DE4407951C2

DE4407951C2 - Kraftfahrzeugantrieb mit einem Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE4407951C2
Application number: DE19944407951
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Graf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: DE4407951A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Kraftfahrzeugantriebe mit einem hydrodynamischen Drehmoment wandler, der zwischen dem Motor des Kraftfahrzeugs und einem automatischen Getriebe liegt, sind häufig mit einer Wandlerüberbrückungskupplung versehen. Den Eingang des Drehmomentwandlers bildet ein Pum penrad, das sich mit der Motordrehzahl dreht. Sein Ausgang wird durch ein Turbinenrad gebildet, das auf der Eingangs welle des Getriebes befestigt ist. Zweck der Wandlerüber brückungskupplung ist es, bei bestimmten Betriebszuständen das Pumpenrad und das Turbinenrad kraftschlüssig miteinander zu verbinden.

Bei überbrücktem Drehmomentwandler werden die sonst in ihm auftretenden Verluste vermieden und demzufolge der Kraft stoffverbrauch des Kraftfahrzeugs verringert. In vielen Be triebszuständen des Kraftfahrzeugs ist es allerdings kaum möglich, den Drehmomentwandler zu überbrücken, ohne daß Schwingungen und Geräusche im Antriebsstrang auftreten. Bei einer bekannten Steuereinrichtung für eine mechanische Über brückungskupplung wird deshalb diese Kupplung abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und der Motorleistung so gesteuert, daß beim Erreichen höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten die Überbrückungskupplung bei höheren Werten der Motorleistung ausgerückt wird (DE 35 04 001 C2). Damit werden aber die Be triebsbereiche, in denen der Drehmomentwandler ohne Nachteile für den Fahrkomfort überbrückt werden kann, nicht ausge schöpft.

Bei einer bekannten Einrichtung zur Steuerung des Schlupfes einer Überbrückungskupplung (DE 41 38 603 A1) wird der Schlupf einer Wandlerüberbrückungskupplung eines automati schen Getriebes abhängig von dem Signal eines Drehmomentsen sors am Getriebeausgang gesteuert. Die Steuerung erfolgt ab hängig von dem Integral des. Betrags der Drehmomentabweichun gen vom Signalmittelwert in einem Zeitfenster. Der Schlupf kann auch abhängig von dem Signal eines Körperschallsensors an der Kraftfahrzeugkarosserie gesteuert werden. In jedem Fall ist ein zusätzlicher Sensor erforderlich.

Bei einer anderen bekannten Steuerung für eine Wandlerüber brückungskupplung (DE 43 26 034 A1) wird der Schlupf, um Drehmomentstöße und Vibrationen im Abtrieb zu vermeiden, wäh rend eines Schaltvorgangs des Getriebes durch Verändern des hydraulischen Betätigungsdrucks so gesteuert, daß das von der Wandlerüberbrückungskupplung übertragene "Leistungsvermögen" zuerst verringert und dann vergrößert wird. Vorgesehen ist eine Pulsbreitenmodulation des Antriebs für das Hydraulik Steuerventil der Wandlerüberbrückungskupplung.

Bei einer weiteren Vorrichtung zum Steuern einer Wandlerüber brückungskupplung (EP 0 070 836 B1) wird diese Kupplung bei vorgegebenem Wandlerschlupfwerten und abhängig von den Schaltbefehlen geöffnet und geschlossen. Bei Hochschaltungen wird die Wandlerüberbrückungskupplung im Freilaufpunkt des Getriebes geöffnet, und sie wird wieder geschlossen, wenn der Schlupf im Wandler einen Betrag von z. B. 0,8 erreicht hat. Bei einem bekannten hydraulischen Steuerventilsystem für ein automatisches Getriebe mit Drehmomentwandler und Wandlerüber brückungskupplung (EP 0 162 352 A1) wird die Wandlerüber brückungskupplung nur im dritten und vierten Gang eingerückt, aber sofort gelöst, wenn das Fahrzeug im Schubbetrieb bei losgelassenem Gaspedal fährt. Bei einer weiteren Steuerung der Wandlerüberbrückungskupplung eines automatischen Getrie bes (US 5,050,717) erfolgt das Steuern temperaturabhängig. Wird in dem Wandler und in dem Getriebe dieselbe Hydraulik flüssigkeit verwendet, so soll ihre Überhitzung, die zu Schä den an den Reibelementen des Getriebes führen könnten, ver hindert werden. Überschreitet die Temperatur der Hydraulik flüssigkeit einen Schwellwert, so wird auf ein anderes Schaltkennfeld umgeschaltet, bei dem der Bereich mit einge rückter Wandlerüberbrückungskupplung auf niedrigere Gänge ausgeweitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Drehmomentwand ler in möglichst allen Fällen, in denen es ohne Nachteile für den Kraftfahrzeugantrieb - insbesondere ohne Beeinträchtigung des Fahrkomforts - möglich ist, zu überbrücken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Kraftfahrzeugan trieb nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Vorteile der Erfindung liegen zum einen in einer erhöhten Kraftstoffersparnis und der damit verbundenen verminderten Umweltbelastung und zum anderen in einer Verbesserung des Fahrkomforts. Der Fahrer wird nicht mit einem Schaltverhalten des automatischen Getriebes konfrontiert, das ihn überrascht, z. B. mit für ihn unerklärlichen Änderungen der Motordrehzahl.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeugantrieb gemäß der Erfindung in sche matischer Darstellung

Fig. 2 ein bekanntes automatisches Stufengetriebe mit einem vorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler, die Bestandteil des Kraftfahrzeugantriebs nach Fig. 1 sind.

Fig. 3 den Drehmomentwandler des Kraftfahrzeugantriebes nach Fig. 1 in einer Schnittansicht,

Fig. 4 den Drehmomentwandler nach Fig. 3 mit den für eine Steuerung durch ölhydraulischen Druck erforderlichen Einrichtungen beim Öffnen und beim Schließen seiner Überbrückungskupplung,

Fig. 5 den Spannungsverlauf eines zum Steuern der ölhydrau lischen Betätigungsdrucks für den Drehmomentwandler nach Fig. 3 dienenden elektrischen Stromes,

Fig. 6 den zeitlichen Verlauf eines den Zustand der Wandler überbrückungskupplung charakterisierenden Signals, sowie die zeitlichen Verläufe der Motordrehzahl und der Turbi nendrehzahl,

Fig. 7 in der Steuerung des Kraftfahrzeugantriebs nach Fig. 1 abgelegte Schaltkennlinien für eine Wandlerüber brückungskupplung,

Fig. 8 mehrere Diagramme, in denen die Schaltvorgänge und die Betriebszustände des Kraftfahrzeugantriebs nach Fig. 1 charakterisierende Signale und Fahrparameter in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt sind,

Fig. 9 den zeitlichen Verlauf der Turbinendrehzahl und eines Hochschaltvorgänge des Getriebes darstellenden Zustandssi gnals,

Fig. 10 den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, der Turbi nendrehzahl und eines den Zustand der Wandlerkupplung dar stellenden Signals bei einem Schließen der Wandlerkupplung in Verbindung mit einer Hochschaltung, und

Fig. 11 den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, der Turbi nendrehzahl und eines den Zustand der Wandlerkupplung dar stellenden Signals bei einem Öffnen der Wandlerkupplung in Verbindung mit einer Hochschaltung.

Ein Kraftfahrzeugantrieb schließt einen Motor 1 ein, dessen Kurbelwelle mit einer Eingangswelle 2 eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 4 verbunden ist (Fig. 1). Der Drehmoment wandler 4 enthält ein Pumpenrad 5, das mit der Eingangswelle 2 starr verbunden ist, ein Turbinenrad 6, eine Wandlerüber brückungskupplung (im folgenden auch als Wandlerkupplung oder WK bezeichnet) (7) und ein Leitrad 8. Der verschiebbare Teil (durch einen Doppelpfeil angedeutet) der Wandlerkupplung 7 ist mit der Ausgangswelle 9 des Drehmomentwandlers 4 verbun den ist, das Leitrad 8 ist über einen hier nicht dargestell ten Freilauf an dem Gehäuse des Drehmomentwandlers abge stützt.

Die Ausgangswelle 9 ist mit einer Eingangswelle 10 eines Ge triebes 12 starr verbunden. Eine Ausgangswelle 13 des Getrie bes 12 überträgt die Getriebeausgangsdrehzahl n_ab auf die An triebsräder des Kraftfahrzeugs, die hier nur durch ein Rad 14 repräsentiert sind. Ein Differential und andere übliche Ein richtungen des Kraftfahrzeugs sind hier nicht dargestellt, da sie bekannt und für die Erläuterung der Erfindung nicht er forderlich sind.

Wird der bewegliche Teil der Wandlerkupplung 7 gegen das Wandlergehäuse gedrückt, das starr mit der Eingangswelle 2 verbunden ist, so wird die Motordrehzahl n_mot durch eine kraftschlüssige Verbindung unverändert auf die Eingangswelle 10 des Getriebes 12 übertragen. Das automatische Getriebe 12 wird von einer Getriebesteuerung 16 durch über eine Leitung 17 übermittelte Signale gesteuert. Die Getriebesteuerung ent hält auch eine Steuerung für die Wandlerkupplung 7, die Steu ersignale für diese gelangen zu ihr über eine Leitung 18.

Fig. 2 stellt eine mehr Einzelheiten enthaltene Zeichnung eines bei einer Ausführung der Erfindung verwendeten hydrody namischen Drehmomentwandlers 4a und eines mit diesem verbun denen automatischen Getriebes 12a dar. Bei dem Getriebe han delt es sich um ein automatisches Stufengetriebe.

Weitere Einzelheiten des Drehmomentwandlers 4a sind aus Fig. 3 ersichtlich. Das Pumpenrad 5 wird über die Eingangswelle 2 angetrieben. Da der Drehmomentwandler 4 mit Hydrauliköl ge füllt ist, lenkt das Pumpenrad 5, wenn es angetrieben wird, den Ölstrom gegen das Leitrad 8. Dort wird er umgelenkt und bewirkt eine Rotation des Turbinenrades 6. Das Drehmoment M_t an der Achse des Turbinenrads 6, die die Ausgangswelle 9 des Drehmomentwandlers bildet, steht mit dem Pumpenraddrehmoment M_p, das gleich dem Motordrehmoment ist, in folgendem Zusammen hang:

M_t = -M_p _* µ

µ stellt die Wandlung dar und bestimmt die Drehmomentenver stärkung des Drehmomentwandlers 4. Die Wandlung µ hat ihr Ma ximum, wenn das Turbinenrad (im folgenden: Turbine) festge bremst wird. Nach einem Anfahren des Kraftfahrzeugs nimmt die Turbinendrehzahl zu, während die Wandlung gleichzeitig ab fällt, bis sie am Kupplungspunkt, bei dem Pumpen- und Turbi nenrad annähernd gleiche Drehzahlen aufweisen, einen Wert von nahezu 1 annimmt. Diese Wandlung des Pumpen- oder Motor drehmoments geht nicht ohne Verluste vonstatten; der Wir kungsgrad sinkt mit zunehmender Wandlung, was einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge hat. Um dies zu vermeiden, wird der Drehmomentwandler 4, wenn seine Funktion nicht benötigt wird, durch die Wandlerkupplung 7 überbrückt, deren Ausbil dung und Anordnung innerhalb des Drehmomentwandlers ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Um die Wandlerkupplung 7 zu schließen, wird sie durch einen in einem Hydraulikölkreislauf aufgebauten Druck mit ihrem Reibbelag an einen Gehäusedeckel 20 gedrückt, der mit dem Pumpenrad 5 und der Eingangswelle 2 starr verbunden ist. Da die Wandlerkupplung 7 ihrerseits mit der Turbine 6 gekoppelt ist, sind damit die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 9 des Drehmomentwandlers 4 kraftschlüssig miteinander verbun den.

