DE4023365A1 - Verfahren zum schalten eines automatischen stufenwechselgetriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines automati­ chen Stufenwechselgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ pruchs 1.

Schaltvorgänge in Getrieben sind stets mit Drehmomentänderungen verbunden. Insbesondere automatische Stufenwechselgetriebe in Kraftfahrzeugen weisen Momentenänderungen auf, die von der Be­ dienungsperson oder den Fahrzeuginsassen als unangenehm empfun­ den werden können. Der Schaltkomfort eines Getriebes kann durch die auftretenden Momentenänderungen beschrieben werden. Durch sorgfältige Feinabstimmung in der Steuerung der Schaltglieder eines automatischen Getriebes kann der Schaltkomfort im Einzel­ fall optimiert werden. Dies betrifft insbesondere die zeitliche Abfolge der in einem Planetengetriebe wirksamen Kupplungen und Bremsen. Durch Toleranzen in der Fertigung und durch unterschiedliche Betriebsbedingungen, z. B. schwankende Motorleistungen, ist eine einmal vorgenommene Abstimmung nicht für alle Getriebe des gleichen Typs und nicht auf Dauer optimal. Besonders wirkt sich dieser Zusammenhang beim Zurückschalten unter Last aus, weil hier das Antriebsmoment für das Hochdrehen des Motors benötigt wird und deshalb das an den Antriebsrädern wirksame Moment nahezu auf Null zurückgeht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Schaltkomfort eines Getriebes der eingangs genannten Art zu verbessern und auch unter sich ändernden Betriebsbedingungen beizubehalten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Drehmomentänderungsabhängige Größen werden während eines Schaltvorgangs erfaßt und anschließend ausge­ wertet. Über das Ergebnis dieser Auswertung erfolgt eine Anpas­ sung der Getriebesteuerung bzw. der Steuerung der einzelnen Schalt­ glieder. Auf diese Weise verbessert sich die Schaltungsqualität mit jedem Schaltvorgang. Eine Änderung der Randbedingungen, z. B. Abnutzung der Schaltglieder oder nachlassende Motorleistung kann so automatisch mit berücksichtigt werden.

Die Erfindung richtet sich besonders auf die Auswertung von Rück­ schaltvorgängen. Ebensogut ist jedoch eine Auswertung der Hochschalt- Vorgänge im Rahmen der Erfindung möglich.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Bevorzugte Ausführungsformen werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Motordrehzahlen über der Zeit bei einem Rückschaltvorgang vom Gang M in den nächst­ niedrigeren Gang M-1 und zwar für drei verschiedene Schaltverläufe A, B und C;

Fig. 2 einen Verlauf der gemessenen Drehzahl am Getriebeaus­ gang beim Einlegen eines Schaltgliedes (Kupplung oder Bremse) für den Fall, daß die Motordrehzahl größer ist als die zur einzulegenden Gangstufe gehörende Synchrondrehzahl, n_mot < n_syn;

Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 2, jedoch mit n_mot < n_syn;

Fig. 4 einen Verlauf der am Getriebeausgang gemessenen Dreh­ zahl, hier mit einem zu spät eingelegten kommenden Schaltglied;

Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 4, jedoch mit einem zu früh eingelegten kommenden Schaltglied;

Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5, jedoch mit möglichst geringen Schwankungen der Drehzahl n_GA am Getriebe­ ausgang.

Weiterhin Teil der Beschreibung sind das Diagramm 1 mit der Dar­ stellung eines prinzipiellen Schaltungsablaufs während eines Rück­ schaltvorganges, und das Diagramm 2 mit einer ablaufplanmäßigen Darstellung der Auswertung der Drehzahlbeobachtung während eines Rückschaltvorganges.

Es wird zunächst Bezug genommen auf das Diagramm 1. Während eines beliebigen Rückschaltvorganges in einem rechnergesteuerten Stufen­ wechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug wird durch den Rechner zunächst der Schaltvorgang aufgrund unterschiedlicher Kriterien wie Drehzahl, Last oder dgl. gestartet. Zur Zeit t_Lm wird das den aktuellen Gang m haltende Schaltglied gelöst. Zum Zeitpunkt t_Em-1 wird das kommende Schaltglied für den nächstniedrigeren Gang m-1 eingelegt. Die Spanne zwischen den beiden genannten Zeiten wird als Δt_s bezeichnet. Der Schaltvorgang ist schließlich beendet. Grundsätzlich ist auch eine Schaltung in den übernächsten nie­ drigeren Gang m-2 ausführbar. Die Zeitspanne Δt_s ist in jedem Schaltvorgang von verschiedenen Parametern abhängig. Dies können sein die Geschwindigkeit v, der Gangsprung zum Gang m-1 oder weiter, die Drosselklappenstellung, die Motortemperatur (Kalt­ start) u. a.

