DE4337957C2 - Schalteinrichtung für ein Getriebe - Google Patents

Schalteinrichtung für ein Getriebe

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Schalteinrichtung ist bekannt aus der DE 36 21 674 A1. Dort wird zur Verbesserung der Fahrweise für Fahr­ zeuge mit automatisch schaltenden Getrieben vorgeschlagen, die Schaltung der einzelnen Getriebegänge zusätzlich auch in Abhän­ gigkeit von der zeitlichen Veränderung der Betätigung eines Lei­ stungsstellgliedes, beispielsweise eines Gaspedals oder einer Drosselklappe, vorzunehmen. Erfinderseitige Untersuchungen haben nun ergeben, daß ein nicht zu vernachlässigender Anteil von Fahrzeugbedienern teilweise aus Nervosität dazu neigt, das Gas­ pedal zu betätigen, obwohl weder eine Erhöhung der Fahrzeugge­ schwindigkeit noch eine Änderung des in dem Getriebe eingestell­ ten Übersetzungsverhältnisses gewünscht wird. Ein derartiges Fahrerverhalten ist insbesondere für Schalteinrichtungen proble­ matisch, bei denen die Betätigung des Gaspedals meßtechnisch erfaßt wird, um das Übersetzungsverhalten des Getriebes fahrer­ spezifisch durch Umschaltung auf bestimmte Kennlinien zu ver­ ändern. Eine solche, ebenfalls als gattungsbildend anzusehende Schalteinrichtung ist bekannt aus der EP 0 406 615 A2. Mit Hilfe der dort beschriebenen Schalteinrichtung ist es nicht möglich, sehr nervöse Fahrer von sportlichen Fahrern zu unterscheiden.
Schließlich ist aus der DE 39 41 999 A1 eine Schalteinrichtung bekannt, wobei mit Hilfe eines bestimmten Algorithmus eine mittlere Gaspedalstellung, eine mittlere Gaspedalgeschwindigkeit und eine mittlere Abweichung der Gaspedalstellung von bestimmten Werten, die für eine konstante Fahrgeschwindigkeit in der Ebene mit fahrzeugspezifischen Konstanten abgespeichert sind, ein Faktor bestimmt wird, mit dessen Hilfe wiederum eine entsprechende Schaltkennlinie bzw. ein Schaltkennfeld herangezogen wird, aufgrund dessen dann die Steuerung des automatischen Getriebes erfolgt. Bei dieser bekannten Schalteinrichtung, von der die Erfindung ausgeht, wird folglich in Abhängigkeit von der Betätigung eines Leistungsstellgliedes das Übersetzungsverhalten des Getriebes beeinflusst, nämlich verändert, allerdings ist diese bekannte Schalteinrichtung noch nicht optimal ausgebildet. Es kann nämlich vorkommen, daß - wie bereits eingangs erläutert - der Fahrer aufgrund seiner Nervosität das Gaspedal entsprechend oft berührt und damit unterschiedlich oft niederdrückt bzw. wieder hochschwenken läßt. Diese "nervöse Betätigung" des Gaspedals fließt bei der Veränderung des Übersetzungsverhalten des Getriebes bei der bekannten Schalteinrichtung mit ein, was nicht ganz optimal ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, gattungsgemäße Schalteinrichtungen so weiterzubilden, daß nervös bedingte Betätigungen eines dem Antriebsmotor zugeordneten Leistungs­ stellgliedes sicher identifiziert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Wei­ terbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird also über eine geeignete Sensoreinrichtung dem Steuergerät der Schalteinrichtung gemeldet, wie häufig in­ nerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit bei der Betätigung des Leistungsstellgliedes ein Richtungswechsel erfolgt. Überschrei­ tet diese so festgestellte Häufigkeit einen bestimmten vorgege­ benen Grenzwert, unterbleibt eine Veränderung des Getriebeüber­ setzungsverhaltens. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann bei sehr nervösen Fahrern sogar eine Kennfeldumschaltung in Richtung wirtschaftliche Betriebsweise erfolgen.
Zur Vermeidung von Mißverständnissen wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Änderung eines Übersetzungsverhält­ nisses einem Gangwechsel entspricht und die Veränderung des Übersetzungsverhaltens sich auf eine ganz bestimmte Charakte­ ristik bezieht, nach der die Umschaltung einzelner Getriebegänge erfolgt. Die Auswertung der Vorzeichenwechsel bei der Betätigung des Leistungsstellgliedes betrifft also nicht unmittelbar einen Gangwechsel, sondern nur einen Wechsel der Übersetzungscharakte­ ristik.
