Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Antriebsstranges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs mit einem Antriebsaggregat, mit einem Getriebe und mit einem Abtrieb.
In der DE 197 35 759 AI ist ein Verfahren zum Steuern einer automatischen Antriebsvorrichtung beschrieben, welche eine Antriebsquelle, ein Geschwindigkeitswechselgetriebe mit mehreren kuppelbaren Zahnradsätzen, eine fluidbetätig- bare Hauptkupplung und fluidbetätigbare Schaltmittel zum Aktivieren der einzelnen Zahnradsätze aufweist. Darüber hinaus ist für die Ansteuerung der Hauptkupplung und der Schaltmittel eine elektronische Steuerung vorgesehen, wobei zur Erzielung einer Zugkraftunterbrechungsfreien Umschaltung der Schaltmittel die Hauptkupplung im Rutschzustand gehalten wird. Zum Schalten der Vorwärtsgänge sind an einer Getriebeeingangswelle und an einer Getriebeausgangswelle jeweils eine Ziehkeileinrichtung als Kupplungselement bzw. Schaltmittel vorgesehen, die über je ein hydraulisches Stellelement zum Umschalten der Übersetzungsstufen bzw. Vorwärtsgänge betätigt werden. Dabei können jeweils zwei lose Zahnräder auf der Getriebeeingangswelle bzw. Getriebeabtriebswelle mit jeweils zwei Festzahnrädern auf der Getriebeeingangswelle bzw. der Getriebeabtriebswelle gekuppelt werden.
Die Getriebeeingangswelle weist eine Zentralbohrung auf, in der ein Stößel verschiebbar geführt ist, der einen Ziehkeil als formschlüssiges Kupplungselement trägt. Der Ziehkeil durchragt dabei einen Radialschlitz in der Ein-
gangswelle und wirkt mit Längsnuten in den Zahnrädern zusammen. Die Länge des Radialschlitzes erlaubt ein axiales Verschieben des Ziehkeiles über den Stößel von einer ersten Position, in welcher der Ziehkeil ein erstes Zahnrad form- schlüssig mit der Getriebeeingangswelle kuppelt, in eine mittlere Leerlaufposition, in der der Ziehkeil keine formschlüssige Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle und einem Zahnrad herstellt, und in eine dritte Position, in der ein weiteres Zahnrad einer neuen Übersetzungsstufe formschlüssig mit der Getriebeeingangswelle gekuppelt ist.
Zur Erzielung eines verschleißarmen Durchschaltens des Ziehkeiles von dem einen Zahnrad zu dem anderen Zahnrad wird im Umschaltmoment für ein kurzes Zeitintervall unabhängig von einer Gaspedalvorgabe eine Drosselklappe der Brennkraftmaschine im Öffnungsquerschnitt vermindert, um im Millisekunden- bis Zehntelsekundenbereich das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine zu verringern.
Dieses bekannte Verfahren zum Steuern einer automatischen Antriebsvorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß der Ziehkeil bzw. das Schaltelement bei einer Zughochschaltung unter Last aus dem Eingriff mit dem Zahnrad gezogen werden muß, wodurch hohe Schaltkräfte erforderlich sind. Zur Reduzierung dieser Schaltkräfte wird vorgeschlagen, das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine im Umschaltmoment zu reduzieren. Jedoch wird durch diese Vorgehensweise der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges über einen langen Zeitraum komplett entlastet, was zu einem unerwünschten Zugkrafteinbruch führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Antriebsstranges
zur Verfugung zu stellen, mittels welchem eine Zughochschaltung schnell und ohne Zugkraftunterbrechung bei hohem Schaltkomfort durchfuhrbar ist.
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelost.
Das erfindungsgemaße Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges, bei welchem ein alter Gang oder ein neuer Gang über mit Zahnradpaarungen des Getriebes korrespondierende steuerbare Freilaufeinrichtungen ab- oder zugeschaltet wird, ermöglicht vorteilhafterweise, daß auf eine Entlastung des Antriebsstranges verzichtet werden kann, womit eine Zugkraftunterbrechung wahrend einer Zughochschaltung vermieden wird.
Dieser Vorteil resultiert daraus, daß der neue Gang bzw. die Wirkverbindung zwischen einer steuerbaren Freilaufeinrichtung und einer Zahnradpaarung des neuen Ganges schlagartig zugeschaltet wird, wobei ein alter aktuell eingelegter Gang bzw. die Wirkverbindung zwischen einer dem alten Gang zugeordneten steuerbaren Freilaufeinrichtung und einer die Ubersetzungsstufe des alten Ganges ausbildenden Zahnradpaarung wenigstens annähernd gleichzeitig gelost wird. Aufgrund dieser Vorgehensweise wird ein Kraftfluß in dem Antriebsstrang in vorteilhafterweise wahrend der ei¬ gentlichen Schaltung nicht unterbrochen, und eine Zugkraftunterbrechung wird auf einfache Art und Weise vermieden.
Weiter ist von Vorteil, daß während des Schaltvorganges auftretende Schwingungen im Antriebsstrang und Momentüberhöhungen von der abtriebsseitig angeordneten Kupplung auf den Abtrieb nicht übertragen werden, da eine Übertragungsfähigkeit der Kupplung bei Vorliegen eines Schaltbefehls zur Durchführung einer Zughochschaltung derart eingestellt wird, daß ein an dieser anliegendes aktuelles Antriebsmoment des Antriebsaggregates auf den Abtrieb übertragen wird, und daß die Kupplung dabei wenigstens annähernd einen schlupffreien Zustand aufweist.
Diese Einstellung der Übertragungsfähigkeit der Kupplung führt dazu, daß ein durch die schlagartige Zuschaltung des neuen Ganges bewirktes Beschleunigungsmoment zu einem Aufreißen der abtriebsseitig angeordneten Kupplung und zu einer Erhöhung der Kupplungseingangsdrehzahl führt, wobei am Abtrieb der Momentsprung durch die nunmehr rutschende Kupplung begrenzt wird. Mit dieser Vorgehensweise wird eine deutliche Verbesserung im Momentverhalten am Abtrieb bei der schlagartigen Ankopplung der Drehmassen des Getriebes während des Einschaltens bzw. Zuschaltens der Wirkverbindung des neuen Ganges zwischen einer steuerbaren Freilaufeinrichtung und einer damit korrespondierenden Zahnradpaarung des neuen Ganges erreicht.
Diese beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben insgesamt einen wesentlich höheren Schaltkomfort bei einer Reduzierung der Belastung der im Antriebsstrang abtriebsseitig der Kupplung angeordneten Bauteile .
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel . Es zeigt:
Fig. 1 einen schematisierten Verlauf eines Abtriebsmomentes während eines Schaltablaufes ohne Motoreingriff;
Fig. 2 einen schematisierten Verlauf eines Abtriebsmomentes während eines Schaltvorganges und damit korrespondierende Verläufe einer Kupplungsbetätigung sowie eines Motoreingriffs und
Fig. 3 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges mit einem Räderschema eines in dem Antriebsstrang angeordneten Getriebes, wobei ein leistungstrennendes Schaltelement auf einer Abtriebsseite eines Getriebes angeordnet ist.
Anhand der in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Verläufe eines Abtriebsmomentes M_ab während eines Schaltablaufes einer Zughochschaltung soll die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges und die besondere Wirkung einer getriebeabtriebsseitigen Anordnung der Kupplung aufgezeigt werden, wobei Fig. 2 im Unterschied zu Fig. 1 den Verlauf bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt.
In Fig. 1 ist der Verlauf eines Momentes M_ab an einem Abtrieb eines Abtriebsstranges eines Fahrzeuges bzw. eines Kraftfahrzeuges wahrend eines Schaltvorganges von einem alten Gang zu einem neuen Gang wahrend einer Zughochschaltung dargestellt, wie er sich ohne Anwendung des erfin- dungsgemaßen Verfahrens gestalten wurde. Der gezeigte Verlauf des Abtriebsmomentes M_ab wird dabei ohne eine Reduktion eines Antriebsmomentes eines Antriebsaggregates des Antriebsstranges durchgeführt, wobei eine Kupplung des Antriebsstranges getπebeantπebsseitig angeordnet ist.
Das Abtriebsmoment M_ab bzw. dessen Verlauf ist über der Zeit t aufgetragen und weist in einem ersten Bereich Tl, in welchem in einem Getriebe des Antriebsstranges eine aktuelle Übersetzung eines alten Ganges eingestellt ist, einen wenigstens annähernd konstanten Wert auf. An einem Punkt T2, an welchem das Abtriebsmoment M_ab steil ansteigt, wird eine Übersetzung eines neuen Ganges schlagartig eingestellt, was zu einer Beschleunigung des Abtriebs und zu einem Anstieg des Abtriebsmomentes M_ab fuhrt. Mit zunehmender Zeit t wird die durch die Zuschaltung des neuen Ganges generierte Schwingung in dem Antriebsstrang gedampft, bis sich ein der Übersetzung des neuen Ganges äquivalenter Wert des Abtriebsmomentes M_ab des neuen Ganges einstellt .
Der in Fig. 2 gezeigte Verlauf des Abtriebsmomentes M_ab wahrend eines Schaltvorganges stellt sich bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung bei einem in Fig. 3 schematisch dargestellten Antriebsstrang 1 ein, dessen Getriebe 3 mit Zahnradpaarungen 6A bis 6E korrespondierende steuerbare Freilaufeinrichtungen 7A bis 7C zum Ab- oder Zuschalten eines alten oder eines neuen Ganges und
eine abtriebsseitig angeordnete Kupplung 5 aufweist. Die Freilaufeinrichtungen 7A bis 7C sind jeweils mit einer Schaltmuffe 9A, 9B, 9C und jeweils zwischen zwei Losrädern 14, 15, 16 der Zahnradpaarungen 6A bis 6E und den Schaltmuffen 9A, 9B, 9C angeordneten Kupplungsscheiben 10A, 10B, HA, 11B, 12A, 12B ausgebildet.
In Abhängigkeit einer axialen Position der in axialer Richtung des Getriebes 3 verschieblich geführten Schaltmuffen 9A, 9B, 9C besteht die Möglichkeit, über die Freilaufeinrichtungen 7A bis 7C im Antriebsstrang 1 Zugmomente und/oder Zug- und Schubmomente von dem Antriebsaggregat 2 über das Getriebe 3 bzw. über eine Getriebeeingangswelle 19 und eine Getriebeausgangswelle 17 zu dem Abtrieb 4 zu führen .
Betrachtet man die Verläufe in Fig. 2, so ist ersichtlich, daß bei Vorliegen eines Schaltsignals zur Durchführung einer Zughochschaltung zunächst eine Übertragungsfä- higkeit der Kupplung 5, welche mit einer Linie l_k wiedergegeben ist, in einer ersten Phase T3 des Verlaufs l_k der Kupplungsbetätigung derart eingestellt wird, daß ein an dieser anliegendes aktuelles Antriebsmoment des Antriebsaggregates 2 auf den Abtrieb bei einem geringen Schlupf bzw. einem schlupffreien Zustand der Kupplung 5 gerade übertragen wird.
Daran anschließend wird in einer Schaltvorbereitungs- phase das Antriebsmoment bzw. Motormoment des Antriebsaggregates 2 in einer ersten Phase T4 eines Motoreingriffs, dessen Verlauf anhand einer Linie l_me dargestellt ist, rampenförmig bis auf Null oder ein maximales Schubmoment reduziert. Während dieses Zeitintervalls, innerhalb dessen
das Antriebsmoment abgesenkt wird, sinkt das im Antriebsstrang 1 vorliegende Moment aufgrund der Elastizitäten und Drehmasseneffekte des Antriebsstranges 1 nur verzögert ab. Die Übertragungsfähigkeit der Kupplung 5 wird in der gleichen Zeit gemäß einem zweiten Bereich T5 des Verlaufs der Kupplungsbetätigung auf einen Wert reduziert, der dem notwendigen Haltemoment des neuen Ganges nach der Schaltung entspricht, wobei das neue von der Kupplung 5 zu übertragende Moment gleich dem alten Moment multipliziert mit einem Verhältnis der Übersetzung des neuen Ganges und einer Übersetzung des alten Ganges entspricht.
Vor der Zuschaltung des neuen Ganges wird eine Wirkverbindung zwischen einer betreffenden Freilaufeinrichtung der Freilaufeinrichtungen 7A bis 7C und einer damit korrespondierenden Zahnradpaarung eines alten Ganges derart angesteuert, daß über diese anliegende Zugmomente übertragen werden und bei Anliegen eines Schubmomentes die Wirkverbindung des alten Ganges gelöst wird.
Vor Erreichen eines Minimums T6 des Verlaufs des Abtriebsmomentes M_ab gemäß Fig. 2 erfolgt die schlagartige Zuschaltung des neuen Ganges. Dabei wird die Wirkverbindung zwischen der Freilaufeinrichtung und der damit korrespondieren Zahnradpaarung des neuen Ganges hergestellt. Durch die Zuschaltung des neuen Ganges wird die Kupplungsein¬ gangsdrehzahl erhöht und das Abtriebsmoment M_ab steigt wieder an, wobei durch das an der Kupplung 5 anliegende Beschleunigungsmoment die Kupplung 5 in einen Schlupfzustand übergeführt wird und das kupplungseingangsseitig anliegende Moment nur zum Teil über die Kupplung 5 auf den Abtrieb 4 geleitet wird. Aufgrund des Schlupfzustandes der Kupplung 5 werden während des Schaltvorgangs erzeugte
Schwingungen im Antriebsstrang 1 nicht auf den Abtrieb 4 übertragen, da die Kupplung 5 diese stark dämpft bzw. überhaupt nicht durchleitet, was einen enormen Vorteil gegenüber einer getriebeeingangsseitig angeordneten Kupplung darstellt.
Nach dem Ansteigen des Abtriebsmomentes M_ab läuft das Abtriebsmoment M_ab entsprechend einem zweiten Bereich T7 des Verlaufs des Abtriebsmomentes M_ab einem der Übersetzung des neuen Ganges äquivalenten Wert des Abtriebsmomentes M_ab entgegen. Eine Drehzahl des Antriebsaggregates 2, welches vorzugsweise als Ottomotor oder Dieselmotor ausgebildet ist, verringert sich dabei aufgrund des Abbremseffektes des Motoreingriffs und des in der Kupplung 5 wirkenden Rutschmomentes .
Konstruktiv sind die Freilaufeinrichtungen 7A bis 7C des Getriebes 3 hierzu derartig ausgestaltet, daß sie in Abhängigkeit ihrer Ansteuerung anliegende Zug- und Schubmomente übertragen können, wobei die einem alten Gang zugeordneten Freilaufeinrichtungen bei einer Schaltung, insbesondere einer Zughochschaltung, derart angesteuert werden, daß sie lediglich anliegende Zugmomente übertragen, und daß bei einer Momentumkehr von einem Zugmoment zu einem Schubmoment die Wirkverbindung zwischen einer Freilaufeinrich- tung und einer korrespondierenden Zahnradpaarung schnell und spontan gelöst wird. Eine derartige Momentumkehr erfolgt bei einer Zughochschaltung durch die Zuschaltung des neuen Ganges, wobei mit einer schlagartigen Zuschaltung des neuen Ganges die Wirkverbindung des alten Ganges gleichzeitig bzw. sofort nach der Zuschaltung des neuen Ganges gelöst wird.
Zweckmäßigerweise kann es vorgesehen sein, daß eine mit der Freilaufeinrichtung korrespondierende Zahnradpaarung bzw. ein an der Zahnradpaarung angeordnetes Bauteil, über welche die Wirkverbindung eines Ganges hergestellt wird, eine Abweiseinrichtung bzw. Abweisflanke aufweist, welche bei einem anliegenden Schubmoment die Freilaufeinrichtung schlagartig aus dem Eingriff mit der Zahnradpaarung führt .
Mit dieser Ausgestaltung der Freilaufeinrichtungen 7A bis 7C und der damit korrespondierenden Zahnradpaarungen 6A bis 6E bzw. der zwischen diesen Bauteilen herstellbaren Wirkverbindungen ist ein spontaner bzw. schlagartiger Wechsel von einer Übersetzung eines alten Ganges zu einer Übersetzung eines neuen Ganges äußerst schnell bei voller Last im Antriebsstrang 1 durchführbar.
Nach der Zuschaltung des neuen Ganges wird die Übertragungsfähigkeit der Kupplung 5 gemäß einem in Fig. 2 gezeigten Bereich T8 des Verlaufs l_k der Kupplungsbetätigung erhöht, so daß eine Differenzdrehzahl in der Kupplung 5 in Richtung einer Synchrondrehzahl geführt wird. Ab einem Schwellwert der Differenzdrehzahl der Kupplung 5 wird das Antriebsmoment des Antriebsaggregates 2 gemäß einem gezeigten zweiten Abschnitt T9 des Verlaufs l_me des Motoreingriffs wieder auf den Wert vor der Schaltung rampenförmig angehoben .
Hat die Kupplung 5 nach einer gewissen schlupfenden Phase ihre Synchrondrehzahl erreicht, wird deren Übertragungsfähigkeit auf einen maximalen Wert eingestellt.
Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, daß bei Vorliegen der Synchrondrehzahl in der Kupplung 5 die Übertragungsfähigkeit der Kupplung über eine Schlupfregelung eingestellt wird, um Schwingungen und Resonanzen im Antriebsstrang 1 über die schlupfende Kupplung 5 auszufiltern und den Fahrkomfort zu erhöhen.
Die Übertragungsfähigkeit der Kupplung 5 kann über mechanische oder auch hydraulische Einrichtungen eingestellt werden, wobei deren Ansteuerung vorliegend über eine mit dem Antriebsstrang 1 signaltechnisch in Verbindung stehende, nicht näher dargestellte elektronische Steuereinheit erfolgt.
Bezugszeichen
1 Antriebsstrang
2 Antriebsaggregat
3 Getriebe
4 Antrieb
5 Kupplung
6A bis 6E Zahnradpaarungen
7A bis 7C Freilaufeinrichtungen
9A bis 9C Schaltmuffen
10A, 10B Kupplungsscheiben
11A, 11B Kupplungsscheiben
12A, 12B Kupplungsscheiben
14, 15, 16 Losrad
17 Getriebeausgangswelle
19 Getriebeeingangswelle
l_k Verlauf der Kupplungsbetätigung l_me Verlauf des Motoreingriffs
M_ab Abtriebsmoment t Zeit
Tl erster Bereich des Verlaufs des Abtriebsmomentes
T2 Punkt des Verlaufs des Abtriebsmomentes
T3 Erster Bereich des Verlaufs der Kupplungsbetätigung
T4 Erster Abschnitt des Verlaufs des Motoreingriffs
T5 Zweiter Bereich des Verlaufs der Kupplungsbetätigung
T6 Minimum des Verlaufs des Abtriebsmomentes
T7 Zweiter Bereich des Verlaufs des Abtriebsmomentes
T8 Dritter Bereich des Verlaufs der Kupplungsbetätigung
T9 Zweiter Abschnitt des Verlaufs des Motoreingriffs