DE102014114087B4

DE102014114087B4 - Energiebasierte Schaltsteuerung einer binären Kupplungsbaugruppe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014114087B4
Application number: DE102014114087.7A
Authority: DE
Inventors: Randall B. Dlugoss
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: CN104514871A; US20150100211A1; US9061675B2; DE102014114087A1; CN104514871B

Abstract

Fahrzeug (10), umfassend:eine Brennkraftmaschine (12); undeine Getriebebaugruppe, die aufweist:ein feststehendes Element (45);ein Getriebe (14) mit einer Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40), die jeweils eine Mehrzahl von Knoten (21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43) aufweisen, wobei die Knoten (21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43) für jeden der Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40) ein Hohlrad (21, 31, 43) ein Sonnenrad (23, 33, 41) und ein Trägerelement (22, 32, 42) umfassen;ein Getriebeeingangselement (15), das ständig mit der Brennkraftmaschine (12) und mit einem (33) der Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40) verbunden ist;eine binäre Kupplungsbaugruppe (25), die ein Freilauf-Bauteil (F1), das Drehmoment nur in einer ersten Drehrichtung hält, und eine binäre Einrichtung (BD) aufweist, die, wenn sie eingerückt ist, eine Drehung der binären Kupplungsbaugruppe (25) in einer zweiten Drehrichtung verhindert, und dann, wenn sie gelöst ist, zulässt, dass die binäre Kupplungsbaugruppe (25) in der zweiten Drehrichtung freiläuft; undein Getriebesteuerungsmodul (60) in Verbindung mit der binären Kupplungsbaugruppe (25), wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) einen Prozessor (27) und Speicher (29) umfasst, in dem Anweisungen zum Steuern der binären Kupplungsbaugruppe (25) aufgezeichnet sind, und wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) ausgestaltet ist, um die Anweisungen von dem Speicher (29) über den Prozessor (27) in Ansprechen auf ein angefordertes Schalten des Getriebes (14) auszuführen, um dadurch:einen Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (ET) der binären Kupplungsbaugruppe (25) während des angeforderten Schaltens zu ermitteln;den ermittelten Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (ET) mit einem kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIME62) zu vergleichen; undeine Ausführung des angeforderten Schaltens zu verzögern, wenn der ermittelte Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (ET) den kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIME62) überschreitet.

Description

Die Offenbarung betrifft eine energiebasierte Schaltsteuerung einer binären Kupplungsbaugruppe für ein Fahrzeug.
Bei einem Kraftfahrzeuggetriebe werden drehbare Eingangs- und Ausgangselemente des Getriebes unter Verwendung von miteinander verbundenen Zahnradbauteilen und Kupplungen in einem Bereich von Getriebeausgangsdrehzahlverhältnissen selektiv gekoppelt. Manche der Kupplungen können als fluidbetätigte Plattenkupplungen ausgestaltet sein, die eine Reihe von beabstandeten Reibplatten aufweisen. Es kann ein Hydraulikkolben verwendet werden, um die Reibplatten zusammenzudrücken und dadurch Drehmoment über die eingerückte Kupplung zu übertragen oder um eine Drehung einer Seite der Kupplung und jeglicher miteinander verbundenen Zahnradbauteile oder Knoten zu stoppen. Plattenkupplungen werden in der Regel mit einer variablen Schlupfrate gesteuert, so dass der Zustand der Plattenkupplung von vollständig angelegt bis vollständig gelöst sowie überall zwischen diesen beiden Zuständen liegen kann.
Bei manchen Getrieben wird eine binäre Kupplungsbaugruppe anstelle einer Plattenkupplung verwendet, um einige Getriebebauteile oder Knoten des Getriebes zu verbinden. Eine typische binäre Kupplungsbaugruppe umfasst ein Freilauf-Bauteil und eine binäre Ein/Aus-Einrichtung, wie eine Klauenkupplung oder eine wählbare Einwegkupplung (SOWC). Anders als herkömmliche Reibplattenkupplungen besitzt eine binäre Kupplungsbaugruppe nur zwei mögliche Kupplungszustände: vollständig angelegt und vollständig gelöst. Wenn die binäre Einrichtung gelöst wird, läuft die binäre Kupplungsbaugruppe in einer Drehrichtung frei, während das Freilauf-Bauteil eine Drehung in der anderen Drehrichtung verhindert. Eine Anwendung der binären Einrichtung verriegelt effektiv die binäre Kupplungsbaugruppe in beiden Drehrichtungen.
