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Vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Motorregelung (Motormanagement) 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.
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Stand der Technik
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Bei
automatisierter Schaltung mechanischer Getriebe in Kraftfahrzeugen
ohne Kraftflußunterbrechung
des 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 tatsächliches
Nullmoment bei den Zahneingriffen erhalten, da die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs mitsichführen
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
Fahrzeuggeschwindigkeit kann bei eingekuppelter Kupplung einer entschieden
höherer
Drehzahl entsprechen.
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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.
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Das
Patent
US4713763 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.
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Die
im Antriebsstrang auftretende überlagerte
Schwingung beeinflußt
auch den Momentzustand 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.
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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 proportionalen 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.
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Dies
hat einerseits nachteilige Wirkung auf den Schaltkomfort und die
Geräuschentwicklung
aus und kann somit als störend
empfunden werden und kann andererseits das Auslegen des Gangs verzögern sowie
unnötigen
Verschleiß der
Schaltungskomponenten verursachen.
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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.
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Ferner
ist aus dem Dokument
DE
30 45 840 A1 eine Einrichtung bekannt, bei der durch Betätigung der
Drosselklappe der Motor momentfrei gemacht wird, um so einen einfachen
Schaltvorgang erreichen zu können.
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Zweck der Erfindung
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Ein
Zweck der Erfindung besteht darin, bei einer automatisierten Schaltung
in Kraftfahrzeugen mit vorzugsweise mechanischen Stufengetrieben
einen erhöhten
Schaltkomfort bei minimaler Geräuscherzeugung
zu erhalten.
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Ein
anderer Zweck der Erfindung besteht darin, das Auslegen des Gangs
bei geringstmöglicher Belastung
und Beanspruchung der am Auslegen des jeweiligen Gangs beteiligten
Servogeräte
zu erleichtern. Bei niedrigen Gängen
wird so eine erhebliche Steigerung des Schaltkomforts erzielt.
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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.
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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.
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Diese
Zwecke erfüllt
die Erfindung verfahrensbezogen durch die von Anspruch 1 und anordnungsbezogen
durch von Anspruch 9 angegebenen Merkmale. Weitere, die Erfindung
kennzeichnende Merkmale gehen aus den Unteransprüchen sowie aus nachstehender
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
hervor. Die Beschreibung nimmt Bezug auf die folgenden Figuren.
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Verzeichnis der Figuren
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1 zeigt
den grundlegenden Aufbau eines Schaltsystems für mechanische Stufengetriebe.
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2 zeigt
in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme gleichzeitig
eintrifft wie die überlagerte
Schwingung ihr positives Amplitudenmaximum erreicht.
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3 zeigt
in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme mit
90° Phasenverschiebung
relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlagerten Schwingung eintrifft.
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4 zeigt
in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme mit
150° Phasenverschiebung
relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlagerten Schwingung eintrifft.
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5 zeigt
in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme mit
180° Phasenverschiebung
relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlagerten Schwingung eintrifft.
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6 zeigt
in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme mit
270° Phasenverschiebung
relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlagerten Schwingung eintrifft.
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7 zeigt
in Diagrammform einen Schaltvorgang, bei dem die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme mit
360° Phasenverschiebung
relativ zum positiven Amplitudenmaximum der überlagerten Schwingung eintrifft.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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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 Stufengetriebe 42 und
eine Gelenkwelle 43 auf die Antriebsräder 44 des Fahrzeugs übertragen
wird. Das Getriebe 42 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 Kupplungsservogerät, 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 momentfreies 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 Stufengetriebe eingelegt werden
soll.
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Mechanische
Stufengetriebe, vorzugsweise mit oder ohne konventionelle Synchronisiereinrichtungen
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 Stufengetriebe
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 Schaltkomforts stattfinden kann, falls
die automatisierte Schaltfunktion aufgrund eines Systemfehlers ausgefallen
sein sollte.
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Das
Schaltsystem umfaßt
ein Steuergerät 12 mit
Mikroprozessor, das über
verschiedene Signalleitungen 36 mit den Steuergeräten 23 für das Kraftstoffsystem, 22 für das Retardersystem
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 1.
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Das
Steuergerät 12 empfängt folgende
Eingangssignale:
- – Signal 1 von Bremsprogrammschalter 27,
der für
Fußbetätigung durch
den Fahrer angeordnet 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
Geschwindigkeit 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 Korrekturen 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 Geräuscherzeugung
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 22,
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 Kühlflüssigkeit
nach Verlassen des Retarders 48.
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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 (EH) 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
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Motordrehzahl
auf eine Synchrondrehzahl vor allem beim Heraufschalten in einen
Gang mit kleinerem Übersetzungsverhältnis aktiviert
werden kann.
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Das
Steuergerät 12 kommuniziert
außerdem im
Dialogbetrieb, d.h. es sendet Ausgangssignale an und erhält Eingangssignale
von verschiedenen Steuergeräten über folgende
Kommunikationsleitungen:
- – 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 Antriebsschlupfregelung (ASR) der Bremsanlage, wodurch
das Steuergerät 24 u.a.
Schaltvorgänge
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.
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Vorstehend
beschriebenes System gestattet bei A-Stellung des Schalthebels einen
automatischen Ablauf der Schaltvorgänge abhängig von detektierten Motorparametern
wie Geschwindigkeit 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.
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Das
Retarder-Steuergerät 22 umfaßt einen Handhebel 61,
der vorzugsweise im Armaturenbrett 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 Bremsmomenten: Stellung I – 500 Nm,
II – 1000 Nm,
III – 1500
Nm, N – 2000
Nm und V – maximale Retarderbremsleistung
von ca. 3000 Nm. Mit Stellung V für maximale Retarderbremsleistung
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 Retarderfunktion 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
eingeregelt, 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 Geschwindigkeit automatisch wirksam
werden, sobald das Bremspedal 29 betätigt wird, und dann solange
wirksam bleiben, wie das Fahrpedal danach nicht betätigt wird.
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Die
Erfindung eignet sich vorteilhaft für automatische Schaltvorgänge bei
mechanischen Stufengetrieben, 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 hervortreten, 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.
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Die
Erfindung wird nun ausführlicher
unter Bezugnahme auf 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.
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2 zeigt
einen Zustand, in dem die Eigenschwingung 70 im Antriebsstrang
mitsichführt,
daß das
Moment in den Zahneingriffen wechselt. Die Eigenschwingung kann überlagert
sein und auf eine aus 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 gleichzeitig wird das Drehmoment vom
Motor reduziert, und diese beiden Vorgänge sorgen zusammenwirkend
dafür,
daß die Eigenschwingung 70 aufgehoben
wird. Die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme
kann, wie aus 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-Rücknahme
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 eingetroffen
ist, wie die Eigenschwingung ihr positives Amplitudenmaximum erreichte.
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In 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 2 wird
insofern nun eine beachtlich kleinere Amplitude bei der Eigenschwingung
erhalten, die diese Amplitude weniger als 50 % des Amplitudenmaximums
beträgt,
das vorliegt, wenn die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme zeitgleich mit dem
positiven Amplitudenmaximum der Eigenschwingung gemäß 2 eintrifft.
Im Zeitraum 83 herrschen bedeutend günstigere Bedingungen für ein Auslegen
des eingelegten Gangs.
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In 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.
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In 5-7 sind
Schwingungszustände dargestellt,
bei denen die Kraftstoffeinspritz-Rücknahme mit 180°, 270° bzw. 360° Phasenverschiebung
nach dem positiven Amplitudenmaximum 71 der Eigenschwingung
beginnt. In 7 findet die Momentreduzierung
in der gleichen Phasenlage statt wie in 2. Die Diagramme
lassen erkennen, daß die
Momentreduzierung am vorteilhaftesten bei einer bestimmten Phasenlage
der Eigenschwingung erfolgt, um ein Abgleichen der Eigenschwingung
zu ermöglichen.
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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 Antriebsmoment
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.
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Die
Amplitude und die Phasenlage der überlagerten Schwingung lassen
sich beispielsweise arithmetisch anhand der von der überlagerten Schwingung
verursachten Drehzahlschwankungen bestimmt werden, 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 Nulldurchgang 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.
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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. 4 verzögert. Diese Zeitspanne b ist
durch die Ansprechzeit 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.
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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.
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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 Überwachungsergebnis
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
Phasenverschiebung, 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.
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Die
Phasenverschiebung der Momentabsenkung kann auch selektiv in Abhängigkeit
vom Schwingungszustand im Antriebsstrang stattfinden.
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Wenn
der Schwingungszustand mitsichführt, 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.
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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.
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Die
gem. 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
Schaltvorgang stattfindende Momentreduzierung auf solche Weise erfolgen
muß, daß der Eigenschwingung entgegengewirkt
und die Restamplitude der Eigenschwingung nach durchgeführter Momentreduzierung
soweit möglich
begrenzt wird. Durch Verzögerung
der Kraftstoffeinspritzrampe kann das Auslegen des Gangs mit einer
günstigen
Momentsituation (Nulldurchgang) 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.
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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 Rampenabsenkgeschwindigkeit 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 bei einer Phasenverschiebung erhalten
werden kann, aber der Gang wird beim Schwingungsminimum ausgelegt.
-
- 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
- Signalleitung
- 37
- Servogerät
- 40
- Verbrennungsmotor
- 41
- Kupplung
- 42
- Stufengetriebe
- 43
- Gelenkwelle
- 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