Die Erfindung sieht nun vor, daß während eines jeden Rückschalt­ vorganges die Schaltqualität bzw. der Schaltkomfort beobachtet und ausgewertet wird. Als Ergebnis dieser Auswertung erfolgt eine Anpassung der Zeitspanne Δt_s für den nächsten Schaltvorgang der gleichen Art. Der Begriff der gleichen Art bezieht sich auf den möglichen Gangsprung, das heißt alter Gang und neuer Gang müssen dieselben sein und außerdem findet der Schaltvorgang in einem von mehreren definierten Geschwindigkeitsbereichen statt. Möglich ist auch eine zusätzliche Abhängigkeit von den oben weiterhin genannten Parametern Gangsprung, Drosselklappenstel­ lung, Motortemperatur u. a.

Die Schaltqualität wird durch Beobachtung und Auswertung drehmoment­ änderungsabhängiger Größen ermittelt. In diesem Fall ist dies eine von Getriebeaggregatverlagerungen abhängige Änderung der am Getriebeausgang gemessenen Drehzahl. Die Fig. 2 bis 5 ver­ deutlichen die Zusammenhänge zwischen dem Verlauf der gemessenen Drehzahl n_GA in Abhängigkeit von verschiedenen Schaltgliedaktionen. Die Drehzahl n_GA wird gemessen am Getriebegehäuse einer achsparallel angeordneten Motor-Getriebe-Einheit, beispielsweise durch einen induktiven Aufnehmer, der auf Verzahnungen der Getriebeausgangs­ welle reagiert und entsprechende elektrische Signale an den Ge­ trieberechner weiterleitet. Bei konstanter Geschwindigkeit, konstan­ ter Last und ohne Schaltaktionen ist die gemessene Drehzahl n_GA weitgehend konstant. Dabei ist zu beachten, daß die Drehzahl n_GA zwangsläufig mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zusammenhängt, weil zwischen Getriebeausgang und Fahrzeugrädern eine weitgehend drehfeste Verbindung vorausgesetzt wird. Aus diesem stabilen Zu­ stand heraus wird nun zum Zeitpunkt t_E ein bestimmter Gang durch Betätigung eines Schaltgliedes eingelegt, während die Motordrehzahl n_mot größer ist als die zu dem eingelegten Gang gehörende Synchron­ drehzahl n_syn. Aufgrund der unterschiedlichen Drehzahlen wird das Fahrzeug beschleunigt und der Motor gebremst, wobei die Brems­ wirkung auf den Motor für diesen Fall die wichtigere ist. Die Lagerung des Motor-Getriebe-Aggregates läßt eine geringe, gedämpfte Rückdrehung gegenüber der Getriebeausgangswellendrehrichtung zu. Dadurch ergibt sich die in Fig. 2 gezeigte kurzfristige Erhöhung der gemessenen Drehzahl n_GA nach dem Zeitpunkt t_E. Durch eine in der Regel nicht vollkommene Dämpfung ergibt sich das leichte Überschwingen nach unten.

Fig. 3 zeigt den Fall, daß beim Einlegen eines Schaltgliedes die Motordrehzahl n_mot noch kleiner ist als die zugehörige Synchron­ drehzahl n_syn. In diesem Fall muß die Motordrehzahl über das Ge­ triebe "hochgezogen" werden. Auch hier kommt es zunächst zu einem Mitdrehen des Aggregates mit der Getriebeausgangswelle und zu einem Absacken der gemessenen Drehzahl n_GA. Es wird davon ausge­ gangen, daß die Einstellung des Motors grundsätzlich einer höheren Drehzahl entspricht. Demzufolge will der Motor über die Synchron­ drehzahl n_syn hinausdrehen, wodurch es im weiteren Verlauf zu einer gemessenen Drehzahl wie in Fig. 2 kommt.