Die Schalteinrichtung gemäß Anspruch 1 läßt sich in vorteilhaf­ ter Weise besonders gut mit konventionellen Schalteinrichtungen kombinieren, bei denen die Betätigung des Leistungsstellgliedes, die Fahrzeuggeschwindigkeit und der jeweils aktuell eingelegte Gang in ein Schaltkennfeld eingelesen werden, nach dessen Maßga­ be dann ein Umschaltpunkt für eine Rück- oder Hochschaltung festgelegt wird. Es ist beispielsweise aus der zuvor schon genannten EP-0 406 615 A2 bekannt, zwischen verschiedenen Schaltcharakteristiken fahrsituationsabhängig hin- und herzu­ schalten. Eine solche Umschaltung ist aber immer nur gestuft möglich. Mittels der in den Ansprüchen 7 bis 12 umschriebenen Weiterbildungen der Erfindung kann jedoch eine gleitende Verände­ rung der Umschaltcharakteristik erzielt werden. Auf diese Weise kann den individuellen Fahrerwünschen und der jeweiligen Fahr­ situation in höchstem Maße Rechnung getragen werden.
Ein großer Vorteil gerade auch dieser Weiterbildung der Erfin­ dung ist darin zu sehen, daß ohne großen apparativen Aufwand die Funktion bereits auf dem Markt befindlicher Getriebe deutlich verbessert werden kann. Es kann auf sämtliche bereits vorhandene Sensoreinrichtungen zurückgegriffen werden; lediglich in dem Steuergerät sind steuerungstechnische Änderung vorzunehmen, die sich jedoch baulich nicht auswirken.
Hervorzuheben ist auch, daß ein hohes Maß an Variabilität durch Verknüpfung bestimmter Zustandsgrößen nach den Regeln der Fuzzy- Logik erreichbar ist. Eine derartig ausgebildete Schalteinrich­ tung beschreibt der Patentanspruch 8.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Einsatz einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung in einem Fahrzeug,
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur gleitenden Schaltpunkt­ ermittlung mit Hilfe der Fuzzy-Logik und
Fig. 3 bis 7 Klassenzugehörigkeiten für verschiedene Zustandsgrößen und Schaltkenngrößen.
Man erkennt in Fig. 1 einen Antriebsmotor 1, der über einen Drehmomentwandler 2 mit einem als Vierganggetriebe ausgebildeten Geschwindigkeitswechselgetriebe 3 verbunden ist. In diesem befinden sich hier Bremsen B1 und B2 sowie Kupplungen K1, K2 und K3, die in Abhängigkeit von Signalen eines Steuergerätes 4 zur Schaltung der verschiedenen Gänge des Geschwindigkeitswechsel­ getriebes 3 jeweils zu- und abschaltbar sind. Über eine Ab­ triebswelle 5, ein nachgeschaltetes Ausgleichsgetriebe 6 und Räder 7, 8 wird die Leistung des Antriebsmotors 1 auf die Straße übertragen. Das Steuergerät 4 ist mit Drehzahlsensoren 9 und 10 verbunden und erhält außerdem Signale von einer einer Drossel­ klappe 11 zugeordneten Sensoreinrichtung 12. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 11 wird durch die Betätigung eines Fahrpedals 13 bestimmt. Denkbar wäre auch eine Zuordnung der Sensoreinrich­ tung 12 zum Gaspedal 13. Die Signale der Sensoreinrichtung 12 werden einmal direkt und einerseits über ein Differenzierglied 14.1 und einen nachgeschalteten Tiefpaßfilter (TF) 14.2 sowie andererseits über eine Auswerte-Einheit 14.3 dem Steuergerät 4 zugeführt. Durch die Auswerte-Einheit 14.3 kann festgestellt werden, wie häufig innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit Richtungswechsel bei der Betätigung des Gaspedals 13 und somit der Drosselklappe 11 erfolgen. Innerhalb des Steuergerätes 4 werden die von den verschiedenen Sensoren gemeldeten Signale durch eine Rechnereinheit 15 verarbeitet. Von besonderer Bedeu­ tung im Hinblick auf eine Weiterbildung der Erfindung sind noch ein auf sportliche Fahrweise ausgerichtetes Kennfeld 16 und ein auf Treibstoffersparnis abzielendes Kennfeld 17, die in dem Steuergerät 4 abgelegt sind.
Wird nun während des Betriebes der Schalteinrichtung durch die Auswerte-Einheit 14.3 dem Steuergerät 4 signalisiert, daß bei­ spielsweise innerhalb von 2 Sekunden mehr als 10 Richtungs­ wechsel bei der Gaspedalbetätigung erfolgten, unterbleibt eine Änderung der Umschaltung von der Kennlinie 17 auf die Kennlinie 16. Da in der Regel nervös bedingte Gaspedalbetätigungen mit hohen Betätigungsgeschwindigkeiten einhergehen, würde bei den ohne die Auswerte-Einheit 14.3 ausgerüsteten, gattungsgemäßen Schalteinrichtungen eine Umschaltung von dem Kennfeld 17 auf das Kennfeld 16 erfolgen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Größe des für die Richtungswechsel maßgeblichen Zeitfensters individuell für bestimmte Typen von Schalteinrich­ tungen festzulegen ist und nicht auf die oben genannten 2 Sekunden beschränkt ist.
Mit Hilfe des in der Fig. 2 dargestellten Blockschaltbilds soll eine besonders vorteilhafte Betriebsweise der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung näher erläutert werden. Der Grundgedanke die­ ser Weiterbildung besteht darin, eine die jeweilige Fahrsitua­ tion repräsentierende Größe mit Schaltkriterien aus einem kon­ ventionellen Schaltkennfeld zu koppeln. Zu diesem Zweck werden in einem mit 18 bezeichneten ersten Block in der Rechnereinheit 15 nach den Regeln der Fuzzy-Logik folgende Größen miteinander verknüpft: Öffnungswinkel α der Drosselklappe 11, tiefpaßgefil­ terte Drosselklappengeschwindigkeit α, Anzahl der Vorzeichen­ wechsel pro Zeiteinheit bei der Betätigungsgeschwindigkeit der Drosselklappe 11 und eine erste Schaltkenngröße SK(t - 1). Diese erste Schaltkenngröße ist in einem hier nicht weiter darge­ stellten Speicher abgelegt. Eingespeichert werden können Schalt­ kenngrößen aus zurückliegenden Betriebszeiten. Der Anfangswert für diese erste Schaltkenngröße bei der Inbetriebnahme der Schalteinrichtung kann entweder durch das Steuergerät 4 fest vorgegeben werden oder aber auf einen Wert zurückgehen, der beim Abstellen des Fahrzeugs zuletzt als zweite Schaltkenngröße SK(t) festgehalten wurde.
In den Fig. 3 bis 6 ist die Definition von Klassenzugehörig­ keiten für die oben genannten Zustands- und Schaltkenngrößen dargestellt. So gehört in Fig. 3 beispielsweise ein Öffnungs­ winkel α1 mit einer Klassenzugehörigkeitsgrad K1 zur Klasse "RAND" und mit einem Klassenzugehörigkeitsgrad K2 = 1 zur Klasse "NORMAL". Gemäß Fig. 4 gehört eine tiefpaßgefilterte Drossel­ klappengeschwindigkeit vom Betrage α1 mit einem Klassenzuge­ hörigkeitsgrad K3 zur Klasse "SPORTLICH" und einen Klassenzuge­ hörigkeitsgrad K4 zur Klasse "RUHIG". In entsprechender Weise ergeben sich für eine erste Schaltkenngröße SK(t - 1)1, eine zweite Schaltkenngröße SK(t)1 und eine Vorzeichenwechselhäufig­ keit N1 Klassenzugehörigkeitsgrade K5 und K6, K7 und K8 sowie K9 und K10 (siehe Fig. 5 und 7). Unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Klassenzugehörigkeiten wird dann für einen Regelzyklus ein bestimmter Wert für die zweite Schaltkenngröße SK(t) bestimmt.
In einem mit 19 bezeichneten zweiten Block wird parallel zur Er­ mittlung der zweiten Schaltkenngröße SK(t) unter Berücksichti­ gung der von den Sensoren 12 und 10 gelieferten Signale für den aktuellen Öffnungswinkel α der Drosselklappe und die Fahrzeugge­ schwindigkeit v auf der Grundlage eines konventionellen Schalt­ kennfeldes festgelegt, bei welchen Grenzgeschwindigkeiten vH Hochschaltungen und vR Rückschaltungen erfolgen. Dabei ergeben sich für das Kennfeld 16 als dritte Schaltkenngrößen die Grenz­ geschwindigkeiten vHS oder vRS und dementsprechend für das Kenn­ feld 17 vHE oder vRE.
In einem dritten Block 20 wird dann gezeigt, wie durch die Rechnereinheit 15 die dritten Schaltkenngrößen vHS oder vRS bzw. vHE oder vRE mit der zweiten Schaltkenngröße SK(t) zur Bestimmung einer vierten Schaltkenngröße vGH bzw. vGR verknüpft werden. Diese Verknüpfung kann in der Weise erfolgen, daß ein dem jeweiligen SK(t) entsprechender Zwischenwert bestimmt wird, der zwischen vHE und vHS für Hochschaltungen und vRE und vRS für Rückschaltungen liegt.
Schließlich wird in einem vierten Block 21 die aktuelle Fahrgeschwindigkeit v mit den vierten Schaltkenngrößen vGH und vGR verglichen. Für eine Fahrzeuggeschwindigkeit v zwischen diesen beiden Schaltkenngrößen erfolgt keine Gangschaltung; es gilt also für die Gangstufe G: G(t) = G(t - 1). Eine Unterschrei­ tung der Grenzgeschwindigkeit vGR führt zu einer Rückschaltung um x Gangstufen. In Vierganggetrieben kann im Extremfall der Wert für x den Betrag 3 annehmen. Entsprechend ergibt sich für eine Überschreitung vor vGH eine Hochschaltung, so daß gilt
G(t) = G(t - 1) + x.
Mit einer Betriebsweise der Schalteinrichtung gemäß Fig. 2 kann also für die zweite Schaltkenngröße SK(t) ein beliebiger Wert zwi­ schen 0 und 1 eingestellt werden. Auf diese Weise ist es mög­ lich, beliebige Grenzgeschwindigkeiten zwischen den durch die Kennfelder 16 und 17 vorgegebenen Grenzgeschwindigkeiten einzu­ stellen. Ein besonders gutes Betriebsverhalten der erfindungsge­ mäßen Schalteinrichtung ergibt sich besonders deshalb, weil ge­ mäß der in dem ersten Block 18 beschriebenen Verknüpfung prak­ tisch eine Rückführung der zweiten Schaltkenngröße SK(t) er­ folgt. Dadurch werden sprunghafte Änderungen des Übersetzungs­ verhaltens vermieden.
Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise die Auswerte-Einheit 14.3 auch so ausgeführt sein, daß lediglich der Vorzeichenwechsel beim Drosselklappen­ winkel α erfaßt wird. Die einwandfreie Identifizierung nervöser Fahrer kann auch in Schalteinrichtungen vorgesehen werden, die einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder einem automatisch schaltbaren Stirnradgetriebe zugeordnet sind.
Von den im ersten Block 18 angegebenen Größen müssen nicht alle durch Fuzzy-Logik miteinander verknüpft werden. Denkbar ist bei­ spielsweise, daß zwei Größen in einen herkömmlichen Kennfeld ab­ gelegt sind und mit Größen aus der Fuzzy-Logik kombiniert wer­ den. Durch solche Maßnahmen kann der Steuerungsaufwand insgesamt im Bedarfsfall verringert werden.
Wie bereits ausgeführt, bildet die tiefpaßgefilterte Drossel­ klappengeschwindigkeit eine wichtige Eingangsgröße für den Fuz­ zy-Regelkreis zur Bestimmung des Fahrertyps bzw. der Fahrsitua­ tion, die für das automatische Umschalten zwischen ECO- und SPORT-Schaltprogramm (16, 17) bei der Getriebe-Ansteuerung be­ nutzt wird (Fig. 2).
Die Bestimmung der Drosselklappengeschwindigkeit erfolgt durch Bildung des Differenzenquotienten aus dem vorliegenden Drossel­ klappensignal (Differenz der Drosselklappenstellung/­ Abtastzeit). Bei hohen Drosselklappenstellungen im Öffnungssinn ergeben sich Probleme, da bei weiterem Gasgeben in Richtung Vollgas nicht mehr genügend "Pedalweg" zur Verfügung steht, um eine nennenswerte Drosselklappengeschwindigkeit aufzubauen. Abhilfe schafft hierbei die Nutzung einer weiteren Eingangsgrö­ ße in Form einer "Drosselklappenbeschleunigung". Es handelt sich hierbei um den Quotienten aus Drosselklappengeschwindigkeit und Pedalweg, d. h. die jeweilige Drosselklappengeschwindigkeit wird bezogen auf den dabei zurückgelegten Drosselklappenwinkel. Dies führt bei kleinen Drosselklappengeschwindigkeiten bezogen auf einen kleinen Pedalweg (z. B. nahe Vollgas) zur gleichen Größe­ nordnung, wie bei großen Drosselklappengeschwindigkeiten bezogen auf einen großen Pedalweg. Somit ist diese neue Eingangsgröße im gesamten Stellbereich des Gaspedals auswertbar.

Claims (12)

1. Schalteinrichtung für ein Getriebe (3), das einem von einem Antriebsmo­ tor (1) angetriebenen Fahrzeug zugeordnet ist, mit einem Steuergerät (4), durch das in Abhängigkeit von einer Betätigung eines Leistungsstellglie­ des (Drosselklappe 11) ein Übersetzungsverhalten des Getriebes (3) ver­ änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (4) wenigs­ tens eine Auswerte-Einheit (14.3) zur Feststellung der Häufigkeit von Richtungswechseln pro vorgegebener Zeiteinheit bei der Betätigung des Leistungsstellgliedes (Drosselklappe 11) zugeordnet ist, und daß eine Veränderung des Übersetzungsverhaltens auch von der durch die Aus­ werte-Einheit (14.3) festgestellten Häufigkeit abhängig ist.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (4) wenigstens eine Sensoreneinrichtung (12) zur Feststel­ lung des Verstellweges bzw. Verstellwinkels des Leistungsstellgliedes (Drosselklappe 11) zugeordnet ist.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (4) wenigstens ein Differenzierglied (14.1) zur Feststel­ lung der Betätigungsgeschwindigkeit des Leistungsstellgliedes (Drossel­ klappe 11) zugeordnet ist.
4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzierglied (14.1) eine Tiefpaßfiltereinrichtung (14.2) nachgeordnet ist.
5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur zusätzlichen Veränderung des Übersetzungsverhaltens die jeweilige Fahrsituation repräsentierende zusätzliche Schaltkenngrö­ ßen bestimmbar und verknüpfbar sind.
6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schaltkenngröße (SK(t - 1)) zumindest vorübergehend in dem Steuergerät einspeicherbar ist.
7. Schalteinrichtung nach den Ansprüchen 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die durch die Sensoreinrichtung (12) festgestellten und durch die Auswerte-Einheit (14.3), das Differenzierglied (14.1) und den Tiefpaßfilter (14.2) festgestellten Zustandsgrößen sowie die erste Schaltkenngröße (SK(t - 1)) in dem Steuergerät (4) zu einer zweiten Schaltkenngröße (SK(t)) verknüpfbar sind.
8. Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuergerät (4) für die erfaßten und veränderten Zustandsgrößen und die erste Schaltkenngröße (SK(t - 1)) vorgegebene Klassencharakteristika ab­ gelegt sind, so daß entsprechend vorgegebener Verknüpfungsregeln je nach aktueller Klassenzugehörigkeit der Zustandsgrößen und der ersten Schaltkenngröße (SK(t - 1)) die zweite Schaltkenngröße (SK(t)) bestimm­ bar ist.
9. Schalteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der ersten Schaltkenngröße (SK(t - 1)) den Betrag des zeitlich zu­ letzt bestimmten Wertes der zweiten Schaltkenngröße (SK(t)) aufweist.
10. Schalteinrichtung nach Anspruch 7 mit einem Stufenwechselgetriebe und Sensoren zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit (10) und der eingelegten Gangstufe sowie wenigstens einem in dem Steuergerät (4) abgelegten Kennfeld (16, 17) zur Bestimmung von Umschaltpunkten mit­ tels Grenzgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Betätigung des Leis­ tungsstellgliedes (Drosselklappe 11), der Fahrzeuggeschwindigkeit und der jeweils eingelegten Gangstufe, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuergerät (4) eine den jeweiligen Umschaltpunkt repräsentierende dritte Schaltkenngröße (vHE, vRE, vHS, vRS) mit der zweiten Schaltkenn­ größe (SK(t)) zur Erzeugung einer vierten Schaltkenngröße (vGh, vGR) verknüpfbar ist.
11. Schalteinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Be­ triebsweise, gemäß der eine Gangrückschaltung immer dann erfolgt, wenn der Betrag der aktuellen Fahrgeschwindigkeit (v) einen durch eine vierte Schaltkenngröße (vGR) vorgegebenen ersten Grenzwert unter­ schreitet.
12. Schalteinrichtung flach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Be­ triebsweise, gemäß der eine Ganghochschaltung immer dann erfolgt, wenn der Betrag der aktuellen Fahrgeschwindigkeit (v) einen durch eine vierte Schaltkenngröße (vGH) vorgegebenen zweiten Grenzwert über­ schreitet.
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