WO2003038315A1 - Verfahren zur schaltsteuerung eines lastschaltgetriebes - Google Patents

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WO2003038315A1
WO2003038315A1 PCT/EP2002/010631 EP0210631W WO03038315A1 WO 2003038315 A1 WO2003038315 A1 WO 2003038315A1 EP 0210631 W EP0210631 W EP 0210631W WO 03038315 A1 WO03038315 A1 WO 03038315A1
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clutch unit
filling
pressure
clutch
coming
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Edgar Bothe
Uwe Hinrichsen
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Volkswagen
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Definitions

  • the invention relates to a method for shift control of a powershift transmission, in particular of a motor vehicle, in which an incoming clutch unit assigned to the new gear is closed and an outgoing clutch unit assigned to the old gear is opened, the clutch units being designed as permanent slip-controlled wet clutches, the closing the coming clutch unit takes place approximately to a working pressure corresponding to the clutch capacity of the outgoing clutch unit, and the closing of the coming clutch unit is preceded by a filling with a filling pressure which is completed with a filling end.
  • a powershift transmission is understood to be a gearshift or gear change transmission in which the power transmission from the drive motor to the driven wheels of the motor vehicle is maintained during a gear change, that is, no interruption of tractive power in the case of a train upshift in the traction mode of the motor vehicle and in a thrust downshift in the coasting mode of the motor vehicle no interruption in thrust occurs.
  • Known designs of the powershift transmission are the automatic transmission and the double clutch transmission.
  • a gear change that is to say a change in the effective transmission ratio, is achieved in that at least one first transmission component of a planetary gear set by opening an assigned clutch or brake from the input shaft or the The gear housing is released and a second gear component is connected to the input shaft or locked with respect to the gear housing by closing a clutch or brake associated therewith.
  • a gear change is accomplished by opening the engine clutch assigned to the old gear and closing the engine clutch assigned to the new gear after the new gear is engaged becomes.
  • the switching operations are largely identical in both types of transmission, namely in such a way that a non-positively engaging clutch unit assigned to the new gear is closed and a non-positively engaging clutch unit assigned to the old gear is opened, the closing and opening of the clutch units to maintain the flow of power takes place overlapped in time, ie the clutch capacity of the coming clutch unit is increased to the extent that the clutch capacity of the outgoing clutch unit is reduced.
  • Hydraulically controllable wet clutches in the form of multi-plate clutches which take up little space, are inexpensive to manufacture and are precisely controllable via the working pressure in the respectively assigned pressure space, are generally used as suitable non-positive clutch units, which is the basic requirement for overlapping control of a Is changing gear.
  • Continuously slip-controlled multi-plate clutches are particularly suitable for such a control, since in these the transmissible torque (clutch capacity) is in each case proportional to the working pressure acting as contact pressure in the respective pressure chamber.
  • the actual closing of the coming clutch unit assigned to the new gear is preceded by a filling phase in which the assigned pressure space is filled until the assigned clutch elements (clutch plates) are put on and the transmission of a small drag torque begins.
  • the filling pressure which is reached at the end of the filling usually corresponds to a torque which corresponds to approximately 10% of the torque which can currently be transmitted in the walking clutch unit and is in the order of 20 Nm to 30 Nm.
  • Modern automatic transmissions and powershift transmissions are usually controlled automatically by an electronic control unit, but increasingly also have a manual mode in addition to an automatic mode.
  • automatic mode the switching processes are triggered and carried out depending on vehicle parameters, such as the current driving speed, engine speed and engine load, the switching points can be determined differently depending on a selected control program (Eco or Sport).
  • Esco or Sport a selected control program
  • automatic mode the driver is largely surprised by the gear shift in question. Since the duration of the filling phase cannot be perceived in this case, the driver perceives the switching process as more or less comfortable or sporty, depending on the course of the closing and opening of the two clutch units.
  • manual mode which can be activated by positioning the selector lever in a separate manual shift gate, or simply by actuating switching elements located in the steering wheel area, such as +/- switches in the steering wheel or +/- switching rudders behind the steering wheel
  • switching elements located in the steering wheel area, such as +/- switches in the steering wheel or +/- switching rudders behind the steering wheel
  • the switching process is triggered manually by the driver, but the switching process itself is then automatically controlled as in automatic mode.
  • the driver When triggered manually, the driver often perceives the gearshift operation, particularly if he prefers a sporty, dynamic driving style, as too spontaneous and too slow.
  • the problem is solved according to the invention in connection with the preamble of claim 1 in that, in the case of a manually triggered power shift (train upshift and thrust downshift), the coming clutch unit is filled with an increased filling pressure, which corresponds to the order of magnitude of the clutch capacity of the outgoing clutch unit, so that the filler is determined and that when the filling end is recognized, the outgoing clutch unit is opened and the clutch capacity of the coming clutch unit is adapted.
  • the filling phase is shortened considerably and now takes about 50 to 100 ms, and in extreme cold up to 150 ms.
  • the filling is determined, i.e. suitable physical quantities of the drive train are sensed and evaluated, and when the filling is detected, the outgoing clutch unit is opened and the incoming clutch unit is adjusted, i.e. depending on the reduction in the transmissible torque of the outgoing clutch unit to the desired clutch capacity, which corresponds approximately to the clutch capacity of the outgoing clutch before the switching operation.
  • the filling pressure of the coming clutch unit can be set to approximately 80% to 90% or else to approximately 100% of the pressure level which corresponds to the clutch capacity of the outgoing clutch unit.
  • the adaptation of the coming clutch unit then means an increase and a Fine adjustment and in the second case only a fine adjustment of the working pressure to the required pressure level for the transmission of the current engine torque. Since processing the sensor signal and triggering the clutch overlap takes only approx. 50 ms from sensing the end of filling, and the actual gear change takes significantly less time due to the increased filling pressure of the coming clutch unit, the total switching time is reduced compared to the state technology from currently 400 ms to 1000 ms to 150 ms to 300 ms. This means that the switching process triggered by a driver is implemented spontaneously and quickly. For the driver, the use of the method according to the invention thus manifests itself in a noticeable improvement in the switching spontaneity.
  • the associated pressure chamber is advantageously emptied or depressurized in comparison to normal operation, i.e. for circuits in automatic mode and for low-load circuits in manual mode, enlarged throttle.
  • a switching valve between a smaller one. Throttle for normal operation and a larger throttle arranged in parallel for the "dynamic operation" according to the invention is switched over, or that in “dynamic operation” the smaller throttle is connected via a switching valve to enlarge the flow cross-section, a further throttle arranged in parallel.
  • the filling of the coming clutch unit can be determined by sensing the working pressure and / or by determining the pressure gradient of the working pressure in a pressure chamber of the coming clutch unit.
  • the pressure in the pressure chamber initially increases only slightly due to flow losses, but then rises sharply with decreasing volume flow before the end of the filling phase, and reaches the controlled filling pressure towards the end of the filling phase when the clutch plates are applied.
  • a pressure sensor that is directly connected to the pressure chamber of the coming clutch unit can be used to sense the filling end, by means of which the working pressure currently effective in the pressure chamber can be measured and fed to an evaluation unit in which the measured pressure is compared with a predetermined limit value and a difference quotient with at least one of the last measured values and the corresponding time difference to determine the current one Pressure gradients can be formed and compared with a predetermined limit.
  • a pre-defined pressure limit value e.g. 90% or 95% of the target value of the filling pressure that is reached at the end of the filling phase, and / or exceeding or falling below a pre-defined pressure gradient in the pressure chamber of the coming coupling unit determined and interpreted as fillers.
  • the strong pressure increase towards the end of the filling phase can be determined and the exceeding of a predetermined, correspondingly high pressure gradient can be used as a decision criterion for recognizing the end of filling.
  • the filling end of the coming clutch unit can also be determined by sensing the beginning tensioning of the powershift transmission. Since part of the torque on the input side flows into the tensioning of the transmission when the tension begins, and the torque on the output side drops for a short time, there is a weakening of the vehicle acceleration when the train is upshifted and an increase in vehicle deceleration when the thrust is switched back. As a result, the vehicle acceleration or deceleration is advantageously sensed and reaching and falling below a previously defined acceleration or deceleration limit value is interpreted as the filler.
  • the working pressure in the outgoing clutch is automatically reduced by the continuous slip control when a torque is taken over by the coming clutch unit, the working pressure in a pressure chamber of the outgoing clutch unit can also be sensed, and the reaching and falling below a predefined pressure limit value in the outgoing clutch unit as the filler be interpreted. Due to the beginning tensioning of the gearbox, the limited elasticity of the output-side drive train, which can act as a torsion spring, is released during an upshift of the train, which can consist of a cardan shaft, a differential gear and one drive shaft each, and which is pulled up in advance on the gearbox when the train is in motion.
  • At least the last procedural steps for determining the end of filling may not be used alone if applied alone, e.g. because Changes in the vehicle acceleration and the pretension of the drive train on the output side can also be caused by external influences, such as, for example, a change in the longitudinal inclination of the roadway and unevenness in the road surface. It is therefore advantageous if several of the criteria described above are used to determine the end of filling.
  • the relevant method steps can first be carried out independently of one another, the results evaluated and the result values derived therefrom summed up to form an evaluation sum. Finally, the reaching and exceeding of a previously defined total limit value can then be interpreted by the assessment sum as the filler. This then ensures the greatest possible certainty in determining the end of filling and thus to avoid distortion of the transmission.
  • FIG. 2a to 2c show the temporal speed and torque curves of a train upshift according to the prior art, in FIG. 2a the speed curve of the drive motor n Mo t (t), in FIG. 2b the torque curve of the drive motor M ot ( t), and in Fig. 2c torque curves of the outgoing clutch unit M ⁇ (t) and the coming clutch unit M K2 (t).
  • the circuit begins with the filling of the coming clutch unit K2, which runs from the time to to the time ti, in which an assigned pressure chamber fills with a pressure medium under a filling pressure p and towards the end of the filling phase the corresponding clutch elements, for example the clutch plates in the case of a multi-plate clutch, are reached of the filling pressure p F and the coming clutch unit K2 transmits a low drag torque M K2 _s ⁇ , which corresponds to approximately 15% of the switching torque M ⁇ _s before and after the shift.
  • the duration of the filling phase essentially depends on the toughness of the pressure medium (hydraulic oil) used and in the present example is approximately 300 ms, but can take up to 1000 ms in the event of a cold start under extreme cold. So that the end of the filling phase can be reached safely, a time window for filling the coming clutch unit K2 from time t 0 to time t 2 of 400 ms is provided, so that in the present case there is a time between times t 1 and t 2 There is a safety pause of 100 ms.
  • the pressure medium hydroaulic oil
  • the largely constant engine torque M Mot or shift torque M ⁇ _s during the overlap phase which in the present case takes about 300 ms, is constant and without an interruption in tractive power from the old gear G Q or the associated going clutch unit K1 to the new gear G. z or the assigned coming clutch unit K2 passed over.
  • the speed is adjusted to transition from the translation of the old gear G Q to the translation of the new gear G z .
  • the entire switching process lasts a total of approximately 1000 ms, with approximately 700 ms passing before a reaction which can be perceived by a driver, namely the start of the speed adjustment at time t 3 .
  • a driver When triggered manually, such a shift is perceived by the driver, particularly if he prefers a sporty-dynamic driving style, to be too little spontaneous and overall too slow.
  • a comparable train upshift which takes place in a controlled manner according to the present inventive method, as shown in FIGS. 1a to 1c, runs much more spontaneously and faster.
  • the coming clutch unit K2 is filled in the filling phase between the time to up to the time ti with an increased filling pressure p F , which corresponds to a drag torque M ⁇ 2_s ⁇ or a clutch capacity of approximately 85% of the switching torque M ⁇ _ s .
  • the filling phase therefore only takes about 100 ms in the present case.
  • the filling is determined, which can be done by sensing the filling pressure p F of the upcoming clutch unit K2 and / or by sensing an beginning distortion of the transmission in question.

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Abstract

Ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines Lastschaltgetriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei dem zeitlich überschnitten eine kommende, dem neuen Gang GZ zugeordnete Kupplungseinheit K2 geschlossen und eine gehende, dem alten Gang GQ zugeordnete Kupplungseinheit K1 geëffnet wird, wobei die Kupplungseinheiten K1, K2 als schlupfgeregelte Nasskupplungen ausgebildet sind, das Schliessen der kommenden Kupplungseinheit K2 in etwa bis auf einen der Kupplungskapazitat MK-s der gehenden Kupplungseinheit K1 entsprechenden Arbeitsdruck erfolgt, und dem Schliessen der kommenden Kupplungseinheit K2 eine mit einem Befüllende abgeschlossene Befüllung mit einem Befülldruck PF vorausgeht, sieht vor, dass bei einer manuell ausgelësten Lastschaltung (Zughochschaltung und Schubrückschaltung) die Befüllung der kommenden Kupplungseinheit K2 mit einem erhöhten, der Grössenordnung der Kupplungskapazität MK-s der gehenden Kupplungseinheit K1 entsprect1enden Befülldruck PF erfolgt, dass das Befüllende ermittelt wird, und dass bei erkanntem Befüllende zeitlich überschnitten die gehende Kupplungseinheit K1 geöffnet und die Kupplungskapazität MK2 der kommenden Kupplungseinheit K2 angepasst wird.

Description

Verfahren zur Schaltsteuerung eines Lastschaltgetriebes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines Lastschaltgetriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei dem zeitlich überschnitten eine kommende, dem neuen Gang zugeordnete Kupplungseinheit geschlossen und eine gehende, dem alten Gang zugeordnete Kupplungseinheit geöffnet wird, wobei die Kupplungseinheiten als dauerschlupfgeregelte Nasskupplungen ausgebildet sind, das Schließen der kommenden Kupplungseinheit in etwa bis auf einen der Kupplungskapazität der gehenden Kupplungseinheit entsprechenden Arbeitsdruck erfolgt, und dem Schließen der kommenden Kupplungseinheit eine mit einem Befüllende abgeschlossene Befullung mit einem Befulldruck vorausgeht.
Unter einem Lastschaltgetriebe wird ein Schalt- bzw. Gangwechselgetriebe verstanden, bei dem während eines Gangwechsels die Kraftübertragung von dem Antriebsmotor zu den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges aufrecht erhalten bleibt, d.h. bei einer Zughochschaltung im Zugbetrieb des Kraftfahrzeuges keine Zugkraftunterbrechung und bei einer Schubrückschaltung im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges keine Schubkraftunterbrechung auftritt. Bekannte Bauformen des Lastschaltgetriebes sind der Getriebeautomat und das Doppelkupplungsgetriebe. Bei einem Getriebeautomat, der eine einzige, zumeist einem Drehmomentwandler nachgeschaltete Eingangswelle aufweist, wird ein Gangwechsel, d.h. eine Änderung des wirksamen Übersetzungsverhältnisses, dadurch erreicht, dass mindestens eine erste Getriebekomponente eines Planetenradsatzes durch das Öffnen einer zugeordneten Kupplung bzw. Bremse von der Eingangswelle oder dem Getriebegehäuse gelöst und eine zweite Getriebekomponente durch das Schließen einer dieser zugeordneten Kupplung bzw. Bremse mit der Eingangswelle verbunden oder gegenüber dem Getriebegehäuse arretiert wird. Bei einem Doppelkupplungsgetriebe, das zwei Eingangswellen mit jeweils einer Motorkupplung und einer Gruppe in aufsteigender Reihenfolge wechselseitig zugeordneter Gänge aufweist, wird ein Gangwechsel dadurch bewerkstelligt, dass nach dem Einlegen des neuen Ganges die dem alten Gang zugeordnete Motorkupplung geöffnet und die dem neuen Gang zugeordnete Motorkupplung geschlossen wird. Abgesehen von einem getriebeinternen Einlegen des neuen Ganges und dem Auslegen des alten Ganges beim Doppelkupplungsgetriebe laufen die Schaltvorgänge bei beiden Getriebebauarten weitgehend identisch ab, nämlich derart, dass eine dem neuen Gang zugeordnete kraftschlüssig wirksame kommende Kupplungseinheit geschlossen und eine dem alten Gang zugeordnete kraftschlüssig wirksame gehende Kupplungseinheit geöffnet wird, wobei das Schließen und Öffnen der Kupplungseinheiten zur Aufrechterhaltung des Kraftflusses zeitlich überschnitten erfolgt, d.h. die Kupplungskapazität der kommenden Kupplungseinheit in dem Umfang gesteigert wird wie die Kupplungskapazität der gehenden Kupplungseinheit gesenkt wird. Als hierfür geeignete kraftschlüssig wirksame Kupplungseinheiten kommen zumeist hydraulisch steuerbare Nasskupplungen in Form von Lamellenkupplungen zur Anwendung, die wenig Bauraum in Anspruch nehmen, preiswert herstellbar sind, und über den Arbeitsdruck in dem jeweils zugeordneten Druckraum präzise steuerbar sind, was die Grundvoraussetzung für die überschnittene Steuerung eines Gangwechsels ist. Besonders geeignet für eine derartige Steuerung sind dauerschlupfgeregelte Lamellenkupplungen, da bei diesen das übertragbare Drehmoment (Kupplungskapazität) jeweils proportional zu dem als Anpressdruck wirksamen Arbeitsdruck in dem jeweiligen Druckraum ist. Bei einer derartigen Nasskupplung geht dem eigentlichen Schließen der dem neuen Gang zugeordneten kommenden Kupplungseinheit eine Befüllphase voraus, in der der zugeordnete Druckraum bis zum Anlegen der zugeordneten Kupplungselemente (Kupplungslamellen) und dem Beginn der Übertragung eines kleinen Schleppmomentes befüllt wird. Der Befulldruck, der am Ende der Befullung erreicht wird, entspricht üblicherweise einem Drehmoment, das etwa 10% des aktuell in der gehenden Kupplungseinheit übertragbaren Drehmomentes entspricht und in der Größenordnung von 20 Nm bis 30 Nm liegt. Nach dem Stand der Technik werden für das Befüllen der kommenden Kupplungseinheit 200 ms bis 400 ms, bei Kälte auch bis zu 1000 ms benötigt. Daher wird die maximale - Befülldauer vorgesehen, in der unter ungünstigsten Betriebsbedingungen, d.h. bei einem Kaltstart bei extremer Kälte mit entsprechend zähflüssigem Druckmittel (Hydrauliköl), das Befüllen des Druckraumes bis zum Anlegen der zugeordneten Kupplungselemente sicher erreicht wird, bevor entsprechend verzögert die Kupplungsüberschneidung beginnen kann.
Moderne Getriebeautomaten und Lastschaltgetriebe werden üblicherweise über ein elektronisches Steuergerät automatisch gesteuert, weisen aber neben einem Automatikmodus zunehmend auch einen Manuellmodus auf. Im Automatikmodus werden die Schaltvorgänge abhängig von Fahrzeugparametern, wie z.B. der momentanen Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl, und der Motorlast, ausgelöst und durchgeführt, wobei die Schaltpunkte abhängig von einem gewählten Steuerungsprogramm (Eco oder Sport) unterschiedlich bestimmt werden können. Der Fahrer wird im Automatikmodus von dem jeweiligen Schaltvorgang weitgehend überrascht. Da die Dauer der Befüllphase in diesem Fall nicht wahrgenommen werden kann, empfindet der Fahrer den Schaltvorgang abhängig vom Verlauf des Schließens und Öffnens der beiden Kupplungseinheiten als mehr oder weniger komfortabel bzw. sportlich. Im Manuellmodus, der durch die Positionierung des Wählhebels in einer separaten Manuellschaltgasse, oder einfach durch die Betätigung von im Lenkradbereich angeordneten Schaltelementen, wie z.B. +/- - Schaltern im Lenkrad oder +/- - Schaltrudern hinter dem Lenkrad, aktiviert werden kann, wird der Schaltvorgang jeweils von dem Fahrer manuell ausgelöst, der Schaltvorgang selbst läuft dann aber wie im Automatikmodus automatisch gesteuert ab. Bei manueller Auslösung wird der Schaltvorgang dann von dem Fahrer, insbesondere wenn er eine sportlich-dynamische Fahrweise bevorzugt, häufig als zu wenig spontan und insgesamt zu langsam ablaufend empfunden.
Prinzipiell ist zwar bekannt, hydraulisch gesteuerte .Schaltvorgänge durch eine Erhöhung des Arbeitsdruckes zu beschleunigen, dies ist aber ohne weiteres nicht auf einen überschnittenen Gangwechsel anwendbar. Beispielsweise ist aus der DE 40 26 658 A1 eine Drucksteuereinrichtung zur Beeinflussung des Schließverhaltens von Lastschaltkupplungen eines Lastschaltgetriebes bekannt, bei der ein einziges Regelventil vorgesehen ist, dessen Steuerungscharakteristik durch das Zu- und Abschalten einer Vorspannkolbeneinrichtung und einer Zusatzdrossel individuell an mehrere Lastschaltkupplungen bzw. den-diesen zugeordneten Gangstufen anpassbar ist. Durch das Zuschalten der Vorspannkolbeneinrichtung wird ein erhöhter Befüllenddruck erreicht und die Befüllphase der betreffenden Lastschaltkupplung verlängert, entsprechend ergibt sich aufgrund des erhöhten Reibanfangsdruckes (= Befüllenddruck) eine kürzere Rutschphase und damit eine härtere Schaltung. Durch das Zuschalten der parallel zu einer permanent genutzten Drossel angeordneten Zusatzdrossel in einer Steuerleitung des Regelventiles wird der Druckgradient der Rutschphase vergrößert, wodurch die Rutschphase verkürzt wird und die Schaltung härter erfolgt. Insgesamt wird aber keine wesentliche Verkürzung des Schaltablaufes erreicht. Im übrigen besteht bei einer schnelleren Anhebung des Arbeitsdruckes der kommenden Kupplungseinheit die Gefahr, dass es zu einer Verspannung des Lastschaltgetriebes kommt, wenn die Öffnung der gehenden Kupplung nicht schnell genug erfolgen kann.
Es ist daher das Problem der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem bei einem Lastschaltgetriebe der eingangs genannten Art der Ablauf einer manuell ausgelösten Lastschaltung, die sowohl eine Zughochschaltung als auch eine Schubrückschaltung sein kann, ohne das Auftreten einer Verspannung wesentlich beschleunigt wird, so dass ein Fahrer eine spontane Reaktion auf sein Schaltkommando und eine schnelle Durchführung des gewünschten Schaltvorganges erfährt.
Das Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass bei einer manuell ausgelösten Lastschaltung (Zughochschaltung und Schubrückschaltung) die Befullung der kommenden Kupplungseinheit mit einem erhöhten, der Größenordnung der Kupplungskapazität der gehenden Kupplungseinheit entsprechenden Befulldruck erfolgt, dass das Befüllende ermittelt wird, und dass bei erkanntem Befüllende zeitlich überschnitten die gehende Kupplungseinheit geöffnet und die Kupplungskapazität der kommenden Kupplungseinheit angepasst wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 aufgeführt.
Durch die Befullung der kommenden Kupplungseinheit mit einem deutlich erhöhten Befulldruck wird die Befüllphase wesentlich verkürzt und dauert nun etwa 50 bis 100 ms, bei extremer Kälte auch bis zu 150 ms. Um eine Verspannung des Getriebes zu vermeiden, wird das Befüllende ermittelt, d.h. geeignete physikalische Größen des Antriebsstranges sensiert und ausgewertet, und bei erkanntem Befüllende die gehende Kupplungseinheit geöffnet und die kommende Kupplungseinheit angepasst, d.h. abhängig von dem Abbau des übertragbaren Drehmomentes der gehenden Kupplungseinheit auf die angestrebte Kupplungskapazität, die in etwa der Kupplungskapazität der gehenden Kupplung vor dem Schaltvorgang entspricht, eingestellt. Der Befulldruck der kommenden Kupplungseinheit kann auf etwa 80% bis 90% oder aber auf etwa 100% der Druckhöhe eingestellt werden, die der Kupplungskapazität der gehenden Kupplungseinheit entspricht. Im ersten Fall bedeutet die Anpassung der kommenden Kupplungseinheit dann eine Anhebung und eine Feinjustierung und im zweiten Fall nur eine Feinjustierung des Arbeitsdruckes auf die erforderliche Druckhöhe zur Übertragung des aktuellen Motordrehmomentes. Da Verarbeitung des Sensorsignales und die Auslösung der Kupplungsüberschneidung von der Sensierung des Befüllendes an nur ca. 50 ms in Anspruch nimmt und auch der eigentliche Gangwechsel aufgrund des angehobenen Befülldruckes der kommenden Kupplungseinheit deutlich weniger Zeit in Anspruch nimmt, verkürzt sich die Gesamtschaltdauer im Vergleich zum Stand der Technik von derzeit 400 ms bis 1000 ms auf 150 ms bis 300 ms. Damit wird der von einem Fahrer ausgelöste Schaltvorgang spontan und schnell umgesetzt. Für den Fahrer äußert sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens somit in einer spürbaren Verbesserung der Schaltspontaneität.
Um eine schnelle Öffnung der gehenden Kupplungseinheit zu erreichen, erfolgt die Entleerung bzw. Drucklosschaltung des zugeordneten Druckraumes zweckmäßig über eine im Vergleich zu einem Normalbetrieb, d.h. bei Schaltungen im Automatikmodus und bei lastarmen Schaltungen im Manuellmodus, vergrößerte Drossel. Hierzu ist es denkbar, dass über ein Schaltventil zwischen einer kleineren. Drossel für Normalbetrieb und einer parallel angeordneten größeren Drossel für den erfindungsgemäßen .Dynamikbetrieb' umgeschaltet wird, oder dass bei .Dynamikbetrieb' der kleineren Drossel zur Vergrößerung des Durchflussquerschnittes über ein Schaltventil eine weitere, parallel angeordnete Drossel zugeschaltet wird.
Das Befüllende der kommenden Kupplungseinheit kann durch eine Sensierung des Arbeitsdruckes und / oder durch die Ermittlung des Druckgradienten des Arbeitsdruckes in einem Druckraum der kommenden Kupplungseinheit ermittelt werden. Während der Befüllphase steigt der Druck in dem Druckraum aufgrund von Strömungsverlusten zunächst nur geringfügig an, steigt dann aber mit abnehmendem Volumenstrom vor dem Ende der Befüllphase stark an, und erreicht gegen Ende der Befüllphase mit dem Anlegen der Kupplungslamellen den angesteuerten Befulldruck. Daher kann ein unmittelbar mit dem Druckraum der kommenden Kupplungseinheit in Verbindung stehender Drucksensor zur Sensierung des Befüllendes verwendet werden, durch den der momentan in dem Druckraum wirksame Arbeitsdruck messbar und einer Auswerteeinheit zuleitbar ist, in der der gemessene Druck mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen und ein Differenzenquotient mit mindestens einem der letzten Messwerte und der entsprechenden Zeitdifferenz zur Bestimmung des momentanen Druckgradienten gebildet und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden kann. Dadurch kann dann das Erreichen und Überschreiten eines vorab definierten Druckgrenzwertes, z.B. von 90% oder 95% des Sollwertes des Befülldruckes, der zum Ende der Befüllphase erreicht wird, und / oder das Über- oder Unterschreiten eines vorab definierten Druckgradienten in dem Druckraum der kommenden Kupplungseinheit ermittelt und als Befüllende interpretiert werden. Bei der Verwendung des momentanen Druckgradienten kann der starke Druckanstieg gegen Ende der Befüllphase ermittelt und die Überschreitung eines vorgegebenen, entsprechend hohen Druckgradienten als Entscheidungskriterium zur Erkennung des Befüllendes genutzt werden. Es ist aber auch möglich, die Abschwächung des starken Druckanstieges unmittelbar vor dem Ende der Befüllphase zu ermitteln und dann die Unterschreitung eines entsprechend niedrigeren Druckgradienten (nach vorheriger Überschreitung) als Entscheidungskriterium zu verwenden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Ermittlung des Befüllendes der kommenden Kupplungseinheit aber auch durch eine Sensierung einer beginnenden Verspannung des Lastschaltgetriebes erfolgen. Da bei einer beginnenden Verspannung ein Teil des eingangsseitig anliegenden Drehmomentes in die Verspannung des Getriebes fließt und somit das .ausgangsseitige Drehmoment kurzfristig absinkt, kommt es bei einer Zughochschaltung zu einer Abschwächung der Fahrzeugbeschleunigung und bei einer Schubrückschaltung zu einer Zunahme der Fahrzeugverzögerung. Demzufolge wird vorteilhaft die Fahrzeugbeschleunigung bzw. -Verzögerung sensiert und das Erreichen und Unterschreiten eines vorab definierten Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsgrenzwertes als Befüllende interpretiert. Wird mit beginnender Übernahme eines Drehmomentes durch die kommende Kupplungseinheit der Arbeitsdruck in der gehenden Kupplung durch die Dauerschlupfregelung automatisch reduziert, kann auch der Arbeitsdruck in einem Druckraum der gehenden Kupplungseinheit sensiert werden, und das Erreichen und Unterschreiten eines vorab definierten Druckgrenzwertes in der gehenden Kupplungseinheit als Befüllende interpretiert werden. Aufgrund einer beginnenden Verspannung des Getriebes kommt es bei einer Zughochschaltung auch zu einer Entspannung des begrenzt elastischen, als Torsionsfeder wirksamen abtriebsseitigen Antriebsstranges, der aus einer Kardanwelle, einem Differenzialgetriebe und jeweils einer Antriebswelle bestehen kann und im Zugbetrieb getriebeseitig vorauseilend aufgezogen ist. Entsprechend ergibt sich bei einer Schubrückschaltung eine Verstärkung der Vorspannung des abtriebsseitigen Antriebsstranges, der im Schubbetrieb getriebeseitig nacheilend aufgezogen ist. In beiden Schaltungsfällen kommt es daher zu einer getriebeseitig nacheilenden Relativbewegung des getriebeseitigen Endes des abtriebsseitigen Antriebsstranges gegenüber dem radseitigen Ende. Dieser Umstand kann genutzt werden, um eine beginnende Verspannung des Getriebes zu erkennen, und zwar dadurch, dass eine getriebeseitige und eine radseitige Drehzahl des abtriebsseitigen Antriebsstranges sensiert wird, und das Erreichen und Überschreiten einer vorab definierten positiven Differenz zwischen der radseitigen und der getriebeseitigen Drehzahl, die ggf. um das Übersetzungsverhältnis eines Differentialgetriebes korrigiert ist, als Befüllende interpretiert wird.
Zumindest die letzten Verfahrensschritte zur Ermittlung des Befüllendes lassen jeweils alleine angewandt unter Umständen keine eindeutige Interpretation zu, da z.B. Änderungen der Fahrzeugbeschleunigung und der Vorspannung des abtriebsseitigen Antriebsstranges auch von äußeren Einflüssen, wie beispielsweise von einer Änderung der Fahrbahnlängsneigung und von Unebenheiten in der Fahrbahndecke, hervorgerufen werden können. Es ist daher vorteilhaft, wenn mehrere der zuvor beschriebenen Kriterien zur Bestimmung des Befüllendes herangezogen werden. Hierzu können die betreffenden Verfahrensschritte zunächst unabhängig voneinander durchgeführt werden, die Ergebnisse bewertet und die daraus abgeleiteten Ergebniswerte zu einer Bewertungssumme aufsummiert werden. Schließlich kann dann das Erreichen und Überschreiten eines vorab definierten Summengrenzwertes durch die Bewertungssumme als Befüllende interpretiert werden. Hierdurch ist dann eine größtmögliche Sicherheit bei der Bestimmung des Befüllendes und damit zur Vermeidung einer Verspannung des Getriebes gegeben.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.
Hierzu zeigen:
Fig. 1a - 1c Drehzahl- und Drehmomentverläufe einer erfindungsgemäßen Zughochschaltung, und Fig. 2a - 2c Drehzahl- und Drehmomentverläufe einer Zughochschaltung nach dem Stand der Technik.
In den Fig. 2a bis 2c sind die zeitlichen Drehzahl- und Drehmomentverläufe einer nach dem Stand der Technik ablaufenden Zughochschaltung dargestellt, in Fig. 2a der Drehzahlverlauf des Antriebsmotors nMot(t), in Fig. 2b der Drehmomentverlauf des Antriebsmotors M ot(t), und in Fig. 2c Drehmomentverläufe der gehenden Kupplungseinheit M«ι(t) und der kommenden Kupplungseinheit MK2(t). Die Schaltung beginnt mit der vom Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt ti ablaufenden Befullung der kommenden Kupplungseinheit K2, in der ein zugeordneter Druckraum unter einem Befulldruck p mit einem Druckmittel befüllt und gegen Ende der Befüllphase die entsprechenden Kupplungselemente, z.B. bei einer Lamellenkupplung die Kupplungslamellen, unter Erreichung des Befülldruckes pF zur Anlage gebracht werden und die kommende Kupplungseinheit K2 ein geringes Schleppmoment MK2_sι überträgt, das etwa 15% des Schaltdrehmomentes Mκ_s vor und nach der Schaltung entspricht. Die Dauer der Befüllphase hängt neben den baulichen Gegebenheiten im wesentlichen von der Zähigkeit des verwendeten Druckmittels (Hydrauliköls) ab und beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 300 ms, kann aber bei einem Kaltstart unter extremer Kälte bis zu 1000 ms in Ansprucb.nehmen. Damit das Ende der Befüllphase sicher erreicht werden kann, ist insgesamt ein Zeitfenster für die Befullung der kommenden Kupplungseinheit K2 vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2 von 400 ms vorgesehen, so dass sich im vorliegenden Fall zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 eine Sicherheitspause von 100 ms ergibt. Danach folgt zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die Überschneidungsphase, in der das übertragbare Drehmoment (Kupplungskapazität) MKι der gehenden Kupplungseinheit K1 , der der niedrigere alte Gang (Quellgang) GQ zugeordnet ist, von dem Schaltdrehmoment Mκ_s auf Null reduziert und die Kupplungskapazität MK2 der kommenden Kupplungseinheit K2, der der höhere neue Gang (Zielgang) Gz zugeordnet ist, von dem Schleppmoment MK2_sι auf das Schaltdrehmoment Mκ_s erhöht wird. Somit ist das weitgehend konstante Motordrehmoment MMot bzw. Schaltdrehmoment Mκ_s während der Überschneidungsphase, die vorliegend etwa 300 ms in Anspruch nimmt, stetig und ohne eine Zugkraftunterbrechung von dem alten Gang GQ bzw. der zugeordneten gehenden Kupplungseinheit K1 auf den neuen Gang Gz bzw. die zugeordnete kommende Kupplungseinheit K2 übergegangen. Nachfolgend .wird durch einen entsprechenden Eingriff in die Motorsteuerung (siehe Fig. 2a und Fig. 2b) zwischen den Zeitpunkten t3 und über einen Zeitraum von etwa 300 ms durch ein kurzzeitiges Absenken und Wiederanheben des Motordrehmomentes MMot eine Drehzahlanpassung zum Übergang von der Übersetzung des alten Ganges GQ auf die Übersetzung des neuen Ganges Gz vorgenommen. Der gesamte Schaltvorgang dauert insgesamt etwa 1000 ms, wobei bis zu einer von einem Fahrer wahrnehmbaren Reaktion, nämlich dem Beginn der Drehzahlanpassung zum Zeitpunkt t3, etwa 700 ms vergehen. Bei einer manuellen Auslösung wird eine derartige Schaltung von dem Fahrer, insbesondere wenn er eine sportlich-dynamische Fahrweise bevorzugt, als zu wenig spontan und insgesamt zu langsam ablaufend empfunden.
Im Gegensatz dazu läuft eine vergleichbare Zughochschaltung, die nach dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert abläuft, wie in den Fig. 1a bis Fig. 1c dargestellt ist, wesentlich spontaner und schneller ab. Erfindungsgemäß wird hier die kommende Kupplungseinheit K2 in der Befüllphase zwischen dem Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt ti mit einem erhöhten Befulldruck pF befüllt, der einem Schleppmoment M«2_sι bzw. einer Kupplungskapazität von etwa 85% des Schaltdrehmomentes Mκ_s entspricht. Daher nimmt die Befüllphase vorliegend nur etwa 100 ms in Anspruch. Um eine Verspannung des Getriebes zu vermeiden, wird das Befüllende ermittelt, was durch eine Sensierung des Befülldruckes pF der kommenden Kupplungseinheit K2 und / oder durch eine Sensierung einer beginnenden Verspannung des betreffenden Getriebes erfolgen kann. Durch die Verarbeitung entsprechender Sensorsignale und die Auslösung der Kupplungsüberschneidung in einer entsprechenden Steuerungseinheit vergehen vom Erreichen des Befüllendes zum Zeitpunkt ti bis zum Beginn der Kupplungsüberschneidung zum Zeitpunkt t2 etwa 25 ms. Die zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ablaufende Überschneidungsphase, in der das übertragbare Drehmoment (Kupplungskapazität) MKι der gehenden Kupplungseinheit K1 , der der niedrigere alte Gang GQ zugeordnet ist, von dem Schaltdrehmoment Mκ_s auf Null reduziert und die Kupplungskapazität MK2 der kommenden Kupplungseinheit K2, der der höhere neue Gang Gz zugeordnet ist, von dem Schleppmoment MK2_sι auf das Schaltdrehmoment Mκ_s erhöht wird, fällt aufgrund einer schnellen Öffnung der gehenden Kupplungseinheit K1 und des hohen Befülldruckes pF der kommenden Kupplungseinheit K2 mit etwa 50 ms besonders kurz aus. Danach schließt sich, wie schon zuvor beschrieben, zwischen den Zeitpunkten t3 und t» über etwa 300 ms eine motorseitig gesteuerte Drehzahlanpassung zum Übergang von dem Übersetzungsverhältnis des alten Ganges GQ auf das Übersetzungsverhältnis des neuen Ganges Gz an (siehe Fig. 1a und Fig. 1b). Nunmehr dauert der gesamte Schaltvorgang insgesamt nur mehr etwa 475 ms, wobei bis zu der von einem Fahrer wahrnehmbaren Reaktion, dem Beginn der Drehzahlanpassung zum Zeitpunkt t3, nur etwa 175 ms vergehen. Für einen Fahrer äußert sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer spürbaren Verbesserung der Schaltspontaneität. Das Verfahren ermöglicht somit eine sportlichdynamische Fahrweise, die der Fahrer bei einem Wechsel von einem Automatikmodus in einen Manuellmodus der Getriebesteuerung im allgemeinen auch wünscht.
BEZUGSZEICHENLISTE
GQ alter Gang, Quellgang
Gz neuer Gang, Zielgang
K1 gehende Kupplungseinheit
K2 kommende Kupplungseinheit
Mκ übertragbares Kupplungsdrehmoment, Kupplungskapazität
MKι Kupplungskapazität von K1
MK2 Kupplungskapazität von K2
Mκ_s Schaltdrehmoment
MK2_sι Schleppmoment von K2
MMot Motordrehmoment nMot Motordrehzahl pF Befulldruck t Zeit t0 Beginn des Schaltvorganges, Beginn der Befullung von K2 Ende der Befullung von K2 t2 Beginn der Kupplungsüberschneidung t3 Ende der Kupplungsüberschneidung, Beginn der Drehzahlanpassung t4 Ende der Drehzahlanpassung, Ende des Schaltvorganges

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Verfahren zur Schaltsteuerung eines Lastschaltgetriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei dem zeitlich überschnitten eine kommende, dem neuen Gang Gz zugeordnete Kupplungseinheit K2 geschlossen und eine gehende, dem alten Gang GQ zugeordnete Kupplungseinheit K1 geöffnet wird, wobei die Kupplungseinheiten K1 , K2 als schlupfgeregelte Nasskupplungen ausgebildet sind, das Schließen der kommenden Kupplungseinheit K2 in etwa bis auf einen der Kupplungskapazität M«_s der gehenden Kupplungseinheit K1 entsprechenden Arbeitsdruck erfolgt, und dem Schließen der kommenden Kupplungseinheit K2 eine mit einem Befüllende abgeschlossene Befullung mit einem Befulldruck pF vorausgeht, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer manuell ausgelösten Lastschaltung (Zughochschaltung und Schubrückschaltung) die Befullung der kommenden Kupplungseinheit K2 mit einem erhöhten, der Größenordnung der Kupplungskapazität M«_s der gehenden Kupplungseinheit K1 entsprechenden Befulldruck pF erfolgt, dass das Befüllende ermittelt wird, und dass bei erkanntem Befüllende zeitlich überschnitten die gehende Kupplungseinheit K1 geöffnet und die Kupplungskapazität MK2 der kommenden Kupplungseinheit K2 angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Befulldruck pF der kommenden Kupplungseinheit K2 auf etwa 80% bis 90% einer Druckhöhe eingestellt wird, die der Kupplungskapazität M«_s der gehenden Kupplungseinheit K1 entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Befulldruck pF der kommenden Kupplungseinheit K2 auf etwa 100% der Druckhöhe eingestellt wird, die der Kupplungskapazität Mκ_s der gehenden Kupplungseinheit K1 entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gehende Kupplungseinheit K1 zur Beschleunigung ihrer Öffnung über eine im Vergleich zu einem Normalbetrieb vergrößerte Drossel drucklos geschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Befüllendes der kommenden Kupplungseinheit K2 durch eine Sensierung des Arbeitsdruckes und / oder durch die Ermittlung des Druckgradienten des Arbeitsdruckes in einem Druckraum der kommenden Kupplungseinheit K2 erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen und Überschreiten eines vorab definierten Druckgrenzwertes und / oder das Über- oder Unterschreiten eines vorab definierten Druckgradienten in der kommenden Kupplungseinheit K2 als Befüllende interpretiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Befüllendes der kommenden Kupplungseinheit K2 durch eine Sensierung einer beginnenden Verspannung des Lastschaltgetriebes erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbeschleunigung bzw. -Verzögerung sensiert wird, und dass das Erreichen und Unterschreiten eines vorab definierten Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsgrenzwertes als Befüllende interpretiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsdruck in einem Druckraum der gehenden Kupplungseinheit K1 sensiert wird, und dass das Erreichen und Unterschreiten eines vorab definierten Druckgrenzwertes in der gehenden Kupplungseinheit K1 als Befüllende interpretiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine getriebeseitige und eine radseitige Drehzahl des abtriebsseitigen Antriebsstranges sensiert wird, und dass das Erreichen und Überschreiten einer vorab definierten positiven Differenz zwischen der radseitigen und der getriebeseitigen Drehzahl als Befüllende interpretiert wird.
1. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Verfahrensschritte gemäß den Ansprüchen 5 bis 10 zur Ermittlung des Befüllendes durchgeführt werden, dass das jeweilige Ergebnis der verwendeten Verfahrensschritte bewertet und die daraus abgeleiteten Ergebniswerte zu einer Bewertungssumme aufsummiert werden, und dass das Erreichen und Überschreiten eines vorab definierten Summengrenzwertes durch die Bewertungssumme als Befüllende interpretiert wird.
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