DE102004043245A1

DE102004043245A1 - Herunterschaltvorgänge von Automatikgetrieben auf der Grundlage von Reifenhaftgrenzen

Info

Publication number: DE102004043245A1
Application number: DE102004043245A
Authority: DE
Inventors: James M. Highland Gessner
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: US20050054481A1; DE102004043245B4; US7029419B2

Abstract

Ein Schaltsteuerungssystem, das Gangschaltvorgänge in einem Fahrzeug steuert, umfasst ein Getriebe und einen Controller. Der Controller detektiert Fahrbedingungen des Fahrzeugs, schätzt eine Traktionslast des Fahrzeugs ab und bestimmt eine gegenwärtige Traktionslast des Fahrzeugs. Der Controller schaltet das Getriebe auf der Grundlage der gegenwärtigen Traktionslast und der abgeschätzten Traktionslast, wenn die Fahrbedingungen erfüllt sind. Die gegenwärtige Traktionslast beruht auf einem Querbeschleunigungssignal und einem Längsbeschleunigungssignal. Die abgeschätzte Traktionslast beruht auf einem Leergewicht des Fahrzeugs, einer Gewichtsübertragungsverstärkung und einem Beschleunigungssignal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gangschaltvorgänge von Automatikgetrieben und im Besonderen Steuerungssysteme zum Begrenzen von Gangschaltvorgängen bei Automatikgetrieben.
Fahrzeuge umfassen einen Motor, der zumindest ein Rad über ein Getriebe antreibt. Das Getriebe schaltet selektiv Übersetzungsverhältnisse, um die Abtriebsdrehzahl und das Abtriebsdrehmoment für das Rad auf der Grundlage von Drosseleingang, Fahrzeuglast und anderen Faktoren einzustellen. Ein Hochschaltvorgang eines Getriebes ermöglicht es dem Motor, das Rad mit einer höheren Drehzahl und einem niedrigeren Drehmoment anzutreiben. Ein Herunterschaltvorgang ermöglicht es dem Motor, das Rad mit einer niedrigeren Drehzahl und einem höheren Drehmoment anzutreiben.
Während des Fahrens stehen Reifen, die zu den getriebenen Rädern gehören, über Reibung mit einem Straßenbelag in Eingriff. Die Haftung oder Traktion der Reifen auf dem Straßenbelag ist proportional zu der vertikalen Last auf dem Rad und einem Reibungskoeffizienten zwischen dem Rad und dem Belag. Die Traktion der Reifen auf dem Straßenbelag beeinflusst die Fahrzeugsteuerung. Beispielsweise ist die Traktion auf Eis wesentlich niedriger als auf trockenem Pflaster.
Schaltvorgänge bei einem Getriebe können Drehmomentstörungen in den Antriebsstrang einleiten, die die Radtraktion nachteilig beeinflussen. Der Traktionsverlust kann während der Beschleunigung oder der Kurvenfahrt des Fahrzeugs stärker ausgeprägt sein.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schaltsteuerungssystem zum Steuern von Gangschaltvorgängen in einem Fahrzeug bereit. Das Schaltsteuerungssystem umfasst ein Getriebe und einen Controller. Der Controller detektiert Fahrbedingungen des Fahrzeugs, schätzt eine Traktionslast des Fahrzeugs ab und bestimmt eine gegenwärtige Traktionslast des Fahrzeugs. Der Controller schaltet das Getriebe auf der Grundlage der gegenwärtigen Traktionslast und der abgeschätzten Traktionslast, wenn die Schaltbedingungen erfüllt sind.
Gemäß einem Merkmal ist der Schaltvorgang ein Herunterschaltvorgang.
Gemäß einem weiteren Merkmal bestimmt der Controller die gegenwärtige Traktionslast auf der Grundlage eines Querbeschleunigungssignals und eines Längsbeschleunigungssignals. Ein Querbeschleunigungsmesser erzeugt das Querbeschleunigungssignal, und ein Längsbeschleunigungsmesser erzeugt das Längsbeschleunigungssignal. Es sei vorweggenommen, dass die Längsbeschleunigung von dem Controller auch berechnet werden kann.
Gemäß noch einem weiteren Merkmal schätzt der Controller die Traktionslast auf der Grundlage eines Leergewichtes des Fahrzeugs, einer Gewichtübertragungsverstärkung (weight transfer gain) und eines Beschleunigungssignals ab. Ein Beschleunigungsmesser erzeugt das Beschleunigungssignal. Die Gewichtsübertragungsverstärkung stellt Änderungen der Fahrzeuggewichtsverteilung auf der Grundlage der Fahrzeugbeschleunigung dar.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen detaillierten Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die besonderen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, lediglich zu Darstellungszwecken dienen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem Herunterschalt-Begrenzungssystem; und
2 ein Flussdiagramm, das Schritte veranschaulicht, die von dem erfindungsgemäßen Herunterschalt-Begrenzungssystem durchgeführt werden.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Nutzung in keinster Weise einschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Kennzeichnung ähnlicher Bauelemente verwendet.
Nach 1 umfasst ein beispielhaftes Fahrzeug 10 einen Motor 12, der ein Automatikgetriebe 14 über einen Drehmomentwandler 16 antreibt. Der Drehmomentwandler 16 ermöglicht ein Starten, liefert eine Drehmomentmultiplikation und absorbiert harmonische Schwingungen innerhalb des Antriebsstrangs des Fahrzeugs. Luft wird in ein Saugrohr 18 des Motors über eine Drosseleinrichtung 20 eingesogen. Die Luft wird mit Kraftstoff in Zylindern des Motors 12 verbrannt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Das Getriebe 14 treibt einen Antriebswelle 22 an, die wiederum Antriebsachsen 24 über ein Differential 26 antreibt. Die Achsen 24 treiben Räder 28, die Reifen 29 umfassen, um das Fahrzeug 10 zu bewegen. Es ist festzustellen, dass die Auslegung des Fahrzeugs 10 lediglich beispielhafter Natur ist. Es sei vorweggenommen, dass die hierin beschriebene Erfindung mit anderen Fahrzeuganordnungen eingesetzt werden kann, wie etwa einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb (FWD), wobei das Getriebe ein Differential direkt antreibt.
Das Getriebe 14 umfasst Zahnradsätze (nicht gezeigt), die selektiv Antriebs- und Abtriebswellen (nicht gezeigt) miteinander verbunden. Typischerweise umfassen die Zahnradsätze Planetenradsätze, die durch Kupplungen (nicht gezeigt) selektiv betätigt werden, um das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu steuern. Die Antriebswelle ist mit dem Motor 12 über den Drehmomentwandler 16 gekoppelt. Die Abtriebswelle ist mit der Antriebswelle 22 gekoppelt.
Ein Controller 30 definiert die Gangauswahl und Schaltpunkte und reguliert ein bedarfsabhängiges Schalten des Getriebes 14. Das bedarfsabhängige Schalten beruht auf einem Schaltprogramm, das von dem Fahrer unter Verwendung einer Auswahleinrichtung 32, einer Stel lung eines Gaspedals 34, Motorbetriebsbedingungen, Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen Fahrzeugbetriebsbedingungen ausgewählt wird. Der Controller 30 befiehlt eine hydraulische Betätigung der Kupplungen. Der Controller 30 betätigt die Gangauswahl und moduliert den Kupplungsdruck elektronisch gemäß dem durch das Getriebe 14 hindurch fließenden Drehmoment.
Der Controller 30 kommuniziert mit einem Motordrehzahlsensor 36, der die Motordrehzahl überwacht, und einem Stellungssensor 38, der eine Auswahlstellung der Gangauswahleinrichtung 32 überwacht. Ein Lastsensor 40 und ein Drehzahlsensor 42 überwachen eine Drehmomentwandlerlast bzw. die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 22. Ein Querbeschleunigungsmesser 44 misst die Querbeschleunigung des Fahrzeugs 10 und erzeugt ein Querbeschleunigungssignal, das in den Controller 30 eingegeben wird. Es sei jedoch vorweggenommen, dass der Controller 30 die Querbeschleunigung auf der Grundlage von Fahrzeugbetriebsbedingungen berechnen kann, anstelle die Querbeschleunigung direkt zu messen. Beispielsweise könnte die Querbeschleunigung auf der Grundlage der Radgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den linksseitigen und rechtsseitigen Rädern 29 berechnet werden. Ähnlich kann die Längsbeschleunigung auf mehrere Weisen bestimmt werden. Beispielsweise misst ein Längsbeschleunigungsmesser 46 die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 10 und erzeugt ein Längsbeschleunigungssignal, das in den Controller 30 eingegeben wird. Es sei vorweggenommen, dass der Controller 30 alternativ Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit über einen Zeitraum überwachen und die Längsbeschleunigung auf der Grundlage der Geschwindigkeitsänderung dividiert durch den Zeitraum bestimmen kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Herunterschalt-Steuerungssystem bereit, das selektiv Herunterschaltvorgänge verbietet, wenn sich die Reifen 29 an den Haftgrenzen zum Straßenbelag befinden. Das Herunterschalt-Steuerungssystem kann von dem Controller 30 ausgeführt werden, obwohl das Herunterschalt-Steuerungssystem durch irgendeinen anderen Controller oder zusätzliche Controller ausgeführt werden kann. Die maximale Traktionslast, die die Reifen 29 erzeugen können, ist proportional zu einer vertikalen Last auf den Reifen 29 und dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Reifen 29 und dem Straßenbelag. Das Steuerungssystem schätzt eine gegenwärtige Traktionslast (CTL) ab, die durch die angetriebenen Reifen 29 erzeugt wird. Ein Herunterschaltvorgang des Getriebes 14 wird verboten, wenn die CTL nicht ausreichend unter einer maximalen theoretischen Traktionslast (MTTL) ist.
Anhand von 2 werden die von dem Herunterschalt-Steuerungssystem durchgeführten Schritte im Detail beschrieben. Bei Schritt 100 bestimmt die Steuerung, ob die gegenwärtigen Fahrzeugantriebsbedingungen für ein Herunterschalten geeignet sind. Diese Antriebsbedingungen umfassen die Drosseleinrichtungsstellung, die Motordrehzahl, die Antriebswellendrehzahl oder die Getriebeabtriebswellendrehzahl, abhängig von der besonderen Ausgestaltung des Fahrzeugs 10, und die Drehmomentwandlerlast. Es ist festzustellen, dass die Antriebsbedingungen hierin lediglich beispielhafter Natur sind und nicht erschöpfend für die Antriebsbedingungen sind, die eine Entscheidung für einen Herunterschaltvorgang beeinflussen können. Wenn die Herunterschaltbedingungen nicht erfüllt sind, kehrt die Steuerung zurück. Wenn die Herunterschaltbedingungen erfüllt sind, fährt die Steuerung mit Schritt 102 fort.
Bei Schritt 102 schätzt die Steuerung die MTTL ab. Die MTTL beruht auf einer Maximallastkalibrierung (MLC), einer Gewichtsübertragungsverstärkung (w_Übertragung) und einer gefilterten Fahrzeugbeschleunigung (a_Fahrzeug) gemäß der folgenden Gleichung: MTTL = MLC + (wÜbertragung) (aFahrzeug)wobei MLC in g(kph/s·0,028303) gemessen wird und die maximale Traktionslast der angetriebenen Reifen 29 auf der Grundlage des Leergewichts des Fahrzeugs 10 darstellt. Die MLC kann berechnet werden und/oder im Speicher vorprogrammiert sein. Die MLC umfasst einen Sicherheitsfaktor, um Schwankungen im Reibungskoeffizienten zwischen den Reifen 29 und dem Straßenbelag und Drehmomentstörungen, die durch einen Herunterschaltvorgang hervorgerufen werden, zu berücksichtigen. w_Übertragung ist ein Skalierfaktor, der die Änderung der Fahrzeuggewichtsverteilung auf der Grundlage der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (d.h. Beschleunigung) darstellt. w_Übertragung wird empirisch auf der Grundlage von Fahrzeugparametern berechnet, die den Schwerpunkt und den Radstand umfassen. Für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb ist w_Übertragung größer als 0. w_Übertragung ist für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb kleiner als 0. a_Fahrzeug wird von dem Controller 30 auf der Grundlage der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitraum berechnet.