Die DE 11 2009 002 179 T5 offenbart ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Getriebebaugruppe. Die Getriebebaugruppe besitzt ein feststehendes Element, ein Getriebe mit einer Mehrzahl von Zahnradsätzen, die jeweils eine Mehrzahl von Knoten aufweisen, wobei die Knoten für jeden der Mehrzahl von Zahnradsätzen ein Hohlrad, ein Sonnenrad und ein Trägerelement umfassen, ein Getriebeeingangselement, das ständig mit der Brennkraftmaschine und mit einem der Mehrzahl von Zahnradsätzen verbunden ist, eine binäre Kupplungsbaugruppe, die ein Freilauf-Bauteil, das Drehmoment nur in einer ersten Drehrichtung hält, und eine binäre Einrichtung aufweist, die, wenn sie eingerückt ist, eine Drehung der binären Kupplungsbaugruppe in einer zweiten Drehrichtung verhindert, und dann, wenn sie gelöst ist, zulässt, dass die binäre Kupplungsbaugruppe in der zweiten Drehrichtung freiläuft, und ein Getriebesteuerungsmodul in Verbindung mit der binären Kupplungsbaugruppe. Das Getriebesteuerungsmodul umfasst einen Prozessor und Speicher, in dem Anweisungen zum Steuern der binären Kupplungsbaugruppe aufgezeichnet sind. Das Getriebesteuerungsmodul ist ausgestaltet, um die Anweisungen von dem Speicher über den Prozessor in Ansprechen auf ein angefordertes Schalten des Getriebes auszuführen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein sicheres Anlegen einer binären Kupplungsbaugruppe in einem Fahrzeug zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Getriebebaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Hierin ist ein Fahrzeug offenbart, das eine Getriebebaugruppe umfasst, die ein Getriebesteuerungsmodul (TCM) und ein Getriebe aufweist. Das Getriebe, das Eingangsdrehmoment von einer Kraftmaschine oder einem anderen Antriebsaggregat aufnimmt, umfasst einen oder mehrere Zahnradsätze, von denen zumindest zwei Zahnradbauteile oder Knoten über eine binäre Kupplungsbaugruppe verbunden sind. Die binäre Kupplungsbaugruppe kann irgendeine Drehmomentübertragungseinrichtung sein, die nur die zwei oben angeführten Zustände aufweist: vollständig angelegt und vollständig gelöst, d.h. jeder Drehmomentübertragungsmechanismus zeichnet sich durch ein Fehlen eines teilweise angelegten Zustandes aus. Das TCM ist ausgestaltet, um eine Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe während eines angeforderten Schaltens des Getriebes unter Verwendung der binären Kupplungsbaugruppe jedes Mal dann zu verzögern, wenn ein Energiewert der binären Kupplungsbaugruppe, der z.B. einem Gesamtdrehmoment, das auf die binäre Kupplung wirkt, zugeordnet ist, einen kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert überschreitet.
In einer besonderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine Brennkraftmaschine und eine Getriebebaugruppe, die eine binäre Kupplungsbaugruppe aufweist. Die Getriebebaugruppe umfasst auch das TCM, ein feststehendes Element, eine Mehrzahl von Zahnradsätzen, die jeweils eine Mehrzahl von Knoten, d.h. ein Hohlrad, ein Sonnenrad und ein Trägerelement, aufweisen, und ein Getriebeeingangselement, das ständig mit einem der Mehrzahl von Zahnradsätzen verbunden ist. Die binäre Kupplungsbaugruppe weist ein Freilauf-Bauteil auf, das Drehmoment nur in einer ersten Drehrichtung hält, und eine binäre Einrichtung, die, wenn sie eingerückt ist, eine Drehung der binären Kupplungsbaugruppe in einer zweiten Drehrichtung verhindert, und, wenn sie gelöst ist, zulässt, dass die binäre Kupplungsbaugruppe in der zweiten Drehrichtung freiläuft.
Das TCM, das mit der binären Kupplungsbaugruppe in Verbindung steht, umfasst einen Prozessor und Speicher, auf dem Anweisungen zum Steuern der binären Kupplungsbaugruppe aufgezeichnet sind. Das TCM ist ausgestaltet, um die Anweisungen von dem Speicher über den Prozessor in Ansprechen auf ein angefordertes Schalten des Getriebes auszuführen, um dadurch einen Gesamtbetrag eines Kupplungsenergiewertes ausgedrückt als Drehmoment, das auf die binäre Kupplungsbaugruppe wirkt, zu ermitteln, den Gesamtbetrag an Kupplungsenergie mit einem kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert zu vergleichen, und eine Ausführung des angeforderten Schaltens jedes Mal dann zu verzögern, wenn der ermittelte Gesamtbetrag an Kupplungsenergie den kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert überschreitet.
Das TCM kann eine kalibrierte Energiekurve umfassen, die im Speicher aufgezeichnet ist, welche Kupplungsenergie auf einer Achse und eine Schlupfdrehzahldifferenz auf einer anderen Achse graphisch darstellt. Der kalibrierte Kupplungsenergie-Schwellenwert kann durch das TCM über Bezugnahme auf die kalibrierte Energiekurve ermittelt werden.
Es kann ein oder es können mehrere Sensoren, z.B. Gewichtssensoren oder Waagen, mit Bezug auf das Fahrzeug positioniert und ausgestaltet sein, um zu helfen, eine Masse der Ladung und Insassen des Fahrzeugs zu ermitteln. Das TCM kann in dieser Ausführungsform ferner ausgestaltet sein, um den Gesamtbetrag an Kupplungsenergie als eine Funktion der Masse des Fahrzeugs, der Massen der Ladung und der Insassen, einer Beschleunigung des Fahrzeugs, eines Drehmoments der Kraftmaschine und eines Trägheitsmoments des Fahrzeugs zu ermitteln.
Es ist hierin auch eine Getriebebaugruppe zur Verwendung mit einem Fahrzeug, das eine Brennkraftmaschine aufweist, offenbart. Die Getriebebaugruppe umfasst das feststehende Element, die Mehrzahl von Zahnradsätzen, das Getriebeeingangselement, die binäre Kupplungsbaugruppe und das TCM, das wie oben angeführt ausgestaltet ist.
