DE102016204080A1

DE102016204080A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines Fahrstufenwechsels bei einem Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016204080A1
Application number: DE102016204080.4A
Authority: DE
Inventors: Sascha Gerhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14
Also published as: CN108700189B; WO2017153295A1; CN108700189A; JP2019512637A; JP6802285B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems mit einem Antriebsmotor (2) und einem Schaltgetriebe (5), wobei der Antriebsmotor (2) über eine Kupplung (4) mit dem Schaltgetriebe (5) verbunden ist, wobei die Kupplung zum Öffnen und Schließen eines Antriebsstrangs des Antriebssystems (1) dient, mit folgenden Schritten: – Aktivieren (S3) einer Drehzahlregelung für den Antriebsmotor (2), wenn der Antriebsstrang geöffnet wird, wobei der Drehzahlregelung eine einzuregelnde Solldrehzahl (nsoll) vorgegeben wird, die von einer einzustellenden Fahrstufe abhängt; – Einstellen (S2) der Solldrehzahl (nsoll) abhängig von einem während des Verlassens einer Neutralgangposition des Schaltgetriebes (5) auftretenden Gradienten einer Getriebeeingangsdrehzahl (nTra_in).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge, insbesondere mit einem manuellen Schaltgetriebe. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zum Ansteuern von Antriebsmotoren bei Antriebssystemen für Kraftfahrzeuge während eines Wechsels der Fahrstufe durch ein manuelles Schaltgetriebe.
Technischer Hintergrund
Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge weisen in der Regel ein Schaltgetriebe auf, um die von einem Antriebsmotor bereitgestellte Antriebsleistung optimal an die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs weitergeben zu können. Um eine Fahrstufe des Schaltgetriebes, d.h. eine Untersetzung des Schaltgetriebes, zu wechseln, kann für manuelle Schaltgetriebe vorgesehen sein, ein Fahrpedal zur Vorgabe eines Fahrerwunschmoments an den Antriebsmotor loszulassen, das Kupplungspedal zum Auskuppeln zu betätigen, so dass der Abtriebsstrang des Antriebsmotors und den Antriebsstrang mit dem Schaltgetriebe entkoppelt werden, und nach der Auswahl und Einlegen der auszuwählenden Fahrstufe die Kupplung durch Wegnahme der Betätigung des Kupplungspedals wieder einzukuppeln. Dabei passt sich die Motordrehzahl des Antriebsmotors der Drehzahl der dem Schaltgetriebe zugeordneten Seite der Kupplung, der so genannten Getriebeeingangsdrehzahl, an. Sind während des Einkuppelvorgangs die Motordrehzahl des Antriebsmotors und die Getriebeeingangsdrehzahl nicht identisch, so können unkomfortable Lastwechselreaktionen, wie beispielsweise ein Ruckeln und dergleichen, auftreten.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 063043 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Drehzahlregelung während des ausgekuppelten Zustands des Schaltgetriebes aktiviert wird, um die Drehzahl des Antriebsmotors anzupassen. Die Anpassung der Drehzahl des Antriebsmotors wird durchgeführt, indem die Drehzahl des Antriebsmotors auf eine Zwischendrehzahl geregelt wird, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der eingelegten Fahrstufe abhängig ist. Die Zwischendrehzahl liegt zwischen einer Drehzahl des Antriebsmotors beim Auskuppeln und einer Drehzahl des Antriebsmotors, die nach einem Einkuppeln nach einem Wechsel der Fahrstufe voraussichtlich eingenommen wird. Die Zwischendrehzahl wird in einem Bereich zwischen einer anfänglichen Drehzahl des Antriebsmotors beim Auskuppeln und eine Getriebeeingangsdrehzahl nach dem Wechsel der Fahrstufe eingestellt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsmotors in einem Antriebssystem mit einem manuellen Schaltgetriebe gemäß Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung und ein Antriebssystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems mit einem Antriebsmotor und einem Schaltgetriebe vorgesehen, wobei der Antriebsmotor über eine Kupplung mit dem Schaltgetriebe verbunden ist, wobei die Kupplung zum Öffnen und Schließen eines Antriebsstrangs des Antriebssystems dient. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Aktivieren einer Drehzahlregelung für den Antriebsmotor, wenn der Antriebsstrang geöffnet wird, wobei der Drehzahlregelung eine einzuregelnde Solldrehzahl vorgegeben wird, die von einer einzustellenden Fahrstufe abhängt;
