Aus
der
DE 196 52 244
A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung mit einem Stellglied
und einer Steuereinheit zum Betätigen
einer Drehmomentübertragungseinheit
bekannt. Das Stellglied besitzt einen Antriebsmotor, der über ein
Getriebe sowie über
einen Stößel auf
einen Geberzylinder wirkt, wobei die Bewegung des Stößels über einen
Wegsensor erfassbar ist.
Der
Geberzylinder ist über
eine Hydraulikleitung mit einem Nehmerzylinder verbunden. Der Nehmerzylinder
ist mit einem Ausrücklager
wirkverbunden, mit dem die Reibkupplung betätigbar ist.
Um
Verschleiß,
Toleranzen und andere Abweichungen oder Veränderungen auszugleichen, wird
eine so genannte Greifpunktadaption durchgeführt, wobei der Greifpunkt durch
einen Zeitpunkt beginnender Drehmomentübertragung während des Schließvorgangs
gegeben ist. Die Greifpunktadaption wird als ein Verfahren beschrieben,
bei welchem eine softwareseitig abgespeicherte bzw. benutzte Kupplungskennlinie
der physikalisch vorherrschenden Kupplungskennlinie angepasst oder
angenähert wird.
Dabei
wird im Leerlauf einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei eingelegtem
Gang und betätigter
Bremse, bzw. in einem Betriebszustand, bei welchem eine geringe Änderung
des übertragbaren Kupplungsmoments
zu keiner Änderung
des Fahrzustands führt
(vgl. insbesondere
DE
196 52 244 A1 Spalte 18, Zeile 33 ff), die Kupplung langsam
geschlossen. Ausgehend von der Erkenntnis, dass eine Erhöhung des
Kupplungsmoments eine im Wesentlichen betragsgleiche Erhöhung des
Motormoments hervorruft (vgl. insbesondere
DE 196 52 244 A1 Spalte
17, Zeile 34 ff), kann ausgehend von einem erfassten Motormoment
auf ein vorliegendes Kupplungsmoment geschlossen werden. Steigt
das Motormoment bei einem dem abgespeicherten Greifpunkt zugeordneten
Kupplungsweg um einen Betrag an, beispielsweise um 9 Nm, der einem
Kupplungsmoment im Greifpunkt zugeordnet ist, ist der Greifpunkt
korrekt eingestellt bzw. korrekt abgespeichert. Ist dies nicht der
Fall, wird der Greifpunkt für
einen nächsten Schließvorgang
der Kupplung adaptiert.
Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
bereitzustellen, mittels derer ein beschleunigter Schließvorgang
einer Drehmomentübertragungseinheit
von einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung ohne zumindest wesentliche
Komforteinbußen
erreichbar ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betätigen einer Drehmomentübertragungseinheit,
insbesondere einer Reibschlusseinheit in einem zumindest teilweise
automatisierten Getriebe eines Kraftfahrzeugs, die ein Stellglied
und eine Einheit aufweist, mittels derer ein Kraftfluss über die
Drehmomentübertragungseinheit
kontrollierbar ist.
Es
wird vorgeschlagen, dass die Einheit das Stellglied bei einem Schließvorgang
der Drehmomentübertragungseinheit
von einer offenen Stellung mindestens bis zu einem Greifpunkt der
Drehmomentübertragungseinheit
in einem durch erhöhte
Geschwindigkeit und/oder erhöhten
Druck charakterisierten ersten Modus betätigt und die Einheit das Stellglied
in einem von zumindest einer beim Schließvorgang sensierten Kenngröße abhängigen Zeitpunkt
in einen Folgemodus schaltet. Betriebsbedingte temporäre und dauerhafte
Störgrößen und Schwankungen,
und zwar insbesondere durch unterschiedliche Temperaturwerte in
der Drehmomentübertragungseinheit
sowie durch einen Verschleiß innerhalb
der Drehmomementübertragungseinheit
bedingte Änderungen
des Greifpunkts, können
einfach und sicher ausgeglichen und es kann das Stellglied in dem
durch erhöhte
Geschwindigkeit und/oder erhöhten
Druck charakterisierten ersten Modus betätigt werden. Der Schließvorgang
kann konstruktiv einfach beschleunigt und Komforteinbußen können zumindest
weitgehend vermieden werden. Aufwendige Temperaturmodelle können vermieden
werden. Zudem können
einfach Rückschlüsse auf
einen Zustand der Drehmomentübertragungseinheit
gezogen werden. Der Zustand der Drehmomentübertragungseinheit zum Zeitpunkt
des Schaltvorgangs kann berücksichtigt
werden und ein Rückgriff
auf Daten, die in früheren
Schaltvorgängen
oder Testläufen
ermittelt wurden, kann vermieden werden.
