DE2756811C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung nach dem Hauptpatent betrifft eine Steuerung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Als ein Vorteil des Gegenstandes des Hauptpatents ist bereits genannt worden, daß die Bauweise des Steuerventils für die Schaltbremse bzw. Schaltkupplung des Getriebes wesentlich vereinfacht werden kann. Insbesondere ist es möglich, ein einfaches zweistufiges Ventil zu verwenden.

In Weiterbildung des im Hauptpatent bereits angesprochenen Gedankens liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, als Steuerventil ein besonders einfaches, raumsparendes und wirtschaftlich herstellbares Ventil zu verwenden. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zweistufige Ventil als Membranventil ausgebildet ist.

Ein solches Membranventil läßt sich in besonders einfacher Weise mittels einer Magnetspule betätigen, die von einem Impulsbreitenmodulator als Treiberstufe angesteuert wird. Außerdem läßt sich ein Membranventil sehr kompakt bauen, da bei einem Membranventil der Hubweg zum Schließen und Öffnen sehr gering ist und die Ventilbauteile außerdem sehr raumsparend übereinandergebaut werden können. Im Gegensatz zu Tauchspulventilen, bei denen sehr genaue Abmessungen eingehalten werden müssen, um ausreichend druckmitteldicht zu sein, bedarf es dieser Herstellungsgenauigkeit bei Membranventilen nicht, wenn die Membranfläche und -feder richtig dimensioniert werden. Außerdem ist ein Membranventil weniger anfällig für Schmutz und Leckerscheinungen als ein Tauchspulventil.

In den Unteransprüchen sind Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Steuerung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung,

Fig. 3 eine Darstellung eines Schaltverlaufs,

Fig. 4 ein Blockschaltbild ähnlich Fig. 2 mit weiteren Einzelheiten,

Fig. 5 eine Darstellung des Schaltverlaufs beim Hochschalten und

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Adaptivrechners.

Fig. 1 zeigt einen Motor 10, eine Welle 12, und eine Regeleinrichtung 14 zur Steuerung eines Getriebes 20. Der Getriebesatz 20 besitzt eine Antriebswelle 42 mit einem Meßwertwandler 44 , von dem der Istwert des Drehmomentes über eine Leitung 46 an die Regeleinrichtung übertragen wird.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Planetengetriebes 20, wie es bei automatischen Getrieben verwandt wird. Es dient dazu, eine Antriebskupplung zwischen der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 42 herzustellen. Mit der Welle 12 ist ein Sonnenrad 21 verbunden, das angetrieben ist. Eine Anzahl von auf einem Träger 23 angeordneten Planetenrädern 22 greift in das Sonnenrad 21 ein, und der Träger 23 ist mit der Abtriebswelle 42 verbunden. Ein Hohlrad 24 kann festgehalten werden. Wird dann das Sonnenrad 21 angetrieben, so steht ein Drehmoment an der Abtriebswelle 42 zur Verfügung. Ein Freilauf 25 ist schematisch zwischen dem Gehäuse und dem Hohlrad 24 vorgesehen. Anstelle des Freilaufs kann auch ein Band oder ein anderes gegenwirkendes Teil eingesetzt werden. Eine schematisch dargestellte Schaltkupplung 26 kann das Hohlrad 24 und das Sonnenrad 21 zur gemeinsamen Drehung verbinden.

Wenn das Hohlrad 24 festgehalten ist, dreht sich das Getriebe 22, und der Träger 23 wird angetrieben, wobei ein Drehmoment im ersten Gang an der Abtriebswelle 42 zur Verfügung steht. Wenn geschaltet oder das Untersetzungsverhältnis verändert werden soll, wird das Hohlrad 24 freigegeben und mit dem Sonnenrad 21 verbunden. Dies ergibt einen Direktantrieb zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle im zweiten Gang mit einem Untersetzungsverhältnis von 1 : 1. Natürlich können weitere Verbindungen von Planeten- und Hohlrädern vorgesehen sein, um eine Vielzahl von Untersetzungsverhältnissen in einem automatischen Getriebe zu schaffen, doch genügt die Darstellung der Fig. 4 für eine Erläuterung. Der Freilauf 25 sperrt das Hohlrad 24 gegen Drehung in einer Richtung, um ein vermindertes Antriebsverhältnis herzustellen und gestattet die freie Drehung des Hohlrades 24 in einer anderen Richtung. Die Kupplung 26 verbindet das Sonnenrad mit dem Hohlrad direkt und ergibt das zweite Untersetzungsverhältnis.

