DE102008008460A1

DE102008008460A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Kupplungen eines Parallelschaltgetriebes bei einem Gangwechsel

Info

Publication number: DE102008008460A1
Application number: DE102008008460A
Authority: DE
Inventors: Jürgen BENZ; Marian Preisner
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2008-09-04
Also published as: WO2008104148A1; KR20090114424A; DE112008000375B4; KR101510909B1; DE112008000375A5

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern der Kupplungen eines Parallelschaltgetriebes bei einem Gangwechsel von einem Ausgangsgang in einen Zielgang, bei dem während des Gangwechsels eine Drehmomentübergabe von der lastabgebenden Kupplung zur lastannehmenden Kupplung erfolgt, enthält die Schritte: Erhöhen des übertragbaren Drehmoments der lastannehmenden Kupplung bis auf das augenblickliche Motormoment; Abbauen des übertragbaren Drehmoments der lastabgebenden Kupplung; wobei während des Gangwechsels das Summendrehmoment aus den übertragenen Drehmomenten der lastabgebenden Kupplung und der lastannehmenden Kupplung zumindest zeitweise größer als das augenblickliche Motormoment ist und dabei die lastannehmende Kupplung ein höheres übertragbares Drehmoment aufweist als es einem Grenzdrehmoment entspricht, bei dem das Drehmoment der lastannehmenden Kupplung gleichmäßig vom Ausgangszustand der Drehmomentübergabe bis zu einem Endzustand der Drehmomentübergabe erhöht wird.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Kupplungen eines Parallelschaltgetriebes bei einem Gangwechsel.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden zur Steuerung von Kupplungen automatischer bzw. automatisierter Getriebe in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Solche Parallelschaltgetriebe bzw. Doppelkupplungsgetriebe finden wegen des durch sie möglichen Fahrkomfortgewinns, der möglichen Verbrauchseinsparungen und der möglichen zugkraftunterbrechungsfreien Gangwechsel zunehmend Verwendung in Fahrzeugen.
Dabei sind verschiedene Möglichkeiten zur Drehmomentenübergabe bekannt, um bei einem Gangwechsel die dem alten Gang zugeordnete, zunächst voll geschlossene Kupplung zu öffnen und die dem neuen Gang zugeordnete, zunächst offene Kupplung zu schließen.
Ein Beispiel ist, bei Beginn des Gangwechsels die dem alten Gang zugeordnete, zunächst voll geschlossene und lastabgebende Kupplung in den schlupfenden Betrieb zu verstellen, während dieses schlupfenden Betriebs die dem neuen Gang zugeordnete, lastannehmende Kupplung zunehmend zu schließen, bis sie annähernd schlupffrei arbeitet, und dann die lastabgebende Kupplung vollständig zu öffnen. Dabei erfolgt bei der Verstellung der lastabgebenden Kupplung in Schlupfbetrieb üblicher Weise zusätzlich ein Motoreingriff, um insbesondere ein Hochdrehen des Motors zu vermeiden.
Eine andere Möglichkeit zum Steuern der Kupplungen eines Parallelschaltgetriebes bei einem Gangwechsel von einem Ausgangsgang in einen Zielgang mit Drehmomentenübergabe von einer lastabgebenden zur lastannehmenden Kupplung ist in der DE 10 2005 037 515 beschrieben. Dabei wird die dem lastabgebenden Gang zugeordnete Kupplung in nicht schlupfender Stellung gehalten, das übertragbare Drehmoment der dem neuen Gang zugeordneten lastannehmenden Kupplung bis auf das augenblickliche Motormoment erhöht, und die dem alten Gang zugeordnete Kupplung geöffnet.
Eine weitere Strategie ist aus der EP 1 507 103 B1 bekannt. Ausgehend von einem Ausgangszustand der Drehmomentenübergabe, in dem die lastabgebende Kupplung ein Antriebsmoment im Haftzustand überträgt und die lastannehmende Kupplung geöffnet ist, bis zu einem Endzustand der Drehmomentenübergabe, in dem die lastannehmende Kupplung das volle Antriebsmoment überträgt, baut die lastannehmende Kupplung Drehmomentkapazität im Schlupfbereich auf und die lastabgebende Kupplung Drehmomentkapazität ab. Dabei hat in der Anfangsphase der Drehmomentübergabe die lastabgebende Kupplung eine höhere Drehmomentkapazität als zu Aufrechterhaltung ihres Haftzustands notwendig ist, wobei die Drehmomentkapazität der lastabgebenden Kupplung, ehe die Drehmomentkapazität der lastannehmenden Kupplung das volle Antriebsmoment erreicht, soweit reduziert wird, dass die lastabgebende Kupplung und die lastannehmende Kupplung beide eine gewisse Zeit Drehmoment schlupfend übertragen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Kupplungen eines Parallelschaltgetriebes bei einem Gangwechsel anzugeben, das auf einfache Weise einen raschen Gangwechsel, gegebenenfalls ohne Motoreingriff, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist in Anspruch 7 angegeben.
Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung wird beim Gangwechsel von einem Ausgangsgang in einen Zielgang, bei dem eine Drehmomentübergabe von einer lastabgebenden Kupplung zu einer lastannehmenden Kupplung erfolgt, das übertragbare Drehmoment der lastannehmenden Kupplung bis auf das augenblickliche Motormoment erhöht und gleichzeitig das übertragbare Drehmoment der lastabgebenden Kupplung abgebaut. Während des Gangwechsels ist das Summendrehmoment aus den übertragbaren Drehmomenten der lastabgebenden Kupplung und der lastannehmenden Kupplung zumindest zeitweise größer als das augenblickliche Motormoment, wobei die lastannehmende Kupplung in Überanpressung gehalten wird. Damit wird erreicht, dass an einer der beiden Kupplungen, z. B. bei Zughochschaltungen oder Schubrückschaltungen an der lastabgebenden Kupplung, kein Schlupf entsteht. Umgekehrt haftet bei Zugrückschaltungen und Schubhochschaltungen die lastannehmende Kupplung. Gegen Ende des Überschneidungsvorgangs wird dann versucht, das Summendrehmoment auf näherungsweise das augenblickliche Motormoment zu reduzieren, so dass durch diese vorteilhafte Ausgestaltung über entstehenden Schlupf kontrolliert werden kann, ob die lastannehmende Kupplung das von der Steuerung angenommene Moment überträgt. Diese Verringerung auf das augenblickliche Motormoment geschieht vorzugsweise dadurch, dass das übertragbare Drehmoment der lastannehmenden Kupplung weniger stark, das heißt mit einer geringeren Steigungsrate erhöht wird als in der Anfangsphase der Überschneidung, wobei die Verringerungsrate bzw. die Abbaurate des übertragbaren Drehmoments der lastabgebenden Kupplung während der gesamten Überschneidung im Wesentlichen unverändert gehalten wird.
Gleichzeitig ist es möglich, einen Motoreingriff vorzunehmen, so dass die Änderungsrate des augenblicklichen Motormoments begrenzt ist bzw. konstant gehalten wird, während der Gangwechselvorgang durchgeführt wird. Außerdem soll vorzugsweise die Änderungsrate der Kupplungsdrehmomente begrenzt sein. Dadurch kann man erzielen, dass eine Beeinflussung des Abtriebsmoments durch das überhöhte Anliegen der lastannehmenden Kupplung vom Fahrer nicht wahrgenommen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft mit weiteren Einzelheiten erläutert anhand der beigefügten Figuren, in denen:
1 eine Prinzipskizze eines Doppelkupplungsgetriebes mit Steuereinrichtung zeigt;
2 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wobei eine Zughochschaltung dargestellt ist;
3 eine alternative Schaltstrategie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Zughochschaltung zeigt; und
4 eine noch weitere Strategie bei einer Zughochschaltung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.
Gemäß 1 weist ein an sich bekanntes Doppelkupplungs- oder Parallelschaltgetriebe eine beispielsweise von einer Brennkraftmaschine angetriebene Antriebswelle 6 auf, die mit zwei Eingangswellen 8 und 10 drehfest verbunden ist. Der Drehmomentfluss von der Antriebswelle 6 in die Eingangswellen 8 und 10 ist über je eine Kupplung K1 und K2 wahlweise steuerbar. Zwischen der Eingangswelle 8 und einer Ausgangswelle 12 sind über Radpaarungen, von denen nur eine dargestellt ist, verschiedene Übersetzungen schaltbar. Ebenso sind zwischen der Eingangswelle 10 und der Ausgangswelle 12 verschiedene Radpaarungen schaltbar, von denen nur eine dargestellt ist. Zum Betätigen der Kupplungen K1 und K2 sind Aktoren 14 und 16 vorgesehen. Zum Schalten der Radpaarungen, beispielsweise zum Herstellen einer drehfesten Verbindung zwischen dem auf der Eingangswelle 8 oder 10 angeordneten Rad mit der jeweiligen Eingangswelle 8 oder 10, das mit einem jeweiligen, mit der Ausgangswelle ständig drehfest verbundenen Rad kämmt, sind Aktoren 18 und 20 vorgesehen.
Zur Ansteuerung der Aktoren 14, 16, 18 und 20 dient eine elektronische Steuereinrichtung 26 mit Mikroprozessor und zugehörigen Programm- und Datenspeichern, deren Ausgänge jeweils einen der Aktoren ansteuern und deren Eingänge 28 mit nicht dargestellten Sensoren des Fahrzeugs bzw. Fahrzeugantriebsstrangs verbunden sind, wie beispielsweise einem Sensor zur Erfassung der Stellung eines Fahrpedals, einem Sensor zur Erfassung der Motordrehzahl bzw. der Drehzahl der Antriebswelle 6, einem Sensor zur Erfassung der Drehzahl der Ausgangswelle 12 bzw. Sensoren zur Erfassung der Drehzahl der angetriebenen Fahrzeugräder, einem Sensor zur Erfassung der Stellung eines Getriebewählhebels usw.. Die dargestellte Steuereinrichtung 26 kann über ein Bussystem mit weiteren Steuergeräten des Fahrzeugs verbunden sein, beispielsweise einem Motorsteuergerät, mit dem ein Leistungsstellglied des Motors gesteuert wird. Die Aktoren 14, 16, 18 und 20 können beispielsweise als hydraulische Stellzylinder gestaltet sein, deren Druck von einem von der Steuereinrichtung 26 angesteuerten Hydrauliksystem gesteuert wird. Die Aktoren können nach Bedarf Elektromotoren enthalten, die ein Stellglied antreiben. Auch die Stellung des Stellglieds kann vorteilhafterweise von einem Sensor erfasst werden, so dass der Funktionszustand jeweils bekannt ist.
Für die Funktion einer Kupplung ist das jeweils von der Kupplung übertragbare Moment wichtig und ist in einem Speicher der Steuereinrichtung 26 als Kurve abgelegt, die das übertragbare Kupplungsmoment abhängig von der Stellung eines Kupplungsstellglieds, beispielsweise einem Kupplungsbetätigungshebel, angibt. Bei einer Änderung des Funktionszustands der Kupplung durch Verschleiß und ähnliches muss die Kennlinie aktualisiert werden, was durch Referenzierverfahren geschieht, bei denen bestimmte Punkte der Kupplung angefahren werden und die jeweils dazugehörende Stellung des Betätigungsglieds bzw. Aktors erfasst und in der Steuerung aktualisiert wird.
Bei dem in 1 dargestellten Doppelkupplungsgetriebe kann in dem Teilgetriebe, dessen Kupplung offen ist, jeweils ein Gang eingelegt werden, während die wirksame Übersetzung des Getriebes durch das Teilgetriebe bestimmt wird, dessen Kupplung geschlossen ist. Wenn im Teilgetriebe 22 beispielsweise ein Gang eingelegt ist und die Kupplung K1 geschlossen ist, dann ist dieser Gang für die Übersetzung zwischen der Antriebswelle und der Ausgangswelle 12 wirksam. Gleichzeitig kann im Teilgetriebe 24 ein neu zu schaltender Gang eingelegt werden. Wenn der neu einzulegende Gang wirksam werden soll und die zugehörige Kupplung K2 geschlossen wird, muss beim Schalten des Getriebes von dem aktuell eingelegten Gang in den neu einzulegenden Gang dann die Kupplung K1 geöffnet werden. Wenn die Kupplung K2 die Drehmomentenübertragung übernimmt, würde, wenn nicht zumindest eine der Kupplungen K1, K2 gleichzeitig rutscht, das Getriebe durch Überbestimmung der Übersetzungen zerstört. Daher wird zumindest zeitweise, wenn beide Kupplungen K1, K2 gleichzeitig eingelegt sind, ein schlupfender Zustand hergestellt, bei dem wenigstens eine der beiden Kupplungen K1, K2 schlupft.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei sichergestellt, dass die lastannehmende Kupplung, im obigen Beispiel die Kupplung K2, in einem Zustand der Überanpressung ist, während die lastabgebende Kupplung, im obigen Beispiel die Kupplung K1, Drehmomentkapazität abbaut mit einer Rate, die zwischen dem Ausgangszustand bei geschlossener Kupplung und dem Endzustand bei geöffneter Kupplung im Wesentlichen konstant ist. Dies bedeutet, dass man zu Beginn des Überschneidungsvorgangs die lastannehmende Kupplung K2 weiter zufährt als die lastabgebende Kupplung K1 öffnet. Damit ergibt sich, dass die Summe der übertragbaren Drehmomente der Kupplungen K1, K2 größer als ein Ausgangsdrehmoment MA der Antriebs- oder Motorwelle 6 ist.