Die Versorgung des Drehmomentwandlers 4 und der Wandlerkupp lung 7 mit einem Hydraulikölstrom ist aus Fig. 4 ersicht lich. Zu dem Drehmomentwandler 4 und der Wandlerkupplung 7 führen zwei Hydraulikleitungen 22 und 23. Der Öldruck wird durch eine von dem Motor des Kraftfahrzeugs angetriebene Pumpe aufgebaut, die hier nicht dargestellt ist. Der Ölstrom wird über ein Hydraulik-Steuerventil 24 gesteuert, das von einem hier nur angedeuteten elektromagnetischen Schaltventil (MV) 25 über einen Steuerdruck p_küb gesteuert und dabei ver schoben wird. Das Hydraulik-Steuerventil 24 hat entweder nur eine Schaltfunktion oder es kann einen definierten Druck ein stellen, und zwar proportional zu dem den Ventilantrieb des elektromagnetischen Schaltventil 25 durchfließenden elektrischen Strom.

Mit dem Steuerventil kann die Richtung des Hydraulikölstroms umgekehrt und damit entweder die Wandlerkupplung 7 aktiviert oder der Drehmomentwandler 4 mit Öl versorgt werden. Auf der linken Seite der Fig. 4 ist der Drehmomentwandler 4 beim Öffnen und auf der rechten Seite beim Schließen der Wandlerkupplung 7 dargestellt, wobei die Richtung des Hydraulikölstroms durch Pfeile angedeutet ist. Das Hydrauliköl fließt auch zu einem hier nur angedeuteten Wärmetauscher WT, um gekühlt zu werden. Mit p_h ist der Hauptdruck und mit p_w der Wandlerdruck bezeichnet.

Entscheidend für einen schonenden und komfortablen Schließ vorgang der Wandlerkupplung 4 ist beispielsweise im Falle eines elektromagnetischen Schaltventils 25, daß dieses nicht einen sprunghaften Wechsel von einem nicht mit Strom versorg ten Zustand zu einem dauerhaft mit Strom versorgtem Zustand durchführt. Der elektromagnetische Antrieb des Schaltventils 25 wird deshalb mit einem pulsweitenmodulierten oder getakteten Signal ge steuert. Ein möglicher Verlauf der Spannung U_MV dieses Signals über der Zeit ist aus Fig. 5 ersichtlich. Das Ventil wird z. B. mit einer Frequenz von 1/T = 30. . .50 Hz getaktet. Das Tastverhältnis tv des pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals ist folgendermaßen definiert:

Es nimmt beim Schließvorgang der Wandlerkupplung 7 kontinu ierlich zu. Das Tastverhältnis tv des PWM-Signals wird von der, hier in der Getriebesteuerung 16 integrierten, Steuerung für die Wandlerkupplung 4 gesteuert.

Ein Beispiel eines solchen Schließvorgangs ist aus Fig. 6 ersichtlich. In dem oberen Diagramm ist das Tastverhält nis tv, das den Zustand der Wandlerkupplung (WK-Zustand) wie dergibt, über der Zeit aufgetragen. Die Wandlerkupplung 7 ist während der Zeitspanne 15 s < t < 17 s geschlossen oder ein gerückt. An dem Verlauf des Tastverhältnisses zu Beginn des Schließvorgangs ist gut zu erkennen, daß eine Schnellfüllung der Wandlerkupplung mit Hydraulikflüssigkeit erfolgt, um das anschließende "Auftakten" ohne Verzögerung wirksam werden zu lassen. Aus dem unteren Diagramm ist der Angleich der Mo tordrehzahl an die Turbinendrehzahl ersichtlich.

Für einen komfortablen Schaltablauf darf dieser Vorgang nicht zu schnell erfolgen. Läßt sich durch einen Strom mit einem Strom-Druckwandler ein definierter Druck aufbauen, so gilt analog, daß der Strom beim Schließen ebenso rampenförmig auf zusteuern ist. Darüber hinaus ist es möglich, mittels einer Regelung die Wandlerkupplung 7 nicht vollständig zu schlie ßen, sondern mit ihr eine vorgegebene Drehzahldifferenz zwi schen der Motor- und der Turbinenwelle herzustellen. Damit lassen sich Schwingungen im Antriebsstrang verringern. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Wandlerkupplung aber über einen taktbaren elektromagnetischen Ventilantrieb des Schaltventils 25 (vgl. Fig. 4) gesteuert. Die Steuerung kann aber genau so gut über einen Strom-Druckwandler erfolgen. In der Zeitspanne 9 s < t < 12 s ist in Fig. 6 ein Öffnungsvorgang darge stellt.

Eine Entscheidung, in welchen Zustand die Wandlerkupplung 7 zu überführen ist, geschieht herkömmlicherweise mittels Wand lerkupplung-Schaltkennlinien WKAUF3, WKZU3 (Fig. 7). Diese Schaltkennlinien sind durch Wertepaare dk/nab bestimmt, die in der Getriebesteuerung 16 abgelegt sind. Dabei ist dk die Fahrpedal- oder Drosselklappenstellung und nab die Ge triebeausgangsdrehzahl. Ist z. B. in dem dritten Gang des au tomatischen Getriebes 12 die Wandlerkupplung 7 offen, so wird geprüft, ob die Kennlinie WKZU3 nach rechts überschritten wird. Ist dies der Fall, so beginnt der beschriebene Schließ vorgang. Dieses einfache Verfahren zur Bestimmung des Zu stands der Wandlerkupplung hat allerdings eine Reihe von Nachteilen:

- Betriebszustände, in denen ein komfortables, ruckfreies Schließen auch in niedrigen Gängen möglich ist, werden nicht erfaßt. Deshalb wird die Wandlerüberbrückung üb licherweise nur in den großen Gängen bei größeren Ge schwindigkeiten eingesetzt. Damit werden aber nicht die ganzen Möglichkeiten zur Kraftstoffersparnis genutzt, die ein sinnvoller Einsatz der Wandlerkupplung ermöglicht. Bei höheren Geschwindigkeiten allerdings besitzt das Kraft fahrzeug eine große kinetische Energie, die die Wahrnehm barkeit von Drehmomentsprüngen am Getriebeabtrieb - ver ursacht durch Lastwechsel oder durch unkomfortable Wand lerkupplung-Schließvorgänge - für den Fahrer stark herab setzt.
- Getriebesteuerungen verfügen in der Regel über mehr als ein Schaltkennfeld, um die Gänge zu bestimmen (z. B. ein öko nomisches, ein sportliches und ein lastadaptives Schalt kennfeld). Wird der Zustand der Wandlerkupplung ebenfalls durch ein Wandlerkupplungs-Kennfeld entsprechend Fig. 7 festgelegt, so muß zu jedem Schaltkennfeld für die Gangbe stimmung in vielen Fällen ein entsprechend abgestimmtes Wandlerkupplungs-Kennfeld bereitgestellt werden. Dies er höht den Abstimmungsaufwand für jeden Kraftfahrzeugtyp beträchtlich.
- Allgemein führt ein Betrieb des Kraftfahrzeugs mit aktivem Drehmomentwandler 4, d. h. mit nichtaktiver Wandlerkupplung 7, nicht nur zu einem höheren Kraftstoffverbrauch sondern auch zu einer erhöhten Motordrehzahl und damit zu einer Verminderung des Fahrkomforts. Dies ist vor allem bei "weichen", d. h. kleineren Drehmomentwandlern der Fall, die eine weniger starre Verbindung zwischen dem Motor und dem Getriebeeingang bewirken. Darüberhinaus erfolgt das Anspre chen des Kraftfahrzeugs auf Änderungen der Fahrpedal stellung verzögert, da z. B. eine Erhöhung des Motordreh moments erst den Drehmomentwandler durchlaufen muß.
- Wandlerkupplungs-Schließvorgänge finden oft bei Betriebszu ständen statt, bei denen sie für den Fahrer durch ein Ab sinken der Motordrehzahl wahrnehmbar werden. Dies kann zu einem störenden und "nervösen" gesamten Betriebsverhalten des Kraftfahrzeugs führen. Es wird hierzu auf Fig. 8 verwiesen, die mehrere Teildiagramme 8.a bis 8.d enthält. In dem Diagramm 8.a. ist der Verlauf des Steuerstrom- Tastverhältnisses tv dargestellt, das den Zustand der Wand lerkupplung 7 bestimmt. In dem Diagramm 8.b sind die Motor drehzahl (durchgezogene Linie) und die Turbinendrehzahl (gestrichelte Linie) dargestellt. In dem Diagramm 8.c ist das Motordrehmoment und in dem Diagramm 8.d der jeweils eingelegte Getriebegang dargestellt. Aus Bild 8.b ist ein häufiges Ansteigen und Abfallen der Motordrehzahl ersicht lich, der einem solchen nervösen Betriebsverhalten ent spricht.

Die vorstehend aufgeführten Nachteile werden durch den erfin dungsgemäßen Kraftfahrzeugantrieb behoben. Die Wandlerkupp lung 7 wird mit einem Verfahren gesteuert, das nach dem Ab laufplan oder Struktogramm der nachfolgenden Tabellen 0 bis 13 durchgeführt und nachfolgend beschrieben wird. Eine Tabel le 0 enthält das Inhaltsverzeichnis des nachfolgenden Ablauf plans. Zwei Spalten mit den Überschriften "Kapitel" und "Nr." enthalten eine strukturierte und eine nach Tabellen-Nummern durchgehend numerierte Aufzählung der einzelnen Funktions blöcke oder Unterprogramme, die in der Spalte "Ausblendungs text" aufgeführt sind.

In der Tabelle 1 sind sämtliche in den nachfolgenden Tabellen verwendete Abkürzungen aufgeführt. Konstante Werte, z. B. Ver gleichs- und Grenzwerte, sind mit einem Suffix "_k" versehen. Funktionsblöcke oder Unterprogramme sind in den erwähnten so genannten Ausblendungen zusammengefaßt, die zur besseren Übersichtlichkeit mit einem "#" hervorgehoben sind. In Ta belle 3 sind die wichtigsten Unterfunktionen aufgeführt. Ge startet wird die Steuerung mit der Ausblendung #3 in Tabelle 3. Detailliert ist die Ausblendung in den nachfolgenden Ta bellen 4 bis 7 dargestellt. Grundsätzlich werden in #3 Größen aufbereitet oder berechnet, die in den Funktionen #6 bis #13 mehrfach benötigt werden. Diese Funktionen steuern die Wand lerkupplung 7 in den Grundzuständen "Offen", "Schnellfül lung", "Schließen" (oder "Zutakten"), "Öffnen", (oder "Auf takten") und bewirken außerdem das Wechseln von einem Zustand in den nächsten. Der Zustand wird durch eine Statusvariable wk_status festgelegt. Diese bewirkt nach der Ausführung des Funktionsblocks #3 eine Aktivierung des jeweiligen Funktionsblocks mit einem Befehl switch (wk_status). Nach dessen Bearbeitung beginnt die Abarbeitung eines Algorithmus wk_auf_zu bei einem erneuten Aufruf wieder in der ersten Zei le der Tabelle. Kommentare sind in den Tabellen mit den Zei chen /* Kommentar */ kenntlich gemacht, um sie von den An weisungen innerhalb des Struktogramms zu unterscheiden.

Nachfolgend werden die einzelnen Unterfunktionen erläutert; aus deren Zusammenhang ergeben sich auch die Vorteile der Er findung. Wie bereits erwähnt, werden in dem Funktionsblock i#3 zentrale Größen berechnet, die in den nachfolgenden Funk tionen mehrfach benötigt werden. Dazu gehört zum einen das Initialisieren der Parameter für das Zu- oder Auftakten der Wandlerkupplung (#4), und zwar durch Aktivieren mit einer Steuervariablen werte_zuweisen=1. In einem Funktionsblock oder Schritt #4, der in Tabelle 3 detailliert dargestellt ist, werden alle Größen, die das Zu- und Auftakten beeinflus sen sollen, berücksichtigt, wie z. B. Schub-/Zugbetrieb, aktu elles Motordrehmoment, WK-Öffnen oder -Schließen, aktuelle Getriebetemperatur. So ist z. B. bei einem kalten Getriebe die Dauer der Schnellfüllung anders festzulegen als nach Errei chen einer höheren Betriebstemperatur; beim Öffnen entfällt sie ganz. Ebenso gibt es Unterschiede beim Festlegen des An stiegs des Tastverhältnisses. Bei einem großen Motordrehmo ment muß er steiler verlaufen als bei einem kleinen Motormo ment, um einen schnelleren Druckaufbau an der Wandlerkupplung 7 zu erreichen. Alle diese zu unterscheidenden Betriebszu stände erhalten einen vorgegebenen Index i.

In einem Schritt #4.1 werden schließlich durch den Index i die jeweiligen Werte für die Schnellfüllung, den Start/Stop wert der Taktrampe, sowie deren Steigung delta_tv geladen und in den Schritten #8, #9 oder #13 verarbeitet. Entscheidend ist aber, daß der Druckaufbau oder -abbau durch die Taktrampe weich erfolgt, die Schleifzeit der Wandlerkupplung aber nicht zu lang wird (begrenzt durch die thermische Belastung der Reibbeläge der Wandlerkupplung). Der Schritt #5 beschreibt einen Algorithmus, der eine Ganghochschaltung in mehrere Phasen einteilt. Dies hat den Zweck, das Schließen oder das Öffnen der Wandlerkupplung 7 derart mit einer Hochschaltung zu koordinieren oder zusammenzulegen, daß eine Drehzahl änderung des Motors, die durch eine Änderung des Zustands der Wandlerkupplung verursacht ist, nicht als solche durch den Fahrer wahrgenommen werden kann. Dazu muß bei einer Hoch schaltung HS erkannt werden, wann die Synchronisierungsphase des Getriebes beginnt.

Eine Verzweigung switch_ (hochschalt_status) beginnt stets am Anfang einer Hochschaltung mit einem Schritt #5.1. Die Varia ble hochschalt_status wird auf einen Wert VOR_SYNCH gesetzt und dieser sogenannte case-Block mit einem break abgeschlos sen, d. h. keiner der nachfolgenden case-Blöcke der Unterfunk tion #5 wird vor dem nächsten Zyklus des Algorithmus wk_auf_zu durchlaufen. In diesem Algorithmus wird der Block case_VOR_SYNCH ausgeführt. In einem Schritt #5.2 wird ge prüft, ob die Turbinendrehzahl beginnt abzufallen. An dieser Stelle ist anzumerken, daß, wenn die Getriebesteuerung einen Schaltbefehl an das Getriebe erteilt, nicht sofort die ge wünschte Hochschaltung wirksam wird, da das Getriebe mit ei ner gegebenen Verzögerung reagiert. Tritt schließlich der Fall ein, daß ein Turbinendrehzahlgradient turb_grad bei ei nem Drehzahlabfall der Turbine unterschritten wird, so wird durch einen Schritt #5.3 in dem nächsten Zyklus der Block ca se SYNCH aktiv.

Hier ist noch zu ergänzen, daß auch eine Erkennung einer steigenden Drehzahl unter Umständen notwendig ist, wenn näm lich nicht die Turbinendrehzahl sondern andere Getriebezwi schendrehzahlen überwacht werden (vgl. auch Fig. 8). Vorlie gend ist allerdings von der Turbinendrehzahl die Rede. Des weiteren wird in einem Schritt #5.3 auch ein hier nicht dar gestellter Timer gestartet, indem er auf einen Startwert ge setzt wird. Grundsätzlich sind hier alle Timer als Abwärts zähler ausgeführt, sie werden durch einen nicht besonders dargestellten Algorithmus in regelmäßigen Abständen auf null heruntergezählt. Dies bewirkt in einem nachfolgenden Schritt #5.4, daß mit dem case Block SYNCH die durch einen Startwert synch_timer_k, der gangabhängig ist, vorgegebene Zeit durch laufen wird. Nach Ablauf dieser Zeit wird in einem Schritt #5.5 in dem nachfolgenden Zyklus der case-Block NACH_SYNCH aktiv. Durch das derart verzögerte Durchlaufen des Blocks NACH_SYNCH setzt somit der Beginn des Zutaktens gangabhängig zeitrichtig ein (vgl. Schritt #7.1).

In Fig. 9 ist der gesamte zeitliche Verlauf der Variablen Turbinendrehzahl n_t und hochschalt_status dargestellt. Nach dem der Schritt #3 durchlaufen worden ist, erfolgt die wei tere Funktion gemäß dem Befehl switch(wk_status) in dem Schritt #2. Ist die Wandlerkupplung offen, so wird ein case- Block AUF in einem Schritt #6 ausgeführt. Hier werden eine Reihe von Bedingungen geprüft, bevor, der Wandlerkupplungs- Schließvorgang mit einer Übergang zu dem Zustand "Schnellfüllung" (#8) eingeleitet wird.

In einem Schritt #6.1 wird überprüft, ob das Getriebe eine gangindividuell festgelegte Temperaturschwelle überschritten hat. Da die Empfindlichkeit bezüglich unkomfortabler Schließ vorgänge wegen einer zu niedrigen Getriebetemperatur bei ho hen Geschwindigkeiten und damit hohen Gängen geringer ist als bei niedrigeren Geschwindigkeiten, kann hier die Wandlerkupp lung bereits bei geringeren Getriebetemperaturen geschlossen werden. Ist die Temperaturbedingung in dem Schritt #6.1 nicht erfüllt, so wird dies in einem Schritt #6.4 markiert, um spä ter ein rein temperaturbedingtes Schließen der Wandlerkupp lung in diesem Gang erkennen zu können. Ist die Temperaturbe dingung aber erfüllt, so wird als nächstes in einem Schritt #6.2 geprüft, ob Schubbetrieb oder ein Übergang in den Schub betrieb vorliegt. Ein extern gesetztes Flag "schub_b" zeigt dies an. Ein Wechsel in den Schubbetrieb ist bei einem Anhe ben des Fahrpedals durch den Fahrer erkennbar: Der Wert des Fahrpedal- oder Drosselklappengradienten sinkt unter eine Schwelle DDK_START_SCHLIESS. Es ist an dieser Stelle anzumer ken, daß Schließvorgänge im Schubbetrieb allgemein sehr un komfortabel verlaufen.

Ist keine der Bedingungen in dem Schritt #6.2 erfüllt, so wird in einem Schritt #6.3 - routine wk_ipol() - geprüft, ob die Wandlerkupplung-Kennfeldbedingung zutrifft. Solche Kenn feldbedingungen können entweder im Falle einer aufwendigen Wandlerkupplungssteuerung als gang- und schaltkennfeldtypab hängige Kennlinien ausgeführt sein, wie sie in Fig. 7 darge stellt sind, oder aber bei einer einfacheren Steuerung ledig lich als zwei Motordrehzahl schwellen, und zwar für Wandler kupplung "auf" und "zu".

Es hat sich im Verlauf von Fahrversuchen mit dem erfindungs gemäßen Kraftfahrzeugantrieb gezeigt, daß solche einfachen Schwellen ausreichen, da durch die hier beschriebene Wandler kupplungssteuerung alle Fälle, in denen ein Schließen der Wandlerkupplung möglich ist, wesentlich besser erfaßt werden, als durch starre, allein von statischen Betriebsparametern, wie die Motordrehzahl und Drosselklappenstellung, abhängige Kriterien in Kennfeldern. Die Unterschiede sind allerdings auch fahrzeugabhängig.

Ist die "Kennfeldbedingung" in dem Schritt #6.3 erfüllt, so werden in einem Schritt #7 weitere Schließbedingungen ge prüft. In einem Schritt #7.1 wird untersucht, ob gerade keine Schaltung durchgeführt wird, oder ob sich eine Hochschaltung HS in einer Phase "NACH_SYNCH" befindet. Letztere Bedingung soll hier im Zusammenhang mit dem Schließen der Wandlerkupp lung erklärt werden. Fig. 9 zeigt, wie die Variable Hoch schalt_status im Verlauf einer Hochschaltung durch die Funk tion #5 gesetzt wird.

Fig. 10 zeigt, wie das Schließen der Wandlerkupplung im Zuge einer Hochschaltung mit dieser verbunden oder koordiniert wird; vorausgesetzt, alle noch folgenden Schließbedingungen sind auch erfüllt. Die Motordrehzahl n_mot vollzieht dabei qualitativ einen für eine Hochschaltung üblichen Verlauf, was dazu führt, daß der Schließvorgang von dem Fahrer nicht bemerkt wird. Dargestellt ist auch der Verlauf der Turbinen drehzahl n_t.

Im Gegensatz hierzu ist aus Fig. 8, Zeitspanne 50,5 s < t < 53 s, ein Motordrehzahlsprung durch eine 2-3-Hochschaltung ersichtlich, dem ein noch größerer Sprung der Motordrehzahl n_mot durch das Schließen der Wandlerkupplung folgt. Bei ei ner Rückschaltung RS bleibt bei dem erf indungsgemäßen Verfah ren die Wandlerkupplung grundsätzlich durch den Schritt #7.1 geöffnet, um vor allem bei einem Ausrollen unter Schubbetrieb auftretende Schaltstöße mit dem Drehmomentwandler zu dämpfen. Ein weiteres wichtiges Merkmal wird in dem Schritt #7.2 rea lisiert. Es wird hier durch eine sinnvolle IF-Bedingung er kannt, ob außerhalb einer Schaltung ein Wandlerkupplungs- Schließvorgang aufgrund eines Temperaturanstiegs erfolgt. Dieser Schließvorgang wird verhindert, weil er für den Fahrer spürbar und insbesondere bei niedrigen Gängen nicht nachvoll ziehbar wäre. Der Schließvorgang wird dazu durch eine Varia ble temp_del_k (gang) gesteuert. Bei höheren Gängen ist au ßerhalb von Schaltungen der Übergang in den Zustand WK_Zu er laubt, um z. B. auch bei einer Autobahnfahrt in nur einem Gang den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Sind die Bedingungen in dem Schritt #7.3 erfüllt, so ver bleibt als letztes eine Schließbedingung in dem Schritt #7.3. Es wird dabei geprüft, ob der Wandlerschlupf (= nmot/nt) in nerhalb vorgegebener Grenzen liegt, innerhalb derer ein kom fortables Schließen der Wandlerkupplung erfolgen kann. Die Grenzen sind dabei gangabhängig festgelegt. Ist diese Bedin gung erfüllt, so wird in einem Schritt #7.4 das Schließen der Wandlerkupplung durch Setzen des Wertes WK_Status eingelei tet. Damit wird beim nächsten Zyklus des Algorithmus wk_auf_zu ein Schritt #8 aktiv und es wird eine Schnell- oder Vorbefüllung der Wandlerkupplung mit Hydrauliköl ausgeführt, und zwar gemäß der Füllzeit, wie sie in dem Schritt #4.1 - an den Betriebszustand angepaßt - festgelegt worden ist. Eine Schnellfüllung ist auch in Fig. 10 dargestellt: Das Signal wk weist zu Beginn des Schließvorgangs eine kurze 100%-Spitze aus, durch die das Ansprechverhalten des anschließenden Zu taktens, d. h. des Schließens der Wandlerkupplung durch das pulsweitenmodulierte oder getaktete Steuersignal, verbessert wird.

Eine andere wichtige Bedingung ist in einem Schritt #8.1 festgelegt: Wird ein Schubbetrieb oder ein Übergang in den Schubbetrieb (der Fahrer geht bei kleinem Fahrpedal- oder Drosselklappenwert "vom Gas") erkannt, so wird mit einem Schritt #8.2 der Schließvorgang abgebrochen. Ist dies nicht der Fall, so wird der Schließvorgang mit einem Schritt #8.3 fortgesetzt. Damit wird bei dem nächsten Zyklus des Algorith mus wk_auf_zu eine Funktion #9 aktiv (Zutakten). Wie in dem Schritt #8.1 wird hier in einem wichtigen Schritt #9.1 das Vorhandensein oder Eintreten in den Schubbetrieb erkannt. Ist dies der Fall, erfolgt eine Zurücknahme des Taktverhältnisses sv_kueb oder sv_wk nicht schlagartig wie in dem Schritt #8.2, es wird vielmehr von dem erreichten Wert ausgehend zurückge nommen, und zwar ab einem Schritt #9.2. Dieses Zurücknehmen wird in einem Schritt #13.1 erkannt. Den weiteren Verlauf des Schließvorgangs im Falle seiner Fortsetzung legt eine Funkt ion #10 fest. Ein Unterprogrammaufruf wk_takten () bewirkt eine kontinuierliche Erhöhung des Tastverhältnisses sv_kueb in einem Schritt #10.1.

Wichtig ist, daß das Zutakten bereits vor dem Erreichen des End- oder Stoppwertes beendet werden kann. Die dazu erforder lichen Bedingungen sind in Schritten #10.2 und #10.3 festge legt: Wenn sich die Motordrehzahl n_mot für die Dauer einer Zeitspanne wk_geschlossen_t_k unterhalb eines Abstandes schliess_diff_nmot_nt_k an die Turbinendrehzahl n_t angenä hert hat, wird in einem Schritt #10.4 der Zustand "zu" als erreicht betrachtet. Dies hat den Vorteil, daß bei Erhöhung des Motordrehmoments dann die volle Übertragungskapazität der Wandlerkupplung zur Verfügung steht, da ein Tastverhältnis von 100% schon früher erreicht wird. Wird der Schließvorgang durch den Schritt #10.4 oder einen Schritt #10.5 beendet, so ist gemäß einer Funktion #11 der nächste Zustand "geschlos sene WK". Hier finden wieder eine Reihe von Fallunterschei dungen statt. Außerhalb von Schaltungen - entsprechend einer in einem Schritt #11.1 mit der Routine wk_ipol() durchge führten Abfrage - wird in einem Schritt #11.2 entschieden, ob die Wandlerkupplung geschlossen bleibt oder geöffnet wird (Schritt #11.3). Dieses Prüfen der WK-Kennfeldbedingung ist im einfachsten Fall ein Test, ob die Motordrehzahl eine vor gegebene Schwelle unterschreitet. Ist dies der Fall, so muß die Wandlerkupplung geöffnet werden, weil sonst Schwingungen des Antriebsstrangs auftreten, die sich z. B. durch ein Dröh nen unangenehm bemerkbar machen.

Im Falle eines Schaltvorgangs wird ein Schritt 12 durchlau fen. Bei einer Rückschaltung wird gemäß einem Schritt #12.1 die Wandlerkupplung grundsätzlich geöffnet. Bei einer Hoch schaltung wird in einem Schritt #12.2 geprüft, ob die WK- Kennfeldbedingung in dem neuen (höheren) Gang ebenfalls den Zustand "WK-Zu" verlangt. Falls ja, wird in einem Schritt #12.3 noch ein Schubbetrieb berücksichtigt. Die Wandlerkupp lung bleibt zu, wenn Schubbetrieb vorliegt, oder die Schub hochschaltung bei einer höheren Geschwindigkeit des Fahrzeugs abläuft. In diesem Fall sind keine Komforteinbußen zu be fürchten.

Grundsätzlich ist anzumerken, daß das Getriebe den Gangwech sel so komfortabel ausführen muß, daß der Wandler bei der Hochschaltung überbrückt bleiben kann. Diese Annahme hat sich bei Versuchsfahrten mit dem hier beschriebenen Kraftfahrzeug antrieb bestätigt. Häufig werden aber bei bekannten Wandler kupplungen Mängel bei einem Schaltübergang durch die dämp fende Wirkung des Drehmomentwandlers kompensiert. Gibt ein Schritt #12.2 ein Öffnen in dem neuen Gang vor, so wird er findungsgemäß der Gangwechsel mit dem Öffnen der Wandlerkupp lung koordiniert. In einem Schritt #12.4 wird der Öffnungs vorgang mittels einem Schritt #12.6 erst eingeleitet, wenn die Turbinendrehzahl beginnt abzufallen. Dies wird durch eine Variable hochschaltstatus_v SYNCH angezeigt.

Die entsprechenden Signal- und Drehzahlenverläufe n_t, n_mot und wk über der Zeit beim Öffnen der Wandlerkupplung im Zuge einer Hochschaltung sind in Fig. 11 dargestellt. Es tritt keine wahrnehmbare Anomalie des Verlaufs der Motordrehzahl auf. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 8.b in der Zeitspanne 50 s < t < 51 s, daß die Motordrehzahl eine starke Überhöhung erfährt, wenn der Wandlerkupplungs-Öffnungsvorgang mit dem Schaltbefehl gestartet wird. Akustisch ergibt sich für den Fahrer ein Eindruck ähnlich einer Rückschaltung, obwohl eine Hochschaltung durchgeführt wird. Der Öffnungsvorgang wird in einem Schritt 13 mit einem Herunterfahren des Tastverhält nisses sv_kueb - hier auch als wk [%] bezeichnet - ausge führt. Es sei hier nochmals darauf hingewiesen, daß anstelle des Auf- oder Absteuerns des Tastverhältnisses eines Tast ventils genauso ein Herauf- oder Herunterregeln des Stromes mit einem Strom-Druckwandler durchgeführt werden kann.

Die hier beschriebene Antriebssteuerung weist folgende Vor teile auf:

- Der Kraftstoffverbrauch wird durch eine erweiterte Zuschal tung der Wandlerüberbrückung gesenkt. Fahrversuche ergaben bei häufigem Fahren im dritten und im vierten Gang (in der Stadt, auf der Landstraße) eine Senkung um 9% gegenüber einer allein kennfeldorientierten Aktivierung der Wandlerüberprüfung ausschließlich im vierten oder fünften Gang.
- Es sind keine Eingriffe in die Getriebemechanik notwendig.
- Das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs wird verbessert: Durch einen starren Durchtrieb mit der Wandlerüberbrückung ab dem dritten Gang einschließlich wird das Ansprechen des Fahrzeugs auf Fahrpedaländerungen deutlich verbessert (ähn lich dem eines handgeschalteten Getriebes). Dies ist vor allem für Fahrzeuge mit sportlicher Auslegung interessant.
- Die erweiterte Wandlerüberbrückung senkt die Motordrehzahl ab, was eine Komfortsteigerung vor allem bei weichen Wandlern (mit großem Wandlungsbereich) zur Folge hat.
- Zuschaltungen der Wandlerkupplung werden von dem Fahrer nicht wahrgenommen, weil sie in Gangwechsel des automa tischen Getriebes eingebettet werden.

Die erweiterte Zuschaltung der Wandlerkupplung durch die hier beschriebene Steuerung läßt sich aber am besten in Verbindung mit leistungsfähigen und sich auf unterschiedliche Bedingun gen, (insbesondere Umweltbedingungen) einstellende Getriebe steuerungen realisieren, wie sie z. B. in der Patentanmeldung EP 0 576 703 A1 und den nicht vorveröffentlichten Patentanmeldungen EP 0 626 527 A1 EP 0 626 570 A1 und EP 0 638 742 A1 beschrieben sind.

Die nachfolgenden Seiten enthalten die vorstehend erläuterten Tabellen 0 bis 13.

Tabelle 0

Tabelle 1a

Tabelle 1b

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5a

Tabelle 5b

Tabelle 6

Tabelle 7

Tabelle 8

Tabelle 9

Tabelle 10

Tabelle 11

Tabelle 12

Tabelle 13

Claims

1. Kraftfahrzeugantrieb mit einem zwischen einem Motor (1) und einem Getriebe (12) liegenden Drehmomentwandler (4), der durch Einrücken einer Wandlerüberbrückungskupplung (7) über brückt wird, und mit einer Steuerung (16), durch die die Wandlerüberbrückungskupplung (7) in Abhängigkeit von Be triebszuständen des Kraftfahrzeugs derart gesteuert wird, daß sich ein rück- oder schwingungsfreier Betrieb des Kraftfahr zeugantriebs ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuerung (16) in Betriebszuständen, in denen ein ruck- oder schwingungsfreier Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet ist, die Wandlerüberbrückungskupplung (7) vollständig einge rückt wird, während sie in allen anderen Betriebszuständen vollständig ausgerückt bleibt.

2. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Einrücken der Wandlerüberbrückungskupplung (7) in Verbindung mit einem Hochschaltvorgang des Getriebes (12) durchgeführt wird.

3. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Einrücken der Wandlerüberbrückungskupplung (7) in Betriebszuständen nicht zugelassen ist, bei denen der Wandlerschlupf keine mittleren, innerhalb vorgegebener Gren zen liegenden Werte aufweist.

4. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Einrücken der Wandlerüberbrückungskupplung (7) in Betriebszuständen ohne Lastwechsel durchgeführt wird.

5. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Einrücken der Wandlerüberbrückungskupplung (7) im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs oder bei einem Wechsel in den Schubbetrieb nicht zugelassen ist.

6. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein Einrücken der Wandlerüberbrückungskupplung (7) von Temperaturschwellen abhängig ist, die für die einzelnen Gänge des Getriebes (12) unterschiedlich festgelegt sind.

7. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß ein Einrücken der Wandlerüberbrückungskupplung (7) aufgrund einer Erhöhung der Getriebetemperatur bei kleinen Gängen nur in Verbindung mit einem Schaltvorgang des Getrie bes zugelassen ist.

8. Kraftfahrzeugantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Wandlerüberbrückungskupplung (7) durch einen hy draulischen Druck betätigt wird, der durch einen getakteten elektrischen Strom gesteuert wird, und daß bei einem Schlies sen der Wandlerüberbrückungskupplung (7) das Takten des Stro mes beendet wird, bevor ein als Endwert vorgegebenes Takt verhältnis erreicht ist, wenn die Motordrehzahl für eine Zeitspanne einen Wert oberhalb der Turbinendrehzahl ange nommen hat, der sich von dieser weniger als eine vorgegebene Differenz unterscheidet.