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Verfahren zum Steuern von Stufengetrieben in
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Kraftfahrzeugen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem
Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruches.
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t bekannt, bei automatischen Stufengetrioben für Kraftfahrzeuge Planetengetriebe
zu verwenden, bei denen durch Betätigung von Reibelementen wir Kupplungen, Bremsbändern
und dgl. verschiedene Öetriebeteile in den Kraftfluß einschaltbar sind, so daß sich
die gewünschten unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse des Getrieben ergoben.
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Bei einer bestimmten Bauart derartiger Getriebe sind dabei in einem
niedrigeren Gang bestimmte Getriebeteile festgehalten, die in einem höheren mit
umlaufen.
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Dies bedeutet, daß diese Getriebeteile bei dem entsprechenden Hochschaltvorgang
beschleunigt werden müssen.
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Aus der DE-OS 28 41 389 ist es weiter bekannt, bei Lastschaltgetrieben
während des Umschaltvorganges - vorzugaweise bei Hochsohaltungen - eine Beeinflussung
der Brennkraftmaschine derart auszuüben, daß das Motormoment verringert wird. Diese
Beeinflussung wird üblicherweise in Gestalt einer Zündverstellung oder einer Reduzierung
der Kraftstoffzufuhr vorgenommen und dient dazu, einen weichen Schaltablauf zu bewirken.
Durch diese Antriebsmotorbeeinflussung stellt sich dabei ein verhältnismäßig starke
Drehzablgradient ein, da die Drahzahl den Antrfobsmotors verhältnlamäßig schnell
abnimmt. Wird hun din autematisches Stufengetriebe der eingangs geschilderten Art
verwendet, stellt sich bei einem derartigen Drehzahlgradienten in Verbindung mit
den zu beschleunigenden trägen Massen des Getriebes ein Drehmomenteinbruch ein,
der sich störend bemerkbar macht.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfnhrah mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruches @at demgegenüber den Vorteil, daß durch Kompensation
des Drehmomenteinbruches die Schaltqualität gesteigert wird. Dadurch kann die Antriebsmotorbeeinflussung
optimal genutzt werden, worau wiederum eine Verlängerung der Lebensdauer des Getriebes
resultiert.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen das im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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So wird in bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrans
entweder der Pruck in den @einelementen während des Wirdsamwerdens der Antriebsmotorbeeinflussung
erhöht oder gegen Ende des Umschaltvorganges vermindart. Da bei
automatischen
Getriebesteuerungen der hier vorliegenden Art üblicherweise auch der Druck in den
Reibelenten elektronisch eingestellt wird, ist eine derartige Drucksteuerung mit
nur geringem Zusatzaufwand realisierbar.
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Weitare Vorteile ergoben sich aus der Becchreibung und der beigefügten
Zeichnung.
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Zeichnung Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand vor Figuren veranschaulicht
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1a und b
schematische Darstellungen des Kraftflusses in einem automatischen Stufengetriebe;
Figuren 2n und b den zeitlichen Verlauf von Drehzahlen und Drehmomenten in einem
derartigen Getriebe nach dem Stand der Technik; Figuren 3a und b sowie 4a und b
die zeitlichen Verlänfe von Drchmomenten und Drchzahlen in einem automatischen Stufengetriebe
bei Anwendung eines erfindungagemäßen Verfahrens; Figuren 5a bis d eine schematische
Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1a ist mit dick ausgezogenen
Linien der Kraftfluß in einem schematisch dargestellten automatischen Stufengetriebe
gezeichnet. Diese Darstellung beschränkt sich ebenso wie die Darstellung in Figur
1b auf die im vorliegenden Zusammenhand interessierenden Einzelheiten, weitere Einzelheiten
wie Rückwärtsgang und dgl. sind der Übersichtlichkeit halber fortgelassen.
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Die Krafteinleitung in das automatische Stufengetriebe beginnt bei
einer Motorwelle 10, die auf einen Drehmomentwandler 11 führt. Dieser besteht eingangsseitig
aus einer Pumpe 12 und ausgangsseitig au einer Turbine 13, wobei ferner noch ein
mit einem FreilauS gegen das Gehäuse abgestütztes Leitrad 14 vorgesehen ist. Die
Turbine 13 ist mit einer Turbinenwelle 15 verbunden, die über eine Kupplung 16 mit
einer Welle 17 verbindbar ist. Die Welle t7 führt zum Hohlrad eines Planetensatzes
18, dessen Sonnenrad über eine Hohlwelle 20 und eine zweite Kupplung 19 mit der
Turbinenwelle 15 verbindbar ist. Das Planetenrad des Planetensatzes 18 ist an eine
Abtriebswelle 24 angeschlossen. Schließlich ist die Hohlwelle 20 noch über einen
Freilauf 22 und eine dritte Kupplung 21 mit dem Gehäuse 23 des Getriebes verbindbar.
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In den Figuren 1a und b ist der Kraftfluß in dem Getriebe für den
arsten bzw. den zweiten Gang dargestellt. Bei Ein schaltung des ersten Ganges (Figur
1a) läuft der Kraft fluß über die Kupplung 16, die Welle 17 und das Planetenrad
des Planetensatzes 18 zur Abtriebswelle 24, Die Hohl Welle 20 ißt dabei über den
Freilauf 22 und die geschlonsene dritte Kupplung 21 am Gehäuse 23 festgehalten,
so daß die Hohlwellen-Drehzahl nH = 0 ist. Wird nun vom ersten in den zweiten Gang
hochgeschaltet (Figur 1b), wird die dritte Kupplung 21 gelöst und die zweite Kupplung
19 geschlossen. Dann läuft der Planetensatz 18 als geschlossener Block mit der Übersetzung
1 : 1 um, und die Hohlwellen-Drehzahl nH ist gleich der Turbinenwellendrehzahl nT.
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Dies bedeutet insgesamt, daß bei einem derartigen Hochschaltvorgang
vom ersten in den zweiten Gang die in Fit gur 1b mit 25 bezeichneten Getriebeteile,
nämlich das Sonnenrad, die Hohlwelle 20, ein Teil des Freilaufes 22 sowie ein Teil
der zweiten Kupplung 19 beschleunigt werden müssen. Wird nun gleichzeitig während
dieses Hochschaltvorganges, wie an sich bekannt, das Motormoment
durch
Beeinflussung des Antriebsmotors verringert, ergibt sich aus dem sich einstellenden
Drehzahlgradienten in Verbindung mit der trägen Masse der zu beschleunigenden Getriebeteile
25 ein Momenteneinbruch an der Abtriebswelle 24 des Getriebes.
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Diese Verhältnisse sind noch einmal anhand von Diagrammen in den Figuren
2a und b dargestellt.
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Dabei sind in Figur 2a über der Zeit t die Drehzahl der Turbinenwelle
15 nT, die Drehzahl der Hohlwelle 17 nH und die Drehzahl der Abtriebswelle 24 nab
dargestellt. Figur 2b zeigt im gleichen zeitlichen Maßstab den Verlauf des Abtriebsmomentes
Mab und des Turbinenmomentes MT. Während die Fahrgeschwindigkeit, entsprechend der
Drehzahl nab während des Hochschaltvorganges als näherungsweise konstant angenommen
wird, ergibt sich für eine Hochschaltung ohne Antriebsmotorbeeinflussung ein Drehzahlverlauf,
wie er in Figur 2a mit 30, 30a bezeichnet ist. Wie zu erkennen ist, vermindert sich
die Turbinendrehzahl vom Zeitpunkt t1, in dem der Hochschaltvorgang beginnt, langsam
bis zum Zeitpunkt t6, an dem der Umschaltvorgang abgeschlossen ist. Entsprechend
stellt sich bei konstant angenommenem Turbinenmoment MT 30b ein zeitlicher Verlauf
des Abtriebsmomentes Mab ein, wie er in Figur 2b mit 30b bezeichnet ist. Der verhältnismäßig
kleine Drehzahlgradient, entsprechend den Verläufen 30, 30a erhöht sich merklich,
wenn der Antriebsmotor beim Hochschalten beeinflußt wird, wie aus den Verläufen
31 und 32 ersichtlich wird. Mit 31, 31a ist dabei der Drehzahlverlauf bei schwachem
Motoreingriff bezeichnet, der ein entsprechendes Absinken des Drehmomentverlaufes
entsprechend den Verläufen 31b, 31d in Figur 2b zur Folge hat. Ein entsprechend
stärkerer Motoreingriff macht sich zunächst in Drehzahlverläufen 32, 32a mit hohem
Gradienten bemerkbar, an die sich Verläufr 33, 33a mit niedrigem Gradienten anschließen,
die einem frühzeitigen Wiederzuschalten des vollen Motormoment es bei
einer
Turbinendrehzahl entsprechen, die größer als die Abtriebsdrehzahl ist. Entsprechend
stellt sich ein Verlauf 33b bis 33c des Abtriebsmomentes ein, der zunächst einen
Momenteneinbruch 33b aufweist, dann das bereits erwähnte Zuschalten des vollen Motormomentes,
mit sich anschließendem Abfall 33c, der Verlauf des Turbinenmomentes MT ist für
diesen Fall mit 33d bezeichnet.
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Wie aus den Figuren- 2a und 2b ohne weiteres zu entnehmen ist, dauert
der Umschaltvorgang ohne Motoreingriff (t1 bis t6) am längsten, nimmt dann bei geringem
Motoreingriff (t1 bis t5) ab und ist bei starkem Motoreingriff (t1 bis t4) am kürzesten.
Die Dauer des Motoreingriffs ist dabei im zweiten Fall auf den Bereich t2 bis t5
beschränkt, während sie im dritten Fall nur in der Zeit t2 bis t3 eingreift. In
allen Fällen wird ein gleicher Kupplungsdruck PK angenommen.
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Wie weiter aus Figur 2b zu entnehmen ist, macht sich ohne Motoreingriff
oder bei schwachem Motoreingriff insbesondere der Momentenabfall am Schaltende bei
t6 bzw. t5 störend bemerkbar, während dies bei starkem Motoreingriff insbesondere
der Momenteneinbruch 33b ist. Dieser Einbruch ist dadurch verursacht, daß der Motoreingriff
nicht bis zum Ende der Schaltung aufrechterhalten sondern z.B. aus Gründen der Meßunsicherheit
bereits vor dem Schaltende rückgängig gemacht wird.
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Um diese beiden störenden Einflüsse auszugleichen, wird erfindungsgemäß
vorgesehen, den bislang während des Schaltvorgangs als konstant angenommenen Kupplungsdruck
PK zu beeinflussen.
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Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei in
den Figuren 3a und 3b dargestellt, die die zeitlichen Verläufe des Abtriebsmomentes
Mab, der Turbinendrehzahl nT, der Abtriebsdrehzahl nab sowie des Kupplungsdrucks
PK zeigen. Erfindungsgemäß ist hier dabei vorgesehen, während des von t2 bis t3
dauernden Motoreingriffes, der, wie oben im einzelnen geschildert, einen Momenteneinbruch
33b zur Folge hätte, den Kupplungsdruck PK kurzfristig zu erhöhen, wie dies in Figur
3b mit 35 bezeichnet ist.
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Diese gezielte Erhöhung des Kupplungsdruckes PK ist so eingestellt,
daß der Momenteneinbruch 33b kompensiert wird. Damit ergibt sich insgesamt ein Verlauf
des Abtriebsmomentes Mab, der dem Verlauf ohne Motoreingriff 30b entspricht, jedoch
insgesamt eine wesentlich kürzere Schaltzeit aufzeigt.
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Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den
Figuren 4a und b dargestellt, die den Figuren 3a und 3b entsprechende Verläufe aufzeigen.
Wie aus Figur 4b ersichtlich wird, wird dabei der Kupplungsdruck PK ab einem Zeitpunkt
t3 abgesenkt. Hochgesteuert wird der Druck erst wieder, wenn die Schaltung beendet
ist (muß nicht mit dem Ende des Schaltvorganges zusammenfallen).
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Entsprechend ergibt sich verglichen mit einem Verlauf 31b des Abtriebsmomentes
Mab ein Verlauf 36, aus dem ersichtlich wird, daß der Momentenabfall 31b durch die
erfinderische zusätzliche Maßnahme durch Aufteilung in zwei Momentenabfalle verschliffen
wird. Die Schaltzeit von t1 bis t5' hängt von der Stärke des Motoreingriffs und
von der Druckabsenkung 37 ab, jedoch wird durch das Verschleifen des Verlaufes des
Abtriebsmomentes ein höherer Schaltkomfort erzielt.
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Bei der in den Figuren 5a bis d dargestelllten Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungemäßen Verfahrens ist mit 40 eine übliche Getriebesteuereinheit bezeichnet,
die einmal aus einer Getriebesteuerung GS besteht, die den jeweils einzulegenden
Gang festlegt und auf Gangschaltventile 44 einwirkt sowie zum anderen eine Druckregelstufe
enthält, die mit PK angedeutet ist und auf ein Druckregelventil 45 einwirkt. Der
Getriebesteuereinheit 40 werden über eine Eingangs-Datenleitung 41 die üblichen
Eingangsgrößen, wie Drehzahlen, Lastinformationen, usf., zugeführt. Dieselben Informationen
werden einer Einheit 42 zur Motorbeeinflussung zugeführt, die auf eine Zündanlage
43a eines Antriebsmotors 43 arbeitet. Das Ausgangssignal dieser an sich bekannten
Motorbeeinflussungeinheit 42 wird über eine Stufe 46, die weiter unten noch beschrieben
wird, der Getriebesteuerinheit 40 zugeführt.
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Im einfachsten Fall besteht die Stufe 46 aus einer einfachen Durchführung,
wie dies mit 46a in Figur 5b dargestellt ist. Damit kann das erste erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt werden. Wie aus Figur 3b ersichtlich, wird der Kupplungsdruck
an der mit 35 bezeichneten Stelle während des Zeitraumes (t2 bis t3) angehoben,
der der Beeinflussung des Antriebsmotors entspricht. Damit kann dieses Beeinflussungssignal
direkt auch zur Übersteuerung des Kupplungsdruckes im Sinne einer vorübergehenden
Erhöhung herangezogen werden.
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Eine vergleichbare Wirkung wird durch ein Zeitglied 46b erzielt, das
in Figur 5c dargestellt ist. Das Zeitglied 46b wird mit einer positiven Flanke getriggert
und zwar mit der Flanke des Motorbeeinflussungssignals von der Stufe 42. Damit ist
es möglich, die Zeit der Druckanhebung unabhängig von der Wirkdauer der Motorbeeinflussung
zu wählen, d.h. gegebenenfalls kürzer oder länger zu machen.
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Zur Durchführung des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise
ein Zeitglied 46c verwendet werden, wie es in Figur 5d dargestellt ist. Dabei ist
ersichtlich, daß das Zeitglied 46c mit einer abfallenden Flanke triggerbar ist,
vorzugsweise mit der des Motorbeeinflussungssignals der Stufe 42. Wie aus Figur
4a zu ersehen, setzt die Druckabsenkung (im Zeitintervall t3 bis t5) nämlich dann
ein, wenn die Motorbeeinflussung aufhört.
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Insgesamt versteht sich dabei, daß die beiden genannten erfindungsgmäßen
Verfahren bzw. die jeweils zugehörigen Vorrichtungen auch in Kombination miteinander
verwendet werden können. Es versteht sich weiterhin, daß das jeweilige Niveau der
Druckanhebung und der Druckabsenkung in geeigneter Weise einstellbar gemacht werden
kann, etwa in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern.