DE10218919A1

DE10218919A1 - Verfahren zum Anfahren bei einem Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, das ein Fanfahrschaltelement umfasst

Info

Publication number: DE10218919A1
Application number: DE2002118919
Authority: DE
Inventors: Peter Schiele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-04-27
Filing date: 2002-04-27
Publication date: 2003-11-06

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zum Anfahren für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, das ein Anfahrschaltelement umfasst, wird die anfallende Verlustleistung bzw. Reibarbeit während des Anfahrvorganges auf das Anfahrschaltelement und ein hydraulisches Element aufgeteilt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren bei einem Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, das ein Anfahrschaltelement umfasst, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Nach dem Stand der Technik wird bei Getrieben mit trockenen oder nasslaufenden Anfahrschaltelementen zur Drehschwingungsentkopplung zwischen Motor und Getriebe ein dämpfendes Element, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad eingesetzt. Der Einsatz eines derartigen dämpfenden Elementes resultiert jedoch in erheblichen rotatorischen Trägheitsmomenten und erhöht das Baugewicht.

Alternativ oder zusätzlich zu dieser Maßnahme kann mit Dauerschlupf mit einer im Kraftschluss beteiligten Kupplung gefahren werden, was aber in einer erhöhten Verlustleistung und somit in einem schlechten Wirkungsgrad resultiert.

Des weiteren ist diese Lösung mit hohem Aufwand für die Steuerung für alle Last- und Lastwechselzustände verbunden. Zudem sind die Kupplungen bei Anfahrvorgängen an Steigungen, insbesondere mit Anhänger, thermisch sehr stark belastet, was dazu führt, dass die Kupplungen auf die maximal auftretende Belastung entsprechend einem Belastungskollektiv ausgelegt werden müssen.

Insbesondere bei nasslaufenden Lamellenanfahrkupplungen muss ein entsprechend großer Ölvolumenstrom zur Kühlung der Kupplung zur Verfügung gestellt werden, um die dabei entstehende Wärme abzuführen. Dieser Ölvolumenstrom muß über eine Pumpe bereitgestellt werden, welche eine Verlustquelle darstellt und wirkt sich auf den Wirkungsgrad des Getriebes negativ aus, speziell weil der Kühlölstrom wiederum auf die thermische Maximalbelastung ausgelegt werden muss, obwohl die Reibarbeitsbelastung der Kupplung bei Teillastanfahrten in der Ebene wesentlich geringere Kühlölströme zulassen würde.

Das Kühlöl kann zudem dadurch in der Kupplung sehr hohen Spitzentemperaturen ausgesetzt werden. Dies kann zu einer vorzeitigen thermischen Alterung des Kühlöls führen, wodurch nicht mehr sichergestellt werden kann, dass das Getriebeöl das Kriterium für eine gewünschte "Lifetime"- Füllung erfüllt. Außerdem entstehen für den Endkunden durch einen eventuell notwendigen Ölwechsel zusätzliche Kosten und die Umwelt wird belastet. Es sei hier betont, dass - aus den genannten Gründen - Getriebe mit nassen Anfahrkupplungen keine "Lifetime"-Füllungen besitzen.

Einen weiterer Nachteil derzeitiger, elektronisch angesteuerter Anfahrkupplungssysteme besteht darin, dass keine Anfahrmöglichkeit gegeben ist, wenn sich das Getriebe in einem Notprogramm befindet, da eine Ansteuerung der Kupplung nicht mehr möglich ist. Dies führt unweigerlich zu einem "Liegenbleiben" des Fahrzeugs, was in bestimmten Situationen nicht nur unangenehm, sondern auch gefährlich sein kann. Eine hydraulische Ansteuerung für den Notfall verursacht einen erheblichen Bauaufwand und Kosten.

