DE102019219050A1 - Regelung einer Lastschaltung mit Vorsteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Regelkreis für die Lastschaltung eines Schaltelements (105) eines Getriebes, mit einer Regelstrecke (201), an deren Ende das Schaltelement (105) steht, und mit einer Vorsteuerung (205), die ausgebildet ist, eine Stellgröße (I(t)) mit einem Korrekturwert (kM) zu beaufschlagen. Der Korrekturwert (kM) wird in Abhängigkeit eines Eingangsmoments (M) des Getriebes festgelegt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Regelkreis nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 2. Der Regelkreis und das Verfahren beziehen sich auf die Lastschaltung eines Schaltelements eines Getriebes. Das Schaltelement ist Teil einer Regelstrecke, die von einem Regler gesteuert wird.
• Treten im Verlauf des Lebenszyklusses des Getriebes zu Verschleiß und Alterung der Bauteile und des Öls auf, ändert sich die Schaltcharakteristik. Es kommt zu Regelabweichungen, für die der Regelkreis nicht oder nur unzureichend ausgelegt wurde. Infolgedessen verschlechtert sich die Schaltqualität.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lastschaltung eines Schaltelements zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Regelkreis nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 2. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung.
• Bei dem Schaltelement handelt es sich um das Schaltelement eines Getriebes, vorzugsweise eines Automatgetriebes. Insbesondere kann es sich um ein Getriebe eines Fahrzeugs, etwa eines PKWs oder LKWs handeln. Das Schaltelement dient dazu, Gangstufen des Getriebes zu schalten. Es kann einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand annehmen. Im geschlossenen Zustand überträgt das Schaltelement ein Drehmoment. Dieses ist Teil eines zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Getriebes verlaufenden Drehmomentflusses. Ist das Schaltelement geöffnet, überträgt es kein Drehmoment. Ein- und Ausgang des Schaltelements sind dann relativ zueinander frei verdrehbar.
• Mit Lastschaltung wird eine Änderung der Gangstufe des Getriebes unter Last bezeichnet. Der Eingang des Getriebes wird dabei mit einem Eingangsmoment M beaufschlagt. Während einer Lastschaltung sind das Eingangsmoment M und ein Ausgangsmoment, mit dem der Ausgang beaufschlagt ist, von Null verschieden.
• Lastschaltelemente sind gewöhnlich reibschlüssige Schaltelemente. Entsprechend handelt es sich bei dem oben genannten Schaltelement vorzugsweise um ein reibschlüssiges Schaltelement. Bei reibschlüssigen Schaltelementen wird das Drehmoment zwischen Ein- und Ausgang des Schaltelements per Kraftschluss übertragen.
• Das Schaltelement kann als Kupplung oder als Bremse ausgestaltet sein. Bei einer Kupplung sind Ein- und Ausgang des Schaltelements relativ zu einem Getriebegehäuse drehbar. Eine Bremse zeichnet sich dadurch aus, dass das Getriebegehäuse drehfest mit dem Ein- oder Ausgang des Schaltelements verbunden ist.
• Die Erfindung sieht eine Regelstrecke vor, an deren Ende das Schaltelement steht. Die Regelstrecke weist ein oder mehrere Elemente auf, die der Reihe nach miteinander wirkverbunden sind. Am Ende dieser Reihe steht das Schaltelement.
• Bevorzugt gehören zu der Reihe von miteinander wirkverbundenen Elementen darüber hinaus ein Stromregler, ein elektrohydraulisches Proportionalventil und ein Nachfolgeschieber. Diese sind in der genannten Reihenfolge wirkverbunden. Der Stromregler wirkt also auf das elektrohydraulische Proportionalventil. Dieses wirkt auf den Nachfolgeschieber, der wiederum auf das Schaltelement wirkt. Durch Betätigung des Stromreglers lässt sich somit das Schaltelement öffnen und schließen.
• Geregelt wird das von dem Schaltelement übertragene Drehmoment. Um dieses Drehmoment als Regelgröße zu verwenden, müsste das Getriebe allerdings mit aufwendiger Drehmomentsensorik versehen werden. Bevorzugt ist daher eine Ist-Differenzdrehzahl Δ_n(t) die Regelgröße. Dies impliziert eine entsprechende Soll-Differenzdrehzahl ${\Delta }_n^{!}\left(t\right)$

