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Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kfz.-Ge-
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triebes Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren
nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. einer Vorrichtung nach der Gattung des Anspruchs
7.
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Bei selbsttätig geschalteten, unter Last schaltbaren Stufengetrieben,
insbesondere in Eraftfahrzeugen, die von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden,
muß der Druck in den reibschlüssig arbeitenden Elementen dem åeweiligen Getriebe-Eingangsmoment
angepaßt werden, um die Schaltzeit zu begrenzen und einen ausreichenden Schaltkomfort
zu gewährleisten. Die reibschlüssigen Elemente, wie Kupplungen oder Bremsen, die
zum Durchführen der Schaltung gelöst bzw. geschlossen werden, werden im allgemeinen
hydraulisch betätigt. Die Betätigungskraft wird,
wie es beispielsweise
aus der DE-OS 21 24 024 bekannt ist, über einen Regler stufenlos eingestellt. Der
Regler wirkt über einen Verstärker auf ein Drosseldruckventil, das den Pegel der
Kraftmittelversorgung für die Stellglieder zur Betätigung der reibschlüssigen Elemente
einstellt. Regler und Verstärker können sowohl rein hydraulisch als auch elektrisch
arbeiten. Die Schaltzeit, also die Zeit, während der die den Reibschluß bewirkenden
Teile der Elemente aufeinander gleiten, darf einerseits nicht zu groß sein, weil
sonst VerschleiB und Erwärmung zu hoch werden; sie darf andererseits nicht zu klein
werden, um keinen zu starken Schaltruck in Kauf nehmen zu müssen. Regler, Verstärker
und Drosseldruckventil müssen daher rasch und möglichst ohne Überschwingen arbeiten.
Der Aufwand für diesen Teil der Anordnung ist daher relativ groß, Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
7 hat den Vorteil, daß anstelle eines aufwendigen, kontinuierlich arbeitenden Systems
ein einfaches und kostengünstiges, nur in Stufen arbeitendes System verwendet werden
kann, ohne daß dadurch die Schaltzeit unzulässig verändert oder der Schaltkomfort
negativ beeinflußt würde. Außerdem wird durch die Arbeitsweise in Stufen die Betriebssicherheit
erhöht und die Anregung von Druckschwingungen wird reduziert.
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Die in den untergeordneten Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben
vorteilhafte Weiterbildungen und zusätzliche Verbesserungen des im Anspruch 1 definierten
Verfahrens
bzw. der Anspruch 7 definierten Vorrichtung.
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Durch die Reduktion des Drehmomentes der Brennkraftmaschine in ansich
bekannter Weise (Zündwinkeländerung, Ein sprit zmengenände rung, Einspritzzeitpunktänderung)
läßt sich die Zahl der erforderlichen Kraftstufen für die reibschlüssigen Elemente
reduzieren. Besonders zweckmäßig gestaltet sich die Vorrichtung dann, wenn die Brennkraftmaschine
mit Kennfeldzündung betrieben wird, weil dann lediglich zur Drehmomentreduzierung
auf ein anderes Kennfeld umgeschaltet werden braucht bzw. dem eingegebenen Kennfeld
ein anderes Kennfeld überlagert wird. Die Verarbeitung der Getriebe- und Brennkraftmaschinenkennwerte
erfolgt vorteilhaft über einen Mikroprozessor.
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Zeichnung 2 Diagramme und ein schematischer Schnitt durch eine Vorrichtung
zum Erzeugen unterschiedlicher Druckstufen sind in der Zeichnung dargestellt und
in der nachfolgen den Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 a und 1 b den
schematisiert dargestellten Verlauf verschiedener Drehmomente und Drehzahlen eines
unter Last geschalteten Stufengetriebes, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Hydraulikvorrichtung
zur Erzeugung unterschiedlicher Driicke, die auf die Betätigungsglieder der reibschlüssigen
Elemente gegeben werden, Fig. 3 ein Diagramm, das die Drehmomentverhältnisse zeigt,
wie sie sich ergeben bei Verwendung von vier Druckstufen und drei Drehmomentreduzierstufen
der Brennkraftmaschine und Fig. 4 einen Ausschnitt eines Eennfeldes mit den Kennwerten
einer Eennfeldzündung einer Anordnung mit vier Druckstufen und zwei Drehmomentreduzierstufen.