Fig. 3 zeigt die beiden Kurven 30 und 31 zur Erläuterung einer Hochschaltung. Kurve 30 zeigt das Drehmoment am Getriebeausgang, Kurve 31 stellt den auf dem Kolben der Schaltkupplung wirkenden Druck dar. Am Anfang ist das Drehmoment gleich dem mit dem Untersetzungsverhältnis multiplizierten Abtriebsmoment des Motors (unter Vernachlässigung des Wirkungsgrades), und der Druck der Schaltkupplung bleibt Null. Zum Zeitpunkt t 0 wird ein Schaltbefehl ausgelöst. Dieser Befehl kann vom Fahrer gegeben werden oder in bekannter Weise von einem Schaltpunktrechner her anliegen. Zwischen den Zeitpunkten t 0 und t 1 bleibt das Getriebe in der "Auffüllphase", wenn die Schaltkupplung praktisch ohne Änderung des Steuerdruckes und des Drehmomentes aufgefüllt wird. Dies erfolgt deshalb, weil für den Kolben ein toter Gang oder Luft vorhanden ist, selbst wenn Strömungsmittel unter Druck eingelassen wird, um die Schaltkupplung in Eingriff zu bringen. Dieses Zylindervolumen muß zuerst aufgefüllt sein, bevor ein Eingriff zwischen den Reibelementen erfolgt. Zum Zeitpunkt t 1 beginnt die "statische" Phase der Schaltfolge, wenn das Gegenreibelement ein Drehmoment zu seinem zugeordneten Zahnrad oder einem anderen Bauteil aufzubringen beginnt. In der statischen Phase von t 1 bis t 3 ändern sich Steuerdruck und Drehmoment, jedoch nicht die Motordrehzahl. Eine Schaltung ab (Fig. 4) ist nachstehend näher erläutert, um die Betriebsverzögerung auszugleichen, die sich sonst aus der zur Auffüllung des Kolbenvolumens erforderlichen Zeit ergeben würde, sowie auch, um die statische Phase des Schaltvorgangs zum Zeitpunkt t 1 einzuleiten.

Zum Zeitpunkt t 2 ist die statische Phase des Schaltvorganges halbwegs durchlaufen. Im weiteren Verlauf der Erläuterung wird es offensichtlich, daß die Steuerung einen bestimmten logischen Befehl zur Verwendung zu diesem Zeitpunkt erzeugt, doch für den gegenwärtigen Stand der Erklärung ist es hinreichend, anzumerken, daß der Steuerdruck zum Zeitpunkt t 2 noch ansteigt, und das Drehmoment noch abfällt, wenn das Gegenreibelement Kraft an seinem zugeordneten Zahnrad aufzubringen beginnt. Zum Zeitpunkt t 3 ist die statische Phase des Schaltvorgangs beendet, und die Freilaufkupplung 25 wird gelöst. Am Punkt 32 der Drehmomentenkurve 30 beginnt das Drehmoment zum Zeitpunkt t 3 anzusteigen, wobei dieser Zeitpunkt gleichzeitig auch das Ende der statischen Phase und den Beginn der "dynamischen" Phase des Schaltvorgangs darstellt. Jetzt, zum Beginn der dynamischen Phase des Schaltvorgangs ist der Regelkreis der Steuerung geschlossen wie nachstehend näher erläutert wird.

Die Änderung des Drehmomentes kann in einer kurzen, mittleren oder langen Zeitspanne erfolgen. Wenn der Schaltvorgang in einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne durchgeführt wird, ergibt dies ein schlechtes "Schalt- und Kupplungsgefühl" bzw. der Fahrer spürt einen unangenehmen Ruck. Wenn sich die dynamische Phase des Schaltvorgangs über einen sehr langen Zeitraum erstreckt, werden die Bauteile einem übermäßigen Verschleiß unterworfen. Die Kurve bei 35 stellt einen einwandfreien Kompromiß dar. Sie zeigt, daß der Schaltvorgang in einer genügend kurzen Zeit verläuft, so daß kein übermäßiger Bauteilverschleiß entsteht und ebenso, daß der Fahrer keinen Ruck oder schnellen Übergang bei der Schaltung spürt.

Fig. 2 zeigt eine elektronische Regeleinrichtung zur Schaltung eines Automatikgetriebes 40 als Blockschaltbild. Eine Antriebswelle 12 ist mit dem Motor gekuppelt und die Abtriebsverbindung der automatischen Gangschaltung 40 wird durch eine Welle 42 dargestellt. Diese Welle ist normalerweise mit einer Antriebswelle für die Fahrzeugräder gekuppelt. Ein Einlaß 43 liefert Druckmittel, um die Schaltkupplung zu betätigen.

Der Meßwertwandler 44 mißt das Drehmoment an der Abtriebswelle 42 und ist über Leitungen 45 und 46 mit einer Regeleinrichtung 47 und einer Drehmomenteckenschaltung 60 verbunden. Die Regeleinrichtung 47 liefert eine Regelgröße über die Leitung 48 in Abhängigkeit von einerseits dem als Rückführungssignal auf der Leitung 46 anliegenden Istwert des Drehmoments und andererseits von einer Anzahl von logischen Befehlen, welche über eine Leitung 50 von einer Steuerschaltung 51 kommen. Die Regelgröße auf der Leitung 48 gelangt an einen Impulsbreitenmodulator 52 (Treiberstufe), an welchem auch eine Anzahl von logischen Befehlen über eine Leitung 53 von der Steuerschaltung 51 her anliegt. Das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 52 ist ein Steuersignal, das über eine Leitung 54 an einer Wicklung 55 anliegt, welche Teil eines elektrohydraulischen Steuerventils 56 ist, dessen Ausgangsseite mit dem Einlaß 43 des Automatikgetriebes verbunden ist. Ein Einlaß 57 erhält in bekannter Weise ein Druckmittel von einer nicht gezeigten Pumpe.