Bei Schritt 104 schätzt die Steuerung eine gegenwärtige Traktionslast (CTL) ab. CTL beruht auf einer gegenwärtigen Querbeschleunigung (a_quer) und einer gegenwärtigen Längsbeschleunigung (a_längs) gemäß der folgenden Gleichung: CTL = [(aquer)2 + (alängs)2]1/2 wobei a_quer und a_längs jeweils in g durch die Quer- bzw. Längsbeschleunigungsmesser 44, 46 gemessen werden. a_längs ist gleich a_Fahrzeug. Alternativ können a_quer und a_längs, wie oben diskutiert, von dem Controller 30 auf der Grundlage von Fahrzeugbetriebsbedingungen berechnet werden.
Bei Schritt 106 vergleicht die Steuerung die Quadrate von MMTL und CTL. Wenn das Quadrat von CTL größer als das Quadrat von MTTL ist, fährt die Steuerung mit Schritt 108 fort. Sonst fährt die Steuerung mit Schritt 110 fort. Bei Schritt 108 verbietet die Steuerung einen Herunterschaltvorgang des Getriebes 14. Bei Schritt 110 befiehlt die Steuerung dem Getriebe 14 herunterzuschalten.
Die Schaltsteuerung der vorliegenden Erfindung verbessert die Fahrzeugsteuerung. Indem ein Herunterschaltvorgang in Fällen mit reduzierter Haftung zwischen den Reifen und dem Straßenbelag verboten wird, verhindert die Schaltsteuerung einen Traktionsverlust, der sonst aus Drehmomentstörungen auf die angetriebenen Reifen aufgrund des Herunterschaltvorgangs resultieren könnte. Die Schaltsteuerung verbietet nur Herunterschaltvorgänge in den Fällen, in denen die gegenwärtige Traktionslast nicht ausreichend unter der maximalen theoretischen Traktionslast liegt.
Zusammengefasst umfasst ein Schaltsteuerungssystem, das Gangschaltvorgänge in einem Fahrzeug steuert, ein Getriebe und einen Controller. Der Controller detektiert Fahrbedingungen des Fahrzeugs, schätzt eine Traktionslast des Fahrzeugs ab und bestimmt eine gegenwär tige Traktionslast des Fahrzeugs. Der Controller schaltet das Getriebe auf der Grundlage der gegenwärtigen Traktionslast und der abgeschätzten Traktionslast, wenn die Fahrbedingungen erfüllt sind. Die gegenwärtige Traktionslast beruht auf einem Querbeschleunigungssignal und einem Längsbeschleunigungssignal. Die abgeschätzte Traktionslast beruht auf einem Leergewicht des Fahrzeugs, einer Gewichtsübertragungsverstärkung und einem Beschleunigungssignal.

Claims

Schaltsteuerungssystem zum Steuern von Gangschaltvorgängen in einem Fahrzeug, umfassend: ein Getriebe (14), einen Controller (30), der Fahrbedingungen des Fahrzeugs (10) detektiert, eine Traktionslast (MTTL) des Fahrzeugs abschätzt, eine gegenwärtige Traktionslast (CTL) des Fahrzeugs bestimmt, und das Getriebe (14) auf der Grundlage der gegenwärtigen Traktionslast (CTL) und der abgeschätzten Traktionslast (MTTL) schaltet, wenn die Fahrbedingungen erfüllt sind.
Schaltsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang ein Herunterschaltvorgang ist.
Schaltsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (30) die gegenwärtige Traktionslast (CTL) auf der Grundlage eines Querbeschleunigungssignals (a_quer) und eines Längsbeschleunigungssignals (a_längs) bestimmt.
Schaltsteuerungssystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Querbeschleunigungsmesser (44), der das Querbeschleunigungssignal (a_quer) erzeugt, und einen Längsbeschleunigungsmesser (46), der das Längsbeschleunigungssignal (a_längs) erzeugt.
Schaltsteuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (30) die Längsbeschleunigung (a_längs) auf der Grundlage einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit über die Zeit berechnet.
Schaltsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (30) die Traktionslast (MTTL) auf der Grundlage eines Leergewichts des Fahrzeugs (10), einer Gewichtsübertragungsverstärkung (w_Übertragung) und eines Beschleunigungssignals (a_quer, a_längs) abschätzt.
Schaltsteuerungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Beschleunigungsmesser (44, 46), der das Beschleunigungssignal (a_quer, a_längs) erzeugt.
Schaltsteuerungssystem nach Anspruch 6, wobei die Gewichtsübertragungsverstärkung (w_Übertragung) Änderungen der Fahrzeuggewichtsverteilung auf der Grundlage der Fahrzeugbeschleunigung (a_Fahrzeug) darstellt.
Verfahren zum Steuern von Schaltvorgängen eines Automatikgetriebes in einem Fahrzeug mit den folgenden Schritten: Detektieren von Fahrbedingungen des Fahrzeugs (100), Abschätzen einer Traktionslast (MTTL) des Fahrzeugs (102), Berechnen einer gegenwärtigen Traktionslast (CTL) des Fahrzeugs (104), und Befehlen eines Schaltvorgangs auf der Grundlage der gegenwärtigen Traktionslast (CTL) und der Traktionslast (MTTL), wenn die Fahrbedingungen erfüllt sind (110).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenwärtige Traktionslast (CTL) auf einem Querbeschleunigungssignal (a_quer) und einem Längsbeschleunigungssignal (a_längs) beruht.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Schritte Erzeugen des Querbeschleunigungssignals (a_quer) mit einem Querbeschleunigungsmesser (44), und Erzeugen des Längsbeschleunigungssignals (a_längs) mit einem Längsbeschleunigungsmesser (46).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbeschleunigung (a_längs) auf der Grundlage einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit über die Zeit berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Traktionslast (MTTL) auf einem Leergewicht des Fahrzeugs, einer Gewichtsübertragungsverstärkung (w_Übertragung) und einem Beschleunigungssignal (a_quer, a_längs) beruht.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt Erzeugen des Beschleunigungssignals (a_quer, a_längs) mit einem Beschleunigungsmesser (44, 46).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsübertragungsverstärkung (w_Übertragung) Änderungen der Fahrzeuggewichtsverteilung auf der Grundlage der Fahrzeugbeschleunigung (a_Fahrzeug) darstellt.
Verfahren zum Steuern eines Herunterschaltvorgangs in einem Automatikgetriebe eines Fahrzeugs mit den Schritten: Detektieren von Herunterschaltbedingungen (110), Abschätzen einer Traktionslast (MTTL) des Fahrzeugs (10) auf der Grundlage eines Querbeschleunigungssignals (a_quer) (102), Abschätzen einer gegenwärtigen Traktionslast (CTL) des Fahrzeugs auf der Grundlage eines Längsbeschleunigungssignals (a-_längs) (104), und Befehlen eines Herunterschaltvorgangs auf der Grundlage der gegenwärtigen Traktionslast (CTL) und der Traktionslast (MTTL), wenn die Herunterschaltbedingungen erfüllt sind (110).
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Schritte Erzeugen des Querbeschleunigungssignals (a_quer) mit einem Querbeschleunigungsmesser (44), und Erzeugen des Längsbeschleunigungssignals (a_längs) mit einem Längsbeschleunigungsmesser (46).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsbeschleunigungssignal (a_längs) auf der Grundlage einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit über die Zeit berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionslast (MTTL) auf einem Leergewicht des Fahrzeugs (10), einer Gewichtsübertragungsverstärkung (w_Übertragung) und einem Beschleunigungssignal (a_quer, a_längs) beruht.
Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt: Erzeugen des Beschleunigungssignals (a_quer, a_längs) mit einem Beschleunigungsmesser (44, 46).
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsübertragungsverstärkung (w_Übertragung) Änderungen der Fahrzeugsgewichtsverteilung auf der Grundlage der Fahrzeugbeschleunigung (a_Fahrzeug) angibt.