Ein Verfahren zum Steuern der binären Kupplungsbaugruppe umfasst ein Ermitteln, über das TCM, eines Gesamtbetrages an Kupplungsenergie der binären Kupplungsbaugruppe, und dann ein Vergleichen des ermittelten Gesamtbetrages an Kupplungsenergie mit einem kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert. Das Verfahren umfasst auch ein Verzögern einer Ausführung des angeforderten Schaltens, wenn der ermittelte Gesamtbetrag an Kupplungsenergie den kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert überschreitet.
Die obigen Merkmale und die Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.

1 ist eine schematische Darstellung eines Beispielfahrzeugs, das ein Automatikgetriebe mit einer binären Kupplungsbaugruppe und einen Controller aufweist, der die Ausführung eines angeforderten Schaltens der binären Kupplungsbaugruppe nur dann ermöglicht, wenn ein Gesamtbetrag an Kupplungsenergie oder Drehmoment, das dem angeforderten Schalten zugeordnet ist, kleiner als ein kalibrierter Kupplungsenergie-Schwellenwert ist.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes energiebasiertes Verfahren zum Steuern eines Schaltens der in 1 gezeigten binären Kupplungsbaugruppe beschreibt.
3 ist ein Logikflussdiagramm, das zum Berechnen eines Gesamtbetrags des Kupplungsenergieniveaus für die binäre Kupplungsbaugruppe innerhalb des in 2 gezeigten Verfahrens verwendbar ist.
4 ist ein beispielhaftes Energieprofil für eine binäre Kupplungsbaugruppe, das als Teil des in 2 gezeigten Verfahrens verwendbar ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 10 schematisch gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Brennkraftmaschine 12 oder ein anderes Antriebsaggregat und ein Automatikgetriebe 14, das eine binäre Kupplungsbaugruppe 25 aufweist. Das Getriebe 14 ist schematisch in Hebeldiagrammform gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst auch ein Steuerungssystem 50, das als ein Getriebesteuerungsmodul (TCM) 60 und ein Kraftmaschinen-Steuerungsmodul (ECM) 70 ausgebildet sein kann. Das Steuerungssystem 50 ist in Software programmiert und in Hardware ausgestattet, um einen Gesamtbetrag an Kupplungsenergie, z.B. ein Gesamtdrehmoment, der binären Kupplungsbaugruppe 25 während eines angeforderten Schaltens des Getriebes 14 zu ermitteln. Das Steuerungssystem 50 verzögert oder hemmt selektiv die Ausführung des angeforderten Schaltens, wenn der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie bezogen auf einen kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert, z.B. ein auf die Kupplung wirkendes Drehmoment, hoch ist. Details eines Verfahrens 100 zur Durchführung dieses energiebasierten Schaltsteuerungsansatzes werden nachfolgend anhand der 2-4 beschrieben.
Die Ausführung des Verfahrens 100 durch das Steuerungssystem 50 ist vorgesehen, um Kräfte, die auf die binäre Kupplungsbaugruppe 25 während jedes Schaltens des Getriebes 14, das eine Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 25 erfordern, ausgeübt werden, zu minimieren. Schaltvorgänge, bei denen die binäre Kupplungsbaugruppe 25 involviert ist, variieren mit der Getriebekonstruktion, aber umfassen in der Regel ein Rollschalten in den Rückwärtsgang, z.B. ein Rollrangierschalten oder einen Pendelzyklus, bei dem ein schnelles Schalten zwischen Fahren und Rückwärts erforderlich ist, um das Fahrzeug 10 aus Eis oder Schnee zu befreien. Die Verwendung des Verfahrens 100 kann eine größere Flexibilität hinsichtlich dessen bieten, wann die binäre Kupplungsbaugruppe 25 angelegt werden kann, da eine Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 26 bei Nicht-Null-Schlupfdrehzahldifferenzen zu bestimmten Zeiten unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens 100 möglich sein kann.
Das hierin offenbarte Verfahren 100 kann mit dem beispielhaften Getriebe 14 von 1 sowie mit anderen Getriebekonstruktionen, die eine binäre Kupplungsbaugruppe benutzen, ähnlich wie die bei 25 in 1 gezeigte, verwendet werden. Ungeachtet dessen, wie das Getriebe 14 ausgestaltet ist, sind zumindest zwei Zahnradelemente oder Knoten des Getriebes 14 mit der binären Kupplungsbaugruppe 25 verbunden. Das TCM 60 und ECM 70 von 1 können als digitale Computereinrichtungen ausgeführt sein, und können miteinander über einen Controller Area Network (CAN) Bus oder ein anderes geeignetes Netzwerk kommunizieren. Konstruktion kann das TCM 60 einen Prozessor 27 zusammen mit ausreichendem greifbaren, nichtflüchtigen Speicher 29, zum Beispiel Nur-Lese-Speicher (ROM), Flash-Speicher, optischem Speicher, zusätzlichem magnetischen Speicher usw. umfassen. Das TCM 60 kann auch jeden erforderlichen Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Analog/Digital-(A/D-) und/oder Digital/Analog-(D/A-)Schaltung und jegliche Eingabe/Ausgabe-Schaltung oder -Einrichtungen sowie jegliche geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung umfassen.
Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 100 können in dem Speicher 29 aufgezeichnet sein und wie notwendig über den Prozessor / die Prozessoren 27 ausgeführt werden, wobei das TCM 60 schließlich Steuerungssignale der binären Kupplung (Pfeil 13) an das Getriebe 14 ausgibt. Obwohl der Einfachheit halber aus 1 weggelassen, kann das ECM 70 ähnliche Hardwarekomponenten wie das TCM 60 umfassen. Das ECM 70 kann auch eine Gasanforderung (Th%) von einem Gaspedal (PA) erhalten, wie gezeigt ist, und somit verbleibt das ECM 70 in der Steuerung von typischen Kraftmaschinenfunktionen über einen Satz von Kraftmaschinen-Steuerungssignalen (Pfeil 11), wie es in der Technik allgemein verstanden wird.
Das beispielhafte Getriebe 14 von 1 kann ein Eingangselement 15, das Eingangsdrehmoment (Pfeil T_I) von der Kraftmaschine 12 in das Getriebe 14 transportiert, und ein Ausgangselement 16 umfassen, das Ausgangsdrehmoment (To) von dem Getriebe 14 zu den Antriebsrädern (nicht gezeigt) transportiert. Die jeweiligen Eingangs- und Ausgangselemente 15 und 16 sind selektiv miteinander mit einem gewünschten Drehzahlverhältnis über einen oder mehrere Zahnradsätze verbunden.
In der Ausführungsform von 1 ist das Getriebe 14 als ein beispielhaftes 6-Gang-Automatikgetriebe gezeigt, das drei Planetenradsätze aufweist, d.h. einen ersten Zahnradsatz 20, einen zweiten Zahnradsatz 30 und einen dritten Zahnradsatz 40. Jedoch können, wie oben angemerkt, andere Ausgestaltungen verwendet werden, ohne vom beabsichtigten erfinderischen Umfang abzuweichen. Der erste Zahnradsatz 20 kann einen ersten, zweiten und dritten Knoten 21, 22 bzw. 23 umfassen. Die Knoten 21, 22 und 23 können optional als ein Hohlrad (R3), ein Trägerelement (C3) und ein Sonnenrad (S3) ausgeführt sein. Der zweite und dritte Zahnradsatz 30 und 40 können gleichermaßen jeweilige erste, zweite und dritte Knoten aufweisen. Für den zweiten Zahnradsatz 30 sind der erste, zweite und dritte Knoten Knoten 31, 32 bzw. 33, die in einer Ausführungsform ein Hohlrad (R2), ein Trägerelement (C2) und ein Sonnenrad (S2) sein können. Der dritte Zahnradsatz 40 umfasst einen jeweiligen ersten, zweiten und dritten Knoten 41, 42 und 43, z.B. ein Sonnenrad (S1), ein Trägerelement (C1) und ein Hohlrad (R1).
Mit Bezug auf den ersten Zahnradsatz 20 ist der erste Knoten 21 ständig mit dem zweiten Knoten 42 des dritten Zahnradsatzes 40 über ein Verbindungselement 18 verbunden. Der zweite Knoten 22 ist selektiv mit der Kraftmaschine 12 und dem Eingangselement 15 über eine erste rotierende Kupplung C456 verbunden. Gleichermaßen ist der dritte Knoten 23 selektiv mit der Kraftmaschine 12 und dem Eingangselement 15 über eine zweite rotierende Kupplung C35R verbunden. Der dritte Knoten 23 ist selektiv mit einem feststehenden Element 45 des Getriebes über eine erste Bremskupplung CB26 verbunden. Wie es hierin für alle Kupplungen verwendet wird, bezieht sich der Buchstabe „C“ auf „Kupplung“, „B“ bezieht sich auf „Bremse“ und die verschiedenen Ziffern beziehen sich auf die besonderen Vorwärts-Fahrgangmodi, zum Beispiel ist „R“ Rückwärts, „1“ ist der 1. Gang, „2“ stellt den 2. Gang dar usw., bis hin zum 6. Gang. Das Fehlen eines „B“ in der Kupplungsbezeichnung gibt an, dass die besondere Kupplung eine rotierende Kupplung ist.
In dem zweiten Zahnradsatz 30 von 1 ist der erste Knoten 31 selektiv mit dem zweiten Knoten 22 des ersten Zahnradsatzes 20 über die binäre Kupplungsbaugruppe 25 verbunden. Die binäre Kupplungsbaugruppe 25 umfasst ein Freilauf-Bauteil F1 und eine binäre Ein/Aus-Einrichtung (BD), von denen beide selektiv mit einem feststehenden Element 45 des Getriebes 14 verbunden sind. Eine Einrückung der binären Einrichtung (BD) der binären Kupplungsbaugruppe 25 sperrt Knoten 22 und 31 an dem feststehenden Element 45. Der zweite Knoten 32 ist ständig mit dem dritten Knoten 43 des dritten Zahnradsatzes 40 über ein anderes Verbindungselement 28 verbunden. Der dritte Knoten 33 ist ständig mit dem Eingangselement 15 über ein anderes Verbindungselement 26 verbunden. Der erste Knoten 41 des dritten Zahnradsatzes 40 ist selektiv mit dem feststehenden Element 45 über eine zweite Bremskupplung CB1234 verbunden.
