DE4329908B4

DE4329908B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Betätigung eines selbständig schaltenden Getriebes eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE4329908B4
Application number: DE4329908A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Streib; Hong Dr. Zhang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-09-04
Filing date: 1993-09-04
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2013-09-05
Also published as: DE4329908A1; JP3648273B2; JPH07149163A; US5474507A

Abstract

Verfahren zur Betätigung eines selbstständig schaltenden Getriebes eines Kraftfahrzeugs, bei dem wenigstens abhängig von einem die Getriebeausgangsdrehzahl und/oder die Motordrehzahl und/oder die Getriebeeingangsdrehzahl repräsentierenden ersten Signals (Nab, V, Nmot und/oder NE) und eines den Fahrerwunsch repräsentierenden zweiten Signals (Ms) zur Einstellung von Getriebeübersetzungen Hoch- und Rückschaltvorgänge ausgelöst werden, wobei diese Hoch- und Rückschaltvorgänge mit einer für den jeweiligen Hoch- und Rückschaltvorgang typischen Hysterese (Sh) ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysterese (Sh) einen zeitabhängigen Anteil [Sz(t)] aufweist und einen stationären Anteil (Su, Sd) aufweist, wobei der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] dem stationären Anteil (Su, Sd) zur Bildung der Hysterese überlagert wird.

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Betätigung eines selbständig schaltenden Getriebes eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 9 aus.

Ein Schaltvorgang eines automatischen Kraftfahrzeuggetriebes mit elektronischer Steuerung wird in der Regel dadurch ausgelöst, daß bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit ein vom Fahrer mittels eines Fahrpedals geforderter Lastwunsch einen Schwellwert über- oder unterschreitet.

Wie in "Bosch Technische Berichte, Band 7 (1983) Heft 4, Seite 160 bis 166" beschrieben wird kommt als Lastwunsch beispielsweise die Motorlast in Frage. Die Motorlast kann dabei aus der Drosselklappenöffnung bestimmt werden, wobei diese Drosselklappenöffnung bei diesen Systemen durch ein vom Fahrer betätigbares Fahrpedal vorgegeben wird. Als Fahrzeuggeschwindigkeit wird in der Regel die Abtriebsdrehzahl des Getriebes (Getriebeausgangsdrehzahl) herangezogen.

Weiterhin kommt, wie in der DE-OS 40 37 237 beschrieben wird, als Lastwunsch ein aus der Stellung des Fahrpedals abgeleiteter Motormoment- oder Abtriebsmoment-Sollwert in Frage.

Betrachtet man beispielsweise bei Getriebesteuerungssystemen eine Schaltung zwischen dem dritten und vierten Gang, so erfolgt eine Rückschaltung vom vierten in den dritten Gang, wenn der vom Fahrer geäußerte Lastwunsch größer als ein oberer Schwellwert ist. Eine Hochschaltung vom dritten in den vierten Gang erfolgt dagegen, wenn der Lastwunsch des Fahrers kleiner als ein unterer Schwellwert ist. Diese Schwellwerte hängen von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Für eine feste Geschwindigkeit gilt immer, daß die Schwelle zur Bestimmung einer Hochschaltung kleiner ist als die Schwelle zur Bestimmung einer Rückschaltung. Die Differenzen dieser beiden Schwellen für einen Schaltvorgang (in diesem Beispiel zwischen dem dritten und vierten Gang) bildet die sogenannte Schalthysterese.

Bei den meisten Betriebsbedingungen gibt es einen eindeutig bestimmbaren verbrauchsoptimalen Gang. Eine Hysterese in den Schaltkennlinien bedeutet jedoch, daß dieser verbrauchsoptimale Gang nicht immer ausgewählt wird. Aus diesem Grund wäre eine möglichst kleine Hysterese anzustreben. Dies hätte jedoch zur Folge, daß bereits sehr kleine Hin- und Herbewegungen des Fahrpedals sogenannte Pendelschaltungen hervorrufen können. Erfolgen diese Pendelschaltungen innerhalb kurzer Zeitabstände, so ist dies besonders störend und wirkt sich negativ auf den Verschleiß des Getriebes (Reibelemente als Kupplung) und auf den Fahrkomfort aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Getriebesteuerung zu entwerfen, durch die die Auswahl des für die jeweilige Betriebsbedingung optimalen Gangs ermöglicht wird, ohne die obengenannten Pendelschaltungen aufzuweisen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem selbständig schaltenden Getriebe, bei dem wenigstens abhängig von einem die Getriebeausgangsdrehzahl und/oder die Motordrehzahl und/oder die Getriebeeingangsdrehzahl repräsentierenden ersten Signals und eines den Fahrerwunsch repräsentierenden zweiten Signals zur Einstellung von Getriebeübersetzungen Hoch- und Rückschaltvorgänge ausgelöst werden. Diese Hoch- und Rückschaltvorgänge geschehen mit einer für den jeweiligen Hoch- und Rückschaltvorgang typischen Hysterese.