– Einstellen der Solldrehzahl abhängig von einem während des Verlassens einer Neutralgangposition des Schaltgetriebes auftretenden Gradienten einer Getriebeeingangsdrehzahl.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, eine Drehzahlregelung während eines Schaltvorgangs so durchzuführen, dass die Drehzahl des Antriebsmotors auf eine Getriebeeingangsdrehzahl eingestellt wird, die sich nach einem Wechsel der Fahrstufe des manuellen Schaltgetriebes einstellt. Das obige Verfahren sieht vor, die Solldrehzahl für die Drehzahlregelung im ausgekoppelten Zustand so festzulegen, dass sie nach einer Erkennung der einzulegenden Fahrstufe auf die Getriebeeingangsdrehzahl eingestellt und möglichst vor dem Einkuppeln durch den Fahrer eingeregelt wird. Dazu wird ein Wechsel der Fahrstufe mit Hilfe eines Neutralgangsensors, mit dem ein Verlassen einer Fahrstufe in dem manuellen Schaltgetriebe detektiert werden kann, detektiert. Durch Auswertung einer Getriebeeingangsdrehzahl eingangsseitig des Getriebes bei Verlassen des Neutralgangs kann dann erkannt werden, in welche Richtung die Fahrstufe geändert wurde, d.h. ob die Fahrstufe durch ein Hoch- oder Herunterschalten geändert wurde.
Durch eine Visualisierung des Abschlusses des Vorgangs des Einregelns der Motordrehzahl auf die Getriebeeingangsdrehzahl, so dass die Motordrehzahl des Antriebsmotors und die Getriebeeingangsdrehzahl synchronisiert sind, kann einem Fahrer des Kraftfahrzeugs verdeutlicht werden, wann ein komfortables Wiedereinkuppeln möglich ist.
Weiterhin kann die Solldrehzahl beim Öffnen des Antriebsstrangs und vor dem Verlassen der Neutralgangposition des Schaltgetriebes auf eine Zwischendrehzahl eingestellt werden, die einer Drehzahl entspricht, die sich aus einem Übersetzungsverhältnis bei einer Hochschaltung um mindestens eine Fahrstufe und der Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Einnehmen der Neutralgangposition ergibt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Solldrehzahl nach dem Verlassen der Neutralgangposition des Schaltgetriebes auf die Getriebeeingangsdrehzahl oder auf den kleinsten Wert der Getriebeeingangsdrehzahl und der Zwischendrehzahl eingestellt wird, wenn eine Fahrstufenhochschaltung erkannt wird.
Insbesondere kann die Solldrehzahl auch nach dem Verlassen der Neutralgangposition des Schaltgetriebes auf die aktuelle Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) eingestellt werden, wenn eine Fahrstufenrückschaltung erkannt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Neutralgangposition einer Position des Schaltgetriebes entsprechen, bei der kein Momentenschluss zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang auftritt.
Eine Fahrstufenrückschaltung kann erkannt werden, wenn der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl einen vorgegebenen ersten Gradientenschwellenwert übersteigt und/oder wobei eine Fahrstufenhochschaltung erkannt wird, wenn der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl einen vorgegebenen zweiten Gradientenschwellenwert unterschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform kann bei einem geöffneten Antriebsstrang durch ein erstes Signal signalisiert werden, dass eine Motordrehzahl und eine Getriebeeingangsdrehzahl nicht synchronisiert sind, und bei einem geöffneten Antriebsstrang durch ein zweites Signal signalisiert wird, dass die Motordrehzahl und eine Getriebeeingangsdrehzahl synchronisiert sind.
Insbesondere kann das erste Signal eine visuelle Anzeige, insbesondere in einer ersten Farbe, und das zweite Signal eine weitere oder dieselbe visuelle Anzeige, insbesondere in einer zweiten Farbe, umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Drehzahlregelung abgebrochen wird, während der Antriebsmotor von dem Schaltgetriebe entkoppelt ist, wenn eine Abbruchbedingung vorliegt, insbesondere wenn die Zeitdauer, während der Antriebsstrang geöffnet ist, einen Schwellenwert übersteigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebssystems mit einem Antriebsmotor und einem Schaltgetriebe vorgesehen, wobei der Antriebsmotor über eine Kupplung mit dem Schaltgetriebe verbunden ist, wobei die Kupplung zum Öffnen und Schließen eines Antriebsstrangs des Antriebssystems dient, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:

– Eine Drehzahlregelung für den Antriebsmotor zu aktivieren, wenn der Antriebsstrang geöffnet wird, wobei der Drehzahlregelung eine einzuregelnde Solldrehzahl vorgegeben wird, die von einer einzustellenden Fahrstufe abhängt; und
– die Solldrehzahl abhängig von einem während des Verlassens einer Neutralgangposition des Schaltgetriebes auftretenden Gradienten einer Getriebeeingangsdrehzahl einzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Antriebssystem vorgesehen, umfassend:

– einen Antriebsmotor;
– ein Schaltgetriebe;
– eine Kupplung, über die der Antriebsmotor mit dem Schaltgetriebe koppelbar ist;
– eine Motorsteuereinheit zum Ansteuern des Antriebsmotor;
– die obige Vorrichtung.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens zum Wechseln einer Fahrstufe in ein manuelles Schaltgetriebe; und
3 eine schematische Darstellung eines Verlaufs der Motordrehzahl, der Getriebeeingangsdrehzahl, eines Gradienten der Getriebeeingangsdrehzahl und einer Füllung des Verbrennungsmotors.
Beschreibung von Ausführungsformen
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Antriebssystem 1 umfasst einen Antriebsmotor 2, der z. B. als Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann. Ein Abtriebsstrang 3 des Antriebsmotors 2 ist über eine manuell betätigbare Kupplung 4 mit einem Getriebe 5 verbunden. Die Kupplung 4 ist beispielsweise als herkömmliche Scheibenkupplung ausgebildet und z. B. mechanisch mit einem Kupplungspedal 6 gekoppelt, so dass die Kupplung 4 bei einer Betätigung des Kupplungspedals 6 auskuppelt, d.h. den Antriebsstrang 3 öffnet, und bei einem Loslassen des Kupplungspedals 6 einkuppelt, d.h. den Antriebsstrang 3 schließt.
Das Getriebe 5 ist ein Schaltgetriebe, bei dem eine Wahl der Fahrstufe durch eine Betätigungseinheit 7, wie z. B. einen Schaltknüppel, vorgenommen werden kann. Das Schalten erfolgt in der Regel in einem momentenfreien Zustand des Abtriebsstrangs 3, d. h. im ausgekoppelten Zustand der Kupplung 4.
Ausgangsseitig des Getriebes 5 führt der Abtriebsstrang 3 das bereitgestellte Drehmoment an die Antriebsräder 8 des Fahrzeugs. Der Antriebsmotor 2 wird von einem Motorsteuergerät 10 angesteuert, um ein Antriebsmoment auf der Abtriebswelle 3 bereitzustellen. Die Vorgabe des Antriebsmoments erfolgt über ein Fahrpedal 11, das dem Motorsteuergerät 10 ein Fahrerwunschmoment in Form einer Fahrpedalstellungsangabe vorgibt. Abhängig von dem Fahrerwunschmoment wird der Antriebsmotor 2 angesteuert und liefert ein dem Fahrerwunschmoment entsprechendes Antriebsmoment.
Weiterhin ist ein Bremspedal 12 vorgesehen, das mit einem Bremssystem 13 gekoppelt ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern. Das Bremspedal 12 ist weiterhin ebenfalls mit dem Motorsteuergerät 10 verbunden, so dass dort eine Information über einen Bremseingriff vorliegt.
Das Motorsteuergerät 10 kann über einen Getriebeeingangsdrehzahlsensor 14 die Getriebeeingangsdrehzahl als Drehzahl eingangsseitig des Schaltgetriebes 5 detektieren.
Weiterhin kann das Schaltgetriebe 5 oder alternativ die Betätigungseinheit 7 einen Neutralgangsensor 15 aufweisen, mit dem festgestellt werden kann, wenn nach dem Verlassen einer Fahrstufe durch einen Schaltvorgang ein Neutralgang eingenommen wird, d.h. keine Momentenkopplung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Getriebes 5 vorliegt. Weiterhin kann durch den Neutralgangsensor festgestellt werden, wenn der Neutralgang wieder verlassen wird, was insbesondere dann erfolgt, wenn der Fahrer eine einzustellende Fahrstufe durch die Betätigungseinheit 7 ausgewählt hat.
Bei einer Regelung während eines Schaltvorgangs ist die Berechnung einer Solldrehzahl für die Drehzahlregelung wichtig, da abhängig von der berechneten Solldrehzahl das Ausgangsmoment des Motordrehzahlreglers bestimmt wird. Nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, wodurch eine sichere und eindeutige Ermittlung einer Solldrehzahl für die Drehzahlregelung bereitgestellt wird und damit die Drehzahlregelung bestmöglich unterstützt. Insbesondere wird bei nachfolgend beschriebenen Verfahren von einem Verbrennungsmotor (Ottomotor) als Antriebsmotor ausgegangen.
In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsmotors beim Wechseln einer Fahrstufe dargestellt.
In Schritt S1 wird überprüft, ob eine Kraftschlussunterbrechung des Antriebsstrangs bzw. eine Kupplungsbetätigung vorliegt. Entsprechend wird eine Kupplungsinformation generiert, die dies angibt. Eine Kraftschlussunterbrechung bzw. eine Kupplungsbetätigung kann festgestellt werden, indem überprüft wird, ob das Kupplungspedal 6 von dem Fahrer betätigt worden ist.
Dass der Fahrer das Kupplungspedal 6 betätigt hat, kann auf verschiedene Arten detektiert werden. In der einfachsten Ausführung kann das Kupplungspedal 6 mit einem Kupplungsschalter versehen sein, der die Betätigung des Kupplungspedals 6 signalisiert.
Alternativ oder zusätzlich kann das Kupplungspedal 6 mit einem Kupplungspedalweggeber versehen sein, der die Stellung des Kupplungspedals 6 angibt, so dass durch eine von dem Kupplungspedalweggeber detektierte Änderung der Stellungsangabe des Kupplungspedals 6 auf eine Betätigung des Kupplungspedals 6 bzw. eine Kraftschlussunterbrechung geschlossen werden kann.
Alternativ kann die Betätigung der Kupplung 4 durch Ermitteln eines Kupplungsschlupfes erkannt werden. Der Kupplungsschlupf bzw. die Kraftschlussunterbrechung durch die Kupplung 4 kann in bekannter Weise aus dem Verhältnis der Motordrehzahl zu den Radgeschwindigkeiten der Antriebsräder 8 berechnet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine von dem Getriebeeingangsdrehzahlsensor 14 gemessene Getriebeeingangsdrehzahl auf der Eingangsseite des Getriebes 5 mit der Motordrehzahl verglichen werden. Dazu kann die Motordrehzahl beobachtet werden, um die Kraftschlussunterbrechung zu detektieren. Steigt kurz nach der Betätigung des Kupplungspedals 6 die Motordrehzahl schneller an als kurz vor der Betätigung des Kupplungspedals 6, so wird dadurch eine Kraftschlussunterbrechung erkannt.
Weiterhin kann mithilfe des Neutralgangsensors 15 eine Kraftschlussunterbrechung bzw. ein Auskuppeln erkannt werden, wenn die Betätigungseinheit 7 in eine Stellung für den Neutralgang bewegt wird und dies durch den Neutralgangsensor 15 erkannt wird.
Wird in Schritt S1 die Kraftschlussunterbrechung bzw. eine Kupplungsbetätigung erkannt (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S2 fortgesetzt. Andernfalls wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
In Schritt S2 wird eine Solldrehzahl n_Soll ermittelt. Die Solldrehzahl n_Soll wird zunächst auf eine bestimmte Zwischendrehzahl N1 gesetzt, die der Motordrehzahl entspricht, die sich einstellt, wenn der Fahrer in eine nächsthöhere Fahrstufe schalten würde. Die Zwischendrehzahl N1 kann über die Detektion der einzulegenden Fahrstufe vor dem Auskuppeln in bekannten Getriebeübersetzungsverhältnissen und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden. Diese Zwischendrehzahl N1 ist aufgrund der definierten Übersetzungsverhältnisse immer kleiner als die Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Öffnens der Kupplung 4.
