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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang ein
automatisiert schaltbares Getriebe umfasst, wobei während eines
Schaltvorgangs des Getriebes der Verbrennungsmotor von einer Ausgangsdrehzahl
auf eine Zieldrehzahl geregelt wird. Die Erfindung betrifft ferner
eine zur Durchführung
des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.
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Ein
solches Verfahren und eine solche Steuereinrichtung ist jeweils
aus in Serie gefertigten Kraftfahrzeugen bekannt.
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Automatisiert
schaltbare Getriebe sollen einen zumindest weitestgehend zugkraftunterbrechungsfreien
Schaltvorgang (Gangwechsel) ermöglichen.
Dabei soll ein Schaltvorgang möglichst
schnell und komfortabel durchgeführt
werden können.
Insbesondere ist es erwünscht,
dass Gangwechsel auch bei nur sehr kurzen Gangwechselzeiten ruckfrei durchgeführt werden
können.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche besonders
schnelle und komfortable Schaltvorgänge ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie mit einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12
gelöst.
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Hierbei
wird ein nach Durchführung
des Schaltvorgangs vom Verbrennungsmotor bereitgestelltes Drehmoment
einem Verlauf einer Angleichungsfunktion entsprechend an ein nach
Durchführung
des Schaltvorgangs gefordertes Fahrerwunschmoment angeglichen.
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Während eines
Schaltvorgangs wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors so variiert, dass
eine vor Durchführung
eines Schaltvorgangs anliegende Ausgangsdrehzahl auf eine nach Durchführung des
Schaltvorgangs anliegende Zieldrehzahl geregelt werden kann. Für die Durchführung dieser Zieldrehzahlregelung
wird das vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehmoment verändert, so dass
es nach Durchführung
des Schaltvorgangs einen bestimmten Wert annimmt, welcher von dem Wert
eines von einem Fahrer geforderten Wunschmoments abweichen kann.
Das Fahrerwunschmoment korrespondiert üblicher Weise mit der Stellung
eines Fahrerwunschgebers, insbesondere in Form eines Gaspedals.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, dass ein sich
nach Durchführung des
Schaltvorgangs vom Verbrennungsmotor bereitgestelltes Drehmoment
an das vom Fahrer geforderte Wunschmoment angeglichen wird, und
zwar entsprechend eines Verlaufs einer Angleichungsfunktion. Die
Angleichungsfunktion ermöglicht
eine kontinuierliche Rückführung des
vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments auf das Fahrerwunschmoment.
Unter einer Rückführung wird
sowohl ein Angleichvorgang mit sinkendem Drehmoment als auch ein
Angleichvorgang mit steigendem Drehmoment verstanden.
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Vorzugsweise
wird in Abhängigkeit
der Angleichungsfunktion eine dem Verbrennungsmotor zugeführte Luftmenge
verändert.
Dies ermöglicht
eine sanfte und kontinuierliche Anpassung des vom Verbrennungsmotor
bereitgestellten Drehmoments.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit
der Angleichungsfunktion Zündzeitpunkte
des Verbrennungsmotors verändert
werden. Auf diese Weise kann ein mit Hilfe des Verbrennungsmotors bereitgestelltes
Drehmoment ebenfalls kontinuierlich angepasst werden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn für
eine dem Verbrennungsmotor zugeführte
Luftmenge und für
die Zündzeitpunkte
des Verbrennungsmotors jeweils eigene Angleichungsfunktionen definiert
werden.
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Vorzugsweise
weist die Angleichungsfunktion einen rampenförmigen Verlauf auf. Ein solcher Verlauf
weist insbesondere eine vorzeichenkonstante Steigung auf. Die Rampenform
ermöglicht
es, das vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehmoment schnell
auf das geforderte Fahrerwunschmoment rückzuführen.
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Insbesondere
ist es bevorzugt, wenn die Angleichungsfunktion einen bezogen auf
das Fahrerwunschmoment asymptotischen oder sich tangential annähernden
Verlauf aufweist. Auf diese Weise kann das vom Verbrennungsmotor
bereitgestellte Drehmoment für
einen Fahrzeuginsassen unmerklich auf das Fahrerwunschmoment überführt werden.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Angleichungsfunktion in Abhängigkeit
eines an einer Kupplungseinrichtung des Getriebes anliegenden Kupplungsmomentes
definiert wird. Hierdurch können
unterschiedliche Belastungszustände
des Getriebes berücksichtigt
werden, so dass in Abhängigkeit
dieser Belastungszustände
unterschiedliche Angleichungsfunktionen definierbar sind.
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Vorzugsweise
wird zwischen einem positiven, einem neutralen und einem negativen
Kupplungsmoment unterschieden. Bei einem positiven Kupplungsmoment
steht der Triebstrang unter einer Zugbelastung. Bei einem negativen
Kupplungsmoment steht der Triebstrang unter einer Schubbelastung.
Bei einem neutralen Kupplungsmoment befindet sich der Triebstrang
weder im Zug- noch im Schubzustand.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Angleichungsfunktion bei einem positiven
oder negativen Kupplungsmoment eine betragsmäßig höhere Steigung aufweist als
bei einem neutralen Kupplungsmoment. Hierdurch kann berücksichtigt
werden, dass bei einem neutralen Kupplungsmoment Änderungen des
vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments für einen
Fahrzeuginsassen besonders leicht spürbar sind. Wenn nun also bei
einem neutralen Kupplungsmoment eine betragsmäßig niedrigere Steigung der
Angleichungsfunktion vorgesehen ist, kann auch für eine solche Fahrsituation
eine komfortable Rückführung des
vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments auf das Fahrerwunschmoment
erreicht werden. Für
positive oder negative Kupplungsmomente können betragsmäßig höhere Steigungen
vorgesehen sein, so dass eine besonders rasche Rückführung auf ein nach dem Schaltvorgang
gefordertes Fahrerwunschmoment möglich
ist.
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Bevorzugt
ist es, wenn die Angleichungsfunktion während einer Zeitspanne von
mindestens ungefähr
10 ms bis höchstens
ungefähr
300 ms durchlaufen wird. Diese Zeitspannen ermöglichen eine gezielte und kontrollierte
Rückführung auf
das Fahrerwunschmoment.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass bei einer Änderung des Fahrerwunschmoments
und/oder bei Beginn einer Regelung des Verbrennungsmotors auf eine
neue Zieldrehzahl ein Durchlaufen der Angleichungsfunktion abgebrochen
wird. Auf diese Weise können
Momenteneingriffe höherer
Priorität,
die sich durch Änderungen
der Stellung des Fahrerwunschgebers und/oder durch einen erneuten
Schaltvorgang ergeben, berücksichtigt
werden, ohne dass zunächst
ein vollständiger
Durchlauf der Angleichungsfunktion erforderlich ist.
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Ferner
ist es möglich,
ein kalibrierbares Zeitverzögerungs-Glied
vorzusehen, so dass die Angleichungsfunktion oder -funktionen bei
einer nur kurzzeitigen Getriebeanforderung nicht sofort ausgelöst werden.
Dies ist beispielsweise bei einem Abbruch eines Schaltungsvorgangs
vorteilhaft.
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Insbesondere
handelt es sich bei dem automatisiert schaltbaren Getriebe um ein
Doppelkupplungsgetriebe.
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Die
vorstehend genannten Vorteile ergeben sich in entsprechender Weise
für die
erfindungsgemäße Steuereinrichtung.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
und die erfindungsgemäße Steuereinrichtung
ermöglichen es,
ein durch eine Differenz zwischen einem aktuellen Motormoment und
einem Fahrerwunschmoment bedingtes Rucken des Fahrzeugs zu verhindern
oder zumindest abzuschwächen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor und
mit einem automatisiert schaltbares Getriebe;
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2 einen
Verlauf der Drehzahl des Verbrennungsmotors während der Durchführung eines Schaltvorgangs,
den während
des Schaltvorgangs anliegenden Verlauf des von dem Verbrennungsmotor
bereitgestellten Drehmoments und den Verlauf einer Angleichungsfunktion
zum Angleich an ein nach Durchführung
des Schaltvorgangs gefordertes Fahrerwunschmoment; und
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3 eine
Ausführungsform
einer Zuordnungsvorschrift zur Bestimmung von Parametern der Angleichungsfunktion
in Abhängigkeit
eines an einer Kupplungseinrichtung des Getriebes anliegenden Kupplungsmoments.
