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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Praxis bekannte Antriebsstrangsysteme von Fahrzeugen, wie Baustellenfahrzeugen, sind üblicherweise jeweils mit wenigstens einer als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine, einer stufenlosen Getriebeeinrichtung und mit einem mit einer Getriebeausgangswelle wirkverbundenen Abtrieb ausgeführt. Gibt ein Fahrer über ein Leistungsanforderungselement eine Anforderung für eine definierte Fahrgeschwindigkeit vor, wird versucht eine Abtriebsdrehzahl bzw. eine dazu äquivalente Drehzahl der Getriebeausgangswelle in Abhängigkeit mehrerer sich gegenseitig beeinflussender Regelungen und der Fahrerwunschvorgabe einzustellen.
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Problematisch dabei ist, dass sich die überlagerten Regelungen, beispielsweise die Übersetzungsregelung im Bereich der Getriebeeinrichtung, die Regelung der Motordrehzahl der Antriebsmaschine, der Regelung der Abtriebsdrehzahl und dergleichen, negativ beeinflussen und eine aus der Fahrerwunschvorgabe resultierende Soll-Übersetzung im Bereich der stufenlosen Getriebeeinrichtung in der Regel nicht in gewünschtem Umfang umsetzbar ist.
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Des Weiteren wird bei den aus der Praxis bekannten Antriebsstrangsystemen in Abhängigkeit einer Fahrerwunschvorgabe beispielsweise eine Soll-Übersetzung oder eine reziproke Soll-Übersetzung vorgegeben, die in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Lastfalles im Bereich der Antriebsmaschine auszugleichen bzw. zu korrigieren ist. Während dieser Vorgehensweise wird jeweils nur die vorzugsweise als Dieselmotor ausgeführte Antriebsmaschine betrachtet, während der in Richtung des Fahrantriebes bzw. des Abtriebs des Fahrzeugantriebsstranges zu führende Leistungsanteil und vorzugsweise der in Richtung von Nebenverbrauchern zu führende Leistungsanteil des von der Antriebsmaschine zur Verfügung gestellten Drehmomentes aufsummiert erfasst werden. Die Summe wird als Ganzes für den Betrieb des Antriebsstrangsystems verwendet. Da keine weiteren Informationen über den in Richtung des Abtriebes und den in Richtung der Nebenabtriebe geführten Leistungsanteil verfügbar sind, werden bekannte Antriebsstrangsysteme hauptsächlich im Grenzbereich der Antriebsmaschine betrieben.
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Generell sind die vorbeschriebenen Vorgehensweisen zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangsystems über eine Fahrgeschwindigkeitsregelung durch eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Störungen und gegen wechselseitige Beeinflussungen im Regelsystem gekennzeichnet und neigen daher zum Schwingungsaufbau im Antriebsstrangsystem, was jedoch unerwünscht ist.
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Ein Verfahren zur Übersetzungsregelung für ein stufenloses Automatgetriebe eines Kraftfahrzeuges mittels einer Regelkreisstruktur ist aus der
DE 199 43 336 A1 bekannt. Die Regelkreisstruktur enthält ein nicht lineares Kompensationsglied für ein stufenloses Getriebeelement bzw. einen Variator und Regler für die Drücke der beiden Hydraulikstrecken der Variatorscheiben und die Variatorstrecke. Des Weiteren umfasst die Regelkreisstruktur einen Störgrößenbeobachter, der eine die Modellungenauigkeiten abbildende Störkraft generiert. Die Störkraft bildet zusammen mit dem Sollwert für den Verstellgradienten, der aufgrund externer Vorgaben begrenzt wird, die Eingangsgröße für das Kompensationsglied.
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Das Verfahren zur Übersetzungsregelung ist durch einen hohen Steuer- und Regelaufwand gekennzeichnet, aus dem wiederum unerwünscht lange Steuer- und Regelzeiten im Betrieb eines Automatgetriebes resultieren, bis ein fahrerseitig gewünschter Betriebszustand erreicht ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gegen Störungen und gegen wechselseitige Beeinflussungen im Regelsystem unempfindliches Verfahren bzw. ein Sollwertmanagement einer Drehzahlregelung zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine stufenlose Getriebeeinrichtung mit hoher Spontaneität und gleichzeitig geringem Aufwand betreibbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen einer fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl einer Getriebeausgangswelle einer Getriebeeinrichtung oder einer hierzu äquivalenten Drehzahl, in der eine Übersetzung zumindest bereichsweise stufenlos variierbar ist, werden ausgehend von der Soll-Drehzahl eine obere Drehzahlgrenze und eine untere Drehzahlgrenze bestimmt und bei Unterschreiten der unteren Drehzahlgrenze durch eine Ist-Drehzahl der Getriebeausgangswelle die untere Drehzahlgrenze in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl variiert und eine angepasste Soll-Drehzahl aus der Summe der angepassten unteren Drehzahlgrenze und einem ersten Offsetwert bestimmt, während bei Überschreiten der oberen Drehzahlgrenze durch die Ist-Drehzahl der Getriebeausgangswelle die obere Drehzahlgrenze an die Ist-Drehzahl angepasst wird und die Soll-Drehzahl aus der Differenz der angepassten oberen Drehzahlgrenze und einem zweiten Offsetwert ermittelt wird.
