittelbedarfs ein zum jeweiligen Zeitpunkt der Öffnung der Schaltventile neu entstehendes Volumen herangezogen wird und dieses neu entstandene Volumen relativ zu einem, im vorhergehenden Rechenzyklus bereits vorhandenen Vorratsvolumen (V_Vor) betrachtet wird, wobei das neu entstehende Volumen für jeden Schaltzylinder (14, 16) durch folgende Formel berechnet wird: $$\begin{array}{l}Volume{n}_{Zylinde{r}_1}\left(\text{\%}\right)\left(t\right)=\\ \frac{neuesVolume{n}_{Zylinder1}\left(t\right)\left[c{m}^3\right]}{Volume{n}_{Vorrat}\left(t\right)\left[c{m}^3\right]}\ast 100+\frac{Volume{n}_{Zylinder1}\left(t-x\right)\left[c{m}^3\right]}{Volume{n}_{Vorrat}\left(t-x\right)\left[c{m}^3\right]}\ast 100.\end{array}$$

   
2. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die steigenden Flanken an den Schaltventilen (18, 20, 22, 24) erfasst und dadurch die Ermittlung des neu entstehenden Volumens gestartet wird.
3. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten neu entstehenden Volumen über mehrere Rechenzyklen gehalten werden, so dass eine Haltezeit und eine Ankeranzugszeit der Ventile mit berücksichtigt wird.
4. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungszeit abhängig von der prozentualen Größe des neu entstehenden Volumens berechnet wird und der dem berechneten Druckmittelbedarf entsprechende Volumenstrom über diese Öffnungszeit der Hauptabschaltventile (8 ,10) gesteuert wird, wobei ein großes neu entstehendes Volumen eine lange Öffnungszeit und ein kleines neu entstehendes Volumen eine geringe Öffnungszeit benötigt.
5. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltezeit und/ oder die Ankeranzugszeit und/oder die Öffnungszeit als Kennlinien im Steuergerät abgelegt werden.
6. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der zu öffnenden Hauptabschaltventile (8, 10) durch Berechnung bestimmt und über eine Kennlinie im Steuergerät abgelegt wird und dass, je größer der prozentuale Anteil an benötigtem Volumen ist, desto mehr Druckmittelbedarf besteht bzw. desto mehr Hauptabschaltventile (8, 10) werden geöffnet.
7. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Vorsteuerverfahren eines gesamten Schaltvorganges eingesetzt wird, welchem ein über ein Druckregelventil oder dergleichen geregelter Regelanteil folgt.
8. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckregelventil ein Druckminderventil eingesetzt wird.
9. Verfahren zum Steuern eines automatischen oder automatisierten Schaltsystems nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelanteil beginnt, sobald ein definierter Solldruckwert erfasst wird.

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