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Die
Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Verbesserung der
Schaltgeschwindigkeit und des Schaltkomforts eines Automatgetriebes
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Es
ist allgemein bekannt, dass bei Automatgetrieben wie beispielsweise
lastschaltenden automatisierten Schaltgetrieben oder bei automatisch
schaltenden Stufenwechselgetrieben besonderer Wert darauf gelegt wird,
dass Übersetzungsänderungsvorgänge für einen
Fahrzeuginsassen möglichst
schnell und ruckfrei vollzogen werden. Um diesen Anforderungen gerecht
zu werden sind besondere Steuerungsverfahren notwendig, mit deren
Hilfe die für
die Durchführung
von Übersetzungsänderungsvorgängen notwendigen
druckmittelbetriebenen Schaltelemente des Getriebes, wie Kolben-Zylinder-Anordnungen
an Kupplungen oder Bremsen, gezielt mit demjenigen Steuerungsdruck
versorgt werden, der für
den jeweiligen Schaltvorgang optimal ist. Bei bekannten Steuerungsverfahren
wurden schon Fortschritte hinsichtlich der Schaltgeschwindigkeit
und des Schaltkomforts gemacht, jedoch sind diese insbesondere für schnelle
Hoch- oder Rückschaltvorgänge, bei
denen im Sinne einer Doppelschaltung von einer Übersetzungsstufe zur übernächsten Übersetzungsstufe
geschaltet wird, noch verbesserungswürdig.
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So
ist durch
DE 100 35
479 A1 ein Steuerungsverfahren bekannt geworden, bei dem
vorgesehen ist, dass bei jeder Getriebeschaltung das für die nächste Getriebeschaltung
in gleicher Schaltrichtung benötigte zuzuschaltende
bezie hungsweise abzuschaltende Schaltelement während der Schaltung auf den
kommenden Schaltvorgang derart vorbereitet wird, dass dieses bereits
mit einem Steuerdruckmedium befüllt
oder der Druck dieses Steuerdruckmediums in dem betroffenen Schaltglied
auf einen bestimmten Schaltdruck abgesenkt wird. Zudem kann gemäß diesem
Stand der Technik vorgesehen sein, dass bei einem Gangeinlegen während der
Fahrt alle Schaltelemente für
mögliche
Folgeschaltunen vorbereitet werden, die ausgehend von dem aktuell
beim Gangeinlegen geschalteten Getriebegang ansteuerbar sind, also
sowohl die Schaltelemente des nächstgrößeren als
auch des nächstkleineren
Gangs.
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Nach
dieser Druckschrift wird durch die beschriebene Verlegung der Vorbereitungsphase
für eine Gangschaltung
in den jeweils vorherigen Gangschaltablauf Zeit eingespart, so dass
im Vergleich zu anderen technischen Lösungen in einem vergleichbaren
Zeitabschnitt eine höhere
Anzahl von Schaltungen möglich
ist. Dies ist an sich vorteilhaft, da es beispielsweise bei Kraftfahrzeugen
mit Lastschaltautomatgetrieben bei hohen positiven oder negativen
Fahrzeugbeschleunigungen sehr sinnvoll sein kann, dicht hintereinander
zwei aufeinander folgende Getriebegänge in Sinne einer schnellen
Folgeschaltung zu schalten oder alternativ dazu einen Getriebegang
zu überspringen.
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Die
aus der
DE 100 35
479 A1 bekannte schnelle Folgeschaltung ist aber mit dem
Nachteil verbunden, dass in kurzer Zeit zwei Drehzahlsynchronisierungen
der am Schaltvorgang beteiligten Getriebebauteile notwenig sind,
was zu Komforteinbußen
führen
kann, wenn an diesen Bauteilen Schwingungen auftreten. Derartige
Schwingungen entstehen immer dann, wenn das vom Getriebe übertragene
dynamische Moment nicht dem vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges
erzeugten Drehmoment entspricht. Außerdem muss nach der Synchronisation
eine erneute Lastübernahme
durchgeführt
werden, bei der das Abtriebsmoment prinzipbedingt mindestens auf
das Niveau reduziert wird, welches dem aktuellen Motordrehmoment
multipliziert mit der Gangübersetzung
des neuen Gangs entspricht.
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Eine
Doppelschaltung mit dem im Stand der Technik bekannten Verfahren
hat zudem den Nachteil, dass die Motordrehzahl um einen wesentlich
höheren
Betrag geändert
werden muss als bei einer Folgeschaltung, weshalb die anfängliche
Differenzdrehzahl der an dem Übersetzungsänderungsvorgang
beteiligten Getriebebauteile beim Überspringen einer Übersetzungsstufe
annähernd
doppelt so groß ist.
Dies hat dann zur Folge, dass auch die Reibarbeit an der schaltenden
Kupplung bei gleichem zu übertragenem
Drehmoment etwa doppelt so hoch ausfällt. Will man das gleiche Getriebeabtriebsdrehmoment
erzeugen, so ist bei einer Lasthochschaltung auch eine Erhöhung des
Kupplungsmomentes notwendig, so dass die Reibleistung und die Reibarbeit
an den Kupplungslamellen weiter ansteigt. Von einer solcherart automatisiert
ablaufenden Doppelschaltung wurde bisher in der Regel schon aus
auslegungstechnischen Gründen
verzichtet.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe an die Erfindung, ein Steuerungsverfahren
für eine
Folgeschaltung oder Doppelschaltung vorzustellen, bei dem die mechanische
Belastung der an einem Getriebeschaltvorgang eines automatischen
Lastschaltgetriebes beteiligten Schaltelemente zweier Getriebegänge nahezu
so niedrig gehalten wird, wie bei einer gewöhnlichen Schaltung von einer Übersetzungsstu fe
zur nächsten
direkt folgenden Übersetzungsstufe,
und bei der ein starker Synchronisationsstoß vermieden wird.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den
nachgeordneten Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Demnach
wird ein Steuerungsverfahren vorgeschlagen, bei dem das wegzuschaltende
Schaltelement A vor Erreichen der Synchrondrehzahl NSYNAB
im Zeitpunkt t11 des Gangs der ersten laufenden
Hoch- bzw. Rückschaltung
Gang (n + 1; Gang n – 1)
steuerdruckfrei beziehungsweise drehmomentfrei gemacht wird, bei dem
das zuzuschaltende Schaltelement D für die nachfolgende Hoch- bzw.
Rückschaltung
(Gang n + 2; Gang n – 2)
unabhängig
vom zeitlichen Fortschritt der ersten Hoch- bzw. Rückschaltung
in einem vor dem Erreichen der Synchrondrehzahl NS YNAB liegenden Zeitraum t8–t10, t8–t11 bereits einen Teil des von dem Automatgetriebe zu übertragenden
Drehmoments übernimmt,
und bei dem das zuzuschaltende Schaltelement D nach diesem Zeitpunkt
t10; t11 das gesamte
Drehmoment weiterleitet.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerung des Getriebes
so erfolgen, dass das erste Schaltelement B für den ersten Hoch- bzw. Rückschaltvorgang
(Gang n + 1; Gang n – 1)
in dem Zeitraum t8–t10 von
einem schlupfenden in einem nichtschlupfenden Betrieb überführt wird.
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Zudem
kann durch das erfindungsgemäße Verfahren
dafür gesorgt
werden, dass vor dem Erreichen der Synchrondrehzahl der ersten laufenden
Hoch- bzw. Rückschaltung
(Gang n + 1; Gang n – 1)
die nachfolgende Hoch- bzw. Rückschaltung
(Gang n + 2; Gang n – 2)
mit Hilfe des zweiten Schaltelements D möglicht ist.