2 zeigt beispielhaft die Ausführung für eine Zughochschaltung. Ab einem Zeitpunkt t1 wird die lastannehmende Kupplung K2 zunächst weiter geschlossen als notwendig wäre. Dies bewirkt, dass die Kupplung K2 ein übertragbares Kupplungsmoment MK2 hat, das größer als ein Grenzdrehmoment MG ist, bei dem die Kupplung K2 eine Drehmomentkapazitätserhöhungsrate hat, die konstant zwischen Ausgangs- und Endzustand der Überschneidung ist. Dies bedeutet auch, dass das Summendrehmoment MS aus dem übertragbaren Kupplungsdrehmoment MK1 der im schlupfenden Zustand befindlichen Kupplung K1 und dem übertragbaren Drehmoment MK2 der Kupplung K2 größer als das augenblickliche Motordrehmoment MA ist. Dies wird dadurch erreicht, dass durch geeignete Betätigung der Stellglieder oder Aktoren 14, 16 die Kupplung K2 weiter geschlossen wird und der Anpressdruck stärker erhöht wird als es der Zunahme des Grenzdrehmoments MG (Verlauf mit konstanter Steigung zwischen vollständig geöffnetem Zustand der Kupplung K2 und vollständig geschlossenem Zustand der Kupplung K2) entspricht. Die Steigung ist also größer als diejenige des Grenzdrehmoments MG. Zu einer späteren Phase innerhalb der Überschneidung kann die Rate, mit der das Kupplungsmoment MK2 der Kupplung K2 erhöht wird, verändert werden (ausgehend vom Zeitpunkt t1' in 2), wobei jedoch weiterhin das übertragbare Drehmoment der Kupp lung K2 größer als das Grenzdrehmoment MG ist. Durch eine Reduktion der Erhöhungsrate des übertragbaren Drehmoments MK2 der lastannehmenden Kupplung K2 nähert sich das übertragbare Drehmoment MK2 der Kupplung K2 dem Grenzdrehmoment MG an. Gegen Ende der Überschneidungsphase, ausgehend vom Zeitpunkt t2 in 2, wird schließlich das übertragbare Drehmoment MK2 der Kupplung K2 auf das korrekte Summendrehmoment, das heißt MK1 + MK2 = MA, verschliffen, wobei das Drehmoment MK1 der lastabgebenden Kupplung K1 vom Beginn der Überschneidungsphase zum Zeitpunkt t1 bis zum vollständig geöffneten Zustand der Kupplung K1 mit konstanter Abbaurate abgebaut wird. Der Punkt, an dem die lastannehmende Kupplung sich MG annähert bzw. zu diesem hin verschliffen wird, ist geprägt von der Genauigkeitserwartung, die die Steuerung 26 an die Momentenschätzung der lastannehmenden Kupplung K2 hat. Zu diesem Zeitpunkt wird mittels einer Schlupfregelung der lastannehmenden Kupplung K2 oder der lastabgebenden Kupplung K1 Schlupf erzeugt und konstant gehalten, so dass das Moment damit justiert werden kann.
Zum Zeitpunkt t3 ist die Kupplung K1 vollständig geöffnet und die Kupplung K2 vollständig geschlossen, so dass über die Kupplung K2 das Drehmoment von der Motorwelle 6 an die Ausgangswelle 12 übertragen wird.
Überträgt bei der in 2 gezeigten Ausführungsform die lastannehmende Kupplung K2 zu wenig Drehmoment, beginnt eine Regelung des Schlupfes schon vor dem eigentlichen Verschleifen, nämlich zum Zeitpunkt t2'. Vorzugsweise geschieht dies dann, wenn ein Schlupf schon vor dem Zeitpunkt t2 erkannt wurde, beispielsweise zum Zeitpunkt t2' in 3.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch angewendet werden, wenn beim Gangwechsel zu Beginn bereits Schlupf an der Eingangswelle der lastabgebenden Kupplung herrscht. Beispielsweise kann, wenn mehrere Strategien für die Kupplungssteuerung während des Gangwechselvorgangs in der Steuerung 26 hinterlegt sind, zunächst erfasst werden, ob sich die Eingangswelle der lastabgebenden Kupplung K1 im schlupfenden Zustand befindet und, wenn dies bestätigt wird, die erfindungsgemäße Strategie angewendet werden. Dies ist in 4 gezeigt. Dabei wird über eine leicht erhöhte Steigung der lastannehmenden Kupplung K2 dieser Schlupf der lastabgebenden Kupplung K1 abgebaut. Allerdings darf dabei der Schlupf der lastabgebenden Kupplung nicht zu groß sein, da sonst gegebenenfalls die Zeit zum Abbau des Schlupfes t1' die Zeit zum Erreichen des korrekten Summenmoments t2 überschreiten würde.
Vorteilhafterweise wird während des gesamten Gangwechselvorgangs mit Drehmomentenübergabe zwischen einer lastabgebenden Kupplung K1 und einer lastannehmenden Kupplung K2 mittels des Steuergeräts 26 die Momentenänderung der Kupplungsmomente MK1, MK2 begrenzt, so dass eine Beeinflussung des Abtriebsmoments durch das überhöhte Anlegen der lastannehmenden Kupplung K2 durch den Fahrer nicht wahrgenommen wird.

6: Antriebswelle
6: Motorwelle
8: Eingangswelle
10: Eingangswelle
12: Ausgangswelle
14: Aktor
16: Aktor
18: Aktor
20: Aktor
22: Teilgetriebe
24: Teilgetriebe
26: Steuereinrichtung
28: Eingänge
K1: Kupplung
K2: Kupplung
MK1: Kupplungsdrehmoment
MK2: Kupplungsdrehmoment
MG: Grenzdrehmoment
MS: Summendrehmoment
MA: Motordrehmoment
t1: Zeitpunkt
t2: Zeitpunkt
t3: Zeitpunkt
t2': Zeitpunkt
t1': Zeitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005037515 [0005]
- EP 1507103 B1 [0006]

Claims

Verfahren zum Steuern der Kupplungen eines Parallelschaltgetriebes bei einem Gangwechsel von einem Ausgangsgang in einen Zielgang, wobei während des Gangwechsels eine Drehmomentübergabe von der lastabgebenden zur lastannehmenden Kupplung erfolgt, enthaltend die Schritte: Erhöhen des übertragbaren Drehmoments (MK2) der lastannehmenden Kupplung bis auf das augenblickliche Motormoment (MA); Abbauen des übertragbaren Drehmoments (K1) der lastabgebenden Kupplung; wobei während des Gangwechsels das Summendrehmoment (MS) aus den übertragbaren Drehmomenten der lastabgebenden Kupplung (MK1) und der lastannehmenden Kupplung (MK2) zumindest zeitweise größer als das augenblickliche Motormoment (MA) ist und dabei die lastannehmende Kupplung ein höheres übertragbares Drehmoment aufweist als es einem Grenzdrehmoment (MG) entspricht, bei dem das Drehmoment der lastannehmenden Kupplung gleichmäßig vom Ausgangszustand der Drehmomentübergabe, insbesondere bei geöffneter lastannehmender Kupplung, bis zu einem Endzustand der Drehmomentübergabe, insbesondere bei Übertragung des vollen Motormoments (MA), erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Endphase des Gangwechsels das Summendrehmoment (MS) auf das augenblickliche Motormoment reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Summendrehmoment auf das augenblickliche Motormoment durch Verringern der Erhöhungsrate des übertragbaren Drehmoments (MK2) der lastannehmenden Kupplung bei im Wesentlichen gleichbleibender Verringerungsrate des übertragbaren Drehmoments (MK1) der lastabgebenden Kupplung reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Gangwechsels die Änderungsrate der Kupplungsmomente (MK1, MK2) begrenzt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen des übertragbaren Drehmoments der lastannehmenden Kupplung und der Abbau des übertragbaren Drehmoments der lastabgebenden Kupplung gleichzeitig beginnen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen des übertragbaren Drehmoments (MK2) der lastannehmenden Kupplung nicht kontinuierlich erfolgt.
Vorrichtung zum Steuern der Kupplungen (K1, K2) eines Parallelschaltgetriebes (22, 24) bei einem Gangwechsel, enthaltend eine elektronische Steuereinrichtung (26) zum Ansteuern von Aktoren (14, 16) der Kupplungen, wobei die Steuereinrichtung mit Sensoren zum Erfassen von Betriebsparmetern eines Fahrzeugs verbunden ist und die Aktoren (14, 16) unter Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 steuert.