Wie es oben angeführt wurde, kann das Fahrzeug 10 von 1 die binäre Kupplungsbaugruppe 25 verwenden, wenn in einen Rückwärtsgangzustand geschaltet wird, wie etwa während eines Rollrangierschaltens, wie dieser Begriff in der Technik bekannt ist, sowie wenn von dem 1. Gang in den 2. Gang geschaltet wird. Die binäre Kupplungsbaugruppe 25 befindet sich in der Regel in einem Aus- / gelösten Zustand und läuft somit in einer Drehrichtung in allen Gangzuständen oberhalb des 2. Gangs frei, um Schlupfverluste in diesen höheren Gängen zu verringern. Wie es oben erwähnt wurde, weist die binäre Kupplungsbaugruppe 25 zwei Teile auf, wie es in 1 gezeigt ist: die passive Einwegkupplung oder das Freilauf-Bauteil F1, das eine Rotation des Knotens, der mit diesem verbunden ist, wie etwa Knoten 31 des zweiten Zahnradsatzes 30, in nur einer Drehrichtung zulässt, und die binäre Einrichtung (BD). Die binäre Einrichtung (BD), die als eine wählbare Einwegkupplung (SOWC) oder eine Klauenkupplung ausgebildet sein kann, wird selektiv angelegt, um eine Drehung der binären Kupplungsbaugruppe 25 in beiden Drehrichtungen zu verhindern. Somit werden durch Anlegen der binären Einrichtung (BD) jegliche Knoten, die mit der binären Einrichtung (BD) verbunden sind, effektiv an dem feststehenden Element 45 festgelegt.
Unter Bezugnahme auf 2 beginnt das Verfahren 100 bei Schritt 102, wobei das Steuerungssystem 50 von 1 ermittelt, ob eine Anforderung (REQ) für ein bestimmtes Schalten des Getriebes 14 aktiv ist, das irgendein Schalten ist, das eine Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 25 erfordert. Schritt 102 kann ein Verarbeiten von Fahrzeugparametern mit sich bringen, wie etwa der Gasanforderung (Pfeil Th%), einer PRNDL-Einstellung des Getriebes 14, Pedalstellungen, z.B. des Gaspedals PA oder eines Bremspedals (nicht gezeigt), der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Kraftmaschinen-Drehzahl, Eingangs- und / oder Ausgangsdrehzahl des Getriebes usw. Schritt 102 wird wiederholt, bis eine Schaltanforderung, die eine Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 25 erfordert, detektiert wird, an welchem Punkt das Verfahren 100 weiter zu Schritt 104 fortschreitet.
Schritt 104 bringt ein Ermitteln eines Gesamtbetrages an Kupplungsenergie (E) der binären Kupplungsbaugruppe 25 während des bei Schritt 102 angeforderten Schaltens mit sich. Wie hier verwendet, kann der Begriff „Energie“ synonym mit Kräften, wie etwa Drehmoment, das auf die binäre Kupplungsbaugruppe 25 durch die verschiedenen miteinander verbundenen Bauteile des Antriebsstrangs, z.B. das Eingangselement 15, die Zahnradsätze 20, 30 und 40 und die Verbindungselemente 18 und 26 von 1, wirkt, verwendet werden. Von dem Steuerungssystem 50 können verschiedene Faktoren bei dem Bestimmen des Gesamtbetrags an Kupplungsenergie (E) zu jedem Zeitpunkt unter Verwendung der Kenntnis des Leistungsflusses und die Hebelverhältnisse des Getriebes 14 verarbeitet werden.
Eine mögliche Kombination von Faktoren ist in 3 gezeigt, die ein Logikdiagramm 51 ist, das einen Fahrzeugmassen-Berechnungsblock 52 darstellt. Block 52 berücksichtigt die Masse des Fahrzeugs 10, sowie die kollektive Masse jeglicher in dem Fahrzeug 10 enthaltener Ladung und jeglicher Insassen. Diese Massen sind als mv, mc und mo dargestellt. Die Leermasse des Fahrzeugs 10 kann kalibriert werden, während die der Ladung und Insassen aus gemessenen Gewichten berechnet werden kann, z.B. über eine(n) am Sitz oder am Boden positionierte(n) Gewichtssensor oder Waage Sw, wobei das in 1 gezeigte Signal des gemessenen Gewichts (Pfeil W), wie durch die Höhe erforderlich, beispielsweise von einer Einheit eines globalen Positionierungssystem (GPS) (nicht gezeigt) modifiziert wird.
Die Massen mv, mc, und mo werden dann addiert, um die Fahrzeuggesamtmasse (m_T) abzuleiten, die ein möglicher Wert eines Satzes von Eingangswerten 54 ist. Andere Eingangswerte 54 können die Beschleunigung (α) des Fahrzeugs 10 umfassen, die als eine Funktion der Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs und der Erdbeschleunigung (g), eine Änderung der Schlupfdrehzahl über die binäre Kupplungsbaugruppe 25 hinweg und / oder Straßensteigung berechnet werden kann.
Die multiplizierten Werte m, α und g liefern eine Gesamtenergie ausgedrückt als Kraft oder Drehmoment aus der Masse des Fahrzeugs 10, d.h. E_m.
