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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Steuern von Kraftfahrzeug-Automatikgetrieben gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 4.
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Um
in einem herkömmlichen
Fahrzeug, das ein System enthält,
in dem die Motordrehzahl durch ein Automatikgetriebe umgesetzt und
die umgesetzte Drehzahl anschließend an Räder des Kraftfahrzeugs übertragen
wird, die Schaltdauer optimal zu steuern, wird eine Betätigungskraft
für Reibelemente
des Automatikgetriebes entsrechend dem Antriebszustand des Kraftfahrzeugs
gesteuert.
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Falls
die Betätigungskraft
für die
Reibelemente hoch ist, werden an die Fahrzeuginsassen während der
Schaltdauer große
und unangenehme Schaltstöße übertragen.
Andererseits wird bei einer niedrigen Betätigungskraft für die Reibelemente
die Schaltdauer zu lang, wodurch die Lebensdauer der Reibelemente
verkürzt
wird, ferner vermittelt ein langandauernder Schaltvorgang den Fahrzeuginsassen
ebenfalls ein unangenehmes Gefühl.
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In
einer bekannten Technik zur Steuerung der Schaltdauer werden eine
Betätigungskraft
für die
Betätigung
einer auf den Schaltvorgang bezogenen Kupplung und eines auf den
Schaltvorgang bezogenen Reibelements einer Bremse in Abhängigkeit
von einem Drosselklappenöffnungswert,
der Fahrgeschwindigkeit und dergleichen anhand empirischen Wissens
oder durch Versuche bestimmt, wobei die Betätigungskraft entsprechend gesteuert
wird.
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Weiterhin
ist beispielsweise aus der
JP
72099-A (1992) bekannt, einen Betätigungsdruck anhand empirischen
Wissens und anhand von Versuchsergebnissen unter Verwendung der
Motordrehzahl und des Motordrehmoments zu bestimmen.
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Aus
der
JP 139619-A (1995)
ist bekannt, aus der Winkelbeschleunigung während einer Schaltdauer einen
Steuerhydraulikdruck einer Trägheitskomponente
und einen Steuerhydraulikdruck einer Eingangsdrehmomentkomponente
zu erfassen und aus der Summe dieser beiden Steuerhydraulikdrücke einen
aktuellen Steuerhydraulikdruck für
die Kupplung zu gewinnen.
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Wie
oben erwähnt
worden ist, ist es in dem Fall, in dem der Betätigungsdruck in Übereinstimmung
mit der Motorlast, z. B. in Übereinstimmung
mit allen Antriebsbedingungen in einer wirtschaftlichen Betriebsart,
in einer sportlichen Betriebsart und dergleichen, bestimmt wird,
notwendig, für
den Betätigungsdruck
eine Datentabelle vorzusehen, so daß ein hoher Entwicklungsaufwand
erforderlich ist.
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In
dem aus der obengenannten
JP
72099-A (1992) bekannten Verfahren, in dem der Betätigungsdruck in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment bestimmt wird, tritt
zwischen einem berechneten Wert einer Eingangsdrehzahl und dem aktuellen
Wert des Drehmomentwandlers eine Differenz auf, ferner tritt zwischen
einem berechneten Wert und einem aktuellen Wert des Drehmoments
wegen einer Drehmomentverstärkung
eine Differenz auf.
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Da
sich die obigen Differenzen entsprechend Schwankungen der Fahrbahnneigungen
und des Fahrzeuggewichts verändern,
besteht das Problem, daß eine
stabile Schaltdauer und eine stabile Schaltsteuerung nicht erhalten
werden können.
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Aus
den obengenannten Gründen
ist es notwendig, Proportionalitätskoeffizienten
der Motordrehzahl und des Motordrehmoments anhand empirischen Wissens
für jeden
Schaltvorgang zu bestimmen, weshalb eine aufwendige Datenkalibrierungsverarbeitung
erforderlich ist.
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Weiterhin
kann in dem aus der obigen
JP
139619-A (1995) bekannten Verfahren dann, wenn der Hydraulikdruck
der Kupplung ermittelt wird, indem die Trägheitskomponente durch die
Eingangsdrehmomentkomponente dividiert wird, das Problem entstehen,
daß die
Anzahl der Datenkalibrierungsverarbeitungen und die Anzahl der Rechenverarbeitungsschritte
erhöht
werden.
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Die
EP 0616919 B1 beschreibt
eine Vorrichtung zur Regelung der Antriebskraft im Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs. Beschrieben wird ein Antriebswellendrehmomentsteuerverfahren
für ein
Fahrzeug mit einem Motor, einem Automatikgetriebe mit einem Drehmomentwandler
und einer Steuervorrichtung mit wenigstens einem Mikrocomputer darin
zum Steuern des Automatikgetriebes, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte
aufweist: Erfassen der Motorgeschwindigkeit; Bestimmen des Motordrehmoments
in Abhängigkeit
von der Motorgeschwindigkeit; Erfassen der Turbinengeschwindigkeit
des Drehmomentwandlers; Bestimmen des Turbinendrehmoments in Abhängigkeit
von der Turbinengeschwindigkeit, Motorgeschwindigkeit und des Motordrehmoments;
Erfassen der Antriebswellengeschwindigkeit des Automatikgetriebes;
Bestimmen des Antriebswellsendrehmoments; Ablegen des Antriebswellendrehmoments
am Anfang einer Gangwechselperiode als Referenzdrehmoment; Vergleichen
des tatsächlichen
Antriebswellendrehmoments mit dem Referenzdrehmoment während des
Gangwechselzeitraums; Steuern des Motors in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren
für ei
Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe anzugeben, die einen Schaltvorgang
mit nur geringen Schaltstößen ermöglichen.
