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Verfahren zur Momentenbestimmung und Getriebe mit Ideßvorrichtung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des
Anspruches 1 bzw. einem Getriebe nach der Gattung des Anspruches 5O Um den Gangwechsel
in einem selbsttätigen Getriebe eines Kraftfahrzeuges für die Fahrzeuginsassen angenehm
und für die Lntriebs- und Schaltelemente verlustarm und damit verschleißarm durchführen
zu können sind Informationen über die Getriebeeingangsdrehzahls das Getriebeeingangsmoment
sowie das Stützmoment des Reaktionselementes der zu schaltenden Getriebestufe erforderlich0
Diese
Informationen dienen zur Beeinflussung des Hydraulikarbeitsdruckes eines Arbeitskolbens,
der eine Schaltkupplung oder Schaltbremse betätigt0 Die Informationen werden in
einer Steuereinheit miteinander verknüpft, die entsprechende Steuerbefehle an die
Arbeitskolben abgibt, Während die Messung der Getriebeeingangsdrehzahl problemlos
ist, ist das Getriebeeingangsmoment ebenso wie die Stützmomente der Reaktionselemente
der verschiedenen Schaltstufen nicht in einfacher Weise und betriebssicher zu erfassen0
Das Getriebeeingangsmoment wurde seither indirekt ermittelt, indem von einem Ansaugluftmengenmesser
oder dem Drosselklappenwinkel und der Motordrehzahl auf das Drehmoment der Brennkraftmaschine
(Antriebsmotor) geschlossen wurde, Unter Berücksichtigung der Wandlerübersetzung
des zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe geschalteten hydrodynamischen Wandlers
wurde das Getriebeeingangsmoment ermittelt, Es versteht sich, daß eine solche Ermittlung
mit erheblichen Fehlern behaftet sein mußO Beispielsweise kann bei dieser bekannten
Methode weder der Einfluß der geographischen Höhe auf das Brennkraftmaschinenmoment
noch der Temperatureinfluß in einfacher Weise erfaßt werden0 Es ist zwar aus der
Meßtechnik bekannt, das Drehmoment rotierender Wellen dadurch zu messen, daß die
Torsion der Welle mittels Dehnmeßstreifen erfaßt und das Signal der Dehnmeßstreifen
über einen Schleifringübertrager oder einen schleifring losen Ubertrager auf einen
Verstärker übertragen wird, der eine Auswerteschaltung speist, Diese Methoden eignen
sich zwar für Prüfstands- und Versuchsmessungen, nicht jedoch für den Einsatz in
Serienfahrzeugen, weil die Ubertragung von der drehenden Welle nach außen problematisch
ist0
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine
messung nur an nichtrotierenden Getriebeteilen erfolgt und daß keinerlei Demperatur-
oder Höheneinfluß als Fehlerquelle auf das Meßergebnis einwirkt0 Es sind keine speziellen
Meßgeber oder Sensoren zur Durchführung nötig, sondern es können übliche Dehnmeßstreifen
und bekannte Meßelemente Verwendung finden, Es lassen sich beliebige Teilmomente
von Getriebestufen relativ zum Getriebegehäuse ebenso wie das Gesamtstützmoment
des Getriebegehäuses gegenüber seiner Aufhängung erfassen. Aus den Stützmomenten
der einzelnen Getriebestufen läßt sich ein Signal ableiten, das das Erreichen des
Freilaufpunktes angibt.
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Das erfindungsgemäße Getriebe mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 5 verkörpert die zuvor erläuterten Vorteile. Ist es mit einem Meßgetriebe,
also einer vor-oder nachgeschalteten Getriebestufe, durch die der gesamte LeistungsSllLß
geht, versehen, oder ist bei einem Getriebe mit mehreren parallelen Beistungszweigen
eine solche Stufe in einem der Leistungszweige vorgesehen, so läßt sich das Getriebeein-
bzwO -ausgangsmoment in allen Gängen, also in allen Schaltstufen, erfassen0 Auch
läßt sich das Eingangs-oder Ausgangsmoment dann erfassen, wenn eine nicht geschaltete
Schaltstufe mit einem das Stützmoment des Reaktionselementes, also des festgebremsten
Elementes, erfassenden Fühler versehen sind. Von Vorteil ist schließlich, daß ein
nachträglicher Weinbau in vorhandene Getriebe leicht möglich ist, da keine konstruktiven
Veränderungen erforderlich sind.
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Zeichnung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figo
1 ein Getriebeschema und Sigo 2 ein Blockschaltbild einer Meß- und Auswerteschaltung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Viird einem Getriebe ein Drehmoment
zugeführt, so wirkt auf das Getriebe gehäuse und von diesem auf die Aufhängung oder
Befestigung ein StützmomentO Handelt es sich beispielsweise um ein Umlaufrädergetriebe,
dessen Antrieb an das Sonnenrad geführt ist, wogegen der Steg mit dem Abtrieb verbunden
und der Außenkranz gegenüber dem Getriebegehäuse abgestützt ist, so ergibt sich
aus der Uberlegung, daß an den Umlaufrädern Kräftegleichgewicht herrscht und die
Summe der Drehmomente bezüglich der Drehachse des Sonnenrades oder Zentralrades
Null ist, daß das Stützmoment, das von dem Außenkranz auf das Getriebegehäuse übertragen
wird, dem Eingangsnoment an der Welle des Sonnenrades unmittelbar proportional ist,
wobei der Proportionalitätsfaktor der Ausdruck (i - 1) ist. i ist das Ubersetzungsverhältnis
zwischen Abtrieb (Steg oder Planetenträger) und Antrieb (Sonnenrad). Wird zwischen
der Welle des Sonnenrades oder Zentralrades und der Abtriebswelle eine Kupplung
vorgesehen, so beeinflußt das über diese Kupplung übertragene Moment das Stützmoment
des Hohlrades relativ zum Gehäuse noch zusätzlich0 Bezeichnet man die Kupplung zwischen
Bntriebs- und Abtriebswelle mit K 12 und eine Kupplung zwischen dem Außenkranz oder
Hohlrad und dem
Gehäuse mit K 11 so kann sich bei der Durchführung
eines Schaltvorganges ein Verlauf einstellen, bei dem das Drehmoment der Kupplung
K 11 zeitabhängig abfällt und gleichzeitig das von der Kupplung K 12 übertragene
Drehmoment zunimmt In dem Moment, in dem das über die Kupplung K 11 übertragene
Drehmoment Null wird, ist ein Freilaufpunkt erreicht, also ein Punkt, in dem bei
einer Zugkraft-Hochschaltung ein Freilauf löst und somit das zuvor feste Drehzahlverhältnis
aufgehoben wird0 Wird eine solche Umlaufrädergetriebestufe vor oder nach dem Schaltgetriebe
eingebaut, z0B0 an Stelle einer Hinterachsübersetzung bei einem Kraftfahrzeug, so
kann das Getriebeeingangs- bzwe Getriebeausgangsmoment jederzeit durch Messung des
Stützmomentes des Hohlrades gegenüber dem Gehäuse gemessen werden0 Arbeitet das
Getriebe in Leistungsverzweigung, wobei die Anteile der einzelnen Zweige bekannt
sein müssen, so genügt es auch, diese Getriebestufe in einem der Zweige einzubauen0
Zur Feststellung des Gesamtmomentes genügt es dann, den Proportionalitätsfaktor
entsprechend der Aufteilung der einzelnen Drehmoment zweige zu korrigieren.
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Da sich die Reaktionsmomente der Stützkupplungen der einzelnen Getriebe
stufen nur gegenüber der Getriebe aufhängung bzare der Befestigung des Getriebes
an der Antriebsbrennkraftmaschine abstützen können und eine Verformung des Getriebegehäuses
bewirken, ist diese Verformung zwischen Brennkraftmaschine und der Kupplung E 11
der ersten Getriebe stufe ein ifiaß für das Stützmonent des Getriebes insgesamt.
Es ist daher
Daraus ergibt sich das Getriebeeingangsmoment zu:
Durch die Messung der Getriebeverformung bzw. der mechanischen Spannung im Getriebe
zwischen der ersten Getriebestufe und der Abstützung am Fahrzeug bzwO der Brennkraftmaschine
läßt sich also das Getriebeeingangsmoment ermitteln, Diese Verformungen bzw. Spannungen
sind jedoch im allgemeinen recht gering und es wird daher bevorzugt an den einzelnen
Stützelementen, nämlich den Kupplungen K 11 bis K In gemessen. Dies hat zusätzlich
noch den Vorteil, daß nicht nur detaillierte Informationen über das Gesa.tmoment
sondern auch über die Zustände der einzelnen Getriebestufen vorliegen, deren Kenntnis
zur Steuerung der Schaltübergänge, beispielsweise zur Ruckregelung, wichtig ist.
Es ergibt sich das Gesamtstützmoment M5 zu
Die Anzahl der Meßstellen kann reduziert werden, wenn nicht über sämtliche Schaltstufen
Informationen benötigt werden.
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Zur Information über das Getriebeeingangsmoment bzw. über das Getriebeausgangsmoment
genügt es, wenn das Stützmoment einer nichtgeschalteten Getriebe stufe vor bzw.
nach der zu schaltenden Getriebestufe gemessen wird, weil diese Momente über das
tbersetzungsverhältnis in einem festen Zusammenhang mit dem jeweiligen Stützmoment
der Kupplung stehen während das Stützmoment am Außenkranz dem Eingangsmoment mit
einem Faktor i-1 proportional ist, ist dieses Stützmoment dem hbtriebsmoment mit
einem Faktor (i-l)/i gleich, (Bei Anordnungen gemäß Fig. 1, sonst entsprechend andere
Faktoren.).
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tei dem in Fig. 1 dargestellten Viergang-Aütomatikgetriebe sind in
einem Getriebegehäuse 1, in das eine Eingangswelle 2 führt und aus dem eine Ausgangswelle
3 herauskommt eine erste Umlaufrädergetriebestufe 4 und eine zweite UmlaufradergetriebestuSe
5 untergebracht0 Ein Sonnenrad 6 der ersten Umlaufrädergetriebestufe 4 ist auf der
Eingangs welle 2 drehstarr befestigt. Es kämmt mit Planetenrädern oder Unlaufrädern
7, die auf einem Steg 8 oder Umlaufräderträger drehbar gelagert sind und die andererseits
mit einem Hohlrad oder Außenkranz 9 kämmen, der über eine Kupplung K 11 festbremsbar
ist, die am Gehäuse 1 befestigt ist. Außerdem ist eine Kupplung K 12 vorgesehen,
die es gestattet, den Steg 8 mit dem Sonnenrad 6 bzw. der Eingangswelle 2 zu verbinden0
Der Steg 8 ist mit einer Zwischenwelle 10 verbunden die ein Sonnenrad 11 der zweiten
Umlaufrädergetriebestufe 5 trägt, das mit Umlaufrädern 12 kämmt, die auf einem Umlaufräderträger
oder Steg 13 drehbar gelagert sind, der seinerseits nit der Ausgangswelle 3 drehstarr
verbunden ist0 Die Umlaufräder 12 kämmen andererseits mit einem Außenkranz 14, der
über eine Kupplung K 21 mit dem Gehäuse 1 verbindbar ist. Eine Kupplung K 22 ermöglicht
eine unmittelbare Drehmomentübertragung von der Zwischenwelle 10 auf die Ausgangswelle
3o Die beiden Umlaufrädergetriebestufen haben unterschiedliche Übersetzungen. Im
ersten Gang sind die Kupplungen K 11 und E 21 geschlossen und die Kupplungen K 12
und K 22 gelöst, Beide Umlaufrädergetriebestufen wirken jeweils mit ihrer Übersetzung,
so daß das Produkt der Ubersetzungsverhältnisse zwischen Eingangswelle 2 und Ausgangswelle
3 wirksam ist. Zum Umschalten in den zweiten Gang wird die Kupplung K 21 geöffnet
und K 22 geschlossen, was gleichzeitig erfolgen kann, wobei sich die Momente in
den beiden Kupplungen
in entgegengesetztem Sinn zeitlich ändern,
bis die åeweiligen Endwerte erreicht sind, also die Kupplung K 21 völlig gelöst
ist und die Kupplung 22 schlupflos geschlossen ist0 ms ist nun die erste Umlaufrädergetriebestufe
weiterhin in Igirkung und es ist die zweite Umlaufrädergetriebestufe blockiert (Übersetzung
i = 1). Zur Umschaltung in den dritten Gang werden die Kupplungen K 11 und K 22
gelöst und die Kupplungen K 12 und K 21 geschlossen0 Es läuft die erste Umlaufrädergetriebestufe
4 als Block um und lediglich die zweite Umlaufrädergetriebestufe 5 wirkt als MbersetzungO
Zur Umschaltung in den vierten Gang schließlich wird die Kupplung K 21 gelöst und
die Kupplung K 22 geschlossen, woaurch beide Umlaufrädergetriebestufen jeweils als
Block umlaufen und die Eingangswelle 2 unmittelbar mit der Ausgangswelle 3 verbunden
ist (direkter Gang). Mit Meßstellen an den Kupplungen K 11 und K 21, die sich leicht
einbauen lassen, da diese Kupplungen fest am Getriebegehäuse angebaut sind, läßt
sich in den Gängen 1, 2 und 3 das übertragene Drehmoment und für alle Hochschaltungen
der Freilaufpunkt erfassen0 Der Meßaufbau gemäß Fig. 2 umfaßt einen Meßfühler 15,
beispielsweise eine Dehnmeßstreifenbrücke, die mit einem Verstärker 16, der gleichzeitig
der Stromversorgung der Dehnmeßstreifen dient, verbunden ist. Das Signal des Meßfühlers
15 wird nach Verstärkung durch den Verstärker 16 einem Komparator 17 zugeführt,
dessen anderem Eingang über eine Leitung 18 ein der Meßstelle 15 zugeordnetes festes
Signal zugeführt wird. Das Signal am Ausgang des Verstärkers 16 ist dem Drehmoment
an der dem Meßfühler 15
zugeordneten Meßstelle proportional0 Am
Ausgang des Komparators erscheint dann ein Signal, wenn an seinen beiden Eingängen
ein gleichgroßes Signal ansteht, Dieses Signal gibt an, daß der Freilaufpunkt an
der Meßstelle 1, also beispielsweise der Getriebestufe 1, erreicht ist0 Dieses Signal
11Freilaufpunkt erreicht wird der nicht dargestellten Steuereinheit des Automatikgetriebes
zugeführt.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers 16 wird außerdem einem Zulziplizierer
19 zugeführt1 dessen anderem Eingang ein Signal von einer elektronischen Gangwahleinheit
20 zugeführt wird. Die elektronische Gangwahleinheit gibt ein Signal ij ab, das
dem Übersetzungsverhältnis des jeweils eingeschalteten Ganges entspricht. Der Multiplizierer
19 bildet das Produkt aus dem dem Drehmoment an der Meßstelle des Meßfühlers 15
entsprechenden Signal und dem Faktor 1), so daß an einer Ausgangsleitung 21 ein
dem Eingangsdrehmoment an der Getriebestufe 1, der die Meßstelle des Meßfühlers
15 zugeordnet ist, entsprechendes Signal M1 erhalten wird.
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