DE102015113130B4

DE102015113130B4 - Steuerung einer binären Kupplung während eines Roll-Rangierschaltens

Info

Publication number: DE102015113130B4
Application number: DE102015113130.7A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Otanez; Nathaniel E. Wilke
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: DE102015113130A1; US20160047466A1; CN106195246A; US9383006B2; CN106195246B

Abstract

Fahrzeug (10), umfassendeine Brennkraftmaschine (12),ein Getriebe (14),einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (16) mit einem Flügelrad/Pumpenrad (17) und einem Turbinenrad (19), wobei die Kraftmaschine (12) mit dem Pumpenrad (17) des Drehmomentwandlers (16) verbunden ist und ein Eingangselement (21) des Getriebes (14) mit dem Turbinenrad (19) verbunden ist,wobei das Getriebe (14) umfasst:ein Ausgangselement (23),ein Getriebegehäuse (28),drei Planetenradsätze (20, 30, 40), von denen jeder drei Knoten (22, 24, 26, 32, 34, 36, 42, 44, 46) aufweist; die jeweils eine Sonnenrad, ein Planetenradträger bzw. ein Hohlrad sein können,ein erstes Verbindungselement (33), das den dritten Knoten (26) des ersten Planetenradsatzes (20) direkt und ständig mit dem zweiten Knoten (34) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbindet,ein zweites Verbindungselement (133), das den zweiten Knoten (26) des ersten Planetenradsatzes (20) direkt und ständig mit dem ersten Knoten (42) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet,ein drittes Verbindungselement (233), das den ersten Knoten (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) direkt und ständig mit dem zweiten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet,wobei der zweite Knoten (24) des ersten Planetenradsatzes (20) mit dem Ausgangselement (23) verbunden ist,vier Reibkupplungen (52, 54, 56, 58);wobei die erste Reibkupplung (52) das Eingangselement (21) des Getriebes (14) selektiv mit dem zweiten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet,die zweite Reibkupplung (54) das Eingangselement (21) des Getriebes (14) selektiv mit dem dritten Knoten (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet,die dritte Reibkupplung (56), die eine Bremskupplung ist, den dritten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) selektiv mit dem Getriebegehäuse (28) verbindet, unddie vierte Reibkupplung (58), die eine Bremskupplung ist, den zweiten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) und den ersten Knoten (32) des zweiten Planetenradsatzes (40) selektiv mit dem Getriebegehäuse (28) verbindet,eine binäre Kupplung (50), die mit einem binären Knoten (22) verbunden ist, wobei der binäre Knoten (22) der erste Knoten (22) des ersten Planetenradsatzes (22) ist;einen Controller (60) in Verbindung mit der binären Kupplung (50) und den vier Reibkupplungen (52, 54, 56, 58), wobei der Controller (60) einen Prozessor (P) und Speicher (M) umfasst, auf dem Anweisungen zum Ausführen eines Roll-Rangierschaltens (RGS) des Getriebes (16) in einen Vorwärtsfahrmodus oder Rückwärtsfahrmodus von oberhalb einer kalibrierten absoluten Schwellengeschwindigkeit (CAL 1) aufgezeichnet sind, wobei die Ausführung der Anweisungen bewirkt, dass der Controller (60):automatisch das angeforderte Roll-Rangierschalten (RGS) detektiert;die dritte Reibkupplung (56) als eine erste Hilfskupplung vollständig anlegt,eine Drehzahl des binären Knotens (22) auf Null oder auf innerhalb eines kalibrierten Bereichs (CAL 2) von Null (N50) über Druckmodulation einer zweiten Hilfskupplung (54) verlangsamt, wobei die zweite Hilfskupplung (54) die zweite Reibkupplung (54) ist;wobei eine Soll-Trajektorie der Eingangs/Turbinenraddrehzahl (N21) erzwungen wird,die binäre Kupplung (50) nur dann anlegt, wenn die Drehzahl des binären Knotens (N50) auf Null oder auf innerhalb des kalibrierten Bereichs von Null (CAL 2) verlangsamt hat; unddie Hilfskupplungen (54, 56) nach Anlegen der binären Kupplung (50) löst.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft die Steuerung einer binären Kupplung in einem Fahrzeuggetriebe während eines Roll-Rangierschaltens.
Ein Kraftfahrzeuggetriebe verwendet in der Regel mehrere Zahnradbauteile und Reibkupplungen vom Plattentyp, um Eingangs- und Ausgangselemente des Getriebes zu koppeln, und um dadurch ein gewünschtes Ausgangsdrehzahlverhältnis herzustellen. Ein hydraulischer Kupplungskolben komprimiert die Platten von einer der Reibkupplungen, um Drehmoment über die Kupplung hinweg zu übertragen oder um eine Rotation eines Knotens oder Antriebsstrangbauteils, das mit einer Seite der Kupplung verbunden ist, zu stoppen. Auf diese Weise können Zahnradbauteile/Knoten, die mit der Kupplung verbunden sind, stationär gehalten werden, um als Reaktionselemente zum Übertragen von Drehmoment durch den Antriebsstrang zu wirken. Reibkupplungen können vollständig angelegt, vollständig gelöst oder mit einer variablen Rate an Schlupf zwischen diesen zwei Kupplungsanlegezuständen gesteuert werden.