Ein Gesamtbetrag an Energie (E_T) in der Form eines Gesamtdrehmoments, das auf die binäre Kupplungsbaugruppe 25 von 1 während des angeforderten Schaltens wirkt, kann ermittelt werden, indem die Energie aus der Masse des Fahrzeugs, d.h. E_m, zu jeder anderen bekannten oder berechneten Energie in Form von Drehmomenten, die auf die binäre Kupplungsbaugruppe 25 wirken, z.B. Energie von der Kraftmaschine 12 (E₁₂) und jegliche trägheitsmomentbezogene Energie (E_I), die die Trägheit eines Turbinenrades des Drehmomentwandlers, des Schwungrades und anderer rotierender Komponenten des Getriebes 14 und des Rests des verbundenen Antriebsstrangs, die auf das Eingangselement 15 wirkt, beschreibt, addiert wird. Als Formel kann dies dargestellt werden als: $E_{T} = T_{T} = E_{m} K_{1} + E_{12} K_{2} + E_{I} K_{3}$
wobei K₁, K₂ und K₃ Konstanten sind, die ein spezielles Übersetzungsverhältnis oder ein Verhältnis auf der Basis von dem Knoten, an dem das Drehmoment berechnet wird, und dem Knoten, der durch das Drehmoment beeinflusst wird, wie der Eingangs- oder Ausgangsknoten der binären Kupplung zu dem Zeitpunkt des angeforderten Schaltens, und T_T das Gesamtdrehmoment ist, wobei gezeigt ist, dass sämtliche Energien austauschbar als Drehmoment in Nm für die Zwecke des Verfahrens 100 beschrieben werden können.
Die tatsächlichen Energien / Drehmomente, die bei einer gegebenen Anwendung betrachtet werden, können variieren, da alle Energieniveaus für das spezifische Hebeldiagramm des Getriebes 14 und der zugehörigen Komponenten des Antriebsstrangs besonders sind. Das heißt, die Kräfte, die auf jeden Hebel wirken, wie etwa auf die Zahnradsätze 20, 30 und 40 von 1, werden in Bezug auf die resultierende Kraft über die binäre Kupplungsbaugruppe 25 hinweg erfasst. Einige dieser Informationen können off-line modelliert und in Speicher 29 zur Verwendung während der Ausführung des Verfahrens 100 gespeichert werden. Für das Ermitteln der Schlupfdifferenz (Ns) über die binäre Kupplungsbaugruppe 25 hinweg kann das Fahrzeug 10 von 1 bestehende herkömmliche Sensoren verwenden, um interne Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangselemente zu bestimmen, wie in der Technik bekannt ist. Das in 2 gezeigte Verfahren 100 schreitet zu Schritt 106 fort, sobald das Gesamtdrehmoment (T_T) oder der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) ermittelt wird.
Schritt 106 von 2 bringt ein Vergleichen des Gesamtbetrages an Kupplungsenergie (E_T) aus Schritt 104 mit einem kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert mit sich. Der kalibrierte Kupplungsenergie-Schwellenwert kann als ein Linienzug oder ein Nachschlagetabelle in Speicher 29 von 1 gespeichert sein und von dem Steuerungssystem 50 verwendet werden, um Schritt 106 auszuführen. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 4 in der Form einer beispielhaften Energiekurve 55 gezeigt, die, wie in der Technik bekannt ist, als eine Nachschlagetabelle von entsprechenden Werten wiedergegeben sein kann.
Unter Bezugnahme auf 4 ist der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T), z.B. das Gesamtdrehmoment (T_T) von 2 in Nm, auf der y-Achse aufgetragen, während die Schlupfdrehzahldifferenz (Ns) über die binäre Kupplungsbaugruppe 25 hinweg in RPM bzw. U/min auf der x-Achse aufgetragen ist. Eine Einrückungszone 56 der binären Kupplung liegt in der Energiekurve 55 zwischen kalibrierten Grenzen 62 und 64 vor. Grenze 62 stellt die Energiegrenze (LIM_E) bei einer Schlupfdrehzahldifferenz von Null dar. Grenze 64 stellt die Schlupfdifferenzgrenze (LIM_S) für die binäre Kupplungsbaugruppe 25 dar. Zum Beispiel ist eine maximale zulässige Schlupfdrehzahldifferenz von 300 U/min eine mögliche Ausführungsform. Wenn Schlupf über die binäre Kupplungsbaugruppe 25 hinweg diese Differenz von 300 RPM in diesem Beispiel übersteigt, ist die binäre Kupplungsbaugruppe 25 von 1 nicht angelegt, da Energielinienzug 55 einen zulässigen Gesamtenergiebetrag (E_T) von Null oder nahezu Null bei einer Schlupfdifferenz oberhalb des Niveaus von Grenze 64 zeigt.
Ebenso kann ein zulässiger Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) bei einer Schlupfdifferenzial von Null für eine gegebene binäre Kupplungsbaugruppe 25 beträchtlich hoch sein. Beispielsweise kann die Grenze 62 in der gleichen beispielhaften Ausführungsform 3000 Nm betragen. Wenn dem so ist, selbst wenn Schlupf oberhalb der binären Kupplungsbaugruppe 25 von 1 kleiner als ihre maximal zulässige Schlupfdifferenz oder Grenze 64 ist, die in dem gleichen Beispiel 300 U/min beträgt, kann das Steuerungssystem 50 von 1 dennoch entscheiden, die Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 25 jedes Mal dann zu verzögern, wenn der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) oberhalb des Niveaus von Grenze 62 bleibt.