Die rechnerische Erfassung und Auswertung der zuvor beschriebenen Reaktionen, bzw. der entsprechenden Drehzahlmeßwerte n_GA als Funktion der Zeit ist Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt eine Übersicht über drei gleichartige Schaltvorgänge unter Dar­ stellung der Motordrehzahl n_mot über der Zeit. Es findet ein Wechsel vom Gang m in den nächstniedrigeren Gang m-1 statt. Entsprechend ist die Drehzahl n_m die Ausgangsdrehzahl und die Drehzahl n_m-1 die Synchrondrehzahl des Motors für den kommenden Gang und nicht etwa - wie in den Fig. 2 bis 5 - ein Drehzahlmeßwert am Ge­ triebeausgang. t_Lm bezeichnet den Zeitpunkt des Lösens des Schalt­ gliedes für den Gang m. Die in der Fig. 1 rechts davon eingetragenen Zeitpunkte t_am-1 usw. bezeichnen die Zeitpunkt des Einlegens des kommenden Schaltgliedes, jeweils für die verschiedenen Kurven a, b und c. Es wird ausgegangen von dem "Normalfall", dargestellt durch die Kurve a. Zum Zeitpunkt t_Lm wird das haltende Schaltglied gelöst, der Motor dreht hoch (Rückschaltvorgang) und zu einem bestimmten Zeitpunkt t_am-1 wird das Schaltglied des nächst­ niedrigeren Ganges eingelegt. Die Motordrehzahl wird dadurch sta­ bil und pendelt sich auf dem Wert n_m-1 ein.

Die Kurve zeigt demgegenüber eine Fehleinstellung des Getriebes. Das kommende Schaltglied wird zu spät betätigt. Dadurch dreht der Motor zu hoch, die Drehzahl muß durch das kommende Schalt­ glied "eingefangen" werden. Auswirkungen sind starkes Beschleuni­ gungsnicken der Fahrzeuginsassen sowie im Getriebe entstehende übergroße Reibungswärme.

Die Kurve b zeigt einen weiteren nicht optimalen Verlauf. Es wird hier von einer geringeren Motorleistung ausgegangen, z. B. aufgrund einer großen Höhe über dem Meeresspiegel. Entsprechend dreht der Motor nach dem Lösen des haltenden Schaltgliedes mit einer fla­ cheren Kurve hoch. Beim Einlegen des kommenden Schaltgliedes ist die Motordrehzahl so niedrig, daß sie vom Getriebe hochgezogen wird. Auch hier ist in dem betrachteten Zeitraum die Fahrzeugge­ schwindigkeit v weitgehend konstant.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen den Verlauf der am Getriebeausgang gemessenen Drehzahl n_GA für die zuvor anhand der Fig. 1 beschrie­ benen Fälle a, b und c.

Die Darstellung in Fig. 4 betrifft den Kurvenverlauf c mit einem zeitlich zu späten Einlegen des Schaltgliedes für den kommenden Gang m-1. Das haltende Schaltglied wird zunächst gelöst und daran anschließend erfolgt das Einlegen des nächsten Ganges. Die Abweichung der gemessenen Drehzahl n_GA ist umso größer, je höher die Motordrehzahl n_mot gekommen war.

Fig. 5 betrifft den Kurvenverlauf b. Hier wird das kommende Schalt­ glied zu früh eingelegt, so daß die Motordrehzahl noch nicht die Synchrondrehzahl für den kommenden Gang erreicht hat.

Die Abweichung der gemessenen Drehzahl nach unten - n_min - ist besonders groß.

Fig. 6 betrifft den Kurvenverlauf a. Die zeitliche Abstimmung der Schaltglieder ist weitgehend optimiert. Das heißt, der Drehzahl­ anstieg in Fig. 2 findet hier zum optimalen Zeitpunkt statt.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß während jedes Rückschalt­ vorganges die Verläufe der Drehzahlmeßwerte
n_GA = f (t)
erfaßt und ausgewertet werden und die Schaltungsparameter für zukünftige Schaltungen gleicher Art unmittelbar beeinflussen. Anstelle der Drehzahlmeßwerte können auch Beschleunigungsmeßwerte verarbeitet werden. Ein Beispiel für diese Art der Auswertung ist im Diagramm 2 gezeigt. Es erfolgt deshalb als erstes ein Ver­ gleich der niedrigsten Drehzahl n_min mit einem ersten Grenzwert n_{1 schwell}. Sofern n_min darunter liegt, wird der Schaltvorgang als "Verspanner" definiert, anderenfalls als "Ausreißer". Im Falle des "Verspanners" erfolgt ein weiterer Vergleich mit einem noch niedrigeren zweiten Grenzwert n_{2 schwell}. Sofern n_min darunter­ liegt, findet eine Korrektur der Zeitspanne Δ_ts für den nächsten gleichartigen Schaltvorgang statt. Die Korrektur erfolgt umso stärker, je größer der Abstand von n_min zu n_{2 schwell} ausfällt.

