DE3839685C2 - Hydraulische Steuervorrichtung für ein selbsttätig schaltbares Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung für ein selbsttätig schaltbares Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen.

Bei den bis jetzt für Kraftfahrzeuge allgemein verwendeten Automatikgetrieben sind bei einer hydraulischen Ausbildung der zum Schalten der einzelnen Getriebegänge vorgesehenen Reibvorrichtungen durch eine jeweils zugeordnete Servovorrichtung eine mit der Anzahl der Getriebegänge übereinstimmende Anzahl von Überholkupplungen verwendet, welche primär zu einem gewünscht weichen Wechsel der einzelnen Getriebegänge beitragen. Ein automatischer Wechsel der einzelnen Getriebegänge, die mit den unterschiedlichen Übersetzungen zwischen den einzelnen Gliedern eines ein- oder mehrfachen Planetenrädergetriebes erhalten werden, wird dabei mittels einer hydraulischen Steuervorrichtung gesteuert, die eine mehr oder weniger große Vielzahl von einzelnen Ventilgruppen aufweist, mit denen die Druckzuteilung an die Servovorrichtungen in Abhängigkeit von den verschiedensten Betriebsparametern mehr oder weniger feinfühlig gesteuert wird. Jeder Gangwechsel wird insoweit mit einem Steuersignal gesteuert, das im Ergebnis durch einen wiederholten Algorithmus erhalten wurde, sowie durch ein weiteres Signal, welches spezifisch für den nächsten Getriebegang des beabsichtigten Gangwechsels ist. Weil bei diesen Automatikgetrieben die in den einzelnen Gängen an den Abtrieb vermittelte Drehmomentlieferung auch abhängig ist von der Arbeitsweise eines in aller Regel noch vorhandenen hydrodynamischen Drehmomentwandlers, mit welchem das von dem Antriebsmotor gelieferte Drehmoment eine durch das Übersetzungsverhältnis von einem Pumpenrad auf ein Turbinenrad beeinflußte Vervielfachung erfährt, ist es bisher kaum möglich geworden, mit diesem somit noch entsprechend nachteilig bestehenden Einfluß einen ideal synchronisierten Gangwechsel zu steuern.

In der US-PS 47 90 418 ist darauf hingewiesen, daß bei jedem Gangwechsel, der bei einem Automatikgetriebe durch Ausschalten einer in dem niedrigeren Gang betätigten ersten Reibvorrichtung und durch Einschalten einer in dem höheren Gang betätigten zweiten Reibvorrichtung erhalten wird, ein Drehmomentwechsel am Getriebeausgang stattfindet, der zuerst eine abfallende und erst danach eine ansteigende Beschleunigung des Fahrzeuges in dem Ausmaße auslöst, wie sich die Drehzahlübersetzung des Getriebes auswirkt. Wenn daher mit einem Ausschalten der ersten Reibvorrichtung und einem synchronen Einschalten der zweiten Reibvorrichtung begonnen wird, dann tritt zuerst eine Drehmomentphase auf, bei welcher an den Reibvorrichtungen ein Drehmomentwechsel stattfindet, ohne daß der Getriebeausgang einen Drehzahlwechsel erfährt, so daß während dieser Drehmomentphase auch keine Trägheitskräfte in Erscheinung treten. Eine solche primäre Drehmomentphase wird dann von einer sekundären Trägheitsphase abgelöst, bei welcher die Funktionsteile der zur Einschaltung kommenden zweiten Reibvorrichtung eine Beschleunigung erfahren, wobei damit ein Trägheitsmoment verknüpft ist, so daß im Gegensatz zu der primären Drehmomentphase, bei welcher das Ausgangsdrehmoment des Getriebes eine Funktion des von dem Antriebsmotor gelieferten Drehmoments und des von den Reibvorrichtungen übertragenen Drehmoments ist, während dieser sekundären Trägheitsphase das Ausgangsdrehmoment des Getriebes noch zusätzlich auch eine Funktion des Drehmoments ist, das an dem Reaktionselement der Reibvorrichtungen erhalten wird. Bei jedem Gangwechsel wird somit während der primären Drehmomentphase nur eine Drehmomentänderung an den beteiligten Reibvorrichtungen ohne eine gleichzeitige Drehzahländerung erhalten, die andererseits erst während der sekundären Trägheitsphase auftritt, wobei für diese sekundäre Trägheitsphase dann auch ein Drehmoment benötigt wird, um den Drehzahlwechsel bei den Reibvorrichtungen zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuervorrichtung für ein selbsttätig schaltbares Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen derart auszubilden, daß unter Ausnutzung dieser sich bei einem Gangwechsel abwechselnden Verhältnisse zwischen einer primären Drehmomentphase und einer sekundären Trägheitsphase ein synchronisierter Gangwechsel bei einem Verzicht auf besondere Überholkupplungen und auch bei einem Verzicht auf einen besonderen hydrodynamischen Drehmomentwandler unter einer damit getriebetechnisch entsprechend vereinfachten Voraussetzung optimal gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit der durch den Patentanspruch 1 angegebenen Steuervorrichtung, für welche die in den weiteren Patentansprüchen angegebenen Merkmale entsprechend vorteilhafte Ausbildungen ergeben unter Einschluß der für die Steuervorrichtung in dem Patentanspruch 10 angegebenen Verwendung der Steuervorrichtung für eine Aufladung der Fahrzeugbatterie bei Verwendung eines Elektromotors als Antriebsmotor.

Die mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzielbaren Vorteile ergeben sich durch eine relativ unkomplizierte Eingliederung der beanspruchten Steuervorrichtung in ein Steuersystem, dessen unter Verwendung von Algorithmus unter Einbeziehung auch der jeweils speziellen Antriebsverhältnisse simuliertes mathematisches Modell in einem elektronischen Speicher gespeichert werden kann, der für die zentrale Datenverarbeitung eines Computers zugänglich ist, um für die Übernahmemöglichkeit durch einen Mikroprozessor programmiert werden zu können. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, bei welcher ein Mikroprozessor die wechselnde Druckbeaufschlagung der bei einem Gangwechsel beteiligten Reibvorrichtungen über eine direkte Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors und auch des damit an das direkt verbundene Getriebe angelieferten Drehmoments in einer Rückkopplung mit der abtriebsseitigen Drehmomentanforderung steuert, ergibt daneben den Vorteil, daß auf der mechanischen Seite der hydrodynamische Drehmomentwandler wegfallen kann ebenso wie die verschiedenen Überholkupplungen, die bei den bisher bekannten Automatikgetrieben zur Bereitstellung eines weichen Gangwechsels unter den unterschiedlichsten Antriebsbedingungen zwingend benötigt wurden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Getriebeplan eines Kraftfahrzeug-Getriebes mit nur zwei Gängen, welche mit der Steuervorrichtung computergesteuert schaltbar sind,

Fig. 2A und 2B den Schaltplan der Steuervorrichtung, die einen Gangwechsel steuert, wobei die bei einem Aufwärtsschalten der Gänge vorliegenden Verhältnisse berücksichtigt sind,

Fig. 2C eine Einzelheit der Steuervorrichtung zur Darstellung der bei einem Abwärtsschalten der Gänge vorliegenden Verhältnisse,

Fig. 3A und 3B graphische Darstellungen verschiedener Kennlinien zu der Wechselbeziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehzahl des Antriebsmotors bei verschiedenen Stellungen der Drosselklappe und verschiedenen Bremsdrücken, wobei auch die Kennlinien der Steuersignale dargestellt sind, die beim Auf- und Abwärtsschalten der Gänge beteiligt sind, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der einzelnen Steuersignale, die beim Abwärtsschalten der Gänge beteiligt sind.

Für die Darstellung in Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug-Getriebe mit zwei Gängen berücksichtigt, das als ein Planetenrädergetriebe ausgebildet ist. Ein Sonnenrad 10 einer ersten Planetenräderstufe ist an einer Eingangswelle 12 des Getriebes direkt und damit ohne eine sonst übliche Zwischenschaltung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit einem Antriebsmotor verbunden. Der Antriebsmotor kann entweder ein Elektromotor oder eine Brennkraftmaschine sein. Mit dem Sonnenrad 10 kämmen die Planetenräder 14 eines ersten Radsatzes, mit denen die Planetenräder 16 eines zweiten Radsatzes für eine gemeinsame Lagerung an einem Planetenradträger 20 einstückig ausgebildet sind. Mit den Planetenrädern 16 des zweiten Radsatzes ist ein Ringrad 18 im Zahneingriff. Der Planetenradträger 20 ist mit dem Sonnenrad 22 einer zweiten Planetenräderstufe verbunden, bei welcher an einem Planetenradträger 38 gelagerte Planetenräder 24 mit dem Sonnenrad 22 und einem Ringrad 26 im Zahneingriff sind.

Das Ringrad 18 ist mit dem Antriebsglied 28 einer Überholkupplung 30 verbunden, dessen Abtriebsglied 32 an dem Getriebegehäuse gegen Drehung gesichert ist. Das Ringrad 18 ist weiterhin mit einer Reibbremse 34 verbunden, die ebenfalls an dem Getriebegehäuse befestigt ist und für die Schaltung eines Rückwärtsganges genutzt wird und für eine Bergbremsung sowie eine später noch näher erläuterte Nutzbremsung. Weiterhin ist das Ringrad 18 über eine Reibkupplung 36 mit dem Planetenradträger 38 verbunden, der eine Kegelradwelle 42 eines Differentialgetriebes antreibt, welches über Achswellen 40 und 44 mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden ist.

Die beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 sind ausgerückt, wenn das Getriebe in einen ersten Vorwärtsgang geschaltet ist. Das Ringrad 18 ist dann durch die Überholkupplung 30 an dem Getriebegehäuse gegen Drehung gesichert. Das von der Eingangswelle 12 an das Sonnenrad 10 angelieferte Drehmoment wird so unter Vermittlung des Planetenradträgers 20 an das Sonnenrad 22 und weiter an den Planetenradträger 38 weitergeleitet, welcher das Antriebsglied für die Kegelradwelle 42 des Differentialgetriebes ergibt. Durch eine Betätigung der Reibkupplung 36 kann das Getriebe in einen zweiten Vorwärtsgang geschaltet werden. Wegen der bei betätigter Reibkupplung 36 vorhandenen Verbindung zwischen dem Ringrad 18 und dem Planetenradträger 38 wird dann das Sonnenrad 22 für die Weiterleitung des Drehmoments an die Kegelradwelle 42 umgangen und wird das an das Sonnenrad 10 angelieferte Drehmoment direkt über diese Verbindung des Ringrades 18 mit dem Planetenradträger 38 vermittelt. Durch eine Betätigung nur der Reibbremse 34 kann schließlich noch die Schaltung eines Rückwärtsganges in Verbindung mit einer Umkehrung der Drehrichtung der Eingangswelle 12 bewirkt werden, wobei die Übermittlung des an das Sonnenrad 10 angelieferten Drehmoments hinzu der Kegelradwelle 42 dann gleich erfolgt wie bei der Schaltung des ersten Vorwärtsganges. Wenn als Antriebsmotor ein Elektromotor verwendet ist, dann muß für eine Umkehrung der Drehrichtung der Eingangswelle 12 nur die Drehrichtung des Antriebes umgeschaltet werden. Wenn als Antriebsmotor eine Brennkraftmaschine verwendet ist, dann ist für deren Verbindung mit der Eingangswelle 12 noch ein Umkehrrad vorzusehen, um durch dessen dann zusätzliche Einschaltung bereits eingangsseitig eine entsprechende Umkehrung der Drehrichtung der Eingangswelle zu erhalten.

Mit der Betätigung der Reibbremse 34 abwechselnd zu einer Betätigung der Reibkupplung 36 kann bei Verwendung eines Elektromotors als Antriebsmotor auch eine sogenannte Nutzbremsung für eine Aufladung der Fahrzeugbatterien bewirkt werden. Diese Möglichkeit setzt voraus, daß eine synchrone Umschaltung der Druckbeaufschlagung dieser beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 durch eine Steuervorrichtung gesteuert werden kann, die bei einer Bremsung des Fahrzeuges den Elektromotor als einen Stromerzeuger arbeiten läßt, so daß die bei einem Bremsen freigesetzte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, die bei einer Gleichrichtung des Stromes zu einer Aufladung der Fahrzeugbatterien genutzt werden kann. Wenn der Antriebsmotor als Stromerzeuger arbeitet, dann ist damit eine Umkehrung der Drehmomentlieferung von den Antriebsrädern zurück an den Antriebsmotor verbunden. Die Druckbeaufschlagung der bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges beteiligten Reibkupplung 36 muß daher auf die bei der Rückwärtsfahrt beteiligte Reibbremse 34 umgesteuert werden und umgekehrt, damit bei einem Abbremsen des Fahrzeuges die Aufladung der Fahrzeugbatterien erhalten werden kann. Wenn im folgenden die Steuervorrichtung nur für eine solche Nutzbremsung näher erläutert wird, dann soll damit nur ein mit besonderen Vorteilen verbundener Verwendungszweck der Steuervorrichtung berücksichtigt werden ohne jede Einschränkung folglich einer allgemeinen Verwendungsmöglichkeit der Steuervorrichtung für eine synchrone Steuerung der wechselnden Druckbeaufschlagung jeweils der beiden sich bei einem Gangwechsel ablösenden Reibvorrichtungen.

Für eine synchrone Steuerung der wechselnden Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 ist eine Steuervorrichtung mit einer geschlossenen Rückkoppelungsschleife vorgesehen, bei welcher das von dem Antriebsmotor gelieferte Drehmoment Tm verarbeitet wird. Als variable Steuergrößen ergeben sich Betätigungsdruck bzw. ein entsprechendes erstes Steuersignal PC1 für die Reibbremse 34, der Betätigungsdruck bzw. ein entsprechendes zweites Steuersignal PC2 für die Reibkupplung 36 und ein Vorgabewert bzw. ein Stellsignal Tmc, mit welchem die Drehmomentlieferung des Antriebsmotors beeinflußt wird. Die beiden Reibvorrichtungen 34, 36 respektive eine sich abwechselnde Betätigung dieser Reibvorrichtungen wird dabei in Abhängigkeit von dem an den Antriebsrädern als Ist-Wert Tw ermittelten Drehmoment und von dem Ist-Wert Wm der Drehzahl des Antriebsmotors gesteuert. Durch eine Eingliederung zweier spezieller Regelschleifen mit je einem Solenoid mit veränderlicher Anzugskraft ist dabei eine Verkürzung der Ansprechzeit auf etwa 0,06 Sekunden erreichbar.

Wenn während einer Vorwärtsfahrt im zweiten Vorwärtsgang, bei welchem die Reibkupplung 36 betätigt ist, das Fahrzeug abgebremst wird, dann kann dieses Abbremsen unter Einschaltung eines Hauptbremszylinders unter verschieden großen Bremsdrücken erfolgen. In Fig. 3B sind diese verschieden großen Bremsdrücke mit einer Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors mit verschiedenen Kennlinien verdeutlicht. Diese Abhängigkeit von der Motordrehzahl ist in Fig. 3A auch für verschiedene Kennlinien des mit dem Antriebsmotor angelieferten Drehmoments am Beispiel von unterschiedlichen Drosselklappenstellungen verdeutlicht. Die beiden Scharen der Kennlinien sind jeweils von zwei weiteren Kennlinien A und B gekreuzt, welche die Steuersignale angeben, mit denen für eine Nutzbremsung die beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 für eine wechselnde Druckbeaufschlagung synchron gesteuert werden. Diese unterschiedlichen Kennlinien sind in einem Speicher eines Mikroprozessors gespeichert, so daß nach einer Erfassung des Ist- Wertes Wm der Motordrehzahl während einer Bremsung des Fahrzeuges mit dieser Vorgabe durch die Kennlinie A durch den Mikroprozessor ein Soll- Wert Fwc des abtriebsseitigen Drehmoments mit einer Größe eingestellt werden kann, welche dann übereinstimmt mit dem Ist-Wert Tw des abtriebsseitigen Drehmoments. Gleichzeitig wird durch den Mikroprozessor ein Soll-Wert Wmc der Motordrehzahl eingestellt, welcher dem Produkt aus der Getriebeübersetzung, die beispielsweise mit dem Wert 1.53 bestimmt wird, und dem Ist-Wert Wm der Motordrehzahl entspricht. Für die Abweichungen der einander zugeordneten Ist-Werte von den Soll-Werten werden dann noch ein erstes Fehlersignal Fwe für das abtriebsseitige Drehmoment und ein zweites Fehlersignal Wme für die Motordrehzahl bereitgestellt, die in einer Steuervorrichtung mit geschlossener Rückkoppelungsschleife der nachfolgend näher beschriebenen Ausbildung verarbeitet werden, um die ersten und zweiten Steuersignale PC1 und PC2 für die beiden Reibvorrichtungen zu erhalten, die durch den Mikroprozessor für einen synchronen Wechsel des Betätigungsdruckes der Reibvorrichtungen vermittelt werden. Auch wird mit diesen ersten und zweiten Fehlersignalen Twe und Wme das Drehmoment Tm korrigiert, das mit dem Antriebsmotor an das Getriebe geliefert wird. Wenn in Verbindung mit dieser kurzen Übersicht auch noch die Darstellung der Fig. 4 berücksichtigt wird, in welcher die einzelnen Kennlinien die zeitabhängige Veränderung der Motordrehzahl WM, des abtriebsseitigen Drehmoments TW, des antriebsseitigen Drehmoments TM und der durch die beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 vermittelbaren Drehmomente TC1 und TC2 verdeutlichen, dann ist aus dieser Darstellung ableitbar, daß bei einer Verfolgung der Kennlinien A für einen Wechsel der Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen 34 und 36 oder eine auch damit gleichzusetzende Abwärtsschaltung der Gänge nur eine Zeit von knapp 0,1 Sekunden benötigt wird. Aus der Darstellung ist weiterhin ableitbar, daß als Folge des mit solchen Fehlersignalen in einer geschlossenen Rückkoppelungsschleife der nachfolgend näher beschriebenen Steuervorrichtung gesteuerten Wechsels der Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen das abtriebsseitige Drehmoment TW relativ konstant gehalten werden kann, wobei die nur während einer Zeitdauer von knapp 0,5 Sekunden in Erscheinung tretenden Schwankungen vernachlässigbar sind, weil sie in Verbindung mit der sich gleichzeitig verändernden Motordrehzahl WM und der sich ebenfalls verändernden Abgabe des Drehmoments TM durch den Antriebsmotor fühlbar nicht in Erscheinung treten.

Für die Darstellung in den Fig. 2A und 2B ist berücksichtigt, daß der Ist-Wert Wm der Motordrehzahl mittels eines an der Motorwelle angesetzten Sensors 46 und der Ist- Wert Tw des abtriebsseitigen Drehmoments mittels eines entweder an der Kegelradwelle 42 oder an einer der beiden Achswellen 40, 44 angesetzten Sensors 48 erfaßt werden. Die beiden Sensoren 46, 48 sind über Signalleitungen 50, 52 an zwei Summierknoten 54, 56 angeschlossen, an welche auch die Steuersignale für den Soll-Wert Wmc der Motordrehzahl und für den Soll-Wert Twc des abtriebsseitigen Drehmoments über Signalleitungen 58 und 60 geliefert werden. Durch die Summierknoten 54, 56 werden für die Abweichung des jeweils angelieferten Ist-Wertes von dem Soll-Wert zwei entsprechende Fehlersignale Wme für die Motordrehzahl und Twe für das abtriebsseitige Drehmoment erhalten.

Das mit dem Summierknoten 56 erhaltene erste Fehlersignal Twe wird an einen ersten Regler 62 geliefert, der in PI-Regler (Proportional-Integral-Regler) ist, mit dem ein erstes Reglersignal 64 erhalten wird, wenn der Gangwechsel respektive der Wechsel der Druckbeaufschlagung der beiden Reibvorrichtungen in einer Trägheitsphase des Antriebs stattfindet. Das erste Reglersignal 64 wird an einen Regelbegrenzer 108 vermittelt, der über eine Leitung 65 an einen ersten Phasenschalter 66 angeschlossen ist. Weiterhin wird das erste Fehlersignal Fwe über eine abgezweigte Signalleitung 68 an einen zweiten Regler 70 geliefert, der ebenfalls ein Proportional-Integral-Regler zur möglichen Bereitstellung eines zweiten Reglersignals 72 ist, wenn der Gangwechsel in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindet. Wenn das zweite Reglersignal 72 vorhanden ist, dann wird es unter Vermittlung eines Regelbegrenzers 112 an einen zweiten Phasenschalter 74 vermittelt.

Das durch den Summierknoten 54 gelieferte zweite Fehlersignal Wme wird andererseits über eine Signalleitung 76 an einen dritten Regler 78 vermittelt, der ebenfalls ein Proportional-Integral-Regler ist, mit dem ein drittes Reglersignal 80 erhalten wird, das an den ersten Phasenschalter 66 geliefert wird, wenn der Gangwechsel in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindet. Weiterhin wird das zweite Fehlersignal Wme über eine abgezweigte Signalleitung 82 an einen vierten Regler 84 geliefert, der als ein Proportional-Integral-Regler ein viertes Reglersignal 86 nur dann bereitstellt, wenn der Gangwechsel in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindet. Wenn das vierte Reglersignal vorhanden ist, dann wird es unter Vermittlung eines Regelbegrenzers 114 an den zweiten Phasenschalter 74 geliefert, an welchen auch das zweite Reglersignal 72 gleichzeitig angeliefert wird. Eine solche gleichzeitige Anlieferung ist bei dem ersten Phasenschalter 66 nicht verwirklicht, weil dort das erste Reglersignal 64 und das dritte Reglersignal 80 nur während unterschiedlicher Phasen des Antriebes bereitgestellt werden. Das zweite Fehlersignal Wme wird dann noch über eine Signalleitung 88 an einen fünften Regler 90 geliefert, der ebenfalls ein Proportional-Integral-Regler ist und ein fünftes Reglersignal 92 bereitstellt, wenn der Gangwechsel in einer Trägheitsphase des Antriebs stattfindet. Das fünfte Reglersignal 92 wird dann unter Vermittlung eines Regelbegrenzers 110 an einen dritten Phasenschalter 94 geliefert, der an einem zweiten Signaleingang ständig mit einem AUS- Signal entsprechend einem Null-Wert der Versorgerspannung versorgt wird.

Die beiden Fehlersignale werden für die Übermittlung an die einzelnen Reglerschalter unterschiedlich verstärkt. So erfährt das erste Fehlersignal Twe durch einen Verstärker 98 eine Verstärkung um den Faktor 4.7 vor seiner Anlieferung an den ersten Regler 62. Diese Verstärkung ist bei einer Abwärtsschaltung der Gänge negativ und bei einer Aufwärtsschaltung positiv. Andererseits erfährt das erste Fehlersignal Twe für seine Anlieferung an den zweiten Reglerschalter 70 eine Verstärkung um den Faktor 1.4 durch einen zweiten Verstärker 102. Diese Verstärkung ist für beide Schaltungen positiv. Das zweite Fehlersignal Wme wird durch einen dritten Verstärker 96 um den Faktor 0.25 für die Anlieferung an den dritten Reglerschalter 78 verstärkt. Die Verstärkung ist für beide Schaltungen positiv. Weiterhin wird das zweite Fehlersignal Wme für seine Anlieferung an den vierten Regler 84 durch einen Verstärker 104 um den Faktor 1 verstärkt, der bei der Aufwärtsschaltung negativ und bei der Abwärtsschaltung positiv ist. Schließlich wird das zweite Fehlersignal Wme für die Anlieferung an den fünften Regler 90 durch einen Verstärker 100 um den Faktor 0.25 verstärkt, der für beide Schaltungen negativ ist.

Der Schaltzustand der drei Phasenschalter 66, 74, 94 wird durch eine ODER-Schaltung 106 gesteuert. Diese ODER-Schaltung 106 weist einen mit dem Drehzahlsensor 46 verbundenen Signaleingang auf, so daß damit zum Beginn eines Gangwechsels eine Einstellung der einzelnen Phasenschalter in eine die Drehmomentphase des Antriebs während eines vorbestimmten Drehzahlbereichs berücksichtigende erste Schaltposition und deren Umschaltung in eine die Trägheitsphase des Antriebs berücksichtigende zweite Schaltposition bei jedem Wechsel der Motordrehzahl um eine prozentual vorbestimmte Größe vermittelt werden kann.

Während in den Fig. 2A und 2B die während einer Abwärtsschaltung realisierten Anschlüsse an die Phasenschalter berücksichtigt sind, zeigt die Fig. 2C die auf die Phasenschalter bezogenen Verhältnisse während einer Aufwärtsschaltung. Durch die ODER-Schaltung 106 sind dann bei dem ersten Phasenschalter 66 die beiden Signaleingänge spannungslos. Bei dem zweiten Phasenschalter 74 weist der für die Drehmomentphase maßgebliche Signaleingang einen Anschluß an den zweiten Regler 70 für eine mögliche Anlieferung des zweiten Reglersignals 72 und der für die Trägheitsphase maßgebliche zweite Signaleingang einen Anschluß an den vierten Regler 84 für eine mögliche Anlieferung des zweiten Reglersignals 86 auf. Bei dem dritten Phasenschalter 94 weist schließlich der für die Trägheitsphase maßgebliche eine Signaleingang einen Anschluß an den ersten Regler 62 für eine mögliche Anlieferung des ersten Steuersignals 64 und der für die Drehmomentphase maßgebliche zweite Signaleingang einen Anschluß an den fünften Regler 90 für eine mögliche Anlieferung des fünften Reglersignals 92 auf. Wenn für eine Kleinhaltung der möglichen Änderungen des abtriebsseitigen Drehmoments während eines Gangwechsels das durch dem ersten Regler 62 gelieferte erste Reglersignal 64 auf einen entsprechend kleinen Wert begrenzt wird, dann kann für diese Begrenzung des ersten Reglersignals durch den Regelbegrenzer 108 die folgende Gleichung für die bei der Abwärtsschaltung vorliegenden Verhältnisse aufgestellt werden:

LL₁₀₈ = [(G_h × K₂ × P₂/G₁) - (R₁/S₁) (1+e)(TMF)]/K₁

wobei: G_h = Übersetzung des höheren Ganges; K₂ = Konstante zur Berücksichtigung des Verhältnisses bei der Reibkupplung 36 zwischen dem Betätigungsdruck und dem übertragbaren Drehmoment; P₂ = Betätigungsdruck der Reibkupplung 36; G₁ = Übersetzungsverhältnis des niedrigeren Ganges; R₁ = Radius des Ringrades 18; S₁ = Radius des Sonnenrades 10; TMF = Drehmoment des Antriebsmotors am Ende eines Gangwechsels; K₁ = Konstante zur Berücksichtigung des Verhältnisses bei der Reibbremse 34 zwischen dem Betätigungsdruck und dem übertragbaren Drehmoment; und e = 0.01 als Toleranzwert für eine zulässige Fehlerabweichung des abtriebsseitigen Drehmoments.

