DE4446090A1

DE4446090A1 - Verfahren und Anordnung für automatische und mit der Schwingung im Antriebsstrang synchronisierte Schaltvorgänge bei Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4446090A1
Application number: DE4446090A
Authority: DE
Inventors: Lars-Gunnar Hedstroem; Roger Andersson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2014-12-23
Also published as: DE4446090B4; SE502157C2; SE9304356L; SE9304356D0

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Motorregelung (Motormanage ment) von Getriebe-Schaltvorgängen für einen Ablauf dieser Schaltvorgänge synchron mit einem im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen festgestellten Schwingungszustand von der im Oberbegriff zu Anspruch 1 angegebenen Art sowie auf eine für die Durchführung des Verfahrens vorgesehene Anordnung von der im Oberbegriff zu Anspruch 9 angegebenen Art.

Stand der Technik

Bei automatisierter Schaltung mechanischer Getriebe in Kraftfahrzeugen ohne Kraftflußun terbrechung zwischen Motor und Getriebe durch Auskuppeln erfordert ein guter Schaltkomfort, daß im Getriebe ein annähernd momentloser Zahneingriff zwischen dem Zahnrad des auszulegenden Gangs und dem Zahnrad des neuen, einzulegenden Gangs vorliegt. In mehreren Lösungen wird angeführt, daß ein momentloser Zustand dadurch erhalten wird, daß die Kraftstoffmenge auf Null oder auf einen der Leerlauf-Kraftstoffmenge entsprechenden Wert abgeregelt wird. In diesen Fällen wird jedoch meistens kein tatsächli ches Nullmoment bei den Zahneingriffen erhalten, da die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit sich führen kann, daß eine solche Abregelung in einem negativen, bremsenden Moment beim Zahneingriff resultiert. Eine Leerlauf-Kraftstoffmenge kann, bei ausgekuppeltem Motor, eine Motordrehzahl von rund 1000/min ergeben, und die momentane Fahrzeuggesch windigkeit kann bei eingekuppelter Kupplung einer entschieden höheren Drehzahl entspre chen.

Ein weiteres Problem liegt insofern vor, als im Antriebsstrang, und hier vor allem bei der Gelenkwelle und den Antriebshalbwellen bis zu den Rädern, von Verteilergetrieben wie z. B. Ausgleichgetrieben überlagerte Schwingungen auftreten können. Diese Schwingungen können im Frequenzbereich 2-10 Hz liegen, wobei die auf niedrige Gänge bezogenen Schwingungen vorzugsweise im unteren Frequenzbereich um einige Hertz liegen.

Das Patent US 4713763 zum Beispiel beschreibt eine Lösung, bei der die Schwingung detektiert wird und bei der versucht wird, der detektierten Schwingung mit Motorregelung, Kraftstoff- oder Zündregulierung entgegenzuwirken. Das Schwingungsproblem tritt bei allen optimierten Antriebssträngen auf, bei denen für wirtschaftlichen Betrieb übermäßig steife Antriebsstränge und zusätzliche, unnötige Gewichtsbelastung des Fahrzeugs nicht erwünscht sind.

Die im Antriebsstrang auftretende überlagerte Schwingung beeinflußt auch den Momentzus tand bei den Zahneingriffen im Getriebe. Obwohl die Motorregelung auf einem solchen Niveau liegen kann, daß bei den Zahneingriffen ein praktisch momentfreier Zustand herrscht, wird das Moment bei den Zahneingriffen synchron mit der Schwingung zwischen positivem und negativem Moment wechseln.

Wenn eine automatisierte Schaltfunktion wirksam wird und einen Gang in dem Augenblick auslegt, wenn die Schwingung ihr Amplitudenmaximum hat, wird sich der Antriebsstrang wie eine gespannte Feder verhalten und die Zahneingriffe mit einem der Amplitude propor tionalen Moment belasten. Dieses Moment muß dann überwunden werden, damit sich der Gang auslegen läßt. Wenn dann der Gang ausgelegt ist, entspannt sich der durch die Schwingung unter Spannung stehende Antriebsstrang.

Dies hat einerseits nachteilige Wirkung auf den Schaltkomfort und die Geräuschentwicklung und kann somit als störend empfunden werden und kann andererseits das Auslegen des Gangs verzögern sowie unnötigen Verschleiß der Schaltungskomponenten verursachen.

Wenn die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme, die in Verbindung mit der Einleitung des Schaltvorgangs stattfindet, unabhängig von der überlagerten Schwingung eingeleitet wird, kann das negative Moment vom Motor die überlagerte Schwingung noch verstärken, wodurch das Auslegen des Gangs erschwert und das Einlegen des nächsten Gangs im ungünstigsten Fall während einer bestimmten Zeit blockiert werden.

Zweck der Erfindung

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, bei einer automatisierten Schaltung in Kraftfahrzeu gen mit vorzugsweise mechanischen Schrittgetrieben einen erhöhten Schaltkomfort bei minimaler Geräuscherzeugung zu erhalten.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, das Auslegen des Gangs bei geringstmögli cher Belastung und Beanspruchung der am Auslegen des jeweiligen Gangs beteiligten Servogeräte zu erleichtern. Bei niedrigen Gängen wird so eine erhebliche Steigerung des Schaltkomforts erzielt.

Ein zusätzlicher Zweck der Erfindung besteht darin, die Lebensdauer des Getriebes und der dazugehörenden Servogeräte sowie der restlichen Teile des Antriebsstrangs bis zu den Antriebsrädern zu verlängern.

Ein funktionsbezogener Zweck der Erfindung besteht darin, die Schaltzeiten auf ein Minimum zu vermindern, ohne daß der Schaltvorgang selbst Schwingungen induziert, die ein nachfolgendes Einlegen eines Gangs stören können. Dies führt zu besserer Steigfähigkeit und geringerer Gefahr, daß ein Gang uneingelegt bleibt, weil das System das Einlegen nicht in der verfügbaren Zeit bewirken kann.

Diese Zwecke erfüllt die Erfindung verfahrensbezogen durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 und anordnungsbezogen durch die im Kennzeichen von Anspruch 9 angegebenen Merkmale. Weitere, die Erfindung kennzeichnende Merkmale gehen aus den Unteransprü chen sowie aus nachstehender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor. Die Beschreibung nimmt Bezug auf die folgenden Figuren.

Verzeichnis der Figuren

Fig. 1 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Schaltsystems für mechanische Schrittgetriebe.

Fig. 2 zeigt in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknah me gleichzeitig eintrifft wie die überlagerte Schwingung ihr positives Amplitudenmaximum erreicht.

Fig. 3 zeigt in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknah me mit 90° Phasenverschiebung relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlagerten Schwingung eintrifft.

Fig. 4 zeigt in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknah me mit 150° Phasenverschiebung relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlager ten Schwingung eintrifft.

Fig. 5 zeigt in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknah me mit 180° Phasenverschiebung relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlager ten Schwingung eintrifft.

Fig. 6 zeigt in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknah me mit 270° Phasenverschiebung relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlager ten Schwingung eintrifft.

Fig. 7 zeigt in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknah me mit 360° Phasenverschiebung relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlager ten Schwingung eintrifft.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Schaltsystem für Überwachung und Steuerung einer computerunterstützten Schaltung von mechanischen Getrieben in Kraftfahrzeugen. Zum Antrieb des Fahrzeugs dient ein Verbrennungsmotor 40, vorzugsweise ein Dieselmotor, dessen Antriebsleistung über eine vom Fahrer zu betätigende Kupplung 41, ein mechanisches Schrittgetriebe 42 und eine Gelenkwelle 43 auf die Antriebsräder 44 des Fahrzeugs übertragen wird. Das Getriebe 43 weist vorzugsweise einen integrierten Retarder 48 auf, der den Antriebsstrang mit einer regelbaren Bremskraft beaufschlagen kann, was dem Zweck dient, ohne Benutzung der normalen Betriebsbremse des Fahrzeugs eine hohe Bremswirkung beim Fahrzeug zu erzeugen. Das im Ausführungsbeispiel vorgesehene Schaltsystem umfaßt ein manuell betätigtes Kupplungsservogerät für Start und Stopp, hat jedoch kein automatisches Kup plungsservogerät, aber die Erfindung kann auch bei Systemen mit automatisierter Kupplung zur Anwendung kommen. Das Schaltsystem bewirkt die Schaltvorgänge durch Regelung der Motordrehzahl und des Motordrehmoments beim Schaltvorgang sowie die Betätigung des Servogeräts, das den eingelegten Gang auslegt und den nächsten Gang einlegt, ohne die Kupplung 41 auszukuppeln. Dies stellt hohe Anforderungen an die Motorregelung und an die Drehzahlinformation, die das System benötigt, damit die Motorregelung ein momentfrei es Auslegen eines Gangs ermöglichen kann und damit nur durch die Motorregelung schnell eine Synchrondrehzahl für den nächsten Gang erhalten wird, der mit kürzest möglicher Momentunterbrechung im mechanischen Schrittgetriebe eingelegt werden soll.

Mechanische Schrittgetriebe, vorzugsweise mit oder ohne konventionelle Synchronisierein richtungen im Getriebe, sind in vieler Hinsicht eine entschieden vorteilhaftere Wahl als konventionelle hydraulische und ohne Momentunterbrechung schaltende Automatikgetriebe oder als mechanische Getriebe mit komplizierten Doppelkupplungen, die Schaltvorgänge ohne Momentunterbrechung ermöglichen sollen. Dies gilt vor allem in bezug auf die Betriebswirtschaftlichkeit, die Wartungskosten und die Anschaffungskosten. Wenn das Schrittgetriebe außerdem mit konventionellen Synchronisiereinrichtungen ausgestattet ist, wird auch eine erhöhte Betriebssicherheit erhalten, da ein manueller Schaltvorgang oder ein halbautomatischer Schaltvorgang, d. h. ein servogestütztes Auslegen und Einlegen von Gängen infolge eines fußbetätigten Auskuppelns unter Beibehaltung eines hohen Schaltkom forts stattfinden kann, falls die automatisierte Schaltfunktion aufgrund eines Systemfehlers ausgefallen sein sollte.

Das Schaltsystem umfaßt ein Steuergerät 12 mit Mikroprozessor, das über verschiedene Signalleitungen 36 mit den Steuergeräten 23 für das Kraftstoffsystem, 22 für das Retarder system und 24 für das Betriebsbremssystem verbunden ist. Die Signalleitungen übertragen verschiedene Signale an das Steuergerät 12 entsprechend den durch Pfeile dargestellten Signalen 1-11, 13-19, 21 und 59 in Fig. 1.

Das Steuergerät 12 empfängt folgende Eingangssignale:

- Signal 1 von Bremsprogrammschalter 27, der für Fußbetätigung durch den Fahrer angeord net ist. Der Bremsprogrammschalter beeinflußt die Retarderfunktion über das Steuergerät und außerdem, bei seiner Betätigung, die Schaltpunkte des Schaltsystems.
- Signal 2 vom Kupplungspedalschalter 30, der die Stellung des Kupplungspedals 28 erkennt.
- Signal 3 vom Fußbremspedal 29 des Fahrzeugs als Information über die Stellung des Bremspedals.
- Signal 4 vom Fahrtschreiber des Fahrzeugs, mit Sekundärinformation über die Geschwin digkeit des Fahrzeugs oder die Drehzahl der Gelenkwelle.
- Signal 5 vom Fahrpedal 31 des Fahrzeugs als Information über die momentane Stellung des Fahrpedals.
- Signal 7 vom Abgasbremsschalter 45, der im Armaturenbrett 32 angeordnet ist.
- Signal 8 vom Schalthebel 25 als Information über die vom Fahrer gewählte Betriebsart beim Schaltsystem, und zwar entweder Automatikbetrieb A, Neutralstellung N, manueller Betrieb M oder Rückwärtsfahrt R, sowie über etwaige vom Fahrer vorgenommene Korrektu ren des automatisch gewählten Gangs bei Automatik-Betriebsart A oder neuen Gangwahlen in einer der manuellen Betriebsarten N, M, R.
- Signal 9 vom Fahrprogramm-Wähler 26, mit dem der Fahrer z. B. das Ökonomieprogramm E (Economy) für wirtschaftlichsten Betrieb und sanfte Schaltvorgänge wählen kann oder das Bergfahrt-Programm H (Hill), dessen Schaltpunkte so festgelegt sind, daß die maximale Zugkraft erhalten wird und schnelle Schaltvorgänge den Vorrang vor Komfort und Geräus cherzeugung haben.
- Signal 11 vom Diagnoseschalter 35, mit dem ein im Programm des Steuergeräts integriertes Testprogramm für Wartungszwecke oder zur Fehlerortung mittels im Info-Feld 33 des Armaturenbretts 32 angezeigter Fehlermeldungen aktiviert werden kann.
- Signal 21 vom Retarder-Steuergerät 21, das die Schaltpunkte für die Aktivierungsdauer des Signals modifiziert, um hierdurch eine gesteigerte Motorbremswirkung sowie einen erhöhten Kühlflüssigkeitsdurchsatz zu erhalten.
- Signal 19 von einem ausgangsseitig am Getriebe 42 und vorzugsweise auf der Gelenkwelle 43 angeordneten Drehzahlgeber 46.
- Signal 18 von Quittierschaltern im Getriebe 42 als Information über den eingelegten Gang.
- Signal 16 von einem eingangsseitig am Getriebe 42 und vorzugsweise an der Kurbelwelle oder dem Schwungrad des Motors 40 angeordneten Drehzahlgeber 47.
- Signal 59 vom Temperaturgeber 49 als Information über die Temperatur der Kühlflüssig keit nach Verlassen des Retarders 48.

Das Steuergerät 12 steuert verschiedene Servogeräte oder bewirkt Anzeigen in Info-Feldern im Armaturenbrett 32 über folgende Ausgangssignale:

- Signal 6 an Info-Feld 33 im Armaturenbrett 32 zur Anzeige von Betriebsart (A-N-M-R) beim Schaltsystem, gegenwärtigem Gang, nächstem Gang, Fahrprogramm (E-H) sowie etwaiger Fehlercodes, Warnungen und Mitteilungen an den Fahrer.
- Signal 17 an verschiedene Magnetventile im Getriebe 42 zur Aktivierung von Servogeräten 37, so daß diese Schaltorgane zum Aus- bzw. Einlegen von Gängen betätigen.
- Signal 15 an Abgasbremse 58, die im Abgassystem des Motors angeordnet ist, so daß die Abgasbremse, zusätzlich zu ihrer Funktion als Zusatzbremse, zur schnellen Absenkung der Motordrehzahl auf eine Synchrondrehzahl vor allem beim Heraufschalten in einen Gang mit kleinerem Übersetzungsverhältnis aktiviert werden kann.

Das Steuergerät 12 kommuniziert außerdem im Dialogbetrieb, d. h. es sendet Ausgangssigna le an und erhält Eingangssignale von verschiedenen Steuergeräten über folgende Kommuni kationsleitungen:

- Kommunikationsleitung 10 an Diagnosebuchse 34, an die eine Diagnoseausrüstung angeschlossen werden kann, die eine Abfrage von Fehlercodes aus dem Steuergerät 12 sowie eine Funktionsprüfung des Steuergerät-Programms durchführen kann.
- Kommunikationsleitung 13 an Steuergerät 24 für Antiblockiersystem (ABS) und Antri ebsschlupfregelung (ASR) der Bremsanlage, wodurch das Steuergerät 24 u. a. Schaltvor gänge bei aktivierter ASR verhindern kann.
- Kommunikationsleitung 14 an Steuergerät 23 des Kraftstoffsystems; dieses Steuergerät 23 regelt über Kommunikationsleitung 20 die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzventilen des Verbrennungsmotors.

Vorstehend beschriebenes System gestattet bei A-Stellung des Schalthebels einen automatis chen Ablauf der Schaltvorgänge abhängig von detektierten Motorparametern wie Geschwin digkeit des Fahrzeugs, Motorbelastung und -drehzahl, der Ableitung von einem dieser oder einer Kombination von Fahrzeuggeschwindigkeit-Fahrpedalstellung-Motordrehzahl, gegebenenfalls voll niedergedrücktem Fahrpedal (sog. Kick-down-Stellung) sowie, ob ein Bremsvorgang stattfindet. Der Schaltvorgang erfolgt automatisch so, daß der optimale Kraftstoffverbrauch und die optimale Leistung erhalten werden.

Das Retarder-Steuergerät 22 umfaßt einen Handhebel 61, der vorzugsweise im Armaturen brett 32 angeordnet ist. Der Hebel hat sechs Einstellagen mit den Bezeichnungen 0 bis V. 0 ist die Ausgangsstellung, d. h. der Retarder 48 ist abgeschaltet. Die Stellungen I-II-III-IV-V entsprechen einer progressiven Erhöhung der Retarderbremsleistung mit folgenden Brems momenten: Stellung I-500 Nm, II-1000 Nm, III-1500 Nm, IV-2000 Nm und V- maximale Retarderbremsleistung von ca. 3000 Nm. Mit Stellung V für maximale Retarderb remsleistung wird zweckmäßigerweise auch ein Einschalten der Abgasbremse (EB) 58 des Fahrzeugs verbunden, die die auf die Antriebsräder des Fahrzeugs wirkende Bremsleistung noch zusätzlich verstärkt. Die Stellungen 0-V sind stabil, so daß der Hebel nach dem Loslassen in der jeweils gewählten Stellung verbleibt. Die Retarderfunktion wird jedoch immer abgeschaltet, sobald der Fahrer das Fahrpedal 31 des Fahrzeugs betätigt, aber die Bremswirkung des Retarders wird automatisch zugeschaltet, wenn das Fahrpedal losgelassen wird und der Hebel sich gleichzeitig in einer der Stellungen I-V befindet. Die Retarderfunk tion kann auch, abhängig von der Betätigung des Bremspedals oder eines Schieberschalters 63 am Hebel 61 zur Konstanthaltung der Geschwindigkeit (Geschwindigkeitsregelung) eingeschaltet werden. Die Bremsleistung des Retarders wird dann automatisch so eingere gelt, daß eine Beibehaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit angestrebt wird, indem die Bremsleistung bei Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit progressiv erhöht wird. Bei entsprechender Stellung der Taste 62 kann diese Funktion zur Konstanthaltung der Gesch windigkeit automatisch wirksam werden, sobald das Bremspedal 29 betätigt wird, und dann solange wirksam bleiben, wie das Fahrpedal danach nicht betätigt wird.

Die Erfindung eignet sich vorteilhaft für automatische Schaltvorgänge bei mechanischen Schrittgetrieben, bei denen die Schaltvorgänge ohne Auskuppeln der Kupplung 41 ablaufen. Die Erfindung kann auch bei Schaltvorgängen bei hydraulischen Automatikgetrieben angewendet werden, wobei jedoch die zu erzielenden Vorteile nicht gleichermaßen hervor treten, da das Schalten in der Hauptsache ohne Momentunterbrechung erfolgt und ein gewisser Schlupf im Schaltaugenblick vom Getriebe aufgenommen wird, wobei dieser Schlupf die eventuell im Antriebsstrang anstehende überlagerte Schwingung abgleicht.

Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 2-7 beschrieben, in denen in Diagrammform das bei einem Schaltvorgang in den Zahneingriffen vorliegende Moment erläutert wird. In den Diagrammen bezeichnen die X-Achse die Zeit T und die Y-Achse das Moment M in Skalenfaktoren von -1,00, entsprechend einem negativen Moment, bis 2,00, entsprechend einem positiven Moment bei den Zahneingriffen im Getriebe. Auf der Y-Achse wird auch die eingespritzte Kraftstoffmenge F angegeben, und zwar mit den gleichen Skalenfaktoren, wobei jedoch die Menge 0 nicht unterschritten werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Zustand, in dem die Eigenschwingung 70 im Antriebsstrang mit sich führt, daß das Moment in den Zahneingriffen wechselt. Die Eigenschwingung kann überlagert sein und auf eine aus Fig. 7 näher hervorgehende Weise zwischen den Skalenfaktoren +2,0 und +1,0 schwingen. Wenn die hauptsächliche Kraftstoffeinspritz-Rücknahme 80 synchron mit dem positiven Amplitudenmaximum der Schwingung eintrifft, setzt bei dem durch die Eigenschwingung positiv gespannten Antriebsstrang ein Spannungsabbau ein, und gleichzei tig wird das Drehmoment vom Motor reduziert, und diese beiden Vorgänge sorgen zusam menwirkend dafür, daß die Eigenschwingung 70 aufgehoben wird. Die Kraftstoffeinspritz- Rücknahme kann, wie aus Fig. 2 hervorgeht, durch einen primären Schritt 80 und einen sekundären Schritt 81 erfolgen. Der Hauptteil der Kraftstoffeinspritz-Rücknahme findet im Schritt 80 statt, und diese hat die größte Bedeutung für den Schwingungsverlauf. Die Aufteilung der Kraftstoffeinspritz-Rücknahme in zwei Schritte dient dem Zweck, daß die erste Rücknahme wirken können soll, d. h. daß die Kraftstoff-Einspritzventile von Kraftstoff entleert werden können sollen, bevor die letzte, feineingeregelte Kraftstoffeinspritz-Rücknah me einsetzt. Nach Abschluß der zweiten Kraftstoffeinspritz-Rücknahme 81, d. h. am Endpunkt 82, ist der Motor auf die Kraftstoffmenge abgeregelt, die ein 0-Moment in den Zahneingriffen ergeben soll, und darauf folgt ein Zeitraum 83 für das Auslegen des Gangs. Das Diagramm läßt jedoch erkennen, daß die überlagerte Eigenschwingung eine erhebliche negative Momenteinwirkung auf die Zahneingriffe hat, wobei die negative Amplitude dadurch beeinflußt worden ist, daß die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme gleichzeitig eingetrof fen ist, wie die Eigenschwingung ihr positives Amplitudenmaximum erreichte.

In Fig. 3 ist ein entsprechender Schwingungszustand dargestellt, bei dem jedoch die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme mit einer Phasenverschiebung von 90° nach dem positiven Amplitudenmaximum 71 der Eigenschwingung einsetzt. Verglichen mit dem Zustand gemäß Fig. 2 wird insofern nun eine beachtlich kleinere Amplitude bei der Eigenschwingung erhalten, als diese Amplitude weniger als 50% des Amplitudenmaximums beträgt, das vorliegt, wenn die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme zeitgleich mit dem positiven Amplituden maximum der Eigenschwingung gemäß Fig. 2 eintrifft. Im Zeitraum 83 herrschen bedeutend günstigere Bedingungen für ein Auslegen des eingelegten Gangs.

In Fig. 4 ist ein Schwingungszustand dargestellt, bei dem jedoch die Kraftstoffeinspritz- Rücknahme mit 150° Phasenverschiebung nach dem positiven Amplitudenmaximum 71 der Eigenschwingung beginnt. Bei dieser Phasenverschiebung wird die Eigenschwingung in einem derart großen Ausmaß gedämpft, daß sie das Auslegen bzw. Einlegen eines Gangs nicht nennenswert beeinflussen kann. Dem Diagramm zufolge hat sich die Amplitude der Eigenschwingung auf einen Skalenfaktor von +/- 0,12 verringert, was einer Dämpfung der Eigenschwingung von rund 90% entspricht. Im Zeitraum 83 hat die Eigenschwingung einen sehr geringen Gradienten, wodurch ein langer Zeitraum zur Verfügung steht, während dem ein Auslegen des Gangs stattfinden kann, ohne daß größere zunehmende Momentkräfte auftreten, die ein anschließendes Schalten erschweren oder sogar blockieren könnten. Da die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme synchron mit der Eigenschwingung stattfindet und diese abgleicht, kommt es auch nicht zur einer Entspannung des Antriebsstrangs und keinem damit verbundenem Momentimpuls, wenn der Gang ausgelegt wird. Hierdurch wird in dem unterbrochenen Antriebsstrang kein Schwingungszustand induziert, der das Einlegen eines neuen Gangs verhindern könnte, was z. B. beim Anfahren von Steilstrecken kritisch sein könnte.

In Fig. 5-7 sind Schwingungszustände dargestellt, bei denen die Kraftstoffeinspritz-Rücknah me mit 180°, 270° bzw. 360° Phasenverschiebung nach dem positiven Amplitudenmaximum 71 der Eigenschwingung beginnt. In Fig. 7 findet die Momentreduzierung in der gleichen Phasenlage statt wie in Fig. 2. Die Diagramme lassen erkennen, daß die Momentreduzierung am vorteilhaftesten bei einer bestimmten Phasenlage der Eigenschwingung erfolgt, um ein Abgleichen der Eigenschwingung zu ermöglichen.

Die Eigenschwingung 70, die typischerweise im Bereich von 2-10 Hz liegt, wird dadurch detektiert, daß das Steuergerät 12 Impulse von einem Drehzahlgeber und vorzugsweise dem Drehzahlgeber 46 auswertet. Die Drehzahlgeber liefern vorzugsweise mehrere Impulse je Umdrehung der abgetasteten Welle, wobei die Messung und Drehzahlerzeugung über nur zwei oder mehrere Impulse erfolgen kann, was bedeutet, daß sich die Welle nur wenige Grade einer vollen Umdrehung drehen muß. Bei der Schwingung handelt es sich um eine langwierig induzierte Schwingung, deren Frequenz in erster Linie von der Eigenfrequenz des Antriebsstrangs abhängt, und deren Amplitude sich mit gewisser Trägheit in der Hauptsache nur verändert, wenn sich die Fahrbahnbelastung oder das vom Motor kommende Antriebs moment verändern, während ein Gang eingelegt und die Kupplung 41 eingekuppelt ist. Das Steuergerät 12 kann durch Verarbeitung der Drehzahlimpulse vom Drehzahlgeber 46 die Frequenz, Phasenlage und Amplitude der überlagerten Schwingung feststellen.

Die Amplitude und die Phasenlage der überlagerten Schwingung lassen sich beispielsweise arithmetisch anhand der von der überlagerten Schwingung verursachten Drehzahlschwan kungen bestimmen, die z. B. zwischen 1300/min und 1320/min pendeln können. Die Amplitude kann im Fallbeispiel auf 10/min festgelegt werden, und wenn dann anhand der Drehzahlimpulse eine Drehzahl von 1310/min detektiert wird, liegt momentan ein Nulldurch gang vor, und damit ist die Phasenlage ermittelt. Dieser Nulldurchgang kann kontinuierlich aktualisiert werden, so daß Änderungen bei der Fahrbahnbelastung oder beim aufgebrachten Motormoment oder Eigenschaftsveränderungen bei der überlagerten Schwingung aus anderen Gründen erfaßt und einbezogen werden.

Wenn das Steuergerät 12 z. B. zum Zeitpunkt 71 ein Umschalten auf einen anderen Gang festgelegt hat, wird eine Momentreduzierung, d. h. eine Kraftstoffeinspritz-Rücknahme 80, während einer Zeitspanne b gem. Fig. 4 verzögert. Diese Zeitspanne b ist durch die Ansp rechzeit der Motorregelung vorgegeben. Bei der Ansprechzeit kann es sich um eine im voraus festgelegt Ansprechzeit für die jeweilige Motorregelung handeln, wobei diese Ansprechzeit durch Erprobung bestimmt worden ist. Wahlweise kann eine Rückkopplung und Modifikation der Ansprechzeit dadurch erfolgen, daß überwacht wird, wie schnell die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme vom Steuergerät 12 aktiviert wird. Ein rückgekoppeltes System kann auf diese Weise seine funktionelle Leistungsfähigkeit unabhängig von der Temperatur und dem Alterungszustand der Servogeräte beibehalten.

Da das Servogerät für das Auslegen des Gangs so aktiviert wird, daß der Gang im Zeitraum 83 ausgelegt wird, wird der Gang zu einem Zeitpunkt ausgelegt, wenn die überlagerte Schwingung ihr Amplitudenminimum hat. Die Aktivierung des Servogeräts kann, abhängig von der Trägheit/Ansprechzeit des Servogeräts, so stattfinden, daß in der Realität das Auslegen des Gangs unmittelbar zu Beginn des Zeitraumes 83 erfolgt.

Die Verzögerung b der Kraftstoffeinspritz-Rücknahme kann adaptiv in Abhängigkeit von der Restamplitude der Eigenschwingung nach Erhalt der Momentreduzierung eintreffen. Das Steuergerät 12 kann die nach durchgeführter und synchronisierter Momentreduzierung vorherrschenden Drehzahlschwankungen überwachen und abhängig vom Überwachungser gebnis die Phasenverschiebung, d. h. Verzögerung b, in kleinen Schritten verändern, bis die Restamplitude der Eigenschwingung erneut eine Anstiegstendenz aufweist. Das Steuergerät 12 kann bei der Ingangsetzung des Systems zweckmäßigerweise eine vorgegebene Phasen verschiebung, von vorzugsweise 150°, für alle Gänge und Belastungsfälle benutzen, wobei diese Phasenverschiebung während des Betriebs mit einem Versatzwert modifiziert werden kann, der einzigartig für jeden Gang und Belastungsfall festgelegt sein kann. Derartige Versatzwerte werden zweckmäßigerweise in Matrizen abgespeichert, wo der zutreffende Versatzwert vor jedem Schaltvorgang in Abhängigkeit vom jeweils eingelegten Gang und vom jeweiligen Belastungsfall abgefragt wird.

Die Phasenverschiebung der Momentabsenkung kann auch selektiv in Abhängigkeit vom Schwingungszustand im Antriebsstrang stattfinden.

Wenn der Schwingungszustand mit sich führt, daß die Drehzahl innerhalb sehr begrenzter Niveaus schwankt, können die Phasenverschiebung eingestellt und die Momentreduzierung unmittelbar eingeleitet werden, sobald der Schaltbedarf festgelegt worden ist. Wenn die Drehzahl nur geringfügig im Bereich von 10/min und vorzugsweise um 10/min schwankt, kann die Momentreduzierung erfolgen, ohne daß eine Synchronisierung mit der Phasenlage der Schwingung stattfindet.

Auf ähnliche Weise können extrem starke Drehzahlschwankungen andeuten, daß die Eigenschwingung des Antriebsstrangs von solcher Größe ist, daß eine synchronisierte Momentreduzierung die Schwingung nicht auf ein Niveau abgleichen kann, bei dem ein sicherer Schaltvorgang gewährleistet ist. In solchen Fällen kann der Schaltvorgang blockiert werden, bis die Schwingung soweit abgebaut ist, daß die Möglichkeiten bestehen, mittels synchronisierter Momentreduzierung die Schwingung wirkungsvoll auf ein solches Niveau zu dämpfen, daß der Schaltvorgang gefahrlos und mit hohem Schaltkomfort ablaufen kann. Derart extreme Drehzahlschwankungen können vorliegen, wenn die Drehzahl in einem Bereich von hundert oder mehreren hundert Umdrehungen pendelt.

Die gem. Fig. 4 vorteilhafteste Phasenverschiebung um 150° gilt lediglich als Beispiel für eine vorteilhafte Phasenverschiebung bei einem bestimmten Getriebe in einem vorgegebenen Antriebsstrang von bestimmter Steifheit und mit dieser spezifischen Kraftstofframpe. Bei anderen Typen von Getrieben und Antriebssträngen kann die optimale Phasenverschiebung der Momentreduzierung um mehrere zehn Grad von der gezeigten optimalen Phasenlage von 150° abweichen. Wesentlich bei der Erfindung ist, daß die in Verbindung mit dem Schaltvor gang stattfindende Momentreduzierung auf solche Weise erfolgen muß, daß der Eigensch wingung entgegengewirkt und die Restamplitude der Eigenschwingung nach durchgeführter Momentreduzierung soweit möglich begrenzt wird. Durch Verzögerung der Kraftstoffeinsp ritzrampe kann das Auslegen des Gangs mit einer günstigen Momentsituation (Nulldurch gang) synchronisiert werden. Die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme kann sich unter gewissen Umständen auch über mehr als eine volle Schwingungsperiode, d. h. über mehr als 360°, der Eigenschwingung erstrecken.

Eine weniger vorteilhafte Alternative besteht in der Anwendung einer modifizierbaren Rampenabsenkgeschwindigkeit bei der Kraftstoffeinspritz-Rücknahme und der Anpassung dieser Rampenabsenkgeschwindigkeit an die zum Schaltzeitpunkt bestehende Phasenlage der Schwingung. Anstelle einer Verschiebung des Beginns einer bestimmten Absenkung wird die Phasenlage bei der Anforderung zum Schalten erfaßt, wonach eine Anpassung der Rampe nabsenkgeschwindigkeit an die bestehende Phasenlage der Schwingung erfolgt, damit ein minimales Restmoment bei der Schwingung erreicht wird, wenn sich beim Motor das Nullmoment einstellt. Dieses Verfahren erbringt nicht die gleiche markante Abgleichung der Schwingung wie sie bei einer Phasenverschiebung erhalten werden kann, aber der Gang wird beim Schwingungsminimum ausgelegt.

Bezugszeichenliste

1 Signal von Bremsprogramm-Schalter
2 Signal von Kupplungspedalschalter
3 Signal von Betriebsbremspedal
4 Signal von Fahrtschreiber
5 Signal von Fahrpedal
6 Signal an Armaturenbrett-Informationsfeld
7 Signal von Abgasbrems-Schalter (EB)
8 Signal von Schalthebel
9 Signal von Fahrprogramm-Wähler
10 Kommunikation mit Diagnosebuchse
11 Signal von Diagnoseschalter
12 µP-Steuergerät
13 Kommunikation mit ABS/ASR
14 Kommunikation mit EDC
15 Signal an Abgasbremse (EB)
16 Signal von Motordrehzahlgeber
17 Signal an Getriebe-Magnetventile
18 Signal von Getriebe-Quittierschaltern
19 Signal von Gelenkwelle-Drehzahlgeber
20 Kommunikation mit EDC-Motorsteuerung
21 Signal von Retarder
22 Retarder-Steuergerät
23 EDC-Steuergerät
24 ABS/ASR-Steuergerät
25 Schalthebel
26 Fahrprogramm-Wähler
27 Bremsprogramm-Schalter
28 Kupplungspedal
29 Bremspedal
30 Kupplungspedalschalter
31 Fahrpedal
32 Armaturenbrett
33 Armaturenbrett-Informationsfeld
34 Diagnosebuchse
35 Diagnoseschalter
36 Kommunikationsleitung
37 Servogerät
40 Verbrennungsmotor
41 Kupplung
42 Schrittgetriebe
43 Antriebsstrang
44 Antriebsräder
45 Abgasbrems-Schalter (EB)
46 Drehzahlgeber, Abtriebswelle
47 Drehzahlgeber, Motor
48 Retarder
49 Retarderkühlflüssigkeit-Temperaturgeber
58 Abgasbremse (EB)
59 Signal von Retarderkühlflüssigkeit-Temperaturgeber
61 Retarder-Handhebel
62 Retarder-Automatik-Taste
63 Geschwindigkeitsregler-Schieberschalter
70 Eigenschwingung
71 Positives Amplitudenmaximum
80 Kraftstoffeinspritz-Rücknahme, Schritt 1
81 Kraftstoffeinspritz-Rücknahme, Schritt 2
82 Kraftstoffeinspritz-Rücknahme, Endpunkt
83 Zeitraum für Gangauslegung

Claims

1. Verfahren zur Steuerung automatisch durchgeführter Schaltvorgänge bei computer gestützten Schaltsystemen für mechanische Schrittgetriebe in Kraftfahrzeugen mit Aus- und Einlegen der Gänge durch Servogeräte im Getriebe und bei gleichzeitiger Motorregelung (Motormanagement) in Übereinstimmung mit im Steuergerät des Schaltsystems gespeicher ten Programmen in Abhängigkeit von durch das Steuergerät detektierten Fahrzeugparame tern sowie mit zumindest einem zur Erfassung der Drehzahl des Antriebsstrangs des Fahrzeugs angeordneten Drehzahlgeber, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorregelung in Verbindung mit den Schaltvorgängen abhängig von einer im Antriebsstrang vorkommen den Schwingung durch eine bestimmte und von der Schwingung phasenabhängige Kraftstoffeinspritz-Rücknahme oder durch eine anpaßbare Geschwindigkeit der Kraftstoffeinspritz-Rücknahme erfolgt, so daß die durch die Motorregelung erhaltene Momentreduzierung so mit der Schwingung zusammenwirkt, daß nach der Momentreduzie rung die Restamplitude der Schwingung ihr Minimum angenommen hat und das Auslegen des Gangs bei diesem Momentminimum erfolgen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät eine im Antriebsstrang vorkommende Schwingung detektiert und eine Motorregelung zum Erhalt einer Momentreduzierung in Verbindung mit dem Auslegen des Gangs eingeleitet wird, so daß die Momentreduzierung synchron mit einer relativ der Schwingung vorgegebenen Phasenlage auf solche Weise erfolgt, daß die Restamplitude der Schwingung nach der Momentreduzierung ihren Mindestwert hat und das Auslegen des Gangs bei diesem Momentminimum erfolgen wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hauptsächliche Momentreduzierung während der negativen Halbwelle der Schwingung stattfindet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hauptsächliche Momentreduzierung vor Eintreten des negativen Amplitudenmaximums der Schwingung stattfindet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hauptsächliche Momentreduzierung phasenverschoben in einem Intervall von 90-180° nach dem positiven Amplitudenmaximum (71) und vorzugsweise bei 150° Phasenverschiebung stattfindet.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen verschiebung selektiv in Abhängigkeit vom Zustand der Schwingung stattfindet.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung stattfindet, wenn die Schwingung Drehzahlschwankungen über einem bestimmten Niveau und vorzugsweise Drehzahlschwankungen über einem bestimmten Niveau von einigen zehn Umdrehungen verursacht.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorgang mit der damit verbundenen Momentreduzierung zumindest vorübergehend blockiert wird, wenn die Schwingung Drehzahlschwankungen über einem bestimmten Niveau und vorzugsweise Drehzahlschwankungen über einem bestimmten Niveau von einigen hundert Umdrehungen verursacht.

9. Anordnung zur Steuerung automatisch durchgeführter Schaltvorgänge bei computer gestützten Schaltsystemen für mechanische Schrittgetriebe in Kraftfahrzeugen mit Aus- und Einlegen der Gänge durch Servogeräte (37) im Getriebe und bei gleichzeitiger Motorrege lung (Motormanagement) in Übereinstimmung mit im Steuergerät (12) des Schaltsystems gespeicherten Programmen in Abhängigkeit von durch das Steuergerät detektierten Fahr zeugparametern sowie mit zumindest einem zur Erfassung der Drehzahl des Antriebsstrangs (43) des Fahrzeugs angeordneten Drehzahlgeber (46), dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12) folgendes umfaßt:

- Mittel (12, 19, 46) zur Detektierung der im Antriebsstrang überlagerten Schwingung anhand der Schwingung des Signals des Drehzahlgebers (46);
- Mittel (12) zur Bestimmung von Frequenz und momentaner Phasenlage der Schwingung;
- Mittel (12, 14) zur Aktivierung der Motorregelung (23) in der Absicht, in Verbindung mit dem Auslegen eines Gangs eine Momentreduzierung in einer bestimmten Phasenlage der Schwingung im Antriebsstrang zu ergeben, so daß die durch die Motorregelung bewirkte Momentreduzierung synchron mit einer bestimmten Phasenlage der Schwingung im Antri ebsstrang erfolgt;
- Mittel (12, 17) zur Aktivierung der Servogeräte (37) zum Auslegen des eingelegten Gangs nach vorgenommener Momentreduzierung, wodurch die Momentreduzierung in Verbindung mit dem Auslegen eines Gangs synchron mit der Schwingung im Antriebsstrang stattfindet und der jeweilige Gang ausgelegt wird, wenn die Restamplitude der Schwingung nach der Momentreduzierung ihren Mindestwert hat.

10. Anordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12) Mittel zur Bestimmung des positiven Amplitudenmaximums der Schwingung sowie Mittel zur Verzögerung der Momentreduzierung umfaßt, so daß die hauptsächliche Momentreduzi erung im Bereich 90-180° und vorzugsweise 150° nach dem positiven Amplitudenmaximum der Schwingung eingeleitet wird.