In manchen Fahrzeuggetrieben wird eine binäre Kupplung anstelle einer Reibkupplung für bestimmte Zwecke, wie etwa zum Schalten des Getriebes in den 1. Gang Low (niedrig) oder den Rückwärtsgang, verwendet. Beispielhafte binäre Kupplungen umfassen Klauenkupplungen und wählbare Einwegkupplungen, wovon letztere Streben, Spreizkörper oder Wälzkörper verwenden können, um Drehmoment in einer oder zwei Drehrichtungen wie notwendig zu halten. Binäre Kupplungen können alleine oder in Verbindung mit rotierenden und/oder bremsenden Reibkupplungen von dem oben angeführten Typ verwendet werden. Anders als herkömmliche Reibkupplungen hat eine binäre Kupplung, wie der Name andeutet, nur zwei mögliche Kupplungsanlegezustände, d.h. vollständig angelegt und vollständig gelöst.
Die DE 102 25 655 A1 offenbart eine Garagenschaltsteuerung in einem nicht näher beschriebenen Viergangautomatikgetriebe.
Die DE 11 2009 002 172 T5 offenbart die Steuerung einer wählbaren Freilaufkupplung in einem Planetengetriebe mit drei Planetenradsätzen und drei Reibkupplungen zur Verbindung von Planetenradelementen untereinander und einer Reibbremse zur selektiven Festlegung eines Getriebeelements an dem Getriebegehäuse.
Die DE 10 2012 005 676 A1 offenbart einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Mehrgruppengetriebe in Vorgelegewellenbauweise, wobei zum Einlegen eines entgegen der aktuellen Fahrtrichtung gerichteten Getriebegangs eine Synchronisierungsfunktion ausgeführt wird, indem eine als Planetengetriebe ausgebildete Nachschaltgruppe geschaltet wird.
Die DE 10 2009 056 793 A1 offenbart ein Verfahren zum Vermindern einer Drehzahldifferenz an einem formschlüssigen Schaltelement, wobei mindestens ein weiteres reibschlüssiges Element des Getriebes geschlossen wird.
Aus der DE 10 2013 207 014 A1 ist bekannt, zur Verlangsamung der rotierenden Seite einer Klauenkupplung an einem Knoten eines Planetenradsatzes, eine Bremse an einem Knoten dieses oder eines anderen Planetenradsatzes einzurücken.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, das Schaltgefühl beim Einrücken einer binären Kupplung zu optimieren, während auch die konstruktive Unversehrtheit der binären Kupplung geschützt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 4 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugs, das ein Automatikgetriebe mit einer binären Kupplung aufweist, wobei das Getriebe während eines Hochgeschwindigkeits-Roll-Rangierschaltens über einen Controller gesteuert wird, wie es hierin aufgeführt ist.
2 ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zum Steuern des Getriebes von 1 während eines Hochgeschwindigkeits-Roll-Rangierschaltens.
3 ist ein beispielhafter Zeitablauf eines Satzes von Fahrzeugparametern, die als Teil des in 2 gezeigten Verfahrens gesteuert werden.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 schematisch ein beispielhaftes Fahrzeug 10 gezeigt, das eine Brennkraftmaschine 12 und ein Getriebe 14 umfasst. Eine Antriebswelle 13 der Kraftmaschine 12 ist mit einem Eingangselement 21 des Getriebes 14 über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 16 verbunden. Der Drehmomentwandler 16 umfasst ein Flügelrad/Pumpenrad 17, ein Leitrad 18 und ein Turbinenrad 19. Das Pumpenrad 17 ist direkt mit der Antriebswelle 13 verbunden und rotiert somit mit der Kraftmaschinen-Drehzahl (Pfeil N₁₂). Das Turbinenrad 19, das direkt mit dem Eingangselement 21 verbunden ist, rotiert mit einer Turbinenrad-Drehzahl (N₂₁), die geringer als oder gleich wie die Kraftmaschinen-Drehzahl (N₁₂) ist. Der Grad an Varianz zwischen Kraftmaschinen-Drehzahl (N₁₂) und Turbinenrad-Drehzahl (N₂₁) hängt von dem Zustand einer Überbrückungskupplung (nicht gezeigt) ab, die in dem Drehmomentwandler 16 angeordnet ist und das Flügelrad 17 und das Turbinenrad 19 miteinander oberhalb einer Schwellengeschwindigkeit verriegelt, wie es in der Technik bekannt ist. Ein Ausgangselement, 23 des Getriebes 14 ist mit Antriebsrädern 27 des Fahrzeugs 10 über eine Antriebsachse 29 verbunden.
Das Getriebe 14 ist in einem schematischen Hebeldiagrammformat derart gezeigt, dass es drei Zahnradsätze, nämlich jeweilige erste, zweite und dritte Zahnradsätze 20, 30 und 40 umfasst. Ein Knoten/Zahnradbauteil des Getriebes 14 ist mit einer binären Kupplung 50 verbunden, die als eine Klauenkupplung, eine wählbare Einwegkupplung oder irgendeine andere Kupplungseinrichtung ausgestaltet sein kann, die nur die binären Kupplungsanlegezustände von vollständig angelegt/eingerückt und vollständig gelöst/ausgerückt aufweist, wie es zuvor oben erwähnt wurde. Das Getriebe 14 umfasst zusätzlich verschiedene Reibkupplungen 52, 54 und 56 vom Plattentyp und kann ferner eine wählbare Einwegkupplung 58 umfassen.
Ein Controller 60 des Fahrzeugs 10 von 1 steht mit der binären Kupplung 50 und den verschiedenen anderen Kupplungen 52, 54, 56 und 58 des Getriebes 14 in Verbindung. Der Controller 60 ist ausgestaltet, um ein angefordertes Roll-Rangierschalten des Getriebes 14 durch die Neutralstellung aus dem Vorwärtsfahrmodus in den Rückwärtsgang oder aus dem Rückwärtsmodus in einen Vorwärtsfahrmodus mit einer hohen Rate der absoluten Geschwindigkeit/Drehzahl, ob eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10, wie an den Straßenrädern 27 gemessen, die Drehzahl des Ausgangselements 23 oder beides, z.B. wie sie jeweils über Drehzahlsensoren S₂₇ und/oder S₂₃ ermittelt werden.
