DE19513695A1 - Regelungsvorrichtung für die Überbrückungskupplung des Wandlers eines Automatikgetriebes - Google Patents

Regelungsvorrichtung für die Überbrückungskupplung des Wandlers eines Automatikgetriebes

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Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung für die Überbrückungskupplung des Wand­ lers eines Automatikgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 26 22 168 A1 ist es bekannt, in einem aus einem mechanischen Getriebe und einem hydrodynamischen Drehmomentwandler bestehenden automatischen Kraftfahrzeug­ getriebe den Wirkungsgrad dieses Getriebes zumindest in bestimmten Betriebsbereichen dadurch zu erhöhen, daß bei Fahrten mit hohen Getriebegängen oder hohen Geschwindig­ keiten das Pumpenrad und das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers mittels einer Überbrückungskupplung mechanisch verbunden wird. Hierdurch wird der bei hohen Drehzahlen eintretende Wandlerschlupf unterbunden und eine spürbare Kraftstoffein­ sparung bei hohen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten erzielt. Zur Vermeidung von Betäti­ gungsstößen bei der Aktivierung oder Deaktivierung dieser Überbrückungskupplung ist es bekannt geworden, derartige Wandlerüberbrückungskupplungen im Dauerschlupf zu betrei­ ben. Insbesondere aus der DE 40 28 710 A1 ist eine Steuervorrichtung bekannt, bei der die drei Betriebsarten der Wandlerüberbrückungskupplung, nämlich Kupplung geöffnet, Kupplung geschlossen oder Kupplung im Dauerschlupf auf der Grundlage vorgewählter Pa­ rameter eingestellt wird, die den jeweiligen Fahrzeugbetriebszustand angeben. Solche Parameter sind beispielsweise die Antriebsmaschinenbelastung und die Fahrgeschwindig­ keit. Zudem ist bei dieser Steuervorrichtung vorgesehen, daß ein Wechsel der Betriebsart aus dem Schlupfbetrieb in den reinen Wandlerbetrieb (Kupplung ganz geöffnet) stattfinden soll, wenn das Fahrpedal des Kraftfahrzeuges schnell niedergetreten wird (Kickdown). Auf diese Weise soll erreicht werden, daß auch in der Schlupf-Betriebsart bei einer Kickdown- Betätigung des Fahrpedals ein gewünschtes Beschleunigungsverhalten sichergestellt wird.
Wenngleich der an sich bekannte Dauerschlupfbetrieb von Wandlerüberbrückungskupplun­ gen einige den Fahrkomfort erhöhende Vorteile aufweist, so bedeutet doch der dauernde Schlupf der Reibelemente der Überbrückungskupplung einen ständigen Verschleiß dersel­ ben. Zudem wird ständig im Wandler eine thermische Verlustleistung erzeugt, die unter un­ günstigen Umständen zu einer unerlaubt hohen Temperatur des Wandleröls führt. Eine nicht optimal gewählte Dauerschlupfdrehzahl der Überbrückungskupplung führt daher zu unange­ messen hohem Kupplungsbelagverschleiß, zu nicht zu vernachlässigenden Wirkungsgrad­ verlusten im Wandler, sowie zu Schädigungen des Wandleröls.
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe an die Erfindung darin, eine Regelungsvorrich­ tung für die Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung vorzustellen, mit der der Schlupf der Überbrückungskupplung auf einen von den Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges ab­ hängigen Wert bei minimaler Verlustleistung einstellbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen ent­ nehmbar sind.
Demnach wird eine Regelungsvorrichtung für die Wandlerüberbrückungskupplung vorge­ stellt, mit der der aktuelle Schlupf zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangsele­ ment der Kupplung auf einen Sollwert regelbar ist, der von der Drehzahl des Eingangsele­ mentes der Kupplung, also in der Regel von der Drehzahl der Kurbelwelle einer Brennkraft­ maschine, dem Drehmoment der Brennkraftmaschine und der Fahrpedalaktivität abhängig ist. Dabei wird bezüglich der Fahrpedalaktivität zwischen einem weitgehend ruhig gehalte­ nen Fahrpedal und einem ständig unruhig bewegtem Fahrpedal unterschieden. Ein weiteres Kriterium für die Ermittlung des einzuregelnden Schlupfs kann die Temperatur des Wand­ leröls sein.
