DE102012207364A1

DE102012207364A1 - System und Verfahren zur modellbasierten Neutral-Leerlauf-Kupplungssteuerung

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Publication number: DE102012207364A1
Application number: DE102012207364A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Phillips; David W. Wright; Ronald F. Lochocki jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-11-08
Also published as: CN102777586A; CN102777586B; US20120283922A1; US8630777B2

Abstract

Ein Fahrzeug enthält einen Motor, ein Automatikgetriebe und einen Controller. Das Getriebe enthält einen Neutral-Leerlauf-(NI-)Zustand und eine bezeichnete NI-Kupplung, welche selektiv betätigt wird, um den NI-Zustand zu verlassen. Der Controller fühum aus dem NI-Zustand und in einen Fahrzustand zu schalten. Der Controller enthält ein Schlupfmodell, welches ein Soll-Kupplungsschlupfprofil als eine differenzierbare Zeitfunktion und eine Soll-Schlupfableitung des Soll-Schlupfprofils erzeugt. Die Soll-Profile werden genutzt, um einen Kupplungsdruckbefehl zum Steuern der bezeichneten NI-Kupplung zu berechnen. Die Zeitfunktion kann zumindest eine Gleichung dritter Ordnung/kubische Gleichung sein. Ein Verfahren beinhaltet ein Ausführen des Schlupfmodells, um das Soll-Kupplungsschlupfprofil zu erzeugen, ein Berechnen einer Soll-Schlupfableitung des Soll-Schlupfprofils und Verwenden der Soll-Schlupfprofilableitung, um einen Kupplungsdruckbefehl für die bezeichnete NI-Kupplung zu berechnen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Schaltsteuerung eines automatischen Fahrzeuggetriebes mit einem hydraulischen Neutral- oder Neutral-Leerlauf-Zustand.
HINTERGRUND
Ein Fahrzeuggetriebe überträgt ein mechanisches Motordrehmoment an einen Satz Antriebsräder, um das Fahrzeug über einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen anzutreiben. In einem Automatikgetriebe kuppelt ein hydrodynamischer Drehmomentwandler automatisch und variabel eine Motorausgangswelle mit einer Getriebeeingangswelle, während ein Motordrehmoment bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten vervielfacht wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, tritt ein zunehmender Schlupfbetrag zwischen einem Impeller- bzw. Flügelrad oder einem Pumpenrad und einem Turbinenrad des Drehmomentwandlers auf, wobei ein maximaler Schlupfpegel bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit Null erreicht wird.
Dieses variable Schlupfvermögen ermöglicht, dass der Motor weiter dreht, wenn das Fahrzeug in bestimmten Getriebezuständen oder -modi, zum Beispiel in einem Park-, Neutral- oder in einem Vorwärts- oder Rückwärts-Fahrzustand im Leerlauf, ist. Bei einigen Getriebeentwürfen kann das Getriebe, das in einem Zustand ähnlich einem Neutral-Zustand während einer Fahr-Arretierposition arbeitet, zum Beispiel wenn das Fahrzeug eine Ausgangsgeschwindigkeit Null erreicht, wenn es bis zur Geschwindigkeit Null ausläuft, bei einer Garagenschaltung von Parken oder Neutral auf Fahren, oder wenn es im Stillstand/Leerlauf ist, automatisch in einen hydraulischen Neutral-Zustand schalten. In solch einem Zustand regulieren elektrohydraulische Steuerungen eine Turbinenraddrehzahl in Bezug auf eine Motordrehzahl, um Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und Geräusch, Vibration und Härte zu minimieren. Auf diesen hydraulischen Neutral-Zustand wird als Neutral-Leerlauf verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Fahrzeug enthält ein Getriebe mit einer bezeichneten Neutral-Leerlauf-(NI-)Kupplung und einen Controller, der dafür eingerichtet ist, die bezeichnete NI-Kupplung während eines vorbestimmten Schaltereignisses aus einem NI-Zustand und in einen Fahr-Zustand zu steuern. Der Controller kann eine Host-Maschine mit einem greifbaren nichtflüchtigen Speicher enthalten, auf welchem Anweisungen zum Ausführen eines modellbasierten Schaltverfahrens wie hierin dargelegt aufgezeichnet sind. Die Anweisungen sind durch die Host-Maschine ausführbar, um die bezeichnete NI-Kupplung zu steuern und wieder einzurücken, wenn der NI-Zustand verlassen wird. Der vorliegende modellbasierte Ansatz kann verwendet werden, um die Sanftheit/Empfindung beim Schalten zu verbessern, wenn der NI-Zustand verlassen wird, indem der Schlupfbetrag über die bezeichnete NI-Kupplung gemäß einem modellierten Soll-Schlupfprofil und dessen Zeitableitung als vielmehr über komplizierte und äußerst kalibrierungsspezifische Nachschlagetabellen gesteuert wird.
Insbesondere erzeugt das vorliegende Schlupfmodell das Soll-Schlupfprofil als eine differenzierbare Zeitfunktion. Das Schlupfprofil nähert sich Null mit einer Rate, das heißt dessen Ableitung, welche sich gleichzeitig Null nähert. Die differenzierbare Zeitfunktion kann als nicht beschränkendes Beispiel eine kubische Gleichung/Gleichung dritter Ordnung, eine Gleichung höherer Ordnung, eine Sinus- oder Cosinus-Funktion oder irgendeine andere ausreichend differenzierbare Zeitfunktion sein.
