DE4237878C2 - Verfahren zur Regelung des Schaltkomforts bei Fahrzeugen mit automatischem Getriebe - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Schaltkomforts bei Fahrzeugen mit automatischem Getriebe

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schalt­ komforts bei Fahrzeugen mit automatischem Getriebe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei automatischen Getrieben ist und war es seit jeher ein Bedürfnis, den Schaltkomfort zu verbessern, das heißt, den bei Schaltvorgängen auftretenden Ruck zu verkleinern. Beispielsweise ist in der DE 40 37 237 A1 ein Verfahren zur Getriebesteuerung beschrieben, bei dem ein Abtriebsmoment- Sollwert berechnet wird, wobei beim Schalten durch eine elektronische Motorleistungssteuerung dieser Sollwert einge­ stellt wird. Weiterhin sind aus BOSCH TECHNISCHE BERICHTE. Band 7 (1983) Heft 4, ISSN 0006-789 X, Robert Bosch GmbH, Stuttgart, 1983. S. 160 bis 187, verschiedene Methoden zur Getriebe­ steuerung beschrieben, bei denen zur Erhöhung des Schalt­ komforts der Modulationsdruck in einer bestimmten Weise gesteuert und zusätzlich ein Motoreingriff zur Veränderung des Motordrehmoments ausgeführt wird. Die Steuerwerte für die Kupplungsmomente bzw. den Druck für die Kupplungen im Getriebe sowie für den Motoreingriff sind üblicherweise in einem Kennfeld abgelegt, wobei jedem Schaltvorgang in Abhängigkeit der jeweiligen Drehzahl derartige Kennwerte zugeordnet sind. Um sie zu erhalten, bedarf es aufwendiger Messungen während der Applikationsphase in einem mit einem derartigen Getriebe versehenen Fahrzeug. Ein Versuchstech­ niker muß bei der Durchführung der Schaltvorgänge die den Schaltkomfort beeinflussenden Parameter so lange variieren, bis für jeden Schaltvorgang bei jedem Drehzahl- bzw. Ge­ schwindigkeitswert optimale Verhältnisse vorliegen. Der Aufbau eines derartigen Kennfelds ist daher aufwendig und teuer. Selbst wenn bei dem Versuchsfahrzeug dann optimale Verhältnisse vorliegen, können dennoch durch Exemplarstreu­ ungen von Kupplungen, Druckreglern, Ventilen u. dgl. beträcht­ liche Unterschiede im Schaltkomfort von einzelnen Serien­ fahrzeugen auftreten, da es aus naheliegenden Gründen nicht möglich ist, bei jedem individuellen Fahrzeug eine der­ artige Applikation vorzunehmen. Weiterhin nimmt der Schalt­ komfort, bedingt durch Alterungserscheinungen, bei längeren Laufzeiten des Fahrzeugs durch Abnutzen von Kupplungen, Ventilverschleiß, Dichtungsverschleiß u. dgl. ständig ab, wobei eine derartige Komforteinbuße in Kauf genommen werden muß, da aus Kostengründen ein häufiges Öffnen des Getriebes ausscheidet.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Aufbau eines Kennfeldes für optimalen Schaltkomfort in der Applikationsphase automatisch erfolgt, so daß auch weniger qualifizierte Versuchstechniker mit der Durchführung dieser Applikation betraut werden können. Das Fahrzeug muß lediglich über eine gewisse Strecke bei möglichst vielen Schaltvorgängen und unterschiedlichen Drehzahlen gefahren werden, wobei sich der Schaltkomfort bei jedem Schaltvor­ gang verbessert. Selbst wenn bei einer zu kurzen Applika­ tionsphase noch Verbesserungen des Schaltkomforts möglich wären, so werden die hierzu erforderlichen Adaptionen von selbst während des Fahrens durch den späteren Fahrzeugbenutzer vor­ genommen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß Langzeitveränderungen und Alterungserscheinungen von Bauteilen, die zu einer Verschlechterung des Fahrkomforts führen würden, automatisch kompensiert werden, solange dies durch