Eine Drehmomentrechenschaltung 60 erhält den Istwert des Drehmoments über die Leitung 45 und erzeugt auf der Leitung 61 ein simuliertes Drehmomentwandelsignal, welches an der Steuerschaltung 51 anliegt. Diese erhält auch ein Signal über eine Leitung 62 für einen Schaltpunkt, um die Abgabe eines Schaltbefehls anzuzeigen. Ein Schaltfolgesignal kann erzeugt und über eine Leitung 63 der Steuerschaltung 51 eingespeist werden. Das Schaltfolgesignal in der Leitung 63 wird dann erzeugt, wenn der Fahrer den Schalthebel in eine Stellung bewegt (d. h. eine Stellung wie "Parken", "Rückwärtsgang", "Neutral", "Fahren" usw.), welche die Arbeitsweise eines nicht gezeigten Steuerventils ändert und der elektrischen Anlage meldet, welches Steuerventil beaufschlagt werden soll. Das Schaltpunktsignal auf der Leitung 62 wird von einer nicht gezeigten Einheit abgegriffen, welche ein Signal abgibt, wenn eine Hoch- oder Zurückschaltung eingeleitet werden soll. Elektronische Einrichtungen zur Abgabe dieses Signals sind ebenfalls auf dem Markt erhältlich. An der Steuerschaltung 51 liegt das Drehmomentwandelsignal, das Schaltpunktsignal sowie das Schaltfolgesignal an (eine Erklärung des Schaltfolgesignals ist für die Erläuterung der Grundfunktion der Einrichtung nicht erforderlich). Die Steuerschaltung 51 gibt eine Anzahl von logischen Befehlen über die Ausgangsleitungen 50, 53 ab, um die Regeleinrichtung 47 sowie den Impulsbreitenmodulator 52 zu beaufschlagen.

Die Drehmomentrechenschaltung 60 gibt auch ein Signal für den Drehmomentmittelwert an eine Leitung 71 ab, indem er den vom Meßwertwandler gelieferten Istwert über eine gegebene Zeitspanne hinweg mittelt. Der Mittelwert gelangt an einen Adaptivrechner 93, der Ausgangssignale in Abhängigkeit vom Mittelwert erzeugt. Das erste Ausgangssignal des Adaptivrechners 93 gelangt über Leitungen 92, 94 als Eingangsbefehl an die Regeleinrichtung 47. Dieses erste Ausgangssignal beeinflußt den Betrieb der Regeleinrichtung und verändert einerseits (1) die Steilheit des Anstieges der Drehmomentkurve bei 35 (Fig. 3) und andererseits (2) den Verstärkungsgrad der Regeleinrichtung. Das zweite Ausgangssignal des Adaptivrechners 93 gelangt über eine Leitung 95 an eine Mitkopplungsschaltung 96, die ihrerseits ein Signal über eine Leitung 101 an den Impulsbreitenmodulator 52 abgibt. Die Mitkopplungsschaltung kompensiert die Funktion des Steuerventils 56 während der erforderlichen Zeitspanne (t 0-t 1, Fig. 3), um den Kolben vor dem Beginn der statischen Phase des Schaltvorgangs aufzufüllen. Daher verbessern der Adaptivrechner 93 und die Mitkopplungsschaltung 96 den Gesamtregelwirkungsgrad.

Fig. 4 zeigt weitere Einzelheiten der elektronischen Regeleinrichtung. Die Drehmomentrechenschaltung 60 umfaßt mehrere Stufen, wobei die Leitung 45 an die Eingangsseite der Integrierstufe 65 als auch, über eine Leitung 66 an einen Eingang einer Summierstufe 67 geführt ist. Die Ausgangsseite der Integrierstufe 65 gibt das integrierte Drehmomentsignal über eine Leitung 68 an einen Passivkreis 70 ab, welcher das Signal um das Verhältnis 1/T für eine Zeitteilung multipliziert, um auf einer Leitung 71 ein Signal für Drehmomentmittelwert zu erzeugen, das an der Welle 42 während der Zeitdauer T wirkt. Logische Signale LC 2 liegen an der Integrierstufe 65 und LC 3 am Speicher 72 an, wobei jedes logische Signal durch die Steuerschaltung 51 erzeugt wird, wie nachstehend näher erläutert wird. Das Ausgangssignal des Speichers 72 speist dann das Signal für den Drehmomentmittelwert (für den Zeitraum T) über eine Leitung 73 in eine Passivstufe 74, welche dieses Signal mit 1/R multipliziert und über eine Leitung 75 ein Signal für den auf das Übersetzungsverhältnis R abgestimmten Drehmomentmittelwert abgibt. Dieses auf der Leitung 75 anliegende Signal stellt das andere Eingangssignal für die Summierstufe 67 dar, welche anschließend ein Drehmomentwandelsignal über die Leitung 61 an die Steuerschaltung 51 abgibt.

Man erkennt, daß die Drehmomentrechenschaltung 60 mit vereinfachten Analogbausteinen dargestellt ist, um ein Drehmomentwandelsignal auf der Leitung 61 in Abhängigkeit von einem in der Leitung 45 ankommenden Drehmomentistwert zu erzeugen. Es ist offensichtlich, daß ein Mikroprozessor oder andere Digitalschaltungen in bekannter Weise zugeschaltet werden können, um in Abhängigkeit vom auf der Leitung 45 anliegenden Istwert ein Drehmomentwandelsignal zu erzeugen.

Ein Schaltpunktrechner 77 gibt ein Signal über die Leitung 62 an die Steuerschaltung 51 ab, wenn ein Schaltbefehl ausgelöst wird. Ebenso dient ein Schaltfolgehebel 78 in herkömmlicher Weise zur Erzeugung eines Schaltfolgesignals in der Leitung 63 für die Steuerschaltung.