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Diese
Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Abhängige Patentansprüche sind
auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Die
beanspruchte Steuervorrichtung für
ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe,
das entsprechend einem einen Schaltvorgang angebenden Schaltbefehlssignal
schaltet, kann eine Sollschaltdauer-Bestimmungseintrichtung für die Bestimmung
einer Sollschaltdauer enthalten, Übertragungsdrehmoment-Bestimmungseinrichtung
für die
Bestimmung eines Übertragungsdrehmoments
eines Reibelements in Übereinstimmung
mit einer eingegebenen Drehzahl und einem eingegebenen Drehmoment
einer Abtriebswelle des Automatikgetriebes und der Sollschaltdauer,
eine Solldrehmoment-Bestimmungseinrichtung für die Bestimmung eines Solldrehmoments
der Abtriebswelle des Automatikgetriebes während eines Schaltvorgangs,
eine Motorausgangsdrehmoment-Änderungseinrichtung
zum Erzeugen eines Signals, das das Ausgangsdrehmoment des Motors in Übereinstimmung
mit einer Differenz zwischen dem Übertragungsdrehmoment und dem
Solldrehmoment verändert,
eine Steuerungsübertragungsdrehmoment-Bestimmungseinrichtung
für die
Bestimmung eines an das Reibelement gelieferten aktuellen Steuerungsübertragungsdrehmoments
in Übereinstimmung
mit der Drehmomentdifferenz und dem Übertragungsdrehmoment, eine
Reibelement-Steuereinrichtung zum Liefern der Betätigungskraft
an das Reibelement sowie eine Betätigungs kraftsteuerwert-Bestimmungseinrichtung zum
Bestimmen eines Steuerwerts als Antwort auf eine Betätigungskraft zum
Einkuppeln des Reibelements in Übereinstimmung
mit dem Steuerungsübertragungsdrehmoment
und zum Erzeugen eines Signals, das auf dem Steuerungswert basiert
und an die Reibelement-Steuereinrichtung geschickt wird.
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Falls
das Übertragungsdrehmoment
kleiner als das Solldrehmoment ist, bewirkt die Motorausgangsdrehmoment-Änderungseinrichtung
keine Reduzierung des Ausgangsdrehmoments des Motors, wobei die Betätigungskraft
durch den Hydraulikdruck oder durch eine elektromagnetische Kraft
erzeugt wird.
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Die Übertragungsdrehmoment-Bestimmungseinrichtung
ermittelt das Übertragungsdrehmoment
in Übereinstimmung
mit dem Verhältnis
der Übersetzungsverhältnisse
vor dem Schaltvorgang und nach dem Schaltvorgang, einem Trägheitsmoment,
einem entsprechend der Sollschaltdauer bestimmten Koeffizienten, der
eingegebenen Drehzahl, dem eingegebenen Drehmoment und einem vorgegebenen
Wert, der in Übereinstimmung
mit der Art des Schaltvorgangs bestimmt wird.
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Die
Solldrehmoment-Bestimmungseinrichtung bestimmt das Solldrehmoment
in Übereinstimmung
mit dem Ausgangsdrehmoment.
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Das Übertragungsdrehmoment
wird in Übereinstimmung
mit der Drehzahl und dem eingegebenen Drehmoment berechnet, die
beide unmittelbar vor dem Beginn des Schaltvorgangs an das Reibelement
angelegt werden. Hierbei bedeutet der Ausdruck ”unmittelbar vor dem Beginn
des Schaltvorgangs” einen
Zeitpunkt unmittelbar vor dem Beginn des Einkuppelns oder des Auskuppelns
des Reibelements nach dem Senden des Schaltbefehls oder einen Zeitpunkt
nach Verstreichen eines vorgegebenen Zeitintervalls nach dem Senden des
Schaltbefehls.
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Falls
sich die Motorlast während
des Schaltvorgangs um mehr als einen vorgegebenen Wert ändert, wird
die Betätigungskraft
für das
Reibelement entsprechend der Motorlast gesteuert.
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Die
erfindungsgemäße Steuervorrichtung
enthält
ferner eine Speichereinrichtung, die für alle vorgegebenen Bereiche
des Übertragungsdrehmoments
eine Differenz zwischen der aktuellen Steuerdauer und der Sollsteuerdauer
speichert, so daß die
Betätigungskraft
für das
Reibelement entsprechend der Motorlast gesteuert werden kann.
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Die
Betätigungskraft
für das
Reibelement kann in Übereinstimmung
mit dem Produkt aus der Drehzahl und dem eingegebenen Drehmoment,
die beide an das Reibelement angelegt werden, gesteuert werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug nimmt; es zeigen:
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1 eine
Steuersystem-Konstruktionsansicht gemäß einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe;
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2 eine
Getriebe-Konstruktionsansicht gemäß einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe;
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3 eine
Kennlinie, die die Beziehung zwischen einem Reibkoeffizienten μ und einer
Schlupfgeschwindigkeit V einer Bandbremse angibt;
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4 ein
Steuerungsblockschaltbild zur Erläuterung eines Beispiels eines
Turbinendrehmoment-Schätzteils;
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5 ein
Steuerungsblockschaltbild zur Erläuterung eines weiteren Beispiels
eines Turbinendrehmoment-Schätzteils,
der eine andere Steuerung als der Turbinendrehmoment-Schätzteil von 4 ausführt;
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6 eine
erläuternde
Darstellung von Versuchsergebnissen in bezug auf einen Leitungsdruck
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7 eine
Konstruktionsansicht eines Beispiels einer Bandbremse und einer
Bremstrommel;
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8 ein
Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung
eines Beispiels einer Schaltsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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9 ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
einer Schaltsteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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10 ein
Flußdiagramm
zur Erläuterung
einer lernenden Steuerung der Schaltdauer gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Im
folgenden wird eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
und des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens
für ein
Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe erläutert.
