DE19525867A1 - Sicherheitssystem für ein Automatgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für ein Automatgetriebe, bei dem ein gemessener Betriebspunkt mit einem berechneten Toleranzband verglichen und ein Fehler erkannt wird, wenn der gemessene Betriebspunkt außerhalb des Toleranzbandes liegt.

Unter dem gattungsgemäßen Begriff Automatgetriebe sind elektro-hydraulisch gesteuerte Automatgetriebe zu verste­ hen, wobei dem elektronischen Steuergerät als gemessene Eingangsgrößen die Drehzahl einer Brennkraftmaschine, das von der Brennkraftmaschine abgegebene Moment und die Abtriebsdrehzahl des Automatgetriebes vorliegt.

Bei Automatgetrieben ist es allgemein üblich, dessen ord­ nungsgemäße Funktion zu überwachen, um sicherheitskritische Situationen zu vermeiden. Überwacht werden die von den Sen­ soren bereitgestellten Eingangssignale, die elektro-magne­ tischen Stellglieder und die elektronische Getriebesteue­ rung. In diesem Zusammenhang ist aus der EP-PS 0 316 358 ein Sicherheitssystem bekanntgeworden, bei dem das Automat­ getriebe in den höchsten Gang schaltet, wenn das elektroni­ sche Steuergerät während der Fahrt ausfällt. Dies wird über die Stellung von hydraulischen Ventilen gewährleistet. Aus der DE-OS 33 31 937 ist ebenfalls ein Sicherheitssystem für ein Automatgetriebe bekannt. Bei Erkennen eines Fehlers wird über die Kombination von elektro-magnetischen Ventilen ein unkritischer Gang eingelegt.

Der genannte Stand der Technik hat den Nachteil, daß Tole­ ranzen des Systems Brennkraftmaschine/Automatgetriebe nicht berücksichtigt werden. So führen zum Beispiel geringe Ab­ weichungen der Getriebeausgangsdrehzahl bereits zwangsweise zum Erkennen eines Fehlers und zu einer Zwangsschaltung. Bekanntermaßen streut auch die Leistungsabgabe einer inner­ halb der Serie gefertigten Brennkraftmaschine sehr stark. Dies wiederum führt ebenfalls unmittelbar zum Erkennen eines Fehlers.

Die Erfindung hat somit zur Aufgabe, für ein Automat­ getriebe ein Sicherheitssystem bereitzustellen, bei dem die Toleranzen des Antriebssystems Brennkraftmaschine/Automat­ getriebe berücksichtigt sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das elektronische Steuergerät einen Betriebspunkt mit zu­ lässigem Toleranzband berechnet, jeder Übersetzung ein To­ leranzband zugeordnet ist und einen Fehler erkennt, wenn der gemessene Betriebspunkt die obere Grenze überschreitet oder die untere Grenze des Toleranzbandes unterschreitet.

In einer Ausgestaltung hierzu wird vorgeschlagen, daß der berechnete Betriebspunkt der Turbinendrehzahl des hy­ drodynamischen Wandlers entspricht und die Turbinendrehzahl eine Funktion der Drehzahl und des Antriebsmoments der Brennkraftmaschine ist. Die obere Grenze des Toleranzbandes wird durch Multiplikation der berechneten Turbinendrehzahl mit einem ersten Faktor und die untere Grenze des Toleranz­ bandes durch Multiplikation der Turbinendrehzahl mit einem zweiten Faktor gewonnen. Der erste und der zweite Faktor sind hierbei übersetzungs- bzw. gangabhängig.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der gemessene Betriebspunkt der Getriebeausgangsdreh­ zahl entspricht.

Die Ausgestaltungen bieten den Vorteil, daß bei der Berechnung der Turbinendrehzahl nicht zu vernachlässigende Einflüsse aus dem Verhalten des hydrodynamischen Wandlers mit berücksichtigt sind. Das Verhalten des hydrodynamischen Wandlers wird durch das Wandlerdiagramm beschrieben. Dieses wird statisch bei einer fest vorgeschriebenen Temperatur ermittelt. In der Praxis weicht das Verhalten des hydrody­ namischen Wandlers jedoch von dem idealen Wandlerdiagramm ab. Ursache hierfür sind bekanntermaßen zum Beispiel der Einfluß der Temperatur des Hydraulikmediums, von dem der Wandler durchflossen ist, sogenannte Aufzieheffekte, die aus der Torsion der Wellen und Änderungen der Strömungen innerhalb des hydrodynamischen Wandlers resultieren, sowie Öldichte, Wandlerdruck, Massenträgheit und Beschaufelung.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der gemessene Betriebspunkt der Übersetzung des Auto­ matgetriebes entspricht. Die obere bzw. die untere Grenze des Toleranzbandes entspricht hierbei einer oberen bzw. unteren Übersetzung. Die obere bzw. untere Übersetzung ergeben sich aus der Berechnung der maximal/minimal mögli­ chen Turbinendrehzahl, welche sich wiederum aus der maxi­ mal/minimal möglichen Abweichung vom idealen Turbinendreh­ zahlwert ergibt.

In der Zeichnung sind die Ausführungsbeispiele darge­ stellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Systemschaubild;

Fig. 2 ein Wandlerdiagramm;

Fig. 3 ein erstes Kennfeld;

Fig. 4 ein zweites Kennfeld;

Fig. 5 ein drittes Kennfeld und

Fig. 6 ein Primärkennfeld eines Wandlers.

Fig. 1 zeigt ein Systemschaubild, bestehend aus einer Brennkraftmaschine 1 und einem Automatgetriebe 2. Die Brennkraftmaschine 1 wird durch eine elektronische Motor­ steuerung 3 gesteuert. Das Automatgetriebe 2 setzt sich aus folgenden Baugruppen zusammen: hydrodynamischer Wandler 7, mechanischer Teil 11, hydraulisches Steuergerät 4 und elek­ tronisches Steuergerät 5. Die Brennkraftmaschine 1 treibt über eine Antriebswelle 6 und ein nicht dargestelltes Mit­ nahmeblech das Automatgetriebe 2 an. Die Antriebswelle 6 wiederum treibt den hydrodynamischen Wandler 7 an. In Fig. 1 ist ein hydrodynamischer Wandler 7 mit paralleler Wandlerüberbrückungskupplung (WK) ohne Bezugszeichen darge­ stellt. Der hydrodynamische Wandler 7 besteht bekannterma­ ßen aus einem Pumpenrad 8, einem Turbinenrad 9 und einem Leitrad 10. Das Turbinenrad 9 bzw. der Steg der Wandler­ überbrückungskupplung treiben die Eingangswelle des mecha­ nischen Teils 11 an. Der mechanische Teil 11 besteht aus einem zusammengesetzten Planetenschaltgetriebe mit Kupplun­ gen und Bremsen B bis F und einem Differential 12. Über eine vorbestimmte Kupplungs-/Brems-Kombination wird die Übersetzung bzw. der Gang des Automatgetriebes eingestellt. Der Antrieb eines nicht dargestellten Fahrzeugs erfolgt über die beiden Achshalbwellen 13A und 13B. Da der mechani­ sche Teil für den Inhalt der Erfindung nicht weiter rele­ vant ist, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung ver­ zichtet.

Das elektronische Steuergerät 5 und die elektronische Mo­ torsteuerung 3 sind über eine Datenleitung 21 miteinander verbunden. Die Übertragung auf der Datenleitung 21 kann als bidirektionaler Datenbus, zum Beispiel CAN-Bus, oder als Eindraht-Verbindung ausgeführt sein. Über diese Datenlei­ tung 21 erhält das elektronische Steuergerät 5 das aktuelle Motormoment MM(t). Das aktuelle Motormoment MM(t) kann als echte Information vorliegen oder das elektronische Steuer­ gerät 5 kann in bekannter Weise aus der aktuellen Motor­ drehzahl und der Einspritzzeit dieses berechnen. Neben der Datenleitung 21 erhält das elektronische Steuergerät 5 wei­ tere Eingangsgrößen 20, zum Beispiel das Signal eines Wähl­ hebels, das Signal einer Gaspedalstellung oder Drosselklap­ pe, das Signal eines Querbeschleunigungssensors und das Signal eines Programmwählschalters für ökonomische oder sportliche Fahrweise. Wie in Fig. 1 ausgeführt, erhält das elektronische Steuergerät 5 über einen Drehzahlsensor die aktuelle Motordrehzahl 18 nMOT(t) und die aktuelle Getrie­ beausgangsdrehzahl 19 nAB(t). Die aktuelle Motordreh­ zahl nMOT(t) kann auch von der elektronischen Motorsteue­ rung 3. über die Datenleitung 21 bereitgestellt werden. Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Form die Funktions­ blöcke des elektronischen Steuergeräts 5: einen Micro-Con­ troller 14, eine Speichereinheit 15, einen Funktionsblock Steuerung Stellglieder 16 und einen Funktionsblock Berech­ nung 17. Die Speichereinheit 15 kann als flüchtiger Spei­ cher (RAM) als auch als nicht flüchtiger Speicher (EPROM, EEPROM) ausgeführt sein. In der Speichereinheit 15 sind die Betriebsdaten und Kennlinien des Automatgetriebes 2 abge­ legt. Mittels des Funktionsblockes 17 werden aus den Ein­ gangsgrößen und Kennlinien die Betriebsdaten berechnet. Betriebsdaten sind zum Beispiel: Kupplungsdruck, Schaltun­ gen und Ausführen eines Motoreingriffs. Über den Funktions­ block Steuerung Stellglieder 16 werden die elektro-magneti­ schen Stellglieder, welche sich im hydraulischen Steuerge­ rät 4 befinden, gesteuert. Über die elektro-magnetischen Stellglieder werden die Kupplungs-/Bremskombinationen und die Kupplungsdrücke gesteuert oder geregelt.

Fig. 2 zeigt ein Wandlerdiagramm. Auf der Abszisse sind Werte der Motordrehzahl, auf der Ordinate sind Werte der Turbinendrehzahl aufgetragen. Das Kennfeld enthält Kurvenzüge konstanten Motormoments; dargestellt sind sechs Kurvenzüge. Werte einer höheren Motordrehzahl entsprechen einem Wert eines höheren Motormoments, so zeigt Bezugszei­ chen 22 die Linie des höchsten Motormoments. Über das Wand­ lerdiagramm wird aus der gemessenen Motordrehzahl nMOT(t) und das durch die elektronische Motorsteuerung 3 zur Ver­ fügung gestellte aktuelle Motormoment MM(t) die entspre­ chende Turbinendrehzahl berechnet. Diese ergibt sich aus dem Schnittpunkt von aktueller Motordrehzahl und aktuellem Motormoment.

Fig. 3 zeigt ein erstes Kennfeld. Das Kennfeld gilt für einen konstanten Motormoment-Wert, zum Beispiel 100 Nm. Es existieren somit für mehrere Motormoment-Werte mehrere Kennfelder. Auf der Abszisse sind Werte der Motordrehzahl, auf der Ordinate sind Werte der Getriebeausgangsdrehzahl aufgetragen. Das Kennfeld zeigt vier Toleranzbänder. Jedes Toleranzband ist einem Gang zugeordnet. Die Toleranzbänder verlaufen strahlenförmig und verjüngen sich zu niederen Werten der Motordrehzahl. Jedes Toleranzband besteht aus einer oberen Grenze (Go) und einer unteren Grenze (Gu). Die Grenzen der Toleranzbänder werden durch Berechnung gewon­ nen. Die obere Grenze des Toleranzbandes entsteht durch Multiplikation der berechneten Turbinendrehzahl nT, gemäß Fig. 2, und einem ersten Faktor F1 (Go = nT × F1). Die un­ tere Grenze (Gu) wird durch Multiplikation der Turbinen­ drehzahl nT mit einem zweiten Faktor F2 gewonnen (Gu = nT × F2).

Das Verfahren ist folgendermaßen: es wird die Motordreh­ zahl nMOT(t) und die Getriebeausgangsdrehzahl nAB(t) gemes­ sen. Dies entspricht in Fig. 3 dem Betriebspunkt A. Danach wird geprüft, ob der gemessene Betriebspunkt A innerhalb des zulässigen Toleranzbandes, hier der dritte Gang, liegt. Da dies gemäß Fig. 3 der Fall ist, arbeitet das Automatge­ triebe ordnungsgemäß. Als zweites Beispiel ist ein Be­ triebspunkt B eingezeichnet. Der Betriebspunkt B liegt au­ ßerhalb des Toleranzbandes für den dritten Gang. Dieser Fall kann dann auftreten, wenn ein elektro-magnetisches Ventil oder ein hydraulisches Ventil, welches sich im hy­ draulischen Steuergerät 4 befindet, klemmt oder aufgrund von Leckage. Es wird somit eindeutig ein Fehler erkannt. Der diagnostizierte Fehler wird im Fehlerspeicher der elek­ tronischen Getriebesteuerung 5 abgelegt. Als Folgereaktion kann die elektronische Getriebesteuerung 5 eine Ersatzfunk­ tion aktivieren, zum Beispiel Notfahrprogramm, Warnlampe. In Fig. 3 ist als Parallele zur Ordinate eine Drehzahl­ grenze N_MOT-Schwelle eingezeichnet. Dies bedeutet, daß die Sicherheitsprüfung erst oberhalb der vorgebbaren Motordreh­ zahlgrenze N_MOT-Schwelle erfolgt. Hierdurch wird vermie­ den, daß es aufgrund der sich stark verjüngenden Toleranz­ bänder zu Fehlinterpretationen kommen kann.

Fig. 4 zeigt ein zweites Kennfeld. Das Kennfeld gilt für einen konstanten Motormoment-Wert, zum Beispiel 100 Nm. Es existieren somit für mehrere Motormoment-Werte mehrere Kennfelder. Fig. 4 entspricht im wesentlichen der Fig. 3. Der Unterschied besteht darin, daß die Obergrenzen (Go) und die Untergrenzen (Gu) teilweise identisch sind, zum Bei­ spiel entspricht die obere Grenze (Go) des ersten Ganges der unteren Grenze (Gu) des zweiten Ganges.

Fig. 5 zeigt ein drittes Kennfeld. Der Unterschied zu Fig. 3 und 4 besteht darin, daß sich hier die Obergren­ zen (Go) und die Untergrenzen (Gu) überlappen. So liegt zum Beispiel die Obergrenze des dritten Ganges (Go3) bei einem höheren Getriebeausgangsdrehzahlwert als die Untergrenze des vierten Ganges (Gu4), als gestrichelte Linie darge­ stellt.

Durch die Lage der Grenzen (Go, Gu) der Toleranzbänder zueinander können folgende Fehler erkannt werden:

• - Bei einer Ausgestaltung gemäß Fig. 3 kann eine schlei­ fende Kupplung ermittelt werden;
• - bei einer Ausgestaltung gemäß Fig. 4 kann ein falscher Gang aufgrund von klemmenden hydraulischen oder elek­ tro-magnetischen Ventilen erkannt werden und
• - bei einer Ausgestaltung gemäß Fig. 5 kann bereits bei kleinen Motordrehzahlen eine Fehlerdiagnose durchge­ führt werden.

Fig. 6 zeigt ein Primärkennfeld für einen hydrodynami­ schen Wandler. Auf der Abszisse sind Motordrehzahlwerte, auf der Ordinate ist das Motormoment aufgetragen. Das Kenn­ feld enthält parabelförmige Züge. Jeder Parabelast ent­ spricht einem konstanten ν. ν wiederum entspricht dem Quo­ tienten der Winkelgeschwindigkeit des Turbinenrades zur Winkelgeschwindigkeit des Pumpenrades (ν = ω-Turbine:ω- Pumpenrad). Der Betriebspunkt C entspricht einem idealen Verhalten. Der Schnittpunkt C ergibt sich aus einem Motor­ drehzahlwert N1 und einem Motormoment M1. Der Betriebs­ punkt C liegt auf dem Drehzahlverhältnis ν1. Bedingt durch Toleranzen in der Motordrehzahl und Toleranzen im Motormo­ ment (δN, δM) kann es hier zu zwei Extremen kommen. Die Toleranzen ergeben sich aus Meßungenauigkeiten bzw. ferti­ gungsbedingten Streuungen. Die Extremen entsprechen im er­ sten Fall dem Betriebspunkt A auf der Linie νA und im zwei­ ten Fall dem Betriebspunkt B auf der Linie νB. Die Wandler­ toleranz wurde hierbei nicht berücksichtigt.

Für die Berechnung der Turbinendrehzahl aus dem Drehzahl­ verhältnis ν ergibt sich somit die gleiche Bandbreite. Dies bedeutet, daß die Turbinendrehzahl zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert schwanken kann. Aus der Turbinen- und Getriebeausgangsdrehzahl läßt sich die Übersetzung des Automatgetriebes berechnen.

Es gilt:

i(min) = nT(min) : nAB(max)
i(max) = nT(max) : nAB(min)

worin bedeuten:

i = Übersetzung des Automatgetriebes
nT = Turbinendrehzahl
nAB = Getriebeausgangsdrehzahl.

Bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 wird als ge­ messener Betriebspunkt die aktuelle Übersetzung betrachtet. Die Ober- (Go) bzw. Untergrenzen (Gu) der Toleranzbänder entsprechen dann jeweils einer minimal und maximal mögli­ chen Übersetzung des Automatgetriebes.

Das Sicherheitssystem ist aktiv, nachdem die Brenn­ kraftmaschine gestartet wurde und folgende Randbedingungen erfüllt sind:

• - kein Schaltvorgang bzw. eine Zeitstufe nach einem Schaltvorgang ist abgelaufen;
• - Stellung des Positionshebels weder N, P noch R;
• - Zugbetrieb;
• - Motordrehzahl < Motordrehzahlschwelle;
• - Motormoment < Motormomentschwelle;
• - Änderung der Drosselklappenstellung < zulässiger Wert;
• - Getriebeöltemperatur innerhalb vorgebbarer Grenzen.

Bezugszeichenliste

1 Brennkraftmaschine
2 Automatgetriebe
3 elektronische Motorsteuerung
4 hydraulisches Steuergerät
5 elektronisches Steuergerät
6 Antriebswelle
7 hydrodynamischer Wandler
8 Pumpenrad
9 Turbinenrad
10 Leitrad
11 mechanischer Getriebeteil
12 Differential
13A Achshalbwelle
13B Achshalbwelle
14 Micro-Controller
15 Speichereinheit
16 Funktionsblock Steuerung Stellglieder
17 Funktionsblock Berechnung
18 Motordrehzahl
19 Getriebeausgangsdrehzahl
20 Eingangsgrößen
21 Datenleitung
22 Linie konstantes Motormoment

Claims (7)