Nach dem Stand der Technik wird bei den derzeitigen Anfahrkupplungssystemen die Sollwertführung beim Anfahrvorgang über eine Differenzdrehzahlregelung oder eine Motordrehzahlregelung umgesetzt. Ebenfalls sind Systeme über Momentenregelung darstellbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anfahren bei einem Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, das ein Anfahrschaltelement umfasst, anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Insbesondere soll die thermische Belastung des Anfahrschaltelements reduziert bzw. auf zwei Elemente aufgeteilt werden und ein Liegenbleiben des Fahrzeugs bei Wiederanfahrt in den meisten Notsituationen weitgehend vermieden werden. Zudem sollen insbesondere bei Getrieben mit nasslaufenden Anfahrkupplungen die Kriterien für "Lifetime" Füllungen erfüllt und der Anfahrkomfort sichergestellt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Varianten und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird vorgeschlagen, die anfallende Verlustleistung bzw. Reibarbeit während des Anfahrvorganges auf das Anfahrschaltelement und ein hydraulisches Element aufzuteilen.

Hierbei kann gemäß der Erfindung die Verlustleistungsaufteilung entsprechend dem optimalen Wirkungspunkt des hydraulischen Elements gestaltet werden; als hydraulisches Element kann vorteilhafterweise ein Föttinger-Anfahrelement, insbesondere ein Föttinger-Wandler bzw. eine Föttinger-Kupplung eingesetzt werden, Die Kennung des hydraulischen Elementes kann unabhängig vom Anfahrvorgang gewählt werden, da dieser hauptsächlich mittels des Anfahrschaltelementes stattfindet. Die Kennungsauswahl betrifft den wesentlichen Freiheitsgrad, die Fahrbarkeit (z. B. "harte Kennung"), die sich frei bestimmen lässt, da sie nicht auf das Anfahrverhalten ausgelegt werden muß.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Notanfahrfähigkeit eines Getriebes mit Anfahrschaltelement ohne zusätzlichen Steuerungsaufwand ermöglicht werden.

Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Verfahrens betrifft die Realisierung der Drehschwingungsentkopplung ohne zusätzliche Triebstrangmassen, da die Kombination aus Anfahrschaltelement und hydraulischem Element eine Drehschwingungsentkopplung über Schlupf im hydraulischen Element oder im Reibaufnahmeelement gewährleistet oder eine Verbindung von beidem.

Außerdem wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung der Komfort und die Sicherheit eines mit einem Anfahrschaltelement versehenen Getriebes erheblich gesteigert. Reibschwingungen im Reibanfahrelement werden durch das hydraulische Element bedämpft.

Ferner kann die Dimensionierung des Anfahrschaltelementes kleiner ausfallen, da sich die auftretende Verlustleistung/-arbeit erfindungsgemäß aufteilt und die maximalen Belastungen, wie sie beispielsweise bei Anfahrten am Berg entstehen, durch das hydraulische Element weitgehend aufgefangen werden. Dies erfolgt ohne eine Ölschädigung bei dem hydraulischen Element, da es die Wärme kurzzeitig viel besser über dessen Ölinhalt aufnehmen, also puffern, kann. Dies hat auch zur Folge, dass der Kühlölvolumenstrom insbesondere bei einer nasslaufenden Lamellenanfahrkupplung reduziert werden kann, wodurch der Getriebewirkungsgrad verbessert werden kann. In diesem Zusammenhang kann die Ölpumpe, aufgrund des geringeren Kühlölvolumenstrombedarfs kleiner dimensioniert werden. Aufgrund der geringeren Belastung des Kühlöls wird eine "Lifetime"-Füllung ermöglicht.

Der Bauraumbedarf kann zusätzlich durch das Entfallen der Triebstrangmassen (z. B. Zweimassenschwungrad) zur Drehschwingungsentkopplung sowie durch das Entfallen des Leitrades, für den Fall, dass eine Föttingerkupplung als hydraulisches Element eingesetzt wird, reduziert werden.

