-
Verfahren und Anordnung zur Verminderung des Schaltrucks Stand der
Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Anspruches
1 bzw. einer Anordnung nach der Gattung des Anspruches 8o Aus der DE-0S 21 24 024
ist es zur Regelung oder Steuerung von Schaltgliedern automatischer Stufengetriebe
bekannt, den Reibschluß der Reibelemente, die zur Herstellung eines Kraftschlusses
zwischen Antrieb und Abtrieb des Kraftfahrzeuges dienen, in Abhängigkeit einer vorgegebenen
Änderung
der Motordrehzahl zu regelnd Dabei wird der Istwert des
Rucks durch zeitliche Differenzierung eines Motordrehzahlsignales ermittelt und
auf einen Regler gegeben, dem andererseits ein Sollwert zugeführt wird, der seinerseits
in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betrages der Änderung der Motordrehzahl sowie
in Abhängigkeit vom Motordrehmoments der Schaltrichtung, der gewählten Schaltstufe,
der Getriebeöltemperatur und der Beladung des Fahrzeuges ermittelt wird. Der Regler
wirkt über einen Verstärker auf ein Drosseldruckventil, das den Pegel der Kraftmittelversorgung
für die Stellglieder zur Betätigung der Reibelemente (Bremsen oder Kupplungen) einstellt
tblicherweise ist das Kraftmittel Hydraulikflüssigkeit und die Kraftmittelversorgung
umfaßt eine HydraulikpumpeBdie gleichzeitig auch einen zwischen antreibender Brennkraftmaschine
und Stufengetriebe angeordneten hydrodynamischen Wandler mit Flüssigkeit versorgt.
Durch das Drosseldruckventil wird der Druck in dem Hydraulikkreis gesteuert, an
den die Stellglieder zur Betätigung der reibschlüssigen Elemente angeschlossen sind.
Der tatsächlich auftretende Schaltruck wird jedoch nur unvollkommen erfaßt und der
auf die Abtriebsteifigkeit zurückzuführende und sich nach Haften der Reibelemente
einstellende Ruck wird nicht berücksichtigt.
-
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 8
hat den Vorteil daß mit relativ wenig
Aufwand der tatsächlich auftretende und vom Benutzer des Kraftfahrzeuges verspürte
Ruck, also die Änderung der Beschleunigung bzwO Verzögerung, deutlich vermindert
wird0 Dadurch ist der Fahrkomfort bei in dieser Weise bzw. mit einer solchen Anordnung
betriebenen Kraftfahrzeugen merklich erhöht, Erfindungsgemäß wird der Betätigungsdruck
in dem den Schaltvorgang ausführenden Reibelement, vorzugsweise einer Kupplung,
so beeinflußt, daß die Drehzahländerung des Motors während des Schaltvorganges zumindest
annähernd konstant wird0 Der Schaltungsbeginn wird gesteuert, da der Regelkreis
relativ langsam ist*. Anschließend wirkt dann der Regler und verhindert einen zu
großen Enddruck. Dabei kann in vorteilhafter Weise die Anordnung so eingestellt
werden, daß die Motordrehzahl in der Mitte des Schaltvorganges relativ rasch abnimmt,
wodurch man eine kurze Schleifzeit des Reibelementes und dennoch einen relativ geringen
Ruck am Anfang und Ende der Schaltung erhält.
-
Die hierbei im Mittelbereich des Schaltvorganges auftretende Beschleunigungsspitze
ist zwar deutlich spürbar, wird aber nicht als störend empfunden, weil sie nicht
von abrupten Beschleunigungsänderungen begleitet isto Von Vorteil ist ferner noch,
daß der Einfluß von Fertigungstoleranzen und Verschleißerscheinungen auf das Schaltverhalten
und den Fahrkomfort weitgehend eliminiert werden.
-
Die in den untergeordneten Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben
vorteilhafte Weiterbildungen und zusätzliche Verbesserungen des im Anspruch 1 definierten
Verfahrens bzwe der im Anspruch 8 definierten Anordnung0 Durch die Bildung * und
weil kein brauchbarer Ist-Wert vorhanden ist.
-
eines Differenzsignales zwischen dem differenzierten Drehzahlsignal
der Brennkraftmaschine und entweder dem Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine oder
einem der Drosselklappenstellung des Vergasers der Brennkraftmaschine entsprechenden
Signal und Verwendung dieses Differenzsignales als Eingangssignal für einen zusätzlichen
Regler ist es möglich, nicht nur im Vollastbereich sondern auch im Teillastbereich
das gewünschte Schaltverhalten zu erzielen.
-
Bei bevorzugten Ausführungsformen wirkt der Regler, dem das Differenzsignal
zwischen differenziertem Drehzahlsignal und Drehzahlsignal bzw. Drosselklappenstellungsignal
als Eingangssignal zugeführt mird, nur dann auf die Anordnung ein, wenn das differenzierte
Drehzahlsignal größer Null ist. In allen anderen Betriebszuständen, wenn das differenzierte
Drehzahlsignal Null oder kleiner Null ist, ist der Regler abgeschaltet. Dies hat
den Vorteil, daß sich die Ansprechzeit des Reglers verkleinert, weil ein ein I-Glied
enthaltender Regler sich andernfalls in einer Endstellung befindet und aus dieser
heraus beginnenmuß und nicht bei Null anfangen kann.
-
Zeichnung Ein Diagramm und zwei Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert, Es zeigen Figo 1 verschiedene gemessene Kurven des Drehzahl-, Drehzahländerungs-
und Fahrzeugruckverlaufes während eines
Schaltvorganges bei Vollast
vom ersten in den zweiten Gang eines Kraftfahrzeuges, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung Beschreibung
der Bus fuhrungsbe is piele Ein selbsttätig schaltbares Getriebe in einem Kraftfahrzeug
umfaßt einen von einer Brennkraftmaschine des Fahrzeuges angetriebenen hydrodynamischen
Wandler, dem mindestens zwei Umlaufrädergetriebesätze nachgeschaltet sind, die durch
Kupplungen oder Bremsen wahlweise in den Kraftfluß zwischen Brennkraftmaschine und
Abtrieb des Getriebes bzw. Antriebsachse des Fahrzeuges einschaltbar sind. Zum Betätigen
dieser reibschlüssigen Elemente in Gestalt von Kupplungen oder Bremsen könnten als
Stellglieder beispielsweise Elektromagnete verwendet werden, deren Zugkraft von
dem sie speisenden Strom abhangtO-Bevorzugt sind jedoch Hydraulikkolben verwendet,
die über Magnetventile'angesteuert werden. Die Kraftwirkung, die diese Hydraulikkolben
entfalten, hängt ab von dem Druck in der Speiseleitung, der durch ein Drosseldruckventil
gesteuert wird, dem Hydraulikflüssigkeit von einer das Hydrauliksteuerungssystem
ebenso wie den hydrodynamischen Wandler versorgenden Pumpe zugeführt wird. Eine
Steuer- und Regeleinheit erhält einerseits eine Reihe von Eingangssignalen und steuert
andererseits die erwähnten Ventile.
-
Eine für ein selbsttätig schaltendes Kraftfahrzeuggetriebe geeignete
Steuer- und Regeleinheit 5 ist eingangsseitig
mit Drehzahlgebern
2 und 3, einem Lastgeber 4, einem Programmumschalter 5 und einem Positionsschalter
6 verbunden0 Der Lastgeber 4 enthält gleichzeitig einen sogen, Kick Down-Schalter,
der bei vollem Durchtreten des Gaspedales des Fahrzeuges das Getriebe so weit zurückschaltet,
daß der kleinste Gang eingeschaltet ist, bei dem bei der jeweils herrschenden Bahrgeschwindigkeit
die maximale Drehzahl der -Brennkraftmaschine noch nicht überschritten wird. Ein
entsprechendes Drehzahlsignal erhält die Steuer- und Regeleinheit 1 vom Drehzahlgeber
3, der bei Otto-Brennkraftmaschinen-an die Primärseite der Zündspule angeschlossen
ist, wogegen bei Diesel-Brennkraftmaschinen ein Tachogenerator oder Impulsgeber
verwendet wird. Die impulsförmigen Signale der Drehzahlgeber 2 und 3 werden je einem
Digital-Analog-Eandler 7 bzw. 8 zugeführt. Der Ausgang des dem Drehzahlgeber 2 nachgeschalteten
Digital-Analog-Wandlers 7 ist mit einer Gang'wahlstufenejnheit 9 sowie einer Rückwärtsgangsperre
und Rückschaltsicherung zugeführte Der Ausgang des Digital-hnalog-Wandlers 8, dem
die Motordrehzahl zugeführt wird, ist mit dem Eingang einer Uberdrehsicherung 11
und einer Rückschaltsperre 12 verbunden. Dem Eingang der Gangwahlstufeneinheit 9
sind ferner noch die Ausgangs signale des Programmumschalters 5 und des Lastgebers
4 sowie ein Ausgangs signal der Rückwärtsgangsperre und Rückschaltsicherung 10 zugeführt.
Der Ausgang des Positionsschalters 6 ist der Rückwärtsgangsperre und Rückschaltsicherung
10 sowie der Rückschaltsperre 12 zugeführt, deren Eingang außerdem auch noch das
Lastgeberausgangssignal sowie ein Ausgangssignal einer Endstufe 13 zugeführt wird0
Der Ausgang der Rückschaltsperre 12 ist mit einem Eingang der tberdrehsicherung
11 verbunden. Der Ausgang der Gangwahlstufeneinheit 9 ist außer zu der Endstufe
13 auch noch zu einer
endstufe 14 geführt. Der Ausgang der Uberdrehsicherung
11 ist mit einem Hauptrelais 15 verbunden, dessen Ausgang an die Eingänge der Endstufe
13 und 14 sowie einen Eingang einer weiteren Endstufe 16 geführte Die Steuer- und
Regeleinheit enthält auch einen P-Regler 17, dem eine Additionsstelle 18 vorgeschaltet
ist, der einerseits das Ausgangssignal des Lastgebers 4 und andererseits ein Rückführsignal
vom Ausgang der Endstufe 16 zugeführt wird.
-
Die Steuer- und Regeleinheit 1 hat vier nach außen führende Leitungen,
die die Endstufe 14 mit einem Magnetventil 19 für den ersten Gang, die Endstufe
13 mit einem Magnetventil 20 für den zweiten Gang, die Endstufe 16 mit einem Drosseldruckventil
21 und das Hauptrelais 15 mit einer Überdrehanzeige 22 verbinden. Die Magnetventile
19 und 20 steuern Arbeitskolben zur Betätigung von Bremsen oder Kupplungen des Getriebes,
wogegen das Drosseldruckventil 21 den den Arbeitskolben zugeführten Hydraulikdruck
einstellte Wird bei Vollast das Fahrzeug im ersten Gang beschleunigt so führt die
beschriebene Steuer- und Regeleinheit 1 einen Schaltvorgang durch, bei dem die auf
das Fahrzeug ausgeübte Ruckstärke, also die Beschleunigungsänderungen, dem in Figo
1 gepunktet dargestellten Kurvenverlauf folgt, Diese Kurve ist mit åfl bezeichnet.
Zu Beginn des Schaltvorganges ergibt sich ein positiver Ruck (im Diagramm nach unten
gezeichnet), wogegen sich gegen Ende des Schaltvorganges ein starker negativer Ruck
einstellt. Die dargestellte Kurve beruht auf
einem Ueßprotokoll;
die ferner ersichtlichen kleineren Schwankungen der Beschleunigungsänderung werden
von Fahrer und Mitfahrern nicht wahrgenommen0 Störend ist vor allem der große negative
Ruck am Ende des Schaltvorganges.
-
Eine wesentliche Verbesserung des Ruckverhaltens und damit eine Erhöhung
des Fahrkomforts wird durch Einsatz zusätzlicher Elemente in der Steuer- und Regeleinheit
1 erzielt, wie sie nachfolgend beschrieben wird0 Ein Drehzahlgeber 23 für die Drehzahl
der Brennkraftmaschine ist im Interesse einer hohen Ansprechgeschwindigkeit nicht
an die Zündanlage angeschlossentsondern es tastet ein Induktivgeber den Schwungradzahnkranz
abO Der Ausgang des Drehzahlgebers 23 ist mit einem weiteren in der Steuer- und
Regeleinheit vorgesehenen Digital-Analog-Wandler 24 verbunden, dessen Ausgang einerseits
zu einem Sollverteingang eines Vergleichers 25 und andererseits zu einer Differenzierstufe
26 geführt ist0 Der Ausgang der Differenzierstufe 26 ist einerseits an einen Istwerteingang
des Vergleichers 25 geführt und andererseits über eine Endstufe 27 mit einem Eingang
des P-Reglers 17 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 25, der ein Differenzsignal
zwischen den Signalen am Sollwerteingang und am Istwerteingang bildet, ist mit dem
Eingang eines PID-Reglers 28 verbunden, dessen Ausgang über eine Endstufe 29 mit
dem Ausgang der Endstufe 16 und damit mit dem Drosseldruckventil 21 verbunden ist0
Die durch diese Anordnung erzielte Verbesserung des Schaltverhaltens ist in Figo
1 dargestellt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine ändert sich entlang der gestrichelten,
mit n bezeichneten Kurve0 Dieser Signalverlauf steht am
Ausgang
des Digital-Analog-Wandlers 24 an. Das Signal am Ausgang der Differenzierstufe 26
stellt die gestrichelt dargestellte h-Eurve dar.Wie ersichtlich ist die Drehzahländerung
sehr viel sanfter als bei der gepunktet dargestellten A-Kurve. Der Regler wirkt
bei dieser Ausführungsform so, daß etwa in der Mitte des Schaltvorganges die Motordrehzahl
rasch abnimmt (Wendepunkt in der n-Kurve, Maximum der A-Eurve).
-
Der Schaltungsverlauf ergibt einen guten Fahrkomfort. Beginn und Ende
der Schaltung sind im praktischen Versuch nicht mehr spürbar; die Beschleunigungsspitze
in der Mitte der Schaltung wird zwar deutlich, aber nicht unangenehm empfunden.
Der Einsatzpunkt des Reglers liegt kurz vor dem Maximum der n-Kurve. Eine typische
zugehörige Kurve des Ruckverlaufes ist gestrichelt dargestellt und mit å3 bezeichnet0
3 Die Ruckamplituden sind deutlich vermindert, insbesondere die negative Ruckamplitude
am Ende des Schaltvorganges.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung läßt sich noch verbessern, wenn sie
gemäß Fig. 3 abgewandelt wird. In der Anordnung gemäß Fig. 3 ist anstelle der Endstufe
27 ein Schwellenwertschalter 30 vorgesehen., dessen Eingang mit dem Ausgang der
Differenzierstufe 26 verbunden ist und dessen Ausgang ein Schaltglied 31 steuert,
das die Verbindung zwischen dem Vergleicher 25 und dem PID-Regler 28 dann herstellt,
wenn das differenzierte Drehzahlsignal größer Null ist. Ist das differenzierte Drehzahlsignal
dagegen kleiner Null oder gleich Null, so verbindet das Schaltglied 31 den Ausgang
des PID-Reglers 28 mit seinem Eingang. Schließlich ist noch der Ausgang des PID-Reglers
28 nicht über eine Endstufe mit dem Druckdrosselventil 21 verbunden, sondern es
ist der Ausgang unmittelbar an den Additionspunkt 18
geführt und
wirkt über den P-Regler 17 und die diesem nachgeschaltete Endstufe 16 auf das Drosseldruckventil
21.
-
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform hat den Vorteil, daß der
PID-Regler, bevor er zur Wirkung kommt, nicht an seinem Endanschlag läuft (wegen
des I-Anteiles), sondern daß'er auf Null steht und daher die Ansprechzeit verkürzt
ist0 Der DrehzakSverlauf der Brennkraftmaschine, wie er sich bei Messungen mit einer
Anordnung nach- Fig. 3 ergab, ist in Fig. 1 in Gestalt der ausgezogen dargestellten
n-Eurve wiedergegeben. Die-n-Eurve zeigt einen etwa trapezförmigen Verlauf, es fehlt
also ein ausgeprägtes mittleres Maximum.
-
Der sich ergebende Ruckverlauf ist in der å2-Eurve dargestellt, die
nur geringe negative und positive Maxima zu Beginn: und Ende des Schaltvorganges
anzeigt Zwar ist der Schaltvorgang etwas verlängert, doch ist dies unkritisch, da
die Belastung der reibschlüssigen Schaltelemente nicht zu hoch wird, weil zum Ende
des Schaltvorganges die Reibungslrraft vermindert und damit auch die Reibleistung
vermindert ist. Der dargestellte Verlauf der n-Kurve ist dadurch erreicht, daß bei
der Version nach Fig. 3 der Druck im Drosseldruckventil nicht nur in einer Richtung
sondern in beiden Richtungen verändert werden kann. Auch bei der ausführungsform
nach Fig. 7 wird jedoch der Beginn des Schaltvorganges allein durch die Steuerung
beeinflußt und es setztdie Regelung erst nach Beginn des Schaltvorganges ein. Allerdings
setzt die Regelung bereits kurz nach Beginn des Abfalles der Drehzahl ein, nämlich
kurz nach Beginn des Anstieges der ausgezogen dargestellten n0-K'rrve. Dieser rasche
* (in Fig. 1 nicht dargestellt)
Einsatz ist durch Verwendung des
Schaltgliedes 31 ermöglicht und wird noch durch die Verwendung eines höherfrequenten
Drehzahlgebers 23 unterstützt. Es versteht sich dabei, daß das Schaltglied 31 in
der praktischen Ausführung nicht als Relais ausgebildet ist, sondern statt dessen
zwei entsprechend angesteuerte Schalttransistoren verwendet werden.
-
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Problem der
ruckfreien Aufschaltung des PID-Reglers 28 dadurch gelöst, daß dieser einen zusätzlichen
Strom an das Drosseldruckventil liefert. Dies ist einfach zu verwirklichen, hat
aber andererseits zur Folge, daß eine Änderung des Druckes nur in einer Richtung
möglich ist.
-
Dies kann aber durch leicht ausgeglichen werden, daß eine entsprechende
Voreinstellung in der Weise erfolgt, daß eine Änderung nur in einer Richtung notwendig
ist, Durch den zusätzlich von der Endstufe 29 gelieferten Strom wird der Druck durch
das Drosseldruckventil 21 etwas abgesenkt. Um trotzdem einen ausreichenden Regelhub
zu behalten wird dem Eingang des P-Reglers 17 über die Endstufe 27 noch das differenzierte
Drehzahlsignal zugeführt, was bewirkt, daß der durch die Endstufe 16 gelieferte
Strom nach Beginn der Schaltung etwas abgesenkt und damit der durch das Drosseldruckventil
21 erzeugte Druck etwas erhöht wird0
Zus ammenfas sung Es wird
ein Verfahren und eine Anordnung zur Verminderung des Schaltrucks in einem von einer
Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeug mit selbsttätig geschaltetem Stufengetriebe
vorgeschlagen, bei der in einer die Supplungen oder Bremsen zum Schalten des Stufengetriebes
steuernden Steuer- und Regeleinheit (1) ein zusätzlicher Regler (28) vorgesehen
ist, dem ein Eingangssignal zugeführt wird, das von dem differenzierten Drehzahlsignal
der Brennkraftmaschine abgeleitet ist. Die Größe dieses Signal es gibt also die
Anderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl an. Der zusätzliche Regler (28), der
bevorzugt nur während des Schaltvorganges zugeschaltet ist, beeinflußt den Pegel
der Kraftmittelversorgung der Stellglieder (V1, V2) der reibschlüssigen Schaltelemente
des Stufengetriebes. Der Schaltruck zu Beginn und insbesondere am Ende eines Schaltvorganges
wird erheblich vermindert.