Gruppenschaltungsansteuerung von Nutzfahrzeuggetrieben

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Gruppenschaltungsansteuerung von Nutzfahrzeuggetrieben. Gruppengetriebe, d.h. in Reihe geschaltete Getrie-be, sind bei Nutzfahrzeugschaltgetrieben weit verbreitet. Es wird dann von Gruppenschaltungen gesprochen, wenn zwei in Reihe geschaltete Getriebe gleichzeitig die Übersetzung wechseln. Wird während der Schaltung die Last von der Getriebeeingangswelle genommen, handelt es sich um eine technisch beherrschbare Aufgabe. Bei Automatikgetrieben wird der Übersetzungswechsel aber mit anliegender Eingangslast ausgeführt. Die Automatikgetriebe zählen zur Kategorie der Lastschaltgetriebe. Bei Nutzfahrzeugautomatikgetrieben werden bisher Gruppenschaltungen vermieden, da die Ansteuerung der Kupplungen und Bremsen auch ohne Gruppenschaltung bereits anspruchsvoll ist. Die vorliegen-de Arbeit hat zum Ziel, den Gruppenwechsel unter dem Gesichtspunkt der Zug-kraftschaltung beherrschbar zu machen.

Die Arbeit umfasst drei wesentliche Schwerpunkte. Hierzu zählt die Erstellung eines Getriebeprogramms für die Antriebsstrangstreckensimulation, die Optimie-rung der Übersetzungswechsel mit einem auf die Fragestellung angepassten Optimierungsprogramm und die Auslegungsempfehlungen für die Ansteuerung des Übersetzungswechsels in Automatikgetrieben. Aufgrund eines fehlenden Simulationswerkzeugs zu Beginn der Arbeit wurde für die Beantwortung des Ge-triebeverhaltens im Übersetzungswechsel ein entsprechendes Getriebepro-gramm entwickelt. Das Getriebeprogramm arbeitet als Unterprogramm innerhalb einer Basisantriebsstrangsimualtion für Streckensimulation und wurde so gestal-tet, dass beliebige Planetengetriebeanordnungen modelliert werden können. Aus der großen Anzahl von Simulationsrechnungen wurden Auslegungsempfeh-lungen für die Steuerung des Übersetzungswechsels abgeleitet. Das zeitlich sehr empfindliche Verhalten von Gruppenschaltungen führt zu einem Lösungs-ansatz mit Kennfeldern. Durch das Vorhalten optimierter Überdeckungen für un-terschiedliche Schaltausgangsvoraussetzungen mit Hilfe von Kennfeldern konn-te die Gruppenschaltung auch unter dem Aspekt der Zugkraftschaltung beherrschbar gemacht werden.

Product development according to current aspects cannot afford to neglect the customer's requirements. This influences the economical success of a product significantly. The technical solution must be based on the customer's requirements but without neglecting the basic demands which apply to every gearbox. The behaviour of the automatic transmission during a gearshift is of vital importance to the customer and can become the most important criterion when considering whether or not to purchase. Further main tasks of the automatic transmission are the automatic gear selection taking into consideration the efficiency, the power and the driver's wishes. In this case it is a question of fundamental technical requirements without which a product will not be successful. With an automatic transmission it is easier to drive a vehicle with the result that road safety is improved. The demands on the automatic transmissions show that the automatic control is of great significance. This thesis is largely concerned with the gear control. Via sensors, the gear control receives information regarding the state of the vehicle and the driver's requirements. With the input variables considering the shift-strategy, the output variables are determined. This process is taken over by the control program and/or the shift point control. In this way the control program determines the time of the gearshift. The gear steering has a further program which is called the shift quality control. The shift quality control activates the hydraulic valves and actually performs the gear ratio change. The design of the shift quality control is the nucleus of this thesis. Emphases of the thesis The thesis concentrates on three main points: the preparation of a detailed gear model for the power train simulation, the optimization of the gear shifting and the design recommendations for the timing of the gear shifting in automatic transmissions.

Gear model The gear model enables the arbitrary arrangement of elementary planetary gearing on a modular basis. Additionally, the gear model makes it possible to illustrate the gear shifting without restrictions. Furthermore, the model preparation was influenced by the standards of the basic simulation. Because of this, the solution algorithm must be adapted to suit the basic simulation. The gearbox can be built up from six basic elements in any way required. The elements are a hydrodynamic torque converter, open elementary planetary gearing, clutches, free wheels, supplies and nodes. The hydrodynamic torque converter is the typical driving element of the automatic transmission. The elementary planetary gearing leads and changes torque and rotation speed. The clutches change the ratio. Free-wheels are exclusively used in the torque converter. The supplies lead the driving power to the relevant power train, or connect to the case of the gear box. The nodes link the different gear elements to each other. This structure can simulate automatic transmissions with arbitrary arrangement under realistic conditions, also during the gearshift.

Optimization The optimization algorithm supports the calculation of the variants during the structuring. Afterwards it calculates the variants automatically in a so-called batch mode. The variation is carried out according to the chronological overlap of the acting clutches. That means that the opening and locking times are changed automatically. After the calculation the results are evaluated automatically. Basically this is a question of screening the results from the variation calculation. The procedure used here, the least squares method, means that evaluations can be carried out for several results. The procedure of the least squares method computes the deviations of a simulated process from an ideal previously defined. The optimization algorithm allows the objective classification of the shift-quality.

Design recommendations The optimization calculation proved the sensitive behaviour of the gear change, particularly with group shifts. The design recommendations concern the chronological overlap, the pressure functions as well as the amount of the design pressure during the slipping time. These design recommendations are formulated in a general manner, although the object of consideration is the gearbox. Furthermore, design recommendations were formulated for group shifting and their chronological activation. The behaviour of the group shifting is very sensitive. Optimized characteristic diagrams can solve this sensitive behaviour. The optimized characteristic diagrams must be set up ready for the respective operational status of vehicles.