  

  als Führungsgröße.
• Die Differenzdrehzahl bezieht sich auf das Schaltelement. Es handelt sich also um eine Differenz zwischen einer Drehzahl des Eingangs und einer Drehzahl des Ausgangs des Schaltelements.
• Die Drehzahlen des Eingangs und des Ausgangs des Schaltelements werden jeweils von geeigneten Sensoren gemessen. Aus den Messgrößen errechnet sich die Differenzdrehzahl. Über eine Veränderung der Differenzdrehzahl kann unter Berücksichtigung der Massenträgheitsmomente des Antriebsstrangs das von dem Schaltelement übertragene Drehmoment berechnet werden. Umgekehrt lässt sich ausgehend von einem Soll-Wert des von der Kupplung übertragenen Drehmoments die Soll-Differenzdrehzahl berechnen.
• Ein Regler des Regelkreises ermittelt aus der Regeldifferenz, das heißt aus einer Differenz zwischen der Regelgröße und der Führungsgröße, eine Stellgröße I(t). Bei der Stellgröße I(t) handelt es sich vorzugsweise um eine Stromstärke.
• Um die notwendige Beeinflussung der Regelstrecke durch den Regler zu minimieren und so die Regelgüte zu verbessern, wird die Stellgröße I(t) von einer Vorsteuerung mit einem Korrekturwert k_M beaufschlagt. Im Einzelnen wird die von dem Regler ausgegebene Stellgröße I(t) um den Korrekturwert k_M vermindert und and die Regelstrecke als Eingangsgröße weitergeleitet. Als Eingangsgröße der Regelstrecke dient also die Differenz aus der von dem Regler ausgegebenen Stellgröße I(t) und dem Korrekturwert k_M.
• Erfindungsgemäß wird der Korrekturwert k_M in Abhängigkeit des Eingangsmoments M des Getriebes festgelegt. Dies bedeutet, dass es mindestens zwei voneinander verschiedene Eingangsmomente M₁ und M₂ gibt, die für jede Führungsgröße zu unterschiedlichen Korrekturwerten k_M1 und k_M1 führen. Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung des Eingangsmoments bei der Festlegung des Korrekturwerts k_M verbessert sich die Güte der Vorsteuerung.
• Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sehen mehrere Lastklassen KL₁ ... KL_n vor. Eine Lastklasse ist ein Ordnungskriterium, das der Zuordnung von Korrekturwerten zu Eingangsmomenten dient.
• Um die Zuordnung eines Korrekturwerts zu einem Eingangsmoment zu bewerkstelligen, wird eine Lastklasse KL_i(M) als Funktion des Eingangsmoments M ausgewählt. Jeder Lastklasse KL_i wird also ein Intervall]M_i-1,M_i] von Eingangsmomenten zugeordnet. M_n ist dabei das maximale Eingangsmoment des Getriebes. Eine Lastklasse KL_i wird ausgewählt, wenn das Eingangsmoment M in dem Intervall]M_i-1, M_i] liegt, dass der Lastklasse KL_i zugeordnet wurde, d.h. wenn gilt: M ∈ ]M_i-1, M_i].
• Jeder Lastklasse (KL_i) ein Korrekturwert (k_i) zugeordnet. Weiterbildungsgemäß wird die Stellgröße I(t) mit dem Korrekturwert k_i(M) beaufschlagt, welcher der ausgewählten Lastklasse KL_i(M) zugeordnet ist. Eine derartige Bestimmung des Korrekturwerts gestaltet sich besonders einfach und stellt daher nur geringe Anforderungen an ein Steuergerät, welches das Verfahren implementiert.
• Bei oben beschriebener Weiterbildung kann es zu Sprüngen in der Vorsteuerung kommen. Um dies zu verhindern, wird der Korrekturwert in einer ebenso bevorzugten Weiterbildung durch Interpolation ermittelt. Die Stellgröße I(t) wird weiterbildungsgemäß mit einem Korrekturwert beaufschlagt, der eine Funktion k(M) des Eingangsmoments M ist. Vorzugsweise ist die Funktion k(M) stetig. Die Funktion k(M) erhält man durch Interpolation der den einzelnen Lastklassen KL₁, ..., KL_n zugeordneten Korrekturwerte k₁, ..., k_n. Die den Lastklassen (KL₁, ..., KL_n) zugeordneten Eingangsmomente (M₁, ..., M_n) bilden dabei Stützstellen und die den Lastklassen (KL₁, ..., KL_n) zugeordneten Korrekturwerte (k₁, ...,k_n) die zugehörigen Stütztwerte der Funktion (k(M)). Für jede Lastklasse KL_i bildet das der Lastklasse KL_i zugeordnete Eingangsmoment M_i eine Stützstelle der Funktion k(M). Den zugehörigen Stützwert bildet der Korrekturwert k_i. Es gilt also: k(M_i) = k_i.
• In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Korrekturwert k(M) in Abhängigkeit des Verlaufs der Stellgröße I(t) revidiert. Dies impliziert, dass die Stellgröße I(t) während mindestens eines Teils der Lastschaltung erfasst und ausgewertet wird. Ergebnis der Auswertung der Stellgröße I(t) ist ein Maß für die Regelgüte.
• Der Korrekturwert k(M) wird in Abhängigkeit dieses Gütemaßes revidiert. Bei den Weiterbildungen mit Lastklassen KL₁, ..., KL_n, die als Funktion des Eingangsmoments M ausgewählt werden, und denen jeweils ein Korrekturwert k_i zugeordnet ist, wird der der ausgewählten Lastklasse KL_i(M) zugeordnete Korrekturwert k_i in Abhängigkeit des Verlaufs der Stellgröße I(t) revidiert.
• In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Korrekturwert k(M) in Abhängigkeit eines Integrals ${\displaystyle \int {}_{t_0}^{t_1}I\left(t\right)dt}$

