DE4334172A1

DE4334172A1 - Verfahren zur Steuerung und Regelung des Hochschaltvorganges in einem automatischen Getriebe

Info

Publication number: DE4334172A1
Application number: DE4334172A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Remmlinger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1992-10-24
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: DE4334172C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Rege lung des Hochschaltvorganges in einem automatischen Getriebe, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeuggetriebe, welches ein in einem Getriebegehäuse angeordneten Planetengetriebesatz auf weist, über eine Getriebeeingangs- und eine Getriebeausgangs welle sowie über elektrohydraulische Ventile zur Betätigung von Getriebeschaltgliedern wie Kupplungen und Bremsen verfügt, das mit einem Steuerungs- und Regelungscomputer für das Ge triebe verbunden ist, der über Meß- und Steuerleitungen mit den elektrohydraulischen Ventilen, mit Sensoren für die Motor drehzahl, für die Drehzahlen von Ringrad und/oder Sonnenrad des Planetengetriebes sowie mit Sensoren für die Fahrgeschwin digkeit, den Drosselklappenwinkel oder die Fahrpedalstellung und für die Stellung des Getriebewahlschalthebels in Verbin dung steht, bei dem zur Durchführung eines Hochschaltvorganges der Computer die elektrohydraulischen Ventile der an der Schaltung beteiligten Schaltglieder derart ansteuert, daß der Schaltdruck des wegzuschaltenden Schaltgliedes abgesenkt wird und der Schaltdruck des zuzuschaltenden Schaltgliedes angeho ben wird, wobei zu Beginn eines Hochschaltvorganges der Schaltdruck und damit die Momentenübertragungskapazität des wegzuschaltenden Schaltgliedes bis an dessen Rutschgrenze ab gesenkt wird.

Wie in der Getriebetechnik seit langer Zeit bekannt ist, kön nen automatische Schaltgetriebe bezüglich des Schaltkomforts nur für eine ganz bestimmte Fahrsituation optimal eingestellt werden. Die im alltäglichen Fahrbetrieb auftretenden Variati onen dieser Randbedingungen, beispielsweise der Betrieb des Fahrzeuges in großer Höhe oder bei hohen Temperaturen sowie bei verschlissenen Getriebebauteilen, führen dann zu Schaltvor gängen, die vom Fahrer eines mit einem solchen Getriebe ausge statteten Fahrzeuges als unangenehm ruckartig empfunden wer den.

Eine Abhilfe derartiger Schaltvorgänge ließ sich mit den sol chermaßen bekannten Getriebesteuerungsprogrammen nicht errei chen, da diese den Schaltdruck für die weg- und zuzuschalten den Schaltglieder lediglich starr in Abhängigkeit von vorgege benen Zeitintervallen steuern und dabei Variationen im Lei stungs- und Momentenübertragungsverhalten von Motor und Ge triebe nicht berücksichtigen.

Zur Verbesserung des Schaltkomforts bei derartigen Getrieben wurde in der US-PS 4,969,098 vorgeschlagen, den Schaltdruck des wegzuschaltenden Schaltgliedes zu Beginn des Hochschalt vorganges bis zur Rutschgrenze dieses Schaltgliedes abzusenken und so einen geringen, aber meßbaren Schlupf zuzulassen. Die sem Vorschlag lag die Erkenntnis zugrunde, daß die Probleme mit der Schaltqualität insbesondere in der ersten Schaltphase auftreten, in der sich nur das Abtriebsmoment des Antriebsmo tors, aber nicht dessen Drehzahl ändert. Im weiteren Verlauf der Schaltung wird nach diesem bekannten Verfahren der Steuer druck für das wegzuschaltende Schaltglied wie bei dem bis da hin bekannten Stand der Technik über eine im Steuerungscompu ter festgelegte Zeitsteuerung abgesenkt, wobei die Steigungen der Druckrampen des jeweiligen Hochschaltvorganges adaptiv durch den Steuerungscomputer erlernte und abgespeicherte Werte sind.

Mit Hilfe dieses an sich vorteilhaften Steuerungsverfahrens läßt sich der Schaltkomfort beim Hochschalten deutlich verbes sern, da jedenfalls zu Beginn des Schaltvorganges das wegzu schaltende Schaltglied wegen seiner begrenzten Momentenüber tragungskapazität zusammen mit der sich aufbauenden Momenten übertragungskapazität des zuzuschaltenden Schaltgliedes ein Abtriebswellendrehmomentenverlauf des Getriebes erzeugt, der deutlich harmonischer als bisher verläuft. Nachteilig an die sem Verfahren ist aber, daß das wegzuschaltende Schaltglied nur zu Beginn des Hochschaltvorganges an seiner Rutschgrenze gehalten wird. Die im weiteren Hochschaltungsablauf auftreten den Momentenschwankungen können durch die für jeden neuen Schaltvorgang starr vorgegebene und zeitlich abhängige weitere Steuerdruckabsenkung des wegzuschaltenden Schaltgliedes nicht komfortabel kompensiert werden.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren zur Verbesserung der Arbeitsweise eines gattungsgemäßen Getriebes vorzuschlagen, mit dem -vorzugsweise während des Hochschaltvorganges der Schaltkomfort weiter verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine eigenständige Alternative zu diesem Verfahren ist in dem Patentanspruch 2 offenbart. Weiterbildun gen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein weitge hend ruckfreier Schaltvorgang in einem gattungsgemäßen Getrie be in allen Fahrsituationen nur dann erreichbar ist, wenn ab kehrend von bisherigen starren und/oder adaptiven Getriebe steuerungsprogrammen, wie sie etwa in der US-PS 4,969,098 vor gestellt sind, die Wegschaltung des Schaltgliedes des vorheri gen Ganges kontinuierlich geregelt wird. Dazu wird erfindungs gemäß vorgeschlagen, daß das neu hinzuzuschaltende Schaltglied mit einem frei wählbaren Betätigungsdruckanstieg zugeschaltet wird und daß das wegzuschaltende Schaltglied bei absinkendem Abtriebsmoment durch Regelung seines Schaltdruckes so lange kontinuierlich an seiner Rutschgrenze gehalten wird, bis das anliegende Moment und die Momentenübertragungskapazität dieses Schaltgliedes gleichzeitig bis auf Null abgefallen sind. Mit gleichem Ergebnis wäre es möglich, den Druckabfall stattdessen am wegzuschaltenden Schaltglied frei zu wählen und den Druck am zuzuschaltenden Schaltglied so zu regeln, daß das wegzu schaltende Schaltglied bei absinkendem Abtriebsmoment so lange kontinuierlich an seiner Rutschgrenze gehalten wird, bis das anliegende Moment und die Momentenübertragungskapazität dieses Schaltgliedes gleichzeitig bis auf Null abgefallen sind. Durch diese Erfindung wird das schaltkomfortkritische Problem ge löst, daß das wegzuschaltende Schaltelement genau zu dem Zeit punkt abzuschalten ist, in dem sich die Momentenrichtung an diesem Schaltglied umkehrt und das Abtriebsmoment das Niveau des neuen Ganges erreicht hat.

Welches der beiden in den Patentansprüchen 1 und 2 genannten Regelungsverfahren für den jeweiligen Hochschaltvorgang ge wählt wird, hängt letztlich von der Qualität der Regelstrecke ab, d. h. von den Tot- und Verzögerungszeiten der jeweiligen Schaltelemente. So ist beispielsweise denkbar, daß in einem Automatikgetriebe beide Regelungsverfahren zur Anwendung ge langen und für die einzelnen Gangwechsel, beispielsweise für den Hochschaltvorgang vom ersten in den zweiten Gang oder vom zweiten in den dritten Gang, die beiden unterschiedlichen Re gelungsverfahren sinnvoll anwendbar sind.

Der frei vorwählbare Betätigungsdruckanstieg für das zuzu schaltende Schaltglied sowie der frei wählbare Betätigungs druckabfall für das wegzuschaltende Schaltglied sind vorzugs weise im Computer in Form von Zeit-/Schaltdruckkennfeldern ab gelegt und werden nach diesen gesteuert.

Dieser Computer ermittelt auch die Rutschgrenze des wegzu schaltenden Schaltgliedes anhand Drehzahlinformationen von ei nem oder mehreren Getriebebauteilen (z. B. Sonnenrad und/oder Ringraddrehzahlsensor).

Der zeitliche Ablauf der Regelung des wegzuschaltenden Schalt gliedes läßt sich mit Hilfe der der Beschreibung beigefügten Zeichnung näher erläutern. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf des Modu latorstroms I für die elektro hydraulischen Ventile der Schalt glieder B und K,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Schalt glieddruckes dieser Schaltglieder,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des von den Schaltgliedern B und K über tragenen und maximal übertragbaren Momentes, normiert gegenüber dem Antriebsmoment am Planetengetriebe eingang,

Fig. 4 den Schlupf des wegzuschaltenden Schaltgliedes als Funktion von der Zeit,

Fig. 5 den Abtriebswellendrehmomentenver lauf des Getriebes über die Zeit sowie

Fig. 6 die normierte Antriebswellendrehzahl, die normierte Abtriebswellendrehzahl sowie die normierte Drehzahl der gro ßen Planetengetriebesonne in Abhän gigkeit von der Zeit.

Die in diesen Figuren dargestellten Zusammenhänge betreffen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das wegzuschaltende Schalt glied eine Getriebebremse B und das hinzuzuschaltende Schalt glied eine Getriebekupplung K ist. Gemäß Fig. 1 beginnt der Schaltvorgang im Zeitpunkt t₀, in dem der Modulatorstrom I_B für das elektrohydraulische Ventil des wegzuschaltenden Schaltgliedes B abgesenkt wird. Im gleichen Zeitpunkt t₀ wird der Modulatorstrom I_K für das elektrohydraulische Ventil des zuzuschaltenden Schaltgliedes K angehoben. Während der Modula torstrom I_B im Zeitpunkt t₁ ganz ausgeschaltet ist, wird der Modulatorstrom I_K für das zuzuschaltende Schaltglied noch ge ringfügig über den Zeitpunkt t₁ hinaus bis zum Zeitpunkt t₂ angehoben, um den Druckaufbau im zuzuschaltenden Schaltglied zu vervollständigen. Demnach ergibt sich der in der Fig. 2 dargestellte Verlauf des Schaltglieddruckes P_B der wegzuschal tenden Getriebebremse B sowie der Schaltglieddruck P_K der zu zuschaltenden Getriebekupplung K. Der Gradient für den Druck anstieg und Druckabfall der beteiligten Schaltglieder ergibt sich aus dem gewünschten Zeitintervall t₀-t₁, wobei die Pha se für den Druckanstieg des zuzuschaltenden Schaltgliedes noch geringfügig über den Zeitpunkt t₁ hinaus bis zum Zeitpunkt t₂ verlängert werden kann.

Um nun einen möglichst harmonischen Abtriebswellendrehmomen tenverlauf über die Zeit zu erreichen, wie er für dieses Aus führungsbeispiel in Fig. 5 dargestellt ist, ist es nötig, die Momentenübertragungskapazität der wegzuschaltenden Getriebe bremse B kontinuierlich zu vermindern, so daß sie genau in dem Zeitpunkt zu Null wird, in dem das bei ihr anliegende Drehmo ment zu Null wird. Da dieses Drehmoment anschließend dem Be trag nach wieder ansteigt, also nur ein Nulldurchgang mit Vor zeichenwechsel aufweist, ist das genaue Einhalten des richti gen Zeitpunktes zum Abschalten dieser Getriebebremse B schwie rig. Ein zu frühes oder zu spätes Abschalten verschlechtert die Schaltqualität drastisch, da es zum Ausbrechen der Motor drehzahl oder zu starken Einbrüchen im Abtriebsdrehmoment führt. Da auch im ungünstigsten Toleranzfall ein Ausbrechen des Motors verhindert werden muß, liegt bei einer reinen Zeit steuerung für den größten Teil der Getriebe nach dem Stand der Technik der Abschaltpunkt für das wegzuschaltende Schaltglied zu spät.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die Regelung der Momentenübertragungskapazität des wegzuschaltenden Schaltglie des über den Modulatorstrom I_B und damit über den Schaltglied druck P_B eine Verbesserung geschaffen, indem an dem wegzu schaltenden Schaltglied eine geringe Kriechdrehzahl (von bei spielsweise 50 U/min) eingeregelt wird und dadurch die Momen tenübertragungskapazität selbsttätig immer genau mit dem an liegenden Moment übereinstimmt. Zudem wird dadurch erreicht, daß die Momentenübertragungskapazität _B genau in dem Zeit punkt t₁ zu Null wird, in dem auch das von diesem Schaltglied übertragene Moment M_B Null erreicht (Fig. 3). Während dieses Regelungszeitraumes t₀-t₁ kann der Schlupf Δn am wegzuschal tenden Schaltglied B, wie in Fig. 4 beispielhaft dargestellt, gemessen werden.

Bei einer Laständerung während des Hochschaltvorganges wird in Abhängigkeit von der gemessenen zusätzlichen Last der Modula torstrom für die an der Schaltung beteiligten Glieder entspre chend korrigiert. Während also der Modulatorstrom I_B für das elektrohydraulische Ventil am wegzuschaltenden Schaltglied B während des Hochschaltvorganges so geregelt wird, daß das weg zuschaltende Schaltglied sich ständig an seiner Rutschgrenze befindet, wird der Modulatorstrom I_K des zuzuschaltenden Schaltgliedes K nach einem frei vorwählbaren und im Getriebe computer abgespeicherten Stromverlauf über die Zeit angesteu ert (Fig. 1).

Zur Regelung des Modulatorstroms I_B des wegzuschaltenden Schaltgliedes B wird die Sonnenrad- und/oder Ringraddreh zahl n_s des Planetengetriebes ständig gemessen. Dabei wird als Regelbedingung vorgegeben, daß die Sonnenrad- oder Ringradbe schleunigung einerseits so klein wie möglich gehalten wird, um die Regelausschläge möglichst gering zu halten, andererseits aber so groß wie nötig gehalten wird, um die Solldrehzahl noch in der verbleibenden Zeit bis zum Abschaltzeitpunkt zu errei chen. Fig. 6 zeigt, daß durch den Regelungseinfluß die Sonnen raddrehzahl n_s im Zeitintervall t₀-t₁ um Null schwingt.

Analog zum Regelungsverfahren gemäß des Patentanspruchs 1 er folgt die Regelung des hinzuzuschaltenden Schaltgliedes gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2. Auch hier wird das wegzu schaltende Schaltglied B bei abfallendem Drehmoment an seiner Rutschgrenze gehalten, während der Druckabfall an dieser Kupp lungsbremse vorgegeben ist und der Druckanstieg an dem zuzu schaltenden Schaltglied der Getriebekupplung K geregelt wird.

Während in dem Zeitintervall t₀-t₁ das Abtriebsdrehmoment M_ab des Getriebes eine Veränderung erfahren hat (Fig. 5), ist die normierte Abtriebswellendrehzahl n_ab und die normierte Ge triebeeingangsdrehzahl n_an konstant geblieben. Ab dem Zeit punkt t₁ beginnt die normierte Getriebeeingangsdrehzahl n_an abzusinken und das Getriebeabtriebsmoment wird nur durch den Druck im zuzuschaltenden Schaltglied bestimmt. In dieser Phase der absinkenden normierten Getriebeeingangsdrehzahl n_an und dem Anstieg der normierten Sonnenraddrehzahl n_s können die Vollgas- und die meisten Teillastschaltungen so ablaufen, wie in den Fig. 1 bis 6 dargestellt. Bei Schaltungen in der Nähe von Nullgas und bei Schaltungen mit hoher Motordrehzahl ist allerdings kein Motormanagement mehr möglich, da die Motorlei stung bereits sehr klein ist. Um hier auf akzeptable Schalt zeiten zu kommen, muß der Druck P_K in dem zuzuschaltenden Schaltglied K deutlich höher liegen als in Fig. 2 für den Zeitpunkt t₁ angegeben.

Bezugszeichenliste

B wegzuschaltendes Schaltglied
K zuzuschaltendes Schaltglied
I_B Modulatorstrom für das elektrohydraulische Ventil des wegzuschaltenden Schaltgliedes B
I_K Modulatorstrom für das elektrohydraulische Ventil des zuzuschaltenden Schaltgliedes K
t Zeit
P_B Schaltglieddruck
P_K Schaltglieddruck
M_K übertragenes Moment des zuzuschaltenden Schaltgliedes
M_B übertragenes Moment des wegzuschaltenden Schaltgliedes
_K maximal übertragbares Moment des zuzuschaltenden Schaltgliedes
_B maximal übertragbares Moment des wegzuschaltenden Schaltgliedes
Δn Schlupf des wegzuschaltenden Schaltgliedes B
M_ab Abtriebswellendrehmoment
n_an Abtriebswellendrehzahl
n_ab Abtriebswellendrehzahl
n_s Sonnenraddrehzahl

Claims

1. Verfahren zur Steuerung und Regelung des Hochschaltvorgan ges in einem automatischen Getriebe, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeuggetriebe, welches ein in einem Getriebege häuse angeordneten Planetengetriebesatz aufweist, über ei ne Getriebeeingangs- und eine Getriebeausgangswelle sowie über elektrohydraulische Ventile zur Betätigung von Ge triebeschaltgliedern wie Kupplungen und Bremsen verfügt, das mit einem Steuerungs- und Regelungscomputer für das Getriebe verbunden ist, der über Meß- und Steuerleitungen mit den elektrohydraulischen Ventilen, mit Sensoren für die Motordrehzahl, für die Drehzahlen einer oder mehrerer Komponenten des Planetengetriebes sowie mit Sensoren für die Fahrgeschwindigkeit, den Drosselklappenwinkel oder die Fahrpedalstellung und für die Stellung des Getriebewahl schalthebels in Verbindung steht, bei dem zur Durchführung eines Hochschaltvorganges der Computer die elektrohydrau lischen Ventile der an der Schaltung beteiligten Schalt glieder derart ansteuert, daß der Schaltdruck des wegzu schaltenden Schaltgliedes abgesenkt wird und der Schalt druck des zuzuschaltenden Schaltgliedes angehoben wird, wobei zu Beginn eines Hochschaltvorganges der Schaltdruck und damit die Momentenübertragungskapazität des wegzu schaltenden Schaltgliedes bis an dessen Rutschgrenze abge senkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das neu hinzuzu schaltende Schaltglied mit frei wählbarem Betätigungs druckanstieg zugeschaltet wird und daß das wegzuschaltende Schaltglied bei absinkendem Antriebsdrehmoment durch Rege lung seines Schaltdrucks so lange kontinuierlich an seiner Rutschgrenze gehalten wird, bis das anliegende Moment und die Momentenübertragungskapazität dieses Schaltgliedes gleichzeitig bis auf Null abgefallen sind.

2. Verfahren zur Steuerung und Regelung des Hochschaltvorgan ges in einem automatischen Getriebe, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeuggetriebe, welches ein in einem Getriebegehäu se angeordneten Planetengetriebesatz aufweist, über eine Getriebeeingangs- und eine Getriebeausgangswelle sowie über elektrohydraulische Ventile zur Betätigung von Ge triebeschaltgliedern wie Kupplungen und Bremsen verfügt, das mit einem Steuerungs- und Regelungscomputer für das Getriebe verbunden ist, der über Meß- und Steuerleitungen mit den elektrohydraulischen Ventilen, mit Sensoren für die Motordrehzahl, für die Drehzahlen einer oder mehrerer Komponenten des Planetengetriebes sowie mit Sensoren für die Fahrgeschwindigkeit, den Drosselklappenwinkel oder die Fahrpedalstellung und für die Stellung des Getriebewahl schalthebels in Verbindung steht, bei dem zur Durchführung eines Hochschaltvorganges der Computer die elektrohydrau lischen Ventile der an der Schaltung beteiligten Schalt glieder derart ansteuert, daß der Schaltdruck des wegzu schaltenden Schaltgliedes abgesenkt wird und der Schalt druck des zuzuschaltenden Schaltgliedes angehoben wird, wobei zu Beginn eines Hochschaltvorganges der Schaltdruck und damit die Momentenübertragungskapazität des wegzu schaltenden Schaltgliedes bis an dessen Rutschgrenze abge senkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das wegzuschalten de Schaltglied mit frei vorwählbarem Betätigungsdruckab fall weggeschaltet wird und daß der Betätigungsdruckan stieg am hinzuzuschaltenden Schaltglied so geregelt wird, daß das wegzuschaltende Schaltglied bei absinkendem An triebsdrehmoment so lange kontinuierlich an seiner Rutsch grenze gehalten wird, bis das anliegende Moment und die Momentenübertragungskapazität dieses Schaltgliedes gleich zeitig bis auf Null abgefallen sind.

3. Verfahren zur Steuerung und Regelung des Hochschaltvorgan ges in einem automatischen Getriebe, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeuggetriebe, gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung unterschiedlicher Hochschaltgangwechselvorgänge im glei chen Automatikgetriebe jeweils die Verfahren nach den Pa tentansprüchen 1 und/oder 2 genutzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der frei vorwählbare Betätigungsdruck für das hinzuzuschaltende Schaltglied mittels eines im Getrie becomputer abgespeicherten Zeit-/Zuschaltdruckkennfeldes gesteuert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der frei vorwählbare Betätigungsdruckabfall für das wegzuschaltende Schaltglied mittels eines im Ge triebecomputer abgespeicherten Zeit-/Wegschaltdruckkenn feldes gesteuert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sonnenrad- und/oder Ringraddrehzahl zur Feststellung der Rutschgrenze des wegzuschaltenden Schalt gliedes verwendet wird.