Der Istwert für das Abtriebsmoment in der Leitung 46 gelangt an die Regeleinrichtung 47 und liegt zunächst an einem Rückführungsfilterkreis 80 an. Das Signal läuft über einen ersten passiven Baustein 81 sowie an eine Aktivstufe 82. Zu dieser ist ein Passivkreis 83 parallel gekoppelt. Die durch Kreise dargestellten Passivbausteine (wie 81, 83) können als feste oder regelbare Widerstände ausgeführt sein. Das Filter 80 gibt ein gefiltertes Ausgangssignal an eine Leitung 84 ab, welches sowohl an der Eingangsseite eines Speichers 85 und über eine Leitung 86 an einem Eingang einer Summierstufe 87 anliegt, die noch ein drittes Eingangssignal erhält. Das zweite Eingangssignal liegt über eine Leitung 88 vom Speicher 85 her an, welcher nicht nur das gefilterte Eingangssignal über die Leitung 84, sondern auch ein Signal LC 5 von der Steuerschaltung 51 erhält. Alle Signale LC 1-LC 5 sind Rechensignale. Wie nachstehend näher erläutert wird, werden sie in einer Zeitfolge (t 0-t 3, Fig. 3) zur Regelung des Betriebszustandes anderer Bausteine abgegeben und nicht als Informations- oder Befehlseingangssignale für diese Bausteine. Das dritte an der Summierstufe 87 anliegende Eingangssignal kommt über eine Leitung 90 von einer Sägezahnstufe 91, die eine Integrationsstufe zur Erzeugung eines Sägezahnsignals in Abhängigkeit von einem Pegel- oder Amplitudensignal ist, das von dem Adaptivrechner 93 über eine Leitung 92 kommt. Die Sägezahnstufe 91 erhält auch ein Signal LC 5. Somit liefert die Summierstufe 87 ein Rückführungssignal (Istwert) in die Leitung 86 und Sollwerte zur Bestimmung der Drehmomentfunktion auf den Leitungen 88, 90.

Der Adaptivrechner 93 der Fig. 6 umfaßt drei Kreise, an denen jeweils über die Leitung 71 der Drehmomentmittelwert anliegt. Der Momentanwert des Drehmoments ändert sich infolge von Triebwerksschwankungen, Drehschwingungen, Radschlupf und anderen Unregelmäßigkeiten. Um einen fehlerhaften Betrieb der Anlage zu vermeiden, muß somit ein gemitteltes Signal erzeugt werden, wobei dieser Mittelwert während der Schaltfolge in einem vorgegebenen Zeitraum abgegeben werden muß. Um einen Begriff der Betriebszeiten zu vermitteln, sei bemerkt, daß die Zeit vom Punkt t 1 bis zum Punkt t 2 (Fig. 3) im Millisekundenbereich liegt. Aus dem Drehmomentmittelwert aus der Leitung 71 sowie aus den im Rechner gespeicherten Daten wird ein Pegelsignal auf einer Leitung 92 erzeugt, um das Drehmoment während der Schaltperiode dadurch zu regeln, daß es im allgemeinen die Steilheit des Sägezahns der durch bei 35 (Fig. 3) dargestellten Drehmomentfunktion bestimmt. Auch der Adaptivrechner 93 gibt ein verstärkungsregelndes Signal an eine Leitung 94 sowie ein drittes Ausgangssignal an eine Leitung 95 ab, das der Mitkopplungsschaltung 96 eingespeist wird. Diese umfaßt ein erstes Passivelement 97, einen Aktivbaustein 98, an welchem nicht nur das Ausgangssignal des Bausteins 97, sondern auch ein logisches Signal LC 4 anliegt; ferner umfaßt sie eine Aktivstufe 100 zur Abgabe eines Ausgangssignals von der Mitkopplungsschaltung an die Leitung 101. Parallel zum Integrationsglied 98 ist ein passiver Rückführungsbaustein 102 geschaltet, und eine direkte Signalverbindung ist von der Leitung 95 über eine Leitung 103 an den Eingang der Aktivstufe 100 gelegt. Diese Mitkopplungsschaltung ist eine Vorumschaltung zur Erzeugung eines Signals auf einer Leitung 101, um die Zeitverzögerung auszugleichen, die zur Auffüllung des Kolbeninhalts zwischen den Zeitpunkten t 0 und t 1 vor dem Beginn der statischen Phase der Schaltfolge erforderlich ist.

Das Ausgangssignal der Mitkopplungsschaltung 96 gelangt über eine Leitung 101 an ein weiteres Aktivelement 104, das als ein Schalter arbeitet, der bei Anliegen eines logischen Signals LC 4 geschlossen ist, um ein Ausgangssignal über eine Leitung 105 an die Treiberstufe 52 (Impulsbreitenmodulator) abzugeben. Diese erhält somit vier Eingangssignale: die Regelgröße von der Leitung 48; das Mitkopplungskompensationssignal von der Leitung 105 sowie die logischen Signale LC 1 und LC 2 von der Steuerschaltung 51. Da das Signal LC 1 nur dann erzeugt und über das Kabel 53 geleitet wird, wenn durch die Bewegung des Schaltfolgehebels ein Signal entsteht, braucht dieses Signal nicht näher beschrieben zu werden.