Ein kalibrierter Trägheitswert kann unter Verwendung der bekannten Trägheit des Drehmomentwandlerturbinenrads, der Getriebeeingangswelle und jeglicher drehbarer Elemente, die mit dem Turbinenrad verbunden sind oder auf andere Weise auf diese wirken, a priori bestimmt werden. Ein Beschleunigungsdrehmomentwert kann aus dem Trägheitswert und dem modellierten Soll-Schlupfprofil/Schlupfableitungsprofil berechnet werden, wobei der Beschleunigungsdrehmomentwert das Drehmoment repräsentiert, das benötigt wird, um eine Soll-Änderungsrate des Kupplungsschlupfes zu erzeugen, um die Soll-Profile zustande zu bringen bzw. zu erhalten.
Der Beschleunigungsdrehmomentwert und ein Turbinenraddrehmoment, geliefert von einem Drehmomentwandlermodell, werden kombiniert, um einen Kupplungsdrehmomentbefehl zur Betätigung der bezeichneten NI-Kupplung zu bestimmen. Dieser Kupplungsdrehmomentbefehl kann in einen geforderten Druckbefehl umgewandelt und unter Verwendung eines Phasenmodulierungs- bzw. Dither-Blocks oder eines Lead-Filter-Daten verarbeitenden Blocks oder beider wie hierin im Detail erläutert weiter optimiert werden. Der optimierte Kupplungsdruckbefehl wird letztendlich zur bezeichneten NI-Kupplung übertragen, und das Schaltereignis wird gemäß diesem optimierten Druckbefehl abgeschlossen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung ohne weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Beispielfahrzeugs mit einem Automatikgetriebe und einem Controller, der dafür eingerichtet ist, einen Neutral-Leerlauf-(NI-)/hydraulischen Neutral-Zustand gemäß einem Schaltsteuerungsverfahren wie hierin dargelegt zu verlassen.
2 ist ein Zeitdiagramm eines Satzes von Leistungswerten für das in 1 dargestellte Beispielfahrzeug.
3 ist ein Hebeldiagramm, das ein beispielhaftes 8-Gang-Automatikgetriebe für einen Hinterradantrieb beschreibt, das mit dem in 1 dargestellten Beispielfahrzeug verwendet werden kann.
4 ist ein Hebeldiagramm, das ein beispielhaftes 6-Gang-Automatikgetriebe für einen Hinterradantrieb beschreibt, das mit dem in 1 dargestellten Beispielfahrzeug verwendet werden kann.
5 ist ein Hebeldiagramm, das ein beispielhaftes 6-Gang-Automatikgetriebe für einen Vorderradantrieb beschreibt, das mit dem in 1 dargestellten Beispielfahrzeug verwendet werden kann.
6 ist ein Zeitdiagramm eines modellierten Schlupfprofils und dessen Ableitungsschlupfprofils unter Verwendung einer beispielhaften kubischen Funktion/Funktion dritter Ordnung.
7 ist ein schematisches Logikblockdiagramm für einen Controller, der mit dem in 1 dargestellten Beispielfahrzeug verwendet werden kann.
8 ist ein graphisches Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren zum Ausführen des vorliegenden Schaltsteuerungsverfahrens beschreibt.
BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den ganzen verschiedenen Figuren entsprechen, und beginnend mit 1 enthält ein Fahrzeug 10 einen Verbrennungsmotor 12, ein Automatikgetriebe 14 und einen Schalt-Controller 26. Der Controller 26 ist dafür eingerichtet, ein hydraulisches Neutral-/Neutral-Leerlauf-(NI-)Schaltsteuerungsverfahren 100 auszuführen, um zu ermöglichen, dass das Getriebe 14 sanft den NI-Zustand verlässt und danach in einen Vorwärts- oder Rückwärts-Fahrzustand eintritt.
Wie im Folgenden im Detail erläutert wird, nutzt der Controller 26 ein kalibriertes Kupplungsschlupfmodell 23, um ein Soll-Kupplungsschlupfprofil als eine differenzierbare Zeitfunktion unter Verwendung beispielsweise zumindest einer kubischen Gleichung/Gleichung dritter Ordnung zu erzeugen, und verwendet letztendlich dieses differenzierbare Schlupfprofil und eine berechnete Ableitung dieses Schlupfprofils, um einen Kupplungsdruckbefehl (Pfeil 27) zu erzeugen. Der Kupplungsdruckbefehl (Pfeil 27) wird dann zu einer bezeichneten NI-Kupplung des Getriebes 14 übertragen. Mögliche bezeichnete NI-Kupplungen werden im Folgenden mit Verweis auf 3, 4 und 5 diskutiert.
Der Motor 12 enthält eine Ausgangswelle 13, die über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 des in der Technik bekannten Typs mit einer Eingangswelle 15 des Getriebes 14 gekoppelt ist. Die Übertragung eines Motordrehmoments zum Getriebe 14 sowie irgendeiner notwendigen Drehmomentvervielfachung findet folglich mit einer variablen Rate über den Drehmomentwandler 16 als eine Funktion der sich ändernden Motordrehzahl statt. Der Drehmomentwandler 16 enthält einen Stator 30, ein Impeller- bzw. ein Flügelrad oder eine Pumpenrad 32 und ein Turbinenrad 34. Eine optionale Wandlerüberbrückungskupplung 31 kann genutzt werden, um das Pumpenrad 32 und das Turbinenrad 34 oberhalb einer Schwellen-Lockup-Drehzahl selektiv zu sperren. Das Pumpenrad 32 kann an die Ausgangswelle 13 geschraubt oder auf andere Weise direkt mit ihr verbunden sein, um mit einer Motordrehzahl zu rotieren. Das Turbinenrad 34 wird durch Öl 37 angetrieben und ist mit der Eingangswelle 15 des Getriebes 14 verbunden. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Eingangswelle 15 mit einer Turbinenraddrehzahl rotiert. Eine viskose Kopplung oder Reibungsverluste, die innerhalb des Getriebes 14 auftreten, können eine Turbinenraddrehzahl auf einen Pegel reduzieren, der geringfügig geringer als eine Motordrehzahl ist.
Das Getriebe 14 enthält auch eine Ausgangswelle 18, die mit einem Satz Antriebsräder 24 verbunden ist. Die Ausgangswelle 18 überträgt letztendlich ein Ausgangsdrehmoment des Getriebes von verschiedenen Elementen 17 des Getriebes 14, zum Beispiel rotierenden oder bremsenden Kupplungen, Planetengetriebeelementen, wie zum Beispiel Sonnenrad-, Hohlrad- und Planetenträgerelementen an die Antriebsräder 24. In einer Ausführungsform können die Elemente 17 unter Verwendung elektrohydraulischer Steuerungen selektiv betätigt werden, die durch von einer Wanne 137 angesaugtes und über eine Getriebepumpe 33 umgewälztes Fluid 37 angetrieben werden.
Das Getriebe 14 kann als ein Mehrganggetriebe, zum Beispiel ein 6-Gang-Getriebe oder höher, ausgeführt sein. Anfangs kann das Getriebe 14 in einem Vorwärts- oder einem Rückwärts-Fahrzustand arbeiten, während (nicht dargestellte) elektrohydraulische Kupplungsdruckregelventile den auf die bezeichnete NI-Kupplung wirkenden Fluiddruck reduzieren, wodurch das Getriebe 14 in einen teilweise belasteten hydraulischen Neutral/NI-Zustand versetzt wird. Datenelemente (Pfeil 11), die vom Controller 26 beim Ausführen des Verfahrens 100 genutzt werden, können während anderer Getriebezustände wie zum Beispiel Neutral und Parken abgetastet oder verarbeitet werden. Eine Ausführung des vorliegenden Verfahrens 100 ermöglicht somit, dass das Getriebe 14 den NI-Zustand sanft verlässt.
Beispielhafte Fahrzeugdatenelemente (Pfeil 11) zum Bestimmen geeigneter Bedingungen für ein Verlassen eines NI-Zustands können einschließen, sind aber nicht notwendigerweise beschränkt auf: Fahrzeugausgangsdrehzahl (Pfeil 22), ein Wert, welcher von einem oder mehr Sensoren gemessen werden kann, der Klarheit halber in 1 separat dargestellt, welche aber auch nötigenfalls innerhalb des Fahrzeugs 10 zum Beispiel bei oder entlang der Ausgangswelle 18 und/oder an den Antriebsrädern 24 etc. positioniert sein können; ein Drosselpegel (Pfeil 21) einer Drosseleingabevorrichtung wie zum Beispiel eines Gaspedals 129; einen Bremspegel (Pfeil 20) wie zum Beispiel Pedalposition/weg und/oder eine Bremskraft, die auf ein Bremspedal 29 angewendet wird; eine PRNDL-Einstellung des Getriebes 14, welche aus einer Schaltlogik bekannt sein kann oder über eine Position eines (nicht dargestellten) Schalthebels festgestellt werden kann; eine Fluidtemperatur (Pfeil 25) des in der Wanne 137 enthaltenen Fluids 37; bordeigene Diagnostik; oder irgendwelche andere geeigneten Datenelemente.
Noch Bezug nehmend auf 1 kann der Controller 26 eingerichtet sein als eine mikroprozessorbasierte Vorrichtung einer Host-Maschine mit einer greifbaren nichtflüchtigen Speichervorrichtung 99, worauf das Verfahren 100 codierende Anweisungen aufgezeichnet sind. Die Host-Maschine kann solche üblichen Elemente enthalten wie zum Beispiel einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen zusätzlichen Speicher, welcher einschließt, nicht aber darauf beschränkt ist: einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffspeicher (RAM), einen elektrisch löschbaren, programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM) etc., und eine Schaltungsanordnung, welche einschließt, nicht aber darauf beschränkt ist: eine (nicht dargestellte) Hochgeschwindigkeitsuhr, eine Analog-Digital-(A/D-)Schaltungsanordnung, einen Digital-Analog-(D/A-)Schaltungsanordnung, einen digitalen Signalprozessor und beliebige notwendige Eingabe/Ausgabe-(I/O-)Vorrichtungen und andere signalkonditionierende und/oder Puffer-Schaltungsanordnung. Jedoch eingerichtet führt der Controller 26 ein Verfahren 100 vom Speicher 99 aus, wobei ein Beispiel des Verfahrens 100 in 8 gezeigt ist und im Folgenden erläutert wird.
Bezug nehmend auf 2 erkennt man darin, dass die herkömmliche mathematische Programmierung einer Nachschlagetabelle mit extrahierbaren Werten in der Steuerung einer ”idealen” Kupplungsschaltung in der tatsächlichen Praxis nicht optimal sein kann. Verschiedene Faktoren beeinflussen direkt oder indirekt ein bestimmtes Schaltereignis, einschließlich einer Kupplungsschlupfdrehzahl, Turbinenraddrehzahl und Motordrehzahl, wobei jeder dieser Faktoren wiederum von verschiedenen Antriebsstrang- und Umgebungsfaktoren beeinflusst wird. Kalibrierte Werte, die in einer Nachschlagetabelle aufgezeichnet sind, können im Laufe der Zeit der tatsächlichen geforderten Leistung des Getriebes 14 nicht mehr entsprechen. Für ein ideales Anfahren muss zum Beispiel ein Motordrehmoment in sanfter und stetig zunehmender Weise ansteigen. Gleichzeitig kann eine Drucksteuerung zu den verschiedenen Getriebekupplungen nicht überwältigt (engl. overwhelmed) werden. Ein stationäres Turbinenraddrehmoment, schwer zu quantifizierende Ölträgheitseffekte und eine Dichtungsreibung innerhalb einer gegebenen bezeichneten Kupplung können weitgehend verhindern, dass kleine Druckminderungen in einem Kupplungsfülldruckbefehl auftreten.
In dem Zeitdiagramm 80 von 2 wird die Zeit (t) über die horizontale Achse repräsentiert, und eine Signalamplitude (a) wird über die vertikale Achse repräsentiert, um eine veranschaulichende Einrückung einer bezeichneten NI-Kupplung mit einem bei einem Rückstellfederdruck regulierten Kupplungsdruck kollektiv zu beschreiben. Eine (nicht dargestellte) Kupplungsgruppe der bezeichneten NI-Kupplung wird zuerst zusammengedrückt, und ein Regulierungssystem steuert danach die bezeichnete NI-Kupplung zu einem vorbestimmten Schlupfpegel, um den Motor, zum Beispiel den Motor 12 von 1, zu entlasten. Wenn ein erneutes Einrücken der Kupplung beim Verlassen des NI-Zustands eingeleitet wird, wird ein Kupplungsdruckbefehl (Kurve 82) gestuft, um eine Wellenplatte oder andere geeignet federnde Kupplungsrückstellvorrichtung effektiv zusammenzudrücken. Die Turbinenraddrehzahl (Kurve 86) wird heruntergezogen, während die in 1 gezeigte Eingangswelle 15 beschleunigt (Kurve 88).
Gleichzeitig findet beim befohlenen Kupplungsdruck (Kurve 82) ein Druckanstieg statt. Die Turbinenraddrehzahl (Kurve 86) nimmt in Richtung auf eine kalibrierte Befehlslinie (Kurve 85) ab, welche bei einem Pegel liegt, bei dem eine Turbinenraddrehzahl (Kurve 86) ohne eine NI-Zustandsfunktionalität liegen würde. Die Turbinenraddrehzahl (Kurve 86) muss Kurve 85 asymptotisch treffen oder der Antriebsstrang des Fahrzeugs 10 von 1 klingelt oder gelangt in Resonanz. Wenn die Turbinenraddrehzahl (Kurve 86) und die kalibrierte Befehlslinie (Kurve 85) nah beieinander liegen, bestimmt der Controller 26 von 1, dass das NI-Schaltereignis abgeschlossen ist. Danach sendet der Controller 26 den Kupplungsdruckbefehl (Kurve 82) für einen kalibrierten Leitungsdruck, wodurch die bezeichnete NI-Kupplung gesperrt wird.
Der Kupplungsschlupf (Kurve 83) über die bezeichnete NI-Kupplung wird durch den Controller 26 unter Verwendung des Schlupfmodells 23 von 1 wie im Folgenden mit Verweis auf 6–8 im Detail erläutert bestimmt, um eine sanfte, ”klingellose” gegenseitige Abstimmung bzw. Anschmiegung (engl. dovetailing) der abnehmenden Turbinenraddrehzahl (Kurve 86) und der ansteigenden Befehlslinie (Kurve 85) sicherzustellen, welche in Verbindung mit der zunehmenden Motordrehzahl (Kurve 84) ansteigt.
Bezug nehmend auf 3–5 kann das Getriebe 14 von 1 auf verschiedene Arten verkörpert sein. Beispielhafte Getriebe sind in Hebeldiagrammform in diesen drei Figuren dargestellt, mit einer in 3 dargestellten 8-Gang-Variante und mit jeweiligen, in 4 und 5 dargestellten 6-Gang-Varianten für Hinterrad- und Vorderradantrieb. Eine Diskussion des vorliegenden Steuerungsverfahrens 100 setzt sich nach einem Überblick über die drei beispielhaften Getriebe mit 6 im Folgenden fort.
Bezug nehmend zunächst auf 3 kann das Getriebe 14 wie dargestellt als ein 8-Gang-Getriebe für Hinterradantrieb verkörpert sein. Die bezeichnete NI-Kupplung in dieser Ausgestaltung kann mit dem Entwurf variieren und kann eine Kupplung 36, Kupplung 38 oder Kupplung 41 einschließen. Das in 3 dargestellte Getriebe 14 kann erste, zweite, dritte und vierte Planetenzahnradsätze 40, 50, 60 und 70 enthalten. Der Zahnradsatz 40 umfasst jeweilige erste, zweite und dritte Knoten 42, 44 und 46, welche in einer Ausführungsform ein jeweiliges Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad sein können. Der Zahnradsatz 50 kann ebenfalls drei Knoten enthalten, das heißt Knoten 52, 54 und 56, welche in einer Ausführungsform gleichfalls ein Sonnenrad, ein Planetenträger und ein Hohlrad sein können.
Der Zahnradsatz 60 kann Knoten 62, 64 und 66 enthalten, welche als Hohlrad, Planetenträger bzw. Sonnenrad ausgebildet sein können. Der Zahnradsatz 70 kann Knoten 72, 74 und 76 enthalten, welche in einer möglichen Ausführungsform als ein Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad ausgestaltet sein können. Der Knoten 76 des Zahnradsatzes 70 kann wie dargestellt über ein Verbindungselement 45 direkt mit dem Knoten 44 des Zahnradsatzes 40 verbunden sein.
Das Getriebe 14 von 3 enthält ferner Bremskupplungen 36 (CB1278R) und 41 (CB12345R) sowie rotierende Kupplungen 38 (C13567), 48 (C45678R) und 58 (C23468). Wie hierin dargestellt bezeichnet die Nomenklatur C eine Kupplung, B bezeichnet eine Bremse, das heißt eine Kupplung, die an einem Ende mit einem stationären Element 28 verbunden ist, 1–8 bezeichnet jeweils den 1. bis 8. Gang und R bezeichnet Rückwärts. Ein Einschluss eines bestimmten Zahnrads in der Nomenklatur zeigt somit an, dass die spezielle Kupplung während dieses bestimmten Zahnrad- bzw. Gangzustands eingerückt ist.