Erfindungsgemäß weist diese Hysterese einen zeitabhängigen Anteil auf. Es wird also zusätzlich zu einer oben beschriebenen (Basis-)Hysterese zwischen Hoch- und Rückschaltung eine zeitabhängige Hysterese definiert. Die zeitunabhängige Basishysterese kann dann zur Einstellung des für die jeweilige Betriebsbedingung optimalen Gangs sehr klein gewählt werden. Dies hat den Vorteil, daß beispielsweise nach einer Hochschaltung die Lastschwelle für eine (Pendel-)Rückschaltung in den alten Gang kurzfristig erhöht wird bzw. nach einer Rückschaltung die Lastschwelle für eine (Pendel-)Hochschaltung in den alten Gang kurzfristig erniedrigt wird.

Der zeitabhängige Anteil vergrößert dabei vorteilhafterweise die Hysterese gegenüber der Basishysterese während eines vorgebbaren Zeitintervalls beginnend mit einem Schaltvorgang verkleinert. Die Vergrößerung der Hysterese nimmt dabei innerhalb des Zeitintervalls vorteilhafterweise ab.

Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Schalthysterese neben dem zeitabhängigen Anteil einen stationären, zeitunabhängigen Anteil aufweist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zur Bildung der Hysterese der zeitabhängige Anteil dem stationären Anteil additiv überlagert wird. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß zur Bildung der Hysterese der zeitabhängige Anteil dem stationäre Anteil multiplikativ überlagert wird. In beiden Fällen weist der zeitabhängige Anteil einen innerhalb des Zeitintervalls zeitlich abnehmenden Betrag auf, wobei das Zeitintervall, wie oben erwähnt, in etwa mit einem Schaltvorgang beginnt. Nach dem Ablauf des Zeitintervalls geht der zeitabhängige Anteil vorteilhafterweise auf den Betragswert Null zurück, so daß nach Ablauf dieser Zeit lediglich der stationäre, kleine Hysterese-Anteil verbleibt.