Mit anderen Worten, die Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 25 von 1 wird durch das Steuerungssystem 50 von 1 nur aktiviert, wenn in Zone 56 von 4 gearbeitet wird. Die entsprechenden Werte für die Grenzen 62 und 64 der Zone 56 werden mit der Konstruktion variieren, da manche binäre Kupplungsbaugruppen für einen gegebenen Fahrzeugantriebsstrang langlebiger als andere sein können und somit in der Lage sein können, höhere Schlupfdifferenzen und höhere Kupplungsenergien zu tolerieren. Jedoch kann eine Energiekurve 55, wie in 4 gezeigt, oder eine gleichwertige Datentabelle von dem TCM 60 verwendet werden, um die Entscheidung zu überwachen, wann die binäre Kupplungsbaugruppe 25 von 1 angelegt werden kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 108 fort, wenn der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T), der bei Schritt 104 ermittelt wird, außerhalb von Zone 56 liegt, und schreitet alternativ zu Schritt 110 fort, wenn der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) innerhalb der Zone 56 liegt.
Bei Schritt 108 von 2 führt das Steuerungssystem 50 von 1 eine erste Steuerungsaktion (CA #1) in Ansprechen auf die Ermittlung bei Schritt 106 aus, dass der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) von Schritt 104 außerhalb der Zone 56 von 4 liegt. Die erste Steuerungsaktion kann ein temporäres Verzögern, über die Steuerungssignale der binären Kupplung (Pfeil 13) von dem TCM 60 von 1, einer Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 25, bis der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) wieder in die Zone 56 von 4 fällt, mit sich bringen. Obgleich eine kurze Verzögerung eine für einen Fahrer spürbare Ansprechverzögerung sein kann, hat die Verwendung der Verzögerung den Vorteil einer Reduzierung von Kräften, die während des Schaltens auf die binäre Kupplungsbaugruppe 25 übertragen werden. Von daher kann die erzwungene Verzögerung des Schaltbeginns als ein akzeptabler Verhaltenskompromiss angesehen werden.
Bei Schritt 110, nachdem bei Schritt 106 ermittelt worden ist, dass der Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) von Schritt 104 in Zone 56 von 4 fällt, führt das Steuerungssystem 50 von 1 eine zweite Steuerungsaktion (CA #2) aus. Die zweite Steuerungsaktion kann ein unmittelbares Ausführen des Schaltens umfassen, das zuvor bei Schritt 102 angefordert wurde, indem zum Beispiel die binäre Kupplungsbaugruppe 25 während des Rollens eingerückt und in den Rückwärtsgang eingetreten wird.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens 100 kann das Steuerungssystem 50 von 1 sicherstellen, dass die binäre Kupplungsbaugruppe 25 nur mit ausreichend niedriger Kupplungsenergie angelegt wird. Die Verwendung von Kupplungsenergie als ein Freigabefaktor bei der Entscheidung, wann die binäre Kupplungsbaugruppe 25 anzulegen ist, auf die hierin offenbare Weise, erkennt, dass Schlupfdifferenzbedingungen von nicht Null auftreten können, die Kupplungsenergieniveaus entsprechen, die innerhalb von Haltbarkeitsgrenzen fallen. Deshalb werden die Ist-Werte, die den in 4 gezeigten Grenzen 62 und 64 entsprechen, in Abhängigkeit von der Konstruktion der binären Kupplungsbaugruppe 25 variieren, da haltbarere Konstruktionen von binären Kupplungen höhere Schlupfdrehzahldifferenzen bei einer niedrigeren Kupplungsenergie tolerieren können, und in Gegenzug bei höheren Schlupfdrehzahldifferenzen weniger Kupplungsenergie erfahren können. Somit kann durch die Verwendung der in 4 gezeigten Energiekurve 55 oder ähnlicher energiebasierter Entscheidungskriterien während der Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe 25 von 1 eine genauere Ermittlung eines geeigneten Einrückungsbereichs vorgenommen werden, was wiederum die Flexibilität bei der Steuerung des Antriebsstrangs verbessern kann.

Claims

Fahrzeug (10), umfassend: eine Brennkraftmaschine (12); und eine Getriebebaugruppe, die aufweist: ein feststehendes Element (45); ein Getriebe (14) mit einer Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40), die jeweils eine Mehrzahl von Knoten (21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43) aufweisen, wobei die Knoten (21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43) für jeden der Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40) ein Hohlrad (21, 31, 43) ein Sonnenrad (23, 33, 41) und ein Trägerelement (22, 32, 42) umfassen; ein Getriebeeingangselement (15), das ständig mit der Brennkraftmaschine (12) und mit einem (33) der Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40) verbunden ist; eine binäre Kupplungsbaugruppe (25), die ein Freilauf-Bauteil (F1), das Drehmoment nur in einer ersten Drehrichtung hält, und eine binäre Einrichtung (BD) aufweist, die, wenn sie eingerückt ist, eine Drehung der binären Kupplungsbaugruppe (25) in einer zweiten Drehrichtung verhindert, und dann, wenn sie gelöst ist, zulässt, dass die binäre Kupplungsbaugruppe (25) in der zweiten Drehrichtung freiläuft; und ein Getriebesteuerungsmodul (60) in Verbindung mit der binären Kupplungsbaugruppe (25), wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) einen Prozessor (27) und Speicher (29) umfasst, in dem Anweisungen zum Steuern der binären Kupplungsbaugruppe (25) aufgezeichnet sind, und wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) ausgestaltet ist, um die Anweisungen von dem Speicher (29) über den Prozessor (27) in Ansprechen auf ein angefordertes Schalten des Getriebes (14) auszuführen, um dadurch: einen Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) der binären Kupplungsbaugruppe (25) während des angeforderten Schaltens zu ermitteln; den ermittelten Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) mit einem kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) zu vergleichen; und eine Ausführung des angeforderten Schaltens zu verzögern, wenn der ermittelte Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) den kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) überschreitet.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) ferner ausgestaltet ist, um ein angefordertes Schalten des Getriebes (14) in den Rückwärtsgang oder in Neutral aus dem ersten Gang als das angeforderte Schalten zu detektieren, und um eine Einrückung der binären Kupplungsbaugruppe (25) in Ansprechen auf das angeforderte Schalten nur dann zu befehlen, wenn der ermittelte Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) kleiner als der kalibrierte Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) ist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) eine kalibrierte Energiekurve (55) umfasst, die in dem Speicher (29) aufgezeichnet ist und die Kupplungsenergie (E_T) auf einer Achse (Y) und die Schlupfdrehzahldifferenz (Ns) auf einer anderen Achse (X) grafisch darstellt, und wobei der kalibrierte Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) durch das Getriebesteuerungsmodul (60) über Bezugnahme auf die kalibrierte Energiekurve (55) ermittelt wird.