So wie es hierin verwendet wird, ist der Begriff „Roll-Rangierschalten“ irgendein Schalten des Getriebes 14 in einen Vorwärtsfahrmodus, in der Regel 1. Gang Low (niedrig) oder 1. Gang, durch die Neutralstellung von dem Vorwärtsfahrgang oder einem Rückwärtsgang. Ein solches Schaltmanöver kann von einem Fahrer des Fahrzeug 10 über eine Bewegung eines Rückwärts-, Neutral-, Drive-, Low-(PRNDL-)Hebels 11 angefordert werden, wenn das Fahrzeug 10 oberhalb einer kalibrierten absoluten Schwellengeschwindigkeitsrate, d.h. oberhalb einer kalibrierten positiven Geschwindigkeitsrate oder unterhalb einer kalibrierten negativen Geschwindigkeitsrate fährt. Ein Schalten in einen Vorwärtsfahrgang aus der Neutralstellung oder dem Rückwärtsgang erfordert die Einrückung der binären Kupplung 50 in dem Getriebe 14, wie gezeigt ist, und daher kann das vorliegende Verfahren 100 auf jeden Antriebsstrang ausgedehnt werden, der eine ähnliche binäre Kupplung oder eine andere binäre Einrichtung benutzt, um den 1. Gang einzulegen.
Jedoch sollte die binäre Kupplung 50 aufgrund der Möglichkeit erhöhter Fahrzeuggeschwindigkeiten während bestimmter Roll-Rangierschaltmanöver nicht immer sofort bei Anforderung angelegt werden. D.h. die Drehzahldifferenz über die Seiten der binären Kupplung 50 hinweg kann in dem Moment, in dem das Roll-Rangierschalten angefordert wird, hoch sein, so dass die Einrückung der binären Kupplung 50 übermäßige Kraft auf jegliche Streben, Spreizkörper, Wälzkörper oder andere Drehmoment haltende Bauteile der binären Kupplung 50 ausüben und/oder ein unannehmbar raues oder verzögertes Roll-Rangierschalten erzeugen könnte. Der Controller 60 handhabt dieses besondere Steuerungsproblem über Ausführung von Anweisungen, die das Verfahren 100 verkörpern, von dem ein Beispiel nachstehend anhand der 2 und 3 beschrieben wird.
Zusätzlich mit Bezug auf das in 1 gezeigte Getriebe 14 umfasst der erste Zahnradsatz 20 einen ersten, zweiten und dritten Knoten 22, 24, bzw. 26, wobei der Begriff „Knoten“ sich hierin auf ein Zahnradbauteil, wie etwa ein Hohlrad, einen Planetenträger oder ein Sonnenrad bezieht. Zum Beispiel können die Knoten 22, 24 und 26 jeweils einem Sonnenrad, einem Planetenträger bzw. einem Hohlrad in einer beispielhaften Konstruktion entsprechen. Der zweite und dritte Zahnradsatz 30 und 40 weisen gleichermaßen jeweilige erste, zweite und dritte Knoten auf. Für den zweiten Zahnradsatz 30 sind der erste, zweite und dritte Knoten Knoten 32, 34 bzw. 36. Der dritte Zahnradsatz 40 umfasst einen jeweiligen ersten, zweiten und dritten Knoten 42, 44 und 46. In der in 1 gezeigten Ausführungsform können die Knoten 32, 34 und 36 jeweils einem Hohlrad, einem Planetenträger und einem Sonnenrad entsprechen. Die Knoten 42, 44 und 46 des dritten Planetenradsatzes 40 können gleichermaßen jeweils einem Hohlrad, einem Träger und einem Sonnenrad entsprechen.
Der erste Knoten 22 ist selektiv mit einem stationären Element 28 des Getriebes 14 über die binäre Kupplung 50 in dem nicht einschränkenden Beispielgetriebe 14 verbunden. Das Ausgangselement 23 ist mit dem zweiten Knoten 24 verbunden, und somit sind das Ausgangselement 23 und die binäre Kupplung 50 mit unterschiedlichen Elementen des gleichen Zahnradsatzes 20 bei dieser besonderen Konstruktion verbunden. Ein erstes Verbindungselement 33 verbindet den dritten Knoten 26 direkt und ständig mit dem zweiten Knoten 34 des zweiten Planetenradsatzes 30. Ein zweites Verbindungselement 133 verbindet den zweiten Knoten 24 des ersten Planetenradsatzes 20 direkt und ständig mit dem ersten Knoten 42 des dritten Planetenradsatzes 40.
Das Eingangselement 21 des Getriebes 14 von 1 ist selektiv mit dem zweiten Knoten 44 des dritten Planetenradsatzes 40 über Betrieb der Reibkupplung 52 und mit dem dritten Knoten 46 über die Reibkupplung 54 verbunden. Das Eingangselement 21 ist auch direkt mit dem dritten Knoten 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 verbunden, wie gezeigt ist. Der dritte Knoten 46 ist auch selektiv mit einem stationären Element 28 des Getriebes 14 über Kupplung 56 verbunden. Der zweite Knoten 44 des dritten Planetenradsatzes 40 ist ständig mit den ersten Knoten 32 des zweiten Planetenradsatzes 30 über ein drittes Verbindungselement 233 verbunden, das wiederum mit dem stationären Element 28 über die wählbare Einwegkupplung 58 verbunden ist. In dieser besonderen beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Kupplung 58 eine Bremskupplung CBR1 und ein Freilaufelement F1, wobei die Bremskupplung CBR1 nur während des Kraftmaschinenbremsens angelegt wird. Somit ist die Kupplung 58 nicht direkt bei dem besonderen Roll-Rangierschaltmanöver involviert, das gemäß dem Verfahren 100 gesteuert wird.
Die binäre Kupplung 50 und die verschiedenen anderen Kupplungen 52, 54, 56 und 58 sind in 1 mit ihren aktiven Gangzuständen und anderen Angaben für zusätzliche Klarheit markiert. Gemäß dieser Übereinkunft bezieht sich „C“ im Allgemeinen auf „rotierende Kupplung“, „B“ bezieht sich auf „Bremskupplung“ und „R“ und die verschiedenen Ziffern „1-6“ beziehen sich auf besondere Gangmodi, z.B. Rückwärtsgang, 1. Gang, 2. Gang usw. bis zum 6. Gang für das 6-Ganggetriebe 14. Mit der Ausnahme der binären Kupplung 50 und der wählbaren Einwegkupplung 58 sind alle in 1 gezeigten Kupplungen hydraulisch betätigte Kupplungen vom Reibplattentyp von der in Technik bekannten Art.
Der Controller 60 von 1 kann ein Getriebesteuermodul oder eine andere Steuereinrichtung sein, die als ein Digital-Computer und die gesamte notwendige Hardware und Software ausgeführt ist. Der Controller 60 steht mit der Kraftmaschine 12 oder einem Kraftmaschinen-Steuermodul (nicht gezeigt) und mit dem PRNDL-Hebel 11 in Verbindung. Der Controller 60 kennt oder empfängt somit die Kraftmaschinen-Drehzahl (Pfeil N₁₂), die Turbinenrad-Drehzahl (Pfeil N₂₁) und die PRNDL-Einstellung (Pfeil PRNDL) als Teil des Verfahrens 100, zusammen mit den gemessenen Raddrehzahlen (Pfeil N₂₇) und Ausgangsdrehzahlen (Pfeil N₂₃) von den jeweiligen Sensoren S₂₇ und S₂₃. Alle Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsensoren können als Hall-Effekt-Sensoren, Beschleunigungsmesser oder andere geeignete Drehzahlsensoren ausgestaltet sein. Daher können die jeweiligen Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen (N₂₁, N₂₃) über physikalische Sensoren direkt gemessen oder aus anderen, mit der Drehzahl in Beziehung stehenden Werten, wie etwa Beschleunigung, Raddrehzahl (Pfeil N₂₇) und dergleichen, abgeleitet werden.
Der Controller 60 überträgt bei Detektion eines angeforderten Roll-Rangierschaltens, wie etwa einer Bewegung des PRNDL-Hebels 11 in Drive (D) oder Rückwärts (R) aus der entgegengesetzten Bewegungsrichtung, selektiv Kupplungssteuersignale (Pfeil 25) an gewählte Kupplungen, z.B. die Reibkupplungen 54 und 56, und Binärkupplungs-Steuersignale (Pfeil 125) an die binäre Kupplung 50. Der Controller 60 wartet dann, bis eine absolute Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10, wie etwa die Raddrehzahl (Pfeil N₂₇) und/oder die Ausgangsdrehzahl (N₂₃) unter eine kalibrierte absolute Geschwindigkeitsschwelle, z.B. 5-8 km/h (3-5 MPH), fällt, bevor mit dem Rest des Verfahrens 100 fortgefahren wird. Die binäre Kupplung 50 wird nur angelegt, wenn das Getriebe 14 festgesetzt ist, d.h. wenn alle Knoten aller Zahnradsätze 20, 30, 40 des Getriebes 14 eine Drehzahl von Null haben oder innerhalb eines kleinen kalibrierten Randbereichs einer Drehzahl von Null, wie etwa innerhalb von weniger als 30-50 U/min, liegen, wobei der exakte Nicht-NullWert von der konstruktiven Einheit der binären Kupplung 50 und irgendwelchen objektiven oder subjektiven Geräuschkriterien abhängt.
Die gewählten Kupplungen 54 und 56, die hierin als „Hilfskupplungen“ bezeichnet sind, werden in der beispielhaften Ausgestaltung von 1 gesteuert, um die erforderliche Trajektorie der Turbinenrad-Drehzahl (N₂₁) zu erzeugen und schließlich das Getriebe 14 festzusetzen, so dass die binäre Kupplung 50 sanft mit wenig Geräusch und Aufprall auf die binäre Kupplung 50 eingerückt werden kann. Optional kann der Controller 60 eine Regelung der Turbinenrad-Drehzahl (N₂₁) möglicherweise unter Verwendung der Beschleunigung des Ausgangselements 23 als die Regelvariable ausführen, um weiter eine Soll-Trajektorie für die Turbinenrad-Drehzahl (N₂₁) sicherzustellen.
