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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 7.
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Bei Fahrzeugen mit einem Getriebe, das über einen Drehmomentwandler, beispielsweise über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, mit einem Motor verbunden ist, können beim Übergang vom Schub- zum Zugbetrieb sowie umgekehrt beim Übergang vom Zugbetrieb zum Schubbetrieb Lastwechselschläge auftreten. Bei einem Lastwechsel können durch die Entspannung gespannter Komponenten, z. B. der Antriebswellen, sowie durch die Spannung entspannter Komponenten oder einer eventuell vorhandenen Loose im Antriebsstrang Rotationsstöße zwischen den Komponenten des Antriebsstrangs entstehen. Diese ein- oder mehrfach auftretenden Stöße nimmt der Fahrer des Fahrzeugs sowohl haptisch als auch akustisch wahr. Zudem werden Ruckelschwingungen des Antriebsstranges angeregt, die zu einer weiteren Beeinträchtigung des Fahrkomforts führen.
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Aus der
DE 100 18 551 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs mit einem Stellelement zur Beeinflussung der Leistung bekannt, wobei ausgehend von der Stellung eines Bedienelements ein leistungsbestimmendes Signal vorgebbar ist, und die Ansteuerung des Stellelements abhängig von einem gefilterten leistungsbestimmenden Signal erfolgt. Das Signal wird hierbei mit einem Filter gefiltert, der wenigstens einen Hochpass und einen Tiefpass aufweist, die parallel geschaltet sind. Durch dieses Filter können Zustandswechsel zwischen Schub und Zug sehr schnell durchgeführt werden. Durch den schnellen Zustandswechsel kann eine spontane Fahrzeugreaktion auf die Fahrervorgabe realisiert werden. Die Dämpfung des Stoßes beim Auftreffen in die neue Anlageposition bewirkt eine deutliche Verringerung des Geräusches beim Lastwechselvorgang, eine Verringerung des Lastschlages bei Lastwechseln infolge von kleinen Änderungen der Fahrervorgabe und eine verminderte Anregung des Antriebsstrangs zum Ruckeln. Regelungen, die im Lastwechselpunkt eingesetzt werden, sind schwer applizierbar und es besteht darüber hinaus die Gefahr der Instabilität.
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Die
DE 199 48 153 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verringern von Lastwechselschlägen beim Übergang eines Kraftfahrzeugs vom Zug- in den Schubbetrieb. Dabei wird ein den Drehmomentenverlauf der Brennkraftmaschine beeinflussendes Stellglied abgegebene Stellbefehl verzögert übertragen. Bei einem Übergang vom Zug- in den Schubbetrieb ein PT-Glied erster Ordnung mit einem Moment, das anhand des vom Fahrer angeforderten Moments wird, initialisiert wird. Dies erfolgt so, dass der Antriebstrang des Kraftfahrzeugs lastfrei umschaltet und verzögert auf ein Moment von Null zurückgefahren wird.
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Aus der
DE 195 38 369 A1 ist ein Verfahren zur Reduzierung der Lastwechselschlägen bekannt. Dabei erfolgt die Drehmomentenkorrektur über den Zündwinkel. Bei diesem Verfahren wird das induzierte Basismoment herangezogen. Dieses Basismoment wird in ein indiziertes Soll-Moment überführt, das gegenüber dem induzierten Basismoment einen geringeren Anstieg aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs so weiterzubilden, daß eine leichte Applikation möglich ist und daß Instabilitäten praktisch ausgeschlossen werden. Auf Filterung soll dabei weitestgehend verzichtet werden, ein verzögertes Ansprechverhalten auf Fahrervorgaben soll vermieden werden.
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und bei einer Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst.