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Aufgrund des während der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ermittelten Drehzahlbandes um die Soll-Drehzahl, welches durch die obere Drehzahlgrenze und die untere Drehzahlgrenze begrenzt ist, wird eine fahrerwunschabhängige Soll-Drehzahl mit einem möglichst hohen Vorsteueranteil und einem geringen Regelanteil vorgegeben, womit das Sollwertmanagement der Drehzahlregelung einer stufenlosen Getriebeeinrichtung sowohl gegen Störungen als auch gegen wechselseitige Beeinflussungen im Regelsystem durch eine hohe Unempfindlichkeit gekennzeichnet ist. Aufgrund der hohen Unempfindlichkeit werden in der Getriebeeinrichtung und einem mit der Getriebeeinrichtung ausgeführten Antriebsstrangsystem im Wesentlichen keine einen Fahrkomfort und eine Funktionsweise beeinträchtigende Schwingungen erzeugt.
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Die obere Drehzahlgrenze wird bei Unterschreiten der unteren Drehzahlgrenze durch die Ist-Drehzahl zur Erhöhung einer Spontaneität bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens aus der Summe der angepassten unteren Drehzahlgrenze, die vorzugsweise der Ist-Drehzahl entspricht, und einem dritten Offsetwert, der größer als der größte Offsetwert ist, bestimmt. Damit steht das Drehzahlband um die Soll-Drehzahl jederzeit in vollem Umfang zur Verfügung. Wird die Anpassung der Soll-Drehzahl und des Drehzahlbandes an die Ist-Drehzahl aufgrund eines definierten Betriebszustandes aufgelöst, ist eine Fahrerwunschvorgabe durch einen hohen Vorsteueranteil schnell bzw. mit hoher Spontaneität und mit geringer Empfindlichkeit umsetzbar.
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Eine ebenfalls die Spontaneität der Getriebeeinrichtung erhöhende Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die untere Drehzahlgrenze bei Überschreiten der oberen Drehzahlgrenze der Differenz aus der angepassten oberen Drehzahlgrenze, die vorzugsweise gleich der Ist-Drehzahl ist, und einem vierten Offsetwert, der größer als der zweite Offsetwert ist, entspricht.
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Wird nach Überschreiten der oberen Drehzahlgrenze und nach Unterschreiten der unteren Drehzahlgrenze ein Gradient der Ist-Drehzahl überwacht und wird ein Gradient der Ist-Drehzahl ermittelt, der im Wesentlichen einem Gradienten der fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl der Getriebeausgangswelle entspricht, unterbleibt die Anpassung der Soll-Drehzahl in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl. Damit wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass die Ist-Drehzahl aufgrund einer gewünschten Sollwertänderung in Richtung der Fahrerwunschvorgabe mit möglichst geringem Regelanteil verändert wird.
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Die fahrerwunschabhängige Soll-Drehzahl wird bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Basis einer fahrerseitig angeforderten Soll-Drehzahl bestimmt, womit auf einfache Art und Weise die Möglichkeit besteht, die fahrerwunschabhängige Sollwertvorgabe beispielsweise an physikalische Grenzen eines mit der Getriebeeinrichtung ausgeführten Fahrzeuges anzupassen. Dabei kann die angeforderte Soll-Drehzahl der Getriebeausgangswelle oder die hierzu äquivalente Drehzahl in Abhängigkeit einer fahrerseitigen Fahrbereichsvorwahl sowie einem aktuell eingestellten Fahrbereich in der Getriebeeinrichtung begrenzt werden, um zulässige Abtriebsdrehzahlen im Bereich eines Abtriebs eines Antriebsstrangsystems nicht zu überschreiten.
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Eine fahrerseitig angeforderte Soll-Drehzahl wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens neben der Ist-Drehzahl zur Bestimmung der fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl herangezogen, womit der Fahrerwunsch innerhalb kurzer Steuer- und Regelzeiten mit hohem Fahrkomfort umsetzbar ist.
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Die fahrerwunschabhängige Soll-Drehzahl ist in Abhängigkeit wenigstens eines vordefinierten Schwellwertes eines Betriebsparameters eines mit der Getriebeeinrichtung ausgeführten Fahrzeuges bestimmbar, wobei ein solcher Schwellwert eines Betriebsparameters beispielsweise ein hoher Fahrwiderstand im Grenzlastbereich, ein Zurückschwenken eines hydrostatischen Elementes oder eine Überdrehzahl einer als Dieselmotor ausgeführten Antriebsmaschine sein kann.