Konstruktiv kann der Controller 60 einen Prozessor P und Speicher M umfassen, von dem mancher nichtflüchtig und greifbar ist, z.B. magnetischer oder optischer Nur-Lese-Speicher (ROM), Flash-Speicher und dergleichen. Der Controller 60 kann auch ausreichende Mengen an Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch programmierbarem Nurlesespeicher (EPROM) sowie eine Hochgeschwindigkeits-Taktgeber-, Analog/Digital-(A/D)- und/oder Digital/Analog-(D/A)-Schaltung, Eingabe/Ausgabe-Schaltung oder -Einrichtungen (E/A) und Signalaufbereitungs- und - pufferschaltung umfassen, die alle der Einfachheit der Darstellung halber aus 2 weggelassen sind. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 100 sind in Speicher M aufgezeichnet und werden von dem Prozessor P ausgeführt, um die Steuerungsfunktionalität des Getriebes 14 bereitzustellen, die nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf 2 in Verbindung mit der Konstruktion von 1 beginnt das Verfahren 100 mit Schritt 102 mit einer Detektion eines angeforderten Gangschaltens (RGS) des Getriebes 14 während eines Roll-Rangierschaltens aus einer relativ hohen Rate einer absoluten Geschwindigkeit. Der hohen Rate der absoluten Geschwindigkeit ist ein kalibrierter erster Geschwindigkeits-Schwellenwert (CAL 1) im Speicher M des Controllers 60 zugeordnet. Zum Beispiel kann ein Schwellenwert 5-8 km/h (3-5 MPH) oder eine entsprechende U/min als Ausdruck einer absoluten Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 verwendet werden, ob sie nun in einer positiven oder einer negativen Richtung an den Rädern 27 oder am Ausgangselement 23 gemessen wird. Das angeforderte Roll-Rangierschalten des Getriebes 14 kann aus der Stellung des PRNDL-Hebels 11 ermittelt werden. Genauer kann das angeforderte Roll-Rangierschalten aus einer Stellung eines PRNDL-Ventils (nicht gezeigt) ermittelt werden, das sich in Ansprechen auf eine Bewegung des PRNDL-Hebels 11 bewegt, wie es in der Technik gut bekannt ist. Das Verfahren 100 schreitet zu Schritt 104 fort, wenn ein angefordertes Roll-Rangierschalten oberhalb des ersten kalibrierten Geschwindigkeits-Schwellenwerts detektiert wird.
Schritt 104 umfasst ein Starten eines Zeitglieds und ein Ermitteln, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 von Schritt 102 unter den ersten kalibrierten Geschwindigkeits-Schwellenwert gefallen ist. Das Fahrzeug 10 wird aufgrund von Trägheit und Straßenreibung beginnen, zu verlangsamen, wenn keine starke Neigung oder ein steiles Gefälle vorhanden ist. Jedoch kann in seltenen Fällen die Steigung steil sein, so dass das Fahrzeug 10 weiter bergab rollt. In einem solchen Fall wird das Zeitglied ablaufen (T_EXP), ohne dass das Fahrzeug 10 zunächst unter den ersten kalibrierten Geschwindigkeits-Schwellenwert von Schritt 102 verlangsamt. Das Verfahren 100 schreitet zu Schritt 105 fort, wenn dieses Ergebnis auftreten sollte. Ansonsten schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 106 fort.
Schritt 105 umfasst ein Ausführen einer Standardsteueraktion (EXC DCA). Schritt 105 könnte ein temporäres Verhindern eines Schaltens des Getriebes 14 mit sich bringen, indem das angeforderte Roll-Rangierschalten ignoriert wird, um die binäre Kupplung 50 zu schützen, oder indem einfach darauf gewartet wird, dass der Fahrer des Fahrzeugs 10 die Bremsen auf die übliche Weise betätigt. Das Verfahren 100 ist beendet, sobald Schritt 105 ausgeführt worden ist.
Bei Schritt 106 ermittelt der Controller 60 als nächstes verschiedene Drehzahlwerte (DET N_X) zur weiteren Steuerung des Getriebes 14. Die als Teil dieses Schrittes ermittelten Drehzahlwerte können jeweils die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen N₂₁ und N₂₃ umfassen. Schritt 106 kann ein Empfangen der Drehzahlsignale N₂₁ und N₂₃ von den Sensoren S₂₁ und S₂₂ umfassen. Als Teil des Schrittes 106 leitet der Controller 60 auch die Drehzahl des /der Knoten(s), mit dem die binäre Kupplung 50 verbunden ist, d.h. des „binären Knotens“ ab. Die Drehzahl des binären Knotens, der der erste Knoten 22 des ersten Zahnradsatzes 20 in dem in 1 gezeigten Getriebe 14 ist, kann aus der bekannten Konstruktion des Getriebes 14 über die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen N₂₁ und N₂₃, d.h. bei gegebenem Hebeldiagramm und Übersetzungsverhältnissen des Getriebes 14 abgeleitet werden.
Zum Beispiel kann der Controller 60 die Drehzahl der binären Kupplung 50 oder vielmehr ihre Schlupfdrehzahl N₅₀ wie folgt berechnen: $N_{50} = N_{23} (1 + \frac{R_{1}}{S_{1}}) - N_{21} (\frac{R_{1}}{S_{1}}) (\frac{S_{2}}{S_{2} + R_{2}})$
wobei R₁, R₂, S₁ und S₂ für die beispielhafte Ausgestaltung von 1 die Hohlrad- und Sonnenradgrößen sind, die verwendet werden, um die Übersetzungsverhältnisse zu berechnen. Es ist anzumerken, dass in 1 der Knoten 22 auf einer Seite mit dem stationären Element 28 verbunden ist und daher die gemessene Drehzahl der binären Kupplung 50 die Schlupfdrehzahl über die binäre Kupplung 50 hinweg ist.