Das Lastwechselverhalten des Getriebes wird zudem ohne aufwendige Maßnahmen bezüglich der Steuerung durch den Einsatz des hydraulischen Elementes selbst bei geschlossenem oder leicht schlupfendem Anfahrschaltelement sehr positiv beeinflusst, da das hydraulische Element bauarttypisch Dämpfung von Schwingungen im Triebstrang bewirkt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Drehzahl-Zeit-Diagramm, das den Verlauf der Motordrehzahl, der Differenzdrehzahl im Anfahrschaltelement, der Abtriebsdrehzahl und des Verhältnisses von Abtriebsdrehzahl zur Antriebsdrehzahl nue während des Anfahrvorganges zeigt und
Fig. 2 einen typischen Wirkungsgradverlauf eines hydraulischen Elementes als Funktion von nue.
Gemäß der Erfindung wird zum Anfahren die Anfahrkupplung bzw. die Anfahrbremse, beispielsweise eine trockene Reibkupplung oder eine nasslaufende Lamellenkupplung in integrierter oder externer Bauweise in Verbindung mit einem hydraulischen Element, beispielsweise mit einem Föttinger- Anfahrelement, eingesetzt. Hierbei ist vorgesehen, dass das Anfahrschaltelement und das hydraulische Element in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden können.
Um den Bauraumbedarf zu reduzieren, ist der Einsatz einer Föttingerkupplung besonders vorteilhaft, da der erforderliche Bauraum für ein Leitrad eingespart werden kann.
Die Kennung des hydraulischen Elements kann so hart ausgelegt werden, dass auf eine Überbrückung des hydraulischen Elements, je nach Anwendung, verzichtet werden kann.
Die Sollwertführung wird vorteilhafterweise der Kennung und dem Wirkungsgrad des hydraulischen Elements entsprechend realisiert. Über die in Reihe oder parallel geschalteten Elemente Anfahrschaltelement und hydraulisches Element erfolgt mittels der Steuerungsstrategie eine Aufteilung der anfallenden Verlustleistung bzw. Reibarbeit während des Anfahrvorgangs auf die Kupplung und das hydraulische Element.
Ein typischer Anfahrvorgang gemäß der Erfindung ist Gegenstand der Fig. 1. Gezeigt ist als Kurve A der Verlauf der Abtriebsdrehzahl, der bis zum Schließen des Anfahrschaltelementes eine stetige Steigung aufweist. Dahingegen wird während der Anfahrphase die Differenzdrehzahl B im Anfahrschaltelement so gesteuert, dass sich im hydraulischen Element ein definiertes nue einstellt, da in diesem Betriebspunkt der Wirkungsgrad des hydraulischen Elements noch auf hohem Niveau liegt, beispielsweise auf einem Wert von 0,85 (Kurve D). Dabei ist nue = n_ab.i_gang/n_mot mit n_mot = Motordrehzahl, n_ab = Abtriebsdrehzahl und i_gang = Übersetzung. Die Abtriebsdrehzahl ist die Turbinendrehzahl des hydraulischen Anfahrelements und die Antriebsdrehzahl die Pumpendrehzahl des hydraulischen Anfahrelements. Die Differenzdrehzahl im Anfahrschaltelement wird über eine Soll-Differenzdrehzahlführung derart gestaltet, dass sich im hydraulischen Element ein definierter Soll- Schlupf nue einstellt, bis mit der Kupplung Synchron erreicht ist, wohingegen die Motordrehzahl während des Synchronisierens stetig erhöht wird.
In der Fig. 2 wird ersichtlich, warum die Sollwertführungsstrategie als Funktion des optimalen Wirkungsgrad von nue 1 bis ≍ 0,85 des hydraulischen Elements anzustreben ist. Die gestrichelte Kurve F zeigt den typischen Verlauf des Wirkungsgrades des hydraulischen Elementes als Funktion von nue. Die durchgezogene Kurve G stellt den Verlauf des Pumpenaufnahmemomentes des hydraulischen Elementes bei einer Motordrehzahl von 2000 Umdrehungen pro Minute. Gemäß der Erfindung wird über die Sollwertvorgabe für die Regelung des Anfahrschaltelementes versucht, im Bereich des optimalen Wirkungsgrades des hydraulischen Elementes zu bleiben; im dargestellten Beispiel nimmt nue Werte im Intervall zwischen 1 und 0,85 an. Der entsprechende Anfahrbereich ist mit E bezeichnet.
Wenn eine Übertemperatur bei dem Anfahrschaltelement, beispielsweise mittels eines Sensors registriert wird oder aus einem Temperaturmodell berechnet wird, dann wird das Anfahrschaltelement durch eine veränderte Schließstrategie (kürzere Schleifzeit bzw. Motormomentenreduzierung) entlastet und die Reibleistung bzw. -arbeit ganz oder teilweise vom hydraulischen Element aufgenommen.
Für den Fall eines Getriebenotlaufs wird die reguläre Reibanfahrkupplung geschlossen bzw. geschlossen gehalten. Die Notanfahrfähigkeit wird erfindungsgemäß über das hydraulische Element realisiert. Je nach Kennungsauswahl beim hydraulischen Element kann es von Vorteil sein, dieses im Notlauf in einer Teilbefüllung zu betreiben, um so die Kennung weicher zu gestalten, damit der Motor im Leerlauf nicht zu stark belastet wird.
Im normalen Fahrbetrieb kann zudem eine Absolutdruckveränderung im hydraulischen Element zur Versteifung der Kennung eingesetzt werden, um somit auf eine Überbrückungskupplung verzichten zu können.
Das hier vorgestellte Verfahren kann bei nahezu jedem Getriebetyp angewandt werden, beispielsweise bei Handschaltgetrieben, automatisierten Handschaltgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben, stufenlosen Getrieben und Stufenautomatgetrieben. Bezugszeichen A Verlauf der Abtriebsdrehzahl
B Verlauf der Differenzdrehzahl im Anfahrschaltelement
C Verlauf der Motordrehzahl
D Verlauf von nue
E Anfahrbereich
F Verlauf des Wirkungsgrades des hydraulischen Elementes
G Verlauf des Pumpenaufnahmemomentes des hydraulischen Elementes
n_mot Motordrehzahl
n_ab Abtriebsdrehzahl
i_gang Übersetzung
nue n_ab.i_gang/n_mot