Dabei
soll unter offener Stellung eine Stellung verstanden werden, bei
der im Wesentlichen keine Kraft bzw. kein Moment über die
Drehmomentübertragungseinheit übertragen
wird. Unter Greifpunkt soll ein Zeitpunkt beginnender, wesentlicher Drehmomentenübertragung
verstanden werden, und zwar insbesondere ein Zeitpunkt, an dem Reibflächen der
als Reibschlusseinheit ausgeführten
Drehmomentübertragungseinheit
erstmals in Kontakt gebracht werden. Unter geschlossener Stellung
soll eine Stellung verstanden werden, bei der innerhalb der Drehmomentübertragungseinheit
im Wesentlichen kein Schlupf vorliegt.
Die
erfindungsgemäße Lösung ist
zur Betätigung
vieler Arten von Drehmomentübertragungseinheiten
grundsätzlich
sinnvoll einsetzbar. Beispielsweise kann bei der Ausgestaltung der
Drehmomentübertragungseinheit
als Bremse vorteilhaft eine schnelle, präzise und reproduzierbare Reaktion
auf Steuersignale eines Kraftfahrzeugführers erreicht werden. In einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass über die
Einheit mittels der Drehmomentübertragungseinheit
das automatisierte Getriebe von einer Neutralstellung in eine Fahrstellung überführbar bzw.
ein Einschaltvorgang eines Automatikgetriebes durchführbar ist.
Bei derartigen Schaltvorgängen
kann das Stellglied besonders lange im ersten Modus betätigt werden,
wodurch sich besonders große
Zeiteinsparpotentiale ergeben.
Ist
das Stellglied hydraulisch ausgeführt, kann es besonders vorteilhaft
in ein automatisiertes Getriebe integriert werden. Grundsätzlich sind
jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Stellglieder
denkbar, wie beispielsweise elektrische oder elektromagnetische
Stellglieder usw.
Hydraulische
Stellglieder können
während einer
Füllphase
in dem hier insbesondere durch hohen Druck und hohe Schließgeschwindigkeit
gekennzeichneten ersten Modus betrieben werden. Durch eine Vergrößerung einer
Druckkammer und vermittelt durch einen Kolben können Reibflächen der als Drehmomentübertragungseinheit
schnell zusammengeführt,
an einem Greifpunkt in Kontakt gebracht und anschließend aufeinandergepresst
werden. Die Füllphase
und ein durch eine unterkritische Kraft- bzw. Drehmomentübertragung
gekennzeichneter Teil einer auf die Füllphase folgenden Zuschaltphase können zusammen
eine Phase hohen Drucks bilden. Durch ein Beobachten der Kenngröße und durch
ein rechtzeitiges Ausschalten des ersten Modus kann sichergestellt
werden, dass zu keinem Zeitpunkt unerwünschte Beschleunigungswerte
auftreten.
Ist
die sensierte Kenngröße zumindest
im Wesentlichen durch eine von einer Drehzahldifferenz innerhalb
der Drehmomentübertragungseinheit
abhängigen
Größe bestimmt,
kann dieselbe besonders einfach und exakt ermittelt werden. Ferner
verändert sich
die Kenngröße unmittelbar
mit einer sich verändernden
Momentenübertragung über die
Drehmomentübertragungseinheit.
Schaltet
die Einheit das Stellglied in den Folgemodus, sobald eine zumindest
im Wesentlichen durch den Betrag der Drehzahldifferenz bestimmte Kenngröße kleiner
als ein vorgegebener Anteil eines maximal sensierten Wertes ist,
den diese Kenngröße in der
seit Beginn des Schließvorgangs
verstrichenen Zeitspanne angenommen hat, können durch die Wahl des Betrags
als Kenngröße sowohl
positive als auch negative Drehzahldifferenzen einheitlich behandelt
werden. Ferner kann insbesondere durch die Bezugnahme auf ein Maximum
trotz Schwankungen der Drehzahldifferenz und insbesondere auch bei Öffnungs-
und Schließvorgängen in
schneller Folge vorteilhaft ein schneller, komfortabler und zumindest weitgehend
reproduzierbarer Schließvorgang
erreicht werden.
In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kenngröße zumindest im Wesentlichen
proportional zum Betrag der Drehzahldifferenz, und der Anteil am maximalen
Wert, bei dem in den Folgemodus geschaltet wird, liegt zwischen
70% und 95%. Einerseits kann dadurch gewährleistet werden, dass ein Betrieb
im ersten Modus nach möglichst
langer Zeit abgebrochen werden kann, ohne dass dabei Komforteinbußen entstehen,
andererseits kann vorteilhaft vermieden werden, dass zufällige Schwankungen
in der Drehzahldifferenz zu einem frühzeitigen Umschalten in den
Folgemodus führen.
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
der Folgemodus ein Haltemodus ist, wenn der sensierte Wert der Kenngröße kleiner
als ein vorgegebener Wert ist. Liegen kleine Drehzahldifferenzen
vor, kann vom ersten Modus ohne Komforteinbußen unmittelbar in einen Haltemodus
geschaltet werden, der durch vollständige Momentenübertragung
und verschwindende Drehzahldifferenz gekennzeichnet ist, und der
Schaltvorgang kann in diesen Fällen
vorteilhaft verkürzt
werden.
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
es sich bei der Drehmomentübertragungseinheit
um eine Lamellenkupplung in einem Automatikgetriebe handelt, wodurch insbesondere
vorteilhaft große
Reibflächen
erreicht werden können.
Zudem
wird vorgeschlagen, dass die Einheit das Stellglied im ersten Modus
steuert und im Folgemodus regelt. Dadurch kann vorteilhaft im ersten
Modus auf eine einfache und robuste Elektronik zurückgegriffen
werden und im Folgemodus eine adaptive Kontrolle über das
zeitliche Verhalten der Momentenübertragung über die
Drehmomentübertragungseinheit
erreicht werden.
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei
zeigen:
1 eine schematische Zeichnung
einer Vorrichtung zum Betätigen
einer Drehmomentübertragungseinheit,
2 einen zeitlichen Verlauf
einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl eines Automatikgetriebes
sowie einer Motordrehzahl während
eines Schließvorganges
der Drehmomentübertragungseinheit,
3 einen zeitlichen Verlauf
der Eingangsdrehzahl bei einem schnellen R-N-D-Schaltvorgang und
4 einen zeitlichen Verlauf
der Eingangsdrehzahl bei einem schnellen D-N-D-Schaltvorgang während der
Fahrt.
1 zeigt eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Betätigen einer
Drehmomentübertragungseinheit 10 in
einem nicht dargestellten Kraftfahrzeugautomatikgetriebe mit einem
Wandler zur Übertragung
von Drehmomenten zwischen einer Eingangswelle 31 und einer Ausgangswelle 24 in
einer Ausgangsposition. Die Vorrichtung umfasst ein Stellglied 12 und
eine Steuer- und Regeleinheit 13 zum Betätigen der
Drehmomentübertragungseinheit 10.
Das Automatikgetriebe ist über
die Steuer- und Regeleinheit 13 mittels der als nasslaufende
Lamellenkupplung ausgeführten Drehmomentübertragungseinheit 10 in
eine Neutralstellung N und in eine Fahrstellung D oder R führbar. Insbesondere
kann durch die Steuer- und Regeleinheit 13 über die
Drehmomentübertragungseinheit 10 ein
Einschaltvorgang zum Herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen
einem Motor und Antriebsrädern
eines Kraftfahrzeugs gesteuert und geregelt werden.
An
der Eingangswelle 31 ist ein Sensor 18 angeordnet, über den
ein zeitlicher Verlauf einer als Kenngröße verwendeten Eingangsdrehzahl 14 sensierbar
ist. Die Eingangsdrehzahl 14 kann am Sensor 18 von
der Steuer- und Regeleinheit 13 zur Steuerung des einen
Ventilschieber und einen Stellmagneten umfassenden Stellglieds 12 abgegriffen
werden. Eine Ausgangsdrehzahl 26 wird mit Hilfe eines bekannten Übersetzungsverhältnisses
aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet und ist während des
nur Bruchteile einer Sekunde dauernden Schaltvorgangs im Wesentlichen
konstant.
Eine
Pumpe 19 ist über
einen ersten Teil eines Druckkanals 20, über den
Ventilschieber des Stellglieds 12 und über einen zweiten Teil des
Druckkanals 20 mit einer Druckkammer 21 der Drehmomentübertragungseinheit 10 verbunden
und kann über
das Stellglied 12 mit der Druckkammer 21 hydraulisch
gekoppelt und von ihr abgekoppelt werden. Der zweite Teil des Druckkanals 20 wird
von einer sich vom Ventilschieber zu einer Buchse 27 erstreckenden
Verbindungsleitung 32, einer Radialbohrung 39 in
der Buchse 27, einer Umfangsnut 28 in der Ausgangswelle 24 sowie
von einer ersten Radialbohrung 40, einer Axialbohrung 38 und
einer zweiten Radialbohrung 29 in der Ausgangswelle 24 gebildet.
2 zeigt in einer schematischen
Darstellung die Eingangsdrehzahl 14, die Ausgangsdrehzahl 26 und
eine Motordrehzahl 36 während
eines Schließvorgangs
als Funktion der Zeit, und zwar bei einem Schaltvorgang von einer
Neutralstellung N in eine Fahrstellung D bei Stillstand des Kraftfahrzeugs. Die
Steuer- und Regeleinheit 13 betätigt bei einem entsprechenden
Schaltsignal das Stellglied 12 beim Schließvorgang
der Drehmomentübertragungseinheit 10 von
einer offenen Stellung aus in einem durch erhöhte Geschwindigkeit und erhöhten Druck
charakterisierten ersten Modus. Dabei wird der Ventilschieber gesteuert
vollständig
geöffnet
und die Druckkammer 21 mit einem hohen bis maximalen Druck
beaufschlagt. Die Ausgangsdrehzahl 26 der Ausgangswelle 24 ist
zunächst
kleiner als die Eingangsdrehzahl 14, die aufgrund von Verlusten
am Wandler unterhalb der Motordrehzahl 36 liegt. Die Eingangsdrehzahl 14 fluktuiert
aufgrund von Schwankungen der Motordrehzahl 36. Die Druckkammer 21 wird
durch den sich verschiebenden Kolben 22 ausgedehnt und
Lamellen 23 der als Lamellenkupplung ausgeführten Drehmomentübertragungseinheit 10 werden
zusammengeführt.
In
der Steuer- und Regeleinheit 13 wird ein maximaler Wert 17,
den die Eingangsdrehzahl 14 seit einem Beginn 33 des
Schließvorgangs
angenommen hat, gespeichert. Dazu wird ein Startwert so lange mit dem
aktuellen Wert der Eingangsdrehzahl 14 erhöht, bis
in einem Zeitpunkt 34 ein Maximum erreicht ist. Dieses
wird über
einen Vergleich des aktuellen Drehzahlwerts und eines unmittelbar
zuvor gespeicherten Drehzahlwerts ermittelt.
An
einem Greifpunkt 11 bzw. an einem auch so genannten Kisspoint
endet eine Füllphase 30 und die
Lamellen 23 berühren
sich erstmals und werden im weiteren Verlauf des Schaltvorgangs
stärker
aufeinander gepresst. Dies bewirkt eine am Greifpunkt 11 einsetzende
und im weiteren Verlauf des Schaltvorgangs zunehmende Momentenübertragung,
die zu einem Angleichen der Eingangsdrehzahl 14 und der
Ausgangsdrehzahl 26 aneinander führt. In einem Abbruchzeitpunkt 16 ist
der Betrag einer Drehzahldifferenz 15 zwischen der Eingangsdrehzahl 14 und
der Ausgangsdrehzahl 26 gegeben durch 80% des maximalen
Werts 17 des Betrags der Drehzahldifferenz 15,
der größer als
ein vorgegebener Schwellenwert 25 ist. Die Steuer- und
Regeleinheit 13 schließt
dann den Ventilschieber des Stellglieds 12 teilweise und schaltet
das Stellglied 12 in diesem, durch die sensierte Eingangsdrehzahl 14 bestimmten
Abbruchzeitpunkt 16 in einen durch Regelung der Momentenübertragung
gekennzeichneten Folgemodus um.
Als
eine gepunktete Linie ist ein alternativer Verlauf einer Eingangsdrehzahl 14' dargestellt,
während
dessen der maximale Wert 17' der
Drehzahldifferenz 15' den
Schwellenwert 25 nicht überschreitet. Die
Vorrichtung wird dann so lange im ersten Modus betrieben, bis die
Eingangsdrehzahl 14' mit
der Ausgangsdrehzahl 26 übereinstimmt und die Steuer-
und Regeleinheit 13 das Stellglied 12 in einen
durch vollständige
Momentenübertragung
gekennzeichneten Haltemodus schaltet.
3 zeigt in einer schematischen
Darstellung den zeitlichen Verlauf der Eingangsdrehzahl 14, wie
er in stehenden oder langsam rollenden Kraftfahrzeugen mit einem
Automatikgetriebe während
eines Schaltvorgangs R-N, schnell gefolgt von einem Schaltvorgang
N-D oder umgekehrt oder während
eines D-N-D- oder eines R-N-R-Schaltvorganges beobachtet wird. In
einer Fahrstellung ist die Eingangsdrehzahl 14 gleich der
Ausgangsdrehzahl 26. Wird von einer Fahrstellung R oder
D in die Neutralstellung N geschaltet, erhält die Steuer- und Regel-einheit 13 an
einem Öffnungspunkt 35 ein
Schaltsignal und öffnet
ein nicht dargestelltes Ventil in der Druckkammer 21. Mit
nachlassendem Druck in der Druckkammer 21 wird die Drehmomentübertragungseinheit 10 über einen
nicht dargestellten Federmechanismus in eine offene Position geführt. Die
Eingangswelle 31 wird durch eine hydrodynamische Kopplung über den Wandler
durch den Motor beschleunigt und die Eingangsdrehzahl 14 nähert sich
der Motordrehzahl 36 an.
Wird
von der Neutralstellung N auf die Fahrstellung R oder D geschaltet,
erhält
die Steuer- und Regeleinheit 13 am Beginn 33 des
Schließvorgangs ein
Schaltsignal und die Steuer- und Regeleinheit 13 betätigt das
Stellglied 12 im ersten Modus. Während der Füllphase 30 wird über die
Drehmomentübertragungseinheit 10 kein
Drehmoment übertragen.
Nach dem Greifpunkt 11 setzt die Momentenübertragung ein,
ist aber zunächst
bis zu einem Zeitpunkt 37 kleiner als das über den
Wandler an der Eingangswelle 31 angreifende Drehmoment.
In der Nähe
dieses Zeitpunkts 37 nimmt die Drehzahldifferenz 15 zwischen
Eingangsdrehzahl 14 und Ausgangsdrehzahl 26 ihren
maximalen Wert 17 an und die Eingangsdrehzahl 14 nähert sich
im weiteren Verlauf der Ausgangsdrehzahl 26 an.
Unterschreitet
die Drehzahldifferenz 15 zu einem Abbruchzeitpunkt 16 den
Wert von 80% des maximalen Wertes 17, der größer als
der Schwellenwert 25 ist, schaltet die Steuer- und Regeleinheit 13 das
Stellglied 12 in den Folgemodus.
4 zeigt den zeitlichen Verlauf
der Eingangsdrehzahl 14 nach einem Auskuppelvorgang, der
schnell gefolgt wird von einem Einkuppelvorgang in einem schnell
fahrenden Kraftfahrzeug. Nach Öffnen
der Drehmomentübertragungseinheit 10 am Öffnungspunkt 35 fällt die
Eingangsdrehzahl 14 unter den Schwellenwert 25 ab.
Wird wieder in die vorige Fahrstellung zurückgeschaltet, erhält die Steuer-
und Regeleinheit 13 am Beginn 33 des Schließvorgangs ein
Schaltsignal und die Steuer- und Regeleinheit 13 betätigt das
Stellglied 12 im ersten Modus. Während der Füllphase 30 wird über die
Drehmomentübertragungseinheit 10 kein
Drehmoment übertragen.
Nach dem Greifpunkt 11 setzt die Momentenübertragung ein,
ist aber zunächst
bis zu einem Zeitpunkt 37 kleiner als das über den
Wandler an der Eingangswelle 31 angreifende Drehmoment,
welches die Eingangswelle 31 bremst. In der Nähe dieses
Zeitpunkts 37 nimmt die Drehzahldifferenz 15 zwischen
Eingangsdrehzahl 14 und Ausgangsdrehzahl 26 im
Betrag ihren maximalen wert 17 an und die Eingangsdrehzahl 14 nähert sich
im weiteren Verlauf der Ausgangsdrehzahl 26 an. Unterschreitet
der Betrag der Drehzahldifferenz 15 zu einem Abbruchzeitpunkt 16 den Wert
von 80% seines maximalen Wertes 17, der größer als
der Schwellenwert 25 ist, schaltet die Steuer- und Regeleinheit 13 das
Stellglied 12 in den Folgemodus.