Veränderung von Kupplungsdrücken, die zeitliche Steuerung der Schaltabläufe und einen veränderten Motor­ eingriff noch möglich ist. Das System stellt somit ein selbstlernendes System dar. Ein weiterer Vorteil besteht noch darin, daß zur Erfassung des Schaltkomforts lediglich ein einfacher Beschleunigungssensor erforderlich ist, da der Schaltkomfort über die Beschleunigungen bzw. Verzöge­ rungen am Gesamtfahrzeug während des Schaltens erfaßt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Die Vorgabewerte für die Momente und/oder Momentenverläufe der Kupplungen liegen zweckmäßigerweise als Druck-Sollwerte für Druckregler zur Einstellung der Kupplungsdrücke vor, insbesondere in Form von Druckänderungswerten und/oder Werten für die Halte- und/oder Schleifzeiten der Kupplungen. Zusätzlich wirkt diese Beschleunigungsregelung zweckmäßiger­ weise auf das Motormoment des Fahrzeugmotors ein, wobei korrigierte Vorgabewerte für das Motormoment ebenfalls im Kennfeld abgespeichert werden.
Die verschiedenen im Kennfeld gespeicherten Vorgabewerte werden bei einer Regelabweichung nach vorgebbaren Regel­ kriterien in einer vorgebbaren Reihenfolge vergrößert oder verkleinert. Dies kann auch nach Art einer Fuzzy-Regelung durchgeführt werden.
Die sehr kleinen Soll-Beschleunigungswerte als Führungs­ größe können im einfachsten Falle konstant sein, sie werden jedoch vorteilhafterweise in Abhängigkeit der Geschwindig­ keit festgelegt, insbesondere in Abhängigkeit des von der Geschwindigkeit abhängenden Fahrwiderstandsmoments. Auch diese Soll-Beschleunigungswerte sind zweckmäßigerweise in einem Kennfeld abgelegt, sie können jedoch auch in Ab­ hängigkeit gemessener Geschwindigkeitswerte berechnet werden.
Der Beschleunigungssensor ist vorzugsweise im Bereich des Fahrers angeordnet, da für den spürbaren Fahrkomfort vor allem das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs im Bereich des Fahrers maßgeblich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer derartigen Getriebesteuerung mit Motoreingriff,
Fig. 2 einen typischen Druckverlauf einer Kupplung im Getriebe während eines Schaltvorgangs und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Regelkreises zur Optimierung des Schaltkomforts.
In Fig. 1 ist schematisch ein automatisches Stufengetriebe 10 dargestellt, das an einen Motor 11 eines im übrigen nicht dargestellten Fahrzeugs angekuppelt ist. Bei einem derartigen Motor handelt es sich gewöhnlich um einen Diesel­ motor oder einen Ottomotor, jedoch ist die vorliegende Erfindung prinzipiell auch in Verbindung mit einem Elektro­ motor realisierbar. Im Getriebe 10 sind ebenfalls nur schema­ tisch dargestellte Druckregler 12 angeordnet, die in be­ kannter Weise über nicht dargestellte Ventile und Kupp­ lungen die Umschaltung zwischen den verschiedenen Gängen bewirken. Dies ist im eingangs angegebenen Stand der Technik näher beschrieben. Prinzipiell kann auch nur ein einziger Druckregler 12 die Schaltvorgänge über die Ventile und Kupplungen steuern.
Das Getriebe bzw. die Druckregler 12 und die Ventile werden in an sich bekannter Weise von einer elektronischen Getriebe­ steuervorrichtung 13 gesteuert, auf die ein Wählschalter 14 für verschiedene Getriebeeinstellungen einwirkt, z. B. Rückfahreinstellung, Bergfahrt, normale Vorwärtsfahrt u. dgl. Weiterhin ist ein im Bereich des Fahrers oder Beifahrers angeordneter Beschleunigungssensor 15 mit der Getriebe­ steuervorrichtung 13 verbunden und führt dieser den erfaßten Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgängen entsprechende Signale zu.