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Eine Veränderung der unteren Drehzahlgrenze und eine daraus resultierende Anpassung der fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl können bei Unterschreiten der unteren Drehzahlgrenze durch die Ist-Drehzahl unterbleiben, wenn ein Gradient des Verlaufs der Ist-Drehzahl größer als ein Schwellwert ermittelt wird. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise ein Ausrollvorgang eines Fahrzeuges darstellbar, während welchem fahrerseitig ein Ausrollen des Fahrzeuges ohne zu starkes motorseitiges Abbremsen des Fahrzeuges erwünscht ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens nach der Erfindung unterbleibt eine Veränderung der oberen Drehzahlgrenze und eine daraus resultierende Anpassung der fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl bei Überschreiten der oberen Drehzahlgrenze durch die Ist-Drehzahl, wenn ein Gradient des Verlaufs der Ist-Drehzahl größer als ein Schwellwert ermittelt wird.
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Um im Betrieb der Getriebeeinrichtung Schädigungen zu vermeiden, ist die fahrerwunschabhängige Soll-Drehzahl auf einen maximal zulässigen Drehzahlwert begrenzbar.
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Wird eine Soll-Übersetzung eines Getriebeelementes der Getriebeeinrichtung, in dessen Bereich die Übersetzung der Getriebeeinrichtung stufenlos variierbar ist, im Bereich einer Vorsteuerung in Abhängigkeit der fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl bestimmt, ist das Sollwertmanagement der Drehzahlregelung der stufenlosen Getriebeeinrichtung aufgrund eines hohen Vorsteueranteiles mit geringem Betätigungsaufwand unempfindlich gegen Störungen und gegen wechselseitige Beeinflussungen im Regelsystem, womit eine Neigung zu Schwingungen gering ist.
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Wird eine Abweichung zwischen der fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl ermittelt, in deren Abhängigkeit im Bereich einer Reglereinrichtung ein Korrekturwert für die Übersetzung des Getriebeelementes bestimmbar ist, ist die bestimmte Soll-Drehzahl in Abhängigkeit des realen Systems mit geringem Aufwand veränderbar.
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Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die im Bereich der Vorsteuerung ermittelte Soll-Übersetzung des Getriebeelementes zu dem im Bereich der Reglereinrichtung bestimmten Korrekturwert addiert und eine Abweichung zwischen der Summe und einer Ist-Übersetzung des Getriebeelementes ermittelt. Damit sind Abweichungen zwischen der Sollwertvorgabe und dem realen System auf einfache Art und Weise berücksichtigbar.
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Wird die Übersetzung des Getriebeelementes in Abhängigkeit der Abweichung zwischen der Summe aus der Soll-Übersetzung des Getriebeelementes und dem Korrekturwert der Regeleinrichtung und der Ist-Übersetzung des Getriebeelementes eingestellt, ist ein Fahrerwunsch mit hoher Spontaneität im Bereich der Getriebeeinrichtung umsetzbar.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1 ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 eine detaillierte Blockschaltbilddarstellung der Sollwertberechnung des in 1 dargestellten Verfahrensablaufes;
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3 mehrere Verläufe verschiedener Betriebsparameter im Bereich einer stufenlosen Getriebeeinrichtung, welche sich während eines erfindungsgemäßen Betriebes eines mit einer stufenlosen Getriebeeinrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges einstellen;
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4 eine 3 entsprechende Darstellung verschiedener Betriebsparameter, welche sich während eines weiteren Betriebszustandsverlaufes des Fahrzeugantriebsstranges ergeben;
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5 eine 3 entsprechende Darstellung der Verläufe der Betriebsparameter während eines weiteren Betriebszustandsverlaufes;
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6 eine 3 entsprechende Darstellung der Verläufe der Betriebsparameter während eines weiteren Betriebszustandsverlaufes;
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7 eine 3 entsprechende Darstellung der Verläufe der Betriebsparameter, welche sich bei Erkennen einer beginnenden Grenzlast einstellen; und
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8 eine 3 entsprechende Darstellung der Verläufe der Betriebsparameter, welche sich bei eingeregeltem Fahrerwunsch einstellen.
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Die nachfolgend beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens stellen grundsätzlich ein Sollwertmanagement einer Drehzahlregelung im Bereich einer stufenlosen Getriebeeinrichtung 1 dar, wobei die Getriebeeinrichtung 1 grundsätzlich jedes beliebige Getriebe sein kann, in welchem zumindest bereichsweise eine Übersetzung stufenlos variierbar ist. Dabei ist ein in 2 näher dargestelltes Getriebeelement 2 beispielsweise mit einem Umschlingungsvariator oder mit einem zumindest zwei Hydraulikeinheiten umfassenden Hydrostaten ausführbar, um die Gesamtübersetzung der Getriebeeinrichtung 1 zumindest bereichsweise stufenlos verändern zu können. Die Hydraulikeinheiten sind zumindest motorisch oder als Pumpe betreibbar, wobei die Hydraulikeinheiten darüber hinaus sowohl als Pumpe als auch als Hydraulikmotor betreibbar sein können, um verschiedene Übersetzungsbereiche darstellen und auch synchron zwischen diesen wechseln zu können.
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Das stufenlose Getriebeelement 2 ist vorliegend mit einer Hydrostateinheit mit zwei über einen Hydraulikreislauf miteinander gekoppelten Hydraulikeinheiten ausgeführt, wobei wenigstens eine der beiden Hydraulikeinheiten als Pumpeneinrichtung und die andere als Hydromotoreinrichtung betreibbar ist. Dabei ist die eine Hydraulikeinheit vorzugsweise eine mit variierbarem Fördervolumen ausgeführte Pumpeneinrichtung, die mit der Hydromotoreinrichtung hydraulisch wirkverbunden ist. Die Pumpeneinrichtung ist vorzugsweise mit einem Eigenrückschwenkverhalten ausgeführt, wobei die Pumpeneinrichtung auch ohne Eigenrückschwenkverhalten ausgebildet sein kann.
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Generell schwenken Pumpeneinrichtungen mit sogenanntem Eigenrückschwenkverhalten in Abhängigkeit eines jeweils anliegenden Steuerdruckes hochdruckabhängig bis hin zur Druckabschneidung zurück, wohingegen bei Pumpeneinrichtungen ohne Eigenrückschwenkverhalten ein hochdruckabhängiges Rückschwenken bei anliegendem Steuerdruck unterbleibt.
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Ein Schluckvolumen der Hydromotoreinrichtung ist ebenso wie das Fördervolumen der Pumpeneinrichtung variierbar, womit die Hydrostateinheit des stufenlosen Getriebeelementes 2 eine sogenannte Primär-Sekundärverstellung aufweist und eine Kombination von Pumpe und Motor mit veränderlichem Verdrängungsvolumen zur Verfügung steht, mit dem ein großer Drehzahlbereich bei guter Auslastung nutzbar ist.
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Alternativ hierzu ist die Hydrostateinrichtung auch mit Primärverstellung und mit einer wenigstens einen Konstantmotor aufweisenden Hydromotoreinrichtung ausbildbar, deren Schluckvolumen nicht veränderbar ist.
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Die Fahrgeschwindigkeit eines mit der Getriebeeinrichtung 1 ausgeführten Fahrzeuges wird bei mit einer Primär-Sekundärverstellung ausgeführten Hydrostateinrichtung über das Variieren der Fördermenge der Pumpeneinrichtung und/oder das Verstellen des Schluckvolumens der Hydromotoreinrichtung eingeregelt, während die Veränderung der Fahrgeschwindigkeit bei einer Hydrostateinrichtung mit Primärverstellung lediglich durch Anheben oder Absenken des Fördervolumens der Pumpeneinrichtung möglich ist.
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Wird die Hydrostateinheit bzw. das stufenlose Getriebeelement zusätzlich mit einem weiteren Getriebe gekoppelt, dessen Übersetzung betriebszustandsabhängig stufenlos oder gestuft veränderbar ist, steht die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs auch in Abhängigkeit der im Bereich des weiteren Getriebes eingestellten Übersetzung.
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Das zusätzliche Getriebe ist dabei entweder in Reihe zu der Hydrostateinrichtung bzw. dem stufenlosen Getriebeelement 2 oder parallel dazu im Leistungsfluss des Fahrzeugantriebsstranges anordenbar, wobei bei letztgenannter Anordnung eine Leistungsverzweigung des von der Antriebsmaschine zur Verfügung gestellten Antriebsmomentes zwischen der Hydrostateinrichtung und dem zusätzlichen Getriebe vorsehbar ist.
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Über das nachbeschriebene Sollwertmanagement bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird eine in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches stehende Fahrgeschwindigkeit eines mit der stufenlosen Getriebeeinrichtung 1 ausgeführten Fahrzeuges bzw. eine hierzu äquivalente Drehzahl n_ab einer Getriebeausgangswelle der Getriebeeinrichtung 1 betriebszustandsabhängig mit geringer Empfindlichkeit sowohl gegen Störungen als auch gegen wechselseitige Beeinflussungen im Regelsystem eingestellt.
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Hierfür wird ein Leistungswunsch eines Fahrers eines mit der Getriebeeinrichtung 1 ausgeführten Fahrzeuges im Bereich eines Leistungsanforderungselementes, beispielsweise eines Gaspedals, ermittelt und einem ersten Funktionsblock F1 als Eingangsgröße zugeführt. Zusätzlich stellt eine Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle der Getriebeeinrichtung 1 eine Eingangsgröße des ersten Funktionsblockes F1 dar, der die Funktionalität eines sogenannten Limiters übernimmt.
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Im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 wird eine fahrerseitig angeforderte Soll-Drehzahl n_ab_sollf der Getriebeausgangswelle unter Berücksichtigung der Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle an einen aktuellen Betriebszustand des Fahrzeuges sowie weiterer Baugruppen eines Fahrzeugantriebsstranges, wie einer vorzugsweise als Brennkraftmaschine bzw. als Dieselmotor ausgeführten Antriebsmaschine sowie verschiedener Nebenabtriebe, welche von der Antriebsmaschine mit Drehmoment anwendungsfallbezogen zu versorgen sind, betriebszustandsabhängig begrenzt, womit die fahrerseitig angeforderte Soll-Drehzahl n_ab_sollf unter Umständen nicht der für die Einstellung der Ist-Drehzahl n_ab_ist verwendeten Soll-Drehzahl n_ab_soll entspricht.
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Dies resultiert aus der Tatsache, dass der Fahrer beispielsweise bei einem Beschleunigungswunsch das Fahrpedal durchtritt und eine maximale Abtriebsdrehzahl anfordert, die aufgrund des aktuellen Betriebszustandes nicht umsetzbar ist. Aus diesem Grund wird die fahrerseitige Sollwertvorgabe bzw. die für die Einstellung der Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle verwendete Sollwertvorgabe n_ab_sollf im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 vorverarbeitet, damit diese innerhalb der physikalischen Grenzen des Fahrzeugs liegt. Durch die Begrenzung der fahrerseitig angeforderten Soll-Drehzahl n_ab_sollf ist beispielsweise ein Abwürgen der Antriebsmaschine oder eine Überdrehzahl im Bereich der Antriebsmaschine vermeidbar. Darüber hinaus soll auch eine maximale Soll-Beschleunigung des Fahrzeuges, die je nach aktueller Fahrsituation variieren kann, nicht überschritten werden.
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Generell wird die fahrerseitig angeforderte Soll-Drehzahl n_ab_sollf im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 in Abhängigkeit verschiedener Strategien betriebszustandsabhängig und gemäß einer Priorisierung verschiedener von der Antriebsmaschine zu betreibender Fahrzeuggruppen angepasst, um beispielsweise sicherheitskritische Situationen vermeiden zu können.
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In einem zweiten Funktionsblock F2 erfolgt eine Bestimmung einer Soll-Vorgabe bzw. einer Soll-Übersetzung i_soll der Getriebeeinrichtung 1 im Bereich eines Getriebeelementes 2, mittels dem die Übersetzung der Getriebeeinrichtung 1 zumindest bereichsweise stufenlos veränderbar ist. Die Soll-Übersetzung i_soll wird vorliegend in Abhängigkeit der im ersten Funktionsblock F1 bestimmten Soll-Drehzahl n_ab soll der Getriebeausgangswelle und der Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle im Bereich des zweiten Funktionsblockes F2 bestimmt.
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Die im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 bestimmte Soll-Drehzahl n_ab_soll stellt vorliegend eine Eingangsgröße eines Unterfunktionsblockes F21 des zweiten Funktionsblockes F2 dar, innerhalb welchem ausgehend von der Soll-Drehzahl n_ab_soll der Getriebeausgangswelle ein Drehzahlband um die Soll-Drehzahl n_ab_soll mit einer in 3 bis 8 jeweils näher dargestellten oberen Drehzahlgrenze n_ab_sollo und einer unteren Drehzahlgrenze n_ab_sollu bestimmt wird. Liegt die Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle innerhalb des Drehzahlbandes um die Soll-Drehzahl n_ab_soll entspricht die Ausgangsgröße n_ab_soll des Unterfunktionsblockes F21, die einem zweiten Unterfunktionsblock F22 als Eingangsgröße zugeführt wird, der im ersten Funktionsblock F1 ermittelten Soll-Drehzahl n_ab_soll.
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Im Bereich des zweiten Unterfunktionsblockes F22 erfolgt eine Vorsteuerung der Getriebeeinrichtung 1 bzw. des stufenlosen Getriebeelementes 2, wobei hierfür im zweiten Unterfunktionsblock F22 ein Vorsteueranteil i_soll_steuer der Soll-Übersetzung i_soll berechnet wird. Zusätzlich wird die im Bereich des Unterfunktionsblockes F21 ermittelte Soll-Abtriebsdrehzahl n_ab_soll der Ist-Abtriebsdrehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle gegenübergestellt und die Differenz zwischen der Soll-Drehzahl n_ab_soll und der Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle einem dritten Unterfunktionsblock F23 des zweiten Funktionsblockes F2 als Eingangsgröße zugeführt.
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Der dritte Unterfunktionsblock F23 umfasst vorliegend eine Reglereinrichtung 3, die in Abhängigkeit der Konfiguration des die Getriebeeinrichtung 1 umfassenden Fahrzeugantriebsstranges mit einem Proportionalregler, einem Integralregler, einem Proportional-Integral-Differenzialregler oder einem anderen geeigeten Regler ausgeführt sein kann. Über die Reglereinrichtung 3 wird ein Regelanteil i_soll_regel der Soll-Übersetzung i_soll ermittelt, der zu dem Vorsteueranteil i_soll_steuer der Soll-Übersetzung i_soll addiert wird.
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Die Summe aus dem Vorsteueranteil i_soll_steuer und dem Regelanteil i_soll-Regel der Soll-Übersetzung i_soll wird einer Ist-Übersetzung i_ist gegenübergestellt, wobei eine Abweichung zwischen der Summe und der Ist-Übersetzung i_ist als Vorgabewert zur Einstellung der Übersetzung i_soll der Getriebeeinrichtung 1 der Steuerung des stufenlosen Getriebeelementes 2 zugeführt wird.
