DE19735759A1

DE19735759A1 - Verfahren zum Steuern einer automatischen Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE19735759A1
Application number: DE19735759A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Sauer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1997-08-18
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: DE19735759B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer automatischen An triebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Kraftfahrzeuge mit automatischen Antriebsvorrichtungen (automatischem Getriebe) sind vielfach bekannt, am häufigsten verwendet sind dabei Plane tengetriebe mit hydraulisch betätigten Kupplungen und Bremsen und elek tronischem Management zu nahezu ruckfreien Umschaltungen. Vermehrt werden aber auch Vorschläge zur automatischen Steuerung von herkömmli chen Schaltgetrieben bekannt, deren Vorteil insbesondere in einem besse ren Getriebewirkungsgrad begründet ist. Soll ein derartiges Getriebe ähnlich dem vorbeschriebenen Planetengetriebe ohne Zugkraftunterbrechung um geschaltet werden, so ist ein nicht unbeträchtlicher Getriebe.- und Kupp lungs-Mehraufwand erforderlich (z. B. Doppelkupplung, eine zusätzliche Getriebe-Vorgelegewelle). Andere Vorschläge akzeptieren eine Zugkraftun terbrechung durch kurzzeitiges, automatisches Lösen der Hauptkupplung während des Umschaltens.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum auto matischen Betrieb eines Kraftfahrzeuges der gattungsgemäßen Art vorzu schlagen, mit dem ohne wesentlichen Mehraufwand ein komfortabler Fahr betrieb erzielbar ist.

Die verfahrungsgemäße Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeich nenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil dungen des Verfahrens sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar. Die Ansprüche 7 bis 10 schließlich beschreiben eine herstellungstechnische günstige, baulich einfache Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Hauptkupplung, die bevorzugt eine fluidbetätigte Lamellenkupplung sein kann, während des Umschaltens von der einen Gangstufe in die andere im Rutschzustand zu halten, so daß nahezu zugkraftunterbrechungsfrei geschaltet wird. Die Erfindung löst sich dabei von dem Gedanken, daß formschlüssige Kupplungselemente, z. B. eine bekannte Ziehkeilanordnung oder die Verwendung von Klauenkupplun gen ein absolutes Lösen der Hauptkupplung voraussetzen. Insbesondere in Verbindung mit den weiteren Verfahrensansprüchen ist es in überraschen der Weise möglich, eine schnelle, geräuschlose und komfortable Umschal tung der Gänge zu bewerkstelligen, ohne daß übermäßiger Verschleiß an Kupplungsmitteln auftritt, wobei aufgrund der Schnelligkeit des Um schaltens eine ggf. minimale Zugkraftunterbrechung für die Bedienungsper son kaum spürbar ist. Der derartigen automatisierten Schaltgetrieben bisher anhängende Nachteil der Zugkraftunterbrechung, die sich beim automati sierten Vorgang unangenehmen für die Bedienungsperson bemerkbar macht, ist dadurch vermieden.

Ein Ausführungsbespiel der Erfindung mit weiteren Vorteilen und detaillier tem Verfahrensablauf ist im folgenden beschrieben. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftma schine als Antriebsquelle, einer Hauptkupplung, einem Geschwindig keitswechselgetriebe und einer elektrohydraulischen und elektroni schen Steuerung;

Fig. 2 Schaltmittel in Form eines Ziehkeiles zum Umschalten der Zahnrad sätze des Geschwindigkeitswechselgetriebes nach Fig. 1;

Fig. 3 eine hydraulische Stelleinheit zum Betätigen der Schaltmittel gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Steuerdiagramm der Schaltmittel und der Hauptkupplung über der Zeit, verschiedener Drehzahlen und anderer Umschaltparameter beim Umschalten in einen nächsthöheren Gang;

Fig. 5 ein weiteres Steuerdiagramm beim Umschalten in einen nächstnie drigeren Gang; und

Fig. 6 ein weiteres Steuerdiagramm beim Umschalten in einen nächstnie drigeren Gang bei Schiebebetrieb des Kraftfahrzeuges.

Die in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist eine Brenn kraftmaschine 10 als Antriebsquelle auf, deren Kraftabgabewelle 12 über eine Hauptkupplung 14 (herkömmliche, hydraulisch lösbare Lamellenkupp lung) mit der Eingangswelle 16 eines Geschwindigkeitswechselgetriebe 18 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs trieblich verbunden ist.

Die in dem Getriebegehäuse 26 drehbar gelagerte Eingangswelle 16 treibt über einheitlich mit 20 bezeichnete Zahnräder korrespondierende Zahnräder 22 auf einer Abtriebswelle 24 an, wobei die jeweils miteinander kämmenden Zahnräder 20, 22 Zahnradstufen I, II, III und IV bzw. entsprechende Vor wärtsgänge mit definierten Übersetzungsverhältnissen bilden. Ein ggf. vor handener Rückwärtsgang ist nicht dargestellt; die Anzahl der Vorwärtsgänge kann beliebig sein.

Zum Schalten der Vorwärtsgänge I bis IV sind an der Eingangswelle 16 und an der Ausgangswelle 24 jeweils eine Ziehkeileinrichtung 28 (vgl. Fig. 2) als Kupplungselement bzw. Schaltmittel vorgesehen, die über je ein hydrauli sches Stellelement 30, 32 (vgl. Fig. 3) zum Umschalten der Übersetzungsstu fen bzw. Vorwärtsgänge betätigt werden. Dabei können jeweils zwei lose Zahnräder 20 bzw. 22 auf der Eingangswelle bzw. Abtriebswelle 16, 24 des Getriebes mit jeweils zwei Festzahnrädern 20, 22 auf der Eingangswelle 16 bzw. Abtriebswelle 24 gekuppelt werden.

Wie die Fig. 2 abschnittsweise anhand der Eingangswelle 16 zeigt (die Kupplung der Zahnräder 22 auf der Abtriebswelle 24 erfolgt analog), ist in nerhalb einer Zentralbohrung 34 in der Eingangswelle 16 ein Stößel 36 ver schiebbar geführt, der einen Ziehkeil 38 als formschlüssiges Kupplungsele ment trägt. Der Ziehkeil 38 durchragt dabei einen Radialschlitz 40 in der Eingangswelle 16 und wirkt mit Längsnuten 42 in den Zahnrädern 20 zu sammen. Die Länge des Radialschlitzes 40 erlaubt ein axiales Verschieben des Ziehkeiles 38 über den Stößel 36 von der in durchgezeichneten Linien gezeichneten Position I in eine mittlere Leerlaufposition L, in der der Ziehkeil 38 in eine zwischen den beiden Zahnrädern 20 angeordnete, wellenfeste Abstandshülse 44 mit ebenfalls einer Längsnut 46 einragt, in die Position II, in der das in der Fig. 2 rechte Zahnrad 20 formschlüssig mit der Ein gangswelle 16 gekuppelt ist.

Der Stößel 36 der Ziehkeileinrichtung 28 ist mit einem in einem zylindri schen Gehäuse 48 verschiebbar geführten Kolben 50 drehabgekuppelt ver bunden, der eine erste und eine zweite Hydraulikkammer 52, 54 innerhalb der zylindrischen Gehäuses 48 unterteilt. Ferner ist in dem zylindrischen Gehäuse ein weiterer Kolben 56 angeordnet, der eine weitere Hydraulik kammer 58 abgrenzt. Der im Durchmesser größere Kolben 56 stützt sich in Verschieberichtung auf der Zeichnung nach links an einer im Gehäuse 48 gebildeten Ringschulter 60 ab und bildet somit je nach Druckbeaufschla gung der Hydraulikkammer 58 einen veränderlichen Anschlag für den Stößel 36.

Aufgrund der gezeichneten Anordnung des Stellelementes 32 bzw. 30 kann der Stößel 36 durch Druckbeaufschlagung der Kammern 58, 54 in die in der Fig. 2 gezeichnete Position verschoben werden. Durch Druckbeaufschla gung der Hydraulikkammern 52, 58 wird die mittlere Leerlaufposition L ge schaltet. Eine Druckbeaufschlagung schließlich nur der Kammer 52 bewirkt ein weiteres Verschieben des Kolbens 50 und des Stößels 36 nach rechts in die Position II, wobei der Kolben 56 sich entsprechend auf der Zeichnung nach rechts mitverschiebt. Die dargestellte Konstruktion der hydraulischen Stellelemente 30, 32 ermöglicht ein schnelles, ausreichend hohe Stellkräfte aufweisendes Umschalten der Übersetzungsstufen bzw. Vorwärtsgänge bei Verwendung einer entsprechenden hochdynamischen Hydraulik.

Dazu ist gemäß Fig. 1 eine hydraulische Steuereinheit 62 mit entsprechen den elektromagnetisch betätigbaren Steuerventilen (nicht dargestellt) vorge sehen, die die Druckansteuerung der Stellelemente 30, 32 über entspre chende hydraulische Leitungen (ohne Bezugszeichen) bewerkstelligt. Die Steuereinheit 62 wird über eine von der Brennkraftmaschine angetriebene hydraulische Pumpe 64 aus einem Vorratsbehälter 66 über eine Vorlauflei tung 65 mit unter Druck stehendem Hydraulikmedium versorgt, während die jeweils nicht druckbeaufschlagten Hydraulikkammern der Stellelemente 30, 32 über die Steuereinheit 62 mit einer Rücklaufleitung 68 verbunden sind. Die Steuereinheit 62 steuert über einen weiteren Ventilblock 70 mit einem nicht dargestellten Druckregelventil die Hauptkupplung 14 bzw. die dargestellte hydraulisch lösbare Lamellenkupplung, so daß diese über entsprechende Drucksteuerung beispielsweise geöffnet oder in einem definierten Rutschzustand gehalten werden kann.

Die Ansteuerung der hydraulischen Steuereinheit 62 erfolgt über ein elek tronisches Steuergerät 72. In dem Steuergerät 72 werden Signale z. B. über die Stellung des Gaspedales 74 des Kraftfahrzeuges, über den Öffnungs winkel einer Drosselklappe 76 in dem Verbrennungsluftzuführsystem 78 der Brennkraftmaschine, mittels Drehzahlsensoren 80, 82 an der Eingangswelle 16 und an der Ausgangswelle 24 über die Drehzahlen und schließlich über einen Abtriebsmomentensensor 84 das Abtriebsmoment an der Abtriebs welle 24 verarbeitet. Nach Maßgabe dieser Parameter wird sowohl der Kupplungsdruck an der Hauptkupplung 14 zur Einstellung definierter Rutschzustände sowie die Umschaltungen der Vorwärtsgänge gesteuert. Ferner sind an den kuppelbaren Zahnrädern 20 bzw. 22 und an der Ab standshülse 44 Sensoren 86, 88, 90 (Fig. 2) angeordnet, die in nicht darge stellter Weise ebenfalls mit dem Steuergerät 72 korrespondieren und die ein Schaltbereitschaftssignal dann abgeben, wenn die Drehwinkelposition des Ziehkeiles 38 mit der Drehwinkelposition der jeweiligen Längsnut 42 in dem zu schaltenden Zahnrad 20, 22 in Überdeckung steht, so daß ein schnelles Umschalten der Übersetzungsstufe möglich ist.

Anhand der Steuerdiagramme gemäß den Fig. 4 bis 6 wird das verfahrens gemäße Umschalten erläutert:
So gibt die Fig. 4 den Steuerungsablauf bei einem Umschalten von einem Vorwärtsgang (z. B. I) in den nächst höheren Vorwärtsgang (z. B. II) an (Grafik a). Dabei wird über den Schaltvorgang ein gleichbleibendes An triebsmoment des Kraftfahrzeuges (bzw. Abtriebsmoment über die Abtriebs welle 24) über der Zeit gesteuert, um Schaltrucke und insbesondere eine Zugkraftunterbrechung zu vermeiden.

Der Schaltvorgang beginnt, wenn über das elektronische Steuergerät 72 aufgrund der Signalparameter (wie bei herkömmlichen automatischen Ge trieben) und ggf. durch Auswertung von Kennfeldern ein Hochschalten vor gegeben ist. Sobald das Schaltbereitschaftssignal über die Sensoren 86 und 88 anliegt, wird durch Ansteuern der Hydraulikeinheit 62 und entsprechende Druckeinsteuerung an dem Stellmotor 32 das Umschalten ausgelöst.

Dabei werden folgende Vorgänge in dem gemäß Steuerdiagramm zeitlichen Zusammenhang gesteuert:

Grafik b

Durch das Umschalten sinkt schlagartig die Drehzahl der Getriebeeingangs welle 16 gemäß der nunmehr anliegenden Zahnradübersetzung bei gleicher Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges;

Grafik c

Das Absinken der Drehzahl gemäß Grafik b ist möglich, weil zugleich an der Hauptkupplung 14 ein hydraulischer Druck eingesteuert wird (Grafik d), der einen entsprechenden Kupplungsschlupf ermöglicht. Der hydraulische Druck wirkt dabei in nicht dargestellter Weise gegen einen permanenten Kupp lungs-Anpreßdruck durch eine entsprechende Druckfeder (z. B. Tellerfeder).

Grafik d

Der Steuerdruck für die Kupplung 14 wird über ein definiertes Zeitintervall nach Maßgabe des vor dem Umschaltvorgang anliegenden Abtriebsmomen tes, ermittelt über den Momentensensor 84 an der Abtriebswelle 24 und über Signalparameter wie Drosselklappenstellung und Motordrehzahl in Verbin dung mit der vor dem Umschalten gefahrenen Übersetzungsstufe, derart gehalten bzw. geregelt, daß gemäß Grafik f ein gleichbleibendes Antriebsmoment vorliegt.

Grafik e

Mit dem Umschalten des Ganges sinkt die Drehzahl der Brennkraftmaschine über ein definiertes Zeitintervall kontinuierlich ab, ebenfalls abhängig von vorliegenden Kupplungsschlupf und von der gemäß Grafik g beim Um schalten unabhängig von der Vorgabe des Gaspedales kurzeitig eingesteu erten höheren Leistungsanforderung (Drosselklappe wird geöffnet).

Grafiken f und g

Die Drosselklappe 76 wird im Umschaltmoment für ein sehr kurzes Zeitinter vall ebenfalls unabhängig von der Gaspedalvorgabe im Öffnungsquerschnitt vermindert, um im Millisekunden- bis Zehntelsekundenbereich das An triebsmoment zu verringern und dadurch ein verschleißarmes Durchschalten des Ziehkeiles 38 von dem einen Zahnrad 20 zum anderen Zahnrad 20 zu ermöglichen. Das Zeitintervall ist dabei so kurz, daß die damit verbundene Antriebsmomentenverringerung von der Bedienungsperson praktisch nicht wahrgenommen wird. Diese Momentenverringerung ist der Grafik f ent nehmbar, die ansonsten das gleichbleibende Antriebsmoment über den ge samten Umschaltvorgang anzeigt.

Das Steuerdiagramm gemäß Fig. 5 zeigt die Steuerungsparameter bei ei nem Schalten in den nächstniedrigeren Gang, z. B. von dem Vorwärtsgang III in den Vorwärtsgang II. Nachstehend beschrieben sind nur diejenigen Steuerungsparameter, die zwangsläufig vom Hochschaltvorgang abweichen müssen.

Wird von dem elektronischen Steuergerät 72 ein Rückschaltvorgang vorge geben, so wird zunächst gemäß Grafik b die Hauptkupplung 14 mit definier tem hydraulischen Druck beaufschlagt und ein Kupplungsschlupf ermöglicht, der zu einem Ansteigen der Motordrehzahl (Grafik a) führt. Dann wird ge mäß Grafik d bei Vorliegen des Schaltbereitschaftssignals (wie vorbe schrieben) die Umschaltung eingeleitet, wobei (vgl. Fig. 1) über das hydrau lische Stellglied 30 das gekuppelte Zahnrad 22 auf der Abtriebswelle 24 der Gangstufe III entkuppelt (Leerlaufstellung L) und über das hydraulische Stellglied 32 das Zahnrad 20 auf der Eingangswelle 16 für die Gangstufe II mit der Eingangswelle 16 verbunden wird.

Über den eingesteuerten Kupplungsschlupf steigt dadurch die Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle 16 schlagartig an. Gemäß Grafik f wird gleichzeitig der Öffnungsquerschnitt der Drosselklappe 76 verringert, um ein gleichblei bendes Antriebsmoment (Grafik g) bereitzustellen.

Das Steuerdiagramm gemäß Fig. 6 beschreibt den Sonderfall der Rück schaltung im Schiebebetrieb, d. h., daß das Kraftfahrzeug bei geschlossener Drosselklappe aufgrund seiner Bewegungsenergie (z. B. beim Bergabfah ren) über das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe die Brennkraftmaschine antreibt. Diese Rückschaltung könnte beispielsweise wie vorbeschrieben der Gangstufe III in die Gangstufe II erfolgen, so daß der mechanische Vorgang anhand der hydraulischen Stellglieder und Sensoren nicht zu be schreiben ist.

Beachtlich bei dem Steuerungsablauf hier ist, daß der Kraftfluß nicht von der Brennkraftmaschine zu den Antriebsrädern, sondern umgekehrt verläuft. Dementsprechend zeigt die Grafik g auch eine geschlossene Drosselklappe 76, die lediglich im Moment des Umschaltens kurz geöffnet wird, um das Bremsmoment gemäß Grafik f zu vermindern. Anschließend wird aufgrund des abnehmend eingesteuerten Kupplungsschlupfes (Grafiken c und d) bzw. Kupplungsteuerdruckes die Motordrehzahl und damit verbunden das Bremsmoment (Grafik f) kontinuierlich und ruckfrei erhöht.

Steuerungstechnisch am problemlosesten ist der umgekehrte Fall, nämlich der eines Umschaltens in den nächsthöheren Gang bei Bremsbetrieb, weil hier nahezu durch herkömmliches Lösen der Hauptkupplung in den nächsthöheren Gang umschaltbar und durch allmähliches Wiederschließen der Kupplung das neue, aber geringere Bremsmoment einsteuerbar ist. Eine Zugkraftunterbrechung bzw. Fahrzeugverzögerung im herkömmlichen Sinne tritt bei diesem Umschaltvorgang ohnehin nicht auf.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel be schränkt. Insbesondere kann anstelle der Ziehkeileinrichtung als Schaltmit tel 28 auch eine in der Getriebetechnik vielfach bekannte Klauenkupplung oder jede andere geeignete, formschlüssig wirkende Kupplung verwendet sein.

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer automatischen Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Antriebsquelle, einem Geschwindigkeitswech selgetriebe mit mehreren kuppelbaren Zahnradsätzen, einer fluidbetätig baren Hauptkupplung, fluidbetätigbaren Schaltmitteln zum Aktivieren der einzelnen Zahnradsätze und einer elektronischen Steuerung für die Hauptkupplung und die Schaltmittel, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betätigen der Schaltmittel (28) die Hauptkupplung (14) im Rutschzustand gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmit tel (28) formschlüssig wirkende Kupplungselemente (38) aufweisen, de ren Schaltbereitschaft über Sensoren (86, 88, 90) ermittelt und in der elek tronischen Steuerung (72) zur Aktivierung der Schaltmittel (28) verarbeitet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Antriebsquelle (10) im Moment des Umschaltens unab hängig von der vorgegebenen Leistung über das Gaspedal (74) auf eine wesentlichen gleiche Antriebsleistung gesteuert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten der Rutschzustand der Hauptkupplung (14) auf ein im wesentlichen gleiches Antriebsmoment geregelt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Moment des Umschaltens für eine nahezu unmerklich kurzes Zeitintervall ein eine Antriebsmomentenverringerung ergebender Kupplungsrutsch und/oder eine Zurücknahme des Leistungsstellgliedes (76) gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schiebebetrieb des Kraftfahrzeuges bei einem Umschalten die Zunahme der Bremsleistung der Antriebsquelle (10) kontinuierlich ansteigend über den Kupplungsrutsch eingesteuert wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:

- eine Antriebsquelle (10),
- ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (18)
mit einer Eingangswelle (16)
einer Ausgangswelle (24)
mehreren kuppelbaren Zahnradsätzen I bis IV,
fluidbetätigten Schaltmitteln (28)
- einer fluidbetätigbaren Hauptkupplung (14);
- einer Fluidversorgungseinrichtung (62, 64, 66, 68, 70); und
- einer elektronischen Steuerung für die Aktivierung der Schaltmittel (28) bzw. Stellglieder (30, 32) und der Hauptkupplung (14) nach Maßgabe fahr- und leistungsspezifischer Parameter.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt kupplung (14) eine fluidbetätigbare Lamellenkupplung ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (28) formschlüssig wirkende Ziehkeile (38) oder Klauen kupplungen sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (28) und/oder die Hauptkupplung (14) elektrohydraulisch über die elektronische Steuerung (72) gesteuert sind, wobei dem Steuergerät (72) zumindest die Gaspedalstellung (74), die Drehzahlen der Getriebe-Eingangswelle (16) und Ausgangswelle (24), ggf. ein von der Bedienungsperson abgebbares Umschaltsignal und Schaltbereitschaftssignale der Schaltmittel (28) über Sensoren (86, 88, 90) zugeleitet werden.