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In
der 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes
Ausführungsbeispiel
eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Triebstrang 10 umfasst
einen Verbrennungsmotor 12, ein automatisiert schaltbares
Getriebe in Form eines Doppelkupplungsgetriebes 14 sowie
weitere Getriebe und/oder Wellen zur Übertragung von Leistungen zwischen
dem Verbrennungsmotor 12 und Antriebsrädern 16, 18 des
Kraftfahrzeugs.
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Der
Triebstrang 10 weist eine Welle 20 zur Leistungsübertragung
zwischen dem Doppelkupplungsgetriebe 14 und einem Differentialgetriebe 22 auf.
Ferner weist der Triebstrang 10 Antriebswellen 24, 26 zur Übertragung
von Leistungen zwischen dem Differentialgetriebe 22 und
den Antriebsrädern 16, 18 auf.
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Das
Doppelkupplungsgetriebe 14 weist ein erstes Teilgetriebe
TG1 und ein zweites Teilgetriebe TG2 auf. Ein Drehmomentfluss zwischen
einer Eingangswelle 28 des ersten Teilgetriebes TG1 und
einer Kurbelwelle 30 des Verbrennungsmotors 12 erfolgt über eine
erste steuerbare Kupplungseinrichtung K1. Ein Drehmomentfluss zwischen
einer Eingangswelle 32 des zweiten Teilgetriebes TG2 und
der Kurbelwelle 30 des Verbrennungsmotors 12 erfolgt über eine
zweite steuerbare Kupplungseinrichtung K2. Das erste Teilgetriebe
TG1 stellt in einer Ausgestaltung Übersetzungsstufen (Gänge) mit
ungeradzahliger Nummerierung wie den ersten Gang, den dritten Gang
und so weiter bereit, während
das zweite Teilgetriebe TG2 die Übersetzungsstufen
(Gänge) mit
geradzahliger Nummerierung wie den zweiten Gang, den vierten Gang
und so weiter bereitstellt.
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Sowohl
eine Hauptwelle 34 des ersten Teilgetriebes TG1 als auch
eine Hauptwelle 36 des zweiten Teilgetriebes TG2 ist drehfest
mit der Welle 20 verbunden. Die Wellen 34 und 36 drehen
sich daher mit der gleichen Drehzahl, die bei Geradeausfahrt des
Kraftfahrzeugs ohne Schlupf an den Antriebsrädern 16, 18 linear
von der Drehzahl der Antriebsräder 16, 18 und
damit linear von der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs abhängt. In
der schematischen Darstellung der 1 addieren
sich die Drehmomente der Wellen 34 und 36 in der
Verknüpfung 38 zum
in der Welle 20 wirksamen Drehmoment.
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Eine
Steuereinrichtung 40 steuert in der Ausgestaltung der 1 den
gesamten Triebstrang 10, also den Verbrennungsmotor 12 und
das Doppelkupplungsgetriebe 14.
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Zur
Steuerung des Triebstranges 10 verarbeitet die Steuereinrichtung 40 Signale
einer Vielzahl von Sensoren, in denen sich Betriebsparameter des Triebstrangs 10 abbilden.
Hierbei sind insbesondere die folgenden Betriebsparameter von Bedeutung:
Ein Fahrpedalwinkel Wped, der von einer Einrichtung zur Vorgabe
eines Fahrerwunschmoments in Form eines Fahrerwunschgebers 42 bereitgestellt
wird und in dem sich eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer
abbildet, eine Drehzahl nMot der Kurbelwelle 30 des Verbrennungsmotors 12,
die von einem Drehzahlsensor 43 erfasst wird, und eine
Fahrgeschwindigkeit v, die von einem Fahrgeschwindigkeitsgeber 44 erfasst
wird. Der Fahrgeschwindigkeitsgeber 44 ist in einer Ausgestaltung
als Drehzahlsensor realisiert, der eine Drehzahl am Ausgang des
Doppelkupplungsgetriebes 14, also eine Drehzahl von einer der
Wellen 34, 36 oder 20 erfasst. Alternativ
oder ergänzend
hierzu wird ein Drehzahlsignal an einem oder mehreren der Räder 16, 18 erfasst,
zum Beispiel mit Hilfe der Sensorik eines Anti-Blockier-Systems.
