WO2006087098A1 - Steuerungseinrichtung für eine reibschlussverbindung in einem kraftfahrzeugautomatikgeriebe - Google Patents

Steuerungseinrichtung für eine reibschlussverbindung in einem kraftfahrzeugautomatikgeriebe Download PDF

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WO2006087098A1
WO2006087098A1 PCT/EP2006/000847 EP2006000847W WO2006087098A1 WO 2006087098 A1 WO2006087098 A1 WO 2006087098A1 EP 2006000847 W EP2006000847 W EP 2006000847W WO 2006087098 A1 WO2006087098 A1 WO 2006087098A1
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Bruno Baumann
Michael Kiefer
Rainer Wüst
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a control device for a frictional connection, in particular a clutch or a brake, in a motor vehicle automatic transmission.
  • control devices are used in known motor vehicle automatic transmissions in order to enable a gear change under load, ie during torque transmission.
  • Such a gear change usually involves two frictional engagements (clutches or brakes), with one frictional engagement being closed while at the same time the other connection is being opened.
  • the frictional engagement connections are realized by disk packs, wherein the components to be coupled in each case alternately carry disk disks, which can be pressed against one another via a pressure piston in the axial direction. Due to the frictional engagement occurring during compression, the two components to be coupled are drive-connected to one another.
  • the pressure piston is acted upon on its side facing away from the lamellae with hydraulic pressure, whereby the piston comes into contact with a disk disk.
  • the slats will be different strongly compressed so that the lamellar discs rub against each other.
  • these friction linings have and / or run in an oil, which can transmit shear forces and thus lubricates and cools the slats on the one hand and supports the torque transmission between the slats on the other hand.
  • a return spring On the side facing the lamellae of the pressure piston usually acts a return spring, which seeks to urge the piston in an initial position in which the piston is lifted from the disk discs.
  • this control device has both a pressure sensor which senses the air pressure surrounding the transmission and a controller which changes the contact pressure acting on the piston as a function of the air pressure.
  • the engagement process is understood to be the period of time required to achieve full adhesion between the vanes. This includes the application phase of the pressure piston to the lamellae as well as the time required when the lamellae are pushed together until the lamellae rotate. Similarly, a disengagement process includes the time that elapses between the beginning of the return movement of the pressure piston until it reaches its initial position, which it assumes when the clutch is fully open.
  • the controller calculates the contact pressure as a function of a deviation of the standard pressure from the ambient air pressure.
  • the standard pressure is 1.013mbar.
  • the deviation of the ambient pressure is limited by the standard pressure in the calculation of the contact pressure.
  • the deviation is limited in particular to 400mbar. This corresponds to a pressure change of about 4,000 m compared to normal zero (sea level). An application of a motor vehicle automatic transmission equipped with the control device according to the invention above 4,000 m is unlikely. Limiting the maximum deviations from the normal pressure limits any implausible contact pressure due to accidentally occurring measurement errors.
  • the deviation of the ambient pressure from the standard pressure with a resolution of 5 mbar is considered according to a further embodiment of the invention.
  • This resolution makes it possible to store the region of the pressure deviation to be covered in one byte on a data bus, for example a CAN bus, via which a control unit of an air pressure sensor inter alia exchanges data with the controller of the control device according to the invention.
  • the power source which is able to cause a variable contact pressure of the pressure piston on one of the frictional engagement elements, it is in particular a hydraulic pump whose hydraulic flow is variable via one or more solenoid control valves or so-called slide. These solenoid control valves are controlled by the controller and cause a certain pressure of the pressure piston on the Reib gleichemia.
  • the power source can also be an electric motor with a spindle drive acting on the pressure piston.
  • the single figure in the lower part shows a schematic representation of a hydraulic circuit diagram and in the upper part a section of a cross section through a multi-plate clutch ' (2) of a motor vehicle automatic transmission.
  • the control device (1) has an outer, in the partial cross section U-shaped disk carrier (5) via a splined connection (16) axially displaceable but rotatably connected to a first shaft (15) and via a thrust bearing (25) and a Radial bearing (26) is rotatably supported on a second shaft (20).
  • an inner plate carrier (10) which is rotatably connected to a further rotatable component, not shown.
  • Both disk carriers (5, 10) have inner and outer axial guide grooves (6, 11) distributed over their respective circumference, into which teeth (31, 36) of ring-shaped disk disks (30, 30) formed on the respective inner or outer circumference 35) intervene.
  • the lamella disks (outer disk disks, 30) assigned to the outer disk carrier (5) have teeth (31) on their outer circumference, whereas the disk disks (inner disk disks, 35) assigned to the inner disk carrier have teeth (36) on their inner circumference.
  • the slat discs (30,35) are in the Guide grooves (6,11) axially displaceable and arranged to each other, that in the axial direction is always a on the outer plate carrier (5) supporting disc (30) adjacent to a on the inner disc carrier (10) supporting the disc (35) is arranged ,
  • the inner disc discs (35) on their axial surfaces partially friction linings (37) which can come into contact with the contact surfaces of the outer disc discs (30).
  • the disk discs (30,35) can be compressed by a pressure piston (40) which is arranged sealed with its inner and outer circumference on the inner walls (7) of the outer U-shaped disk carrier (5). Together with the inner walls (7) of the outer disk carrier, the pressure piston (40) delimits a pressure chamber (41).
  • This pressure chamber (41) is connected via at least one recess (8) in the outer plate carrier (5) to a channel (21) in the second shaft (20). Via this channel (21) and a hydraulic line (46), hydraulic fluid delivered by a pump (45) passes from a reservoir (47) into the pressure chamber (41).
  • an electromagnetic switching valve (48) is arranged, which is opened in the de-energized state and in the energized state only in the direction of the pressure chamber (41) is permeable.
  • the electromagnetic valve (48) and the pump (45) are controlled by a controller (50) which is connected to a pressure sensor (51) via a data line (52), for example a CAN bus. connected is.
  • the controller (50) may be both the transmission controller and a separate clutch controller.
  • the pressure sensor (51) is usually arranged in the engine compartment, not shown, of the vehicle.
  • the pressure piston (40) facing the disk (30,35) acts on the ambient air pressure, which surrounds the vehicle automatic transmission, not shown as a whole.
  • the pressure piston (40) is acted upon on the same side by one or more on the inner circumference of the outer disc carrier (5) distributed coil springs (42) with a spring force.
  • the coil springs (42) are supported on the one hand on the pressure piston (40) and on the other hand on the outer plate carrier (5). This spring force counteracts a force indicated by the pressure in the pressure chamber (41).
  • the controller (50) adapts the pressure curve in the pressure chamber (41) required for a coupling process as a function of the measured ambient pressure by appropriately controlling the pump (45) and opening the control valve (48) accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung (1) für eine Reibschlussverbindung (2), insbesondere eine Kupplung oder Bremse, in einem Kraftfahrzeugautomatikgetriebe. Erfindungsgemäss weist die Steuerungseinrichtung (1) sowohl einen Drucksensor (51) auf, der den das Getriebe umgebenden Luftdruck sensiert als auch eine Steuerung (50), die in Abhängigkeit vom Luftdruck den Anpressdruck verändert.

Description

Steuerungseinrichtung für eine Reibschlussverbindung in einem
Kraftfahrzeugautomatikgetriebe
Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für eine Reibschlussverbindung, insbesondere eine Kupplung oder eine Bremse, in einem Kraftfahrzeugautomatikgetriebe. Derartige Steuerungseinrichtungen werden in bekannten Kraftfahrzeugautomatikgetrieben eingesetzt, um einen Gangwechsel unter Last, also während einer Momentübertragung, zu ermöglichen. An einem derartigen Gangwechsel sind in der Regel zwei Reibschlussverbindungen (Kupplungen oder Bremsen) beteiligt, wobei eine Reibschlussverbindung geschlossen wird, während gleichzeitig die andere Verbindung geöffnet wird.
Überwiegend sind die Reibschlussverbindungen durch Lamellenpakete verwirklicht, wobei die zu kuppelnden Bauteile jeweils abwechselnd Lamellenscheiben tragen, die über einen Druckkolben in axialer Richtung aneinandergedrückt werden können. Durch den beim Zusammendrücken entstehenden Reibschluss werden die beiden zu kuppelnden Bauteile miteinander antriebsverbunden.
Der Druckkolben wird auf seiner den Lamellen abgewandten Seite mit Hydraulikdruck beaufschlagt, wodurch der Kolben zur Anlage an eine Lamellenscheibe gelangt. Abhängig vom Hydraulikdruck werden die Lamellenscheiben unterschiedlich stark zusammengedrückt, so dass die Lamellenscheiben aneinander reiben. Zur Verschleißreduzierung und damit zur Lebensdauererhöhung der Lamellenscheiben weisen diese Reibbeläge auf und/oder laufen in einem Öl, welches Scherkräfte übertragen kann und somit einerseits die Lamellen schmiert und kühlt und andererseits die Momentübertragung zwischen den Lamellen unterstützt.
Auf die den Lamellen zugewandte Seite des Druckkolbens wirkt in der Regel eine Rückstellfeder, die den Kolben in eine Ausgangsstellung zu drängen sucht, in der der Kolben von den Lamellenscheiben abgehoben ist. Beim Anlegen des Kolbens an die Lamellenscheiben und beim Zusammendrücken der Lamellenscheiben ist somit die Kraft der Rückstellfeder zu überwinden .
Auf die selbe Kolbenseite wie die Rückstellfeder wirkt regelmäßig auch der das Kraftfahrzeuggetriebe umgebende Luftdruck, so dass abhängig von diesem veränderlichen Luftdruck eine veränderliche Kraft beim Anlegen des Kolbens an die Lamellenscheiben überwunden werden muss. Dies führt dazu, dass beispielsweise im Gebirge, wo aufgrund der geographischen Höhe ein geringerer Luftdruck als auf Meeresniveau herrscht, während eines Einrückvorgangs der Kolben die Lamellenscheiben früher gegeneinander drückt als dies bei einem Einrückvorgang auf Meeresniveau der Fäll wäre. Zudem öffnet eine derartige Lamellenkupplung während eines Ausrückvorgangs aufgrund eines geringeren Luftdrucks später. Diese somit zeitlich nur ungenau bestimmbaren Kupplungspunkte führen dazu, dass keine gleiche Qualität des Kupplungsvorgangs unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet werden kann. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steuerungseinrichtung für eine Reibschlussverbindung, insbesondere eine Kupplung oder Bremse, in einem Kraftfahrzeugautomatikgetriebe anzugeben, die die Qualität der Kupplungsvorgänge verbessert .
Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Erfindungsgemäß weist diese Steuerungseinrichtung sowohl einen Drucksensor auf, der den das Getriebe umgebenden Luftdruck sensiert als auch eine Steuerung, die den auf den Kolben wirkenden Anpressdruck in Abhängigkeit vom Luftdruck verändert. Dadurch wird die infolge des unterschiedlichen Luftdrucks zu überwindende unterschiedliche Widerstandskraft als Summe aus Federkraft und veränderlichem Luftdruck beim Kupplungsvorgang (Einrück- sowie Ausrückvorgang) der Reibschlussverbindung berücksichtigt. Der erforderliche Anpressdruck verringert sich somit bei geringerem Umgebungsluftdruck und erhöht sich bei höherem Umgebungsluftdruck.
Eine Anpassung des erforderlichen Anpressdrucks an den vorherrschenden Umgebungsluftdruck bewirkt, dass die Kupplungszeitpunkte bei Ein- und Ausrückvorgängen bei beliebigem Umgebungsluftdruck gleich bleiben. Unter KupplungsZeitpunkt ist dabei nicht nur ein definierter Zeitpunkt zu verstehen, vielmehr erstreckt sich der Zeitpunkt auch auf einen Kupplungsvorgang, somit über einen gewissen Zeitraum, der benötigt wird, um die Kupplung zu schließen oder zu öffnen. Die Länge dieses Zeitraums wird einerseits durch die vorliegenden mechanischen Gegebenheiten begrenzt, beispielsweise durch die maximale Verstellgeschwindigkeit des Druckkolbens. Andererseits ist ein gewisser Verstellverlauf des Druckkolbens erwünscht, um ein bestimmtes Kupplungsverhalten zu erzielen.
Unter Einrückvorgang wird der Zeitraum verstanden, der benötigt wird, um den vollständigen Kraftschluss zwischen den Lamellenscheiben zu erzielen. Dies beinhaltet die Anlegephase des Druckkolbens an die Lamellenscheiben sowie die Zeit, die beim Aneinanderdrücken der Lamellenscheiben bis zum Gleichlauf der Lamellenscheiben benötigt wird. Ebenso beinhaltet ein Ausrückvorgang die Zeit, die vergeht zwischen Beginn der Rückzugsbewegung des Druckkolbens bis zum Erreichen seiner Ausgangsposition, die dieser einnimmt, wenn die Kupplung vollständig geöffnet ist.
Die Möglichkeit, die KupplungsZeitpunkte durch die Steuerung aufgrund anderer, beispielsweise Komfortgründe situationsabhängig zu verstellen, wird durch die vorliegende Erfindung nicht beeinträchtigt.
Es sei kurz darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Erfindung unter Kupplung auch eine in Automatikgetrieben übliche Bremse zu verstehen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung berechnet die Steuerung den Anpressdruck in Abhängigkeit einer Abweichung des Normdrucks vom Umgebungsluftdruck. Dabei beträgt der Normdruck 1.013mbar.
Die Anpassung an den vorherrschenden Umgebungsluftdruck erfolgt dabei in der Steuerung durch Subtraktion bzw. Addition des Betrags der Abweichung von dem bzw. auf den jeweils unter Normaldruck benötigten Anpressdruck des Druckkolbens. Somit kann der jeweils benötigte Anpressdruck, bzw. der benötigte Anpressdruckverlauf, einfach errechnet werden ohne den aktuellen absoluten Umgebungsluftdruck in die Berechnung mit einbeziehen zu müssen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Berechnung des Anpressdrucks die Abweichung des Umgebungsdrucks vom Normdruck begrenzt . Die Abweichung wird insbesondere auf 400mbar begrenzt. Dies entspricht einer Druckveränderung von umgerechnet ca. 4.000m gegenüber Normal Null (Meereshöhe) . Eine Anwendung eines mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugautomatikgetriebes oberhalb 4.000m ist eher unwahrscheinlich. Durch die Begrenzung der maximalen Abweichungen vom Normaldruck werden eventuell errechnete unplausible Anpressdrücke infolge versehentlich auftretender Messfehler begrenzt .
Bei der Berechnung des Anpressdrucks wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Abweichung des Umgebungsdrucks vom Normdruck mit einer Auflösung von 5mbar berücksichtigt. Durch diese Auflösung wird es möglich, den abzudeckenden Bereich der Druckabweichung in einem Byte auf einem Datenbus, beispielsweise einem CAN-Bus, abzulegen, über den ein Steuergerät eines Luftdrucksensors unter anderem mit der Steuerung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung Daten austauscht .
Bei der Kraftquelle, die einen veränderlichen Anpressdruck des Druckkolbens an einem der Reibschlusselemente zu bewirken vermag, handelt es sich insbesondere um eine Hydraulikpumpe, deren Hydraulikstrom über ein oder mehrere Magnetregelventile oder so genannte Schieber veränderbar ist . Diese Magnetregelventile werden von der Steuerung angesteuert und bewirken einen bestimmten Druck des Druckkolbens auf die Reibschlusselemente . Prinzipiell kann es sich bei der Kraftquelle aber auch um einen Elektromotor mit einem auf den Druckkolben wirkenden Spindeltrieb handeln.
In der Zeichnung wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur im unteren Teil eine schematische Darstellung eines Hydraulikschaltplans und im oberen Teil einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine Lamellenkupplung' (2) eines Kraftfahrzeugautomatikgetriebes.
Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung (1) weist einen äußeren, im Teilquerschnitt u-förmig ausgestalteten Lamellenträger (5) auf, der über eine Keilwellenverbindung (16) axialverschieblich aber drehfest mit einer ersten Welle (15) verbunden ist und über ein Axiallager (25) und ein Radiallager (26) drehbeweglich an einer zweiten Welle (20) abgestützt wird. In den vom äußeren Lamellenträger (5) teilweise umschlossenen Raum ragt ein innerer Lamellenträger (10) , der mit einem nicht dargestellten, weiteren rotierbaren Bauteil drehfest verbunden ist. Beide Lamellenträger (5,10) weisen über ihren jeweiligen Umfang verteilte, innere bzw. äußere axiale Führungsnute (6,11) auf, in die am jeweiligen Innen- bzw. Außenumfang ausgebildete Zähne (31,36) von ringförmig ausgebildeten Lamellenscheiben (30,35) eingreifen.
Die dem äußeren Lamellenträger (5) zugeordneten Lamellenscheiben (äußere Lamellenscheiben, 30) weisen an ihrem äußeren Umfang Zähne (31) auf, wohingegen die dem inneren Lamellenträger zugeordneten Lamellenscheiben (inneren Lamellenscheiben, 35) an ihrem inneren Umfang Zähne (36) aufweisen. Die Lamellenscheiben (30,35) sind in den Führungsnuten (6,11) axial verschieblich und so zu einander angeordnet, dass in axialer Richtung stets eine sich an dem äußeren Lamellenträger (5) abstützende Lamellenscheibe (30) neben einer sich an dem inneren Lamellenträger (10) abstützende Lamellenscheibe (35) angeordnet ist. Zudem weisen die inneren Lamellenscheiben (35) an ihren axialen Oberflächen teilweise Reibbeläge (37) auf, die in Kontakt mit den Kontaktflächen der äußeren Lamellenscheiben (30) gelangen können .
Im Bereich der axialen Außenseite des äußeren Lamellenträgers (5) wird die axiale Verschieblichkeit der äußeren Lamellenscheiben (30) durch einen Sprengring (9) begrenzt.
In axialer Richtung können die Lamellenscheiben (30,35) von einem Druckkolben (40) zusammengedrückt werden, der mit seinem Innen- und Außenumfang abgedichtet an den Innenwänden (7) des äußeren u-förmigen Lamellenträgers (5) geführt angeordnet ist. Zusammen mit den Innenwänden (7) des äußeren Lamellenträgers begrenzt der Druckkolben (40) einen Druckraum (41) . Dieser Druckraum (41) ist über zumindest eine Ausnehmung (8) im äußeren Lamellenträger (5) mit einem Kanal (21) in der zweiten Welle (20) verbunden. Über diesen Kanal (21) und eine Hydraulikleitung (46) gelangt von einer Pumpe (45) geförderte Hydraulikflüssigkeit aus einem Reservoir (47) in den Druckraum (41) .
Zwischen Druckraum (41) und Pumpe (45) ist ein elektromagnetisches Schaltventil (48) angeordnet, welches in unbestromtem Zustand geöffnet und in bestromtem Zustand nur in Richtung Druckraum (41) durchlässig ist. Angesteuert werden das elektromagnetische Ventil (48) und die Pumpe (45) von einer Steuerung (50) , die mit einem Drucksensor (51) über eine Datenleitung (52), beispielsweise einen CAN-Bus, verbunden ist. Bei der Steuerung (50) kann es sich sowohl um die Getriebesteuerung als auch um eine separate Kupplungssteuerung handeln. Der Drucksensor (51) ist in der Regel im nicht dargestellten Motorraum des Fahrzeugs angeordnet .
Auf die den Lamellenscheiben (30,35) zugewandte Seite des Druckkolbens (40) wirkt der Umgebungsluftdruck, der das als Ganzes nicht dargestellte Fahrzeugautomatikgetriebe umgibt. Zusätzlich wird der Druckkolben (40) auf der selben Seite von einer oder mehreren am Innenumfang des äußeren Lamellenträgers (5) verteilten Schraubenfedern (42) mit einer Federkraft beaufschlagt. Dabei stützen sich die Schraubenfedern (42) einerseits am Druckkolben (40) und andererseits am äußeren Lamellenträger (5) ab. Diese Federkraft wirkt einer durch den Druck im Druckraum (41) indizierten Kraft entgegen.
Erfindungsgemäß passt die Steuerung (50) den für einen Kupplungsvorgang benötigten Druckverlauf im Druckraum (41) abhängig vom gemessenen Umgebungsdruck an, indem die Pumpe (45) entsprechend angesteuert und das Regelventil (48) entsprechend geöffnet werden.
Möglich ist auch die Verwendung eines elektromagnetischen Ventils mit mehr als zwei Schaltstufen, wobei dann eine Schaltstufe den Ventildurchgang vollständig in beide Richtungen sperrt. Die Pumpe (45) würde dann unnötig „im Kreis pumpen" und könnte daher aus Energieeinsparungsgründen abgeschaltet werden. Um dennoch einen schnellen Druckaufbau im Druckraum (41) zu gewährleisten, wäre die Verwendung eines von der Pumpe (45) befüllbaren, in der Figur jedoch nicht dargestellten Druckspeichers denkbar. Zur exakteren Regelung des Drucks im Druckraum (41) ist ein ebenfalls in der Figur nicht dargestellter Drucksensor in der Hydraulikleitung (46) zwischen Ventil (48) und Druckkammer (41) angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungseinrichtung (1) für eine Reibschlussverbindung
(2) , insbesondere eine Kupplung oder Bremse, in einem Kraftfahrzeugautomatikgetriebe mit
- Reibschlusselementen (30,35), die miteinander antriebsverbindbar sind,
- einem Druckkolben (40) , der mit einem der Reibschlusselemente (30; 35) kraftschlüssig verbindbar ist,
- einer Rückstellfeder (42), die den Druckkolben (40) in eine Ausgangslage zu stellen sucht,
- einer Kraftquelle (45) , die einen veränderlichen Anpressdruck des Druckkolbens (40) an einen der Reibschlusselemente (30; 35) zu bewirken vermag,
- einem Drucksensor (51) , der den das Getriebe umgebenden Luftdruck sensiert und
- einer Steuerung (50) , die in Abhängigkeit vom Luftdruck den Anpressdruck verändert .
2. Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (50) den Anpressdruck in Abhängigkeit einer Abweichung des Normdrucks vom Umgebungsluftdruck berechnet .
3. Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Anpressdrucks die Abweichung des Umgebungsdrucks vom Normdruck begrenzt wird, insbesondere auf 400mbar.
4. Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Anpressdrucks die Abweichung des Umgebungsdrucks vom Normdruck mit einer Auflösung von 5mbar berücksichtigt wird.
5. Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftquelle (45) eine Hydraulikpumpe ist, deren Hydraulikstrom über ein Magnetregelventil (48) veränderbar ist, welches von der Steuerung (50) angesteuert wird.
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