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Einrichtung zum Steuern von automatischen
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Stufengetrieben in Kraftfahrzeugen Stand der Technik Die Erfindung
geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches: Es ist bekannt,
zum Steuern von automatischen Stufengetrieben in Kraftfahrzeugen elektronische Steuergeräte
vorzusehen, die aus verschiedenen Betriebsparametern, beipielsweise der Abtriebsdrehzahl,
der Last, der Motor drehzahl, der Fahrbahnneigung und dgl. Steuerbefehle für die
Reibelemente des Stufengetriebes erzeugt. Aus der 33-OS 20 50 468 ist es darüber
hinaus bekannt, das elektronische Steuergerät weiterhin mit einem Signal zu beaufschlagen,
das der Motortemperatur entspricht.
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Aus der DE-PS 21 24 024 ist es schließlich noch bekannt, zum Steuern
des Hauptdruckes eines Stufengetriebes unter anderem die Temperatur des Getriebesöls
als Steuerparameter heranzuziehen.
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Die bekannten Einrichtungen haben jedoch den gemeinsamen Nachteil,
daß zum Erfassen der Temperatur des Motors oder des Getriebeöls ein separater Temperatursensor
erforderlich ist, der am Motor, vorzugsweise im Xühlwassermantel oder im Getriebe
angeordnet ist. Derartige Sensoren sind relativ aufwendig, weil sie unter extremen
Umweltbedingungen, wie sie unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeuges auftreten
können, genau arbeiten müssen; darüber hinaus erfordern die bekannten Einrichtungen
separate Leitungen vom Motor bzw. Getriebe zum elektronischen Steuergerät. Diese
zusätzlichen Leitungen sind jedoch besonders empfindlich gegenüber Störspannungen
und Einstreuungen.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß kein zusätzlicher
Temperatursensor erforderlich ist, weil das Temperaturverhalten eines ohnehin serienmäßig
im Getriebe vorhanden Getriebelementes ausgewertet wird. Damit entfällt die Notwendigkeit,
einen gesonderten Sensor mit den damit verbundenen Kosten-und Montageproblemen vorzusehen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.
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So ergibt sich bei Auswertung der Temperatuabhängigkeit des Wicklungswiderstandes
eines Magnetventils des Getriebes der besondere Vorteil, daß das zu erfassende Signal
über die ohnehin zu den Magnetventilen zu verlegenden Leitungen übertragen werden
kann, so daß zusätzliche Leitungen mit den damit verbundenen Montageproblemen und
einer möglichen Störanfälligkeit entbehrlich sind.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung wird besonders unempfindlich gegenüber
Eigenerwärmung des ausgewerteten Getriebeelementes dann, wenn ein Getriebeelement
überwacht wird, das in den hier interessierenden Fahrzuständen, insbesondere den
ersten Betriebsminuten nach einem Kaltstart, nur selten oder kurzzeitig eingeschaltet
wird. Bevorzugt wird daher das dem ersten Gang oder der Wandlerüberbrückungskupplung
zugeordnete Magnetventil aus gewertet, da'der erste Gang beim eraufschalten immer
nur kurzzeitig eingelegt wird und die Wandlerüberbrückungskupplung bei dem genannten
Fahrzustand nicht eingeschaltet wird, wobei das Wirksamwerden der Wandlerüberbrükkungskupplung
unterhalb eines bestimmten Temperaturschwellwertes in vorteilhafter Weise unterdrückt
werden kann.
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Je nachdem, ob die Temperatur zu Anzeige zwecken oder zu Regelungszwecken
hinsichtlich bestimmter Schwellwerte erfaßt werden soll, wird die Temperatur mit
Vorteil kontinuierlich oder in Bezug auf das Überschreiten von Schwellwerten ausgewertet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung
wird der Wicklungswiderstand eines Magnetventils bei nicnterregtem Magnetventil
dadurch überwacht, daß über die Ventilwicklung und einem eßwiderstand eine Spannung
bzw. ein Strom angelegt wird.