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Grundidee der Erfindung ist es, das Motormoment bei einem erkannten Lastwechsel auf das Verlustmoment einzustellen und in Verbindung mit einer progressiven Steigerung des Moments in Richtung der Fahrervorgabe zu ändern. Unter Verlustmoment wird dabei die Summe der Momente, die durch Motorreibung, den Antrieb von Nebenaggregaten usw., kurz der Momente, die nicht für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stehen, verstanden. Ein Lastwechsel tritt demnach immer auf, wenn die Differenz zwischen dem Motormoment und dem Verlustmoment das Vorzeichen wechselt. Das Auftreten einer Lastwechseländerung wird dann angenommen, wenn die Differenz der Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl und der Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl gleich Null ist. Ein Lastwechsel wird mit anderen Worten durch einen Schlupf am Drehmomentwandler erkannt, wobei Schlupf hier die Differenz der Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl und der Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl bedeutet.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird die Lastwechselerkennung durch wenigstens einen Drehmomentsensor vorgenommen.
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Bei einer wiederum anderen Ausführungsform erfolgt die Lastwechselerkennung durch wenigstens einen Strömungs- oder Drucksensor in dem Drehmomentwandler.
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Vorzugsweise wird die Drehmoment-Zeit-Charakteristik des von dem Motor an den Drehmomentwandler abgegebenen Drehmoments nach der Einstellung auf das Verlustmoment so eingestellt, daß ein vorgebbarer maximaler zeitlicher Gradient nicht überschritten wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens schlägt dabei einen tangensförmigen Signalverlauf vor, der maximale zeitliche Gradient entspricht in diesem Fall einer Parabel.
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Alternativ sind auch andere Charakteristiken des Gradienten, z. B. rampenförmige Gradientenverläufe, möglich.
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Rein prinzipiell kann anstelle einer Steigungsbegrenzung der Signalverlauf auch durch ein Filter höherer Ordnung, insbesondere einer Ordnung größer oder gleich 2, dargestellt werden.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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In der Figur zeigen:
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1 ein Blockdiagramm einer aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinheit eines Fahrzeugs;
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2 schematisch ein Flußdiagramm eines von der Erfindung Gebrauch machenden Verfahrens;
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3 die Drehzahl und das Drehmoment bei einem Lastwechselübergang vom Schubbetrieb zum Zugbetrieb und
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4 die Drehzahl und das Drehmoment bei einem Lastwechselübergang vom Zugbetrieb zum Schubbetrieb.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs, dargestellt in 1, weist einen Motor 10, z. B. einen Verbrennungsmotor, auf, der über eine Kurbelwelle 12 mit einem Drehmomentwandler 20 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 20 ist über eine Getriebeeingangswelle 22 mit einem Getriebe 30 verbunden. Das Getriebe 30 ist über eine Achse 32 mit einem Rad 40 verbunden. Es versteht sich, daß dies lediglich als schematische Darstellung betrachtet werden muß. In der Praxis ist die Getriebeausgangswelle 32 beispielsweise über ein oder mehrere Differentialgetriebe mit den Radachsen verbunden. An der Kurbelwelle 12, die auch als Drehmomentwandler-Eingangswelle bezeichnet werden kann, ist ein Drehzahlsensor 14 vorgesehen, der die Drehzahl der Kurbelwelle 12 erfaßt. An der Getriebeeingangswelle 22, die auch als Drehmomentwandler-Ausgangswelle bezeichnet werden kann, ist ebenfalls ein Drehzahlsensor 24 angeordnet, der die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 22 erfaßt. Die Signale der Drehzahlsensoren 14 und 24 werden einer Steuereinrichtung 50 zugeführt und auf nachfolgend näher beschriebene Weise verarbeitet. Die Steuereinrichtung 50 ermöglicht über eine schematisch dargestellte Steuerleitung 54 die Ansteuerung von Stellelementen zur Beeinflussung des von dem Motor 10 an den Drehmomentwandler 20 abgegebenen Drehmoments.
