DE4309903B4

DE4309903B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Abtriebsmoments eines Fahrzeugantriebs

Info

Publication number: DE4309903B4
Application number: DE4309903A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Schnaibel Eberhard; Dr. Zhang Hong
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2013-03-27
Also published as: DE4309903A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Abtriebsmoments eines Fahrzeugantriebs mit einer Kraftübertragungseinheit mit wenigstens einem das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Radantrieb beeinflussenden Element, – wobei Steuermittel wenigstens zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses und des Motors vorgesehen sind, – und die bei Änderung der Einstellung des Übersetzungsverhältnisses das Motormoment derart beeinflussen, dass die Motordrehzahl oder die getriebeeingangsseitige Drehzahl einer Turbine eines Drehmomentwandlers von einem ersten auf einen zweiten Wert geregelt eingestellt wird, wobei die Drehzahlregelung vom ersten auf den zweiten Wert durch Vorgabe eines zeitlich veränderlichen Sollwerts für die geregelte Drehzahl durchgeführt wird, wobei der zeitlich veränderliche Sollwert zu Beginn der Drehzahlregelung den ersten Wert und am Ende der Drehzahlregelung den zweiten Wert annimmt und wobei der Verlauf des zeitlich veränderlichen Sollwerts derart vorgegeben ist, dass die geregelte Drehzahl schnell und mit sanftem Anbinden an den zweiten Wert geregelt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung des Abtriebsmoments eines Fahrzeugantriebs gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 42 04 401 A1 ist in Verbindung mit Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Steuerung des Abtriebsmoments eines Fahrzeugantriebs bekannt, bei einem mit einem automatischen Getriebe ausgestatteten Fahrzeugantrieb unter Vorgabe eines Sollabtriebsmoments Schaltvorgänge mit durchzuführen. Dies wird dadurch realisiert, daß der Druck in den zu- und abschaltenden Kupplungen elektrisch regel- bzw. steuerbar ist und beim Schaltvorgang bei konstantem Fahrerwunsch die Drücke in den Kupplungen im Sinne einer Konstanthaltung des Abtriebsmoments des Fahrzeugantriebs gesteuert werden. Dabei wird auf der Basis des Fahrerwunsches ein Sollwert für das Abtriebsmoment vorgegeben, der in Abhängigkeit des jeweilig eingelegten Getriebegangs in einen Sollwert für das Übertragungsmoment des Getriebegangs (d. h. das abtriebsseitig am Getriebegang anliegenden Moments) und den Kupplungsschließdruck der zugeordneten Kupplung umgesetzt wird. Der Sollwert für das Übertragungsmoment des jeweiligen Getriebegangs wird im Rahmen einer Rampensteuerung während des Schaltvorgangs zur Duchführung der Schaltung verändert, wobei aus diesem zeitlich gesteuerten Sollwert für das jeweilige Übertragungsmoment ein erforderlicher Sollwert für den jeweiligen Kupplungsdruck berechnet wird. Ferner dient der Sollwert für das Übertragungsmoment zu einer entsprechenden Rampensteuerung des vom Motor abzugebenden Moments. Die beschriebene Vorgehensweise der Rampensteuerung des Motormoments führt zu einem erhöhten Applikationsaufwand für die zeitabhängigen Kennlinien sowie zur Bestimmung des im einzulegenden Gang anzufahrenden Synchronpunktes für die Motordrehzahl bzw. die Drehzahl der Getriebeeingangswelle.
Weitere Steurungen des Abtriebsmomente während Schaltvorgängen sind aus der DE 38 30 938 A1 und DE 34 46 572 C2 bekannt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, welche die Beeinflußung des Motormoments während eines Schaltvorgangs verbessern.
Dies wird dadurch erreicht, daß gemäß Anspruch 1 eine Drehzahlregelung während des Schaltvorgangs vorgesehen ist, mit deren Hilfe eine Drehzahl im antriebsseitigen Bereich des Getriebes schnell und dann mit sanftem Anschließen an den neuen Synchronpunkt geregelt wird. Weiterhin ist gemäß Anspruch 9 eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Drehzahlregelung vorgesehen.
Aus der ebenfalls nicht vorveröffentlichten DE 41 41 947 A1 ist bekannt, das vom Motor abzugebene Drehmoment unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse und Schaltzustände im Antriebsstrang des Fahrzeugs unter Berücksichtigung von Verlusten und Belastungen des Motors auf der Basis des vom Fahrerwunsch abgeleiteten Sollabtriebsmoment zu berechnen und einzustellen.
Aus der ebenfalls nicht vorveröffentlichten DE 42 32 974 A1 ist bekannt, zur Realisierung eines Motormomentsollwerts Zündung und Drosselklappe einzustellen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft den Schaltvorgang im Zusammenhang mit einer Motorsteuerung der herkömmlichen Art, bei der die Füllung im wesentlichen vom Fahrer über eine mechanische Verbindung von Fahrpedal und Drosselklappe vorgegeben wird und nicht durch eine Steuereinheit elektrisch beeinflußt werden kann. Daher kann auf der Basis des Fahrerwunsches kein Sollwert für das Abtriebsmoment vorgegeben werden, da eine Beeinflussung der Füllung zur Konstanthaltung des Abtriebsmoments während des Schaltvorgangs bei einer derartigen Umgebung nicht erreicht werden kann. Allerdings treten auch hier die obengenannten Probleme auf, da bei den bekannten Steuerverfahren und -vorrichtungen der Schaltvorgang durch rampengesteuerte Beeinflussung des Zündwinkels vorgenommen wird, welche den bekannten erhöhten Applikationsaufwand zur Folge hat. Ein derartiges Vorgehen ist z. B. aus der DE 34 20 126 A1 bekannt.
Auch in diesem technischen Zusammenhang zeigt sich die Notwendigkeit, die Beeinflussung des Motormoments während eines Schaltvorgangs zu verbessern. In vergleichbarer Weise wird dies durch die erfindungsgemäße Drehzahlregelung während des Schaltvorgangs erreicht.
In der vorstehend angeführten, nicht vorveröffentlichten DE 42 32 974 A1 wird ein sogenanntes Füllungsmodell beschrieben, durch welches auf der Basis der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl unter Normbedingungen (Kennfeldzündwinkel und Lambda = l) das aufgrund der Füllung erzeugte Verbrennungsmoment des Motors abgeschätzt werden kann. Ferner ist dort die Korrektur des Zündwinkels abhängig von dem abgeschätzten Istmoment und einem vorgegebenen Momentensollwert beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise erzielt eine beträchtliche Komfortverbesserung des Schaltvorgangs eines automatischen Getriebes sowohl bei der Hoch- als auch Rückschaltung.
Insbesondere kann durch eine Motordrehzahlregelung während des Schaltvorgangs eine schnelle Änderung der Motordrehzahl zu Beginn des Schaltvorgangs und ein sanftes Anschließen der Motordrehzahl an den neuen Synchronpunkt im einzulegenden Gang erreicht werden.
Ferner wird der Applikationsaufwand bei der Einstellung des Motormoments zur Reduzierung bzw. Erhöhung der Motordrehzahl erheblich reduziert bzw. vermieden.
Desgleichen ist vorteilhaft, daß zur Bestimmung des neuen Synchronpunktes im einzulegenden Gang keine Applikation mehr nötig ist, da der neue Synchronpunkt abhängig von Abtriebssollmoment und Abtriebsdrehzahl bestimmt wird.
Besondere Bedeutung in Verbindung mit der Komfortverbesserung hat die erfindungsgemäße Vorgehensweise durch Konstanthalten des Abtriebsmoments während der Hochschaltung bzw. einem nahezu Konstanthalten des Abtriebsmoments während der Rückschaltung bei unverändertem Fahrerwunsch. Dies ermöglicht eine ruckfreie Schaltung.