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Beschreibung der Ausführungsbeisiele Selbsttätig schaltbare Getriebe
in Kraftfahrzeugen umfassen einen von einer Brennkraftmaschine des fahrzeuges (oder
Kupplung) 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. der Antriebsachse des
Fahrzeuges einschaltbar sind.
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Zum Betätigen dieser reibschlüssigen Elemente, die den Schaltvorgang
bewirken, also die einen Getriebeelemente aus-und andere Getriebeelemente in den
Kraftfluß einschalten, dienen Betätigungsglieder in Gestalt von Elektromagneten
oder, bevorzugt, Nydraulikarbeitskolben. Die Kraftwirkung, die diese Rydraulikarbeitskolben
entfalten, hängt ab von dem Druck in der sie speisenden Leitung.
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Der prinzipielle Verlauf verschiedener Drehmomente und Drehzahlen
ist in den Fig. 1 a und 1 b am Beispiel einer Hochschaltung in den direkten Gang
gezeigt. Dabei ist davon ausgegangen, daß. das Antriebsmoment M n konstant an ist.
Das Moment am Abtrieb ab ändert sich im Verhältnis der Ubersetzungsänderung. Die
Momente an den betätigten Reibelementen sind mit M1 und 2 bezeichnet, wobei M1 das
vor der Schaltung ini Kraftfluß befindliche Reibelement und M2 das nach der Schaltung
im Kraftfluß befindliche Reibelement bzw. das von diesem übertragene Drehmoment
bezeichnen. In gleicher Weise bezeichnen nan die Antriebsdrehzahl, also die Getriebeeingangsdrehzahl
bzw.
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Brennkraftmaschinendrehzahl und nab die Abtrieb sdrehz ahl.
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Letztere ist während des Schaltvorganges konstant, weil sich die Fahrzeuggeschwindigkeit
während des Schaltvorganges
nicht ändert bzw. ihre geringe Änderung
hier nicht berücksichtigt ist. Der Schaltvorgang setzt ein zum Zeitpunkt t1 Das
Moment M1 fällt von seinem vorherigen Wert ab auf den Wert 0 und gleichzeitig steigt
das Moment M2 das bis zum Zeitpunkt t1 0 war, an. Zum Zeitpunkt t2 erreicht das
Moment M2 die Größe des Antriebsmomentes Man. Es muß nun aber zusätzlich das Moment
M2 ansteigen, weil aufgrund der unveränderten Fahrgeschwindigkeit und damit unveränderten
Abtriebsdrehzahl Tiab und der andererseits geänderten Übersetzung zwischen Antrieb
und Abtrieb ein Drehmoment auftritt, das sich aus der Dralländerung der mit dem
Getriebeeingang verbundenen drehenden Massen ergibt. Die Drehzahländerung der Eingangsdrehzahl
erfolgt im Zeitraum t2 bis t4. Zum Zeitpunkt t4 ist der Schaltvorgang abgeschlossen.
Die maximale Größe von M2 bestimmt Schaltdauer und Schaltkomfort. Wird die Kraft
zur Betätigung der reibschlüssigen Elemente und damit das von diesen übertragene
Drehmoment nicht mehr stufenlos geregelt, sondern in Stufen eingestellt, so ist
dafür zu sorgen, daß die Kraft- bzw. Drehmomentstufen so gewählt sind, daß einerseits
ein ausreichender Schaltkomfort erzielt wird und andererseits die Kupplungsschleifzeit
wegen Erwärmung und Verschleiß nicht zu groß wird.
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Sin üblicher Wert für die Zeitspanne t1 bis t4 liegt bei etwa 3/4
Sekunden. Um die Zeitz während der das reibschlüssige Element schleift, zu vermindern,
wird bevorzugt das Eingangsdrehmoment Man während der Schleifzeit vermindert. Dadurch
wird der Anteil des vom reibschlüssigen Element übertragbaren Drehmomentes, der
für die Dralländerung zur Verfügung steht, erhöht. Die Reduzierung des Getriebeelngangsmomentes
erfolgt durch Verstellen des Zunizeitpunhtes (Verlrleinerung der Vorzündung) bei
Otto-Motoren, durch Vermindern der Einspritzmenge
bei Otto- und
Dieselmotoren oder durch Verstellen des Einspritzzeitpunktes bei Dieselmotoren.
Eine gezielte Drehmomentreduzierung am Getriebeeingang ermöglicht es, mit einer
geringen -Zahl von Druckstufen und daher mit einer geringen Zahl vorn Schaltgliedern,
die bevorzugt als Magnetventile ausgebildet sind, auszukommen.
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In Fig. 2 ist eine hydraulische Anordnung zur Erzeugung sol vier Druckstufen
dargestellt, die über zwei Magnetventile angesteuert wird. Die Anordnung umfaßt
einen Stufenschieber 1 und einen Regelschieber 2, wobei dem Stufenschieber 1 ein
Umsteuerventil 3 vorgeschaltet ist.
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Dem Umsteuerventil 3 sind ein Magnetventil MV1 und ein Magnetventil
MV2 vorgeschaltet. Über eine Leitung 4 wird ein Druck einer vorher festgelegten
Größe PR als Zulaufdruck zugeführt. Er wird durch ein nicht dargestelltes Druckreduzierventil
oder Druckhalteventil gebildet. Die beiden MagnetventieMV? und MV2 sind beispielsweise
3/2-Magnetventile mit zwei Stellungen; sind die Magnetventile erregt, dann sind
sie gesperrt. Es übt daher der Stufenschieber 1 keine Kraft auf den Regelschieber
2 aus. Der Drosseldruck pD dessen Höhle vom Regelschieber 2 bestimmt wird, ist Null.
Sowie sich nämlich ein Drosseldruck PD aufbaut, wird der Regelschieber 2 durch den
auf seine Stirnfläche ARS wirkenden Drosseldruck PD in Richtung auf den Stufenschieber
1 verschoben und schließt die Zuleitung mit dem Hauptdruck r ab.
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Wird nun bei weiterhin erregten und daher geschlossenen Magnetventil
MV2 das Magnetventil Mvi entregt und damit geöffnet, so wirkt der Druck PR auf eine
Ringfläche A1 des Stufenschieberei. Ein bewegliches Glied 5 des
Umsteuerventiles
3 befindet sich dabei in der nicht gezeichneten seiner beiden möglichen Lagen, in
der es einen Kanal 6 absperrt. Der auf die Ringfläche A1 wirkende Druck pR erzeugt
eine Kraft, die den Stufenschieber 1 in Richtung auf den Regelschieber 2 verschiebt,
wodurch dessen Steuerkante etwas öffnet und Hydraulikflüssigkeit von der Hauptdruckleftung
in die Drosseidruckleitung fließen kann. Dabei wird durch den Spalt der Hauptdruck
auf den Drosseldruck so weit reduziert, bis die vom Drosseldruck PD auf die Fläche
ARS des Regelschiebers 2 ausgeübte Kraft gleich groß ist wie die vom Zulaufdruck
pR auf den Stufenschieber 1 ausgeübte Kraft.
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Zur Erzeugung des nächst höheren Druckniveaus des Drosseldruckes pD
wird das Magnetventil MVK erregt und damit geschlossen und das Magnetventil MV2
entregt und damit geöffnet. Gleichzeitig wird das bewegliche Glied 5 des Umsteuerventiles
3 in die in der Zeichnung dargestellte Position gebracht, in der der Kanal 6 gegenüber
der Zuleitung vom Magnetventil MV2 abgesperrt ist. Eine Fläche A2 ist im Verhältnis
der geYischten Druckerhöhung größer als die Ringfläche A1 des Stufenschiebers 1
und erzeugt in der zuvor bereits erläuterten Weise einen entsprechend erhöhten Drosseldruck
pD.
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Um das vierte Druckniveau zu erzielen, das nicht gleich der Summe
der beiden zuvor erzeugten Drosseldrueke pD ist, werden beide Magnetventile MVi
und MV2 entregt und damit geöffnet, wodurch der Druck pR auf die Flächen A1, A2
und A3 des Stufenschiebers 1 wirkt. Das bewegliche Glied 5 des Umsteuerventiles
3 befindet sich dabei in einer beliebigen seiner beiden möglichen Positionen, wobei
über den Kanal 6 Druck auf die Ringfläche
A3 des Stufenschiebers
1 gelangt.
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In den Fällen, in denen der größte erzielte Drosseldruck pD gleich
der Summe der beiden kleineren Drosseldrücke sein kann, kann das Umsteuerventil
3 entfallen und es führen die Magnetventile MV1 und MV2 den Druck tR unmittelbar
den Flächen A1 bzw. A2 des Stufenschiebers 1 zu.
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Der Drosseldruck pD wirkt unmittelbar auf einen Hydraulik-Arbeitskolben,
der ein reibschlüssiges Element zum Umschalten der Übersetzung betätigt.
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In dem Diagramm Fig. 3 sind die Drehmomentverhältnisse dpvgestelltlwie
sie mit vier Druckstufen des Drosseldruckes und zusätzlich drei Antriebsmoment-Reduzierstufen
erreicht werden können. Die Drehmomentredazierung auf der Antriebsseite wird, wie
erwähnt, durch einen Eingriff in die antreibende Brennkraftmaschine erzielt. Dabei
wird in dem Beispiel eine Drehmomentreduktion in der ersten Stufe um 16 %, in der
zweiten Stufe um 29 ffi und in der dritten Stufe um 40 ffi vorgenommen. Auf der
Abszisse ist das an der Getriebeeingangsseite wirkende Drehmoment des Antriebsmotors
ohne Drehmomentreduzierung aufgetragen.
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Es ist bezeichnet mit MAntr o.E. Die Teilung der Ordinate ist gleich
wie die der Abszisse. Hier sind aufgetragen das Drehmoment M2 ohne und mit Eingriff,
das Antriebsmoment ohne und mit Eingriff und schließlich das für die Dralländerung
erforderliche Drehmoment MKin Die der Abszisse nächste Gerade ist das kinetische
Drehmoment NKin Die mittlere Gerade gibt das Antriebsmoment ohne Eingriff Mieder;
die obere, der Ordinate benachbarte Gerade gibt das Drehmoment M2 ohne Eingriff
wieder. Die
untere Treppenkurve gibt das Antriebsdrehmoment mit
Eingriff in die Brennkraftmaschine an, wogegen die obere der beiden Treppenkurven
das hieraus resultierende Drehmoment M2. Je drei nach oben weisende Spitzen eer
Drehmomentkurve mit Eingriff M2m.E. liegen jeweils auf demselben Drehmomentniveau,
das einem der vier Drosseldrücke zugeordnet ist. Im Beispiel ist eine Anordnung
gewählt, bei der der Maximalwert von M2 gleich 315 Nm ist. Diesem Drehmoment, das
von der zugeordneten Kupplung sicher zu übertragen ist, ist ein Arbeitsdruck für
die Kupplungsbetätigung, also ein Drosseldruck von 1,45 bar zugeordnet. Die weiteren
Drackstufen sind 0,81 bar entsprechend 233 Nm und 0,35 bar entsprechend 173 Em.
Dem Druck PD=O ist ein Drehmoment von 128 Nm zugeordnet.
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Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Verwirknichung der Drehmomentreduzierung
einer Brennkraftmaschine mit Kennfeldzündung. Es läßt sich nämlich bei unveränderter
Gaspedalstellung und gleichbleibender Drehzahl das Drehmoment durch die Änderung
des Zündwinkels, nämlich durch Verminderung der Vorzündung vermindern. Beispielsweise
läßt sich bei Vollast durch Reduzierung der Vorzündung von einem Zündwinkel von
beispielsweise 380 um 250 Kurbelwinkel auf ca. 130 eine Drehmomentverminderung auf
die Hälfte erzielen. Ebenso läßt sich bei Teillast, wenn beispielsweise der Zündwinkel
ca.
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330 beträgt, durch Rücknahme der Vorzündung um 200 Kurbelwinkel auf
etwa 130 Vorzündung das Drehmoment halbieren. Durch eine während des Schaltvorganges
vorgenommene Zündwinkelverschiebung läßt sich somit kontinuierlich oder in beliebigen
Stufen das Drehmoment der Brennkraftmaschine vermindern.
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In einer Kennfeldzündung wird der Zündwinkel im Normalbetrieb als
Funktion von Motorlast und Motordrehzahl aus einem vorgegebenen, eingespeicherten
Zündkennfeld bestimmt. Jedem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine (Lastzustand und
Drehzahl) ist ein vorgegebener Zündwinkel zugeordnet. Die Quantisierung der Lastzustände
und Drehzahlen läßt sich beliebig wählen. Jedem Arbeitspunkt des Kennfeldes ist
eindeutig ein Drehmomentwert zugeordnet.
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Der Übergang auf das reduzierte Drehmoment während des Schaltvorganges
kann in einfachster Weise durch vorübergehende Umschaltung auf ein zweites oder
auch drittes Zündkennfeld erfolgendas ein entsprechend reduziertes Antriebsdrehmoment
ergibt.
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Eine andere vorteilhafte Möglichkeit liegt darin, dem Normal-Zündkennfeld
ein Korrekturkennfeld zu überlagern, wobei die Quantisierungsstufen von Normal-Zündkennfeld-und
Korrekturkennfeld nicht notwendig gleich sein müssen.
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Dadurch ist es mit geringem zusätzlichen Speicheraufwand für das Korrekturkennfeld
möglich, einem fein quantisierten Zündkennfeld von beispielsweise 16 x 16 Feldern
ein Korrekturkennfeld zu überlagern, das hinsichtlich seiner Quantisierung den Erfordernissen
der Druck- und Drehmoment stufen für den Schaltvorgang entspricht, beispielsweise
8 x 8 Felder umfaßt. Um eine exakte Korrelation zwischen dem eingestellten Drosseldruck
und dem wirksamen Antriebsmaschinendrehmoment zu gewährleisten, können dieDrosseldruckstufen
durch das gleiche Kennfeldraster festgelegt werden.
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In Fig. 4 ist ein Ausschnitt eines Kennfeldes mit den Drehzahlen n4,
n5 und n6 und den Lastzuständen L4, L5 und L6 angegeben. In jedem Feld L, n sind
vier Werte
angegeben, nämlich der Drosseldruck pD, der Zundwinkel
o( dz ohne Eingriff, der Korrekturwinkel kkt um den der Zündwinkel bei Eingriff
geändert wird, und schließlich das durch Drehzahl, Lastzustand und Zündwinkel definierte
Antriebsmaschinendrehmoment M. Die Werte sind in 0Kurbelwinkel bzw. in bar bzw.
in Nm angegeben. Bei dem hier dargestellten Beispiel sind zwei Drehmomentreduzierstufen
vorgesehen, die einer Reduzierung um 40 % (i=1) bzw. um 23 % (i=2) entsprechen.
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Die beschriebene Erfindung ermöglicht es, den Gangwechsel bei automatischen,
unter Last geschalteten Getrieben von Kraftfahrzeugen mit einem grob gestuften Drosseldruck
und darauf abgestimmtem Eingriff in die Brennkraftmaschine durchzuführen, ohne daß
die Schleifzeit unerwünschte Werte annimmt. Außerdem ist der Schaltkomfort verbessert.
Ein aufwendiges und teueres stetig arbeitendes elektrohydraulisches Stellglied läßt
sich durch die Erfindung einsparen.