Als Lastwunsch des Fahrers kann dabei, wie schon oben erwähnt, die Fahrpedalstellung und/oder der Drosselklappenöffnungswinkel und/oder ein vom Fahrer gewünschtes Abtriebsmoment an dem Getriebe oder ein vom Fahrer gewünschtes am Fahrzeug angreifendes Vortriebsmoment herangezogen werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung der obenbeschriebenen Verfahren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen bzw. dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Anhand der 1 bis 6 wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die 1 zeigt dabei ein Blockschaltbild des Gesamtsystems.
Anhand der 2 wird eine Schalthysterese erklärt.
Die 3 bis 5 zeigen den zeitlichen Verlauf der erfindungsgemäßen Hysterese.
Ein Ablaufdiagramm des Ausführungsbeispiels ist der 6 zu entnehmen.
An dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erklärt werden.
Das Blockschaltbild der 1 zeigt eine Gesamtübersicht über eine elektrische Getriebesteuerung. Die Brennkraftmaschine 10 liefert eine Motordrehzahl Nmot bzw. ein Maschinenmoment Mmot an den Wandler 11. Turbinenseitig des Wandlers 11 liegt an dem Getriebe 12 eine Getriebeeingangsdrehzahl NE bzw. ein Getreibeeingangsmoment ME an. Abhängig von dem durch das Fahrpedal 15 vom Fahrer vorgegebenen Lastwunsch Ms steuert die Getriebesteuerung 14 Hoch- bzw. Rückschaltvorgänge des Getriebes 12. Ausgangsseitig des Getriebes 12 liegt die Getriebeabtriebsdrehzahl Nab bzw. das Getriebeabtriebsmoment Mab an, das den angetriebenen Rädern 13 des Kraftfahrzeugs zugeführt wird.
In der 2 ist der Fahrerwunsch M über der Fahrzeuggeschwindigkeit V aufgetragen. Jeder Punkt dieser Ebene repräsentiert eine bestimmte Fahrbedingung. Zur Erkennung von Hoch- bzw. Rückschaltvorgängen wird bei einer vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit V der durch den Fahrer vorgegebene Lastwunsch Ms mit den Schwellwerten Sd und Su verglichen. Ein Hochschaltvorgang erfolgt dann, wenn der vom Fahrer geäußerte Lastwunsch Ms kleiner ist als der untere Schwellwert Su. Eine Rückschaltung erfolgt dann, wenn der vom Fahrer geäußerte Lastwunsch Ms größer ist als der obere Schwellwert Sd. Die in der 2 gezeigten Schwellen gelten natürlich nur für Umschaltungen zwischen zwei Gangstufen. Jeder möglichen Umschaltung zwischen den einzelnen Gangstufen des Automatikgetriebes ist ein solches Schwellwertpaar zugeordnet.
Für eine feste Fahrzeuggeschwindigkeit gilt immer, daß die Schwelle Su kleiner ist als die Schwelle Sd. Die Differenz Sd – Su = Shbildet die sogenannte Schalthysterese Sh.
Diese Schalthysterese Sh nimmt bei Getriebesteuerungen nach dem Stand der Technik für jeden Gangwechsel einen festen stationären Wert an. Eine solche stationäre Schalthysterese nach dem Stand der Technik muß hinreichend groß gewählt werden, damit sogenannte Pendelschaltungen bei bereits sehr kleinen Hin- und Herbewegungen des Fahrpedals unterbunden werden. Dies hat aber, wie schon erwähnt, den Nachteil, daß der für eine bestimmte Betriebsbedingung eindeutig bestimmbare verbrauchsoptimale Gang nicht immer ausgewählt werden kann.
Erfindungsgemäß wird nun zusätzlich zur der zeitunabhängigen, stationären Basishysterese Sh zwischen Hoch- und Rückschaltung eine zeitabhängige Hysterese Sz(t) definiert. Diese zeitabhängige Hysterese hat die Aufgabe, nach einer Hochschaltung die Lastschwelle für eine (Pendel-)Rückschaltung in den alten Gang kurzfristig zu erhöhen, bzw. nach einer Rückschaltung die Lastschwelle für eine (Pendel-)Hochschaltung in den alten Gang kurzfristig zu erniedrigen.
Der zeitabhängige Hystereseanteil Sz(t) ist in der 3 schematisch zu sehen. Nach einem erfolgten Hochschaltvorgang nimmt zur Zeit t = 0 der Wert Sz seinen maximal positiven Wert an. Nach einem erfolgten Rückschaltvorgang nimmt der Wert Sz seinen maximal negativen Wert an. Innerhalb einer bestimmten Hysteresezeit th vermindert sich der zeitabhängige Hystereseanteil Sz bis auf den Wert Null. Nach Ablauf der Hysteresezeit th bleibt also als Hysterese die Basishysterese Sh übrig.
Die 4 zeigt die Rückschaltschwelle Sd für eine feste Fahrzeuggeschwindigkeit als Funktion der Zeit nach einer erfolgten Hochschaltung. Gestrichelt ist der Verlauf ohne, durchgezogen der mit der Zusatzhysterese zu sehen. Man erkennt deutlich, daß durch die zeitabhängige Zusatzhysterese innerhalb der Hysteresezeit th eine zeitweise Erhöhung der Rückschaltschwelle Sd auf die neue Rückschaltschwelle Sd' erfolgt.
Diese zeitlich begrenzte Zusatzhysterese wird beispielsweise in folgender Situation wirksam:
Der Fahrer beschleunigt mit leicht durchgetretenem Fahrpedal aus einer relativ niedrigen Geschwindigkeit, wobei sich das Getriebe im dritten Gang befinden soll. Wenn das Fahrzeug nun eine gewisse höhere Geschwindigkeit erreicht hat, schaltet das Getriebe in den vierten Gang. Unmittelbar nach der erfolgten 3-4-Hochschaltung tritt der Fahrer das Fahrpedal ein wenig mehr durch als zuvor. Dieser Vorgang ist in 5 als Anstieg der Momentanforderung Ms durch die Fahrpedalstellung wiederzufinden. Man erkennt in der 5, daß die Momentanforderungen Ms zunächst so hoch ist, daß sie über der stationären Momentschwelle Sd für eine Rückschaltung liegt. Ohne die erfindungsgemäße Zusatzmaßnahme wurde also unmittelbar nach der Hochschaltung eine entgegengesetzte Rückschaltung ausgelöst, was in der Regel für den Fahrer unerwünscht ist. Aufgrund der dynamischen Zusatzhysterese Sz(t) liegt jedoch die Rückschaltschwelle Sd' so hoch, daß keine Rückschaltung erfolgt. Innerhalb eines Zeitraums th von beispielsweise 10 Sekunden klingt die Zusatzhysterese zwar auf Null ab, dies führt jedoch dann trotzdem zu keiner Rückschaltung, da das Fahrzeug innerhalb dieser 10 Sekunden weiterbeschleunigt wird. Mit zunehmender Geschwindigkeit V steigt jedoch gemäß der üblichen Charakteristik von Schaltkennlinien auch die stationäre Momentschwelle Sd für Rückschaltungen an, so daß zu dem Zeitpunkt (t > th) zu dem die Zusatzhysterese auf Null zurückgeht, die Rückschaltschwelle Sd bzw. Sd' aufgrund der gestiegenen Fahrzeuggeschwindigkeit V über der Momentanforderungen Ms des Fahrers liegt. Außerdem werden die Fahrpedal-Kennlinien üblicherweise so appliziert, daß die Drehmomentanforderung bei gegebener Pedalstellung mit wachsender Geschwindigkeit oder Drehzahl fällt.
Anhand der 6 wird im folgenden die Erfindung anhand eines beispielhaften Ablaufdiagramms dargestellt. Nach einem erfolgten Schaltvorgang wird nach dem Start 601 des Programms im Schritt 602 der Zeitzähler t auf Null gesetzt. Im Schritt 603 wird abgefragt, ob es sich bei dem Schaltvorgang um einen Hoch- oder um einen Rückschaltvorgang gehandelt hat. In beiden Fällen wird in dem Schritt 604 der momentane Fahrerwunsch Ms, die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit V und die für den erfolgten Gangwechsel abgespeicherte stationäre Hysterese Sd (falls es sich um ein Hochschaltvorgang gehandelt hat) bzw. Su (falls es sich um einen Rückschaltvorgang gehandelt hat) eingelesen. Im Schritt 606 wir der zeitabhängige Hystereseanteil Sz aus einer Kennlinie gemäß der 3 für den Zeitpunkt t = 0 abgelesen. Wie schon anhand der 3 erklärt, nimmt der zeitabhängige Anteil Sz nach einem Hochschaltvorgang einen positiven und nach einem Rückschaltvorgang einen negativen Wert an. Der Vergleich des Fahrerwunsches Ns erfolgt nun mit modifizierten Schwellwerten. Nach einer Hochschaltung (Schritt 607) erfolgt eine Rückschaltung (Schritt 609) nur dann, wenn Ms > Sd + Sz ist. Dazu muß der Fahrer das Fahrpedal aber relativ weit niedertreten. Wenn er dies tut, dann ist anzunehmen, daß er auch wirklich eine hohe Beschleunigung will und die Rückschaltung demnach auch gerechtfertigt ist. Tritt der Fahrer dagegen das Fahrpedal nur ein wenig weiter durch, so ist die durch die ausbleibende Rückschaltung etwas geringere Beschleuniung in der Regel weniger störend als eine Pendelrückschaltung.
Entsprechend erfolgt nach einer Rückschaltung eine erneute Hochschaltung (Schritt 610) nur dann, wenn Ms < Su + Szerfüllt ist. Sz ist in diesem Fall negativ. Sind die obengenannten Bedingungen (Schritt 607 und 608) nicht erfüllt, so wird der Zeitzähler t um eine Zeitstufe dt heraufgesetzt (Schritt 605), um nach erneuter Auslese des momentanen Fahrerwunsches Ms, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, und der Schwellen Fd bzw. Su (Schritt 604) aus der in der 3 dargestellten Kennlinie den zeitabhängigen Anteil Sz erneut zu bestimmen. Der Betrag des zeitabhängigen Hystereseanteils Sz ist dabei erfindungsgemäß, wie in der 3 zu sehen ist, betragsmäßig geringer als zum Zeitpunkt t = 0.
Alternativ läßt sich das anhand der 6 beschriebene Verfahren auch mit einem multiplikativen Faktor Sz' realisieren. Dieser ist dann wie folgt definiert:

Sz' hat zur Zeit t = 0 nach einem Hochschaltvorgang einen Wert größer als 1 und geht für große Zeiten gegen den Wert 1.
Nach Rückschaltungen hat der zeitabhängige Anteil Sz' bei t = 0 einen Wert kleiner als 1 und geht für große Zeiten ebenfalls gegen 1. Die in den Schritten 607 und 608 aufgezeigten Bedingungen lauten dann: Ms > Sd·Sz' Ms < Su·Sz'.

Ist eine größere Zeit nach einem Schaltvorgang verstrichen, so ist die zusätzliche Kurzzeithysterese (Sz bzw. Sz') abgeklungen und es wirkt nur noch die (sehr klein wählbare) stationäre Hysterese Sh. Wegen der sehr kleinen stationären Hysterese Sh kann fast immer der verbrauchsoptimale Gang ausgewählt werden.
Ändert der Fahrer dagegen kurz nach einem erfolgten Schaltvorgang die Fahrpedalstellung derart, daß ohne diese Maßnahme ein entgegengesetzter Schaltvorgang ausgelöst werden würde, so wird dieser in den meisten Fällen durch die Zusatzhysterese unterdrückt. Damit lassen sich häufige Pendelschaltungen, wie sie bei kleiner Hysterese vor allem im Stadtverkehr auftreten können, wirksam unterdrücken.

Claims

Verfahren zur Betätigung eines selbstständig schaltenden Getriebes eines Kraftfahrzeugs, bei dem wenigstens abhängig von einem die Getriebeausgangsdrehzahl und/oder die Motordrehzahl und/oder die Getriebeeingangsdrehzahl repräsentierenden ersten Signals (Nab, V, Nmot und/oder NE) und eines den Fahrerwunsch repräsentierenden zweiten Signals (Ms) zur Einstellung von Getriebeübersetzungen Hoch- und Rückschaltvorgänge ausgelöst werden, wobei diese Hoch- und Rückschaltvorgänge mit einer für den jeweiligen Hoch- und Rückschaltvorgang typischen Hysterese (Sh) ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysterese (Sh) einen zeitabhängigen Anteil [Sz(t)] aufweist und einen stationären Anteil (Su, Sd) aufweist, wobei der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] dem stationären Anteil (Su, Sd) zur Bildung der Hysterese überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] die Hysterese (Sh) während eines vorgebbaren Zeitintervalls (th) beginnend mit einem Schaltvorgang oder kurz vor oder kurz nach einem Schaltvorgang vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerung der Hysterese (Sh) innerhalb des Zeitintervalls (th) abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Hysterese (Sh) der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] dem stationären Anteil (Su, Sd) additiv überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Hysterese (Sh) der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] dem stationären Anteil (Su, Sd) multiplikativ überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] einen innerhalb eines Zeitintervalls (th) zeitlich abnehmenden Betrag aufweist, wobei das Zeitintervall (th) mit einem Schaltvorgang oder kurz vor oder kurz nach einem Schaltvorgang beginnt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] nach Ablauf des Zeitintervalls (th) den Betragswert Null annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal (Ms) – eine Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Fahrpedals und/oder – einen Drosselklappenöffnungswinkel einer zu dem Kraftfahrzeug gehörenden Brennkraftmaschine und/oder – ein vom Fahrer gewünschtes Moment einer zu dem Kraftfahrzeug gehörenden Brennkraftmaschine und/oder – ein vom Fahrer gewünschtes Abtriebsmoment an dem Getriebe bzw. ein vom Fahrer gewünschtes am Fahrzeug angreifendes Vortriebsmoment wiedergibt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem selbstständig schaltenden Getriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei Mittel vorgesehen sind, mittels der wenigstens abhängig von einem die Getriebeausgangsdrehzahl und/oder die Motordrehzahl und/oder die Getriebeeingangsdrehzahl repräsentierenden ersten Signals (Nab, V, Nmot, und/oder NE) und eines den Fahrerwunsch repräsentierenden zweiten Signals (Ms) zur Einstellung von Getriebeübersetzungen Hoch- und Rückschaltvorgänge ausgelöst werden, wobei diese Hoch- und Rückschaltvorgänge mit einer für den jweiligen Hoch- und Rückschaltvorgang typischen Hysterese (Sh) ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel derart ausgelegt sind, dass die Hysterese (Sh) einen zeitabhängigen Anteil [Sz(t)] aufweist und einen stationären Anteil (Su, Sd) aufweist, wobei der zeitabhängige Anteil [Sz(t)] dem stationären Anteil (Su, Sd) zur Bildung der Hysterese überlagert ist.