Für ein Aufwärtsschalten der Gänge wird andererseits das durch den ersten Regler 62 gelieferte erste Reglersignal 64 durch den Regelbegrenzer 108 auf einen unteren Wert entsprechend der folgenden Gleichung begrenzt:

LL₁₀₈ = [TMF * 0.995 (R₁/S₁)]/K₂

Während der Abwärtsschaltung wird weiterhin durch den Regelbegrenzer 110 das durch den fünften Regler 90 gelieferte fünfte Reglersignal 92 auf einen unteren Wert gemäß der folgenden Gleichung begrenzt:

LL₁₁₀ = -[(R₁/S₁) × TM + (K₁ × P₁)]/K₂

wobei:
TM = Drehmoment des Antriebsmotors.

Während der Aufwärtsschaltung ergibt sich für das fünfte Reglersignal 92 ein mit dem Regelbegrenzer 110 gesteuerter Null-Wert als unterer Grenzwert und ein oberer Grenzwert gemäß der folgenden Gleichung:

UL₁₁₀ = [1.005 × (R₁/S₁) × TMF]/K₂

Als unterer Grenzwert für das zweite Reglersignal 72 ergibt sich sowohl beim Aufwärtsschalten als auch beim Abwärtsschalten der Wert TMI, welcher das Drehmoment des Antriebsmotors zum Beginn eines Gangwechsels angibt. Bei der Abwärtsschaltung ergibt sich andererseits ein oberer Grenzwert, der mit dem Regelbegrenzer 112 entsprechend der folgenden Gleichung festgelegt wird:

UL₁₁₂ = TMI + (K₁ × P₁)/G_h

Bei der Aufwärtsschaltung wird für das zweite Reglersignal 72 ein oberer Grenzwert entsprechend der folgenden Gleichung erhalten:

UL₁₁₂ = 1.005 × TMF

Bei dem vierten Regler 84 wird für das vierte Reglersignal 86 ein unterer Grenzwert TMI bei beiden Schaltungen erhalten. Der obere Grenzwert wird bei einer Abwärtsschaltung durch den Regelbegrenzer 114 entsprechend der folgenden Gleichung erhalten:

UL₁₁₄ = (1 + e - d) TMF + (K₂ × P₂)/G₁

wobei:
d = Faktor, mit dem eine Veränderungsmöglichkeit des Drehmoments des Antriebsmotors in bezug auf einen Endwert am Beginn eines Gangwechsels um einen größeren Betrag und zum Ende des Gangwechsels hin um nur einen minimalen Betrag berücksichtigt wird.

Wenn der ermittelte Ist-Wert der Motordrehzahl eine enge Annäherung an den Soll-Wert aufweist, was in aller Regel zum Ende eines Gangwechsels hin stattfindet, dann erhält der bei der vorerwähnten Gleichung berücksichtigte Faktor d den Wert von etwa 0.1; dieser Faktor d nimmt den Wert von etwa 0.5 an, wenn sich der Ist-Wert der Motordrehzahl noch wesentlich von dem Soll-Wert unterscheidet. Während der Aufwärtsschaltung ergibt sich für das vierte Reglersignal 86 ein oberer Grenzwert entsprechend der folgenden Gleichung:

UL₁₁₄ = (1 + e - d) TMF

Durch den ersten Phasenschalter 66 wird ein Steuersignal PC1 geliefert, mit welchem der Betätigungsdruck für die Reibbremse 34 gesteuert wird. Dieses Steuersignal wird mit einem 3/2-Verstärkungsregler verstärkt und an einen Summierknoten 116 geliefert, der mit einem zweiten Eingang an die Signalleitung 125 angeschlossen ist, über welche ein Signal für den Ist-Wert des Betätigungsdruckes der Reibbremse 34 angeliefert wird. Mittels des Summierknotens 116 wird ein drittes Fehlersignal erhalten, das in einer der Reibbremse 34 vorgeschalteten Regelschleife verarbeitet wird. Diese Regelschleife ist mit einem Kompensator 118, einem Solenoid 120 mit veränderlicher Anzugskraft, einem Regelbegrenzer 122 und einem Hydraulikkreis 124 gebildet. Der Hydraulikkreis 124 ist mit einer Lieferquelle für ein Druckfluid gebildet, das über ein durch das Solenoid 120 gesteuertes Ventil an eine zur Betätigung der Reibbremse 34 angeordnete Servovorrichtung angeliefert wird, welche mit einem durch das Druckfluid entgegen einer Rückstellkraft beweglichen Kolben gebildet ist. In Fig. 2B sind die Einflußgrößen, welche durch die einzelnen Bauteile der der Reibbremse 34 vorgeschalteten Regelschleife dem durch den Summierknoten 116 gelieferten dritten Fehlersignal auferlegt werden, mit dem Laplaceschen Operator S berücksichtigt.

In entsprechender Weise ist auch der Reibkupplung 36 eine Regelschleife vorgeschaltet, in welcher ein von einem Summierknoten 126 geliefertes viertes Fehlersignal verarbeitet wird. Der Summierknoten 126 ist über einen vorgeschalteten 3/2-Verstärkungsregler mit dem dritten Phasenschalter 94 verbunden, womit er an einem ersten Signaleingang das Steuersignal PC2 für den Betätigungsdruck der Reibkupplung 36 als einem entsprechenden Soll-Wert erhält. An einem zweiten Signaleingang ist die Signalleitung 133 angeschlossen, über welche das Signal für den Ist-Wert des Betätigungsdruckes der Reibkupplung 36 angeliefert wird, womit das vierte Fehlersignal durch den ermittelten Unterschied dieser beiden Werte erhalten wird. Die der Reibkupplung 36 vorgeschaltete Regelschleife ist mit einem Kompensator 128, einem Solenoid 130 mit veränderlicher Anzugskraft, einem Regelbegrenzer 134 und einem Hydraulikkreis 132 gebildet. Der Hydraulikkreis 132 besteht aus einem durch das Solenoid 130 gesteuerten Ventil, über welches das von der Lieferquelle gelieferte Druckfluid einer zur Betätigung der Reibkupplung 36 angeordneten Servovorrichtung zugeleitet wird, die mit einem durch das Druckfluid gegen eine Rückstellkraft beweglichen Kolben ausgebildet ist.

Der zweite Phasenschalter 74 ist direkt mit dem Antriebsmotor 138 respektive einem Regelteil verbunden, so daß der Motor in Abhängigkeit von der Größe des ihm zugeleiteten Steuersignals TMC die Eingangswelle des Getriebes 136 mit einem Drehmoment Tm beaufschlagen kann bei einer Drehzahl Wm, die über die mit dem Phasenschalter 74 verbundene ODER-Schaltung 106 berücksichtigt wird.

Bei einer Eingliederung der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung in das Programm eines Mikroprozessors bleiben diejenigen Bauelemente für eine körperliche Eingliederung unberücksichtigt, die als Hardware ausgebildet sind. Es handelt sich dabei um die Solenoide 120 und 130, die Regelbegrenzer 122 und 134 und die Hydraulikkreise 124 und 132, die alle eine Anordnung unmittelbar an den beiden Reibvorrichtungen erfahren.

Claims (10)

1. Hydraulische Steuervorrichtung für ein selbsttätig schaltbares Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen, welches zwischen einem Antriebsmotor und angetriebenen Laufrädern des Fahrzeuges angeordnet ist, wobei ein während des Antriebs in Abhängigkeit von einer primären Drehmomentphase und einer sekundären Trägheitsphase geregelter Gangwechsel durch eine abwechselnd gesteuerte Betätigung von zwei Reibvorrichtungen (Reibbremsen, Reibkupplungen) erhalten wird, indem

• a) ein erstes Fehlersignal (Twe) aus der Abweichung des durch einen Drehmomentsensor (48) an der Getriebeausgangswelle erfaßten Ist-Wertes (Tw) von einem durch einen Mikroprozessor vorgegebenen Soll-Wert (Twc) des Ausgangsdrehmoments des Wechselgetriebes (136) ermittelt wird;
• b) ein zweites Fehlersignal (Wme) aus der Abweichung des durch einen Drehzahlsensor (46) an der Motorwelle erfaßten Ist-Wertes (Wm) von einem ebenfalls durch den Mikroprozessor vorgegebenen Soll-Wert (Wmc) der Ausgangsdrehzahl des Antriebsmotors (138) ermittelt wird;
• c) das erste Fehlersignal (Twe) einem ersten Regler (62) und einem zweiten Regler (70) zur Bereitstellung eines ersten bzw. eines zweiten Reglersignals (64, 72) zugeführt wird, welche einen in einer Trägheitsphase oder in einer Drehmomentphase des Antriebs stattfindenden Gangwechsel angeben;
• d1) das zweite Fehlersignal (Wm) einem dritten Regler (78) bzw. einem vierten Regler (84) und einem fünften Regler (90) zur Bereitstellung eines dritten oder eines vierten und eines fünften Reglersignals (80, 86, 92) zugeführt wird, welche einen in einer Drehmomentphase oder in einer Trägheitsphase des Antriebs stattfindenden Gangwechsel angeben, mit dem ersten Reglersignal (64) oder mit dem dritten Reglersignal (80) ein erstes Steuersignal (PC1) zur Regelung des Betätigungsdruckes der ersten Reibvorrichtung (34) in Abhängigkeit davon erzeugt wird, ob der Gangwechsel in einer Trägheitsphase oder in einer Drehmomentphase stattfindet, und mit dem vierten Reglersignal (86) ein zweites Steuersignal (PC2) zur Regelung des Betätigungsdruckes der zweiten Reibvorrichtung (36) erzeugt wird, wenn der Gangwechsel in der Drehmomentphase des Antriebs stattfindet; oder
• d2) das zweite Fehlersignal (Wme) einem vierten Regler (84) und einem fünften Regler (90) zur Bereitstellung eines vierten und eines fünften Reglersignals (86, 92) zugeführt wird, welche einen in einer Drehmomentphase oder in einer Trägheitsphase des Antriebs stattfindenden Gangwechsel angeben, und mit dem ersten Reglersignal (84) oder mit dem vierten Reglersignal (86) ein Steuersignal (PC1, PC2) zur Regelung des Betätigungsdruckes einer der beiden an dem Gangwechsel beteiligten Reibvorrichtungen (34, 36) in Abhängigkeit davon erzeugt wird, ob der Gangwechsel in der Trägheitsphase oder in der Drehmomentphase des Antriebs stattfindet;
• e) mit dem zweiten Reglersignal (72) oder mit dem fünften Reglersignal (92) ein Stellsignal (Tmc) für das Ausgangsdrehmoment (Tm) des Antriebsmotors (138) in Abhängigkeit davon erzeugt wird, ob der Gangwechsel in der Drehmomentphase oder in der Trägheitsphase des Antriebs stattfindet;
• f) mit dem Stellsignal (Tmc) eine Regeleinrichtung des Antriebsmotors (138) für eine an die Trägheitsphase oder an die Drehmomentphase des Antriebs während des Gangwechsels angepaßte Lieferung eines Ausgangsdrehmoments (Tm) gesteuert wird und der Gangwechsel mit einer Regelung des von den Reibvorrichtungen (34, 36) übertragenen Drehmoments in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen den ersten und den zweiten Steuersignalen (PC1, PC2) und den beiden entsprechenden Ist-Werten des Betätigungsdruckes der beiden Reibvorrichtungen (34, 36) gesteuert wird.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welchem das zweite Steuersignal (PC2) bei einem während der Drehmomentphase des Antriebs stattfindenden Gangwechsel auf einen Nullwert eingestellt wird.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Ist-Wert (Wm) der Ausgangsdrehzahl des Antriebsmotors (138) vor dem Beginn eines Gangwechsels ermittelt und auf den Soll-Wert (Wmc) der Getriebeübersetzung korrigiert wird, die nach der Beendigung des vorhergehenden Gangwechsels bestimmt worden ist.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem mit dem ersten und mit dem zweiten Regler (62, 70) das erste Fehlersignal (Twe) und mit dem dritten, dem vierten und dem fünften Regler (78, 84, 90) das zweite Fehlersignal (Wme) jeweils proportional zu dem zugehörigen Zeitintegral korrigiert werden.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das erste und das dritte Reglersignal (64, 80) an eine erste Regelschleife (116, 118, 120, 122, 124, 125) für das erste Steuersignal (PC1) und das vierte Reglersignal (86) an eine zweite Regelschleife (126, 128, 130, 134, 132, 133) für das zweite Steuersignal (PC2) geliefert werden, während das zweite und das fünfte Reglersignal (72, 92) an eine Regelschleife für das Stellsignal (Tmc) geliefert werden.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das erste und das vierte Reglersignal (64, 84) an eine Regelschleife (116, 118, 120, 122, 124, 125) für das eine Steuersignal (PC1, PC2) geliefert werden, während das zweite und das fünfte Reglersignal (72, 92) an eine Regelschleife für das Stellsignal (Tmc) geliefert werden.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, bei welchem aus einer Abweichung des Ist-Wertes des ersten Steuersignals (PC1) von dem ersten oder von dem dritten Reglersignal (64, 80) ein drittes Fehlersignal erzeugt und einem Kompensator (118) der zugeordneten Regelschleife (116, 118, 120, 122, 124, 125) geliefert wird, der den Stromfluß durch ein Solenoid (120) mit veränderlicher Anzugskraft steuert, durch welches ein Ein- und Ausschalten der ersten Reibvorrichtung (34) vermittelt wird.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, bei welchem aus einer Abweichung des Ist-Wertes des zweiten Steuersignals (PC2) von dem vierten Reglersignal (86) ein viertes Fehlersignal erzeugt und an einen Kompensator (128) der zugeordneten Regelschleife (126, 128, 130, 134, 132, 133) geliefert wird, der den Stromfluß durch ein Solenoid (130) mit veränderlicher Anzugskkraft steuert, durch welches ein Ein- und Ausschalten der zweiten Reibvorrichtung (36) vermittelt wird.

9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem jeder der fünf Regler (62, 70, 78, 84, 90) ein PI-Regler ist und bei welchem mit diesen PI-Reglern drei Phasenschalter (66, 74, 94) paarweise zusammengeschalatet sind, deren Schaltzustand durch eine ODER-Schaltung (106) gesteuert ist, welche zum Beginn eines Gangwechsels eine Einstellung der Phasenschalter in eine die Drehmomentphase des Antriebs während eines vorbestimmten Drehzahlbereichs berücksichtigende erste Schaltposition und deren Umschaltung in eine die Trägheitsphase des Antriebs berücksichtigende zweite Schaltposition bei jedem Wechsel der Ausgangsdrehzahl des Antriebsmotors (138) um eine prozentual vorbestimmte Größe vermittelt.

10. Verwendung der Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 für eine Aufladung der Fahrzeugbatterie bei Verwendung eines Elektromotors als Antriebsmotor und einer damit gesteuerten Nutzbremsung, bei welcher das abtriebsseitige Drehmoment durch eine Umsteuerung der Druckbeaufschlagung einer bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeuges beteiligten Reibvorrichtung (36) auf eine bei der Rückwärtsfahrt beteiligte Reibvorrichtung (34) und umgekehrt zurück an den Antriebsmotor (138) vermittelt wird.