Getriebebaugruppe zur Verwendung mit einem Fahrzeug (10), das eine Brennkraftmaschine (12) aufweist, wobei die Getriebebaugruppe umfasst: ein feststehendes Element (45); ein Getriebe (14) mit einer Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40), die jeweils eine Mehrzahl von Knoten (21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43) aufweisen, wobei die Knoten (21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43) für jeden der Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40) eines von einem Hohlrad (21, 31, 43), einem Sonnenrad (23, 33, 41) und einem Trägerelement (22, 32, 42) sind; ein Getriebeeingangselement (15), das ständig mit der Brennkraftmaschine (12) und mit einem (30) der Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40) verbunden ist; eine binäre Kupplungsbaugruppe (25), die ein Freilauf-Bauteil (F1), das Drehmoment nur in einer ersten Drehrichtung hält, und eine binäre Einrichtung (BD) aufweist, die, wenn sie eingerückt ist, eine Drehung der binären Kupplungsbaugruppe (25) in einer zweiten Drehrichtung verhindert, und die, wenn sie gelöst ist, zulässt, dass die binäre Kupplungsbaugruppe (25) in der zweiten Drehrichtung freiläuft; und ein Getriebesteuerungsmodul (60) in Verbindung mit der binären Kupplungsbaugruppe (25), wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) einen Prozessor (27) und Speicher (29) umfasst, im dem Anweisungen zum Steuern der binären Kupplungsbaugruppe (25) aufgezeichnet sind, und wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) ausgestaltet ist, um die Anweisungen von dem Speicher (29) über den Prozessor (27) in Ansprechen auf ein angefordertes Schalten des Getriebes (14) auszuführen, um dadurch: einen Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) der binären Kupplungsbaugruppe (25) zu ermitteln; den ermittelten Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) mit einem kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) zu vergleichen; und eine Ausführung des angeforderten Schaltens zu verzögern, wenn der ermittelte Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) den kalibrierten Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) überschreitet.
Getriebebaugruppe nach Anspruch 4, wobei die binäre Einrichtung (BD) eine wählbare Einwegkupplung oder eine Klauenkupplung ist.
Getriebebaugruppe nach Anspruch 4, wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) ferner ausgestaltet ist, um ein angefordertes Schalten des Getriebes (14) in den Rückwärtsgang oder in Neutral aus dem ersten Gang als das angeforderte Schalten zu detektieren, und um eine Einrückung der binären Einrichtung (BD) in Ansprechen auf das angeforderte Schalten nur dann zu befehlen, wenn der ermittelte Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) kleiner als der kalibrierte Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) ist.
Getriebebaugruppe nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Zahnradsätzen (20, 30, 40) einen ersten und einen zweiten Zahnradsatz (20, 30) umfasst, und wobei die binäre Kupplungsbaugruppe (25) zwischen jeweilige Knoten (22, 31) des ersten und zweiten Zahnradsatzes (20, 30) geschaltet ist.
Getriebebaugruppe nach Anspruch 7, wobei die jeweiligen Knoten (22, 31) ein Trägerelement (22) des ersten Zahnradsatzes (20) und ein Hohlrad (31) des zweiten Zahnradsatzes (30) umfassen.
Getriebebaugruppe nach Anspruch 4, wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) eine kalibrierte Energiekurve (55) in dem Speicher (29) umfasst, die die Kupplungsenergie (E_T) auf einer Achse (Y) und die Schlupfdrehzahldifferenz (Ns) auf einer anderen Achse (X) grafisch darstellt, und wobei der kalibrierte Kupplungsenergie-Schwellenwert (LIM_E 62) durch das Getriebesteuerungsmodul (60) über Bezugnahme auf die kalibrierte Energiekurve (55) ermittelt wird.
Getriebebaugruppe nach Anspruch 4, wobei das Fahrzeug (10) einen Sensor umfasst, der mit Bezug auf das Fahrzeug (10) angeordnet und ausgestaltet ist, um eine Masse (mc, mo) von Ladung und Insassen des Fahrzeugs (10) zu ermitteln, und wobei das Getriebesteuerungsmodul (60) ferner ausgestaltet ist, um den Gesamtbetrag an Kupplungsenergie (E_T) der binären Kupplungsbaugruppe (25) als eine Funktion einer Masse (mv) des Fahrzeugs (10), der Massen (mc, mo) der Ladung und der Insassen, einer Beschleunigung (α) des Fahrzeugs (10), eines Drehmoments der Brennkraftmaschine (12) und eines Trägheitsmoments des Fahrzeugs (10) zu ermitteln.