1. Sicherheitssystem für ein vorzugsweise von einer Brennkraftmaschine (1) angetriebenes Automatgetriebe (2), das Automatgetriebe (2) umfaßt einen hydrodynamischen Wand­ ler (7), Kupplungen oder Bremsen (B-F), ein hydraulisches Steuergerät (4) und ein elektronisches Steuergerät (5), das elektronische Steuergerät (5) steuert oder regelt in Abhän­ gigkeit von Eingangsgrößen (18, 19, 20, 21) über das hydraulische Steuergerat (4) die Kupplungen und Brem­ sen (B-F), wobei über die Kupplungs-/Brems-Kombinationen ein entsprechender Gang bzw. eine Übersetzung (i) definiert ist, als Eingangsgrößen des elektronischen Steuergerä­ tes (5) zumindest die Drehzahl der Brennkraftmaschi­ ne (nMOT(t)), das von der Brennkraftmaschine abgegebene Antriebsmoment (MM(t)) und die Getriebeausgangsdreh­ zahl (nAB(t)) zur Verfügung stehen, das elektronische Steu­ ergerät (5) einen Betriebspunkt mit zulässigem Toleranzband berechnet, jeder Übersetzung ein Toleranzband zugeordnet ist und einen Fehler erkennt, wenn der gemessene Betriebs­ punkt die obere Grenze (Go) überschreitet oder die untere Grenze (Gu) des Toleranzbandes unterschreitet.

2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der berechnete Betriebspunkt der Turbinendrehzahl (nT) des hydrodynamischen Wandlers (7) entspricht, die Turbinendrehzahl eine Funktion von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (nMOT) und Antriebs­ moment (MM) ist (nT = f(nMOT, MM)) und daß die obere Grenze des Toleranzbandes durch Multiplikation der berechneten Turbinendrehzahl (nT) mit einem ersten Faktor F1 (Go = nT × F1) und die untere Grenze des Toleranzbandes durch Multiplikation der Turbinendrehzahl mit einem zweiten F2 gewonnen wird (Gu = nT × F2), hierbei der erste und zweite Faktor übersetzungs- bzw. gangabhängig sind (F1 = f(i), F2 = f(i)).

3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der gemessene Betriebspunkt der Getriebeausgangdrehzahl (nAB (t)) entspricht.

4. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der gemessene Betriebspunkt der Übersetzung (i) entspricht und die obere Grenze (Go) bzw. die untere Grenze (Gu) des Toleranzbandes einer oberen bzw. einer unteren Übersetzung entspricht, wobei die obere bzw. untere Übersetzung sich aus der Berechnung der maxi­ mal/minimal möglichen Turbinendrehzahl ergeben, hierbei die maximal/minimal mögliche Turbinendrehzahl sich wiederum aus der Abweichung vom idealen Turbinendrehzahlwert ergeben.

5. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der gemessene Betriebspunkt der Turbinendrehzahl (nT) entspricht (nT = nAB × i) und daß die obere Grenze (Go) des Toleranzbandes dem Wandlerschlupf entspricht.

6. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der oberen bzw. unteren Grenzen des einer Übersetzung zugeordneten Toleranzbandes (Go, Gu) zu den oberen bzw. un­ teren Grenzen eines benachbarten Toleranzbandes (Go′, Gu′) durch die beiden Faktoren F1 und F2 bestimmt ist, so daß sich die Grenzen überschneiden, parallel verlaufen oder nicht tangieren.

7. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicher­ heitssystem erst dann initiiert wird, wenn folgende Randbe­ dingungen zutreffen:

• - kein Schaltvorgang bzw. eine Zeitstufe nach einem Schaltvorgang ist abgelaufen;
• - Fahrposition über Wählhebel ist eingelegt;
• - Fahrzeug ist im Zugbetrieb;
• - Motordrehzahl ist größer einem Grenz­ wert (nMOT(t) < Gw);
• - Änderung der Fahrpedal- oder Drosselklappenstellung ist kleiner einem Grenzwert;
• - Motormoment ist größer einem Grenzwert (MM(t) < Gw) und
• - Temperatur des Hydraulikmediums ist innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereiches.