DE3129681C2

DE3129681C2 -

Info

Publication number: DE3129681C2
Application number: DE3129681A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 7300 Esslingen De Acker
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-07-28
Filing date: 1981-07-28
Publication date: 1992-08-13
Also published as: FR2510779A1; JPS5821046A; JPS6360264B2; FR2510779B1; GB2104983A; IT1148977B; GB2104983B; US4503734A; DE3129681A1; IT8248720A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung des übertragenen Moments von Reibschaltelementen in unter Last zu schaltenden Wechselgetrieben mit Meßwertgebern für Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen des Wechselgetriebes und einer elektronischen Steuervorrichtung, welche mittels der Meßwertgebersignale ein Ausgangssignal für den Kupplungsdruck erzeugt.

Derartige Anordnungen sind beispielsweise aus der DE-OS 28 35 051 sowie der DE-OS 21 24 024 bekannt. Sie sollen dazu dienen, vielstufige Wechselgetriebe zu schalten, deren Steuerung allein mittels hydraulischer bzw. mechanischer Maßnahmen in der Regel nicht mehr möglich ist.

Diese bekannten Anordnungen ermöglichen jedoch kein hinreichend reproduzierbares Schaltverhalten. Dies beruht insbesondere darauf, daß keine Schaltzeit vorgegeben ist, innerhalb der ein Schaltvorgang abgeschlossen sein soll.

Nach der DE-OS 22 23 397 sollen der Schaltvorgang eines automatischen Getriebes innerhalb einer vorgebbaren Zeit abgeschlossen und ein Schaltdruck weitestgehend vermieden sowie ein Verschleiß der Reibelemente durch kurze Schaltzeiten möglichst reduziert werden. Hierzu ist gemäß dieser Druckschrift vorgesehen, den die Reibelemente betätigenden Druck durch ein Rechenprogramm zu steuern, bei dem verschiedene Konstruktions- und Betriebswerte, wie Temperatur, Reibbeiwert, Schleppverhalten u. dgl. berücksichtigt werden, nicht jedoch der tatsächliche momentane Kupplungsdruck. Damit kann ein optimales Schaltverhalten noch nicht erreicht werden.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglicht, den Anpreßdruck der Kupplungsscheiben so zu steuern, daß deren Relativdrehzahl in wählbarer Zeit (Schaltzeit) unabhängig von allen äußeren Einflüssen zu Null gemacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß das von einer Kupplung übertragene Moment M_K sich additiv zusammensetzt aus einem momentan nötigen Moment M_KN und einem Zusatzmoment M_KÜ, wobei unter M_KN das minimale Kupplungsmoment verstanden wird, welches notwendig ist, um die momentane Relativdrehzahl der Kupplungsscheiben konstant zu halten, und wobei das Überschußmoment M_KÜ allein die zeitliche Veränderung der Relativdrehzahlen der Kupplungsscheiben bestimmt.

Allgemein gilt also, daß die Relativdrehzahl der Kupplungsscheiben zunimmt, wenn das von der Kupplung übertragene Moment M_K kleiner ist als das notwendige Moment M_KN, und abnimmt, wenn das übertragene Moment M_K größer ist als das notwendige Moment M_KN. Falls M_K=M_KN, bleibt die Relativdrehzahl, d. h. die Drehzahldifferenz der Kupplungsscheiben konstant.

Wenn also das notwendige Moment M_KN, welches übrigens dem Schnittmoment der Kupplung im geschlossenen Zustand entspricht, hinreichend genau bestimmt werden kann, so läßt sich durch Vorgabe eines Überschußmomentes M_KÜ die Relativdrehzahl der Kupplungsscheiben innerhalb der Schaltzeit in vorgebbarer Weise bestimmen.

Für das von der Kupplung übertragene Moment gilt nun

M_K = a₂μp (t) = M_KN + M_KÜ

Für das Überschußmoment gilt

Da M_KN=M_K-M_KÜ wird somit das notwendige Moment gemäß der Erfindung zu jedem Zeitpunkt während des Schaltvorganges, welcher innerhalb der Schaltzeit T abgeschlossen ist, aus dem gemessenen Kupplungsdruck p sowie der zeitlichen Veränderung der Relativdrehzahl der Kupplungsscheiben, welche ohne weiteres aus der Messung der Eingangs- und Ausgangs drehzahlen des Wechselgetriebes bestimmt werden kann, festgestellt.

Der Erfindung liegt also der allgemeinen Gedanke zugrunde, das jeweils momentan notwendige Moment M_KN durch Messung der Getriebeeingangs- und -ausgangsdrehzahlen sowie des Kupplungsdruckes zu bestimmen und mit einem Überschußmoment zu überlagern, welches aus einer vorzugebenden Funktion f (t) und der gemessenen Relativdrehzahl der Kupplungsscheiben bestimmt wird. Da allein das Überschußmoment M_KÜ für die zeitliche Veränderung der Relativdrehzahl bestimmend ist, und andererseits das notwendige Moment M_KN durch Messungen zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden kann, läßt sich erfindungsgemäß ein eindeutig vorgebbares Schaltverhalten bei vorgebbarer Schaltzeit erzielen. Es ist lediglich notwendig, daß f (t) den im Anspruch 1 angegebenen Bedingungen genügt.

Vorzugsweise wird für f (t) die im Anspruch 2 angegebene Funktion vorgebeben. In diesem Falle ergibt sich für die Relativdrehzahl η innerhalb der für den Schaltvorgang vorgegebenen Zeitspanne T der folgende Verlauf:

e₁, e₂ und j sind wählbare rationale Zahlen.

Da in diesem Falle die Relativdrehzahl zum Zeitpunkt t=T verschwindet, ist - unabhängig von der Wahl der vorzugebenden Konstanten e₁, e₂ und j - Ruckfreiheit am Ende des Schaltvorganges gewährleistet.

Auch am Beginn des Schaltvorganges kann Rückfreiheit erzielt werden, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, vergl. Anspruch 3, e₁=1 gewählt wird, denn in diesem Falle verschwindet die Zeitableitung der Relativdrehzahl zum Zeitpunkt t=0.

Mit den frei vorgebbaren Konstanten e₂ und j können, z. B. im Hinblick auf den Komfort, die maximale Änderungsgeschwindigkeit des Zusatzmomentes M_KÜ, d. h. die zweite Zeitableitung (t) der Relativdrehzahl der Kupplungsscheiben am Schaltanfang bestimmt werden, denn es gilt:

Außerdem können im Hinblick auf Komfort und Verschleiß sowohl der Zeitpunkt t_M als auch die absolute Höhe des Maximalwertes des Zusatzmomentes M_KÜ, d. h. die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Relativdrehzahl festgelegt werden, da gilt:

Erfindungsgemäß kann also gewährleistet werden, daß die Relativdrehzahl η nach Ablauf der Schaltzeit T auch dann ruckfrei gegen Null geht, wenn aus Komfortgründen das von der Kupplung übertragene Moment M_K bzw. dessen zeitliche Änderung beschränkt werden soll oder die Dynamik der von der elektronischen Steuervorrichtung gesteuerten Stellglieder den von der Steuervorrichtung gewünschten Momentenverlauf nicht erlaubt.

Die Konstanten a₁ und a₂ werden durch die Getriebe- bzw. Fahrzeugkonstruktion vorgegeben. Der Anspruch 4 gibt die zweckmäßigerweise für a₁ und a₂ einzusetzenden Größen wieder.

Der Reibkoeffizient μ kann gemäß Anspruch 5 bestimmt werden. Aus

folgt für einen Zeitpunkt t=t₁ innerhalb des Schaltintervalles T

und für einen darauffolgenden Zeitpunkt t₂=t₁+Δt, wobei Δt die Taktzeit der Steuervorrichtung ist:

Wird nun vorausgesetzt, daß a₁, a₂ und μ konstant sind, so ergibt sich unter der Annahme, daß

M_KN(t₁) ≈ M_KN(t₂)

durch Subtraktion der beiden Gleichungen der im Anspruch 5 angegebene Wert des Reibungskoeffizienten.

Dabei ist besonders vorteilhaft, daß gegebenenfalls fehlerhaft vorgegebene Werte für a₁ und a₂ im weitem Umfang durch eine entsprechende Änderung des berechneten Reibungskoeffizienten μ kompensiert werden. Es genügt also, für a₁ und a₂ mittlere Werte konstant vorzugeben, beispielsweise für ein mittleres Fahrzeuggewicht, ohne daß das Schaltverhalten bei Änderungen der Fahrzeugeigenschaften, beispielsweise der Beladung, wesentlich verändert würden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Lamellenkupplung bekannter Art und

Fig. 2 ein Schema der erfindungsgemäßen Anordnung.

Gemäß Fig. 1 besteht die bezüglich einer Drehachse 1 rotationssymmetrische Lamellenkupplung im wesentlichen aus einem Außenlamellenträger 2 mit den daran verschiebbar angeordneten Außenlamellen 3 und einem Innenlamellenträger 4 mit den Innenlamellen 5. Am Außenlamellenträger 2 ist ein im Querschnitt ringförmiges Kolbenzylinder- Aggregat 6 angeordnet, dessen ringförmiger Kolben 7 gegen den Druck einer Feder 8 durch Ölzufuhr bei 9 in den ringförmigen Zylinder 10 verschoben werden kann und dabei die Außenlamellen 3 auf die Innenlamellen 5 aufdrückt. R_a und r_a bezeichnen den äußeren bzw. inneren Durchmesser des Innenraumes des ringförmigen Zylinders 10. R_L und r_L bezeichnen den äußeren bzw. inneren Radius der Innenlamellen. Für den äquivalenten Reibradius R_m der Lamellen ergibt sich dann in bekannter Weise

Gemäß Fig. 2 besteht das von der erfindungsgemäßen Anordnung zu steuernde System aus einem Antrieb 20, einem Getriebe 21 mit Kupplung 22 sowie der anzutreibenden Vorrichtung, d. h. dem Fahrzeug 23. Der Druck p der Kupplung 22 wird mittels eines Ventils 24 eingestellt, welches mittels einer elektronischen Steuervorrichtung 25 gesteuert wird. Die Steuervorrichtung 25 gibt dazu ein entsprechendes Steuersignal U an ein nicht dargestelltes Steuerorgan, dessen Stellglied das Ventil 24 verstellt.

Eingangsseitig ist die Steuervorrichtung 25 an Meßwertgeber 26 und 27 gekoppelt, von denen der eine die Drehzahl auf der Eingangsseite des Getriebes mißt, während die Drehzahl auf der Ausgangsseite des Getriebes vom anderen Meßwertgeber festgestellt wird. Außerdem ist erfindungsgemäß ein weiterer Meßwertgeber 28 vorgesehen, mit dem der Kupplungsdruck, d. h. der Druck im Kolbenzylinder-Aggregat 6 der Fig. 1, festgestellt und an einen weiteren Eingang der Steuervorrichtung 25 gegeben wird.

Außerdem erhält die Steuervorrichtung 25 vom Getriebe 21 eingangsseitig noch ein Signal i, welches das Übersetzungsverhältnis des einzulegenden Ganges wiedergibt.

Die eingangsseitig an die Steuervorrichtung 25 gegebenen Signale werden von derselben wie folgt verarbeitet:

Aus dem Signal für die eingangsseitige Drehzahl ω_E des Getriebes 21 und dem Signal für dessen ausgangsseitige Drehzahl ω_A wird gemäß

η = ω_E - iω_A

die Relativdrehzahl η bestimmt. Aus der Relativdrehzahl wird einerseits, beispielsweise durch Berechnung entsprechender Differenzenquotienten, die Zeitableitung der Relativdrehzahl bestimmt. Diese wird daraufhin mit dem Faktor 1/a₁ multipliziert.

Andererseits wird die Relativdrehzahl mit der Funktion f (t) multipliziert.

Das vom Meßwertgeber 28 erzeugte Signal mit a₂ und dem Reibungskoeffizienten μ multipliziert, so daß ein Signal entsprechend a₂ μp erzeugt wird. Von diesem das

entsprechende Signal subtrahiert. Zu dem dabei gebildeten Signal wird das dem Produkt η (t) f (t) entsprechende Signal addiert. Somit entsteht ein Summensignal, welches in einer Endstufe 30 in das dazu analoge Ausgangssignal U umgewandelt wird.

Der Reibungskoeffizient μ kann von der Steuervorrichtung 25 jeweils zu Beginn eines Schaltvorganges gemäß den Angaben im Anspruch 5 berechnet werden.

Als Steuervorrichtung 25 kann ein im Fahrzeug auch für andere Zwecke, z. B. zur Zündungssteuerung oder Bremssteuerung, vorhandener Mikroprozessor verwendet werden.

Claims

1. Anordnung zur Regelung des übertragenen Momentes von Reibschaltelementen in unter Last zu schaltenden Wechselgetrieben mit Meßwertgebern für Ein- und Ausgangsdrehzahlen des Wechselgetriebes und einer elektronischen Steuervorrichtung, welche mittels der Meßwertgebersignale ein Ausgangssignal für den Kupplungsdruck erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig der Steuervorrichtung (25) ein weiterer Meßwertgeber (28) für den Kupplungsdruck (p) angeordnet ist und die Steuervorrichtung (25) innerhalb einer vorgebbaren Schaltzeit (T) ein der folgenden Beziehung entsprechendes Ausgangssignal (U) erzeugt wobeiT Dauer des Schaltvorganges (Schaltzeit),
t Zeitpunkt während des Schaltvorganges, d. h. 0tT,
p (t) Kupplungsdruck zum Zeitpunkt t,
a₁, a₂ vorzugebende Konstanten,
µ Reibungskoeffizient der Kupplung (22),
η (t) Relativdrehzahl der Kupplungselemente zum Zeitpunkt t,
(t) Zeitableitung der Relativdrehzahl zum Zeitpunkt t,
f (t) eine vorzugebende stetige Funktion, derart, daß gilt:f (0) · η (0) = f (T) · η (T) = 0.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gewählt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß e₁=1 vorgegeben wird.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für a₁ und a₂ folgende Werte vorgegeben werden a₂ = Konstante proportional zu i_RR_mFwobeic₁ Gesamtträgheitsmoment des Triebwerksstranges vor dem Getriebe (21),
c₂ Gesamtträgheitsmoment des Triebwerksstranges nach dem Getriebe (21), einschließlich Differential und Fahrzeugaufbau,
c₃ Trägheitsmasse der im Planetengetriebe mitdrehenden Koppelwellen,
Servomomentfaktor,
i Übersetzungsverhältnis des einzulegenden Ganges,
i_R Anzahl der Reibflächen bzw. Lamellen der Kupplung (22),
R_m äquivalenter Reibradius der Lamellen (5),
F Querschnitt der Zylinder-Kolben-Aggregates (6) zum Andruck der Reibflächen bzw. Lamellen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Reibungskoeffizienten (µ) der Kupplung (22) der folgende Wert benutzt wird wobei0t₁t₂Tund t₁ sowie t₂ zwei aufeinanderfolgende Taktzeiten der Steuervorrichtung (25) sind.