Mit Hilfe der vorgestellten Regelungsvorrichtung ist es möglich, den auf den Sollschlupf ein­ zustellenden Schlupf nach oben durch die in der Überbrückungskupplung bei einem aktuel­ len Betriebspunkt des Fahrzeuges auftretende Kupplungsverlustleistung zu begrenzen. Der in Kennfeldern in der Regelungsvorrichtung abgelegte Sollschlupf wird dabei mit steigendem Motordrehmoment auf kleinere Sollschlupfdrehzahlen abgesenkt, wenn die zulässige Verlustleistung der Kupplung überschritten wird. Die aktuelle Verlustleistung wird aus der aktuellen Schlupfdrehzahl und dem anstehenden Motordrehmoment errechnet, wobei die Schlupfdrehzahl sich aus der Drehzahldifferenz zwischen dem Eingangs- und Ausgangs­ element der Kupplung ergibt und das Motormoment entweder direkt an der Kurbelwelle des Motors gemessen oder aus einem in der Regelungsvorrichtung oder in einem Motorsteuer­ gerät in einem Datenspeicher abgelegten Motorkennfeld entnommen wird. Bei der Vorgabe der maximal zulässigen Verlustleistung wird der Traganteil des Reibbelages, welcher vom Wandleröldruck und damit vom Motormoment abhängig ist, berücksichtigt.
Zur Ermittlung der Fahrpedalaktivität ist die Regelungsvorrichtung mit einem Sensor bei­ spielsweise am Fahrpedal verbunden, dessen Meßwerte mit in einem Register der Rege­ lungsvorrichtung abgespeicherten Fahrpedalaktivitätskennfeld zur Bestimmung der Fahrpe­ dalaktivität verglichen und zur Sollschlupfberechnung genutzt wird. Mit der vorgestellten Re­ gelungsvorrichtung für die Wandlerüberbrückungskupplung wird in vorteilhafter Weise für jeden Betriebszustand des Kraftfahrzeuges die Verlustleistung der Kupplung in erlaubten Grenzen gehalten, wodurch die Lebensdauer der Kupplung und die des Wandleröls verlän­ gert wird.
Zur Erläuterung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In ihr zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Regelungsvorrichtung und
Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Sollschlupf über die Kupplungseingangsdrehzahl aufgetragen ist.
In Fig. 1 ist demnach ein Abschnitt eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges darge­ stellt, in dem mit 1 eine Brennkraftmaschine bezeichnet ist. Die Kurbelwelle 4 dieser Brenn­ kraftmaschine ist mit dem Eingangselement 22 der Wandlerüberbrückungskupplung 3 ver­ bunden, welches an dem Pumpenrad 20 des Drehmomentwandlers 2 befestigt ist. Das Aus­ gangselement 23 der Wandlerüberbrückungskupplung 3 steht dagegen mit dem Turbinenrad 21 des Wandlers 2 in Verbindung und treibt die Eingangswelle 5 des Getriebes 6 an. Von diesem Getriebe, das beispielsweise als automatisches Stufenwechselgetriebe ausgebildet sein kann, geht in an sich bekannter Weise eine Getriebeausgangswelle 7 ab.
Zu dem Kraftfahrzeug gehört außerdem ein Fahrpedal 13, dessen Stellweg in diesem Aus­ führungsbeispiel mit einem Stellwegsensor 25 erfaßt und über ein Steuergerät 19 einem Stellglied an der Drosselklappe 26 der Brennkraftmaschine 1 übertragen wird. Außerdem ist an dem Fahrpedal ein Fahrpedalaktivitätssensor 14 angeordnet, mit dessen Hilfe eine Rege­ lungsvorrichtung 8 erkennen kann, ob ein ruhiges Fahrpedal oder ein im Extremfall ständig bewegtes Fahrpedal sensiert wird.
Die Regelungsvorrichtung 8 ist außerdem mit Drehzahlsensoren 9, 10, 11 verbunden, mit de­ ren Hilfe die Drehzahl der Kurbelwelle 4 oder des Eingangselementes 22 der Kupplung 3, die des Kupplungsausgangselementes 23 oder der Getriebeeingangswelle 5 sowie die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 und damit die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeu­ ges ermitteltbar ist. Außerdem steht die Regelvorrichtung 8 in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Temperatursensor 12 in Verbindung, der die aktuelle Wandleröltemperatur ermit­ telt. Schließlich kann ein Drehmomentsensor 24 vorgesehen sein, der das aktuelle Motor­ drehmoment der Regelungsvorrichtung 8 zur Verfügung stellt.
In der Regelungsvorrichtung 8 selbst sind Mittel 15-18 zur Abspeicherung von verschiede­ nen Kennfeldern vorgesehen. In einem Register 15 ist beispielsweise das Motorkennfeld ab­ gelegt, aus dem in bekannter Weise die Motordrehmomentinformation herauslesbar ist. Für den Fall der Nutzung dieses Motorkennfeldes 15 kann auf den Drehmomentsensor 24 ver­ zichtet werden. In dem Register 16 ist ein Sollschlupfkennfeld abgelegt, aus dem in Abhän­ gigkeit von der Motordrehzahl und beispielsweise der Wandleröltemperatur der aktuelle Soll­ schlupfwert für die Kupplung 3 herauslesbar ist. In dem Register 17 ist ein Fahrpedalaktivi­ tätskennfeld abgelegt, mit dessen Hilfe die von dem Sensor 14 ermittelten Meßwerte bewer­ tet und einer dort definierten Fahrpedalaktivität zugeordnet werden können. Schließlich ist in dem Register 18 ein Getriebesteuerungskennfeld abgelegt, mit dessen Hilfe auf die Über­ setzungssteuerung des Getriebes 6 Einfluß genommen werden kann.
Mit Hilfe der geschilderten Regelungsvorrichtung kann in vorteilhafter Weise ein im Hinblick auf die Fahrpedalaktivität, das Motormoment und beispielsweise die Wandleröltemperatur sowie die Motordrehzahl optimaler Sollschlupfwert für die Wandlerüberbrückungskupplung bestimmt und der aktuelle Kupplungsschlupf darauf eingeregelt werden.
Die Bestimmung eines derartigen Sollschlupfwertes läßt sich mit Hilfe von Fig. 2 beschrei­ ben. In diesem Diagramm ist der Sollschlupfwert SS über die Kupplungseingangselement­ drehzahl aufgetragen. Der niedrigste Sollschlupfwert, in diesem Beispiel etwa 4 Umdrehun­ gen pro Sekunde (Kurve W) wird durch die Regelvorrichtung dann eingestellt, wenn die Wandleröltemperatur eine vorgegebene Maximaltemperatur überschritten hat. Dadurch wird die Verlustleistung in der Wandlerüberbrückungskupplung auf einen Minimalwert reduziert, ohne das auf die Vorteile des Dauerschlupfbetriebes der Wanderüberbrückungskupplung verzichtet werden muß.
Die Kurve A in diesem Diagramm bestimmt den Sollschlupfwert für ein ruhig gehaltenes Fahrpedal. Nach diesem Beispiel beträgt die Sollschlupfdrehzahl bis zu einem Drehzahlwert N1 etwa 38 Umdrehungen pro Sekunde, um anschließend bei einem Anstieg der Drehzahl auf einen Wert N3 linear auf einen Sollschlupfdrehzahlwert von etwa 8 Umdrehungen pro Sekunde abzusinken. Eine weitere Erhöhung der Drehzahl auf den Wert N4 führt schließlich bei ruhig gehaltenem Fahrpedal zu einer Reduzierung der Sollschlupfdrehzahl auf 0, das heißt, daß die Wandlerüberbrückungskupplung vollständig geschlossen ist.
Die Kurve B zeigt dagegen den Verlauf des Sollschlupfes SS bei ansteigender Kupplungs­ eingangselementdrehzahl bei einem durch den Fahrer des Kraftfahrzeuges sehr unruhig gehaltenes Fahrpedal. Bei diesem Kurvenverlauf wird deutlich, daß eine Sollschlupfdrehzahl von etwa 82 Umdrehungen pro Sekunde bis zu einer Drehzahl N2 konstant gehalten wird, um dann auf einen Wert von 50 Umdrehungen pro Sekunde abzufallen, wenn die Drehzahl auf den Wert N5 ansteigt und das ermittelte Motordrehmoment zwischen 50 und 100 Nm liegt (Kurven C, F).
Für den Fall, daß das ermittelte Motordrehmoment 100 Nm überschreitet, wird die Soll­ schlupfdrehzahl beispielsweise von der Drehzahl N0 bis N5 konstant bei 50 Umdrehungen pro Sekunde gehalten und somit die Verlustleistung in der Wandlerüberbrückungskupplung deutlich reduziert (Kurve C). Eine weitere Reduzierung der Sollschlupfdrehzahl erfolgt dann, wenn das Motordrehmoment weiter ansteigt. So ergibt sich zum Beispiel für die Kurve D (150 Nm) ein Sollschlupfwert von etwa 43 Umdrehungen pro Sekunde und für ein Motor­ drehmoment von 200 Nm (Kurve E) ein Sollschlupfwert von 38 Umdrehungen etwa pro Se­ kunde.
Aus dieser Darstellung wird auch deutlich, daß auch bei unruhig gehaltenem Gaspedal und einem vergleichsweise geringem Motordrehmoment von 50 Nm ein oberer Sollschlupfwert von etwa 85 Umdrehungen pro Sekunde nicht überschritten werden darf (Kurve F). Es wird auch deutlich, daß mit Hilfe der vorgeschlagenen Regelvorrichtung Sollschlupfwerte ermit­ telbar und für die Regelung der Überbrückungskupplung nutzbar sind, die abhängig von der durch den Fahrer vorgegebene Fahrpedalaktivität und dem zur Verfügung stehenden Motor­ drehmoment abhängen. Dadurch kann einerseits der Vorteil einer Dauerschlupfregelung bei Wandlerüberbrückungskupplungen zur Fahrkomforterhöhung genutzt werden, auf der ande­ ren Seite läßt sich mit der vorgestellten Steuerungsvorrichtung die Lebensdauer der Über­ brückungskupplung und des Wandleröles deutlich erhöhen. Zudem kann durch die Reduzie­ rung der thermischen Verlustleistung der Wandlerüberbrückungskupplung der Gesamtwir­ kungsgrad des Antriebsstrangs und damit der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges re­ duziert werden. Nur der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle angeführt, daß die Kurve W lediglich eine Notfallbetriebsart darstellt, bei der der Sollschlupfwert auf einen Minimalwert gesetzt wird, wenn durch eine Störung der Kupplung oder des Wandlers die Wandleröltem­ peratur ein unzulässig hohes Niveau überschritten hat.

Claims (6)

1. Regelungsvorrichtung für die Überbrückungskupplung (3) des Wandlers (2) eines Auto­ matikgetriebes (6) eines Kraftfahrzeuges, mit
einem Eingangselement (20) des Wandlers (2), das in Antriebsverbindung mit einer An­ triebsmaschine (1) steht,
mit einem Ausgangselement (21) des Wandlers (2), das in Antriebsverbindung mit dem Automatikgetriebe (6) steht,
wobei das Ausgangselement (21) von dem Eingangselement (20) über ein Arbeitsfluid antreibbar ist,
mit einer Überbrückungskupplung (3), deren Eingangselement (22) und deren Aus­ gangselement (23) in einer ersten Betriebsart frei gegeneinander verdrehbar sind, die in einer zweiten Betriebsart drehfest miteinander verbunden werden, und die in einer dritten Betriebsart unter Schlupf miteinander verbindbar sind, sowie mit einer Regelungseinrichtung (8) zum Auswählen und Regeln der genannten Betriebsarten nach gemessenen und/oder vorgewählten und im Regelgerät (8) abgespei­ cherten Betriebsparametern,
zu denen die Drehzahl des Antriebsmotors, dessen Drehmoment und die Getriebeein­ gangswellendrehzahl gehören, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung (8) über Mittel (15-17) verfügt, mit denen in der dritten Betriebsart der Sollschlupf, auf den der Schlupf der Überbrückungskupplung (3) einzure­ geln ist, auf einen von der Drehzahl des Eingangselementes (22) der Kupplung (3), dem Motormoment und der Fahrpedalaktivität abhängigen Wert eingestellt wird.
2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung (8) mit einem Sensor (14) zur Ermittlung der Fahrpeda­ laktivität verbunden ist.
3. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung (8) mit einem Drehmomentsensor (24) an der Kurbelwelle (4) des Antriebsmotors verbunden ist, oder über ein Kennfeldregister (15) für den aktuellen Motordrehmomentwert verfügt.
4. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung (8) über ein Register (16) zur Abspeicherung eines Soll­ schlupf-Kennfeldes verfügt.
5. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung (8) über wenigstens ein Register (17) zur Abspeicherung eines Fahrpedalaktivitätskennfeldes verfügt.
6. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung (8) mit einem Sensor (12) zur Ermittlung der Temperatur des Wandleröls verbunden ist.
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