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Mittels der in 2 näher dargestellten Reglereinrichtung 3 der Fahrgeschwindigkeitsregelung wird in Verbindung mit der Vorsteuerung des zweiten Unterfunktionsblockes F22 die Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle bzw. die Abtriebsdrehzahl des Abtriebs des Fahrzeugantriebsstranges geregelt. Die hierfür benötigte Soll-Drehzahl der Getriebeausgangswelle wird vorliegend von einer Betriebspunktstrategie im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 vorgegeben.
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Zur Umsetzung der im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 ermittelten fahrerwunschabhängigen Soll-Drehzahl n_ab_soll und der im Bereich des ersten Unterfunktionsblockes F21 ermittelten Sollwertvorgabe n_ab_soll sind im Bereich der Unterfunktionsblöcke F22, F23 der Vorsteueranteil und der Regelanteil eines geometrischen Fördervolumens der Pumpeneinrichtung des stufenlosen Getriebeelementes 2 ermittel- und aufaddierbar, die zur Soll-Übersetzung i_soll bzw. zum Vorsteueranteil i_soll_steuer und zum Regelanteil i_soll_regel äquivalent sind. Die Summe des Vorsteueranteils und des Regelanteils ist einem Ist-Fördervolumen der Pumpeneinrichtung des stufenlosen Getriebeelementes 2 gegenüberstellbar. Die Abweichung ist zum Nachführen der im Bereich des stufenlosen Getriebeelementes 2 einzustellenden Übersetzung und somit der Übersetzung der Getriebeeinrichtung 1 geeignet, in deren Abhängigkeit die Ist-Drehzahl der Getriebeausgangswelle bzw. die Fahrgeschwindigkeit des mit der Getriebeeinrichtung 1 ausgeführten Fahrzeuges steht.
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Die im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 ermittelte Soll-Drehzahl n_ab_soll der Getriebeausgangswelle der Getriebeeinrichtung 1 stellt grundsätzlich die einzustellende Zielfahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges dar. Diese Geschwindigkeit ist allerdings nicht immer einregelbar und auch nicht sprunghaft erreichbar. Einschränkungen hierfür sind beispielsweise ein zu hoher Fahrwiderstand, ein Zurückschwenken der Pumpeneinrichtung oder eine Überdrehzahl im Bereich des Dieselmotors.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind derartige Betriebszustände erfassbar und die einzuregelnde Soll-Fahrgeschwindigkeit dahingehend anpassbar, dass diese auch erreichbar ist.
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Hierfür wird das Drehzahlband um die Soll-Drehzahl n_ab_soll berechnet und für das Sollwertmanagement verwendet, wobei über das erfindungsgemäße Verfahren die Soll-Drehzahl n_ab_soll betriebszustandsabhängig derart korrigiert bzw. angepasst wird, dass diese immer innerhalb des Drehzahlbandes liegt. Die Vorsteuerung bzw. Steuerung erfolgt über die Soll-Drehzahl n_ab_soll der Getriebeausgangswelle. Liegt die Ist-Drehzahl n_ab_ist innerhalb des beschriebenen Bandes, erfolgt eine Sollwertänderung in der im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 bestimmten und gewünschten Richtung. Verlässt die Ist-Drehzahl n_ab_ist das Drehzahlband, sind in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise fallabhängige Reaktionen für die Sollwertvorgabe vorgesehen.
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Dabei wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise während eines Beschleunigungsfalles dafür gesorgt, dass der Sollwert dem Istwert voreilt und die Übersetzung im Bereich der Getriebeeinrichtung bzw. des stufenlosen Getriebeelementes 2 in die richtige Richtung, also nach lang verstellt wird. Des Weiteren wird über das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt, dass der Sollwert der Drehzahl der Getriebeausgangswelle nicht zu weit voreilt, da ansonsten im Bereich des Fahrgeschwindigkeitsreglers ein immer kleineres Schluckvolumen der Hydrostateinrichtung bzw. des stufenlosen Getriebeelementes 2 angefordert wird und der Dieselmotor in die Drückung getrieben wird und in eine Grenzlast übergeht.
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Im Verzögerungsfall wird gewährleistet, dass der Sollwert dem Istwert nicht zu weit nacheilt. Somit wird vermieden, dass der Fahrgeschwindigkeitsregler ein immer größeres Schluckvolumen im Bereich des stufenlosen Getriebeelementes 2 kommandiert und das Fahrzeug zu stark verzögert.
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Das durch die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo und die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu definierte Drehzahlband errechnet sich vorliegend zunächst aus der im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 bestimmten Soll-Drehzahl n_ab_soll und zwei fahrgeschwindigkeitsabhängigen Offsetwerten, die in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle ermittelt werden.
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In 3 sind mehrere Betriebszustandsparameter über der Zeit t während einer Fahrzeugbeschleunigung gezeigt, wobei die Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle bis zu einem Zeitpunkt T1 im Wesentlichen der Soll-Drehzahl n_ab_soll entspricht. Nach dem Zeitpunkt T1 weicht die Ist-Drehzahl n_ab_ist mit zunehmender Zeit t immer mehr von der im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 ermittelten Soll-Drehzahl n_ab_soll ab und unterschreitet zu einem Zeitpunkt T2 die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu. Damit die Soll-Drehzahl n_ab_soll der Ist-Drehzahl n_ab_ist nicht zu weit voreilt, wird ab dem Zeitpunkt T2 die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl n_ab_ist variiert und eine angepasste Soll-Drehzahl n_ab_sollneu aus der Summe der angepassten unteren Drehzahlgrenze n_ab_solluneu, die vorliegend der Ist-Drehzahl n_ab_ist entspricht, und einem ersten Offsetwert bestimmt. Gleichzeitig wird die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo bei Unterschreiten der unteren Drehzahlgrenze n_ab_sollu durch die Ist-Drehzahl n_ab_ist aus der Summe der angepassten unteren Drehzahlgrenze n_ab_solluneu und einem dritten Offsetwert, der größer als der erste Offsetwert ist, bestimmt.
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Aus der vorbeschriebenen Vorgehensweise resultiert der Verlauf der Soll-Übersetzung i_soll der Getriebeeinrichtung 1 bzw. des geometrischen Soll-Fördervolumens der Pumpeneinrichtung des stufenlosen Getriebeelementes 2, der bis zum Zeitpunkt T2 eine größere Steigung als nach der Anpassung der Soll-Drehzahl n_ab_soll der Getriebeausgangswelle aufweist.
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Bei dem in 4 dargestellten Betriebszustandsverlauf des mit der Getriebeeinrichtung 1 ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges übersteigt die Ist-Drehzahl n_ab_ist die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo zu einem Zeitpunkt T3. Damit der Sollwert n_ab_soll dem Istwert n_ab_ist nicht zu weit nacheilt, wird die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo nach dem Überschreiten der oberen Drehzahlgrenze n_ab_sollo durch die Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle an die Ist-Drehzahl angepasst und die Soll-Drehzahl n_ab_soll aus der Differenz der angepassten oberen Drehzahlgrenze n_ab_solloneu, die vorliegend der Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle entspricht, und einem zweiten Offsetwert ermittelt. Zusätzlich wird die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu bei Überschreiten der oberen Drehzahlgrenze n_ab_sollo aus der Differenz aus der angepassten oberen Drehzahlgrenze n_ab_solloneu und einem vierten Offsetwert, der größer als der zweite Offsetwert ist, ermittelt.
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Die in 5 und 6 dargestellten Verläufe stellen sich jeweils während einer Fahrzeugverzögerung ein, wobei die Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo zu einem Zeitpunkt T4 überschreitet. Ab dem Zeitpunkt T4 entspricht die angepasste obere Drehzahlgrenze n_ab_solloneu der Ist-Drehzahl n_ab_ist und die Soll-Drehzahl n_ab_soll und die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu werden in der zu 4 beschriebenen Art und Weise in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl n_ab_ist und dem zweiten Offsetwert und dem vierten Offsetwert angepasst. Zu einem Zeitpunkt T5 steigt die Ist-Drehzahl n_ab_ist mit größerer Steigung weiter an. Die Soll-Drehzahl n_ab_soll und die obere Drehzahlgrenze n_ab_solloneu sowie die untere Drehzahlgrenze n_ab_solluneu werden aufgrund einer geeigneten Begrenzung ab dem Zeitpunkt T5 der Ist-Drehzahl der Getriebeausgangswelle nicht weiter nachgeführt.
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Bei dem den in 6 dargestellten Verläufen zugrunde liegende Betriebszustandsverlauf weicht die Ist-Drehzahl n_ab_ist der Getriebeausgangswelle von der im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 ermittelten Soll-Drehzahl n_ab_soll ab dem Zeitpunkt T1 zunehmend ab und unterschreitet zu einem Zeitpunkt T6 die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu. Da im Bereich des ersten Unterfunktionsblockes F21 bzw. dem Sollwertmanagement ein Ausrollvorgang erkannt wird, während dem der Fahrer im Wesentlichen eine geringere Selbstverzögerung des Fahrzeuges erwünscht, wird weder die Soll-Drehzahl n_ab_soll noch das Drehzahlband in der zu 3 beschriebenen Art und Weise an die Ist-Drehzahl n_ab_ist angepasst, wodurch die Fahrzeugverzögerung möglichst gering gehalten wird.
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Bei dem den Verläufen gemäß 7 zugrunde liegenden Betriebszustandsverlauf ist der Verlauf der im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 ermittelten Soll-Drehzahl n_ab_soll im Wesentlichen konstant und die Steigung ist gleich null. Ab dem Zeitpunkt T1 weicht die Ist-Drehzahl n_ab_ist zunehmend von der Soll-Drehzahl n_ab_soll ab und unterschreitet zu einem Zeitpunkt T7 die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu. Ab dem Zeitpunkt T7 werden die Soll-Drehzahl n_ab_soll sowie die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo und die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu der in der zu 3 vorbeschriebenen Art und Weise Ist-Abtriebsdrehzahl nachgeführt. Gleichzeitig steigt der Verlauf der Soll-Übersetzung i_soll der Getriebeeinrichtung 1 bzw. des Getriebeelementes 2 in der dargestellten Art und Weise an. Zu einem Zeitpunkt T8 fällt die Ist-Drehzahl n_ab_ist mit größerer Steigung weiter ab. Da die Strategie auf eine beginnende Grenzlast im Bereich des Dieselmotors erkennt, wird die Soll-Abtriebsdrehzahl n_ab_soll ab dem Zeitpunkt T8 limitiert erniedrigt und der Ist-Drehzahl n_ab_ist nicht in vollem Umfang weiter nachgeführt.
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Bei dem den in 8 gezeigten Verläufen zugrunde liegenden Betriebszustandsverlauf ist der im ersten Funktionsblock F1 ermittelte Verlauf der Soll-Drehzahl n_ab_soll der Getriebeausgangswelle im Wesentlichen horizontal und die Ist-Abtriebsdrehzahl n_ab_ist steigt gegenüber der Soll-Drehzahl n_ab_soll ab dem Zeitpunkt T1 zunächst mit konstanter Steigung an. Zu einem Zeitpunkt T9 übersteigt die Ist-Drehzahl n_ab_ist die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo. Da die Überschreitung der oberen Drehzahlgrenze n_ab_sollo bei eingeregeltem Fahrerwunsch nicht zulässig ist, wird weder die Soll-Drehzahl n_ab_soll noch das Drehzahlband in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl n_ab_ist angepasst. Zu einem Zeitpunkt T10 fällt die Ist-Abtriebsdrehzahl aufgrund der Sollvorgabe wieder in Richtung der Soll-Drehzahl n_ab_soll ab.
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Eine Ausnahme von der Nachführung der Soll-Drehzahl ab dem Zeitpunkt T9 stellt ein sogenannter Überdrehzahlschutz für die Antriebsmaschine dar. Wird die Funktion Überdrehzahlschutz aufgrund des Vorliegens eines entsprechenden Betriebszustandes aktiviert, wird die Soll-Drehzahl n_ab_soll betriebszustandsabhängig bis maximal an die Systemgrenze angehoben, die einer maximalen Drehzahl der Getriebeausgangswelle entspricht. Dabei stellt die maximale Drehzahl der Getriebeausgangswelle einen Drehzahlwert dar, unterhalb welchem im Betrieb eine Schädigung der Getriebeeinrichtung 1 unterbleibt und oberhalb welchem im Bereich der Getriebeeinrichtung 1 die Funktionsweise der Getriebeeinrichtung 1 beeinträchtigende Belastungen auftreten können.
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Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst um eine im Bereich des ersten Funktionsblockes F1 ermittelte Soll-Drehzahl n_ab_soll ein durch die obere Drehzahlgrenze n_ab_sollo und die untere Drehzahlgrenze n_ab_sollu begrenztes Drehzahlband bestimmt. Bei Über- oder Unterschreiten des Drehzahlbandes wird die Soll-Drehzahl n_ab_soll in Abhängigkeit verschiedener Vorgaben an die Ist-Drehzahl n_ab_ist angepasst. Unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen unterbleibt jedoch die Anpassung. So wird beispielsweise im Grenzlastfall eine eigene Verstellgeschwindigkeitslimitierung vorgesehen. Eine motorisch betreibbare Hydraulikeinheit des stufenlosen Getriebeelementes 2 wird in Abhängigkeit der Soll-Drehzahl der Getriebeausgangswelle vorgesteuert. Des Weiteren wird während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Übersetzung sondern nur die Soll-Drehzahl n_ab_soll der Getriebeausgangswelle eingestellt. Zusätzlich ist über das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Mischbetrieb von Steuerung und Regelung bei mehreren Stellgrößen, die durch den Einsatz mehrerer stufenloser Getriebeelemente vorliegen, mit geringem Steuer- und Regelaufwand realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeeinrichtung
- 2
- Getriebeelement
- 3
- Reglereinrichtung
- F1, F2
- Funktionsblock
- F21, F22, F23
- Unterfunktionsblock
- i_soll
- Soll-Übersetzung der Getriebeeinrichtung
- i_soll_regel
- Regelanteil
- i_soll_steuer
- Vorsteueranteil
- n_ab_ist
- Ist-Drehzahl der Getriebeausgangswelle
- n_ab_soll
- Soll-Drehzahl der Getriebeausgangswelle
- n_ab_sollneu
- angepasste Soll-Drehzahl
- n_ab_sollo
- obere Drehzahlgrenze
- n_ab_solloneu
- angepasste obere Drehzahlgrenze
- n_ab_sollu
- untere Drehzahlgrenze
- n_ab_solluneu
- angepasste untere Drehzahlgrenze
- t
- Zeit
- T1 bis T9
- diskreter Zeitpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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