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Damit ist eine sehr präzise Erfassung des Temperaturganges des Wicklungswiderstandes
möglich, wobei die Empfindlichkeit der Anordnung durch geeignete Dimensionierung
der Widerstände entsprechend gesteigert werden kann.
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Zum Überwachen des Überschreitens von Temperaturschwellwerten wird
in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung eine Referenzspannung erzeugt, wobei
die Referenzspannung zur Kompensation von Temperaturdriften in vorteilhaft er Weise
aus derselben Betriebsspannung erzeugt wird wie die Meßspannung zum Erfassen des
Wicklungswiderstandes und wobei zur weiteren Steigerung der Störunanfälligkeit in
den Meß- oder Referenzkreis ein weiterer Wicklungswiderstand geschaltet werden kann.
Auf diese Weise sind besonders gut leitungswiderstand- und temperaturkompensierte
Messungen möglich.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung.
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Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung
eines automatischen Stufengetriebes mit einem elektronischen Steuergerät entsprechend
der vorliegenden Erfindung; Figur 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur stufenweIsen Erfassung der Temperatur eines
Getriebes; Figur 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Einrichtung zur kontinuierlichen Erfassung der Temperatur eines Getriebes; Figur
4 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zur stufenweisen Erfassung der Temperatur eines Getriebes; Figur 5 ein Schaltbild
einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur kontinuierlichen
Erfassung der Temperatur eines Getriebes; Figur 6 ein Variante zu den Ausführungsbeispielen
gemäß Figuren 4 und 5.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist mit 10 ein automatisches
Stufengetriebe eines Kraftfahrzeuges bezeichnet, das über eine Eingangswelle 11
und eine Ausgangswelle 12 verfügt. Die Eingangswelle 11 führt zu einem hydrodynamischen
Drehmomentwandler 13, der mit einer Wandlerüberbrückungskupplung 14 überbrückbar
ist. Weiterhin weist das Getriebe 10 Schaltkupplungen 15, 16, 17, 18, 19 auf, mit
denen die Elemente von Planetensätzen 20 in an sich bekannter Weise schaltbar sind.
Die Kupplungen 14 bis 19 sind über Magnetventile 21 bis 26 schaltbar, die von einem
elektronischen Steuergerät 27 gesteuert werden. Das elektronische Steuergerät 27
ist eingangsseitig mit Signalen beschaltet, die Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges
entsprechen. Dies sind beispielsweise Antriebsdrehzahlen n1, n2, etwa die Motor
und/oder die Abtriebsdrehzahl sowie die Motorlast L, die etwa aus der Stellung des
Fahrpedals, der Drosselklappe oder Signalen eines Einspritzsteuergerätes bestimmt
werden kann. Schließlich wird das elektronische Steuergerät 27 noch von einem Signal
beaufschlagt, das der Temperatur T des Getriebes 10 entspricht.
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Im Stufengetriebe 10 dient die Kupplung 14 - wie erwähnt - zum Überbrücken
des hydrodynamischen Drehmomenzwandlers 13, die Kupplung 15 dient beispielsweise
zum Betätigen des ersten Ganges. Wird das kalte Kraftfahrzeug gestartet, wird bei
bekannten Einrichtungen die Wandlerüberbrückungskupplung 14 über das Magnetventil
21 dann geschlossen, wenn der Schlupf im Wandler 13 einen vorbestimmten Betrag überschreitet
und dann wieder geöffnet, wenn die Drehzahl des Antriebsmotors einen vorbestimmten
Wert unterschreitet. Dieser Drehzahlwert für
das Öffnen der Wandlerüberbrückungskupplung
14 ist jedoch für einen betriebswarmen Antriebsmotor festgelegt. Da die Viskosität
des Getriebeöles bei niedrigen Temperaturen stark zunimmt, kann dies dazu führen,
daß die Wandlerüberbrückungskupplung 1 bei kaltem Motor zu spät öffnet und der Motor
daher abgewürgt wird. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, bei kaltem Antriebsmotor
die Wandlerüberbrückungskupplung 14 bereits bei höheren Motordrehzahlen wieder zu
öffnen oder die Aktivierung der Wandlerüberbrückungskupplung 14 unterhalb eines
vorgegebenen Wertes der Getriebetemperatur ganz zu unterbinden.
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Hierzu ist erfindungsgemäß eine Einrichtung 28 vorgesehen, die das
der Getriebetemperatur T entsprechende Signal liefert. Um einen separaten Temperatursensor
zu sparen, wird dabei erfindungsgemäß das Temperaturverhalten eines ohnehin serienmäßig
im Getriebe 10 vorhandenen Getriebeelementes ausgenutzt, wie weiter unten im einzelnen
noch beschrieben wird.
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Zum Erfassen des Temperaturverhaltens von mechanischen oder elektromechanischen
Komponenten können zwar eine Reihe von physikalischen Parametern, etwa die Ausdehnung,
herangezogen werden, im hier vorliegenden Fall eignet sich jedoch besonders die
elektrische Leitfähigkeit eines Bauteiles, speziell der Wicklungswiderstand eines
oder mehrerer der Magnetventile 21 bis 26. Die Wicklungen dieser Magnetventile 21
bis 26 bestehen nämlich aus relativ viel Windungen verhältnismäßig dünnen Drahtes,
um die erforderlichen Magnetfelder für das Schalten der Magnetventile erzeugen zu
können, so daß Schwankungen der Ventiltemperatur sich merklich als Schwankungen
des Wicklungswiderstandes manifestieren. Überdies sind die Wicklungen der Magnetventile
21 bis 26 ohnehin über die Steuerleitungen mit dem elektronischen Steuergerät 27
verbunden,
so daß zur Messung des Wicklungswiderstandes keine gesonderten Verbindungsmittel
zwischen Steuergerät 27 und Getriebe 10 erforderlicn sind.
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In Figur 2 ist der Wicklungswiderstand des Magnetventils 21 der Wandlerüberbrückungskupplung
14 mit RMV symbolisiert. Der Widerstand RMV liegt mit einer Seite an einer Betriebs
spannung UB und mit seinem anderen Ende über einen Schalttransistor 30 an Masse,
wobei die Basis des Schalttransistors 30 mit dem entsprechenden Steuerausgang des
elektronischen Steuergerätes 27 verbunden ist. on dem dem Widerstand RMV zugewandten
Ende der Schaltstrecke des Transistors 30 führt einmal die Reihenschaltung eines
Meßwiderstandes RM und eines Schalters 32 an Masse zum anderen führt eine Leitung
mit einem Widerstand 36 zu einem Eingang eines Komparators 37. Der Schalter 32 wird
über eine Leitung 33 von einem weiteren Steuerausgang des elektronischen Steuergerätes
27 betätigt. Am anderen Eingang des Komparators 37 liegt der Abgriff eines Spannungsteilers
34, 35 der zwischen Betriebsspannung UB und Masse angeordnet ist. Das Ausgangssignal
des Komparators 37 wird über eine Leitung 38 einem Meßeingang des elektronischen
Steuergerätes 27 zugeführt.
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Die Wirkungsweise der in Figur 2 dargestellten Schaltung ist wie folgt.
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Zum Erfassen des Wicklungswiderstandes RMV wird der Betriebszustand
abgewartet, in dem das entsprechende Magnetventil 21 nicht angesteuert, der Schalttransistor
30 demnach nicht leitend ist. Über die Steuerleitung 33 schließt das Steuergerät
27 dann den Schalter 32, so daß über den Wicklungswiderstand RMV und den Meßwiderstand
RM ein Strom fließt, der am Meßwiderstand EM eine Meßspannung
UM
abfallen läßt. Diese Meßspannung UM wird im Komparator 37 mit der über den Spannungsteiler
34, 35 erzeugten Referenzspannung UR verglichen. Die Referenzspannung UR kann nun
so eingestellt werden5 daß dann, wenn der Wicklungswiderstand RMV infolge Erwärmung
des Getriebes und damit des Magnetventils 21 einen vorbestimmten Wert überschreitet,
der Komparator 37 umgeschaltet wird, so daß ein dem Überschreiten dieses Temperaturschwellwertes
T entsprechendes Signal über 5 die Leitung 38 dem Steuergerät 27 zugeleitet wird.
