DE3924632A1 - Steuereinrichtung fuer eine kupplung - Google Patents

Steuereinrichtung fuer eine kupplung

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Wolfgang Dr Gruhle
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE-OS 34 38 594 ist eine Steuereinrichtung für eine Kupplung bekannt, in der über Sensoren die Drehzahlen des Motors sowie die Getriebeeingangs- und Ausgangsdrehzahlen erfaßt und in einer elektronischen Kupplungssteuerung zur Schlupfbeeinflussung der Kupplung verarbeitet werden.
Dabei erfolgt die eigentliche Schlupfregelschaltung, die den Stellantrieb für die Kupplung beeinflußt, nur in Abhängigkeit von der Motor- und der Getriebeeingangsdrehzahl. Die Abtriebsdrehzahl vom Getriebe, die der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional ist, wird nur zur Ermittlung des Fahrzeugstillstandes bzw. einer Schrittgeschwindigkeit verwendet.
Nun ist aber in vielen Getriebesteuerungen, insbesondere bei Pkw-Automatgetrieben, die Getriebeeingangsdrehzahl nicht direkt bekannt, weil keine geeigneten Sensoren an der Abtriebswelle der Kupplung oder bei Automatgetrieben mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler an der Turbinenwelle angeordnet sind. In naheliegender Weise kann jedoch die Turbinen- oder Kupplungsabtriebsdrehzahl aus der immer vorhandenen Fahrzeuggeschwindigkeit, die der Getriebeabtriebsdrehzahl entspricht, und der gleichfalls bekannten Gangübersetzung im Getriebe berechnet werden. Während eines Schaltvorganges, der eine bestimmte Zeit dauert, ist jedoch die Gangübersetzung nicht definiert, so daß die Kupplungsabtriebsdrehzahl so einfach nicht berechnet werden kann.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung für eine Kupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so weiterzuentwickeln, daß sich auch ohne Kenntnis der Kupplungsabtriebsdrehzahl eine gute Schaltqualität ohne Komforteinbußen bzw. ohne Durchdrehen des Motors ergibt.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 erfüllt.
Mit der Vorgabe bestimmter Parameter für die Druckbeeinflussung der Kupplung kann zum Beispiel der Druck mit Beginn der Schaltung abgesenkt und für die Dauer der Schaltung konstant gehalten werden. Dadurch wird der Schlupf erhöht und der Schaltkomfort verbessert. Es ist aber auch möglich, zu einer weiteren Verbesserung diese Absenkung lastabhängig für die gesamte Zeitdauer der Schaltung zu beeinflussen. Während diese einfachen Lösungen ohne Rückmeldung von gemessenen Größen wirken, können höhere Ansprüche durch die Ermittlung einer virtuellen Kupplungsabtriebsdrehzahl befriedigt werden, die dann in Verbindung mit der immer vorhandenen Motordrehzahl zu einer Schlupfregelung während des Schaltvorganges verwendet werden kann. Mit beiden prinzipiellen Möglichkeiten läßt sich deshalb der Schlupf der Kupplung und damit die Qualität der Schaltung beeinflussen.
Die Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weiter ausgestaltet.
Wird die bei Einleitung einer Gangschaltung immer vorhandene Totzeit, die bis zum Wirken der Schaltelemente - Füllzeit - immer vorhanden ist, zum Absenken des Kupplungsdruckes auf einen vorgegebenen Schlupf benutzt, und wird dann dieser Schlupf konstant gehalten, ist die Schaltverbesserung mit einfachen Mitteln zu verwirklichen. Durch eine zeitabhängige oder auch lastabhängige Steuerung des Druckes kann die Anpassung an den folgenden Einregelvorgang in den neuen Gang bei relativ geringem Aufwand weiter verbessert werden, wobei die Laständerungen in Abhängigkeit des Momentes, der Momentänderung oder auch der Stellung, z. B. der Drosselklappe, variiert werden kann.
Die Schlupfregelung, die, während ein Gang eingelegt ist, mit den Werten der immer vorhandenen Motordrehzahl und der aus der Getriebeabtriebsdrehzahl und der Gangübersetzung errechneten Kupplungsabtriebsdrehzahl erfolgt, kann durch die Ermittlung einer virtuellen Kupplungsabtriebsdrehzahl für die Zeit, in der kein Gang eingelegt ist, in gleicher Weise fortgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann dabei diese Ermittlung aus der Getriebeabtriebsdrehzahl und einer virtuellen Gangübersetzung erfolgen, die in einer weiteren Ausgestaltung aus der alten und der neuen Übersetzung und nach einer Übergangszeitfunktion berechnet wird. Für eine weitere Verbesserung der Schaltung kann dabei der Schlupf-Sollwert, der bei einem eingelegten Gang in die Schlupfregelung eingeht, zusätzlich höher gesetzt werden. Dies kann zeitlich für eine weitere Verbesserung, aber auch lastabhängig erfolgen. Eine weitere Optimierung ist möglich, wenn die Übergangszeitfunktion lastabhängig verändert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen und von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Antriebsstranges mit dem Kupplungs- bzw. Wandlerkupplungs- Schlupfregelkreis,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Drucksteuerung für die Kupplung/Wandlerüberbrückungskupplung,
Fig. 3 ein Diagramm vom Druck für die Kupplungs- bzw. Wandlerkupplungsbetätigung während einer Gangschaltung, aufgetragen über der Zeit,
Fig. 4 die Übersetzung im Getriebe vor und nach einer Hochschaltung, aufgetragen über der Zeit.
In Fig. 1 ist mit M der Antriebsmotor, K die Kupplung, die sowohl als Trennkupplung in einem Antriebsstrang oder als Wandler-Überbrückungskupplung ausgebildet sein kann und in der Folge nur mit Kupplung benannt wird sowie das Getriebe mit G bezeichnet. Zur Erfassung der Motordrehzahl n M sowie der Getriebeabtriebsdrehzahl n ab sind Senoren 20, 21 angeordnet. Ein Stellantrieb 3 ist mit der Kupplung K verbunden und in bekannter Weise bei einer Trennkupplung als Betätigungseinheit ausgeführt, die über einen Kupplungsein- oder -ausrückhebel und über den Ausrücker oder das Ausrücklager diese Kupplung betätigt. Bei einer Überbrückungskupplung WK für eine hydrodynamische Einheit, z. B. einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, ist der Stellantrieb vorrangig als Druckkolbeneinheit ausgeführt, so daß der Druck p K für die Kupplungsbetätigung direkt über den Kolben auf die zum Beispiel Lamellenkupplung wirkt. Mit der Überbrückungskupplung wird die Turbine und die Pumpenwelle der hydrodynamischen Einheit in bekannter Weise vorrangig mit einer Einlamellenkupplung überbrückt.
In einer Schlupfregelschalteinrichtung 1 ist eine Berechnungseinheit 7 angeordnet, die aus der Getriebeabtriebsdrehzahl n ab, die über die Leitung 23 zugeführt wird und der Gangübersetzung G x die Kupplungsabtriebsdrehzahl n K bzw. n WK errechnet. G x ist vorrangig eine Information über den gerade eingelegten Gang, so daß die zugeordneten in der Berechnungseinheit abgespeicherten Übersetzungen i Gang mit der Getriebeabtriebsdrehzahl multipliziert werden können.
n K = i Gang × n ab
Während einer Schaltung, also in der Zeit, in der kein Gang anliegt, steht auch die entsprechende Information über die Gangübersetzung G x nicht zur Verfügung. Allein für diese Zeitspanne (t  0 bis t  3 aus Fig. 3), die bei jeder Schaltung wirkt, ist eine Ermittlungseinheit 8 angeordnet, in der eine der Kupplungsabtriebsdrehzahl n K vergleichbare virtuelle Abriebsdrehzahl n Kvir ermittelt wird. Aus der Getriebeabtriebsdrehzahl n ab (Leitung 24), der Übersetzung aus dem alten Gang i alt, der neuen Gangübersetzung i neu und einer Übergangszeitfunktion f(t) wird dabei eine virtuelle Übersetzung i vir als Zwischengröße bestimmt, wobei f(t) größer 0 und kleiner 1 ist.