Der als Brennkraftmaschine ausgebildete Motor 11 wird in bekannter Weise über eine elektronische Motorsteuervor­ richtung 16 zur Kennfeldsteuerung der Zünd- und/oder Kraft­ stoff-Einspritzvorgänge gesteuert. Auf diese Motorsteuer­ vorrichtung 16 wirkt ein vom Fuß des Fahrers zu betätigendes Fahrpedal 17 zur Vorgabe des Motormoments ein. Auch die Getriebesteuervorrichtung 13 wirkt zur Beeinflussung des Motormoments bei Schaltvorgängen auf die Motorsteuervor­ richtung 16 ein.
Zur Durchführung eines Schaltvorgangs wird prinzipiell eine einem eingelegten Gang zugeordnete geschlossene Kupp­ lung gelöst und im wesentlichen gleichzeitig eine einem einzulegenden Gang zugeordnete andere Kupplung geschlos­ sen, so daß das bisher von der ersten Kupplung auf einen ersten Getriebestrang übertragene Drehmoment nunmehr von der zweiten Kupplung auf einen zweiten Getriebestrang über­ tragen wird, der dem neu eingelegten Gang zugeordnet ist. Die Betätigung der Kupplungen erfolgt über Druckregler 12 und Ventile, die von der Getriebesteuervorrichtung 13 programmgesteuert betätigt werden. Ein typischer Druck­ verlauf für eine zu schließende Kupplung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kupplung ist zunächst in geöffnetem Zustand von einem sehr geringen Grunddruck Po beaufschlagt. Kommt nun ein Schaltbefehl S, der das Schließen dieser Kupplung einleitet, wird zunächst der Druck während einer Haltezeit th auf ein höheres definiertes Niveau angehoben. Dann wird während einer Füllzeit tf ein relativ hoher Druck angelegt, durch den sich die beiden Kupplungsscheiben aneinanderlegen. Nun folgt eine Verzögerungszeit tv, die vom jeweiligen Steuerprogramm und dem Öffnen der anderen Kupplung abhängt. Nun beginnt eine Schleifzeit ts, während der der Kupplungs­ druck ständig erhöht wird, so daß das übertragene Moment immer mehr zunimmt. Zum Zeitpunkt T ist der Schaltvorgang abgeschlossen, das heißt, diese Kupplung ist nun drehfest geschlossen und überträgt das gesamte Drehmoment.
Zur Erzielung eines möglichst hohen Schaltkomforts, das heißt zur Vermeidung eines Rucks beim Schalten durch Ver­ änderungen des Getriebeabtriebsmoments, können nun die Schleif-, Verzögerungs- und Haltezeiten sowie die verschiede­ nen Drücke des Druckreglers variiert werden, die auf die jeweilige Kupplung einwirken. Diese Variation betrifft selbstverständlich auch die Zeiten und Drücke der sich öffnenden anderen Kupplung. Die optimale Wahl dieser Zeiten und Drücke hängt von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors 11 ab, so daß eine Vielzahl von entsprechenden Vorgabewerten für die Zeiten und die Drücke in einem Kennfeld gespeichert sein muß, das in der Getriebe­ steuervorrichtung 13 enthalten ist.
Die Getriebesteuervorrichtung 13 enthält in an sich bekann­ ter Weise einen Mikrocomputer zur Steuerung der Schalt­ vorgänge, wie dies im eingangs angegebenen Stand der Technik näher beschrieben ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 3 dieser Mikrocomputer als Regelkreis ausge­ stattet. Für die Schaltvorgänge wird ein sehr geringer Beschleunigungs-Sollwert Bsoll vorgegeben, der vom Fahrer oder anderen Fahrzeuginsassen kaum mehr als Ruck wahrnehm­ bar ist und somit den Schaltkomfort maßgeblich vorgibt. Der jeweilige Beschleunigungs-Sollwert hängt vom Fahrwider­ standsmoment W und damit von der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs ab. Über das ohnehin im Fahrzeug erfaßte Geschwindigkeitssignal v werden über eine vorgebbare Funk­ tion die jeweiligen Beschleunigungs-Sollwerte Bsoll ermit­ telt, wobei diese Funktion im einfachsten Fall eine lineare Funktion sein kann. Für einfachste Anwendungen könnte dieser Beschleunigungs-Sollwert auch eine Konstante sein.
Der Beschleunigungs-Sollwert Bsoll wird an einer Vergleichs­ stelle 18 mit dem Beschleunigungs-Istwert Bist verglichen, der im Beschleunigungssensor 15 erfaßt wird. Tritt ein Ruck auf, so führt dies zu einer Regelabweichung ΔB. Dieser den Sollwert überschreitende Schaltungsruck ΔB steht über den jeweils eingelegten Getriebegang G in funktionalem Zusammenhang mit dem entsprechend zu reduzierenden Kupp­ lungsmoment ΔMk der jeweiligen Getriebekupplung. Dieser funktionale Zusammenhang ist im Mikrorechner abgespeichert.
Zur Reduzierung des Kupplungsmoments um diesen Wert ΔMk kann nun wie vorstehend beschrieben ein Eingriff über die Getriebesteuervorrichtung 13 und über die Motorsteuervor­ richtung 16 erfolgen. Durch die Getriebesteuervorrichtung 13 kann der derzeit im Kennfeld abgespeicherte Kupplungs­ druck um den Wert ΔP und die gespeicherte Zeit (Füllzeit, Haltezeit, Verzögerungszeit und/oder Schleifzeit) um den Wert ΔT verändert werden. Durch die Motorsteuervorrichtung 16 wir das augenblicklich vorgegebene Motormoment um den Wert ΔMm verändert. Die im Kennfeld 19 abgespeicherten bisherigen Werte werden um die Korrekturwerte verändert, so daß nunmehr neue Vorgabewerte für die Getriebesteuer­ vorrichtung 13 und die Motorsteuervorrichtung 16 vorliegen. Zur Vereinfachung wurde nur ein einziges Kennfeld 19 schema­ tisch dargestellt, jedoch sind üblicherweise in der Motorsteuervorrichtung und in der Getriebesteuervorrichtung separate Kennfelder vorgesehen. Die im Kennfeld 19 korri­ gierten Werte wirken sich beim nächsten entsprechenden Schaltvorgang auf das Getriebe und den Motor, also auf das Fahrzeug 20, aus, wobei der Beschleunigungssensor 15 wieder einen Ruck registriert, der an der Vergleichsstelle 18 mit dem entsprechenden Sollwert verglichen wird. Liegt der jetzt registrierte Ruck unter dem Sollwert, so werden die Kennfeldwerte beibehalten, andernfalls erfolgt eine erneute Korrektur.
Der beschriebene Regelkreis ist ständig wirksam, das heißt, die den Schaltungskomfort beeinflussenden Größen werden ständig korrigiert, sofern ein über dem Sollwert Bsoll auftretender Ruck registriert wird. Dieses Regelverfahren wird bei der Adaption eines neuen Getriebes eingesetzt, es kann jedoch auch nach der Auslieferung des Fahrzeugs weiter wirksam sein, so daß Langzeitveränderungen und Alte­ rungserscheinungen immer automatisch kompensiert werden, und zwar so lange, bis die physikalischen Gegebenheiten an Grenzwerte stoßen, z. B. kann ein Kupplungsdruck nicht beliebig erhöht werden, wenn z. B. eine Kupplung abgenutzt oder defekt ist. Entsprechend kann auch das Motormoment nicht beliebig verändert werden.