Bei Schritt 108 kann der Controller 60 eine schnelle und vollständige Einrückung einer Hilfskupplung, z.B. der primären weggehenden Kupplung (C_OFG,P+), die in dem Beispiel von 1 Kupplung 56 ist, befehlen. Kupplung 56 ist eine Bremskupplung, die den dritten Knoten 46 des dritten Zahnradsatzes 40 mit dem stationären Element 28 verbindet. Diese Aktion blockiert den Knoten 46 an dem stationären Element 28, wodurch eine Rotation des Knotens 46 gestoppt wird und zugelassen wird, dass der Knoten 46 als ein Reaktionselement für Eingangsdrehmoment in das Getriebe 14 wirken kann. Das Verfahren 100 schreitet dann zu Schritt 110 fort.
Bei Schritt 110 leitet der Controller 60 von 1 eine Schlupfregelung der sekundären weggehenden Kupplung ein, die in Kupplung 54 ist. Als Teil des Schrittes 110 moduliert der Controller 60 Druckbefehle an die Kupplung 54 über die Kupplungssteuerungssignale (Pfeil 25), um eine Soll-Trajektorie der Eingangs/Turbinenrad-Drehzahl (N₂₁) zu erzwingen. Daher ist Schritt 110 in 2 der Klarheit wegen als „MOD C_OFG,S“ abgekürzt. Wie es in der Technik bekannt ist, sind Kupplungen vom Plattentyp, die bei herkömmlichen Getrieben verwendet werden, druckgesteuerte Einrichtungen, und daher kann der Controller 60 die Kupplungssteuersignale (Pfeil 25) an jegliche Hydraulikdruck- oder Durchfluss-Steuermagnetventile (nicht gezeigt) wie notwendig übertragen, um zu bewirken, dass ein spezifisches Niveau an Einrückung, und somit Schlupf, über die Kupplung 54 hinweg auftreten kann. Wenn Schritt 110 beginnt, schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 112 fort.
Schritt 112 umfasst ein Vorsteuern der binären Kupplung 50, ein Schritt, der in 2 als „STG (50)“ abgekürzt ist. Schritt 112 umfasst ein Bewegen der binären Kupplung 50, z.B. durch Übertragen der Binärkupplungsbefehle (Pfeil 125), um die binäre Kupplung 50 in eine kalibrierte Vorsteuerstellung einzustellen. Wie es in der Technik bekannt ist, kann eine binäre Kupplung 50 Ringe oder Drehmoment übertragende Stücke aufweisen, die sich aufeinander zu bewegen, wenn eine Einrückung erforderlich ist, und sich voneinander weg bewegen, wenn ein Lösen erforderlich ist. Schritt 112 wird ausgeführt, um die binäre Kupplung 50 in einen „Bereitschaftszustand“, ohne Einrückung, einzustellen, so dass später in dem Verfahren 100 ein befohlenes Anlegen oder eine befohlene Einrückung der binären Kupplung 50 sofort bei Anforderung durch den Controller 60 auftritt, d.h. ohne darauf warten zu müssen, dass die binäre Kupplung 50 die Vorsteuerstellung erreicht. Das Verfahren 100 schreitet zu Schritt 114 fort, sobald die binäre Kupplung 50 ausreichend vorgesteuert ist.
Schritt 114 umfasst ein Ermitteln, wieder über den Controller 60, ob die Drehzahl der binären Kupplung 50 unterhalb eines zweiten kalibrierten Schwellenwerts liegt (N₅₀ < CAL 2). Schritte 110 und 114 werden in einer geschlossenen Schleife wiederholt, bis die Drehzahl der binären Kupplung 50 unterhalb eines zweiten kalibrierten Schwellenwerts liegt, d.h. die Drehzahl des binären Knotens oder Knotens 22 in 1, an welchem Punkt das Verfahren 100 zu Schritt 116 fortschreitet.
Während des Regelungsintervalls in Schritt 116 kann der Controller 60 periodisch oder ständig den Druck an der Kupplung 54 über die Kupplungssteuersignale (Pfeil 25) auf eine Weise modulieren, die bewirkt, dass in der Turbinenrad-Drehzahl (Pfeil N₂₁) eine kalibrierte Rampe auftritt. In manchen Ausführungsformen kann der Controller 60 die Beschleunigung des Ausgangselements 23 als eine Variable bei der Erhöhung oder Verringerung der Rate der Turbinenrad-Drehzahl (Pfeil N₂₁) berücksichtigen. D.h. wenn das Ausgangselement 23 zu schnell beschleunigt, was sich in diesem Kontext tatsächlich auf eine negative Beschleunigung/Verzögerung bezieht, kann der Controller 60 weniger Druck an der Kupplung 54 befehlen, um die Turbinenrad-Drehzahl (Pfeil N₂₁) zu erhöhen, und umgekehrt.
Schritt 116 umfasst ein Anlegen der binären Kupplung 50. Wenn die binäre Kupplung 50 zuvor bei Schritt 112 vorgesteuert wurde, tritt Schritt 116 beinahe sofort bei Empfang der Binärkupplungs-Steuersignale (Pfeil 125) durch die binäre Kupplung 50 auf. Schritt 116 führt dazu, dass jegliche Drehmoment haltende Bauteile der binären Kupplung 50, z.B. Zähne einer Klauenkupplung oder Streben einer wählbaren Einwegkupplung, vollständig einrücken, um Drehmoment in der / den erforderlichen Richtung(en) zu halten. Das Verfahren 100 schreitet dann zu Schritt 118 fort.
Schritt 118 umfasst ein Lösen der Hilfskupplungen (REL AC), die in früheren Schritten dazu verwendet werden, den binären Knoten zu verlangsamen. Die Schnelligkeit des Lösens kann das Schaltgefühl beeinflussen. Daher kann in einem optionalen Ansatz der Controller 60 die Hilfskupplungen, hier Kupplungen 54 und 56, gemäß einer kalibrierten Rampenrate lösen. Durch langsames Lösen der Hilfskupplungen kann das Gefühl des Schaltens derart abgestimmt werden, dass es für den Fahrer nicht mehr wahrnehmbar ist. Jedoch kann es bei manchen Konstruktionen erwünscht sein, einen gewissen Grad an Rückkopplung für den Fahrer vorzusehen, wie etwa eine schwaches Ausmaß an Geräusch oder Schaltstoß, um den Fahrer darüber zu informieren, dass das Getriebe 14 sein Schalten abgeschlossen hat. Somit kann Schritt 118 ein sofortiges oder langsames Lösen der Hilfskupplungen umfassen, die verwendet werden, um das Getriebe 14 im Verlaufe der Ausführung des Verfahrens 100 festzusetzen.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein beispielhafter Satz von Fahrzeugparametern 70 gezeigt, um den allgemeinen Effekt des Verfahrens 100 auf den Antriebsstrang des in 1 gezeigten Fahrzeugs 10 weiter zu veranschaulichen. Die Zeit (t) ist auf der horizontalen Achse aufgetragen, und die Signalamplitude (A) ist auf der vertikalen Achse aufgetragen. In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform fährt das Fahrzeug 10 bei t₀ im Rückwärtsgang (R) mit einer relativ hohen Geschwindigkeitsrate, zum Beispiel 5-8 km/h (3-5 MPH).
Bei etwa t₁ bewegt der Fahrer des Fahrzeugs 10 den PRNDL-Hebel 11 in Drive (D), wie es durch Linienzug PRNDL angegeben ist, wodurch ein beispielhaftes Roll-Rangierschalten aus dem Rückwärtsgang in Drive angefordert wird. Das Getriebe 14 schaltet sofort in die Neutralstellung (N) bei t₁ bleibt dort bis t₂, da das Zeitglied, das bei Schritt 104 gestartet wurde, darauf wartet, dass das Fahrzeug 10 auf unterhalb den ersten kalibrierten Geschwindigkeits-Schwellenwert von Schritt 102 verlangsamt. Das Lösen der Kupplung 54(Kupplung C35R) ist erforderlich, um den Rückwärtsgang zu verlassen. Der Abfall des Kupplungsdrucks (Linienzug P_C35R) bei t₁ zeigt das Lösen dieser Hilfskupplung.
Wenn Kupplung 54 gelöst ist, nimmt die Turbinenrad-Drehzahl beginnend bei t₁ zu (Linienzug N₂₁). Das Ausgangselement 23 kann auch an diesem Punkt zu beschleunigen beginnen, wie es über Linienzug α23 gezeigt ist. Bei etwa t₂ fängt der Controller 60 eine Druckmodulation der Kupplung 54 an, wie es durch den ansteigenden Linienzug P_C3SR in Bereich 75 angegeben ist. Der Effekt einer solchen Druckmodulation ist bei der Drehzahl der binären Kupplung 50 gezeigt (Linienzug N₅₀). Bei etwa t₃ beginnt die Drehzahl des binären Knotens abzunehmen, wobei sie schließlich Null oder eine kalibrierte niedrige Drehzahl von nicht Null, wie etwa 30-50 U/min, bei etwa t₄ erreicht. An diesem Punkt überträgt der Controller 60 die Binärkupplungs-Steuerbefehle (Pfeil 125) an die binäre Kupplung 50, um die vorgesteuerte binäre Kupplung 50 anzulegen. Der Controller 60 überträgt auch Kupplungssteuerbefehle (Pfeil 25) an die angelegten oder modulierten Hilfskupplungen, z.B. Kupplungen 54 und 56, um diese Kupplungen vollständig zu lösen, wodurch das Schalten in Drive (D) abgeschlossen ist. Wie oben angemerkt, kann das Lösen sofort erfolgen, was einen gewünschten Schaltstoß oder ein gewünschtes Schaltgefühl auf dem Wege einer Rückkopplung für den Fahrer liefert, oder der Controller 60 kann mit einer kalibrierten Rampenrate programmiert sein, um die Hilfskupplungen über einen Zeitraum allmählich zu lösen und somit den gewünschten Grad an Schaltgefühl zu liefern. Der gleiche Ansatz kann für ein Roll-Rangierschalten aus Drive in den Rückwärtsgang verwendet werden, wie es Fachleute feststellen werden.
Die Verwendung des Controllers 60 und des Verfahrens 100 ermöglicht es, dass jegliche Hilfskupplungen, gewöhnlich die primären und sekundären weggehenden Kupplungen eines gegebenen Getriebes, die Drehzahl der binären Kupplung 50 auf eine Drehzahl von Null oder eine niedrige Drehzahl von nicht Null steuern können. Für ein Hochgeschwindigkeits-Roll-Rangierschalten werden die Hilfskupplungen, Kupplungen 54 und 56, gesteuert um das Getriebe 14 sanft und schnell festzusetzen, wodurch das Ausgangselement 23 gestoppt wird, und genauer jeder Knoten, mit dem die binäre Kupplung 50 verbunden ist, spezifisch verlangsamt oder gestoppt wird. Die durch den Controller 60 vorgesehene Regelung ermöglicht es, dass dies auf eine Weise vorgenommen werden kann, die das Schaltgefühl optimiert, während auch die konstruktive Unversehrtheit der binären Kupplung 50 geschützt wird.

