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Die
Erfindung betrifft die Sicherung einer ausgefallenen hydraulisch
gesteuerten Kupplung.
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Die
Erfindung wird vorteilhafterweise, aber nicht ausschließlich, bei
so genannten automatisierten Stufenschaltgetrieben eines Kraftfahrzeugs
angewendet.
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Üblicherweise
können
bei einem Kraftfahrzeug, das mit einem automatisierten Getriebe
und einem hydraulisch gesteuerten Kupplungssystem ausgestattet ist,
die Ausfälle
dieser Steuerung, zum Beispiel ein Leck, die dazu führen, dass
das Kupplungssystem sich nicht öffnet,
nicht direkt von dem das Kupplungssystem steuernden Rechenblock
ermittelt werden.
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Bei
einem vom Fahrer geforderten Gangwechsel wird dann der ursprüngliche
Gang ausgekuppelt. Ohne ein palliatives System kann das Fahrzeug
aber aufgrund des Nichtvorhandenseins einer effektiven Öffnung des
Kupplungssystems keine neuen Gänge
einlegen oder zum ursprünglichen
Gang zurückkehren.
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Da
der Ausfall nicht vorausgesehen wurde, befindet das Fahrzeug sich
im Freilauf, ohne eingelegten Gang im Schaltgetriebe, ohne Möglichkeit
der Beschleunigung und ohne Motorbremse, was unter bestimmten Umständen, wie
beim Überholen
eines anderen Fahrzeugs oder dem Fahren im Gebirge, zu gefährlichen
Situationen führen
kann, insbesondere, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs hoch
ist.
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EP 0 873 902 beschreibt
ein Steuersystem und ein Steuerverfahren gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und
9.
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Aus
der Druckschrift
FR 2-834-034 im
Namen der Anmelderin ist eine Vorrichtung bekannt, die das Einlegen
eines Gangs bei einem Ausfall des Kupplungssystems, wenn das Fahrzeug
steht, im Totpunkt verhindert. Wenn das Fahrzeug steht, während der
Motor läuft,
wird eine Steueranweisung erzeugt, die das Anhalten des Motors erzwingt.
Wenn schließlich
der Ausfall während
der Fahrt auftritt, erfolgt das Steuern "blind", ohne von der Rückleitung der Kupplungsinformation
zu profitieren.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, eine Lösung
für dieses
Problem zu erbringen.
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Die
Erfindung schlägt
ein palliatives Steuerungssystem eines Handschaltgetriebes, automatisiertes
Stufenschaltgetriebe genannt, für
ein Kraftfahrzeug vor, das mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet
ist, der von Rechenmitteln des Motors gesteuert wird, wobei das
Schaltgetriebe ein Kupplungssystem aufweist, das hydraulisch mittels
eines Geberzylinders gesteuert wird, der von Getriebe-Rechenmitteln
gesteuert wird, wobei das Steuerungssystem Mittel aufweist, um das
Vorhandensein eines Ausfalls der Steuerung des Kupplungssystems
zu erfassen.
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Gemäß einem
allgemeinen Merkmal der Erfindung weist das Schaltgetriebe von den
mit den Rechenmitteln des Motors gekoppelten Getriebe-Rechenmitteln
gesteuerte Synchronisationsmittel auf, die, wenn ein Ausfall erfasst
wird, das Motordrehmoment so steuern, dass die Motordrehzahl in
die Nähe der
Synchronisationsdrehzahl gebracht wird.
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Gemäß einem
anderen allgemeinen Merkmal der Erfindung weist das Schaltgetriebe
außerdem
von den Getriebe-Rechenmitteln
gesteuerte Einlegemittel auf, die in der Lage sind, den vom Fahrer
geforderten Gang einzulegen, wenn die Motordrehzahl sich nach der
Erfassung eines Ausfalls in der Nähe der Synchronisationsdrehzahl
befindet, wobei die Getriebe-Rechenmittel den Geberzylinder in einer
Stellung halten, die der offenen Stellung des Kupplungssystems entspricht.
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Anders
gesagt, wenn ein Ausfall des Kupplungssystems erfasst wird, und
wenn das Kraftfahrzeug sich im Freilauf befindet, während das
Kupplungssystem in der geschlossenen Stellung ist, ermöglicht es
das palliative Steuersystem gemäß der Erfindung,
die Motordrehzahl in die Nähe
der Synchronisationsdrehzahl zu bringen, die proportional zur Drehgeschwindigkeit
der Räder
des Kraftfahrzeugs ist, wobei das Kupplungssystem in der offenen Stellung
gehalten wird. Wenn die Synchronisationsdrehzahl erreicht ist, kann
der vom Fahrer geforderte Gang eingelegt werden.
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Vorzugsweise
weist das System Mittel auf, um den Zustand des Kupplungssystems
zu analysieren, wenn die Motordrehzahl gleich einem oder geringer
als ein vorbestimmter Zielwert wird, um eine geeignete Strategie
anzuwenden, um das Schaltgetriebe in die Leerlaufstellung zu bringen.
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In
anderen Worten, wenn der Gang eingelegt ist, wird er gehalten, bis
das Kraftfahrzeug eine ziemlich geringe Geschwindigkeit erreicht,
damit das Schaltgetriebe in die Leerlaufstellung gehen kann, um
das Anhalten des Kraftfahrzeug zu ermöglichen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung sind die den Getriebe- und Motor-Rechenmitteln zugeordneten
Synchronisationsmittel geeignet, um, wenn ein Ausfall erfasst wird,
das Motordrehmoment derart zu steuern, dass die Motordrehzahl einen
Wert erreicht, der in einem vorbestimmten Veränderungsbereich bezüglich des
Zielwerts liegt, um eine Einlegekraft gemäß einer kalibrierbaren Steigung
anzuwenden, wenn die Motordrehzahl sich in dem Veränderungsbereich
befindet, bis die Einlegekraft einen vorbestimmten maximalen Wert
erreicht, und um die Einlegekraft auf dem maximalen Wert zu halten
und gleichzeitig das Motordrehmoment so zu steuern, dass die Motordrehzahl
gemäß einem
vorbestimmten Gefälle-Sollwert
abnimmt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
legen die Getriebe-Rechenmittel
den vom Fahrer geforderten Gang ein, wenn die Motordrehzahl den
Zielwert erreicht.
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Das
Einlegen des geforderten Gangs wird bei der Wiederöffnung des
Kupplungssystem ermöglicht,
sowie die Synchronisierung der Motordrehzahl mit der Geschwindigkeit
der Räder
des Kraftfahrzeugs.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung blockieren die Getriebe-Rechenmittel das Wechseln
der Gänge,
so lange die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs höher ist
als eine Schwellengeschwindigkeit, unter der das Schaltgetriebe
in den Leerlauf übergeht.
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Die
Schwellengeschwindigkeit liegt vorteilhafterweise zwischen 10 und
15 km/h.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform, wenn
die Motordrehzahl abnimmt, bis sie unter der Untergrenze des Veränderungsbereichs
liegt, sind die Motor-Rechenmittel
in der Lage, das Motordrehmoment so zu steuern, dass die Motordrehzahl
gemäß einem
vorbestimmten Gefälle-Sollwert
zunimmt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung kann, wenn der Gang nicht eingelegt ist, das Schaltgetriebe
dann bis zum Abschalten des Motors des Kraftfahrzeugs in der Leerlaufstellung
bleiben.
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So
sieht das System zwei Fallbeispiele vor, den ersten Fall, wenn der
vom Fahrer geforderte Gang tatsächlich
eingelegt wird, und der zweite Fall, in dem der Gang aufgrund eines
anderen Problems des Schaltgetriebes nicht eingelegt wird.
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Die
Erfindung schlägt
ebenfalls ein Verfahren zur palliativen Steuerung eines Handschaltgetriebes,
automatisiertes Stufenschaltgetriebe genannt, für ein Kraftfahrzeug vor, das
mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet ist, der von Rechenmitteln des
Motors gesteuert wird, wobei das Schaltgetriebe ein Kupplungssystem
aufweist, das hydraulisch mittels eines Geberzylinders gesteuert
wird, der von Getriebe-Rechenmitteln
gesteuert wird.
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Gemäß einem
allgemeinen Merkmal der Erfindung wird in einem ersten Schritt ein
Ausfall erfasst, der gleichzeitig einerseits eine Unmöglichkeit des
Wiedereinlegens eines Gangs und andererseits den Halt des Kupplungssystems
in der geschlossenen Stellung impliziert, dann in einem zweiten
Schritt, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs höher ist
als ein vorbestimmter Schwellwert, wird das Motordrehmoment gesteuert,
um die Motordrehzahl in die Nähe
der Synchronisationsdrehzahl zu bringen, und es wird eine Einlegekraft
des vom Fahrer geforderten Gangs angewendet, wobei die Getriebe-Rechenmittel
den Geberzylinder in einer Stellung halten, der der offenen Stellung
des Kupplungssystems entspricht.
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Gemäß einer
Anwendungsform der Erfindung kann man in einem dritten Schritt den
Zustand des Kupplungssystems analysieren, um eine geeignete Strategie
anzuwenden, um das Schaltgetriebe in die Leerlaufstellung zu bringen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus dem Studium der ausführlichen
Beschreibung einer nicht einschränkend
zu verstehenden Ausführungsform
der Erfindung und den beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
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1 schematisch
die Konfiguration eines Kupplungssystems, das ein palliatives Steuersystem aufweist,
wie es von der Erfindung beschrieben wird; und
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2 die Veränderung der Motordrehzahl und
der Einlegekraft nach den Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
schematisch ein mit EMB bezeichnetes Kupplungssystem dargestellt,
auf das sich die Erfindung bezieht. Das Kupplungssystem EMB ist über eine
mechanische Verbindung, die durch eine gestrichelte Linie 1 dargestellt
ist, mit einem mit MTH bezeichneten Verbrennungsmotor verbunden.
Das Kupplungssystem EMB hat die Aufgabe, das Drehmoment des Verbrennungsmotors
MTH an ein mit BV bezeichnetes Schaltgetriebe zu übertragen.
Die Verbindung zwischen dem Kupplungssystem EMB und dem Schaltgetriebe
BV ist eine mechanische Verbindung 2, die auch Primärwelle genannt
wird. Das Schaltgetriebe BV ist in diesem Beispiel ein so genanntes
automatisiertes Handschaltgetriebe und wird von einem elektrohydraulischen oder
elektromechanischen System gesteuert, das einerseits die Gangschaltungen
des Getriebes, d.h. das Einlegen und die Wahl der Gänge, und
andererseits die Kupplung steuert. Das Schaltgetriebe BV ist ebenfalls über eine
Sekundärwelle
(nicht dargestellt) mit den Rädern
des Kraftfahrzeugs verbunden, um an sie das Motordrehmoment mit
Hilfe einer Synchronisierung zu übertragen,
die die Primär- und Sekundärachse verbinden
kann.
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Das
Kupplungssystem EMB wird hydraulisch gesteuert.
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Der
Steuerbefehl wird über
eine Verbindung 3 durch die Verschiebung eines Fluids zwischen
einem mit MS bezeichneten Geberzylinder (im Englischen "Master-Slave"), der elektrisch
oder hydraulisch betätigt
wird, und einem Empfängerzylinder, auch
ringförmiger
hydraulischer Anschlag (im Englischen "Concentric Slave Cylinder") genannt, übertragen,
der in der Mitte der Kupplung angeordnet und mit CSC bezeichnet
ist. Der Empfängerzylinder
CSC hat die Form eines Rings und ist in diesem Beispiel im Schnitt
dargestellt.
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Der
Geberzylinder MS wird selbst von Rechenmitteln gesteuert, zum Beispiel
einem Rechner (im Englischen "Transmission
Control Unit") mit
der Bezeichnung TCU. Der Rechner TCU steuert ein Automatisierungssystem
mit der Bezeichnung SROB über
eine Verbindung 4. Das Automatisierungssystem SROB erarbeitet
dann eine Verschiebungsanweisung, die es über eine Verbindung 5 an
den Geberzylinder MS überträgt. Die
Position des Geberzylinders MS wird dann an einen Positionssensor CPOS über eine
Verbindung 6 übertragen,
wobei der Positionssensor CPOS an den Übertragungsrechner TCU über eine
Verbindung 7 rückgeführt ist.
So wird die Kontrolle des Kupplungssystem EMB durch eine in Position
rückgeführte Regelung
gewährleistet.
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Außerdem ermöglicht es
eine Verbindung 8 zwischen dem Schaltgetriebe BV und dem Übertragungsrechner
TCU, an den Rechner TCU die Drehzahl der Primärwelle 2 zu liefern,
die das Kupplungssystem EMB und das Schaltgetriebe BV verbindet.
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Außerdem ist
der Übertragungsrechner
TCU mit einem anderen Rechenmittel verbunden, zum Beispiel einem
Rechner des Motors mit der Bezeichnung ECU. Die zwei Rechner sind über eine
Verbindung 9 verbunden, die es ihnen ermöglicht,
verschiedene Informationen oder Steuerungen auszutauschen. Der Rechner
des Motors ECU kann Motordrehmoment-Sollwerte erarbeiten, um die
Drehzahl des Motors MTH zu steuern. Eine Verbindung 10 ermöglicht es
dem Motor MTH und dem Rechner des Motors ECU, Informationen auszutauschen.
Da der Übertragungsrechner
TCU und der Rechner des Motors ECU über eine Verbindung 9 verbunden
sind, kann außerdem
der Übertragungsrechner
TCU die Drehzahl des Motors mittels einer Drehzahlanforderung oder
einer Regelung über
Drehmomentanforderungen steuern.
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Die
Strategie der palliativen Steuerung gemäß der Erfindung kann chronologisch
in drei Teile aufgeteilt werden. Ein erster Teil besteht darin,
einen Ausfall der Kupplungssteuerung EMB festzustellen. Ein klassisches
Beispiel eines Ausfalls ist zum Beispiel ein Leck in Höhe der hydraulischen
Verbindung zwischen dem Geberzylinder MS und dem Kupplungssystem
EMB, in 1 mit 3 bezeichnet.
Wenn ein Leck auftritt und der Fahrer beschließt, den Gang zu wechseln, geht
der Geberzylinder MS tatsächlich in
die Position, die die Öffnung
des Kupplungssystems EMB steuert, aber das Kupplungssystem bleibt in
der geschlossenen Stellung. Wenn daher der Fahrer den neuen Gang
erneut einlegen will, während das
Kupplungssystem EMB in der geschlossenen Stellung ist, ist dann
das Einlegen dieses neuen Gangs unmöglich.
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Die
Erfassung eines Ausfall impliziert zwei gleichzeitige Bedingungen:
- – der
vom Fahrer geforderte Gang wird nicht eingelegt,
- – die
Drehzahl der Primärwelle
des Schaltgetriebes sind bis auf einen Schwellwert gleich, da das Kupplungssystem
sich nicht geöffnet
hat.
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Die
Ausfälle
werden mit Hilfe von Sensoren (nicht dargestellt) erfasst, die auf
den Einlegemitteln des Schaltgetriebes und auf den Wellen 1 und 2 angeordnet
sind.
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Wenn
der Ausfall erfasst wird, besteht die erfindungsgemäße Strategie
dann einerseits darin, das Schaltgetriebe BV durch die Steuerung
der Motordrehzahl zu synchronisieren, dann durch das Einlegen oder
den Versuch des Einlegens des vom Fahrer geforderten Gangs. Da das
Kupplungssystem in der geschlossenen Stellung ist, sind nämlich der
Motor MTH und das Schaltgetriebe BV fest miteinander verbunden.
Die Drehzahl des Motors und die Drehzahl der Primärwelle sind
dann gleich. Durch Steuern der Motordrehzahl steuert man daher ebenfalls
die Drehzahl der Primärwelle,
Primärdrehzahl
genannt, um sie zur Synchronisationsdrehzahl zu bringen, d.h. auf die
Drehgeschwindigkeit der Sekundärwelle,
die das Schaltgetriebe mit den Rädern
des Kraftfahrzeugs verbindet.
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Wenn
die Synchronisationsdrehzahl erreicht ist, ist das Einlegen des
vom Fahrer geforderten neuen Gangs möglich.
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Dieser
Synchronisationsschritt ist in 2 genauer
beschrieben.
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Da
das Kupplungssystem in der geschlossenen Stellung ist, sind die
Achsen 1 und 2 fest miteinander verbunden. Daher sind die Motordrehzahl
und die Primärdrehzahl
gleich. Die Entwicklung der Motordrehzahl ist also gleich der Entwicklung
der Primärdrehzahl.
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Wie
oben beschrieben, besteht der Synchronisationsschritt, wenn die
zwei Bedingungen des Ausfalltests erfüllt sind, und wenn die Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs höher
ist als ein vorbestimmter Schwellwert, darin, die Motordrehzahl,
und somit die Primärdrehzahl,
langsam in die Nähe
der Synchronisationsdrehzahl zu verändern, indem das Motordrehmoment
gesteuert wird.
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Während der
ganzen Dauer der Synchronisationsphase durch die Motordrehzahl wird
außerdem
der Geberzylinder MS in einer Position gehalten, die der offenen
Position der Kupplung entspricht.
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Wie
in 2 dargestellt, zerfällt die Synchronisationsphase
in drei Phasen. Am Ende der dritten Phase müssen die Motordrehzahl und
die Primärdrehzahl
eine objektive Primärdrehzahl, ωp_Ziel,
erreichen, die ausgehend von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und
der Gangübersetzung
des Schaltgetriebes berechnet wird. Wenn die Motordrehzahl und die
Primärdrehzahl
gleich ωp_Ziel
sind, erreicht die Motordrehzahl die Synchronisationsdrehzahl, die
das Einlegen des neuen Gangs erlaubt.
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Die
Phase 1 besteht in der Steuerung des Motordrehmoments, damit die
Motordrehzahl ziemlich schnell einen Wert erreicht, der in einem
Veränderungsbereich
PV liegt, der bezüglich
des Werts ωp_Ziel
definiert wird. Die Untergrenze des Veränderungsbereichs PV ist gleich ωp_Ziel + Δω1/2. Die Obergrenze
des Veränderungsbereichs
PV ist gleich ωp_Ziel
+ Δω2/2. Die
Variablen Δω1 und Δω2 sind Drehzahlabweichungen,
die dazu dienen, den Veränderungsbereich
PV der Motordrehzahl zu definieren. Diese Werte werden in Abhängigkeit
von den Merkmalen des Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs definiert.
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Wenn
die Motordrehzahl des Kraftfahrzeugs sich in dem Veränderungsbereich
PV befindet, ist das Kraftfahrzeug in der Phase 2. Die Einlegekraft
steigt dann gemäß einer
kalibrierbaren Steigung αeff
an. Während
dieser zweiten Phase hält
man die Motordrehzahl im Veränderungsbereich
PV.
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Sobald
die Kraftsteigung αeff
einen maximalen Wert effmax erreicht, kommt das Kraftfahrzeug in die
dritte Phase des Synchronisationsschritts. Der Wert effmax wird
so kalibriert, dass er ziemlich gering ist, um die Synchronisierung
des Schaltgetriebes nicht zu beschädigen. Die Kalibrierung erfolgt
nämlich
in Abhängigkeit
von der maximal in Höhe
der Synchronisierung anwendbaren Kraft. Man begrenzt aber den Wert
von effmax auf 30 bis 50 % der maximalen Kapazität der Synchronisierung, da
die Einlegekraft für
eine relativ lange Dauer angewendet wird. Wenn ihr Wert größer wäre als 50
der maximal in Höhe
der Synchronisierung anwendbaren Kraft, würde diese beschädigt.
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Während der
dritten Phase steuert der Rechner das Motordrehmoment, damit die
Motordrehzahl langsam gemäß einem
Gefälle-Sollwert –αmot abnimmt.
Die Steigung der Motordrehzahl –αmot wird
in Abhängigkeit
von Parametern berechnet, die mit den Eigenschaften der Synchronisierung
des Schaltgetriebes, mit den einzulegenden Gängen, sowie mit anderen mit
der Steuerung des Motors verbundenen Parametern verbunden sind.
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Am
Ende des Synchronisationsschritts können zwei Fallbeispiele auftreten.
In einem ersten Fall wird der vom Fahrer geforderte Gang tatsächlich eingelegt,
wenn die Primärdrehzahl
gleich der Synchronisationsdrehzahl ist. Die Gangwechsel sind dann blockiert,
so lange das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit fährt, die über einem
Schwellwert liegt. Wenn die Geschwindigkeit dann niedriger wird
als dieser Schwellwert, geht das Schaltgetriebe BV in die Leerlaufstellung,
d.h. in die Freilaufstellung. Zum Beispiel beträgt der Wert des Geschwindigkeitsschwellwerts, der
sehr gering sein muss, etwa 10 bis 15 km/h. Diese relativ geringe
Geschwindigkeit ermöglicht
das gefahrlose Versetzen des Kraftfahrzeugs in den Freilauf. Eine
zum Beispiel auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angebrachte Leuchtanzeige
leuchtet auf, und ein Fehler des Kupplungssystems wird dann für die Kundendienstdiagnose
gespeichert.
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Ein
zweites Fallbeispiel ist der Fall, wenn der vom Fahrer geforderte
Gang sich nicht am Ende der Synchronisationsphase einlegt, wenn
die Motordrehzahl gleich ωp_Ziel
ist. Das Motordrehmoment wird dann so gesteuert, dass die Motordrehzahl
gemäß einem
vorbestimmten abnehmenden Gefälle –αmot abnimmt.
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Wenn
die Motordrehzahl unter eine Untergrenze BI gleich ωp_Ziel – Δω1/2 sinkt,
wird das Motordrehmoment so gesteuert, dass die Motordrehzahl langsam
gemäß einem
vorbestimmten steigenden Gefälle-Sollwert
+αmot zunimmt.
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Wenn
der vom Fahrer geforderte Gang nicht eingelegt wird, wenn die Motordrehzahl
einen anderen Wert BS gleich ωp_Ziel
+ Δω1/2 überschreitet, wird
das Schaltgetriebe BV bis zum Abschalten des Motors in die Leerlaufstellung
gebracht. Eine Erfassungsleuchtanzeige leuchtet auf, und ein Fehler
wird für
die Diagnose gespeichert. Beim folgenden Start wird ein Positionskohärenztest
des Kupplungssystems im Leerlauf durchgeführt, und in Abhängigkeit vom
Ergebnis wird ein Gang eingelegt oder nicht. Das Auftreten dieses
zweiten Fallbeispiels ist aber sehr gering und drückt im Allgemeinen
das Vorhandensein eines anderen Problems im Schaltgetriebe aus.
Es muss aber bei der Herstellung der Software in Betracht gezogen
werden.
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Die
oben vorgestellte Strategie ermöglicht
es vorteilhafterweise, die Steuerung des ausgefallenen Kupplungssystems
durch eine angepasste palliative Steuerung zu ersetzen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur palliativen Steuerung legt den vom Fahrer geforderten Gang ein,
der dann von der Motorbremse profitiert, um vor dem Abschalten des
Motors in den Freilauf überzugehen.