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Dieses
Steuerungsverfahren kann zur Durchführung sowohl von Folgeschaltungen
(Gang n + 1; Gang n – 1)
als auch von Doppelschaltungen (Gang n + 2; Gang n – 2) aller
diesbezüglichen
Schaltungsarten genutzt werden.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Übersetzungsänderungsvorgang zudem als Doppelschaltung
(Gang n + 2; Gang n – 2)
begonnen werden, durch das Steuerungsverfahren aber aufgrund eines Steuergerät- oder
Fahrersignals abgebrochen und als Folgeschaltung (Gang n + 1; Gang
n – 1)
weitergeführt werden.
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Darüber hinaus
sind die Startzeitpunkte zur Vorbereitung der zu- oder abzuschaltenden
Schaltelemente sowie der Zeitpunkt des Übergangs von der Vorbereitungs-
zur Schaltphase durch schaltungsspezifische Applikationsparameter
beeinflussbar.
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Schließlich kann
vorgesehen sein, dass das Steuerungsverfahren bei jedem Hoch- bzw.
Rückschaltvorgang
abläuft
und nur dann zur Durchführung
einer Folge- oder Doppelschaltung genutzt wird, wenn bis zum Erreichen
der Synchrondrehzahl NSYNAB des ersten neunen
Gangs (Gang n + 1; Gang n – 1)
im Zeitpunkt t11 ein Folge- oder Doppelschaltungswunsch
festgestellt wird.
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Das
hier vorgestellte erfindungsgemäße Steuerungsverfahren
arbeitet bei einer Doppelschaltungsteuerungstechnisch ähnlich wie
eine typische Folgeschaltung. Die Schaltung vom n-ten Getriebegang
in den n + 1ten Getriebegang wird mit Hilfe eines ersten Schaltelementes
eingeleitet. In diesem Steuerungsablauf wird in einer Schnellbefüllphase
t1–t3, eine Anlegephase t3–t4, eine Lastübernahmephase t4–t6 und eine Schlupfphase t6–t10 ein Schaltelement aus einer Nichtbetätigungssituation
in eine Betätigungsstellung
gebracht. In der Schnellbefüllphase
wird das Schaltelement mit einem Druckmittel befüllt, während in der Anlegephase der Stellkolben
des Schaltelements mit geringer Last an die bewegbaren Schaltgliedbauteile
angelegt wird. In der Lastübernahmephase
wird von dem Schaltelement ein zunehmendes Drehmoment übertagen,
während
in der Schlupfphase das Schaltelement durchrutschend betrieben wird.
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Während dessen
wird (soweit dies noch nicht geschehen ist) bereits das Schaltelement
der nächsthöheren Übersetzungsstufe
für den
n + 2ten Getriebegang hinsichtlich Schnellbefüllphase, Anlegephase, Lastübernahmephase
und Schlupfphase vorbereitet t8–t10, so dass bei Bedarf unmittelbar ohne großen Zeitverzug von
diesem Schaltelement ein Drehmoment übertragen werden kann.
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Sollte
die Doppelschaltung durch das Getriebesteuerungsgerät oder den
Fahrer abgebrochen werden, so bleibt die Vorbereitung dieses Schaltelements
ungenutzt. Der Zeitpunkt, zu dem mit der Vorbereitung des zweitgenannten
Schaltelements D begonnen wird, richtet sich nach der Synchronisierungsgeschwindigkeit und
anderen Systemeinschränkungen,
zu denen beispielsweise die Druckmittelfördermenge pro Zeiteinheit gehört.
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Die
erfindungsgemäße Neuerung
liegt nun darin, dass das zweitgenannte Schaltelement D bereits Drehmoment
in einem Zeitraum t8–t10 übernimmt,
der vor dem Zeitpunkt t10 liegt, in dem
das erstgenannte Schaltelement B Drehmoment ohne Schlupf überträgt. Weiterhin
wird sichergestellt, dass das wegzuschaltende Schaltelement A des
vorigen Ganges vor Erreichen seiner Synchrondrehzahl NSynAB
im Zeitpunkt t11 druck- beziehungsweise
drehmomentfrei ist.
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Bei
den Steuerungsverfahren nach dem Stand der Technik wird dagegen
zunächst
die Synchronisierung des zuzuschaltenden Schaltelementes abgewartet,
bevor das in der Gangfolge nächsthöhere Schaltelement
das Drehmoment übernimmt.
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Bei
einer Lastübernahme
des zweiten Schaltelements vor der Synchronisierung des ersten Schaltelements
ist die Drehmomentwirkrichtung der Schaltelemente A, B und D gleich,
da diese auch die gleiche Differenzdrehzahlrichtung haben (übersynchroner
Schlupf). Durch diese Steuerung der Lastübernahme der Schaltelemente
wirkt keines der genannten Schaltelemente bremsend. Es gibt daher
erfreulicherweise auch keine Getriebeverspannung mit Drehmomenteinbruch
und Synchronisationsstoß im
Antriebsstrang, sondern eine Drehmomentübernahme, bei der das dynamische
Drehmoment, das dem Abbau des Drehimpulses des Antriebsmotors und
der Getriebeeingangsmassen entspricht, aufrechterhalten bleibt.
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Das
erfindungsgemäße Steuerungsverhalten
lässt sich
mit Hilfe einer der Beschreibung beigefügten Zeichnung erläutern. In
dieser Zeichnung zeigt
1 den
Steuerdruckverlauf P der bei einer Doppelschaltung vom dritten Gang
in den fünften
Gang beteiligten Schaltglieder während
der Zeit t, wohingegen
2 den
Verlauf von in diesem Zusammenhang wichtigen Getriebedrehzahlen
und
3 den Verlauf des
Getriebeabtriebsdrehmoments sowie den Anteil des dynamischen Drehmoments
am Gesamtabtriebsdrehmoment des Getriebes für den gleichen Zeitabschnitt
t wie in
1 und
2 darstellt. Dabei sind
die genannten Größen beispielhaft
für ein
Lastschaltautomatgetriebe dargestellt, bei dem bei jedem eingelegten
Getriebegang wenigstens zwei Getriebeschaltelemente an der Drehmomentweiterleitung
von Getriebeeingang zum Getriebeausgang beteiligt sind. Im vorliegenden
Beispiel sind bei den folgenden Übersetzungsstufen
die genannten Schaltelemente aktiviert:
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Wie
der in 1 dargestellte
Steuerdruckverlauf bei einem Doppelgangwechsel vom dritten in den fünften Gang
zeigt, werden die Schaltelemente A und D zum Zeitpunkt t0 mit einem vergleichsweise hohen Schaltdruck
P_SED sowie P_SEA beaufschlagt, welches den eingelegten dritten
Getriebegang kennzeichnet.
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Zum
Zeitpunkt t1 wird nach einer Schaltanforderung
vom Fahrzeugführer
oder von einem Getriebesteuerungsgerät die Hochschaltung vom dritten
Gang in den fünften
Gang dadurch eingeleitet, dass der Steuerungsdruck P_SEB des Schaltelementes
B beginnend im Zeitpunkt t1 in einer Schnellbefüllphase
angehoben wird. Kurze Zeit darauf wird im Zeitpunkt t2 der
Schaltdruck P_SED am Schaltelement D um einen vorbestimmten Betrag
abgesenkt und während
einer Anlegephase des Schaltelements B über den Zeitraum t3 bis
t4 aufrechterhalten.
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Wie 2 verdeutlicht, steigt während dieses
Zeitraumes t0 bis t4 die
Turbinendrehzahl n_T eines dem Getriebe antriebstechnisch vorgelagerten
Drehmomentwandlers be ziehungsweise die Getriebeeingangswellendrehzahl
stetig an. Zum Zeitpunkt t4 erfolgt beim
Gangwechsel vom dritten zum vierten Gang durch eine Erhöhung des
Steuerungsdrucks P_SEB an dem Schaltelement B eine Lastübernahme,
während
gleichzeitig das von dem Schaltelementes D übertragene Drehmoment durch
eine weitere Rücknahme
des Steuerungsdrucks P_SED reduziert wird.
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Ein
Vergleich von 1 mit 3 zeigt, dass zum Zeitpunkt
t5 beim Schneiden der beiden Steuerdruckkurven
P_SED und P_SEB ein kleiner Einbruch MSYN1
im Abtriebsdrehmoment MAB festzustellen
ist, der durch die Drehmomentübergabe
vom Schaltelement D an das Schaltelement B erzeugt wird und von
Fahrzeuginsassen kaum wahrnehmbar ist. Zum Zeitpunkt t6 übernimmt
das zugeschaltete Schaltelement B bereits das volle Drehmoment und
die Drehzahl n_T fällt
ab, während
das Schaltelement D mit einem minimalen Überschussdruck in Anlegeposition
verharrt.
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Während des
Zeitraumes t6 bis t7 sind
daher nur die beiden Schaltelemente A und B an der Drehmomentübertragung
beteiligt, wobei das Schaltelement B noch im Schlupf betrieben wird.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t7 wird der
Wechsel vom vierten Gang in den fünften Gang eingeleitet, bei
dem der Schaltdruck P_SEA am Schaltelement A soweit reduziert wird,
bis dieser zum Zeitpunkt t10 weit unterhalb
des genannten Steuerdruckwertes MST abgefallen
ist.
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Kurz
nach Beginn der Abschaltung des Schaltelements A wird im Zeitpunkt
t8 mit einer weiteren Erhöhung des
Steuerdrucks P_SEB die vollständige
Zuschaltung des Schaltelements B eingeleitet, die bis zum Zeitpunkt
t10 abgeschlossen ist. Damit wird ein weiterer
Schlupfbetrieb des Schalt elementes B vermieden. Ebenfalls im Zeitpunkt
t8 beginnt eine Erhöhung des Steuerdrucks P_SED
am Schaltglied D, welches sich bei dieser Doppelschaltung bis zu
dem Zeitpunkt t8 in Bereitschaftsstellung
befand.
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Wie
ein Vergleich von 1 und 2 zeigt, erfolgt eine Überschneidung
der Steuerdruckkurve P_SED des zuzuschaltenden Schaltelements D
mit der Steuerdruckkurve P_SEA des wegzuschaltenden Schaltelementes
A zu einem Zeitpunkt t9, der noch deutlich
vor dem Zeitpunkt (t11) liegt, in dem die
Getriebeeingangswellendrehzahl beziehungsweise die Turbinendrehzahl
n_T des Drehmomentwandlers die Synchrondrehzahl NSYNAB
der Schaltelemente A, B erreicht hat.
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In
dem dann folgenden Zeitabschnitt t10 bis
t12 ist das Schaltelement B vollständig und
nicht mehr rutschend in die Drehmomentübertragung im fünften Gang
eingekoppelt (Schaltdruck P_SEB), während das Schaltelement D nur
schlupfend Drehmoment überträgt.
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Ab
dem genanten Zeitpunkt t12 kann bei Annäherung oder
Erreichen der Synchrondrehzahl NSYNBD der
Schaltdruck P_SED im Schaltelement D weiter erhöht werden, während andere
hier nicht weiter dargestellte Schaltelemente für den sechsten und siebten
Getriebegang hinsichtlich ihres Steuerdrucks wie zuvor beschrieben
ansteuerbar sind. In deren Folge ist dann im Verlauf des Abtriebsdrehmoments
MAB ein erneuter gangwechselbezogener Synchronisationsstoß MSYN3 zu verzeichnen, der wie der Drehmomenteinbruch
MSYN1 von dem Fahrzeuginsassen kaum spürbar ist.