An einem Verstärkungsregler 106 der Regeleinrichtung 47 liegt über eine Leitung 94 das verstärkungsregelnde Signal des Adaptivrechners 93 und über eine Leitung 107 ein Ausgangssignal der Summierstufe 87 an. Das Ausgangssignal des Verstärkungsreglers 106 gelangt über ein anderes passives Bauteil 108 an einen Kompensationsregelkreis 110, der eine Aktivstufe mit dem Integrationsglied 111, einen parallel geschalteten Passivbaustein 112, einen weiteren Passivbaustein 113 zwischen der Ausgangsseite des Integrationsgliedes 111 und der Aktivstufe 114 sowie eine Leitung 115 umfaßt, welche ein Signal direkt vom Passivbaustein 108 an die Stufe 114 leitet. Die Stufe 114 speist dann die Regelgröße (Reglerausgangssignal) in den Impulsbreitenmodulator 52.

Fig. 6 zeigt in vereinfachter Form die Schaltungsanordnung des Adaptivrechners 93, an welchem zwei Eingangssignale anliegen. Das erste auf der Leitung 71 ist eine Funktion des Drehmomentmittelwerts und das zweite ein logisches Signal LC 3, das zu Beginn der statischen Phase des Schaltvorgangs erzeugt wird. Beispielsweise gelangt das Drehmomentsignal aus der Leitung 71 über eine gemeinsame Leitung 140 an einen ersten passiven Baustein 141, um zunächst den Verstärkungsgrad des anliegenden Signals einzustellen, welches dann über einen Pufferverstärker 142 an die Eingangsseite eines Verstärkers 143 mit regelbarem Verstärkungsgrad gelangt. Die in diesem Verstärker gezeigte ansteigende Verstärkungskurve 144 zeigt, daß durch Wahl des geeigneten Bausteins ein vorgegebener Verstärkungsgrad erreicht werden kann, um die erforderliche Steilheit und damit den gewünschten Verstärkungsgrad zu erreichen. Das Ausgangssignal der Stufe mit regelbarem Verstärkungsgrad 143 liegt am Eingang einer Speicherstufe 145 an. Dieser Speicher empfängt laufend das Eingangssignal der Stufe 143, und bei Anliegen des logischen Signals LC 3 wird der dann vorhandene Signalpegel gespeichert und laufend an die Ausgangsleitung 92 zur Regelung des Sägezahnanstiegs der Drehmomentfunktion (Fig. 3) abgegeben. Ähnliche, durch die Buchstaben "a" und "b" gekennzeichnete Bausteine sind zur Speicherung und zum Halten von Signalen vorgesehen, die an die Leitungen 94 und 95 gelangen, um an einen Verstärkungsregler 106 und die Mitkoppelschaltung 96 angelegt zu werden, wenn das logische Signal LC 3 erzeugt wird. Zur Durchführung des Adaptivrechenvorgangs können auch andere geeignete Schaltungen verwendet werden, wobei die einzige Forderung darin besteht, daß das Drehmomentsignal auf der Leitung 71 in den verschiedenen Kanälen einzeln abgeändert werden kann sowie darin, daß die resultierenden abgeänderten Signale bei Anliegen von LC 3 zum Zeitpunkt t 1 gespeichert werden können.

Das in Fig. 4 gezeigte Steuerventil 56 besteht aus einem Membranventil 200 sowie einem Membranventil 202. Das Membranventil 200 umfaßt ein Gehäuse 204 mit einer Einlaßöffnung 206, einer Auslaßöffnung 208 sowie den Druckleitungen 210 und 212. Das Membranventil 200 besitzt einen Arbeitsteil 214 sowie einen Steueranteil 216. Der Arbeitsteil 214 umfaßt eine biegsame Membran 218, welche den Arbeitsteil in Kammern 220 und 222 unterteilt. Eine Feder 224 drückt die biegsame Membran 218 abwärts. Auf der Membran 218 ist eine Gummi- oder Kunststoffdichtung 226 angeordnet, welche mit dem Gehäuse 204 in Eingriff steht, um die Auslaßdruckleitung 210 abzudichten. Ferner umfaßt die Membran 218 eine Öffnung 230 zwischen den Kammern 220 und 222.

Der Steuerteil 216 umfaßt einen Kolben 232, welcher mit einer in der Trennwand ausgeformten Auslaßöffnung 234 zusammenwirkt. An beiden Enden besitzt der Kolben 232 eine Nase, welche konisch ausgeformt sein kann und die Auslaßöffnung 208 in einer oberen sowie die Auslaßöffnung 234 in einer unteren Stellung abdichtet. Eine Magnetspule 55 umschließt den Kolben 232 und bei Beaufschlagung durch elektrische Energie über eine an den Impulsbreitenmodulator 52 führende Leitung 54 dient sie dazu, das Ventil zu schließen und damit auch die Auslaßöffnung 208. Fließt kein Strom in der Magnetspule 55, drückt eine Feder 238 den Kolben 232 in die untere Stellung, wobei die Öffnung 234 abgedichtet wird.

Die Auslaßöffnung 208 ist mit einem Reservoir 250 verbunden. Eine Pumpe 252 ist in der Leitung 57 zu dem Einlaß 206 vorgesehen. Eine Druckauslaßöffnung 210 ist mit einer Leitung 254 mit einem Rückschlagventil 256 verbunden, zudem eine Überbrückungsleitung 258 mit einer Engstelle 260 parallel geschaltet ist. Das Rückschlagventil 256 sowie die Überbrückung 258 sind mit einer Leitung 262 durch eine Einlaßöffnung 264 mit dem Auslaßventil 202 verbunden. Dieses besitzt eine mit dem Reservoir 250 über eine Leitung 268 verbundene Auslaßöffnung 266. Eine Leitung 270 verbindet die Auslaßöffnung 212 des Membranventils 200 mit einer Steueröffnung 272 des Membranventils 202 sowie mit der Leitung 254. Außerdem sind Rückschlagventil 256 und Überbrückung 258 durch die Leitung 43 mit der Kupplung 26 des Planetengetriebes 20 verbunden. So wird durch die Regelung des Druckes in der Leitung 43 vom Steuerventil 56 der Druck der in Eingriff stehenden Kupplung 26 geregelt, wodurch auch die Drehmomentleistung der Kupplung geregelt wird, wenn sie eingekuppelt ist.

Das Membranventil 202 umfaßt eine biegsame Membran 290, welche das Ventil in zwei Kammern 292 und 294 unterteilt. Die Membran besitzt eine Gummi- oder Kunststoffdichtung 296 zur Abdichtung der Auslaßöffnung 266, wenn die Membran 290 in ihre unterste Stellung gezogen wird, um das Teil 296 mit dem Gehäuse für das Membranventil in Eingriff zu bringen. Die Arbeitsweise des Steuerventils 56 besteht darin, daß Druck zur Leitung 57 und Kammer 220 gelangt, wenn ein Schaltvorgang ausgelöst werden soll, und die Kupplung 26 in Eingriff gebracht werden soll, wobei der Kolben 232 beaufschlagt wird und die Öffnung 234 freigibt, worauf der Druck in der Kammer 220 die biegsame Membran nach oben biegt, wodurch Druckmittel durch die Druckauslaßöffnung 210 und eine Leitung über das Rückschlagventil 256 zur Kupplung 26 fließen kann. Wenn sich der Kolben 232 in seine untere Stellung bewegt und die Öffnung 234 schließt, wird der Strom in die Kammer 216 unterbrochen und Druckmittel gelangt über die Öffnung 230 in die Kammer 222, die dann mit der Kammer 220 druckgleich ist, wodurch die Feder 224 jetzt auf die Membran 218 drücken kann, damit die Dichtung 226 mit dem Gehäuse in Eingriff kommen und die Auslaßöffnung verschließen kann, wobei die Auslaßöffnung 210 verschlossen und die Druckverbindung mit der Kupplung über die Leitung 254 unterbrochen ist. Wenn die Magnetspule 55 beaufschlagt wird, bewegt sich der Kolben 232 in eine Sperrstellung für die Auslaßöffnung 208, wobei die Öffnung 234 aufmacht, und der Druck in der Kammer 222 abfällt, wenn das Strömungsmittel durch die Auslaßöffnung 212 und die Leitung 270 abfließt. Der Druckabfall bewegt die Membran 218 aufwärts, um dem Strömungsmittelfluß durch die Öffnung 210 und die Leitung 254 einen Abfluß zu bieten.

Wenn die Kupplung 26 nach dem Einkuppeln wieder ausgekuppelt werden soll, wird der Kolben 232 durch die Feder 238 nach unten gedrückt und die Auslaßleitung 270 über die Kammer 216 und das Reservoir 250 druckentlastet. Da der Strömungsweg auf dieser Leitung durch die Engstelle 260 eingeschränkt wird, wird das Membranventil 202 dadurch beaufschlagt, daß bei Druckentlastung in der Leitung 270 der Druck in der Kammer 292 herabgesetzt wird, wodurch die Membran 290 durch den Druck in den Leitungen 43 und 262 aufwärts bewegt wird und eine Verbindung zum Reservoir 250 über die Öffnung 266 und die Leitung 268 öffnet, um die Kupplung 26 schnell auskuppeln zu können.

Anhand der Fig. 5 kann jetzt eine Hochschaltung unter Verwendung des Steuerventils 56 sowie der elektronischen Regeleinrichtung 14 beschrieben werden. Die Regeleinrichtung 14 arbeitet in Abhängigkeit vom Drehmoment, um das Steuerventil zu regeln und damit auch die Kupplung 26 zu steuern, wenn sie eingekuppelt ist. Fig. 5 zeigt den über der Zeit aufgetragenen Druckverlauf in der Kupplung 26 während eines normalen Schaltvorganges. Die ausgezogene Linie stellt den in der Kupplung ansteigenden Druck dar, um diese voll einzukuppeln. Die waagerechte Linie PD zeigt den Solldruck in der Kupplung, der mit der richtigen Kraft eingehalten werden soll, damit das für eine Änderung des Untersetzungsverhältnisses erforderliche Drehmoment erbracht wird. Die Linie PD kann auch ansteigend verlaufen, um einen weicheren Eingriff zu erreichen, wie es durch die strichpunktierte Linie PS im Gegensatz zur geraden Horizontalen PD gezeigt ist. Dieser Anstieg des Druckes wird durch die Druck- oder Drehmomentfunktion (Sägezahn) bestimmt, die durch den vorstehend beschriebenen Adaptivrechner 93 geliefert wird. Wie bereits erwähnt, können im Adaptivrechner Daten gespeichert sein, die auf den Schaltpunktrechner, den Gangwahlhebel und das Drehmomentsignal des Meßwertwandlers 44 zu beliebiger Zeit ansprechen, um den Sollwert für den Druckverlauf PD oder für einen Druckanstieg PS zu erzeugen.

Diese Art von Regelung kann von der auf Drehmoment ansprechenden Regeleinrichtung 14 durchgeführt werden, da der an der Kupplung 26 wirkende Druck eng auf das Drehmoment der Abtriebswelle 42 bezogen ist und eine Änderung des Eingriffdruckes an der Kupplung 26 das Drehmoment der Abtriebswelle direkt verändert. Da der Druck in der Kupplung 26 das Drehmoment der Abtriebswelle 42 direkt beeinflußt, kann die Steilheit des Druckanstieges in der Kupplung 26 mit Hilfe des Drehmoments der Abtriebswelle 42 durch den Meßwertwandler 44 geregelt werden, indem die Daten für die zu verfolgende Drehmomentanstiegskurve für die Abtriebswelle 42 im Adaptivrechner 93 gespeichert werden. Wie nachstehend näher erläutert wird, werden bei einem Einkuppeln der Kupplung 26 Fehler, die durch das von einem bestimmten Anstiegsverhalten zu einem gegebenen Zeitpunkt abweichende Abtriebsmoment angezeigt werden, das Steuerventil 56 beeinflussen, um diesen Fehler zu kompensieren und den Kupplungsdruck zu veranlassen, so eng wie möglich z. B. der Anstiegskurve PD oder PS für ein Eingreifen der Kupplung zu folgen.

Das Schaltbeispiel für das Einkuppeln der Kupplung 26 mit dem Druckverlauf PC (voll ausgezogene Linie Fig. 5) nimmt den folgenden Verlauf: Zum Zeitpunkt t 0 wird die Schaltung durch den Schaltpunktrechner eingeleitet, welcher der Steuerschaltung 51 meldet, den Schaltvorgang auszulösen, der über die Leitung 53 den Impulsbreitenmodulator 52 ansteuert, damit der Arbeitszyklus des Kolbens 232 des Membranventils 200 für den Eingriff der Kupplung 26 beginnen kann. Wie nachstehend erläutert wird, wird der Druck, der über die Leitungen 254, 43 und die Kupplung 26 geleitet wird, durch das Impulsbreitenmodulationsverfahren dadurch gesteuert, daß sich der Kolben 232 hin- und herbewegt und dabei die Auslaßöffnungen 234 oder 208 schließt. Bei geschlossener Auslaßöffnung 234 ist der Druck in der Leitung 254, 43 sowie in der Kupplung 26 auf seinem Maximum, während er bei geschlossener Auslaßöffnung 208 auf seinem Minimum läge. Die Aufgabe des Impulsbreitenmodulators 52, welcher den Kolben 232 zwischen der Maximal- und Minimalstellung hin- und herlaufen läßt, besteht darin, den Druck in der Leitung 43 dadurch zu verändern, daß die eine oder die andere Öffnung länger geöffnet bleibt und zwar in Abhängigkeit von dem Istwert des Meßwertwandlers 44, welcher die Abweichung von dem in Fig. 5 gezeigten Sollwert anzeigt.

Wie bereits erwähnt, wird zum Zeitpunkt t 0 ein Schaltsignal gegeben, worauf der Impulsbreitenmodulator 52 beginnt, den Kolben 232 in Betrieb zu setzen. Druckmittel gelangt aus der Leitung 57 durch die Kammer 220 und die Leitungen 254, 43 zur Kupplung, um diese in Eingriff zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Strömung durch die Auslaßöffnung 234 verhältnismäßig begrenzt, und die Strömung durch die Öffnung 230 und die Auslaßöffnung senkt den Druck in der Kammer 222 ab, um die Dichtung 226 in Schließrichtung der Auslaßöffnung 234 zu bringen, und einen maximalen Druckanstieg in den Leitungen 254, 43 sowie in der Kupplung 26 zu ermöglichen. Zum Zeitpunkt t 1 ist der Servomotor der Kupplung druckgefüllt, und die Lose in den Reibelementen beseitigt, worauf sich Druck nach der Linie PC (Fig. 5) in einem viel steileren Anstieg als vorher aufzubauen beginnt.

Zum Zeitpunkt t 2 hat der Druckanstieg am Reibelement der Schaltkupplung 26 den Sollwert PD überschritten und erzeugt einen Drehmomentistwert, der in der Regeleinrichtung zur Bildung einer Fehlergröße führt, um den Impulsbreitenmodulator 52 zu beaufschlagen und den Kolben 232 zu veranlassen, die Auslaßöffnung 234 zu schließen und die Auslaßöffnung 208 zu öffnen. Bei geschlossener Auslaßöffnung 234 gleicht sich der Druck in den Kammern 222 und 220 aus, worauf die Auslaßöffnung 210 von der Dichtung 226 verschlossen wird, da die Drücke ausgeglichen sind, und die Feder 224 die Membran 218 abwärts drückt. Zu diesem Zeitpunkt kann auch das Druckmittel durch die Leitung 43, die Überbrückung 258, die Leitung 270, die Kammer 216, die Auslaßöffnung 208 zum Reservoir 250 abfließen. Dadurch vermindert sich der auf die Reibelemente wirkende Druck, und kurz nach dem Zeitpunkt t 2 beginnt dieser Druck abzufallen. Er fällt so lange ab, bis eine neue Regelgröße erzeugt wird, wenn der Drehmomentistwert unter den Sollwert PD fällt, und diese Regelgröße beaufschlagt am Punkt t 3 den Impulsbreitenmodulator 52, um den Kolben 232 zum Schließen der Auslaßöffnung 208 und zum Öffnen der Auslaßöffnung 234 zu veranlassen. Druckmittel fließt dann durch die Öffnung 230, Kammer 214, Öffnung 234, Auslaßöffnung 212, Leitung 270 zur Kupplung 26, um den Druckaufbau in der Kupplung 26 wieder herzustellen. Wenn der Druck der Kupplung 26 auf einen genügend niedrigen Pegel abfällt, bewirkt der Durchsatz der Öffnung 230 einen genügend großen Druckabfall zwischen den Kammern 222 und 220, um die Membran 218 anzuheben und der Kupplung durch die Drucköffnung 210 und die Leitung 254 weiteres Strömungsmittel zuzuführen. Dadurch wird der auf die Kupplung 226 einwirkende Druck wieder hergestellt und steigt zum Zeitpunkt t 3 von neuem an.

Dieser Vorgang wiederholt sich, bis sich der Istwert PC dem Sollwert PD angeglichen hat, worauf der Kolben 232 die Auslaßöffnung 208 schließt und in dieser Stellung verbleibt, (Zeitpunkt t 5), wodurch der Druck PC schnell auf den vollen Druck PM ansteigt.

Durch den Impulsbreitenmodulator ergibt das Steuerventil 56 eine schnell ansprechende Vorrichtung, welche den Steuersignalen dicht folgt, um den Druckaufbau und damit den Drehmomentenanstieg an der Kupplung und dadurch auch an der Abtriebswelle zu regeln, so daß Drehzahl und Schaltqualität leicht durch die Regeleinrichtung 14 überwacht und geregelt werden können.

Bei dem beschriebenen Membranventil 200 kann die Dichtung 226 die Auslaßöffnung 234 verschließen, wobei wegen der Wirkung der Öffnung 230 der Druck in der Kammer 222 auf einen Wert ansteigt, der gleich ist dem Druck in der Kammer 220 abzüglich der Kraft der Feder 224. Daher fühlt die Membran 218 zu beiden Seiten einen verhältnismäßig gleichen Druck und wird somit nicht beschädigt oder verformt wie es möglich wäre, wenn die Membran verhältnismäßig großen Druckdifferenzen zu ihren beiden Seiten widerstehen müßte.

Es sei bemerkt, daß durch das Rückschlagventil 256 und die Engstelle 260 sowie die Leitungen 254 und 270 zwischen dem Membranventil 200 und der Kupplung 26 zwei Wege zur Verfügung stehen, welche sowohl Druck in der Kupplung 26 aufbauen als auch absenken, wodurch die Vielseitigkeit zur Steuerung der Kupplung erhöht wird.

Claims (5)

1. Steuerung für die Gangschaltung eines unter Last schaltenden Getriebes mit einer elektronischen Rechenschaltung, die abhängig von dem über das Getriebe übertragenen Drehmoment eine Regeleinrichtung zur Steuerung des Betätigungsdruckes eines Steuerventils für die Schaltbremsen bzw. Schaltkupplungen des Getriebes mit Signalen beaufschlagt, wobei ein das Drehmoment der Getriebeausgangswelle als Istwert abgreifender Meßwertwandler sowie ein Adaptivrechner, der abhängig vom Istwert eine vorgegebene Drehmomentfunktion als Sollwert erzeugt, und weiterhin eine Steuerschaltung vorgesehen sind, von der bei einer vorbestimmten von der Betätigung eines Schaltelementes des Getriebes beim Gangwechsel hervorgerufenen Änderung des Drehmomentes ein Signal erzeugt wird, das als Befehl der Regeleinrichtung zugeführt wird, die hierauf abhängig vom Soll- und Istwert eine Regelgröße erzeugt, die einem Impulsbreitenmodulaor als Treiberstufe des Steuerventils zugeführt wird, das als Zweistufenventil ausgelegt ist, nach Patent 27 56 811, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweistufenventil als Membranventil (200) ausgebildet ist.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranventil (200) zwei durch eine Membrane (218) getrennte Kammern (220, 222) aufweist, deren eine (220) mit einer Einlaßöffnung (206) für Druckmittel und mit einer über die Membrane querschnittsveränderbaren Auslaßöffnung (210) für die zu betätigende Schaltbremse bzw. Schaltkupplung verbunden ist, und deren andere Kammer (222) eine zusätzliche Auslaßöffung (234) aufweist, die zur Lageänderung der Membran (218) von einem Kolben (232) geöffnet und geschlossen wird, wobei die Membran die Auslaßöffnung (210) verschließt, wenn die zusätzliche Auslaßöffung (234) geschlossen ist.

3. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranventil (200) eine mit einem Reservoir (250) verbundene Auslaßöffung (208) aufweist, die durch den Kolben (232) bei geschlossener zusätzlicher Auslaßöffung (234) geöffnet ist, wobei die Auslaßöffnung (208) mit der Schaltbremse bzw. Schaltkupplung über eine Druckentlastungsleitung (270) verbunden ist.

4. Steuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (232) von einer an den Impulsbreitenmodulator (52) angeschlossenen Magnetspule (55) betätigbar ist.

5. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckentlastungsleitung (270) ein zusätzliches Membranventil (202) angeordnet ist, das einen Auslaß (266) zum Reservoir (250) öffnet, wenn die Auslaßöffnung (208) im Membranventil (200) durch den Kolben (232) geöffnet wird.