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1 ist
eine Steuersystem-Konstruktionsansicht einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe.
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Die
Steuersystem-Konstruktion umfaßt
einen Motor 1, ein Automatikgetriebe 2, eine Kardanwelle 3, einen
Differentialgetriebemechanismus 4, Antriebsräder 5,
einen Hydraulikdruckkreis 6a des Automatikgetriebes 2,
eine Pumpe 6b für
die Erzeugung eines Betätigungsdrucks,
mit dem der Hydraulikdruckkreis 6a versorgt wird, damit
er ein Reibelement einkuppelt, eine Steuereinheit 7 (im
folgenden mit AGSE bezeichnet) für
das Automatikgetriebe 2 sowie eine Steuereinheit 8 (im
folgenden mit MSE bezeichnet) für
den Motor 1.
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Die
AGSE 7 kommuniziert mit der MSE 8 über Kommunikationsschaltungsleitungen.
Die AGSE 7 und die MSE 8 können untereinander Signale
austauschen und externe Signale aussenden und empfangen.
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Die
Steuersystem-Konstruktion enthält
ferner einen Luftfilter 9, einen Luftmengensensor 10,
eine Drosselklappen-Steuereinrichtung 11,
einen Ansaugkrümmer 12 und
Einspritzeinrichtungen 13 (in der vorliegenden Ausführungsform
beispielsweise vier Einspritzeinrichtungen, die für einen
Vierzylindermotor verwendet werden).
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Im
Automatikgetriebe 2 sind ein Drehmomentwandler 14 und
ein Getriebezug 15 vorgesehen. Ferner sind im Automatikgetriebe 2 ein
Turbinendrehzahlsensor 17a für die Erfassung einer Eingangsdrehzahl
des Automatikgetriebes 2 und ein Abtriebswellendrehzahlsensor 17b für die Erfassung
einer Ausgangsdrehzahl des Automatikgetriebes 2 vorgesehen.
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Die
Motorsteuereinheit MSE 8 empfängt von einem Kurbelwinkelsensor 21,
vom Luftmengensensor 10, einem Drosselklappenöffnungsgradsensor 18 und
dergleichen Eingangssignale und ermittelt die Motordrehzahl Ne und
derglei chen. Die MSE 8 gibt an die Einspritzeinrichtungen 13 Ventilöffnungsansteuersignale aus
und steuert dadurch die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge.
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Ein
Leerlaufdrehzahlsteuerventilsensor 19 (im folgenden mit
LDSV-Sensor bezeichnet) gibt an die MSE 8 ein Ventilöffnungsgrad-Signal
aus, anhand dessen die MSE 8 eine Korrekturluftmenge bestimmt.
Ferner bestimmt die MSE 8 anhand des Signals vom LDSV-Sensor
ein Zündsignal
für eine
(nicht gezeigte) Zündkerze
und steuert somit den Zündzeitpunkt.
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Andererseits
führt die
AGSE 7 verschiedene Verarbeitungen entsprechend den eingegebenen
Werten und der Fahrzeugzustandsinformation aus. Die eingegebenen
Werte umfassen eine Turbinendrehzahl Nt, die vom Turbinendrehzahlsensor 17a erhalten
wird, eine Abtriebswellendrehzahl No, die vom Abtriebswellendrehzahlsensor 17b erhalten
wird, und eine Automatikgetriebe-Hydrauliköltemperatur Taf, das von einem
Automatikgetriebe-Hydrauliköltemperatur-Sensor 22 (im
folgenden mit AGHT-Sensor bezeichnet) erhalten wird.
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Die
genannte Fahrzeugzustandsinformation umfaßt die Motordrehzahl Ne und
den Drosselklappenöffnungsgrad
TVO, die von der Motorsteuereinheit 8 erhalten werden.
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Anhand
des Drosselklappenöffnungsgrad-Signals
und ähnlicher
Signale wird die am besten geeignete Schaltstufe gewählt, wobei
entsprechend der gewählten
Schaltstufe ein elektromagnetisches Umschaltventil 20a des
Hydraulikdruckkreises 6a betätigt wird, ferner wird an ein
Steuermagnetventil 20b ein Steuersignal ausgegeben, um
den Leitungsdruck PL zu steuern, der von der Pumpe 6b zum
Reibelement geliefert wird.
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Nun
wird mit Bezug auf 2 ein Beispiel einer Getriebekonstruktion
des Automatikgetriebes 2 beschrieben. 2 zeigt
eine grundlegende Getriebekonstruktion, mit der ein Schaltvorgang
von einem ersten Vorwärtsgang
zu einem vierten Vorwärtsgang
verwirklicht werden kann, wobei in der Figur die Kupplung und die
Bremse weggelassen sind.
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In
der Getriebekonstruktion gemäß dieser
Ausführungsform
sind zwei Planetenradgetriebe und vier Reibelemente vorgesehen.