Claims

1. Verfahren zum Anfahren bei einem Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, das ein Anfahrschaltelement umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die anfallende Verlustleistung während des Anfahrvorganges auf das Anfahrschaltelement und ein hydraulisches Element aufgeteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Verlustleistung bzw. Reibarbeit entsprechend dem optimalen Wirkungsgradbereich des hydraulischen Elements gestaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Übertemperatur bei dem Anfahrschaltelement registriert oder aus einem Modell berechnet wird, das Anfahrschaltelement durch eine veränderte Schließstrategie entlastet und die Verlustleistung zumindest teilweise vom hydraulischen Element aufgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall eines Getriebenotlaufs das Anfahrschaltelement geschlossen wird oder geschlossen gehalten wird und dass das Anfahren mittels des hydraulischen Elementes erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Kennung des hydraulischen Elements, dieses in einem teilbefüllten betrieben wird, um die Kennung weicher zu gestalten.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulisches Element ein Föttinger-Wandler oder eine Föttinger- Kupplung eingesetzt wird, wobei die Kennung des hydraulischen Elementes unabhängig vom Anfahrvorgang wählbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Element zusätzlich als Drehschwingungsentkopplungselement eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anfahrschaltelement eine trockene Reibkupplung oder eine nasslaufende Lamellenkupplung in integrierter oder externer Bauweise eingesetzt wird, wobei das Anfahrschaltelement und das hydraulische Element in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden.