DE4126571C2

DE4126571C2 - Steuereinrichtung für ein automatisches Schaltungsgetriebe

Info

Publication number: DE4126571C2
Application number: DE4126571A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Ramm
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1991-08-10
Filing date: 1991-08-10
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2011-08-11
Also published as: JPH05196122A; DE4126571A1; US5261296A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein automatisches Schaltungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Üblicherweise wird bei gattungsgemäßen Schaltungsgetrieben die Motorleistung hydraulisch über einen Wandler auf die Getriebeeingangsseite übertragen. Dadurch unterscheiden sich Moto und Getriebedrehzahl je nach Last und Fahrwiderstand entsprechend dem Wandlerkennfeld. Steuert man die einzelnen Parameter für eine Schaltung abhängig von der Motordrehzahl, kommt es daher zu Schwierigkeiten der Beurteilung des Schaltungsablaufes im Getriebe.

Beim Gangwechsel in automatischen Getrieben kommt es während des Gangwechsels zu Momentenschwankungen, die den Schaltkomfort stark beeinflussen. Verursacht werden diese Momentenschwankungen unter anderem durch die Motordrehzahländerung (Gangsprung) und das Gesamtträgheitsmoment auf der Getriebeeingangsseite.

Aus der DE-OS 23 33 099 ist eine gattungsgemäße Steuereinrichtung bekannt geworden, bei der zur Verbesserung von Rückschaltvorgängen bestimmten Getriebegliedern Drehzahlsensoren zugeordnet werden. Die Signale dieser Sensoren werden ausgewertet, um an den Schaltgliedern gezielt Druckeinstellungen vornehmen zu können. Eine Beeinflussung des Motors in Abhängigkeit von Signalen dieser Drehzahlsensoren findet bei einem Schaltvorgang nicht statt.

Die DE-OS 29 13 824 offenbart ein automatisch schaltbares Getriebe mit einem Planetenradsatz, bei dem eines der Elemente Sonnenrad, Planetenrad oder Ringrad durch ein Bremsband an einem Gehäuse des Getriebes festlegbar ist. Zur Feststellung desjenigen Zeitpunktes, an dem das Moment des von der Bremse festgelegten Teiles während eines Schaltvorgangs seine Richtung ändert, wird dort ein den Nulldurchgang des Momentes erfassender Fühler vorgeschlagen. Auf der Basis des von dem Fühler gelieferten Signales sollen Schaltvorgänge im richtigen Augenblick ausgelöst werden, um möglichst ruckfrei schalten zu können. Hinweise auf eine gemeinsame Steuerung von Motor und Schaltungsgetriebe sind aus dieser Schrift nicht entnehmbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Steuereinrichtungen so weiterzubilden, daß während eines Schaltvorganges exaktere Steuerungen der Schaltungsparameter ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erfassung der Drehzahl und Drehzahländerung des Sonnenrades diesem wenigstens ein Meßmittel zugeordnet ist, das seinerseits mit dem Steuergerät zur Beeinflussung des Motors verbunden ist. Mit einer solchen Steuereinrichtung kann in vorteilhafter Weise für einen Schaltvorgang der jeweilige Kupplungspunkt oder die Schaltdauer genau ermittelt werden. Darüber hinaus können auf der Basis dieser Meßwerte den Betriebszustand dieses Motors charakterisierende Größen beeinflußt werden.

Im Planetenradsatz ändert sich je nach Gangwechsel die Sonnenraddrehzahl von 0 auf Getriebeeingangsdrehzahl bzw. umgekehrt. Dadurch ist eine deutlich bessere Drehzahlauflösung auch bei kleineren Drehzahländerungen möglich als bei Verwendungg der Motor- oder Getriebeeingangsdrehzahl. Diese höhere Auflösung wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um die Steuerung der genannten Schaltungsparameter zu präzisieren.

Für die Durchführung eines Gangwechsels in automatischen Ge trieben benötigt ein Steuerungsrechner genaue Informationen, wann eine Schaltung im Getriebe mechanisch abgeschlossen ist. Steht nur die Motordrehzahl als Drehzahlinformation zur Verfü gung, muß eine nicht unerhebliche Wartezeit am Schaltungsende eingefügt werden, um mit Sicherheit keine neue Schaltung in einer noch nicht beendeten zu beginnen. Steht die Getriebeein gangsdrehzahl zur Verfügung läßt, sich das Problem verringern, jedoch bietet die erfindungsgemäß vorgesehene Auswertung der Sonnenraddrehzahl gegenüber der Getriebeeingangsdrehzahl einen erheblichen Vorteil.

Sobald der Getriebesteuerrechner erkennt, daß eine Hochschal tung durchgeführt werden muß, wird z. B. über ein elektro-hy draulisches Ventil die neue Kupplung mit Drucköl beaufschlagt. Dadurch steigt das Reibmoment der Kupplung an, bis es aus reicht, den neuen Gang zu übernehmen.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn zur Ermittlung des genauen Kupplungspunkte, der Schaltungsbeginn bestimmt wird durch Mes sung der Drehzahländerung des Sonnenrades beim Beginn des Übergangs von dem alten in den neuen Gang und durch Vergleich dieser Meßwerte mit einem vorgegebenen, den Schaltungsbeginn kennzeichnenden Drehzahldifferenz-Sollwert.

Den Beginn des Übergangs vom alten in den neuen Gang erkennt der Steuerrechner durch den Drehzahlabfall des Motors bzw. der Getriebeeingangsdrehzahl. Überschreitet dieser Drehzahlabfall einen vorgegebenen Sollwert, ist der Beginn der Schaltung mit Sicherheit erkannt. Wird dagegen bei gleicher Drehzahldiffe renzvorgabe die Drehzahl des Sonnenrades ausgewertet, kann der Schaltungsbeginn früher erkannt werden. Das Schaltungsende ist dadurch gekennzeichnet, daß Getriebeeingangsdrehzahl und Gang übersetzung die Getriebeabtriebsdrehzahl ergeben. Wertet der Steuerrechner die Sonnenraddrehzahl aus, kann der Kupplungs punkt aufgrund der größeren Drehzahldifferenz der Sonnenrad drehzahl genauer ermittelt werden. Sobald das mechanische Schaltungsende vom Steuerrechner erkannt ist, kann, soweit er forderlich, eine neue Schaltung eingeleitet werden. Eine War tezeit, wie sie bei Verwendung der Motordrehzahl vorgesehen werden muß, entfällt. Hierdurch verbessert sich die Spontani tät der Schaltungsabfolge.

Zur genaueren Steuerung des Motor-Managements, d. h. der Lei stungsrücknahme während des Schaltungsüberganges, ist es vor teilhaft, wenn bei sich aus der Drehzahländerung des Sonnenra des ermitteltem Schaltungsbeginn eine Zündzeitpunkt-Rücknahme eingeleitet wird.

Diese Leistungsrücknahme während des Schaltungsüberganges dient zur Reduzierung der Momentenschwankungen und zur Vermin derung der Schaltarbeit in den Kupplungen. Die genaue Steue rung dieser Leistungsrücknahme ist daher für den Komfort und die Lebensdauer von automatischen Getrieben entscheidend.

Dabei ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn die Leistungs rücknahme während der Schaltung aufrecht erhalten wird. Da gleichzeitig Rotationsenergie abgebaut wird, fällt das Ab triebsmoment nicht unter den Wert vor der Zündzeitpunkt-Rück nahme.

Der Zeitpunkt zum Beenden der Motorbeeinflussung am Schal tungsende muß sehr genau vom Steuergerät bestimmt werden. Die Rücknahme der Leistungsreduzierung muß im Einkopplungspunkt beendet sein, da es sonst zu einem spürbaren Aufregelruck kommt.

Dazu ist es vorteilhaft, wenn bei Schaltungen, bei denen die Sonnenraddrehzahl von 0 auf die Getriebeeingangsdrehzahl be schleunigt wird, der Drehzahlanstieg des Sonnenrades sowie die Getriebe-Abtriebsdrehzahl gemessen und hieraus die neue Ziel drehzahl ermittelt wird, die die Sonnenraddrehzahl am Schal tungsende haben wird, und daß dann wenn die momentane Sonnen raddrehzahl um einen vorgegebenen Vorhaltewert von dieser Zieldrehzahl entfernt ist, der Zündzeitpunkt gleitend auf den dem Betriebspunkt im Kennfeld entsprechenden neuen Wert ge bracht wird.

Dieser Weg zur Berechnung der Zieldrehzahl ist nur bei Schal tungen notwendig, bei denen die Sonnenraddrehzahl von 0 auf die Getriebeeingangsdrehzahl beschleunigt wird. Bei allen üb rigen Schaltungen ist die Zieldrehzahl immer 0.

Durch die Verwendung der Sonnenraddrehzahl ist somit auch eine verbesserte Steuerung des Motor-Management möglich. Die exak tere Erkennung des Schaltungsanfangs vermindert den Schaltruck und die Wärmebelastung der Schaltglieder.

Die Dauer des Schaltungsablaufes in automatischen Getrieben hängt bei gleicher konstruktiver Getriebeauslegung von der zu schaltenden Leistung und dem Druck in der schaltenden Kupplung ab. Bei allen baugleichen Getrieben sollte diese Schaltzeit unabhängig von Toleranzen der hydraulischen Getriebesteuerung, der Getriebefertigung, der Kupplungsreibbeläge und dem Ver schleißzustand sein. Schwankt zusätzlich die Motorleistung, z. B. aufgrund von Fertigungstoleranzen, Höheneinfluß oder der gleichen, kommt es zu weiteren Veränderungen der Schaltzeit.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Messung der Sonnenraddrehzah len ermöglicht eine genauere Schaltdauermessung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zur Regelung der Schaltzeit die Drehzahl des Sonnenrades während der Schaltung gemessen, in diskreten Zeit abständen der Drehzahlgradient ermittelt und mit einer lastab hängigen Sollwertvorgabe verglichen wird, und daß bei einer Abweichung der Schaltdruck entsprechend geändert wird. Ist der ermittelte Drehzahlgradient zu klein, die Schaltung also zu lang, wird der Schaltdruck erhöht. Umgekehrt erfolgt eine Ver minderung des Schaltdrucks dann, wenn der Drehzahlgradient zu groß ist.

Erreicht die Sonnenraddrehzahl die Zieldrehzahl (Getriebeein gangsdrehzahl am Schaltungsende), dann ist der Schaltübergang mechanisch abgeschlossen.

Durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung bleibt der Schaltungskom fort über die gesamte Getriebeeinsatzzeit erhalten. Einflüsse durch Schwankungen der Bauteiltoleranzen, Durchschwankungen und Veränderungen der Motorleistungen werden kompensiert.

Durch den Zeitpunkt der Berücksichtigung der Ergebnisse vor stehender Schaltungsmessung im laufenden Programm ergibt sich eine adaptive Steuerung, bei der also das Meßergebnis erst bei der nächsten Schaltung als gelernter Wert berücksichtigt wird, oder aber eine Regelung, bei der das Meßergebnis die gerade ablaufende Schaltung beeinflußt. Die adaptive Steuerung genügt bei langsamen Veränderungen aller schaltungsbeeinflussenden Parameter, während die Regelung schneller auf Veränderungen reagieren kann, jedoch schnelle Stellglieder erfordert.

In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausfüh rungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Verlauf der Motor-, Getriebeeingangs- und Sonnenraddrehzahl während der Schaltübergänge vom ersten bis vierten Gang;

Fig. 2 Einsatz des Motor-Managements beim Schaltübergang vom zweiten in den dritten Gang und

Fig. 3 geregelte bzw. adaptive Hochschaltung vom zweiten in den dritten Gang.

In Fig. 1 sind über die vier Gangbereiche sowie die da zwischen liegenden Übergangsbereiche die Kurven für die Mo tordrehzahl, die Getriebeeingangsdrehzahl sowie die Sonnen raddrehzahl eingezeichnet. Verwendet sind folgende Kennzeich nungen:

n = Drehzahl,
t = Zeit,
n_M = Motordrehzahl,
n_S = Sonnenraddrehzahl,
n_E = Getriebe-Eingangsdrehzahl.

Die Zeichnung läßt erkennen, daß hinsichtlich der Auflösung die Drehzahl des Sonnenrades der des Getriebeeingangs (Turbinendrehzahl) überlegen ist.

Überschreitet der Drehzahlabfall einen vorgegebenen Sollwert, ist der Beginn der Schaltung mit Sicherheit erkannt. Wird hierfür die Drehzahl des Sonnenrades ausgewertet, ist eine frühere Erkennung des Schaltungsbeginns möglich. Wertet der Steuerrechner die Sonnenraddrehzahl n_S aus, kann der Kupplungs punkt aufgrund der größeren Drehzahldifferenz der Sonnenrad drehzahl genauer ermittelt werden.

Fig. 2 zeigt den Schaltübergang vom zweiten in den dritten Gang als Beispiel für den Einsatz des Motormanagements unter Verwendung der Sonnenraddrehzahl. Folgende zusätzliche Kenn zeichnungen finden Verwendung:

Z_rel. = relativer Zündzeitpunkt,
Z = Zündzeitpunkt,
n_Z = Zieldrehzahl des Sonnenrades,
t_A = Aufregelzeit,
Δ_na = vorgegebener Vorhaltewert.

Beim Beginn der Schaltung vom zweiten in den dritten Gang er kennt der Steuerrechner bei Überschreiten der Drehzahldiffe renz Δn_S des Sonnenrades den Schaltungsbeginn und leitet die Zündzeitpunkt-Rücknahme ein. Dabei bleibt während der Schaltung die Leistungsrücknahme bestehen.

Außerdem errechnet sich das Steuergerät während des Drehzahl anstieges des Sonnenrades aus der Abtriebsgeschwindigkeit (Fahrgeschwindigkeit) die neue Zieldrehzahl n₂, die die Sonnen raddrehzahl n_S am Schaltungsende haben wird. Sobald die momen tane Sonnenraddrehzahl n_S um einen vorgegebenen Vorhaltewert n_A von dieser Zieldrehzahl n₂ entfernt ist, wird der Zündzeit punkt Z entsprechend der gewählten Aufregelzeit t_A gleitend auf den alten Wert vor der Schaltung gebracht.

Dieser Weg zur Berechnung der Zieldrehzahl n_Z ist nur notwendig bei Schaltungen, bei denen die Sonnenraddrehzahl n_S von 0 auf die Getriebeeingangsdrehzahl n_E beschleunigt wird, was gemäß Fig. 1 nur bei der Hochschaltung vom zweiten in den dritten Gang der Fall ist. Bei den Hochschaltungen vom ersten in den zweiten bzw. vom dritten in den vierten Gang ist die Zieldreh zahl n_Z immer 0.

Als Beispiel für eine geregelte bzw. adaptive Hochschaltung zeigt Fig. 3 eine Hochschaltung vom zweiten in den dritten Gang. Zusätzlich finden in dieser Fig. 3 folgende Bezugszei chen Verwendung:

p = Druck,
p_K = Kupplungsdruck,
t_S = Zeitpunkt des Steuerkommandos,
δn/δt = Drehzahlgradient,
δp/δt = Schaltdruckanstieg,
Δt = Dauer des Schaltungsablaufes.

Erläutert ist der Ablauf zur Schaltzeitregelung an einer Hoch schaltung vom zweiten in den dritten Gang. Zum Zeitpunkt t_S erfolgt ein Steuerkommando an das elektro-hydraulische Ventil für die dritte Gang-Kupplung. Daraufhin wird der Drehzahlgra dient Sn/St der Sonnenraddrehzahl ständig ausgewertet. Solange der zweite Gang mechanisch im Planetenradsatz überwiegt, wird die Sonnenraddrehzahl n_S 0 sein. Sobald die dritte Gangkupplung den Momentenfluß im Getriebe übernehmen kann, steigt die Son nenraddrehzahl n_S. In diskreten Zeitabständen wird der Dreh zahlgradient δn/δt im Steuergerät errechnet. Dieser Rechenwert wird mit einer lastabhängigen Sollwertvorgabe verglichen. Ist der ermittelte Gradient zu klein, wird der Schaltdruckanstieg δp/δt in der dritten Gangkupplung erhöht. Umgekehrt wird der Kupplungsdruck vermindert, falls der genannte Gradient zu groß ist. Erreicht die Sonnenraddrehzahl n_S die Zieldrehzahl n_Z (Ge triebeeingangsdrehzahl am Schaltungsende), so ist der Schalt übergang mechanisch abgeschlossen.

Sinngemäß arbeitet dieser Regelalgorithmus bei den Schaltungen 1-2 und 3-4 genauso, nur fällt hier die Sonnenraddrehzahl n_S auf n_S= 0 min^-1.

Claims

1. Steuereinrichtung für ein automatisches Schaltungsgetriebe mit einem Steuergerät zur Steuerung von Schaltungsparametern und Beeinflussung eines mit dem Schaltungsgetriebe verbindbaren Motors sowie mit einem Planetengetriebe, dessen wesentliche Bauteile Sonnen-, Planeten- und Ringrad sind, wobei die mechanische Verknüpfung zweier dieser Bauteile jeweils eine mechanische Übersetzung darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Drehzahl und Drehzahländerung des Sonnenrades diesem wenigstens ein Meßmittel zugeordnet ist, das seinerseits mit dem Steuergerät zur Beeinflussung des Motors verbunden ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise in der Art, daß zur Ermittlung des genauen Kupplungspunktes der Schaltungsbeginn bestimmt wird durch Messung der Drehzahländerung des Sonnenrades beim Beginn des Übergangs von dem alten in den neuen Gang und durch Vergleich dieser Meßwerte mit einem vorgegebenen, den Schaltungsbeginn kenn zeichnenden Drehzahldifferenz-Sollwert.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise in der Art, daß bei aus der Drehzahländerung des Sonnenrades ermitteltem Schaltungsbeginn am Motor eine Zündzeitpunkt-Rücknahme eingeleitet wird.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise in der Art, daß die Leistungsrücknahme während der Schaltung aufrecht erhalten wird.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise in der Art, daß bei Schaltungen, bei denen die Sonnenraddrehzahl von 0 auf die Getriebeeingangsdrehzahl beschleunigt wird, der Drehzahlanstieg des Sonnenrades sowie die Getriebe-Abtriebsdrehzahl gemessen und hieraus die neue Zieldrehzahl ermittelt wird, die die Sonnenraddrehzahl am Schaltungsende haben wird, und daß dann, wenn die momentane Sonnenraddrehzahl um einen vorgegebenen Vorhaltewert von dieser Zieldrehzahl entfernt ist, der Zündzeitpunkt gleitend auf den dem Betriebspunkt im Kennfeld entsprechenden neuen Wert gebracht wird.

6. Steuereinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Betriebsweise in der Art, daß zur Regelung der Schaltzeit die Drehzahl des Sonnenrades während der Schaltung gemessen, in diskreten Zeitabständen der Drehzahlgradient ermittelt und mit einer lastabhängigen Sollwertvorgabe verglichen wird, und daß bei einer Abweichung der Schaltdruck entsprechend geändert wird.