Die beiden Planetenradgetriebe umfassen ein vorderes Planetenrad 25 und
ein hinteres Planetenrad 32, während die vier Reibelemente
eine Bandbremse 30, eine untere Einwegkupplung 26,
eine obere Kupplung 23 und eine Vorwärts-Einwegkupplung 27 umfassen.
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Die
obere Kupplung 23 und ein hinteres Sonnenrad 24 sind
mit der Antriebswelle des Automatikgetriebes 2 verbunden.
Das vordere Planetenrad 25, die untere Einwegkupplung 26 und
die Vorwärts-Einwegkupplung 27 sind
mit einer gegenüberliegenden
Seite der oberen Kupplung 23 verbunden.
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Bei
einer normalen Drehung (gleiche Drehrichtung wie die Antriebswelle)
wird an einer Seite der oberen Kupplung 23 ein Drehmoment
erzeugt, wobei die untere Einwegkupplung 26 eingekuppelt
ist und folglich ein Zustand mit angehaltener Drehung vorliegt.
Weiterhin ist die gegenüberliegende
Seite der Vorwärts-Einwegkupplung 27 mit
einem hinteren Hohlrad 28 verbunden.
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Das
vordere Sonnenrad 33 ist mit einer Bremstrommel 29 verbunden,
die ihrerseits durch Eingriff einer Bandbremse 30 in einen
Zustand mit angehaltener Drehung versetzt wird. Ferner ist ein vorderes
Hohlrad 31 mit dem hinteren Planetenrad 32 und
mit der Antriebswelle des Automatikgetriebes 2 verbunden.
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In
der folgenden Tabelle 1 ist eine Beziehung zwischen dem entsprechenden
Reibelement und den Schaltstellungen gezeigt. Tabelle 1
| Schaltstellung | Bandbremselement | untere
Einwegkupplung | obere
Kupplung | Vorwärts-Einwegkupplung |
| 1.
Gang | X | O | X | O |
| 2.
Gang | O | X | X | O |
| 3.
Gang | X | X | O | O |
| 4.
Gang | O | X | O | X |
- O: eingekuppelt X: ausgekuppelt
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Die
eingekuppelten und ausgekuppelten Zustände werden durch Umschalten
des Hydraulikdruckkreises 6 mittels des elektromagnetischen
Ventils 20a, das von der AGSE 7 Befehle empfängt, verwirklicht.
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Nun
wird eine Energieübertragung
beim Schaltvorgang gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Wie
wohlbekannt ist, ist es dann, wenn eine Motorabtriebswelle ihre
Drehzahl ändert,
notwendig, eine Summe aus einer einer Trägheitsmomentkomponente entsprechenden
Energie und einer vom Motor 1 eingegebenen Energie abzuführen, wobei
die für
die obige Energieabführung
erforderliche Zeit als Schaltdauer bezeichnet wird.
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Im
folgenden wird die Energie Wi der Trägheitsmomentkomponente durch
die folgende Formel ausgedrückt: Wi = Σ12 (ωi1 – ωi2)2·Ji (1)wobei
- Ji:
- Trägheitsmoment des rotierenden
Teils,
- ωi1:
- Winkelgeschwindigkeit
vor dem Schaltvorgang,
- ωi2:
- Winkelgeschwindigkeit
nach dem Schaltvorgang
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Hierbei
ist jede Wickelgeschwindigkeit des rotierenden Teils zu einer Eingangsdrehzahl
proportional, d. h. die Winkelgeschwindigkeit ist zu einer Winkelgeschwindigkeit ωt vor dem
Schalten der Turbine proportional. Die Winkelgeschwindigkeiten vor
und nach dem Schaltvorgang sind zu dem Übersetzungsverhältnis vor bzw.
nach dem Schaltvorgang proportional. Daher gilt die folgende Formel: Wi = k1·ωt2 (2)wobei
- k1:
- Konstante, die durch
das Übersetzungsverhältnis und
das Trägheitsmoment
bestimmt ist,
- ωt:
- Winkelgeschwindigkeit
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Die
Energie We, die vom Motor 1 eingegeben wird, ist durch
die folgende Formel gegeben: We = 12 (ωt – ωte)·Tt·tc (3)wobei
- Tt:
- Turbinendrehmoment,
- tc:
- Schaltdauer,
- ωte:
- Turbinenwinkelgeschwindigkeit
nach Schaltvorgang
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Da
die Turbinenwinkelgeschwindigkeiten vor und nach dem Schaltvorgang
zu den Übersetzungsverhältnissen
vor bzw. nach dem Schaltvorgang proportional sind, kann die Energie
We durch die folgende Formel ausgedrückt werden: We = k2·ωt·Tt·tc (4) wobei
- k2:
- Konstante, die durch
das Übersetzungsverhältnis bestimmt
ist
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Nun
wird die Energieabführung
anhand der Hochschaltdauer vom ersten Gang zum zweiten Gang im Automatikgetriebe 2 erläutert.
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In
einem Zustand der Reibelemente während
eines Schaltvorgangs vom ersten Gang zum zweiten Gang wird die Bandbremse 30 eingekuppelt,
während
die untere Einwegkupplung 26 ausgekuppelt wird.
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Wenn
die Bandbremse 30 eingekuppelt wird, wird die untere Einwegkupplung 26 automatisch
ausgekuppelt, wobei der Schaltvorgang durch Anhalten der Bremstrommel 29 entsprechend
dem eingekuppelten Zustand der Bandbremse 30 ausgeführt wird.
Das heißt,
daß die
den Schaltvorgang begleitende überschüssige Energie
an die Bandbremse 30 abgeführt wird. Diese abgeführte Energie
Wd ist durch die folgende Formel gegeben: Wd = k3·Td·ωt·tc (5)wobei:
- Td:
- Übertragungsdrehmoment,
- k3:
- Konstante, die durch
die Art des Schaltvorgangs bestimmt ist
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Da
hierbei die Formel (5) gleich der Summe aus der Formel (2) und der
Formel (4) ist, ist eine Energiebilanz durch die folgende Formel
gegeben: k3·Td·ωt·tc =
= k1·ωt2 + k2·ωt·Tt·tc (6)
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Auflösen nach
dem Übertragungsdrehmoment
Td ergibt die folgende Formel: Td
= kω·ωttc + kt·Tt (7)wobei
- kω, kt:
- Konstanten, die durch
die Konstanten k1, k2 und k3 bestimmt ist,
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7 zeigt
die Konstruktion der Bandbremse. Das Übertragungsdrehmoment Td wird
in Übereinstimmung
mit der Betätigungskraft
Pd für
die Betätigung
der Bandbremse 30, entsprechend einem Reibkoeffizienten μ der Bandbremse 30 und
entsprechend einem Radius r der Bremstrommel 29 bestimmt.
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3 zeigt
eine Kennlinie, die die Beziehung zwischen dem Reibkoeffizienten μ und der
Schlupfgeschwindigkeit V der Bandbremse 30 angibt.
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Im
allgemeinen besitzt eine Bandbremse, die in einem Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe 2 zum
Einsatz kommt, eine Kennlinie für
den Reibkoeffizienten μ,
wie er in 3 gezeigt ist. Wie aus 3 hervorgeht,
ist der Reibkoeffizient μ in
einem großen
Bereich der Schlupfgeschwindigkeit V im wesentlichen konstant.
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Es
ist wohlbekannt, daß das Übertragungsdrehmoment
Td zur Betätigungskraft
Pd proportional ist. Folglich kann das Übertragungsdrehmoment Td durch
die folgende Formel ausgedrückt
werden: Td = k4·Pd (8)wobei
- k4:
- Konstante, die durch
die Betätigungskraft
bestimmt ist.
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Ferner
wird an die Bandbremse 30 zum Einkupplungszeitpunkt zusätzlich zu
dem Betätigungshydraulikdruck
ein Servodruck Pa angelegt, der zum Leitungsdruck PL proportional
ist, anschließend
wird der Hydraulikdruck auf den Atmosphärendruck entspannt.
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Andererseits
wird zum Auskupplungszeitpunkt der Betätigungshydraulikdruck auf den
Atmosphärendruck
entspannt, anschließend
wird der Servoentspannungsdruck Po, der zum Leitungsdruck PL proportional ist,
dem Entspannungshydraulikdruck zugeführt.
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Die
Beziehung zwischen der Betätigungskraft
Pd und dem Leitungsdruck PL während
der Eingriffzeit ist durch die folgende Formel gegeben: Pd = ks·Pl – kb (9)wobei
- ks:
- Konstante, die durch
den Betriebsbereich und den Hydraulikdruckkreis mit dem Leitungsdruck
bestimmt ist,
- kb:
- Gegenkraftkomponente
durch Federelement usw.
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Die
Gegenkraftkomponente kb ist zur Ausdehnungslänge proportional, da jedoch
die Ausdehnung während
der Betätigungsdauer
vernachlässigbar
klein ist, kann diese Gegenkraftkomponente kb als konstant angesehen
werden.
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Anhand
der obigen Anmerkungen kann aus den Formeln (8) und (9) die folgende
Formel erhalten werden: Pl = kp·Td + km (10)wobei
- kp, km:
- Konstanten, die durch
die Konstanten ks, kb und k4 bestimmt ist,
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Daher
wird die Schaltdauer in dem Fall, in dem der Leitungsdruck PL in Übereinstimmung
mit dem durch die Formel (7) erhaltenen Übertragungsdrehmoment Td bestimmt
wird, auf einen vorgegebenen Wert von tc gesteuert.
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Da
jede der Konstanten kp und km aus den grundlegenden Entwurfswerten
der Reibelemente berechnet werden kann, können die Steuerungskonstanten
im wesentlichen ohne Datenkalibrierung bestimmt werden. Im Ergebnis
ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht notwendig, während
des Entwurfs viele Datenkalibrierungen auszuführen, wie dies im Stand der
Technik der Fall ist.
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Obwohl
der Reibkoeffizient μ der
Bandbremse 30 in bezug auf die Schlupfgeschwindigkeit V
als konstant angesehen wird, besteht jedoch für diesen Reibkoeffizienten μ bei kleiner
Schlupfgeschwindigkeit V die Neigung zu einem Anstieg, wie aus 3 hervorgeht.
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Um
diesen Sachverhalt zu berücksichtigen,
wird der Betätigungsdruck
Pd in einem Bereich mit kleiner Turbinenwinkelgeschwindigkeit auf
einen kleinen Wert korrigiert.
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4 zeigt
ein Steuerungsblockschaltbild für
einen Turbinendrehmoment-Schätzteil.
Das Turbinendrehmoment Tt wird anhand der in 4 gezeigten
Abläufe
geschätzt.
Diese Abläufe
werden jeweils von der Eingangsverarbeitung der auf die Motordrehzahl
Ne und dergleichen bezogenen Messungen begleitet. Beispielsweise
werden die obenerwähnten
Abläufe
wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen, beispielsweise nach
jeweils 10 ms, ausgeführt.