Das Steuergerät 27 kann bei Überschreiten des Temperaturschwellwertes T dann die
Ansteuerung der Wandlerüber-5 brückungskupplung 1 freigeben oder den Wert der Motordrehzahl,
bei dem die Wandlerüberbrückungskupplung 14 wieder zu öffnen ist, auf den Betriebswert
absenken.
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Da sowohl die Meßspannung UM wie auch die Referenzspannung UR aus
derselben Betriebs spannung U3 erzeugt werden, wirken sich Schwankungen der Betriebs
spannung UB auf das Schaltverhalten des Komparators 37 nicht aus.
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Figur 3 zeigt eine Variante gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 2, bei dem nicht das Überschreiten eines Schwellwertes T sondern vielmehr
einer kontinuier-5 lichen Überwachung der Getriebetemperatur erwünscht ist.
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Dabei sind die die Schwellwerterkennung betreffenden Elemente 3 bis
37 fortgelassen und die Anzapfung des aus Wicklungswiderstand RMV und Meßwiderstand
RM bestehenden Spannungsteilers ist über eine Leitung 41 an das Steuergerät 27 angeschlossen,
während der Schalter 32 beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 über eine Steuerleitung
40 vom Steuergerät 27 betätigt wird.
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Wie sich aus Figur 3 ohne weiteres ersehen läßt, kann man den Wicklungswiderstand
RMV leicht aus der Beziehung: RMV = RM ( UB - UM) /UM
ermitteln.
Eine besonders einfache Auswertung ergibt sich dabei dann, wenn die Meßspannung
UM einmal bei geöffnetem und einmal bei geschlossenem Schalter 32 ermittelt wird,
Bei geöffnetem Schalter ist die Meßspannung UM nämlich gleich der Betriebsspannung
UB, so daß bei definiertem Wert des Meßwiderstandes RM beide erforderlichen Spannungswerte
über die Leitung 41 abgeragt werden können.
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Wie man weiter leicht zeigen kann, hat die Schaltung gemäß Figur 3
dann die maximale Empfindlichkeit, wenn der Wicklungswiderstand RMV gleich dem Meßwiderstand
RM ist. Da andererseits jedoch eine Betätigung des Magnetventils 21 durch den Meßstrom
verhindert werden muß, wird ein Magnetventil verwendet, das bei einer Erregung durch
den Meßstrom, der in diesem Falle etwa gleich dem haben Nennstrom ist, noch nicht
anspricht oder es wird unter tnkaufnahme einer gewissen Empfindlichkeitseinbuße
ein Meßwiderstand RM verwendet, dessen Wert deutlich größer als der des Wicklungswiderstandes
RMV ist.
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Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist der Wicklungswiderstand
des Magnetventils 21 mit EMV1 bezeichnet. Dieser liegt gegen Betriebsspannung UB
in Reihe mit einem den Leitungswiderstand repräsentierenden Widerstand RL und gegen
Masse wiederum über die Schaltstrecke des Schalttransistors 30. Der Schalttransistor
30 wird bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch von einer steuerbaren Konstant stromquelle
50 mit dem Leerlaufstrom überbrückt, die über die Steuerleitung 33 schaltbar ist.
Parallel zur Strecke aus Wicklungswiderstand RMVI und Schalttransistor 30 ist eine
weitere Strecke mit einem weiteren Wicklungswiderstand RMV2 sowie einem weiteren
Schalttransistor 52 angeordnet, wobei diese Elemente beispielsweise dem Magnetventil
25 des Getriebes 10 zugeordnet sein können. Das dem Schalttransistor 52
zugewandte
Ende des Wicklungswiderstandes RMV2 ist über einen Widerstand 53 mit einem Eingang
eines Operationsverstärkers 55 verbunden, dessen anderer Eingang über einen Widerstand
5 mit dem dem Schalttransistor 30 zugewandten Ende des Wicklungswiderstandes RMV1
verbunden ist. Durch Gegenkopplung mit einem Widerstand 56 ist der Operationsverstärker1
55 als Differenzverstärker geschaltet.
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Der mit dem Widerstand 54 beschaltete Eingang des Operationsverstärkers
55 ist ferner über einen Widerstand 51 an Masse angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers
55 führt zu einem Eingang eines Komparators 59, dessen weiterer Eingang am Abgriff
eines Spannungsteilers 57, 58 liegt, der zwischen Betriebsspannung UB und Masse
angeordnet ist. Der Komparator 59 ist dabei mit einem Widerstand 60 mitgekoppelt
und sein Ausgang ist über die Leitung 38 an den Meßeingang des elektronischen Steuergerätes
27 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der in Figur 4 dargestellten Einrichtung ist wie
folgt: Durch die Konstantstromquelle 50 wird ein definierter konstanter Strom 10
bei gesperrtem Transistor 30 über den Wicklungswiderstand RMV1 geleitet, so daß
über dem gesperrten Schalttransistor 30 eine Meßspannung UD,l abfällt.
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Diese Meßspannung UM wird in dem als Differenzverstärker geschalteten
Operationsverstärker 55 mit einer Referenzspannung UR verglichen, die dem Wicklungswiderstand
RXV2 des während der Messung ebenfalls nichterregten Magnetventiles 25 entspricht.
Durch die Verknüpfung der Wicklungswiderstände RMV1, RMV2 im Differenzverstärker
55 wird dabei erreicht, daß Variationen des Leitungswiderstandes RL sowie der Kontaktübergangswiderstände
in den Zuleitungen der Magnetventile 21, 25 keinen Einfluß haben.
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Davon unberührt bleibt die Auswirkung der Änderung des
Wicklungswiderstandes
RMV1 infolge der Getriebeerwärmung, die im Komparator 59 mit einem weiteren Referenzwert
verglichen wird, so daß bei Über- bzw. Unterschreiten des vorgegebenen Temperaturschellwertes
T5 der Komparator 59 umschaltet. Durch den Mitkopplungswiderstand 60 kann dabei
eine Schalthysterese des Komparators 59 eingestellt werden.
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Wie bereits oben zu den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 2 und
3 dargelegt, ist eine Variation des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4 zum kontinuierlichen
Erfassen der Getriebetemperatur T dadurch möglich, daß die die Schwellwertschaltung
bewirkenden Elemente 51 bis 60 fortgelassen werden, die Konstantstromquelle 50 von
der Steuerleitung 40 beaufschlagt und das dem Schalttransistor 30 zugewandte Ende
des Wicklungswiderstandes RMVl über die Leitung 41 an das Steuergerät 27 angeschlossen
wird.
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Wie man aus Figur 5 leicht erkennt, kann in diesem Falle der Wicklungswiderstand
RMV1 ohne weiteres aus der Beziehung: RMVl = (U3 - UM) /I0 bestimmt werden.
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Bei der in Figur 6 dargestellten Variante der Ausführungsbeispiele
gemäß den Figuren 4 und 5 wird schließlich statt der steuerbaren Konstantstromquelle
50 eine steuerbare Konstantspannungsquelle 64 mit der Leerl.aufspannung UO verwendet,
die in Reihe mit einem Meßwiderstand RM1 parallel zur Schaltstrecke des Transistors
30 liegt. Die Ansteuerung der Konstantspannungsquelle 64 kann dann wieder über die
Steuerleitung 33 (bei stufenweiser Erfassung der Getriebetemperatur T) oder über
die Steuerleitung 40
(bei kontinuierlicher Erfassung der Getriebetemperatur
T) erfolgen. Wie man leicht aus Figur 6 entnehmen kann, kann auf diese Weise der
Wicklungswiderstand RMV aus der Beziehung: RMV = RM (UB - UM) / (UM -UO) bestimmt
werden, wobei selbstverständlich auch in diesem Falle wie bei den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen die Betriebsspannung UB aus der Meßspannung UM über der Schalt
strecke des Transistors 30 bei ausgeschalteter Konstantspannungsquelle 64 ermittelt
werden kann.