DE19638078C2

DE19638078C2 - Fahrzeuggetriebe mit Absenkung des Antriebsmomentes beim Schalten

Info

Publication number: DE19638078C2
Application number: DE19638078A
Authority: DE
Inventors: Erwin Rotter; Uli Stark; Wilfried Maier
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: DE19638078A1; WO1998012065A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuggetriebes, insbesondere zum Steuern eines Automatgetriebes. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeuggetriebe.

Verfahren zum Betreiben beziehungsweise zum Steuern von automatischen Fahrzeuggetrieben sind bereits aus den folgenden Druckschriften bekannt:

1. DE 19 32 986 C3
2. DE 32 05 767 C2
3. EP 0 176 750 B2
4. EP 0 435 372 B1
5. DE 41 18 736 C2
6. DE 42 09 091 C2
7. DE 43 30 194 A1
8. DE 41 15 821 C2

Solche Fahrzeuggetriebe haben im allgemeinen Lamellenkupplungen, die Reibelemente aufweisen. Es ist bekannt, bei automatischen Fahrzeuggetrieben den Druck des Arbeitsmediums zum Betätigen der Reibelemente zu verändern.

Getriebe der eingangs genannten Art sind für eine bestimmte Nennleistung ausgelegt. Dabei enthält jedes Getriebe bezüglich der mechanischen Festigkeit eine Komponente, die als "schwächstes Glied" bezeichnet werden kann. Im allgemeinen ist dies die Lamellenkupplung. Beim Schalten treten besonders hohe stoßartige Momente auf. Dies bedeutet, daß der Antriebsstrang, insbesondere das genannte schwächste Glied, überdimensioniert werden muß. Dies bedeutet einen Kostenaufwand.

Es ist zwar bekannt, zum Zwecke der Schonung der Lamellenkupplung, die Gaszufuhr zum Motor von Antriebssträngen zurückzunehmen. Dies hat jedoch das Problem nicht gelöst. Es kommt nämlich trotzdem zu Überlastungen und zu Beschädigungen der Lamellenkupplung.

Weiterhin ist bekannt, die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors synchron mit dem Beginn des Schaltvorganges des Schaltgetriebes zu verändern und synchron mit dem Ende des Schaltvorganges wieder auf den ursprünglichen Wert einzustellen. Die DE 41 15 821 C2 (8) offenbart eine Einrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors und eines automatischen Mehrgangschaltgetriebes in einem Kraftfahrzeug, bei welcher der Beginn eines Schaltvorganges des Schaltgetriebes erfaßt wird, und durch die Synchronisation der Schaltoperation mit der Änderung der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors einfach gewährleistet werden kann, daß das Auftreten eines Schaltstoßes verhindert wird. Dies bedeutet aber, daß während des Schaltvorganges bereits eine Betätigung der einzelnen, an der Schaltung beteiligten Elemente erfolgt ist, und auch hier das schwächste Glied überdimensioniert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes anzugeben, sowie ein Getriebe selbst, womit eine solche Schaltungsweise ermöglicht wird, daß keine unzulässigen Belastungsspitzen auftreten, die zu Schäden führen können, daß keine Überdimensionierung von Einzelkomponenten des Getriebes notwendig wird, und daß die Schaltvorgänge zeitlich minimiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die Erfinder haben folgendes erkannt:

Wird beim Schaltvorgang der Befehl gegeben, das Motormoment abzusenken, so vergeht bis zum Ausführen dieses Befehls eine gewisse Zeitspanne. Diese Zeitspanne ist in hohem Maße variabel. Sie hängt von allen möglichen Umständen des Motormanagements ab, beispielsweise von der Regelstrecke, vom Motorsteuergerät, vom Motor selbst, nämlich von Parametern, wie der Motortemperatur, aber auch vom Fahrzeugtyp.

Die erfindungsgemäße Lehre beinhaltet somit die Anweisung, den Schaltvorgang erst dann auszuführen, wenn der unterste Wert des in das Getriebe eingeleiteten Drehmomentes positiv ausgeführt ist.

Im einzelnen wird damit folgendes erreicht: Es treten beim Schalten mit Sicherheit keine unzulässigen Belastungsspitzen auf, welche Schäden an Komponenten des Getriebes hervorrufen können. Somit ist eine Überdimensionierung von einzelnen Komponenten des Getriebes nicht notwendig. Die Zeitspanne eines Schaltvorganges wird auf ein Minimum reduziert. Dies kann sehr entscheidend sein, beispielsweise bei Stadtbussen, Leichttriebwagen, die ihre Fahrpläne einhalten müssen. Ebenso wird eine höhere Schaltqualität erreicht, wenn während des Schaltens das Motormoment konstant bleibt.

Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, ein Getriebe einer gewissen Nennleistung mit einem Motor relativ hoher Drehmomentstärke zu kombinieren, weil nämlich während der Schaltung das Moment auf einen niedrigen (unkritischen) Wert abgesenkt werden kann.

Bei Motorsteuergeräten besteht die Möglichkeit, den Momentenverlauf über eine Kommunikationsschnittstelle auszugeben, welcher vom Getriebesteuergerät eingelesen wird.

Ein Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Getriebe arbeitet beim Schalten wie folgt:

Sobald eine Schaltung durchgeführt werden soll, wird ein Signal zur Motormomentreduzierung (MMR) ausgegeben. Die Schaltung wird nur dann zugelassen, wenn das aktuelle Motormoment den zulässigen Grenzwert M_max +3% nicht überschreitet. Die Schaltung wird beispielsweise dann noch freigegeben, wenn das Motormoment bis 3% über dem genannten Wert M_max liegt.

Während der Schaltung werden die positiven Momentenabweichungen aufintegriert. Überschreitet die aufintegrierte Gesamtabweichung einen bestimmten Wert M_zul, so erfolgt eine Fehleranzeige und ein Eintrag in den Fehlerspeicher.

Es soll natürlich auch verhindert werden, daß der Motor überdreht oder zu stark gedrückt wird. Dies könnte dann erfolgen, wenn das Moment nicht genügend weit abgesenkt wurde, so daß die Schaltung nicht freigegeben wurde. In einem solchen Fall wird die Schaltung in einem bestimmten Drehzahlbereich freigegeben (Bereich zwischen n₁ und n₂), obwohl das Moment gegebenenfalls noch zu hoch ist.

Im Falle eines Versagens können besondere Maßnahmen getroffen werden. So kommt beispielsweise folgendes in Betracht:

1. Aufgrund eines Leitungsbruches oder aufgrund eines Kurzschlusses wird kein MMR-Signal erzeugt.
In einem solchen Falle erfolgt ein Eintrag in den Fehlerspeicher sowie ein Anzeige an einer Warnlampe. Hochschaltungen werden nur noch bei zwanzig Prozent über der Motornenndrehzahl ausgeführt. Rückschaltungen erfolgen bei minimaler Motordrehzahl n₁.
2. Das Motormoment wird trotz Vorliegens eines MMR-Signales nicht reduziert, beispielsweise wegen Leitungsbruchs oder wegen eines Kurschlusses.
In diesem Falle erfolgt ein Eintrag in den Fehlerspeicher sowie eine Anzeige an der Warnlampe.
Hochschaltungen werden nur noch bei zwanzig Prozent über der Motornenndrehzahl oder bei einem Motormoment von weniger als M_zul zugelassen.
Rückschaltungen werden nur bei minimaler Motordrehzahl n₁ zugelassen, oder bei einem Motormoment, das kleiner als M_zul ist.
3. Sollten während des Schaltvorganges Motormomentenerhöhungen auftreten, die über das zulässige Maß M_zul hinausgehen, so geschieht folgendes:
Es erfolgt ein Eintrag in den Fehlerspeicher sowie eine Anzeige an der Warnlampe. Das maximale Motormoment beziehungsweise die Dauer der Überschreitung des Motormomentes wird abgespeichert.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 verdeutlicht schematisch eine Steuerdruckkennlinie für Hoch- und Rückschaltungen in einem mechanischen Getriebe. Dazu ist der Druckverlauf über der Zeit in einem Diagramm aufgetragen. Die einzelnen Werte sind wie folgt bezeichnet:
USTELLMAX = Betriebsdruck
PR = berechneter Regeldruck
PA = Anfangsdruckwert
PATIME = Zeit, in welcher der Anfangsdruckwert auf den Regeldruckwert linear oder degressiv ansteigt oder abfällt
TMAX = Zeit, nach der der Sicherheitsdruckhochlauf beginnt und nach deren Ablauf der Synchronisiervorgang abgeschlossen sein sollte
TSCHALT-ENDE = Zeit, nach der der Betriebsdruck anlegt.

Für den Schaltvorgang sind des weiteren folgende Meß- und Regelgrößen wesentlich:
n_SYNCHRON1 = Motordrehzahl bei Beginn des Schaltvorganges
n_SYNCHRON2 = Motordrehzahl nach Beendigung des Schaltvorganges
t_UREAL = Zeit bis zu Beginn des Synchronisiervorganges
t_RUTSCH = Rutschzeit der Lamellen
t_SYNCHRON = Zeit, nach der der Schaltvorgang abgeschlossen wurde.

Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß nach dem Auftreten eines Gangschaltsignales, in der Zeitachse zum Zeitpunkt 0 die Motordrehzahl n1 noch bis zum Erreichen eines Freilaufpunktes, hier dem Punkt 1 ansteigt, worunter man den Punkt versteht, an dem die dem neuen Gang zugeordneten Reibelemente das volle Moment übernehmen und die dem alten Gang zugeordneten Reibelemente lösen. Ab diesem Freilaufpunkt beginnt die Motordrehzahl n1 abzusinken, während gleichzeitig die Reibelemente schleifen. Die Zeit bis zum Erreichen dieses Freilaufpunktes, der dem Beginn des Synchronisationsvorganges entspricht, ist mit t_UREAL bezeichnet. An diese schließt sich die Rutschzeit der Reibelemente t_RUTSCH an. Im Punkt 2 im Diagramm laufen beide Reibelemente synchron, der neue Gang ist eingelegt, die Reibelemente haften und die beiden Drehzahlen sind entweder gleich oder entsprechend dem Stufensprung identisch.

Der Schaltkomfort ist durch den Verlauf des Abtriebsmomentes bestimmt. Der Momentensprung zum Zeitpunkt t_SYNCHRON soll möglichst gering sein.

Der einzuhaltende Sollwert für den Schaltvorgang ist die Zeit bis zum Beginn des Synchronisationsvorganges t_UREAL. Die Stellgröße zur Beeinflussung dieses Zeitraumes ist der Anfangsdruckwert PA, das Stellglied eine Einrichtung zum Aufbringen des Anfangsdruckes. Zur Durchführung einer adaptiven Regelung werden die Sollwerte für die Zeit bis zum Beginn des Synchronisationsvorganges t_UREAL beispielsweise in einem Last/Drehzahlkennfeld abgelegt. Dabei kann prinzipiell die Rasterung für die Last- und Drehzahlklassen beliebig gewählt werden, wobei die Sollwerte in einem Festwertspeicher in einer elektronischen Getriebesteuereinheit gespeichert werden kühnen. Des weiteren sind Meßeinrichtungen vorgesehen, welche die aktuelle Zeit bei jedem Schaltvorgang bis zu Beginn des Synchronisationsvorganges ermitteln. Als weitere Einflußparameter werden das Motordrehmoment, die Drehzahl beim Schalten sowie das Massenträgheitsmoment der einzelnen Komponenten berücksichtigt. Weicht der gemessene bzw. ermittelte Istwert vom Sollwert ab, wird ein Korrekturwert am Ausgang der Steuereinrichtung ausgegeben und an der Druckeinheit wirksam. Die Stellgröße PA ändert sich um den Korrekturwert. Der geänderte Anfangsdruckwert wird dann abgespeichert.

Fig. 2 enthält Kurven, die das Geschehen bei einem Schaltvorgang gemäß der Erfindung veranschaulichen. Die Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung:
n₁ = Getriebe Eingangsdrehzahl
n₂ = Getriebe Ausgangsdrehzahl
M_mot = Motordrehmoment
p₁ = Druck im Schaltelement (Kupplung) während der Schaltung
MMR = Motormomentenreduziersignal
t_v = Zeitspanne, bis das Motormoment reduziert ist

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuggetriebes, insbesondere zum Steuern eines Automatgetriebes, mit den folgenden Merkmalen:

1. 1.1 vor einem Schaltvorgang wird ein Signal erzeugt, das einen Befehl zum Absenken des in das Getriebe eingeleiteten Momentes erteilt;
2. 1.2 das Ausführen des Befehles wird erfaßt;
3. 1.3 nach erfolgtem Ausführen des Befehles wird geschaltet;
4. 1.4 bei Erreichen der Synchrondrehzahl zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes wird das in das Getriebe eingeleitete Drehmoment wieder angehoben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorgang erst dann begonnen wird, wenn das in das Getriebe eingeleitete Moment einen bestimmten Wert erreicht hat.

3. Fahrzeuggetriebe, insbesondere Automatgetriebe, mit den folgenden Merkmalen:

1. 3.1 es ist ein Signalerzeuger vorgesehen, um vor einem Schaltvorgang ein Signal zu erzeugen, das eine Befehl zum Absenken des in das Getriebe eingeleiteten Drehmomentes erteilt;
2. 3.2 es ist eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, die das Ausführen des Befehles erfaßt;
3. 3.3 es ist eine Einrichtung vorgesehen, die nach erfolgtem Ausführen des Befehles die Schaltung veranlaßt;
4. 3.4 es ist eine Einrichtung vorgesehen, die bei Erreichen der Synchrondrehzahl (n_SYNCHRON2) zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes das in das Getriebe eingeleitete Drehmoment wieder anhebt.