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Wie 3 zeigt, ist die geschilderte
Steuerung der Schaltelemente des Lastschaltgetriebes mit dem wesentlichen Vorteil
verbunden, dass der bei Steuerungsverfahren nach dem Stand der Technik
bei Folge- oder Doppelschaltungen eintretende vergleichsweise starke
Synchronisationsstoß und
Lastübernahmeeinbruch
MSYN2 bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsvorfahren
ausbleibt, und in dem Zeitraum t10 bis t12 ein ruhiger Abtriebsdrehmomentverlauf
zu verzeichnen ist.
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Radsatz-
und anfangsgangabhängig
(Gang n) sind die Schaltelemente A und D des hier betrachteten Getriebes
identisch (siehe auch Gang-Schaltelement-Tabelle), so dass das Schaltelement
A nach erfolgreicher Doppelschaltung in dem fünften wieder abgeschaltet wird.
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Dieses
Steuerungsverfahren ist selbstverständlich neben der geschilderten
Folgehochschaltung unter Motorlast (Gange n, n + 1, n + 2,...) auch
für Folgerückschaltungen
mit Motorschub, Motorbremsung und/oder Retarderbremsung (Gänge n, n – 1, n – 2,...)
mit Vorteil nutzbar.
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Es
ist daher Bestandteil der Erfindung, dass das genannte Steuerungsverfahren
auch dann zur Getriebesteuerung genutzt wird, wenn zu Beginn einer
ersten Hoch- bzw. Rückschaltung
von dem Fahrer und/oder von einer in einem Getriebesteuergerät abgespeicherten
Fahrstrategie noch nicht explizit signalisiert wurde, dass eine
Folge- oder Doppelschaltung (n+/–2 Gänge) wünscht wird.
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Tatsächlich wird
es im täglichen
Betrieb eines solchen Getriebes insbesondere bei Personenwagen durchweg
so sein, dass nach der Registrierung des Schaltwunsches der Getriebeschaltablauf
schon ein gutes Stück
fortgeschritten ist, bevor der Fahrer beispielsweise durch nochmaliges
Betätigen
des Getriebewählhebels
dem Getriebesteuergerät
signali siert, dass er eigentlich eine Doppel- oder Folgeschaltung
wünscht und/oder
eine in einem Getriebesteuergerät
abgespeicherte Fahrstrategie eine solche Schaltanweisung gibt.
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Da
die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte
bei jedem Schaltvorgang sowieso durchgeführt werden, sind die durch
diese Verfahrensweise erreichbaren Vorteile in jedem der Schaltvorgänge nutzbar,
bei dem ein zweites Hoch- bzw. Rückschaltsignal
bis kurz vor Erreichen des Synchronpunktes der ersten diesbezüglichen
Hoch- bzw. Rückschaltung
registriert wird.
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Darüber hinaus
gehört
es zum Umfang der Erfindung, dass das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren
bei allen in Automatgetrieben denkbaren Schaltarten nutzbar ist.
Beispielhaft sei hier nur auf Übersetzungsänderungsvorgänge unter
Mithilfe eines Retarders oder einer Motorbremswirkung hingewiesen.
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- n_T
- Drehzahl
der Getriebeeingangswelle/Turbi
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- nendrehzahl
eines Drehmomentwandlers
- NSYN_SA
- Synchrondrehzahl
der Schaltelemente A, B
- NSYN_SB
- Synchrondrehzahl
der Schaltelemente B, D
- MST
- Statisches
Drehmoment, Nulllinie (MST = 0)
- MSYN1
- Lastübernahmeeinbruch
- MSYN2
- Synchronisationsstoß; Lastübernahmeeinbruch
- MSYN3
- Synchronisationsstoß
- Mdyn
- Dynamischer
Drehmomentanteil
- P
- Steuerdruck
am Schaltelement
- P_SEA
- Schaltdruck
von Schaltelement A
- P_SEB
- Schaltdruck
von Schaltelement B
- P_SED
- Schaltdruck
von Schaltelement C
- t
- Zeit