Die Kupplung 41 verbindet selektiv ein Element des ersten Zahnradsatzes 40 mit dem stationären Element 28. Die Kupplung 36 ist gleichfalls mit dem stationären Element 28 und mit dem Knoten 42 des ersten Zahnradsatzes 40 verbunden. Der Knoten 42 ist direkt mit dem Knoten 52 des zweiten Zahnradsatzes 50 verbunden. Der Knoten 54 des zweiten Zahnradsatzes 50 ist mit einer Eingangsseite der Kupplung 38 verbunden, wie es die Getriebeeingangswelle 15 mit dessen Eingangsdrehmoment ist (Pfeil 36). Der Knoten 56 des zweiten Zahnradsatzes 50 ist über Kupplung 58 mit Knoten 66 des dritten Zahnradsatzes 60 verbunden. Der Knoten 62 kann über Kupplung 48 mit dem vierten Zahnradsatz 70 verbunden werden. Knoten 64 des Zahnradsatzes 60 kann über ein Verbindungselement 47 direkt mit dem Knoten 74 des vierten Zahnradsatzes 70 verbunden werden, wobei der gleiche Knoten 74 wiederum mit der Getriebeausgangswelle 18 verbunden ist. Das Getriebeausgangsdrehmoment (Pfeil 68) wird letztendlich an die Antriebsräder 24 von 1 übertragen.
Bezug nehmend auf 4 kann das Getriebe 14 der 1 und 3 ebenfalls als eine Ausgestaltung mit 6 Gängen und Hinterradantrieb wie durch Getriebe 114 repräsentiert verkörpert sein. Die bezeichnete NI-Kupplung in dieser speziellen Ausführungsform kann Kupplung 138 oder optional Kupplung 53 zwischen Knoten 144 und Knoten 157 eines zweiten Zahnradsatzes 150 sein. Die Getriebeeingangswelle 15 kann mit einem ersten Zahnradsatz 140 mit Knoten 142, 144 und 146 verbunden sein, welche in einer möglichen Ausführungsform als ein Hohlrad, ein Planetenträger bzw. Sonnenrad verkörpert sein können. Die Eingangswelle 15 kann mit dem Knoten 142, um das Eingangsdrehmoment (Pfeil 35) an Knoten 142 abzugeben, und mit einer Kupplung 51 (C456) direkt verbunden sein. Knoten 144 ist mit einer Kupplung 138 (C1234) und mit einer Eingangsseite einer rotierenden Kupplung 53 (C35R) verbunden. Knoten 146 wird wie dargestellt selektiv mit dem stationären Element 28 geerdet.
Ein zweiter Zahnradsatz 150 enthält Knoten 152, 154, 156 und 157, welche in einer beispielhaften Ausführungsform als ein Sonnenrad, Hohlrad, Trägerelement bzw. ein anderes Sonnenrad verkörpert sein können. Knoten 154 ist direkt mit der Getriebeausgangswelle 18 verbunden, um das Ausgangsdrehmoment (Pfeil 68) an die Antriebsräder 24 von 1 zu übertragen. Knoten 156 ist mit einer Bremskupplung 136 (CBR1) verbunden, welche ebenfalls mit dem stationären Element 28 verbunden ist. Knoten 157 ist mit der Ausgangsseite einer Kupplung 43 (CB26) verbunden, welche wie dargestellt auf der gegenüberliegenden Seite mit dem stationären Element 28 verbunden ist. Eine Kupplung 51 (C456) überträgt ein Eingangsdrehmoment (Pfeil 35) über ein Verbindungselement 145 wie dargestellt von der Eingangswelle 15 zur Eingangsseite der Kupplung 136. Ein freilaufendes Element 19 wie zum Beispiel eine Überbrückungskupplung oder eine passive Einwegkupplung kann zwischen das stationäre Element 28 und den Knoten 156 geschaltet sein, um eine Rotation bezüglich des Knotens 156 in nur einer Rotationsrichtung zu erlauben.
Bezug nehmend auf 5 ist das Getriebe 14 der 1 und 3 als ein Getriebe 214 dargestellt, das als ein beispielhaftes 6-Gang-Getriebe für Vorderradantrieb ausgebildet ist. Das Getriebe 214 kann erste, zweite und dritte Zahnradsätze 240, 250 bzw. 260, Bremskupplungen 243 (CB26), 236 (CBR1) und 238 (CB1234) und rotierende Kupplungen 253 (C35R) und 251 (C456) enthalten. In dieser Ausführungsform kann die bezeichnete NI-Kupplung Kupplung 238 oder optional Kupplung 253 sein. Wie bei der Ausführungsform von 4 wird ein freilaufendes Element 19 genutzt, um eine Rotation bezüglich eines Knotens 254 des zweiten Zahnradsatzes 250 zu verhindern.
Der erste Zahnradsatz 240 kann Knoten 242, 244 und 246 enthalten, welche in einer möglichen Ausführungsform ein Hohlrad, ein Trägerelement bzw. ein Sonnenrad sein können. Die Eingangswelle 15 kann selektiv mit Knoten 244 und 246 über Kupplungen 251 bzw. 253 verbunden werden. Knoten 242 ist direkt mit Knoten 264 des dritten Zahnradsatzes 260 verbunden.
Der zweite Zahnradsatz 250 enthält Knoten 254, 256 und 257, welche in einer möglichen Ausführungsform als ein Hohlrad, ein Trägerelement bzw. ein Sonnenrad ausgestaltet sein können. Knoten 257 ist direkt mit der Getriebeeingangswelle 15 verbunden. Knoten 254 ist mit Knoten 244 des ersten Zahnradsatzes 240 verbunden. Ein freilaufendes Element 19 verbindet mit dem stationären Element 28, um eine Rotation bezüglich des Knotens 254 in nur einer Rotationsrichtung zu erlauben.
Der dritte Zahnradsatz 260 enthält Knoten 262, 264 und 266, welche als ein Hohlrad, ein Trägerrad bzw. ein Sonnenrad verkörpert sein können. Knoten 266 wird über eine Kupplung 238 (CB1234) selektiv mit dem stationären Element 28 verbunden. Knoten 264 ist mit Knoten 242 des ersten Zahnradsatzes 240 und mit der Ausgangswelle 18 des Getriebes 14 verbunden. Knoten 262 ist direkt mit dem Knoten 256 des zweiten Zahnradsatzes 250 verbunden.
Bezug nehmend auf 6 wird ein Zeitdiagramm 90 mit einem Soll-Kupplungsschlupfprofil (Kurve 92) und einer Soll-Schlupfableitung (Kurve 91) gezeigt. Kurve 91 ist die Zeitableitung der Kurve 92. Die Kurve 92 wird über das in 1 dargestellte Schlupfmodell 23 automatisch erzeugt. Im Zeitdiagramm 90 repräsentiert die horizontale Achse eine Zeit (t), und die Dauer einer Steuerung erstreckt sich vom Punkt einer Einleitung einer Schaltung aus NI (Punkt 0) bis zum Abschluss des Schaltereignisses (Punkt T). Vor Punkt 0 repräsentiert eine Kurve 192 den tatsächlichen Schlupf über die bezeichnete NI-Kupplung. Achse 94 ist die Kupplungsschlupfachse, und Achse 93 ist die Beschleunigungsachse (ω).
Bevor der Controller 26 von 1 das Soll-Schlupfprofil (Kurve 92) über das Schlupfmodell 23 erzeugt, wird ein tatsächlicher Schlupf über die bezeichnete Kupplung (Kurve 192) oder durch eine separate Vorrichtung und Kommunikation mit dem Controller 26 gemessen und/oder durch den Controller 26 berechnet. Wenn das Getriebe 14 oder irgendeine seiner Varianten aus dem NI-Zustand beginnend beim Zeitpunkt 0 geschaltet werden soll, erzeugt der Controller 26 automatisch die differenzierbare Zeitfunktion, um die Kurve 92 zu erzeugen.
An jedem kalibrierten Zeitschritt berechnet der Controller 26 die Kurve 91 wie im Folgenden bezüglich 8 erläutert wird. Die differenzierbare Zeitfunktion muss sich Null mit einer (durch die Ableitung oder Kurve 91 repräsentierten) Geschwindigkeit bzw. Rate nähern, welche wie in 6 gezeigt sich ebenfalls gleichzeitig Null nähert. Eine Endableitung Null zum Zeitpunkt T hilft dabei, sicherzustellen, dass eine Arretierung/Ruck oder ein Klingeln des Antriebsstrangs nicht auftritt. Die differenzierbare Zeitfunktion, die verwendet wird, um das Soll-Schaltprofil (Kurve 92) in der beispielhaften Ausführungsform von 6 zu erzeugen, ist eine kubische Gleichung/Gleichung dritter Ordnung. Andere Ansätze können in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden, einschließlich, nicht aber darauf beschränkt einer Gleichung vierter Ordnung oder höher, einer Sinus/Cosinus-Funktion oder irgendeiner anderen ausreichend differenzierbaren Zeitfunktion.
Unter Beibehaltung des Beispiels einer kubischen Gleichung, das heißt einer Funktion mit vier Freiheitsgraden, können die anfänglichen Kupplungsschlupfbedingungen mathematisch repräsentiert werden als die Koeffizienten B0 und B1, wobei B0 den anfänglichen Kupplungsschlupf repräsentiert und B1 die anfängliche Kupplungsschlupfableitung repräsentiert. Falls B0 < 0 gilt, kann dann B0 gleich –B0 gesetzt werden und B1 kann gleich –B1 gesetzt werden, da ein Drehmoment dahingehend wirken muss, Schlupf zu reduzieren. Falls (B0 + (B1)(T)) < 0 gilt, kann dann T gleich –(B0/B1) gesetzt werden, um eine optimale Glättung zu liefern. Die beiden anderen Koeffizienten, das heißt B2 und B3, können vom Controller 26 wie folgt berechnet werden:
Der Soll-Kupplungsschlupf kann bei jedem kalibrierten Zeitschritt nach Einleitung einer Schaltung wie folgt berechnet werden: Soll-Kupplungsschlupf (Kurve 92) = B0 + ET(B1 + ET(B2 + ET·B3)) Soll-Kupplungsschlupfableitungsprofil (Kurve 91) = B1 + ET(2·B2 + ET·3·B3) wobei ET die verstrichene Zeit seit Einleitung des vorliegenden Schaltereignisses repräsentiert.
Bezug nehmend auf 7 beschreibt ein Logikflussdiagramm 95 den allgemeinen Informationsfluss durch den Controller 26 von 1. Der Controller 26 kann das oben erwähnte Schlupfmodell 23, einen Beschleunigungsdrehmomentblock 63 und ein Drehmomentwandlermodell 75 enthalten. Das Schlupfmodell 23 nutzt als eine Eingabe die in 6 dargestellte kalibrierte Schaltdauer T, das heißt das Zeitintervall zwischen einer Einleitung eines Schaltereignisses einer bezeichneten NI-Kupplung und dem Abschluss dieses Schaltereignisses. Andere Eingaben umfassen den Anfangsschlupf (Koeffizient B0) und die Anfangsschlupfableitung (Koeffizient B1), ob gemessen oder berechnet. Somit werden Eingaben T, B0 und B1 in das Schlupfmodell 23 eingespeist.
Das Schlupfmodell 23 erzeugt ein Soll-Schlupfprofil (Pfeil 92) und berechnet dessen Ableitung (Pfeil 91). Siehe auch 6. Das Soll-Schlupfprofil (Pfeil 92) und dessen Ableitung (Pfeil 91) werden zusammen mit einem kalibrierten Trägheitswert (I) in den Beschleunigungsdrehmomentblock 63 eingespeist. Der kalibrierte Trägheitswert (I) quantifiziert so nah wie möglich, die Trägheit des Turbinenrads 34, die in 1 dargestellt ist, und jeglicher rotierenden Getriebe- und Antriebsstrangelemente, die auf das Turbinenrad 34 zurückwirken, zum Beispiel Zahnradelemente, Wellen etc. Der Beschleunigungsdrehmomentblock 63 gibt ein Beschleunigungsdrehmoment (T_A) an einen Berechnungsknoten 69 aus, wobei das Beschleunigungsdrehmoment das Drehmoment aufgrund einer Beschleunigung repräsentiert, die benötigt wird, um die Soll-Rate einer Schlupfänderung, das heißt die Ableitung von Pfeil 91, zu erzeugen.
Knoten 69 empfängt auch ein Turbinenraddrehmoment (T_Q) vom Drehmomentwandlermodell 75, das heißt einem Modell der Physik der verschiedenen Komponenten des Drehmomentwandlers 16, der in 1 dargestellt ist. Solch ein Modell kann eine Motordrehzahl (Pfeil 84) und Turbinenraddrehzahl (Pfeil 86) nutzen, welche in 2 als Kurven 84 und 86 dargestellt sind. Das Turbinenraddrehmoment (T_Q) ist im Wesentlichen das vom Drehmomentwandler gelieferte Drehmoment, welches einer Kupplungsrotation wirksam entgegenwirkt. Die Drehmomentwerte T_A und T_Q werden am Knoten 69 kombiniert, um einen Anfangsdrehmomentbefehl (T_C) zu berechnen. Dieser Wert kann in einen Druckumwandlungsblock 78 eingespeist werden, von welchem ein Anfangskupplungsdruckbefehl (P) berechnet, aus einer Nachschlagetabelle extrahiert oder auf andere Weise bestimmt wird.
Aufgrund der innewohnenden physikalischen Beschränkungen und der Variabilität jeglichen Fluidsystems, zum Beispiel Dichtungsverformung, Hysterese, Rückholfederphysik etc., kann der Kupplungsdruckbefehl (P) nicht optimal sein. Eine weitere Optimierung kann erreicht werden, indem derartige Beschränkungen unter Verwendung eines optionalen Lead-Filter-Blocks 71 oder eines Phasenmodulations- bzw. Dither-Blocks 73 oder beider angepasst werden. Der Lead-Filter-Block 71 kann eine Lead-Kompensation liefern, um jegliche unerwünschte Systemantwort zu reduzieren, wie man es in der Technik kennt. Der Dither-Block 73 kann ein geeignetes Dither- bzw. Zittersignal, zum Beispiel eine periodische Rechteckwelle, dem Kupplungsdruckbefehl aufsetzen, um eine Dichtungsverformung (engl. seal set) zu vermeiden und eine Kupplungshysterese zu verringern. Der finale Kupplungsdruckbefehl (Pfeil 27) vom Block 73 wird dann in die bezeichnete NI-Kupplung eingespeist.
Bezug nehmend auf 8 in Verbindung mit 1 und 7 beginnt eine beispielhafte Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens 100 mit Schritt 102, worin der Controller 26 von 1 einen Satz Eingaben vom Fahrer des Fahrzeugs 10 empfängt, zum Beispiel eine Stellung/Kraft des Bremspedals 29, wie durch Pfeil 20 repräsentiert wird. Zusätzliche Information kann von verschiedenen Fahrzeugkomponenten, zum Beispiel dem Motor 12, dem Getriebe 14, dem Drehmomentwandler 16 etc. empfangen werden.
Bei Schritt 104 bestimmt der Controller 26, ob die bei Schritt 102 gesammelte Information einer Einleitung eines NI-Schaltereignisses entspricht, das heißt einem Übergang von einem NI- in einen Fahrzustand. Falls die Bedingungen eine Einleitung solch eines Schaltereignisses anzeigen, geht der Controller 26 weiter zu Schritt 106, und wiederholt andernfalls Schritt 102.
Bei Schritt 106 verarbeitet der Controller 26 von 1 die Dauer (T) und Anfangsschlupfbedingungen, welche als die Koeffizienten B0 und B1 wie oben erläutert quantifiziert sein können. Schritt 106 kann ein Erzeugen des Soll-Schlupfprofils 92 und dessen Ableitung 91 mit sich bringen. Sind die Kurven von 6 einmal über das Schlupfmodell 23 von 1 erzeugt, geht der Controller 26 weiter zu Schritt 108.
Bei Schritt 108 wird der Trägheitswert (I) durch den Beschleunigungsdrehmomentblock 63 von 7 zusammen mit den Ausgabewerten von Schritt 106, das heißt dem Soll-Schlupfprofil 92 und dem Soll-Schlupfprofil 91, verarbeitet. Schritt 108 kann ein Berechnen des Beschleunigungsdrehmoments (T_A) wie oben erwähnt nach sich ziehen. Ist der Beschleunigungsdrehmomentwert (T_A) einmal bestimmt, wird dieser Wert in einen Berechnungsknoten 69 eingespeist. Der Controller 26 geht zu Schritt 110 weiter.
Bei Schritt 110 berechnet das Drehmomentwandlermodell 75 das Turbinenraddrehmoment (T_Q), zum Beispiel als eine Funktion der Motordrehzahl (Pfeil 84) und Turbinenraddrehzahl (Pfeil 86). Dieser Wert wird in den Berechnungsknoten 69 eingespeist. Der Controller 26 geht weiter zu Schritt 112.
Bei Schritt 112 berechnet der Controller 26 den Drehmomentbefehl (T_C) aus dem Beschleunigungsdrehmomentwert (T_A) und dem Turbinenraddrehmoment (T_Q). Dieser Wert wird in den Druckberechnungsblock 78 eingespeist. Der Controller 26 geht weiter zu Schritt 113.
Bei Schritt 113 wird ein Kupplungsdruck (P) aus dem Drehmomentbefehl (T_C) berechnet oder auf andere Weise bestimmt. Dieser Wert kann zur bezeichneten NI-Kupplung übertragen werden, und das Verfahren 100 kann an diesem Punkt enden. Optional kann das Verfahren 100 zu Schritt 116 weitergehen, um das Drucksignal weiter zu optimieren.
Beim optionalen Schritt 116 kann der Kupplungsdruck durch den Lead-Filter-Block 71 oder Dither-Block 73 von 7 oder beide verarbeitet werden, zum Beispiel um eine Hysterese zu kompensieren und eine Dichtungsverformung in der bezeichneten NI-Kupplung zu vermeiden. Dieser optimierte finale Kupplungsdruckbefehl (Pfeil 27) kann dann zur bezeichneten NI-Kupplung übertragen werden.
Zusätzliche Kalibrierungsmaßnahmen (engl. calibration handles) können bei Schritt 116 wie auch in jedem der vorhergehenden Schritte genutzt werden, um eine Leistung an tatsächliche Bedingungen anzupassen. Das heißt, die Leistung eines mechanischen Systems kann zur Verwendung bei einer Kalibrierung mit tatsächlichen, die Leistung im Laufe der Zeit beeinflussenden Bedingungen, schwierig zu modellieren oder zu berechnen sein. Kalibrierungsmaßnahmen in Form von zum Beispiel auswählbaren oder variablen Parametern für einen Trägheitswert (I), eine Dauer (T) oder andere Werte könnten genutzt werden, um die Gesamtleistung zu optimieren. Daher berücksichtigt der offenbarte Ansatz eine modellbasierte Kupplungssteuerung, die unter Verwendung experimentell abgestimmter Parameter optimiert werden kann.
Obgleich die besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann für die Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Fahrzeug, mit: einem Motor; einem Automatikgetriebe, welches ein Eingangsdrehmoment von dem Motor empfängt und welches einen Neutral-Leerlauf-(NI-)Zustand als einen hydraulischen Neutral-Zustand und eine bezeichnete NI-Kupplung einschließt, welche dafür eingerichtet ist, um in den NI-Zustand einzutreten, selektiv eingerückt und, um den NI-Zustand zu verlassen, ausgerückt zu werden; und einem Controller, der dafür eingerichtet ist, ein NI-Schaltereignis des Getriebes auszuführen, um das Getriebe aus dem NI-Zustand und in einen Fahr-Zustand zu schalten; wobei der Controller ein Schlupfmodell enthält, welches ein Soll-Kupplungsschlupfprofil als eine differenzierbare Zeitfunktion während des NI-Schaltereignisses erzeugt, eine Soll-Schlupfableitung des Soll-Schlupfprofils berechnet und das Soll-Schlupfprofil und die Soll-Schlupfableitung nutzt, um einen Kupplungsdruckbefehl zum Steuern der bezeichneten NI-Kupplung zu berechnen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Zeitfunktion zumindest eine Gleichung dritter Ordnung oder kubische Gleichung ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner mit einem Drehmomentwandler mit einem Turbinenrad, wobei der Controller ein Drehmomentwandlermodell enthält, welches ein Turbinenraddrehmoment bestimmt, und wobei der Controller das Turbinenraddrehmoment nutzt, um den Kupplungsdruckbefehl zu berechnen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Controller einen Beschleunigungsdrehmomentblock enthält, welchen der Controller nutzt, um einen Beschleunigungsdrehmomentwert für die Getriebeeingangswelle unter Verwendung des Soll-Schlupfprofils, der Soll-Schlupfableitung und eines kalibrierten Trägheitswertes zu berechnen, und wobei der Controller dafür eingerichtet ist, den Kupplungsdruckbefehl als eine Funktion des Beschleunigungsdrehmoments zu berechnen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür eingerichtet ist, den Kupplungsdruckbefehl vor einem Übertragen des Druckbefehls zur bezeichneten NI-Kupplung durch einen Dither-Block und/oder einen Lead-Filter zu verarbeiten.
Verfahren, mit den Schritten: Ausführen eines Schlupfmodells, um dadurch ein Soll-Kupplungsschlupfprofil als eine differenzierbare Zeitfunktion während eines vorbestimmten Neutral-Leerlauf-(NI-)Schaltereignisses eines Fahrzeuggetriebes zu erzeugen; Berechnen einer Soll-Schlupfableitung des Soll-Schlupfprofils unter Verwendung eines Kupplungsschlupfmodells; und Verwenden des Soll-Schlupfprofils und der Soll-Schlupfableitung, um einen Kupplungsdruckbefehl für eine bezeichnete NI-Kupplung des Getriebes zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Ausführen des Schlupfmodells ein Verwenden einer Gleichung zumindest dritter Ordnung oder kubischen Gleichung als die Zeitfunktion einschließt.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit den Schritten: Verwenden eines Drehmomentwandlermodells, um ein Turbinenraddrehmoment eines Drehmomentwandlers des Fahrzeugs zu bestimmen; und Verwenden des Turbinenraddrehmoments, um den Kupplungsdruckbefehl über den Controller zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit den Schritten: Berechnen eines Beschleunigungsdrehmomentwerts für eine Eingangswelle des Getriebes unter Verwendung des Soll-Schlupfprofils, der Soll-Schlupfableitung und eines kalibrierten Trägheitswertes; und Berechnen des Kupplungsdruckbefehls als Funktion des Beschleunigungsdrehmomentwertes.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt: Verarbeiten des Kupplungsdruckbefehls durch einen Dither-Block und/oder einen Lead-Filter vor einem Übertragen des Druckbefehls zu der bezeichneten NI-Kupplung.