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Ein Verfahren zur Steuerung der in 1 dargestellten Antriebseinheit eines Fahrzeugs wird nachfolgend in Verbindung mit 2 und 3 beschrieben. Zunächst wird in einem Schritt S210 ermittelt, ob ein Lastwechsel vorliegt. Dies geschieht beispielsweise durch Prüfen, ob die Kurbelwellendrehzahl oder Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12 und die Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl oder Getriebeeingangswellendrehzahl n22 gleich groß sind (Schritt S210). Eine andere (nicht dargestellte) Möglichkeit, einen Lastwechsel zu erfassen, besteht darin, aufgrund der gemessenen oder auf andere Weise bestimmten Strömungs- und/oder Druckverhältnisse im Drehmomentwandler auf einen Lastwechsel zu schließen. Bei einem Lastwechsel liegt kein Schlupf am Drehmomentwandler 20 vor. Bei einer viskosen Momentenübertragung, wie sie bei einem hydrodynamischen Drehmomentwandler 20 vorliegt, wird in diesem Zustand kein Moment übertragen. Bei einem so erkannten Lastwechsel wird nun das von dem Motor abgegebene Moment Mmot durch Ansteuerung eines Stellelements zur Beeinflussung des von dem Motor abgegebenen Drehmoments so eingestellt, daß es einem Verlustmoment Mverlust innerhalb vorgebbarer Schranken S entspricht Mverlust – S ≤ Mmot ≤ Mverlust + S (Schritt S220). Als Verlustmoment Mverlust wird dabei die Summe der Momente bezeichnet, die durch Motorreibung, den Antrieb von Nebenaggregaten und dergleichen für den Vortrieb des Fahrzeugs nicht zur Verfügung stehen. Sodann wird das Motormoment auf nachfolgend noch näher beschriebene Weise einem Drehmoment-Zeit-Verlauf folgend M = f(t) erhöht (Schritt S230), so daß es sich einem von dem Fahrer des Fahrzeugs vorgegebenen Motormoment MFV (siehe 3, 4) nähert.
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Das vorstehend in Verbindung mit 2 beschriebene Verfahren wird nachstehend anhand der 3 noch näher erläutert.
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Im oberen Schaubild der 3 sind die Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12 sowie die Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl n22 über der Zeit aufgetragen. In einem mit I bezeichneten Schubbetrieb des Fahrzeugs ist die Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl n22 größer als die Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12. Die Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12, die der Kurbelwellendrehzahl des Motors 10 entspricht, folgt hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufs im wesentlichen der Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl n22, jedoch mit einem kleineren Wert.
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In einem Zeitpunkt t1 gibt nun der Fahrer einen Drehmomentwert MFV (siehe unteres Schaubild der 3) vor. Der Kurbeltrieb des Motors 10 wird nun mit einem ansteigenden Moment so beschleunigt, daß sich die Kurbelwellen- oder Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12 erhöht. Dies hat ein spontanes Ansprechverhalten zur Folge, wie in 3, oberes und unteres Schaubild, dargestellt. Sobald die Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12 und die Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl n22 den gleichen Wert angenommen haben n12 = n22, was in Schritt S210 festgestellt wird, werden Stellelemente zur Beeinflussung des von dem Motor 10 abgegebenen Drehmoments so angesteuert, daß das von dem Motor 10 abgegebene Drehmoment dem Verlustdrehmoment Mverlust innerhalb vorgebbarer Schranken ±S entspricht: Mverlust – S ≤ Mmot ≤ Mverlust + S, wie es in der unteren Hälfte der 3 dargestellt ist; die Schranken ±S sind hier schematisch und unmaßstäblich dargestellt. In diesem Zustand wird durch den hydraulischen Drehmomentwandler kein Drehmoment übertragen. Dieser Zeitpunkt t2 wird als der Zeitpunkt des Lastwechsels und des dabei auftretenden Lastschlags angenommen. Ausgehend von dem so eingestellten Verlustmoment Mverlust wird nun anschließend das Ausgangsmoment des Motors Mmot unter Berücksichtigung eines vorgebbaren, maximal zulässigen Gradienten erhöht. Die Vergrößerung des Ausgangsmoments wird beispielsweise parabelförmig begrenzt, so daß ein in 3 dargestellter tangensförmiger Drehmoment-Zeit-Verlauf resultiert, mit dem das Motormoment Mmot erhöht wird, so daß es sich dem von dem Fahrer vorgegebenen Drehmomentwert MMV annähert. Hierdurch wird ein ”sanftes” Umlegen des Motors und Antriebsstranges in einem mit II bezeichneten Zugbetrieb des Fahrzeugs bewirkt und damit das Auftreten eines Lastschlags vermindert.
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In 4 ist ein Lastwechselübergang vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb des Fahrzeugs dargestellt.
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In dem unteren Schaubild der 4 ist das Drehmoment über der Zeit dargestellt, in dem oberen Schaubild sind die Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12 sowie die Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl n22 dargestellt.
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Der Zugbetrieb des Fahrzeugs ist in diesen Schaubildern in dem mit III bezeichneten Bereich dargestellt, wohingegen der Schubbetrieb in dem mit IV bezeichneten Bereich der Schaubilder veranschaulicht ist.
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Im Zugbetrieb des Fahrzeugs liegt die Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl n22 unter der Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12. In einem Zeitpunkt t3 ändert sich das von dem Fahrer vorgegebene Drehmoment MFV. Der Fahrer des Fahrzeugs nimmt beispielsweise das Gas zurück in der Absicht, das Fahrzeug ab diesem Zeitpunkt im Schubbetrieb zu betreiben. Entsprechend tritt in der im unteren Schaubild in 4 dargestellten Kurve ein Sprung des vom Fahrer vorgegebenen Drehmoments MFV auf den Wert 0 auf. Ab dem Zeitpunkt t3 wird nun der Kurbeltrieb des Motors 10 mit einem abnehmenden Moment so verzögert, daß sich die Kurbelwellendrehzahl- oder Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12 verringert. Der Wert der Drehmomentwandler-Eingangsdrehzahl n12 erreicht im Zeitpunkt t4 den Wert der Drehmomentwandler-Ausgangsdrehzahl n22, was als Lastwechseländerung festgestellt wird (Schritt S210). Im Zeitpunkt t4 wird daher – wie oben beschrieben – das Stellelement zur Beeinflussung des von dem Motor 10 abgegebenen Drehmoments so angesteuert, daß das von dem Motor 10 abgegebene Drehmoment Mmot dem Verlustmoment MVerlust innerhalb der Schranken ±S entspricht: Mverlust – S ≤ Mmot ≤ Mverlust + S. In diesem Zustand wird durch den hydraulischen Drehmomentwandler 20 kein Drehmoment übertragen. Ausgehend von dem so eingestellten Verlustmoment MVerlust wird nun anschließend das Ausgangsmoment Mmot des Motors 10 unter Berücksichtigung eines – oben beschriebenen – vorgebbaren, maximal zulässigen Gradienten verringert. Die Verringerung des Ausgangsmoments Mmot erfolgt beispielsweise parabelförmig, so daß der in 4 dargestellte tangensförmige Drehmoment-Zeit-Verlauf resultiert, mit dem das Motormoment Mmot verringert wird, so daß es sich z. B. einem von dem Fahrer vorgegebenen Wert annähert. Hierdurch wird wiederum ein ”sanftes” Umlegen des Motors und des Antriebsstrangs vom mit III bezeichneten Zugbetrieb in den mit IV bezeichneten Schubbetrieb ermöglicht.
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Der Vorteil des vorbeschriebenen Verfahrens liegt insbesondere darin, daß es leicht applizierbar ist. Im Lastwechselpunkt weist der Antriebsstrang nämlich ein stark nichtlineares Verhalten auf. Regelungen die im Lastwechselpunkt eingesetzt werden, sind deshalb schwer applizierbar und es besteht die Gefahr der Instabilität. Das vorbeschriebene Verfahren stellt eine reine Steuerung dar, so daß Instabilitäten strukturbedingt ausgeschlossen sind.