  

  der Stellgröße I(t) über die Zeit t revidiert. Insbesondere eignet sich das Integral ${\displaystyle \int {}_{t_0}^{t_1}I\left(t\right)dt}$

  

  als Gütemaß. Die Weiterbildung ist von Vorteil, da das Integral ${\displaystyle \int {}_{t_0}^{t_1}I\left(t\right)}dt$

  

  widerspiegelt, wie stark über die Stellgröße I(t) die Regelstrecke beeinflusst werden muss, um der Führungsgröße zu entsprechen.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
• 1 einen Ausschnitt aus einem Hydraulikschema; und
• 2 einen Regelkreis.
• Das in 1 dargestellte Schema zeigt die hydraulische Verschaltung eines Proportionalventils 101, eines Nachfolgeschiebers 103 und einem Schaltelement 105. Das Schaltelement 105 ist lastschaltbar. Ein lastschaltbares Schaltelement erlaubt Gangschaltungen ohne Zugkraftunterbrechung.
• Das Proportionalventil 101 wird über einen elektrischen Aktuator 107 angesteuert. An dem Proportionalventil 101 liegt ein Druckregeldruck 109 an. Dieser kann beispielsweise 9 Bar betragen. In Abhängigkeit von der Stellung des Aktuators 107 leitet das Proportionalventil 101 den Druckregeldruck 109 als Steuerdruck 111 weiter an den Nachfolgeschieber 103.
• Der Aktuator 107 wird über einen Stellstrom gesteuert. Die Stellung des Aktuators 107 und damit der Steuerdruck 111 ist von dem Stellstrom abhängig.
• An dem Nachfolgeschieber 103 liegt ein Arbeitsdruck 113 an, der beispielsweise 20 Bar betragen kann. Der Arbeitsdruck 113 ist größer als der Druckregeldruck 109. In Abhängigkeit von dem Steuerdruck 111 leitet der Nachfolgeschieber 103 den Arbeitsdruck 113 als Betätigungsdruck 115 weiter an das Schaltelement 105. Zwisehen der Höhe des Steuerdrucks 111 und der Höhe des Betätigungsdrucks 115 besteht dabei ein linearer Zusammenhang.
• Die in 1 dargestellten Komponenten bilden eine Regelstrecke 201 eines in 2 dargestellten Regelkreises. Eine Stromstärke I(t) wird von einem Regler 203 als Stellgröße vorgegeben.
• Der Regelkreis weist darüber hinaus eine Vorsteuerung 205 auf. Ein von der Vorsteuerung 205 vorgegebener Korrekturwert k(M) wird von der Stellgröße I(t) in Abzug gebracht. Die um den Korrekturwert k(M) verminderten Stellgröße I(t) dient als Stellstrom, mit dem der Aktuator 107 beaufschlagt wird.
• Regelgröße ist eine Ist-Differenzdrehzahl Δ_n(t) zwischen Ein- und Ausgang des Schaltelements 105. Eine entsprechende Soll-Differenzdrehzahl ${\Delta }_n^{!}\left(t\right)$

  

  wird als Führungsgröße vorgegeben.
• Bezugszeichenliste

Δn(t)

Ist- Differenzdrehzahl

Soll-Differenzdrehzahl

I(t)

Stromstärke

k(M)

Korrekturwert

101

Proportionalventil

103

Nachfolgeschieber

105

Schaltelement

107

Aktuator

109

Druckregeldruck

111

Steuerdruck

113

Arbeitsdruck

115

Betätigungsdruck

201

Regelstrecke

203

Regler

205

Vorsteuerung

Claims (6)

1. Regelkreis für die Lastschaltung eines Schaltelements (105) eines Getriebes, mit einer Regelstrecke (201), an deren Ende das Schaltelement (105) steht, und mit einer Vorsteuerung (205), die ausgebildet ist, eine Stellgröße (I(t)) mit einem Korrekturwert (k_M) zu beaufschlagen; dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (k_M) in Abhängigkeit eines Eingangsmoments (M) des Getriebes festgelegt wird.
2. Verfahren zur Regelung einer Lastschaltung eines Schaltelements (105) eines Getriebes, wobei das Schaltelement (105) am Ende einer Regelstrecke (201) steht; wobei eine Stellgröße (I(t)) mittels einer Vorsteuerung (205) mit einem Korrekturwert (k_M) beaufschlagt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (k_M) in Abhängigkeit eines Eingangsmoments (M) des Getriebes festgelegt wird.
3. Regelkreis nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2; gekennzeichnet durch mehrere Lastklassen (KL₁ ... KL_n); wobei eine Lastklasse (KL_i(M)) als Funktion des Eingangsmoments (M) ausgewählt wird; wobei jeder Lastklasse (KL_i) ein Korrekturwert (k_i) zugeordnet ist; und wobei die Stellgröße (I(t)) mit dem der ausgewählten Lastklasse KL_i(M) zugeordneten Korrekturwert (k_i(M)) beaufschlagt wird.
4. Regelkreis nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2; gekennzeichnet durch mehrere Lastklassen (KL₁ ... KL_n); wobei eine Lastklasse (KL_i(M)) als Funktion des Eingangsmoments (M) ausgewählt wird; wobei jeder Lastklasse (KL_i) ein Korrekturwert (k_i) und ein Eingangsmoment (M_L) zugeordnet ist; wobei die Stellgröße (I(t)) mit einem Korrekturwert (k(M)) beaufschlagt wird, der eine Funktion des Eingangsmoments (M) ist; und wobei die den Lastklassen (KL₁, ..., KL_n) zugeordneten Eingangsmomente (M₁, ... , M_n) Stützstellen und die den Lastklassen (KL₁, ..., KL_n) zugeordneten Korrekturwerte (k₁, ...,k_n) die zugehörigen Stützwerte der Funktion (k(M)) bilden.
5. Regelkreis nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (k(M)) in Abhängigkeit des Verlaufs der Stellgröße (I(t)) revidiert wird.
6. Regelkreis oder Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass dass der Korrekturwert (k(M)) in Abhängigkeit eines Integrals $\left({\displaystyle \int {}_{t_0}^{t_1}I\left(t\right)dt}\right)$

   

   der Stellgröße (I(t)) über die Zeit revidiert wird.

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