Der auszugleichende Momentenunterschied ΔMk für die jewei­ lige Kupplung kann über eine vorgegebene Funktion oder über ein Kennfeld in Abhängigkeit des jeweiligen Getriebe­ gangs oder des Wertes ΔB ermittelt werden. Dasselbe gilt für die Ermittlung des Sollwerts Bsoll. Der Eingriff auf die Getriebesteuervorrichtung 13 und die Motorsteuervor­ richtung 16 zur Adaption des Schaltkomforts kann aufwendiger oder weniger aufwendig erfolgen. In einer einfacheren Aus­ führung kann beispielsweise nur der Kupplungsdruck und die Schleifzeit adaptiv verändert werden, während bei auf­ wendigeren Versionen auch noch andere Druckwerte, wie Fülldruck und Haltedruck sowie andere Zeiten, wie Haltezeiten, Füllzeiten und Verzögerungszeiten variiert werden können. Auch der Motoreingriff kann aufwendiger oder weniger auf­ wendiger gestaltet werden, wobei ein derartiger Motoreingriff beispielsweise im eingangs angegebenen Stand der Technik näher beschrieben ist. Die Veränderung der Kennfeldwerte kann nach vorgegebenen Funktionen und/oder in einer vor­ gegebenen Reihenfolge vorgenommen werden, wobei auch der Einsatz einer Regelung nach Art eines Fuzzy-Reglers möglich ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Regelung des Schaltkomforts bei Fahrzeugen mit automatischem Getriebe, das Druckregler zur Steuerung von die Schaltvorgänge des Getriebes bewirkenden Kupplungen aufweist, wobei die Vorgabewerte für die Momente und/oder die Momentenverläufe der Kupplungen in Abhängigkeit der jeweiligen Schaltvorgänge und der Getriebedrehzahlen in einem Kennfeld abgespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Beschleunigung (Bist) des Fahrzeugs (20) mittels eines Beschleunigungssensors (15) erfaßt wird, daß eine sehr kleine Soll-Beschleunigung (Bsoll) als Führungsgröße zur Momentenregelung an den Kupplungen eingesetzt wird, und daß die durch diese Regelung korrigierten Vorgabewerte für die Kupplungen im Kennfeld (19) abgespeichert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabewerte für die Momente und/oder Momentenverläufe der Kupplungen als Druck-Sollwerte für die Druckregler (12) vorliegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabewerte in Form von Druckänderungswerten und/oder Werten für die Halte- und/oder Schleifzeiten der Kupplungen vorliegen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsregelung zusätzlich auf das Motormoment (Mm) des Fahrzeugmotors (11) einwirkt, wobei korrigierte Vorgabewerte für das Motormoment ebenfalls im Kennfeld (19) abgespeichert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die verschiedenen im Kennfeld (19) gespeicherten Vorgabewerte bei einer Regelabweichung nach vorgebbaren Regelkriterien in einer vorgebbaren Reihen­ folge vergrößert oder verkleinert werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch den ständigen Einsatz im Fahrzeug als selbstlernendes System zur Adaption von Alterungserschei­ nungen und Exemplarstreuungen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die sehr kleinen Soll-Beschleuni­ gungswerte (Bsoll) in Abhängigkeit der Geschwindigkeit (v) festgelegt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Beschleunigungswerte in Abhängigkeit des von der Geschwindigkeit (v) abhängigen Fahrwiderstandsmoments (W) festgelegt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Soll-Beschleunigungswerte (Bsoll) in einem Kennfeld abgelegt oder in Abhängigkeit gemessener Geschwindig­ keitswerte berechnet werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssensor (15) im Bereich des Fahrers des Fahrzeugs angeordnet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Beschleunigungsdifferenz (ΔB) vorliegende Regelabweichung über ein Kennfeld oder einen Berechnungsmodus in Abhängigkeit des jeweils eingeleg­ ten Gangs (G) in eine Kupplungsmomentdifferenz (ΔMk) um­ gesetzt wird.
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