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Bei
Kenntnis der in den Teilgetrieben TG1 und TG2 jeweils eingestellten Übersetzungen
ergibt sich die Drehzahl nK1 der Eingangswelle 28 des ersten
Teilgetriebes TG1 und die Drehzahl nK2 der Eingangswelle 32 des
zweiten Teilgetriebes TG2 jeweils als lineare Funktion der Fahrgeschwindigkeit
v.
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In
Abhängigkeit
von diesen Betriebsparametern des Triebstrangs 10 und gegebenenfalls
in Abhängigkeit
von weiteren Betriebsparametern, insbesondere in Abhängigkeit
von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 12, bildet
die Steuereinrichtung 40 Stellsignale S_Mot, S_K1, S_K2,
S_TG1 und S_TG2. Dabei dient das Stellsignal S_Mot zur Einstellung
eines Drehmomentes des Verbrennungsmotors 12. Das Stellsignal
S_TG1 dient zum Einlegen eines Ganges im ersten Teilgetriebe TG1
und damit zum Einstellen seiner Übersetzung.
Das Stellsignal S_TG2 dient analog zum Einstellen einer Übersetzung
im zweiten Teilgetriebe TG2. Mit dem Stellsignal S_K1 wird der Drehmomentfluss über die
erste Kupplungseinrichtung K1 gesteuert. Analog wird der Drehmomentfluss über die
zweite Kupplungseinrichtung K2 mit dem Stellsignal S_K2 gesteuert.
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In
der 2 ist ein Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors 12 dargestellt,
welcher sich bei einem Schaltvorgang des Doppelkupplungsgetriebes 14 ergibt.
Für das
Beispiel eines Hochschaltvorgangs aus einem niedrigeren Gang mit
höherer
Drehzahl in einen höheren
Gang mit niedrigerer Drehzahl wird eine Drehzahl 50 innerhalb
einer Synchronisationszeit Tsyn auf die
Zieldrehzahl 48 geregelt.
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Um
den Verbrennungsmotor 12 auf die Zieldrehzahl 48 zu
regeln, erfolgt ein Eingriff in das vom Verbrennungsmotor bereitgestellte
Drehmoment. Hierbei wird ein im unteren Teil der 2 dargestelltes
Ausgangsmoment 52 zu einem Zeitpunkt T0 zu Beginn
der Synchronisationszeit Tsyn stark abgesenkt (Bezugszeichen 54).
Diese Absenkung des Drehmoments ermöglicht einen raschen Abfall
der Drehzahl 50 des Verbrennungsmotors 12. Um
danach jedoch ein Einregeln auf die Zieldrehzahl 48 zu
ermöglichen, wird
das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 wieder hochgeregelt
(Bezugszeichen 56). Zum Ablauf der Synchronisationszeit
Tsyn beträgt das vom Verbrennungsmotor 12 bereitgestellte
Drehmoment einen Wert (Bezugszeichen 58), welcher von dem Wert
eines vom Fahrer geforderten Fahrerwunschmoments 60 abweichen
kann. Das vom Verbrennungsmotor 12 bereitgestellte Drehmoment
wird zu einem Zeitpunkt t1 zum Ablauf der
Synchronisationszeit Tsyn jedoch nicht abrupt
(vergleiche Bezugszeichen 62) auf das Fahrerwunschmoment 60 rückgeführt, sondern
mit Hilfe einer rampenförmigen
Angleichungsfunktion 64.
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Der
Wert der Angleichungsfunktion 64 entspricht zum Zeitpunkt
t1 dem vom Verbrennungsmotor 12 zum
Abschluss des Schaltvorgangs bereitgestellten Drehmoment 58.
Zum Ablauf der Angleichungsfunktion 64 nach Ablauf einer
vorgebbaren Zeitspanne (t2 – t1) ist der Wert der Angleichungsfunktion 64 gleich
dem Fahrerwunschmoment 60.
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Die
Angleichungsfunktion 64 weist eine vorzeichenkonstante
Steigung auf. Für
das Beispiel eines Absenkens des vom Verbrennungsmotor 12 bereitgestellten
Drehmoments weist die Angleichungsfunktion 64 zunächst eine
stärkere
negative Steigung und gegen Ende der Angleichungsfunktion 64 eine schwächere negative
Steigung auf.
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Die
Parameter der Angleichungsfunktion 64 sind beispielsweise
durch Koeffizienten bestimmt, welche die Steigung der Angleichungsfunktion,
beispielsweise eine mittlere Steigung der Angleichungsfunktion 64,
definieren.
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Unter
Bezugnahme auf 3 kann zur Bestimmung der Parameter
der Angleichungsfunktion beispielsweise eine Zuordnungsvorschrift 66 verwendet
werden. In der in 3 dargestellten tabellarischen Übersicht
sind in der obersten Zeile 68 Differenzen zwischen einem
vom Verbrennungsmotor 12 nach Durchführung des Schaltvorgangs (also
zum Zeitpunkt t1) bereitgestellten Drehmoment
und einem Fahrerwunschmoment 60 angegeben. Das Fahrerwunschmoment 60 wird
in Abhängigkeit
der Stellung des Fahrerwunschgebers 42 ermittelt.
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In
der ersten Spalte 70 der in 3 dargestellten
Tabelle sind die Motormomente angegeben, welche an einer der Kupplungseinrichtung
K1, K2 des Doppelkupplungsgetriebes nach Durchführung eines Schaltvorgangs
wirken. Die Kupplungsmomente 70 können beispielsweise in an sich
bekannter Weise rechnerisch ermittelt oder mit Hilfe von Sensoren
erfasst werden. Hierbei korrespondiert ein negatives Kupplungsmoment
(beispielsweise ”–50 Nm”) mit einem
Schubzustand des Triebstrangs 10. Ein positives Kupplungsmoment 70 (beispielsweise ”400 Nm”) korrespondiert
mit einem Zugzustand des Triebstrangs 10.
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Den
Drehmomentdifferenzen 68 und den Motormomenten 70 zugeordnet
sind in einem Wertebereich 72 Steigungsparameter der Angleichungsfunktion 64.
Beispielsweise kann für
eine Momentendifferenz 68 von 50 Nm und einem negativen
Kupplungsmoment 70 eine Steigung von beispielsweise 2,5
Nm pro Zeiteinheit, beispielsweise pro 10 ms, angenommen werden.
Dies bedeutet, dass für
eine Rückführung der
Momentendifferenz 68 auf einen Wert ”Null” eine Zeitspanne von 50 Nm/2,5
Nm pro 10 ms = 200 ms zur Verfügung
steht. Diese Zeitspanne entspricht der Differenz zwischen den Zeitpunkten
t2 und t1 gemäß 2.
Die Momentendifferenz ändert sich,
deshalb ergibt sich ein asymmetrischer Verlauf.
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Aus
der 3 ist ersichtlich, dass bei einem negativen oder
positiven Kupplungsmoment 70 betragsmäßig höhere Steigungen vorgegeben
werden können
als in einem Zwischenzustand, in welchem der Triebstrang 10 weder
unter einer Zug- noch unter einer Schubbelastung steht. Für besonders
hohe Momentendifferenzen 68, beispielsweise für eine Momentendifferenz
von ”400
Nm”, kann
jedoch unabhängig
vom Kupplungsmoment 70 eine maximale Steigung der Angleichungsfunktion 64 vorgesehen sein.
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Im Übrigen ist
die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet, insbesondere
dazu programmiert, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seiner
Ausgestaltungen durchzuführen.
Dabei wird unter einer Durchführung
eine Steuerung der hier beschriebenen Verfahrensabläufe verstanden.