Falls n_min größer oder gleich dem Grenzwert n_{2 schwell} ist, er­ folgt keine Korrektur und die Auswertung ist beendet.

Für den Fall eines "Ausreißers" findet ein Vergleich statt zwi­ schen dem größten auftretenden Meßwert n_max und einem dritten Grenzwert n_{3 schwell}, der oberhalb des stabilen, eingeschwungenen Drehzahlmeßwertes liegt. Ergibt der Vergleich, daß das Maximum n_max größer ist als der Grenzwert, dann findet wiederum eine Kor­ rektur der Zeitspanne Δt_s statt. Ist das Maximum n_max kleiner als der Grenzwert, so ist auch hier die Auswertung beendet.

Die Grenzwerte n_{1 schwell} usw. sind nicht als Absolutwerte vorge­ gegeben, sondern vielmehr als Differenzen zum eingeschwungenen Drehzahlmeßwert bzw. zum Mittelwert der gemessenen Drehzahl. Die Bezugsgröße wird vorzugsweise innerhalb eines Zeitfensters be­ trachtet, da mit einem Signal zum Einlegen des kommenden Schalt­ gliedes beginnt und nach Beendigung des Schaltvorganges endet. Möglich ist auch die Bestimmung der Bezugsgröße durch Betrach­ tung der Meßwerte vor Beginn des Schaltvorgangs. Anstelle der Drehzahl selbst ist auch die Verwendung der Beschleunigung - Änderung der Drehzahl - als Bezugsgröße sowie als Grenzwerte vorteilhaft.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Aggregateverlagerung direkt über mindestens einen Wegsensor gemessen und mit entspre­ chenden Grenzwerten verglichen. Fig. 4 betrifft den Fall, daß eine Korrektur von Δt_s aufgrund eines zu hohen Meßwertes n_max erforderlich ist. Im Diagramm 2 ist dies der Entscheidungsast rechts unten.

Fig. 5 betrifft den Entscheidungsast links unten im Diagramm 2. Fig. 6 betrifft den Entscheidungsast ganz links im Diagramm 2. Der Meßwertverlauf ist zwar als "Verspanner" definiert. Er ist aber so klein, daß keine Korrektur vorgenommen wird.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform werden nicht die Minima und Maxima der Kurvenverläufe zur Auswertung herangezogen, sondern vielmehr die Größe der durch die Kurven eingeschlossenen, schraffierten Flächen. Aufgrund der Abweichungen nach oben und nach unten können positive und negative Flächen definiert werden. Die Zeitspanne Δt_s wird so eingestellt, daß die Gesamtfläche möglichst Null wird. Eine eben solche Differenzbildung ist natürlich auch mit den Minima und Maxima der Meßwerte gegenüber dem stabilen, eingeschwungenen gemittelten Meßwert möglich.

Claims (7)

1. Verfahren zum Schalten eines automatischen Stufenwechselge­ triebes, insbesondere zum Rückschalten eines mittels Schalt­ glieder (Kupplungen und Bremsen) schaltbaren Planetengetrie­ bes, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schaltvorgang die Schaltqualität durch Bestimmung oder Erfassung drehmomentän­ derungsabhängiger Größen ermittelt und daran anschließend Schaltungsparameter zur Steuerung des Getriebes und/oder der Schaltglieder entsprechend angepaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentänderungen über von Motor- und/oder Getriebeaggregat­ verlagerungen abhängigen Meßgrößen ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentänderungen über Drehzahländerungen von Aggregate­ wellen gegen ein Aggregatgehäuse, insbesondere eine Getriebe­ ausgangswelle gegen das Getriebegehäuse ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehmomentänderungen über Aggregateverla­ gerungen aufnehmende Wegsensoren oder Winkelsensoren ermittelt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aufgrund der ermittelten Schaltqualität der zeit­ liche Zusammenhang zwischen dem Lösen des den alten Gang hal­ tenden Schaltgliedes und dem Einlegen des Schaltgliedes für den kommenden Gang neu festgelegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Beurteilung der Schaltqualität ein über ein Zeit­ fenster gemittelter Meßwert mit dem Minimum bzw. dem Maximum des Meßwertes innerhalb des Zeitfensters verglichen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung der Schaltqualität in Abhängigkeit vom stabilen, eingeschwungenen Drehzahlmeßwert vor dem Schaltvor­ dang gebildete Drehzahlgrenzwerte (n_{1 schwell}, n_{2 schwell}, n_{3 schwell}) mit den während des Schaltvorganges auftretenden Extremwerten verglichen werden.