Eine wesentliche Verbesserung in den obengenannten Punkten ergibt sich auch durch Regelung der Turbinendrehzahl, d. h. der Eingangsdrehzahl des Getriebes. Dies ist besonders bei Getrieben mit steuer- bzw. regelbarer Wandlerkupplung von erheblichem Vorteil, da dann die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei offener oder geregelter Wandlerkupplung vereinfacht und verbessert wird.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Regelung einer Drehzahl im Antriebsstrang (Motordrehzahl, Turbinendrehzahl) bzw. der Bestimmung des Synchronpunktes bezüglich der Komfortverbesserung des Schaltvorgangs und bezüglich der Verringerung des Applikationsaufwandes lassen sich auch bei herkömmlichen Fahrzeugkonzepten, bei denen eine mechanische Verbindung zwischen Fahrpedal und Drosselklappe vorhanden ist, und bei denen die Füllung des Motors nicht auf elektrischem Wege über die Steuerung der Luftzufuhr einstellbar ist, erreichen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie den abhängigen Ansprüchen.
Zeichnung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei stellt 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Fahrzeugantriebs mit Steuereinheit bei einem ersten Ausführungsbeispiel mit der Möglichkeit der elektrischen Beeinflussung der Luftzufuhr dar, während 2, 3 und 4 Fluß- und Zeitdiagramme zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei der Hochschaltung zeigen, während die 5 und 6 Fluß- und Zeitdiagramme in Verbindung mit der Rückschaltung zeigen. Die 7 und 8 zeigen die entsprechenden Flußdiagramme in Verbindung mit einer Regelung der Turbinendrehzahl.
Ein zweites Ausführungsbeispiel stellt die erfindungsgemäße Vorgehensweise in Verbindung mit einem herkömmlichen Fahrzeugkonzept, bei mechanischer Verbindung zwischen Fahrpedal und Drosselklappe, dar. 9 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild eines solchen Fahrzeugantriebs mit Steuereinheit, 10 ein Flußdiagramm zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei Hochschaltung im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels, während 11 ein Flußdiagramm zur Rückschaltung darstellt. 12 zeigt den Zeitverlauf der wesentlichen Betriebsgrößen während der Hochschaltung, während in 13 die entsprechenden Signalverläufe bei Rückschaltung skizziert sind.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein automatisches Stufengetriebe 10 schematisch dargestellt. Es weist zwei Getriebegänge bzw. Schaltstufen auf, die im folgenden als 1. Gang 11 und als 2. Gang 12 bezeichnet werden. Das Übersetzungsverhältnis des 1. Ganges 11 sei U1, das Übersetzungsverhältnis des 2. Ganges 12 U2. Die zur Erzielung derartiger Übersetzungsverhältnisse erforderlichen Zahnräder und ihr Ineinandergreifen sind zur Vereinfachung als rechteckige Blöcke dargestellt. Die beiden Gänge 11 und 12 sind zu einer gemeinsamen Abtriebswelle 13 zusammengeführt, über die die Räder des Fahrzeugs gegebenenfalls über Differentiale in nicht dargestellter Weise angetrieben werden. Das Abtriebsmoment beträgt Mab und die Abtriebsdrehzahl Nab, welche durch den Sensor 14 erfaßt wird. Angetrieben wird das Stufengetriebe 10 von einem Motor 20 über eine Antriebwelle 22 (Kurbelwelle), einen Drehmomentenwandler 24 sowie eine weitere Antriebswelle 15 (Turbinenwelle bzw. Getriebeeingangswelle). Der Wandler 24 besteht in schematischer Darstellung aus Pumpenrad 26 und Turbinenrad 28 und verfügt in der Regel über eine nicht dargestellte steuerbare bzw. regelbare Wandlerkupplung, die den Wandler im geschlossenen Zustand überbrückt. Das vom Motor abgegebene Motormoment Mmot bzw. das diesem entsprechenden Kupplungsmoment Mkup am Eingang des Wandlers 24 auf der Kurbelwelle 22 wird vom Wandler 24 in ein Turbinenmoment Mturb auf der Welle 15 ebenso wie die Motordrehzahl Nmot an der Welle 22 in die Turbinendrehzahl Nturb umgesetzt. Dabei wird die Motordrehzahl durch die Meßeinrichtung 30 und in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Turbinendrehzahl durch die Meßeinrichtung 32 erfaßt. Beim Motor handelt es sich im allgemeinen um eine Brennkraftmaschine, z. B. einen Ottomotor oder einen Dieselmotor, es kann sich prinzipiell jedoch auch um einen Elektromotor oder andere alternative Antriebssysteme für ein Fahrzeug handeln. Die Turbinenwelle 15 ist über zwei Kupplungen 16 und 17 mit den beiden Gängen 11 und 12 verbunden. Zur besseren Übersichtlichkeit ist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich ein 2-Wellen-Getriebe dargestellt, jedoch ist selbstverständlich auch eine Realisierung mit einer größeren Wellenzahl oder als Planetengetriebe möglich.
Zur Steuerung des Fahrzeugantriebs ist eine elektronische Steuervorrichtung 34 vorgesehen. Diese weist verschiedene Eingangsleitungen auf. Eine 1. Eingangsleitung 36 verbindet die Steuereinheit mit der Meßeinrichtung 14 zur Erfassung der Abtriebsdrehzahl, eine 2. Eingangsleitung 38 verbindet die Steuereinheit mit der Meßeinrichtung 32 zur Erfassung der Turbinendrehzahl, eine 3. Eingangsleitung 40 verbindet die Steuereinheit mit der Meßeinrichtung 30 zur Erfassung der Motordrehzahl, eine 4. Eingangsleitung 42 verbindet die Steuereinheit 34 mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement 44 zur Erfassung des Fahrerwunsches, während Eingangsleitungen 46–48 die Steuereinheit 34 mit Meßeinrichtungen 50–52 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen von Motor, Fahrzeugantrieb und/oder Fahrzeug verbindet. Zur Steuerung des Fahrzeugantriebs verfügt die Steuereinrichtung 34 ferner über verschiedene Ausgangsleitungen. Eine 1. Ausgangsleitung 54 verbindet die Steuereinrichtung 34 mit dem Motor 20 zu dessen Steuerung oder Regelung, eine 2. Ausgangsleitung 56 verbindet die Steuereinheit 34 mit dem Wandler 24 zur Steuerung der Wandlerkupplung, während Ausgangsleitungen 58 und 60 die Steuereinheit 34 mit den Kupplungen 16 und 17 des Getriebes 10 zur deren Steuerung verbinden.
Die Steuerung des Motors 20 erfolgt dabei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch Steuerung oder Regelung von Zündung, Luft- und/oder Kraftstoffzumessung anhand vorgegebener Funktionen oder Kennfelder.
Über die Leitungen 58 und 60 und über entsprechende Druckregler zur Erzeugung des Kupplungsdruckes P1 und P2 für die beiden Kupplungen 16 und 17 steuert die Steuereinheit 34 die Kupplungen des Getriebes 10. Die jeweils geschlossene Kupplung gibt dabei den Getriebegang und damit die Übersetzung des Getriebes vor. Ein Schaltvorgang wird prinzipiell durch Lösen dieser Kupplung und Schließen einer anderen Kupplung für einen anderen Gang durchgeführt, wobei die Steuereinheit 34 zur Einstellung vorgegebener Schlupfwerte der Kupplungen ausgebildet ist. Die Durchführung des Schaltvorgangs durch Steuerung der Kupplungen wird im eingangs genannten Stand der Technik der DE 42 04 401 A1 näher beschrieben.
Prinzipiell wird bei der Hochschaltung in einer 1. Phase beispielsweise bei einem Gangwechsel vom Gang 11 in den Gang 12 in der Kupplung 17 ein Druck aufgebaut, bis diese das volle Motormoment überträgt, d. h. das Sollabtriebsmoment vollständig abtriebsseitig am Getriebegang bereitstellt, und damit die Kupplung 16 entlastet, die dann gelöst wird. Die durch das Konstanthalten der eingangsseitigen Drehzahl zu dieser Zeit mit Schlupf arbeitende Kupplung 17 wird nun in einer 2. Phase durch entsprechende Beeinflußung des Motordrehmoments bzw. der Motor- oder Turbinendrehzahl auf die Synchrondrehzahl gebracht, d. h. die Drehzahl, die im eingelegten Gang zur Momentenübertragung ohne schlupfende Kupplung konstruktiv vorgesehen ist, und dann vollständig geschlossen (”1:1-Übersetzung” der Kupplung). Während des gesamten Vorgangs wird das Abtriebsmoment bei gleichbleibendem Fahrerwunsch konstant gehalten.
Der Wandler 24 wird in bekannter Weise vom Steuergerät 34 gesteuert. In Abhängigkeit von Betriebsgrößen wie Last, Temperatur, Drehzahl, eingelegte Gangübersetzung, etc. wird die Wandlerkupplung aus Komfortgründen zur Einschränkung der Geräusch-Entwicklung und zur Verminderung von Schwingungen etc. sowie zur Drehmomentenverstärkung in verschiedene Zustände gebracht. Dabei kann die Wandlerkupplung offen (verstärkender Betrieb), geschlossen sein (1:1-Übertragung) oder geregelte Zwischenzustände annehmen.
Die prinzipielle Funktionsweise zur Steuerung des Abtriebsmoments wird nachfolgend skizziert. Aus Abtriebsdrehzahl (Fahrgeschwindigkeit oder Raddrehzahl) und Fahrpedalstellung wird ein Abtriebsmomentenwunsch berechnet. Abhängig von der mechanischen Übersetzung des eingelegten Ganges der Getriebeeinheit 10 wird daraus ein erforderliches Drehmoment Mturb an der Antriebswelle 15, der Eingangswelle der Getriebeeinheit, berechnet. Um dieses Sollturbinenmoment zur Einstellung des Sollabtriebsmoments bereitzustellen, muß eingangsseitig am Wandler 24 vom Motor 20 ein entsprechendes Motormoment erzeugt werden. Dieses Motormoment wird nach bekannten Methoden gemäß der eingangsgenannten DE 41 41 947 A1 aus dem Sollturbinenmoment gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Wandlerzustände berechnet und vom Motor durch Einstellen von Luftzumessung, Kraftstoffzumessung und/oder Zündwinkel eingestellt. Dabei können weitere Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Versorgungsspannung, Status von Klimaanlagen, etc., sowie verlustkompensierende Faktoren berücksichtigt werden.
Zur Steuerung der Schaltvorgänge wird gemäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in dem beschriebenen Steuerverfahren bzw. -system wie folgt vorgegangen. Da im Idealfall bei sich nicht veränderndem Fahrerwunsch während der Schaltung das Abtriebsmoment vor und nach einem Schaltvorgang auf gleicher Höhe liegt und während des Schaltvorgangs, zumindest während des Hochschaltens, das Abtriebsmoment keinen Einbruch erleben soll, wird der Motor bzw. die Motor- bzw. Turbinendrehzahl derart geregelt, daß nach dem Verlassen des 1. Synchronpunktes in der zu verlassenden Gangstufe die Motor- bzw. Turbinendrehzahl schnell auf das Niveau des 2. Synchronpunktes für den einzulegenden Gang abgebaut (bei Hochschaltung) bzw. aufgebaut (bei Rückschaltung) wird. Dies geschieht durch Bestimmung des 2. Synchronpunktes und Regelung der Motor- bzw. Turbinendrehzahl gemäß eines zeitabhängigen Sollwerts innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer unter Veränderung des Motormoments. Bei Erreichen des 2. Synchronpunktes wird die Drehzahlregelung aufgegeben und so ein sanftes Einschwingen Motor- bzw. Turbinendrehzahl in den neuen Synchronpunkt erreicht. Die konkrete Vorgehensweise zur Bewältigung des Schaltvorganges wird in den 2–8 dargestellt.
In 2 ist ein Programmteil skizziert, der in einem ersten Abfrageschritt 100 überprüft, ob die Schaltmarke für Hochschaltung gesetzt ist, welche bei Vorliegen bestimmter Betriebszustände der Brennkraftmaschine oder bei Vorliegen eines entsprechenden Fahrerwunsches gesetzt wird. Ist dies der Fall, so wird in den in 3 bzw. 7 skizzierten Programmteil verzweigt, während bei negativer Antwort mit Abfrageschritt 102 unter Überprüfung der Rückschaltmarke fortgefahren wird. Liegt der Bedarf für eine Rückschaltung des Getriebes vor, so wird in den in 5 bzw. 8 skizzierten Programmteil verzweigt, im anderen Fall wird der Programmteil beendet und zu vorgegebenen Zeitpunkten wiederholt. In diesem Zusammenhang wird unter Hochschaltung eine Schlaltung z. B. vom 3. im den 4. Gang, unter Rückschaltung eine Schaltung z. B. vom 4. in 3. Gang verstanden.
Wird eine Hochschaltung durchgeführt, so wird nach dem in 3 skizzierten Programmteil in einem ersten 1. Abfrageschritt 200 das Verlassen des 1. Sychronpunktes und damit die Beendigung der Kupplungssteuerung im Getriebe z. B. anhand des Steuersignals für die Kupplung des niedrigeren Gangs, das zu diesem Zeitpunkt Null sein muß, oder einer seit Setzen des Schaltflag abgelaufener Zeit erfaßt. Ist dies nicht der Fall, wird Schritt 200 wiederholt, während im gegenteiligen Fall ab diesem Zeitpunkt eine Drehzahlregelung zur Reduzierung der Differenzdrehzahl in der Kupplung des neuen Ganges aktiviert wird.
Wie im eingangsgenannten Stand der Technik dargestellt, ist bei Verlassen des ersten Synchronpunktes die Kupplung des niedrigeren Ganges bei der Hochschaltung geöffnet, die Kupplung des neuen Ganges hat gerade einen Druck aufgebaut, so daß sie ein Moment überträgt, welches dem Quotienten aus Abtriebsmomentsollwert und der neuen Getriebeübersetzung entspricht. Die Kupplung des neuen Ganges weist dabei einen Schlupf auf, so daß eine Differenzdrehzahl zwischen Turbinendrehzahl und der im schlupffreien Zustand der Kupplung aus konstrukiven Gründen erforderlichen Turbinendrehzahl im neuen Gang, da während der Kupplungssteuerung die Turbinendrehzahl im wesentlichen unverändert auf dem vor der Kupplungssteuerung vorliegendem Wert verbleibt, vorhanden ist. Das am Eingang des Wandlers anliegende Kupplungsmoment, welches letztendlich dem einzustellenden Motormoment entspricht, muß zu diesem Zeitpunkt je nach Wandlerkupplungszustand aufgrund der Vorgabe der Konstanz des Abtriebsmoments während des Schaltvorgangs bei gleichbleibendem Fahrerwunsch den folgenden Wert erreicht haben, da zur Aufrechterhaltung des Abtriebsmoments das Motormoment entsprechend beeinflußt wird: Mkupnach = Mturb/V (bei WK = offen oder geregelt) oder = Mturb (bei WK = geschlossen) (1) wobei Mturb = Mabsoll/Üneu (2) Nturb = Nab·Üneu (3)
Die Drehzahlregelung liefert eine Momentenkorrektur bezogen auf das Kupplungsmoment gemäß (1) und wird durch die auf den Schritt 200 bei positiver Antwort folgende Maßnahmen durchgeführt.
Im auf den Schritt 200 folgenden Schritt 202 werden die für die nachfolgenden Berechnungen notwendigen Betriebsgrößen eingelesen. Diese Betriebsgrößen umfassen z. B. ein Maß für den Wandlerkupplungszustand WK bzw. für die Momentenverstärkung V des Wandlers bei offener oder geregelten Kupplung, die in bekannter Weise als Funktion des Drehzahlübersetzungsverhältnisses, was seinerseits eine Funktion des Quotienten aus Turbinenmoment Mturb und Quadrat der Turbinendrehzahl Nturb·Nturb ist, berechnet werden kann, für das Abtriebssollmoment Mabsoll, für die Abtriebsdrehzahl Nab, die Übersetzung Üalt des Getriebes vor dem Schaltvorgang, für die Übersetzung Üneu des Getriebes im einzulegenden Gang, für die Turbinendrehzahl Nturb (wenn entsprechende Meßeinrichtung vorhanden), für die vor Einleiten des Schaltvorgangs vorhandene Motordrehzahl Nmotalt (bzw, Nturbalt) und für die Motordrehzahl Nmot.
In einem Schritt 204 wird dann ein Zähler T zu 0 gesetzt bzw. gestartet und der neuer Synchronpunkt sowie Mkupnach gemäß Gleichung (1) bzw. (2) bestimmt. Dieser neue Synchronpunkt der Motordrehzahl ergibt sich aus dem Sollturbinenmoment zur Bereitstellung des Abtriebsmoments im neuen Gang und der dazu erforderlichen Turbinendrehzahl und wird gemäß folgender Gleichung für die verschiedenen Wandlerkupplungszustände bestimmt: Nmotn = Nturb/nü (für WK = offen oder geregelt) (4) = Nturb (für WK = geschlossen) (5) wobei nü das obengenannte Drehzahlübersetzungsverhältnis der Wandlereinheit dastellt und wie oben erwähnt berechnet wird.
Im darauffolgenden Schritt 206 wird die Motordrehzahl und gegebenenfalls Mabsoll eingelesen und der Zähler T um 1 erhöht und im Schritt 208 der Sollwert der Motordrehzahl bestimmt. Dieser Motordrehzahlsollwert ist zeitabhängig vorgegeben. Der Verlauf beginnt mit der Motordrehzahl Nmota, die beim Verlassen des alten Synchronpunktes vorlag, endet nach dem Erreichen des neuen Synchronpunktes mit der bestimmten Motordrehzahl Nmotn des neuen Sychronpunktes und wird durch die folgenden Zusammenhänge beschrieben: Nmotsoll = Nmota + (Nmotn – Nmota)·(t/Tmax) für t < Tmax (6) = Nmotn für t >= Tmax (7) wobei t die ab Verlassen des alten Synchronpunktes abgelaufene Zeit und Tmax die maximale Abregelzeit (ca. 10 bis 300 msec) ist.
Abhängig von der seit dem Verlassen des alten Synchronpunktes abgelaufenen Zeit wird somit eine Sollmotordrehzahl vorgegeben, welche dann im darauffolgenden Schritt 210 in einen Momentenkorrekturwert Dmo umgerechnet wird. Zu diesem Zweck wird die Differenz zwischen Soll- und Istmotordrehzahl gebildet und mit einem proportionalen Faktor KP gewichtet, welcher im wesentlichen das Trägheitsmoment des Antriebstranges berücksichtigt: Dmo = KP·(Nmotsoll – Nmot) (8)
Nach Berechnung der Momentenkorrektur wird im Schritt 212 das Sollkupplungsmoment, welches durch den Motor aufzubringen ist, aus der Addition des Sollkupplungsmoments Mkupnach bei Verlassen des 1. Synchronpunktes und der Momentenkorrektur Dmo berechnet: Mkupsoll = Mkupnach + Dmo (9)
Dieser Wert wird dann gemäß Schritt 214 durch Einstellen von Drosselklappe DK, Kraftstoffzumessung Ti und/oder Zündung Z nach den aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise z. B. gemäß der DE 42 32 974 A1 eingestellt. Daraufhin wird im Abfrageschritt 216 das Erreichen des 2. Synchronpunktes und somit die Bedingung für die Beendigung der Drehzahlregelung anhand eines Vergleichs der bestimmten Synchronpunktdrehzahl Nmotn mit der momentanen Motordrehzahl überprüft: (Nmot – Nmotn) < DNMOT (10)
Sobald die Differenz zwischen diesen beiden Werten innerhalb eines Toleranzbereiches DNMOT, z. B. 64 1/mm, liegt, wird die Drehzahlregelung gestoppt, gemäß Schritt 218 die Kupplung des neuen Ganges sofort durch Erhöhung des Druckes schlupffrei geschlossen und das Kupplungsmoment Mkupsoll auf den Wert von dem Kupplungsmoment Mkupnach, der zur Bereitstellung des gewünschten Abtriebsmoments im neuen Gang erforderlich ist, eingestellt. Gemäß Schritt 220 ist der Schaltvorgang dann beendet.
Wurde im Abfrageschritt 216 erkannt, daß der Synchronpunkt nicht erreicht ist und der Schaltvorgang noch nicht beendet ist, so wird der Programmteil mit Schritt 206 wiederholt.
Die Einstellung des Kupplungsmomentsollwertes Mkupsoll unter Berücksichtigung von Verlustmomenten und von Momentenbeiträgen, die durch den Verbrauch von Nebenaggregaten entstehen, durch Berechnung eines Sollverbrennungsmoments kann z. B. durch die aus dem eingangsgenannten Stand der Technik ( DE 41 41 947 A1 bekannte Methode erfolgen. Dieser Sollverbrennungsmomentenwert, der der Einstellung der Drosselklappe entspricht, wird während der Schaltung für den Fall, daß mit einem Kennfeldwinkel gezündet wird schon vor Verlassen des 1. Synchronpunktes eingestellt und aus der Differenz des momentanen Verbrennungsmomentes aus der Zündung und dem Momentenverbrennungssollwert eine Zündwinkelkorrektur durchgeführt, so daß das Verbrennungsmoment und daher das Kupplungsmoment genau realisiert werden kann (vgl. auch DE 42 32 974 A1 ).
4 zeigt Zeitverläufe charakteristischer Signale zur Verdeutlichung des Schaltvorgangs. Dabei ist in den 4a–f jeweils waagrecht die Zeit, senkrecht die Signalgröße des jeweils aufgetragenen Signals dargestellt. 4a zeigt das Abtriebsmoment (Sollwert und Istwert), 4b die Schaltmarke und eine Marke zur Einstellung der Drosselklappe, 4c das Verbrennungsmoment, 4d die Motordrehzahl (Istdrehzahl, strichliert Solldrehzahl), 4e den Beitrag der Drosselklappe und die 4f den Beitrag der Zündung zum Verbrennungsmoment.
Zum Zeitpunkt t1 wird durch Setzen der Schaltmarke SS ein Schaltvorgang eingeleitet. Nach Setzen der Schaltmarke werden die Kupplungen der beteiligten Gänge wie oben beschrieben gesteuert. Zum Zeitpunkt t2 wird die Marke zur Einstellung der Drosselklappe gesetzt und die Drosselklappenstellung verändert. Die Verstellung der Drosselklappe wird durch Beeinflussung des Zündwinkels (4f) kompensiert, so daß das Verbrennungsmoment (4c) in einer ersten Phase gleichbleibt. Zum Zeitpunkt t3, bei Verlassen des ersten Sychronpunktes, ist das Verbrennungsmoment und damit das Kupplungsmoment durch den fortgeschrittenen Schaltvorgang auf den Wert Mkupnach eingestellt. Dies kann bei eingestellter Drosselklappe durch Korrektur des Zündwinkels durchgeführt werden. Nach Verlassen des 1. Synchronpunktes wird die Motordrehzahl gemäß 4d auf den 2. Synchronpunkt abgeregelt. Eine entsprechende Korrektur des Verbrennungsmomentes und damit des Kupplungsmomentes durch Beeinflussung des Zündwinkels wird wie in 4c und f dargestellt zur Durchführung der Drehzahlregelung wie oben beschrieben vorgenommen. Nach Erreichen des 2. Synchronpunktes zum Zeitpunkt t4 wird die Regelung der Motordrehzahl gestoppt und das Verbrennungsmoment hat den zur Bereitstellung des Abtriebssollmoments im neuen Gang notwendigen Wert erreicht (Mkupnach). Der Schaltvorgang gilt zum Zeitpunkt t5 durch Rücksetzen der Marken als beendet.
Charakteristisch dabei ist, daß das Verbrennungsmoment, d. h. das Motor- oder Kupplungsmoment zu Beginn des Schaltvorganges zum Zeitpunkt t3 erhöht, dann erniedrigt und bis zum Zeitpunkt t4 wieder erhöht wird. Dadurch wird ein optimaler Komfort des Schaltvorgangs und ein optimaler Verlauf der Regelung der Motordrehzahl erreicht.
5 zeigt die erfindungsgemäße Vorgehensweise in Verbindung mit der Rückschaltung. Dabei wird ähnlich zu 3 vorgegangen. Die entsprechenden Schritte sind daher mit einem A bezeichnet und werden im folgenden nicht näher erläutert.
Die Motordrehzahl Nmotn des neuen Synchronpunktes ergibt sich wie anhand Gleichung (4, 5) dargestellt. Bei Verlassen des alten Synchronpunktes sind die Kupplungen des alten und des neuen Ganges offen und die Motordrehzahl soll so schnell wie möglich den neuen Synchronpunkt erreichen. Der Motordrehzahlsollwert wird daher gemäß Schritt 208A auf den Wert des neuen Synchronpunkts gesetzt. Die Momentenerhöhung nach Schritt 210A ergibt sich dann aus der Drehzahldifferenz zwischen Soll- und Istdrehzahl, wobei sich im Gegensatz zur Hochschaltung sich das Sollkupplungsmoment nach Schritt 212a direkt aus der Drehzahlerhöhung berechnet, da bei der Rückschaltung während des Schaltvorgang kein Kupplungsmoment bereitzustellen ist: Mkupsoll = Dmo = KP·(Nmotsoll – Nmot) (11)
Wenn während der Drehzahlregelung, die zu einer Erhöhung der Motordrehzahl, d. h. zu einem Hochlaufen des Motors führt, eine der Getriebekupplungen nicht ganz offen sein sollte, muß ein Kupplungsmomentenoffset, der dem Druck in dieser Kupplung entspricht, zum Drehmomentenkorrekturwert Dmo addiert werden.
Sobald die Differenz zwischen der Motordrehzahl Nmotn im Synchronpunkt und der aktuellen Motordrehzahl innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches DNMOT (z. B. 64 1/min) liegt, wird gemäß Schritt 216A das Erreichen des Synchronpunktes erkannt und die Drehzahlregelung gestoppt. Die Kupplung des neuen Ganges wird dann sofort geschlossen und das Kupplungsmoment so schnell wie möglich auf den vorgegebenen Wert Mkupnach, der gemäß Gleichung (1, 2) berechnet wird, gebracht. Die Schaltung ist dann beendet.
Die Bestimmung und Bereitstellung des Verbrennungsmomentes zur genauen Realisierung des Kupplungsmoments kann z. B. bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel entsprechend der bei der Hochschaltung beschriebenen Vorgehensweise erfolgen.
Die Zeitverläufe sind in 6 analog zu 4 dargestellt. Dabei ist charakteristisch, daß kurz vor Erreichen des 2. Synchronpunktes zum Zeitpunkt t3 das Verbrennungsmoment ein Minimum annimmt, während die geregelte Istdrehzahl die neuen Synchrondrehzahl nahezu erreicht hat.
Nach Setzen der Schaltmarke zum Zeitpunkt t1 und der Steuerung der Kupplungen wird zum Zeitpunkt t2 die Marke zur Einstellung der Drosselklappe gesetzt und die Drosselklappe gemäß 6e zurückgenommen, während gemäß 6f die Zündung gleichbleibt. Dadurch reduziert sich gemäß 6c das Verbrennungsmoment (Motormoment) während sich die Motordrehzahl gemäß 6d vom 1. Synchronpunkt entfernt. Zwischen t2 und t3 wird die Motordrehzahl auf schnellstmöglichem Weg zum 2. Synchronpukt geregelt, wobei bei Erreichen dieses Punktes Zündwinkel und Verbrennungsmoment ein Minimum aufweisen. Die Drosselklappenstellung hat zu diesem Zeitpunkt bereits im wesentlichen ihre endgültige Stellung erreicht. Nach Erreichen des 2. Synchronpunktes wird gemäß der oben beschriebenen Vorgehensweise das Sollkupplungsmoment auf den aufgrund des Abtriebssollmoment bestimmten Wert Mkupnach gesetzt und durch Korrektur des Zündwinkels gemäß 6f und damit Beeinflussung des Verbrennungsmoments gemäß 6c unter Beibehaltung der Drosselklappenstellung eingestellt. Danach werden zum Zeitpunkt t3 die Marken zurückgesetzt und der Schaltvorgang beendet. Während des Schaltvorgangs bleibt der Abtriebsmomentsollwert gemäß 6a konstant, das Abtriebsmoment selbst (strichliert) wird während der Rückschaltung leicht verringert, erreicht jedoch nach Abschluß der Schaltung den vorigen Wert.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine Bestimmung des neuen Synchronpunktes bei einer Schaltung abhängig vom Abtriebsmomentsollwert und von Abtriebsdrehzahl erlaubt und zur Reduzierung bzw. Erhöhung der Motordrehzahl während des Schaltvorgangs eine Drehzahlregelung vorgesehen ist.
Eine Änderung des Fahrerwunsches während der Schaltung führt zu einer Änderung des Abtriebsmomentsollwerts. Dies findet in einfacher Weise durch Neubestimmung des Kupplungsmoments Mkupnach z. B. im Schritt 206 Einfluß, so daß auch der Schaltvorgang bei Änderung des Fahrerwunsches mit großem Komfort unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorteile bewerkstelligt werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird anstelle einer Regelung der Motordrehzahl eine Regelung der Turbinendrehzahl vorgenommen. Ensprechend modifizierte Flußdiagramme sind in 7 (Hochschaltung) und 8 (Rückschaltung) dargestellt.
Diese Lösung kann insbesondere dann angewendet werden, wenn die Turbinendrehzahl gemessen werden kann. Eine Regelung der Turbinendrehzahl auf der Basis von berechneten Turbinendrehzahlwerten ist jedoch ebenfalls denkbar. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß der Zustand der Wandlerkupplung nicht berücksichtigt werden muß.
In 7 ist die Hochschaltung dargestellt. Die Schritte 300 und 302 entspechen im wesentlichen den Schritten 200 und 202. Im Schritt 304 wird die Turbinendrehzahl Nturbn im neuen Synchronpunkt z. B. aus folgendem Zusammenhang berechnet: Nturbn = Nab·Üneu (12) oder Nturbn = Nturbalt·Üneu/Üalt (13) wobei Nturbalt und Üalt die Verhältnisse beim Schaltbeginn beschreiben. Im Schritt 308 wird der zeitabhängige Sollwert für die Turbinendrehzahl Nturbs entspechend Gleichung (6) und (7) bestimmt: Nturbs = Nturbalt + (Nturbn – Nturbalt)·(t/Tmax) t < Tmax (14) Nturbs = Nturbn t >= Tmax (15) mit t = Zeit ab Verlassen des alten Synchronpunktes, Tmax maximale Abregelzeit (10–300 msec).
Die weiteren Schritte 310 bis 320 entsprechen der anhand Schritte 210 bis 220 dargestellten Vorgehensweise, wobei anstelle der Motordrehzahl die Turbinendrehzahl einzusetzen ist.
Entsprechendes gilt für die Rückschaltung unter Regelung der Turbinendrehzahl gemäß 8. In Schritt 308A wird der Sollwert Nturbs auf den wie oben dargestellt berechneten Wert Nturbn gesetzt und die Regelung entsprechend der oben beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt.
Der beschriebene zeitliche Verlauf der Solldrehzahlen hat sich in einem Ausführungsbeispiel als sehr geeignet erwiesen. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein anderer Verlauf (z. B. exponentiell, parabelförmig, stufenförmig, etc.) vorteilhaft sein. Wichtig ist, daß die Drehzahl schnell und mit sanftem Anbinden in den neuen Synchronpunkt geregelt wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Vorgehensweise vorteilhaft zur Wirkung kommt, ist in den 9 bis 13 gezeigt. Dabei handelt es sich um eine Motorumgebung, bei der der Fahrer über eine mechanische Verbindung die Drosselklappe einstellt und somit die Füllung bestimmt. Daher ist während des Schaltvorgangs die Füllung und damit das Motormoment hauptsächlich durch die Pedalstellung durch den Fahrer festgelegt. Zum Momenteneingriff während des Schaltvorgangs steht dann der Zündwinkel zur Reduzierung oder zur Erhöhung der Motordrehzahl zur Verfügung.
9 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild eines solchen Systems, bei dem die gleichen Elemente wie beim Ausführungsbeispiel nach 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und im folgenden nicht mehr näher beschrieben werden, so daß sich die Beschreibung des Aufbaus nach 9 auf die Unterschiede zur 1 beschränkt.
Da gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die fahrerwunschabhängige Beeinflussung der Füllung auf elektrischem Wege entfällt, muß bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 9 auf den Fahrpedalgeber 44 und die Eingangsleitung 42 verzichtet werden. An dieser Stelle ist die mechanische Verbindung 400 eingezeichnet, welche Fahrpedal 402 und Drosselklappe 404 verbindet. Die symbolisch dargestellte Ausgangsleitung 54 der Steuereinheit 34 dient zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzung und Zündzeitpunkt. Bezüglich der anderen Einflußmöglichkeiten, Meßeinrichtungen und sonstigen Elementen gelten die Aussagen in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach 1.
Die Funktionsweise der Anordnung sei wie beim ersten Ausführungsbeispiel anhand einer Hochschaltung bei Gangwechsel vom Gang 11 in den Gang 12 skizziert. Bei Auslösen des Schaltvorgangs durch den Getriebesteuerungsteil der Steuereinheit 34 beispielsweise in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Motorlast wird in einer ersten Phase über die Leitung 58 der Druck in der Kupplung 17 des neuen Ganges 12 derart aufgebaut, daß die Kupplung 17 die Momentenübertragung vornehmen kann. Parallel dazu wird die Kupplung 16 des alten Ganges 11 geöffnet, indem der Druck zurückgenommen wird. Dies erfolgt beispielsweise durch geeignete Rampensteuerung. Während dieses Vorgangs gibt der Fahrer durch Einstellung der Drosselklappe die Füllung und daher das Motormoment vor. Beim vollständigen Lösung der Kupplung des alten Ganges muß die Kupplung des neuen Ganges mindestens in der Lage sein, das Motormoment, welches vom Fahrer vorgegeben wird, zu übertragen. Mit anderen Worten muß die Kupplung in der Lage sein, das nach Abschluß des Schaltvorgangs am Eingang des Getriebe anliegenden Turbinenmoment an der Turbinenwelle 15 zu übertragen. Dieses wird neben den Übertragungsverhältnissen der Wandlereinheit durch das eingestellte Motormoment bestimmt. Der Druck in der Kupplung, der bei Lösen der Kupplung des alten Ganges am Ende der ersten Phase des Schaltvorgangs, am ersten (alten) Synchronpunkt oder Überschneidungspunkt, in der Kupplung des neuen Ganges aufgebaut sein sollte, ergibt sich demnach als Funktion des nach Abschluß der Schaltung anliegenden Turbinenmoments. Dieses wiederum stellt eine Funktion des aufgrund der Füllung an der Kurbelwelle 22 anstehenden Kupplungsmoments unter Berücksichtigung der Übertragungsverhältnisse der Wandlereinheit 24 dar. Der in der Kupplung aufzubauende Druck Pgetr ist daher eine Funktion des Turbinenmoments auf der Turbinenwelle 15, welches selbst ein Produkt des vom Fahrer bestimmten Kupplungsmoments Mkupfü aufgrund der Füllung und der Momentenverstärkung V der Wandlereinheit 24 ist. Die Momentenverstärkung V der Wandlereinheit wird dabei analog zur obigen Beschreibung aus einem Kennfeld in Abhängigkeit des Kupplungsmoments Mkupfü sowie der Turbinendrehzahl nturb im neuen Gang gebildet, die gemessen oder aus Abtriebsdrehzahl nab und Getriebeübersetzung im neuen Gang Üneu berechnet werden kann.
Das Kupplungsmoment Mkupfü selbst wird dabei auf der Basis des in bekannter Weise über das Füllungsmodell unter Normbedingungen abgeschätzte Verbrennungsmoment abhängig von der vom Fahrer vorgegebenen Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl berechnet. Das Verbrennungsmoment wird dabei zur Berechnung des Kupplungsmoments um die Verlustmomentfaktoren des Motors reduziert. Diese sind Motorschleppmoment, welches die Verlustmomente des Motors aufgrund von Reibung, etc. bezeichnet und abhängig von Drehzahl und Temperatur aus einem Kennfeld bestimmt wird sowie der Momentenverbrauch von Nebenaggregaten, wie einer Klimaanlage, etc., welcher ebenfalls aus einem Kennfeld ermittelt wird.
Die Bestimmung des neuen Synchronpunkts für die Motor- oder Turbinendrehzahl sowie die Durchführung der Drehzahlregelung und die Kriterien zur Beendigung der Drehzahlregelung, was über die Motordrehzahl bzw. Turbinendrehzahl erfolgen kann, entsprechen im wesentlichen der Vorgehensweise in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel. Eine detailliertere Erläuterung ergibt sich im Zusammenhang mit den Flußdiagrammen der 10 und 11.
Nach Abschluß der Drehzahlregelung wird die Kupplung des neuen Ganges durch Erhöhung des Drucks schlupffrei geschlossen, so daß das Kupplungsmoment an der Kurbelwelle den vom Fahrer eingestellten Wert annimmt. Die Drehzahlregelung selbst wird dabei durch Zündwinkelkorrektur durchgeführt, wie im folgenden skizziert, wobei die Drehzahlregelung eine Momentenkorrektur bezogen auf Mkupfü liefert.
10 zeigt die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Flußdiagramms am Beispiel der Hochschaltung. Nach Start des Programmteils mit Setzen der die Schaltung anzeigenden Marke wird der Programmteil nach 10 gestartet. In einem ersten Schritt 500 wird überprüft, ob der erste Synchronpunkt, der Überschneidungspunkt, erreicht bzw. verlassen ist. Dies kann beispielsweise anhand des Steuersignals für die Kupplung des zu verlassenden Gangs, welche an diesem Punkt geöffnet ist, bestimmt werden. Ist die erster Phase des Schaltvorgangs noch nicht abgeschlossen, wird Schritt 500 zu gegebener Zeit wiederholt. Im anderern Fall werden im darauffolgenden Schritt 502 die folgenden Betriebsgrößen eingelesen: Luftmassenstrom von HFM/HLM t1_HFM (eventuell Drosselklappenstellung Alpha), Motordrehzahl Nmot, Wandlerverstärkung V, Zustand der Wandlerkupplung WK, neue Getriebeübersetzung Üneu, Abtriebsdrehzahl Nab, Drehzahl am Überschneidungspunkt Nmotalt, ggf. Turbinendrehzahl Nturb und Turbinendrehzahl Nturbalt am Überschneidungspunkt, Übersetzung des alten Ganges Üalt, Motortemperatur sowie Status von Nebenaggregaten. Danach wird im darauffolgenden Schritt 504 auf der Basis des Füllungsmodells aufgrund von Luftmassenstrom von HFM/HLM (Drosselklappenstellung) und Motordrehzahl das aus der vom Fahrer eingestellten Füllung unter normalen Bedingungen resultierende Verbrennungsmoment Mvfü des Motors abgeschätzt, von diesem ggf. das Motorschleppmoment sowie der Momentenverbrauch von Nebenaggregaten abgezogen, so daß als Ergebnis das aufgrund der Füllung an der Kurbelwelle anstehende Kupplungsmoment Mkupfü erhalten wird. Auf der Basis des Kupplungsmoments sowie der aufgrund von Abtriebsdrehzahl und neuer Gangübersetzung gebildeten Turbinendrehzahl am neuen Synchronpunkt (im neuen Gang) und der Wandlerverstärkung V wird auf der Basis dieser Größen der im neuen Gang gerade zur Übertragung des Drehmoements notwendige Kupplungsdruck Pgetr bestimmt und ggf. eingestellt. Das durch diesen Druck realisierte Drehmoment an der Getriebekupplung entspricht genau dem Turbinenmoment nach der Schaltung für den Fall, daß der Fahrer die Fahrpedalstellung nicht verändert, das heißt wenn sich das Kupplungsmoment während des Schaltvorgangs nicht ändert (bis auf Änderung durch Drehzahländerung). Zur Reduzierung der dadurch entstehenden Drehzahldifferenz in der Kupplung des neuen Ganges wird nun die Drehzahlregelung eingeschaltet, welche letztendlich eine Momentenkorrektur bezogen auf Mkupfü liefert.
Dabei ergibt sich der neue Synchronpunkt der Motordrehzahl Nmotn auf der Basis der Turbinendrehzahl im neuen Gang und des Drehzahlübersetzungsverhältnisses Nü gemäß den Gleichungen (4) bzw. (5).
Ferner wird im Schritt 504 ein Zähler auf Null gesetzt. Danach wird gemäß Schritt 506 die aktuelle Motordrehzahl eingelesen, der Zähler um Eins erhöht, während im darauffolgenden Schritt 508 der zeitabhängige Sollwert für die Motordrehzahl anhand der oben am Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels dargestellten Gleichungen (6) und (7) bestimmt wird. Danach wird im Schritt 510 ebenfalls in oben dargestellter Weise die Momentenkorrektur Dmo bezogen auf das vom Fahrer eingestellte Kupplungsmoment anhand der Differenz zwischen Istmotordrehzahl und Sollmotordrehzahl bestimmt (Gleichung (8)) und im Schritt 512 das zu realisierende Kupplungsmoment Mkupsoll auf der Basis der Summe des durch den Fahrer eingestellten Kupplungsmoments Mkupfü und der Momentenkorrektur der Drehzahlregelung bestimmt (Mkupsoll = Mkupfü + Dmo). Danach wird im Schritt 514 der berechnete Kupplungsmomentensollwert durch Zündungskorrektur eingestellt. Dies erfolgt, wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik der DE-P 42 32 974.4 bekannt durch Berechnung eines Sollverbrennungsmoments Mvsoll als Summe des berechneten Sollkupplungsmoments Mkupsoll sowie des Schleppmoments und des Momentenverbrauchs der Nebenaggregate. Aus der Differenz dieses Sollverbrennungsmoments und des wie vorstehend dargestellt berechneten Verbrennungsmoments Mvfü aufgrund der vom Fahrer eingestellten Füllung wird ein Differenzwert deltaMvZ berechnet, der der Zündwinkelkorrektur zugrundeliegt. Dadurch wird das Sollverbrennungsmoment und damit das Sollkupplungsmoment genau realisiert. Die Zündwinkelkorrektur ist bezogen auf den optimalen Zündwinkel und begrenzt durch den Wert Null und die gerade noch zündfähige Verstellung.
Nach Einstellen des Sollkupplungsmoments wird im darauffolgenden Schritt 516 überprüft, ob der neue Synchronpunkt erreicht wurde. Dies erfolgt wie bereits oben dargelegt durch Vergleich der Differenz zwischen Istdrehzahl und der berechneten Drehzahl Nmotn am neuen Sychronpunkt mit einem vorgegebenen Toleranzbereich DNmot (Gleichung (10)). Ist der neue Synchronpunkt noch nicht erreicht, wird ab Schritt 506 wiederholt, im anderen Fall wird im Schritt 518 die Kupplung des neuen Ganges vollständig schlupffrei geschlossen und das Sollkupplungsmoment auf den vom Fahrer vorgegebenen Kupplungsmomentenwert Mkupfü durch schnelle, vorzugsweise sprungförmige Veränderung des Zündwinkels eingestellt. Danach ist gemäß Schritt 520 der Schaltvorgang beendet, die Schaltmarke wird zurückgesetzt.
Für den Fall, daß die Turbinendrehzahl im Getriebe gemessen werden kann, wird anstelle der Motordrehzahlregelung die Regelung der Turbinendrehzahl vorgenommen. Dabei ist anhand der vorstehenen Beschreibung unter Motordrehzahl Turbinendrehzahl zu verstehen, wobei die Turbinendrehzahl am neuen Synchronpunkt entweder aus der Abtriebsdrehzahl Nab und der Übersetzung der neuen Gangstufe Üneu (Gleichung (3)) oder aus der alten Turbinendrehzahl Nturbalt bei Schaltbeginn und der Getriebeübersetzung Üneu des neuen und des alten Ganges Üalt berechnet werden kann (Nturb = Nturbalt·Üneu/Üalt).
Charakteristische Zeitverläufe in Verbindung mit der Hochschaltung sind in 12 dargestellt. Dabei ist jeweils waagrecht die Zeit aufgetragen, während in 12a die Schaltmarke SS, in 12b das Istverbrennungsmoment Mvist, 12c die Motordrehzahl Nmot, 12d das Verbrennungsmoment Mvfü aufgrund der Füllung sowie in 12e die Momentenkorrektur deltaMvZW aufgrund der Zündwinkelkorrektur dargestellt ist. Zu einem ersten Zeitpunkt t₀ wird durch Setzen der Schaltmarke der Schaltvorgang eingeleitet. Nach Abschluß der ersten Phase der Getriebebeeinflussung wird im Überschneidungspunkt t₁ bzw. dem alten Synchronpunkt bei bislang unveränderten Parametern die Drehzahlregelung und damit der Motoreingriff eingeleitet. Der Drehzahlsollwert wird gemäß der strichliert dargestellten Linie in 12c verändert und die Motordrehzahl durch Zündwinkelkorrektur eingestellt. Dies führt ab dem Zeitpunkt t₁ zu einer Verringerung des Istverbrennungsmoments und infolge der Drehzahlveränderung zu einer leichten Erhöhung des aufgrund der Füllung erzeugten Verbrennungsmoments gemäß 12d. Zum Zeitpunkt t2 sei die Bedingung zur Beendigung der Drehzahlregelung erfüllt, die Istmotordrehzahl ist im wesentlichen gleich der Drehzahl im neuen Gang. Der neue Synchronpunkt ist erreicht. Eine entsprechende Zündwinkelkorrektur ab dem Zeitpunkt t₂ führt zur Einstellung des Sollkupplungsmoments auf dem Wert der Fahrereinstellung und führt zur Beendigung des Schaltvorganges zum Zeitpunkt t₃.
Der Vorgehensweise nach 10 sowie den Signalverläufen gemäß 12 liegt zugrunde, daß der Fahrer während des Schaltvorgangs die Füllung konstant gehalten hat, das heißt die Fahrpedalstellung nicht verändert hat. Ist dies nicht der Fall, so wird dies bei der Berechnung des Sollkupplungsmoments gemäß Schritt 512 und dessen Einstellung im Schritt 514 berücksichtigt, indem im Schritt 506 zusätzlich eine Berechnung der Kupplungsmoments Mkupfü auf der Basis des Füllungsmodells abhängig von aktuellem Luftmassenstrom von HFM/HLM (Drosselklappenstellung) Alpha und aktueller Motordrehzahl eingefügt. Diese Maßnahme hat besonders vorteilhafte Wirkung, da die Genauigkeit der Motoreinstellung steigt und somit die Beherrschung des Schaltvorgangs weiter verbessert wird.
Bei der Rückschaltung wird ähnlich vorgegangen. Diese Vorgehensweise ist in 11 anhand eines Flußdiagramms dargestellt. Im ersten Schritt 600 wird nach Setzen der Schaltmarke und Durchführung der Schaltvorgänge im Getriebe überprüft, ob der alte Synchronpunkt erreicht bzw. verlassen wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Kupplungen des alten und des neuen Ganges offen sind. Danach werden gemäß Schritt 602 die entsprechenden Betriebsgrößen eingelesen und im Schritt 604 die Motordrehzahl am neuen Synchronpunkt (Gleichungen (4) bzw. (5)) berechnet. Ferner kann in einer ersten Ausführung in diesem Schritt das Sollkupplungsmoment Mkupsollnach am neuen Synchronpunkt auf der Basis des wie oben dargestellt bestimmten Mkupfü unter Verwendung der Sychrondrehzahl Nmotn berechnet werden: Mkupsollnach = Mkupfünach = Mvfü(t1_HFM, Nmotn) – Mschlep – Mverbr
Danach wird im Schritt 606 die Motordrehzahl eingelesen und in einer zweiten Ausführung das Sollkupplungsmoment Mkupsoll am Ende des Schaltvorgangs bestimmt, wodurch Änderungen der Fahrpedalstellung berücksichtigt werden können. Im Schritt 608 wird die Sollmotordrehzahl berechnet (im einfachsten Fall Nmotsoll = Nmotn). Gemäß Schritt 610 wird das Differenzmoment Dmo bestimmt und im Schritt 612 das Sollkupplungsmoment gleich dem Momentenkorrekturwert gesetzt. Dies wird im Schritt 614 durch Veränderung des Zündwinkels eingestellt.
Der neue Synchronpunkt gemäß Schritt 616 ist dann erreicht, wenn die Istmotordrehzahl im wesentlichen der Drehzahl am neuen Synchronpunkt entspricht. Dann wird die Drehzahlregelung angehalten (Schritt 618), die Kupplung des neuen Ganges sofort geschlossen und der Zündwinkeleingriff zurückgenommen, so daß das Kupplungsmoment so schnell wie möglich auf den Kupplungsmomentenwert aufgrund der Füllung wie in Schritt 604 bzw. 606 berechnet geführt wird. Gemäß Schritt 620 ist die Schaltung dann beendet, die Schaltmarke wird zurückgesetzt. Entsprechendes gilt bei der Verwendung einer Turbinendrehzahlregelung anstelle der Motordrehzahlregelung. Im Schritt 618 wird dann das Kupplungsmoment so schnell wie möglich auf den Kupplungsmomentenwert aufgrund der Füllung geführt.
Ist während des Motoreingriffs beim Schalten eine Getriebekupplung nicht vollständig geöffnet worden, so wird ein Kupplungsmomentenoffset, der dem Druck in dieser Kupplung dividiert durch die Wandlerverstärkung V entspricht, zum Momentenkorrekturwert addiert (Schritt 612).
13 zeigt ausgewählte Signalverläufe, wobei waagrecht die Zeit T, senkrecht in 13a die Schaltmarke SS, in 13b das Istverbrennungsmoment Mvist, in 13c die Motordrehzahl Nmot, in 13d das Moment Mvfü aufgrund der Füllung sowie 13e der Momentenkorrekturwert deltaMvZW durch Zündwinkeleingriff aufgetragen ist.
Zum Zeitpunkt t₀ wird durch Setzen der Schaltmarke der Schaltvorgang eingeleitet, der getriebeseitig bis zum Zeitpunkt t₁, dem Überschneidungs- oder alten Synchronpunkt im wesentlichen beendet ist. Danach wird die Motordrehzahl auf den Drehzahlwert im neuen Synchronpunkt durch Zündwinkeleingriff geregelt. Durch Zurücknahme des Momentes bei geöffneten Getriebkupplung, d. h. unterbrochenem Kraftschluß, wird die Motordrehzahl erhöht, bei Erreichen des neuen Synchronpunktes zum Zeitpunkt t₂ wird durch vorzugsweise sprungförmige Zurücknahme der Zündwinkelkorrektur das Kupplungsmoment auf den Wert im neuen Gang eingestellt. Zum Zeitpunkt t₃ ist der Schaltvorgang beendet.
Die obengeschilderte erfindungsgemäße Vorgehensweise laäßt sich in vorteilhafter Weise auch auf Getriebe mit regelbarer Wandlerkupplung oder ohne Wandlerkupplung bzw. ohne Wandlereinheit anwenden.
Ferner ergeben Vorteile auch bei Übertragung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auf Dieselmotoren, wo anstelle der Zündwinkelkorrektur eine Korrektur der Einspritzmenge oder des Spritzbeginns vorgenommen werden kann.
Eine Kombination der beiden Ausführungsbeispiele kann beispielsweise durch luftseitige Korrektur über einen Leerlaufsteller im Bypass zur der durch den Fahrer mechanisch betätigbaren Hauptdrosselklappe erreicht werden. Dazu wird ggf. bereits vor Beginn des Motoreingriffs entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel das Sollkupplungsmoment nach der Schaltung bestimmt und durch Einstellen des Leerlaufstellers und somit durch Korrektur der Füllung ausgehend von der Fahrereinstellung über die Hauptdrosselklappe bereitgestellt. Die Drehzahlregelung wird auch hier vorzugsweise über Zündwinkeleingriff realisiert.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Abtriebsmoments eines Fahrzeugantriebs mit einer Kraftübertragungseinheit mit wenigstens einem das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Radantrieb beeinflussenden Element, – wobei Steuermittel wenigstens zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses und des Motors vorgesehen sind, – und die bei Änderung der Einstellung des Übersetzungsverhältnisses das Motormoment derart beeinflussen, dass die Motordrehzahl oder die getriebeeingangsseitige Drehzahl einer Turbine eines Drehmomentwandlers von einem ersten auf einen zweiten Wert geregelt eingestellt wird, wobei die Drehzahlregelung vom ersten auf den zweiten Wert durch Vorgabe eines zeitlich veränderlichen Sollwerts für die geregelte Drehzahl durchgeführt wird, wobei der zeitlich veränderliche Sollwert zu Beginn der Drehzahlregelung den ersten Wert und am Ende der Drehzahlregelung den zweiten Wert annimmt und wobei der Verlauf des zeitlich veränderlichen Sollwerts derart vorgegeben ist, dass die geregelte Drehzahl schnell und mit sanftem Anbinden an den zweiten Wert geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel auf der Basis des Fahrerwunsches ein gewünschtes Abtriebsmoment vorgeben und durch Einstellung des Motormoments unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses bereitstellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motormoment während des Schaltvorgangs derart beeinflusst wird, dass es zunächst verringert und dann erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wert auf der Basis des Abtriebsmomentenwunsches und der aktuellen Übersetzungsverhältnisse im Antriebsstrang bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wert derart bestimmt wird, dass vor und nach der Schaltung das Abtriebsmoment bei gleichbleibendem Fahrerwunsch das gleiche ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Luftzufuhr zum Motor bereits vor Verlassen des ersten Wertes und Beginn der Drehzahlregelung auf den Wert nach dem Schaltvorgang erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wert auf der Basis der Turbinendrehzahl im neuen Gang berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im neuen Gang notwendige Kupplungsdruck einer dem neuen Gang zugeordneten Kupplung auf der Basis des Fahrwunsches bestimmt und eingestellt wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Abtriebsmoments eines Fahrzeugantriebs mit einer Kraftübertragungseinheit mit wenigstens einem das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Radantrieb beeinflussenden Element und mit Steuermitteln, die derart ausgebildet sind, dass sie ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.