i vir(t) = i alt × f(t) + i neu × (1 - f(t))
0 - f(t) - 1
Die virtuelle Kupplungsabtriebsdrehzahl ist dann
n Kvir = i vir × n ab
Die virtuelle Übersetzung i vir wirkt nur, wie in Fig. 4 erkennbar, im zweiten Zeitintervall T  2, weil während der Totzeit, also im ersten Zeitintervall T  1, erst die Druckräume für die Kupplungsbetätigung - Gangschaltkupplung - befüllt werden. Am Ende von T  2 ist ein Zeitintervall T  3 vorgesehen, in dem die Anpassung an den neuen Gang eingeleitet wird, wobei der Verlauf von i vir weich, d. h. ohne Sprünge oder Knicke, in die neue Übersetzung i neu einläuft. In der Berechnungseinheit 9 wird der Schlupf-Istwert s aus der Motordrehzahl n M (Leitung 22) und, während ein Gang eingelegt ist, aus der errechneten Kupplungsabtriebsdrehzahl n K (Leitung 25) bzw. während der Schaltung aus n Kvir (Leitung 26) ermittelt.
Der so ermittelte Ist-Schlupfwert s; s vir wird über die Leitung 27 dem Vergleicher 4 zugeleitet und dort mit dem Schlupf-Sollwert w verglichen. Dieser kann dabei aus einem Speicher und/oder einer Vorgabeeinheit 5 abgerufen bzw. vorgegeben werden. Zur weiteren Schaltbeeinflussung kann der Schlupf-Sollwert w auch zeitabhängig hochgesetzt werden, z. B. w = w normal + w Schalt(t) für t  0<t<t  3, wobei das zeitabhängige Hochsetzen auch lastabhängig erfolgen kann, w Schalt(t) = f (Last(t)), z. B. in Abhängigkeit vom Motormoment bzw. der Momentänderung oder einer bei Dieselmotoren vergleichbaren Motorleistungssteuerung: Die Lastabhängigkeit des Schaltübergangs kann zusätzlich auch in Verbindung mit der Übergangszeitfunktion, d. h. i vir(t), bewirkt werden, wobei der zeitliche Verlauf des Übergangs fest vorgegeben oder lastabhängig variiert werden kann.
Die Regelabweichung aus dem Vergleich vom Sollwert w und Istwert s des Schlupfes wird über die Leitung 28 dem Regler 6 zugeführt. Dieser steuert nach einem festgelegten Regelalgorithmus den Druck p K, der über den Stellantrieb 3 sowohl einer Trennkupplung in einem Antriebsstrang wie auch eine Wandlerüberbrückungskupplung in einen Drehmomentwandler steuern kann. Für weniger anspruchsvolle Lösungen ist es auch möglich, die Druckregulierung zur Kupplungsbetätigung während der Schaltung mit noch geringerem Aufwand in Form einer Drucksteuerung durchzuführen. In einer solchen Einrichtung nach Fig. 2 wird über eine Steuereinrichtung 60 dem Stellantrieb 3 der Trenn- oder Überbrückungskupplung K  1; WK  1 der Druck p  1 zur Umsteuerung zugeleitet, der nach festgelegten Merkmalen ermittelt wurde. Es erfolgt keine Rückmeldung durch gemessene Größen. In einem ersten Zeitintervall T  1 nach Fig. 3, also in der Totzeit, in der die Kupplungen für die Gangschaltung befüllt werden, wird ein bestimmter zum Beispiel höherer Schlupf infolge eines geringeren Druckes p  1 eingestellt, der dann in einem zweiten Zeitintervall T  2, bis wieder ein Gang eingelegt ist (t  3), konstant gehalten wird p x. Im zweiten Zeitintervall T  2 kann aber zur besseren Anpassung an den folgenden Einregelvorgang, der mit dem neu eingelegten Gang beginnt, eine zeitlich gesteuerte Veränderung des Druckes p v erfolgen. Zur besseren Anpassung an die Laständerungen während des Schaltvorganges kann anstelle der zeitlichen Variation der Druckausgleich auch in Abhängigkeit vom Motormoment
p K = f(M(t))
oder der Momentänderung erfolgen.
p K = f(M(t  1) - M(t))
Die Anpassung an die Laständerungen kann auch über einen Druck, der in Abhängigkeit der Drosselklappenstellung oder einer bei Dieselmotoren vergleichbaren Motorleistungssteuerung variiert wird, erfolgen.
p K = f( α   DK(t))
Zur Erfüllung dieser Lösung ist es erforderlich, vom Antriebsmotor M zur Steuereinrichtung 60 eine Leitung anzuordnen zur Übertragung der benötigten Information.
Ziel dieser Funktion ist, den Kupplungsdruck p K und damit das übertragbare Moment, an das vom Antriebsmotor M abgegebene Moment anzupassen, wobei diese Anpassung über die Drosselklappenstellung α   DK(t), das Moment M(t) oder die Momentenänderung M(t  1)-M(t) erfolgen kann. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei instationären Laständerungen während der Schaltung keine zu großen Abweichungen vom Sollzustand entstehen.
Aus Fig. 3, in der der Druck für die Kupplungsbetätigung p K, p WK über der Zeit t bei einer Schaltung aufgetragen ist, beginnt die Schaltung bei t  0. In dem Zeitintervall T  1 von t  0 bis t  1 ergibt sich eine Totzeit, in der zum Beispiel die Befüllung der Kolbenräume vom Stellantrieb einer Kupplung, die den Gangwechsel bewirkt, erfolgt. In dieser Zeit wird ein bestimmter Druck eingestellt, zum Beispiel ein abgesenkter Druck, der den Schlupf erhöht. In einem zweiten Zeitintervall T  2 von t   1 bis t  3 wird dieser eingestellte Druck entweder konstant gehalten P x(p K = konstant) zeitlich gesteuert P y(p K=f(t)) oder wie bereits beschrieben lastabhängig variiert P z(p K=f(M; γ   M; α   DK)). Der Druck in der Zeit t vor t  0 entspricht dabei dem alten und in der Zeit nach t  3 dem neuen Gang. Zur Ermittlung der virtuellen Kupplungsabtriebsdrehzahl n Kvir in der Ermittlungseinheit 8 wird zunächst wie beschrieben eine virtuelle Übersetzung i vir gebildet. Während einer Schaltung ergibt sich dabei eine Veränderung der Übersetzung nach Fig. 4. Im ersten Zeitintervall T  1 gilt noch wie im alten Gang die alte Übersetzung, weil erst nach einer Totzeit die Schaltkupplungen wirken. Für ein zweites Schaltintervall T  2 zwischen t  1 und t  3 wird dann eine virtuelle Übersetzung, wie schon beschrieben, gebildet. Bezugszeichen M Antriebsmotor
G Gangschaltgetriebe
G x Gangübersetzung
K; K  1 Kupplung/Trennkupplung WK; WK  1 Wandlerüberbrückungskupplung w Schlupf-Sollwert
s Schlupf-Istwert
s vir virtueller Schlupf-Istwert
1 Schlupfregelschalteinrichtung
20 Sensor für Motordrehzahl
21 Sensor für Getriebeabtriebsdrehzahl
22 bis 28 Leitungen
29 Druckleitung
3 Stellantrieb für Kupplung (Druckstellantrieb)
4 Vergleicher
5 Speicher/Vorgabeeinheit
6 Regler
60 Stelleinrichtung
7 Berechnungseinheit
8 Ermittlungsseinheit
9 Berechnungseinheit für Schlupf-Istwert s
P x konsanter gesteuerter Druck
P y zeitlich gesteuerter Druck
P z lastabhängig gesteuerter Druck
p K geregelter Druck für die Kupplung
n M Motordrehzahl
n K Kupplungsabtriebsdrehzahl
n Kvir Kupplungsabtriebsdrehzahl ermittelt
n WK Abtriebsdrehzahl der Wandlerkupplung
n WKvir ermittelte Abtriebsdrehzahl der Wandlerkupplung
n ab Getriebeabtriebsdrehzahl
T  1 erstes Zeitintervall T  2 zweites Zeitintervall T  3 Zeitintervall für die Anpassung an den neuen Gang t  0 Beginn der Gangschaltung t  1 Ende der Totzeit α   DK Drosselklappenstellung/Motorleistungssteuerung
t  2 Beginn der Anpassung an den neuen Gang t  3 Ende der Gangschaltung i alt Übersetzung alter Gang
i neu Übersetzung neuer Gang
i Gang Gangübersetzung
i vir virtuelle Gangübersetzung

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer Kupplung, die zwischen einem Antriebsmotor (M) und einem Gangschaltgetriebe (G) eines Kraftfahrzeuges und als Überbrückungskupplung (WK) einer hydrodynamischen Einheit bzw. als Trennkupplung (K) in einem Antriebsstrang ausgebildet ist, mit Einrichtungen zur Ermittlung der Motor- (n M) und der Getriebeabtriebsdrehzahl (n ab) sowie mit einer Schlupfregelschalteinrichtung (1), die den Druck für einen Stellantrieb (3) der Kupplung (K) bzw. Überbrückungskupplung (WK) bestimmt, wobei aus dem Vergleich (Vergleicher 4) von vorgegebenen Schlupf-Sollwerten (W) und den aus den Drehzahlen ermittelten Schlupf-Istwerten (s), die Regelabweichungen ermittelt und nach einem vorgegebenen Regelalgorithmus (Regler 6) in Drücke umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Schlupfermittlung notwendige Kupplungsabtriebsdrehzahl (n K, n WK) über die Gangübersetzung (G x) und die Getriebeabtriebsdrehzahl (n ab) ermittelt wird und während des Schaltvorganges (t  0 bis t  3) ohne feste Gangübersetzung eine Ansteuerung der Kupplung ohne genaue Kenntnis der Kupplungsdrehzahl (n K, n WK) aus anderen gemessenen und vorgegebenen Größen bestimmt wird und der Druckstellantrieb (3) der Kupplung (K, WK) in Abhängigkeit von vorbestimmten Parametern variiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Asnteuerung der Kupplung (K, WK) in Verbindung mit einer Gangschaltung zum Befüllen von den Gangwechsel eines Getriebes ausführenden Kupplungen eine Zeitspanne als Totzeit (erstes Zeitintervall T  1) vorgesehen ist, in der der Druck (p K, p WK) so weit abgesenkt wird, bis sich ein vorbestimmter Schlupf ergibt, und daß in dem anschließenden zweiten Zeitintervall (T  2) bis zum Zeitpunkt des neu eingelegten Ganges (t  3) der Druck in Abhängigkeit von Merkmalen nach vorgegebenen Gesetzmäßigkeiten gesteuert wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zeitintervall (T  2) der Druck (p K) für den Stellantrieb (3) der Kupplung (K, WK) konstant (P x) gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zeitintervall (T  2) der Druck zeitlich gesteuert (P y) variiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zeitintervall der Druck in Abhängigkeit der Momentänderung (p K=f(M(t  1)-M(t)) variiert wird (P z).
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zeitintervall (T  2) der Druck für den Stellantrieb (3) der Kupplung (K, WK) in Abhängigkeit des Momentes (p K=f(M(t)) variiert wird (P z).
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zeitintervall (T  2) der Druck (p K) für den Stellantrieb (3) der Kupplung (K, WK) in Abhängigkeit der Drosselklappenstellung oder einer bei Dieselmotoren vergleichbaren Motorleistungssteuerung (p K=f( α   DK(t)) variiert wird (P z).
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsregelkreis aktiv bleibt, indem die tatsächliche Kupplungsdrehzahl (n K, n WK) durch eine virtuelle Kupplungsdrehzahl n Kvir ersetzt wird, wozu eine virtuelle Übersetzung i vir(t) = i alt × f(t) + i neu × (1 - f(t))als Zwischengröße bestimmt wird, wobei i alt die Übersetzung des alten Ganges, i neu die Übersetzung des neuen Ganges und f(t) eine Übergangszeitfunktion ist, die im Verlauf der Gangschaltung (t 0 bis t 3) von 1 auf 0 abfällt. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupf-Sollwert (w) während des Schaltvorganges (t 0 bis t 3) zeitabhängig hochgesetzt wird. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupf-Sollwert (w) während des Schaltvorganges (t 0 bis t 3) lastabhängig angehoben wird. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszeitfunktion (f(t)) lastabhängig verändert wird.
12. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der Kupplungsabtriebsdrehzahl (n K) aus der Gangübersetzung (i Gang) und der Getriebeabtriebsdrehzahl (n ab) eine Berechnungseinheit (7) und zur Ermittlung der virtuellen Kupplungsabtriebsdrehzahl (n Kvir) eine Ermittlungseinheit (8) angeordnet ist, die, wenn das Signal für die Gangübersetzung (G x) nicht zur Verfügung steht, aus der Getriebeabtriebsdrehzahl (n ab), den Übersetzungen des alten (i alt) und des neuen Ganges (i neu) und einer Übergangszeitfunktion (f(t)) diese ermittelt.
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