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In 4 wird
ein Schlupfverhältnis ”e” des Drehmomentwandlers 14 durch
Dividieren der Turbinendrehzahl Nt durch die Motordrehzahl Ne erhalten,
wie durch die folgende Formel ausgedrückt wird: e = NtNe (11)
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In
einem Block 41 und in einem Block 42 wird ein
Drehmomentverhältnis ”t” anhand
einer im voraus in der AGSE 8 gespeicherten Drehmomentverhältnis-Kennlinie
ermittelt, außerdem
wird ein Pumpenkapazitätskoeffizient τ anhand einer
im voraus in der AGSE 8 gespeicherten Pumpenkapazitätskoeffizient-Kennlinie
ermittelt.
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Im
Block 43 wird die Motordrehzahl Ne zum Quadrat erhoben,
anschließend
werden im Block 44 das Drehmomentverhältnis t und der Pumpenkapazitätskoeffizient τ, die im
voraus ermittelt worden sind, mit der zum Quadrat erhobenen Motordrehzahl
Ne multipliziert, um das Turbinendrehmoment Tt zu erhalten, wie durch
die folgende Formel ausgedrückt
wird: Tt = t·τ·Ne2 (12)
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Im
Block 45 wird ein momentanes Übersetzungsverhältnis ”r” ermittelt,
woraufhin im Block 46 das Ausgangsdrehmoment To durch Multiplizieren
des Übersetzungsverhältnisses
r mit dem Turbinendrehmoment Tt ermittelt wird.
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5 ist
ein weiteres Steuerungsblockschaltbild eines weiteren Beispiels
des Turbinendrehmoment-Schätzteils,
das sich von jenem von 4 unterscheidet.
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In 5 wird
in einem Block 47 das Motordrehmoment Te aus einem im voraus
gespeicherten Motordrehmoment-Kennfeld, das Beziehungen zwischen
dem Motordrehmoment Te und der Motordrehzahl Ne für verschiedene
Drosselklappenöffnungsgrade
TVO angibt, anhand der Motordrehzahl Ne und des Drosselklappenöffnungsgrades
TVO geschätzt.
Da in dem obigen Verfahren das Motordrehmoment Te anstelle des Pumpenkapazitätskoeffizienten τ verwendet
wird, muß das
Trägheitsmoment
der einen Schaltvorgang begleitenden Rotationsänderung berücksichtigt werden.
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Aus
den obigen Gründen
wird in einem Block 48 ein Motordrehzahl-Änderungsbetrag ΔNe anhand
einer Differenz zwischen der momentanen Motordrehzahl Ne und der
direkt vorhergehenden Motordrehzahl Ne_1 ermittelt. In einem Block 49 wird
der erhaltene Motordrehzahl-Änderungsbetrag ΔNe mit einem
Trägheitsmoment
Je des Motors 1 multipliziert.
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In
einem Block 50 wird der erhaltene Multiplikationswert zum
Motordrehmoment Te addiert, wodurch das Trägheitsdrehmoment Te' erhalten wird. In
einem Block 51 wird das Turbinendrehmoment Tt durch Multiplikation
des Drehmomentverhältnisses
t mit dem Trägheitsdrehmoment
Te' erhalten.
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Zusätzlich zu
dem oben angegebenen Verfahren kann in einem weiteren Verfahren
für die
Ermittlung des Motordrehmoments Te dieses Motordrehmoment Te anhand
einer Beziehung zwischen der Motoransaugluftmenge Qa oder einer
Eingangsinformation in bezug auf die Einspritzimpulsbreite Ti und
die Motordrehzahl Ne ermittelt werden. Eine Erläuterung dieses weiteren Verfahrens
für die
Ermittlung des Motordrehmoments Te wird jedoch hier weggelassen,
da dieses Verfahren keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung
bildet.
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Das
Turbinendrehmoment Tt und die Turbinendrehzahl Nt, die in dem obigen
Verfahren ermittelt werden, werden in die Turbinenwinkelgeschwindigkeit ωt enthaltende
Größen umgesetzt.
Der Leitungsdruck PL wird durch Einsetzen der umgesetzten Werte
in die Formel (7) und in die Formel (10) erhalten.
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8 ist
ein Zeitablaufdiagramm einer beispielhaften Steuerung eines Schaltvorgangs,
wie er gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
wird, während 9 ein Flußdiagramm
ist, das die Steuerung des Schaltvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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8 ist
ein Beispiel für
einen Hochschaltvorgang. Wenn ein Schaltbefehl ausgesendet wird,
werden zu einem Zeitpunkt nach dem vorgegebenen Zeitpunkt t2 oder
zu einem Zeitpunkt t3, ab dem die Motordrehzahl abzusinken beginnt,
die Verarbeitungen, die in dem Flußdiagramm von 9 angegeben
sind, ausgeführt.
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In
dem Flußdiagramm
von 9 werden in einem Schritt 60 das Turbinendrehmoment
Tt und das Abtriebswellendrehmoment To anhand der Turbinenwinkelgeschwindigkeit ωt wie in
dem Steuerungsblockschaltbild von 4 angegeben
ermittelt. Im Schritt 61 wird ein geschätztes Übertragungsdrehmoment Td anhand einer
vorgegebenen Schaltdauer tc, der Turbinenwinkelgeschwindigkeit ωt und des
Turbinendrehmoments Tt unter Verwendung der Formel (7) ermittelt.
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Dann
wird im Schritt 62 eine Differenz zwischen dem geschätzten Übertragungsdrehmoment
Td und dem Abtriebswellendrehmoment To ermittelt, wobei diese geschätzte Drehmomentdifferenz
mit ΔT bezeichnet wird.
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Im
Schritt 63 wird das Vorzeichen der Drehmomentdifferenz ΔT ermittelt,
wobei dann, wenn das Vorzeichen ein Minuszeichen ist, im Schritt 64 die
Drehmomentdifferenz ΔT
gleich Null gesetzt wird. In dem obigen Verfahren bildet das Abtriebswellendrehmoment
To eine obere Grenze für
das geschätzte Übertragungsdrehmoment
Td. Da das Drehmoment während
des Schaltvorgangs gleich oder kleiner als das Drehmoment vor dem
Schaltvorgang gesetzt wird, kann der Schaltstoß begrenzt werden.
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Im
Schritt 65 wird ein Drehmomentabwärtssteuerungsbetrag Ted anhand
der Drehmomentdifferenz ΔT
geschätzt.
Für den
Drehmomentabwärtssteuerungsbetrag
Ted kommen viele verschiedene Arten in Betracht, etwa ein Verzögerungsbetrag
für die
Nacheilung des Zündzeitpunkts
des Motors 1, eine teilweise Kappung der Kraftstoffzufuhr
und ferner eine Begrenzung der Luftmenge, falls eine elektronisch
gesteuerte Drosselklappe verwendet wird.
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Im
Schritt 66 wird das aktuelle Steuerungsübertragungsdrehmoment Tds anhand
der Formel (7) unter Berücksichtigung
des Drehmomentabwärtssteuerungsbetrags
ermittelt. Im Schritt 67 wird das Vorzeichen des aktuellen
Steuerungsübertragungsdrehmoments
Tds ermittelt, wobei bei negativem Vorzeichen im Schritt 68 das
aktuelle Steuerungsübertragungsdrehmoment
Tds auf Null gesetzt wird, während
andernfalls im Schritt 69 der Leitungsdruck PL unter Verwendung
der Formel (10) berechnet wird.
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Die
Beurteilung im Schritt 67 wird ausgeführt, um zu verhindern, daß der Leitungsdruck
PL einen Wert erreicht, der kleiner als km ist, falls das Turbinendrehmoment
Tt negativ wird, wenn der Fahrer nicht auf das Gaspedal tritt.
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Hierbei
wird der Wert km durch die Gegenkraft des Federelements bestimmt.
Der Schaltvorgang kann ausgeführt
werden, wenn der Leitungsdruck PL den Wert km übersteigt.
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Der
Leitungsdruck PL und der Drehmomentabwärtssteuerungsbetrag Ted, die
in dem obenerwähnten Verfahren
ermittelt werden, werden als Steuerwerte mit einem Zeitverlauf ausgegeben,
der auf dem Zeitpunkt t2 oder dem Zeitpunkt t3 basiert.
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6 zeigt
ein Versuchsergebnis bezüglich
des Leitungsdrucks für
die erfindungsgemäße Steuervorrichtung.
Auf der Abszisse ist das aktuelle Steuerungsübertragungsdrehmoment Tsd aufgetragen,
während
auf der Ordinate der Leitungsdruck PL aufgetragen ist.
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6 zeigt
die Fälle,
in denen der Leitungsdruck PL in einem Fahrzustand in verschiedenen
Weisen geändert
wird. In 6 ist der Leitungsdruck PL bei
einer Schaltdauer von ungefähr
350 ms mittels leerer Kreise aufgetragen, während der Leitungsdruck PL
bei einer Schaltdauer von ungefähr
400 ms mittels Vollkreisen aufgezeichnet ist.
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In 6 bezeichnen
die durchgezogenen Linien den theoretischen Leitungsdruck, der gemäß der Erfindung
erhalten wird, wobei die zwei theoretischen Leitungsdrücke bei
einer Schaltdauer von ungefähr
350 ms und bei einer Schaltdauer von ungefähr 400 ms erhalten werden.
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Wie
aus 6 deutlich hervorgeht, kann die Schaltdauer in
dem Fall, in dem der Leitungsdruck PL unter Verwendung des aktuellen
Steuerungsübertragungsdrehmoments
Tds bestimmt wird, auf einen konstanten Wert gesetzt werden.
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Um
ferner in einem Bereich, in dem das aktuelle Steuerungsübertragungsdrehmoment
Tds klein ist (Zustand, in dem das Gaspedal nicht niedergedrückt wird),
die gleiche Schaltdauer zu erhalten, wird der Leitungsdruck PL kleiner
als der theoretische Leitungsdruck, wie er in 6 gezeigt
ist, gesetzt. Der Grund hierfür besteht,
wie oben erwähnt
worden ist, in der Kennlinie des Reibkoeffizienten μ der Bandbremse 30.
Das heißt, daß in diesem
Bereich die Korrektur des Leitungsdrucks PL unter Berücksichtigung
der Kennlinie für
den Reibkoeffizienten μ der
Bandbremse 30 erforderlich ist.
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In
der obigen Beschreibung wird angenommen, daß die Motorlast während des
Schaltvorgangs im wesentlichen konstant ist. Diese Annahmen treffen
zu, wenn der Motor 1 und das Fahrzeug große Trägheitsmomente
besitzen und die Schaltdauer sehr kurz, d. h. kleiner als 1 s, ist.