Claims

Fahrzeug (10), umfassend eine Brennkraftmaschine (12), ein Getriebe (14), einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (16) mit einem Flügelrad/Pumpenrad (17) und einem Turbinenrad (19), wobei die Kraftmaschine (12) mit dem Pumpenrad (17) des Drehmomentwandlers (16) verbunden ist und ein Eingangselement (21) des Getriebes (14) mit dem Turbinenrad (19) verbunden ist, wobei das Getriebe (14) umfasst: ein Ausgangselement (23), ein Getriebegehäuse (28), drei Planetenradsätze (20, 30, 40), von denen jeder drei Knoten (22, 24, 26, 32, 34, 36, 42, 44, 46) aufweist; die jeweils eine Sonnenrad, ein Planetenradträger bzw. ein Hohlrad sein können, ein erstes Verbindungselement (33), das den dritten Knoten (26) des ersten Planetenradsatzes (20) direkt und ständig mit dem zweiten Knoten (34) des zweiten Planetenradsatzes (30) verbindet, ein zweites Verbindungselement (133), das den zweiten Knoten (26) des ersten Planetenradsatzes (20) direkt und ständig mit dem ersten Knoten (42) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet, ein drittes Verbindungselement (233), das den ersten Knoten (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) direkt und ständig mit dem zweiten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet, wobei der zweite Knoten (24) des ersten Planetenradsatzes (20) mit dem Ausgangselement (23) verbunden ist, vier Reibkupplungen (52, 54, 56, 58); wobei die erste Reibkupplung (52) das Eingangselement (21) des Getriebes (14) selektiv mit dem zweiten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet, die zweite Reibkupplung (54) das Eingangselement (21) des Getriebes (14) selektiv mit dem dritten Knoten (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet, die dritte Reibkupplung (56), die eine Bremskupplung ist, den dritten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) selektiv mit dem Getriebegehäuse (28) verbindet, und die vierte Reibkupplung (58), die eine Bremskupplung ist, den zweiten Knoten (44) des dritten Planetenradsatzes (40) und den ersten Knoten (32) des zweiten Planetenradsatzes (40) selektiv mit dem Getriebegehäuse (28) verbindet, eine binäre Kupplung (50), die mit einem binären Knoten (22) verbunden ist, wobei der binäre Knoten (22) der erste Knoten (22) des ersten Planetenradsatzes (22) ist; einen Controller (60) in Verbindung mit der binären Kupplung (50) und den vier Reibkupplungen (52, 54, 56, 58), wobei der Controller (60) einen Prozessor (P) und Speicher (M) umfasst, auf dem Anweisungen zum Ausführen eines Roll-Rangierschaltens (RGS) des Getriebes (16) in einen Vorwärtsfahrmodus oder Rückwärtsfahrmodus von oberhalb einer kalibrierten absoluten Schwellengeschwindigkeit (CAL 1) aufgezeichnet sind, wobei die Ausführung der Anweisungen bewirkt, dass der Controller (60): automatisch das angeforderte Roll-Rangierschalten (RGS) detektiert; die dritte Reibkupplung (56) als eine erste Hilfskupplung vollständig anlegt, eine Drehzahl des binären Knotens (22) auf Null oder auf innerhalb eines kalibrierten Bereichs (CAL 2) von Null (N₅₀) über Druckmodulation einer zweiten Hilfskupplung (54) verlangsamt, wobei die zweite Hilfskupplung (54) die zweite Reibkupplung (54) ist; wobei eine Soll-Trajektorie der Eingangs/Turbinenraddrehzahl (N₂₁) erzwungen wird, die binäre Kupplung (50) nur dann anlegt, wenn die Drehzahl des binären Knotens (N₅₀) auf Null oder auf innerhalb des kalibrierten Bereichs von Null (CAL 2) verlangsamt hat; und die Hilfskupplungen (54, 56) nach Anlegen der binären Kupplung (50) löst.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Controller (60) programmiert ist, um die Hilfskupplungen (54, 56) gemäß einem kalibrierten Rampenprofil nach Anlegen der binären Kupplung (50) zu lösen.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Controller (60) programmiert ist, um die Hilfskupplungen (54, 56) nach Anlegen der binären Kupplung (50) sofort zu lösen.
Verfahren (100) zum Ausführen eines angeforderten Roll-Rangierschaltens (RGS) eines Getriebes (14) in einem Fahrzeug (10) nach Anspruch 1 in einen Vorwärtsfahrmodus oder einen Rückwärtsmodus von oberhalb einer kalibrierten absoluten Schwellengeschwindigkeit (CAL 1), wobei das Verfahren umfasst: automatisches Detektieren des angeforderten Roll-Rangierschaltens (RGS) (102); Verlangsamen einer Drehzahl (N₅₀) des binären Knotens (22) des ersten Planetenradsatzes (20) des Getriebes (14) auf Null oder auf innerhalb eines kalibrierten Bereichs von Null (CAL 2) über den Controller (60) durch Einrückung der dritten Reibkupplung (56), die eine Bremskupplung ist als erste Hilfskupplung (108) und unter Verwendung von Druckmodulation der zweiten Reibkupplung (54) als zweite Hilfskupplung, wobei eine Soll-Trajektorie der Eingangs/Turbinenraddrehzahl (N₂₁) erzwungen wird (110, 112, 114); Anlegen der binären Kupplung (50) nur dann, wenn die Drehzahl des binären Knotens (N₅₀) auf Null oder auf innerhalb des kalibrierten Bereichs von Null (CAL 2) verlangsamt hat (116); und Lösen der Hilfskupplungen (54, 56) (REL AC) über Kupplungsbefehle von dem Controller (60) nach Anlegen der binären Kupplung (50) (118).
Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei das Lösen der Hilfskupplungen (54, 56) gemäß einem kalibrierten Rampenprofil auftritt.