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Unter
aktuellen Antriebsbedingungen kann sich jedoch unter Umständen die
Eingabebedingung ändern,
beispielsweise kann der Öffnungsgrad
der Drosselklappe während
des Schaltvorgangs stark schwanken.
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Daher
kann in Fällen,
in denen der Öffnungsgrad
der Drosselklappe von einem vorgegebenen Wert stark abweicht und/oder
die Bremse betätigt
wird, der Betätigungsdruck
entsprechend dem den Drosselklappenöffnungsgrad und dergleichen
angebenden Signal umgeschaltet werden. Im Ergebnis kann durch diesen Umschaltvorgang
ein anomaler Betrieb verhindert werden.
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In
der obenbeschriebenen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Schaltdauer präzise ermittelt,
in einem wirklichen Automatikgetriebe tritt jedoch wegen der Fertigungsstreuungen,
der Verschlechterung während
der Lebensdauer des Hydrauliksystems und dergleichen selbst bei
konstanten Steuerungswerten eine Zeitversetzung zwischen der aktuellen
Schaltdauer und der ermittelten Schaltdauer auf.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wird im voraus eine Differenz zwischen der aktuellen Schaltdauer
tcr (eine Dauer zwischen einem Zeitpunkt t4 und einem Zeitpunkt
t3, wie in 8 gezeigt ist) und einer Dauer
tc im voraus gespeichert, anschließend wird der Leitungsdruck
PL anhand der Größe der Zeitversetzung
korrigiert. Im Ergebnis kann die Schaltdauer auch bei Fertigungsstreuungen
und Alterungs verschlechterungen des Hydrauliksystems genau gesteuert
werden.
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Im
folgenden wird ein Verfahren zum Korrigieren des Leitungsdrucks
PL mit Bezug auf den Fall erläutert,
in dem ein Tastverhältnis-Magnetventil
für die
Steuerung des Leitungsdrucks PL beispielhaft verwendet wird.
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In
dem Steuerverfahren mittels des Tastverhältnis-Magnetventils werden
ein Ausgangstastverhältnis DPL
und der Leitungsdruck PL in einer Datentabelle gespeichert, außerdem wird
ein Lernkorrekturwert SDPL anhand der folgenden Formel ermittelt: DPL = tbl(PL) + SDPL(i) (13)wobei
- tbl(PL):
- Leitungsdruck/Ausgangstastverhältnis-Umsetzungstabelle
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Ferner
hängt der
Lernkorrekturwert SDPL von (i) ab, wobei (i) den Lernkorrekturwert
in jedem Bereich des aktuellen Steuerungsübertragungsdrehmoments Tds
angibt.
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In 10 ist
anhand eines Flußdiagramms
der konkrete logische Ablauf für
die Bestimmung des Lernkorrekturwerts gezeigt.
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Im
Schritt 70 wird festgestellt, ob die Differenz zwischen
der aktuellen Schaltdauer tcr und der gesteuerten Schaltdauer tc
größer als
ein vorgegebener Wert ist. Falls die Differenz kleiner oder gleich
einem vorgegebenen Wert ist, ist der Ablauf beendet. Andernfalls
wird im Schritt 71 der Bereich des aktuellen Steuerungsübertragungsdrehmoments
Tds beurteilt, außerdem
wird eine Bereichsnummer (i) bestimmt.
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Im
Schritt 72 und im Schritt 73 wird der aktuelle
geschätzte
Leitungsdruck PL' unter
Verwendung der aktuellen Schaltdauer tcr ermittelt. In diesen Berechnungszeiten
werden die Turbinendrehzahlen ωt
und das Turbinendrehmoment Tt für
den Schaltvorgang, der durch die Zeitversetzung bewirkt wird, sowie
die Drehmomentdifferenz ΔT,
die den Drehmomentabwärtssteuerungswert
darstellt, verwendet.
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Im
Schritt 74 wird das aktuelle geschätzte Tastverhältnis DPL' anhand der Leitungsdruck/Ausgangstastver-hältnis-Umsetzungstabelle
und des momentanen Lernkor-rekturwerts SDPL(i) ermittelt.
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Im
Schritt 75 wird eine Differenz zwischen dem Tastverhältnis DPL,
das für
die Steuerung verwendet wird, und dem aktuellen geschätzten Tastverhältnis DPL', das im Schritt 74 ermittelt
wird, ermittelt, wobei ein Korrekturbetrag durch Multiplizieren
mit der vorgegebenen Verstärkung
kg ermittelt wird.
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Weiterhin
wird der momentane Lernkorrekturwert SDPL(i) addiert, wodurch der
neue Lernkorrekturwert SDPL(i + 1) erhalten wird. Hierbei ist die
Verstärkung
kg kleiner als 1, wobei diese Verstärkung kg unter Berücksichtigung
der Stabilität
der Steuerung des Schaltvorgangs bestimmt wird.
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Wie
oben angegeben worden ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung
der Schaltstoß unterdrückt werden,
da der Betätigungsdruck
des Reibelements und der Drehmomentreduzierungsbetrag, der auf den Schaltvorgang
bezogen ist, durch die Turbinenwinkelgeschwindigkeit und das Turbinendrehmoment
bestimmt werden. Ferner kann die Schaltdauer stabil gesteuert werden.
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Da
ferner die für
die Steuerung verwendeten Konstanten unter Verwendung der grundlegenden
Entwurfswerte der Reibelemente ermittelt werden, kann der Datenkalibrierungsprozeß beim Entwurf
der Steuerung reduziert werden.