Nahezu zeitlich wird in Schritt S3 die Drehzahlregelung aktiviert. Die Drehzahlregelung nimmt daher zunächst als Solldrehzahl n_Soll die Zwischendrehzahl N1 an. Da die Solldrehzahl n_Soll unmittelbar nach dem Auskuppeln kleiner als ist als die Motordrehzahl n des Antriebsmotors 2, ist die Drehzahlregelung vorerst nicht aktiv, und der Antriebsmotor 2 liefert kein Antriebsmoment, d.h. im Falle eines Verbrennungsmotors als Antriebsmotor befindet sich dieser in einer Betriebsart der Schubabschaltung. Bei der Schubabschaltung wird kein Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt.
Im Falle eines Ottomotors als Verbrennungsmotor kann nun über das Öffnen der Drosselklappe zusätzlich die Füllung in den Zylindern erhöht werden, ohne dass ein zusätzliches Drehmoment gestellt wird. Eine Füllungserhöhung in den Zylindern ermöglicht einen schnellen Momentenaufbau im Falle, dass die Motordrehzahl schnell erhöht werden muss.
In Schritt S4 wird der Neutralgangsensor 15 abgefragt, um zu erkennen, ob der Neutralgang des manuellen Schaltgetriebes 5 verlassen worden ist. Wenn der Fahrer eine neue Fahrstufe auswählt, durchschreitet die Betätigungseinheit 7 immer die Neutralgangposition. Dies ist auch der Fall, wenn der Fahrer sich entscheidet, die Fahrstufe doch nicht zu wechseln und die ursprünglich gewählte Fahrstufe wieder einzulegen. Somit kann mit dem Verlassen des Neutralgangs eindeutig detektiert werden, dass eine neue Fahrstufe ausgewählt wurde. Wenn also der Neutralgang verlassen wird, und somit eine neue Fahrstufe ausgewählt wurde (Alternative: Ja), wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt, anderenfalls wird bei Beibehaltung der Aktivierung der Drehzahlregelung zu Schritt S4 zurückgesprungen.
Mit der Information des Zeitpunkts des Verlassens des Neutralgangs kann das Verhalten der Getriebeeingangsdrehzahl besser gedeutet werden. Die Richtung der Fahrstufenänderung kann in zuverlässiger Weise anhand des Gradienten der Getriebeeingangsdrehzahl erkannt werden, d.h. ob der Fahrer in eine höhere oder eine niedrigere Fahrstufe geschaltet hat. Eine frühe Detektion der Fahrstufenänderung ist deswegen wichtig, um die Verzugszeit zu minimieren, die benötigt wird, um die Motordrehzahl auf eine etwaige höhere Zieldrehzahl zu regeln, wenn der Fahrer eine niedrigere Fahrstufe ausgewählt und eingestellt hat. Durch Erkennen des Verlassens einer Neutralgangposition kann unmittelbar erkannt werden, dass eine neue Fahrstufe eingelegt wurde.
In Schritt S5 wird eine Fahrstufenerkennung durchgeführt, die die ausgewählte oder einzustellende Fahrstufe bestimmt. Die Fahrstufenerkennung basiert auf einem Gradienten einer gemessenen Getriebeeingangsdrehzahl. Dabei wird eine Rückschaltung der Fahrstufe detektiert, wenn der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl einen vorgegebenen ersten Gradientenschwellenwert überschreitet. Wird eine Rückschaltung detektiert (Alternative: A1), wird in Schritt S6 die Solldrehzahl n_Soll für die Drehzahlregelung direkt auf die aktuelle Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} gesetzt. Dadurch entspricht die Solldrehzahl n_Soll dem Wert der noch zu synchronisierenden Zieldrehzahl.
Durch eine zuvor stattgefundene Erhöhung der Füllung in den Zylindern des Verbrennungsmotors kann sofort ein wesentlich größeres Motormoment bereitgestellt werden, so dass die Motordrehzahl n schnellstmöglich an die vorgegebene Solldrehzahl n_Soll angepasst wird.
Wenn keine Rückschaltung der Fahrstufe, also ein Hochschalten oder ein Beibehalten der Fahrstufe, erkannt wird (Alternative: A2), d.h. der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in}, den man durch Auswerten des Verlaufs der Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} erhält, ist kleiner als null oder einen vorgegebenen zweiten Gradientenschwellenwert, dann wird die Solldrehzahl n_Soll nicht auf die aktuelle Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} gesetzt, sondern auf das Minimum aus der Zwischendrehzahl N1 und der Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in}. Somit wird so lange gewartet, bis die Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} die Zwischendrehzahl N1 für die nächsthöhere Fahrstufe unterschreitet. Erst dann wird die Solldrehzahl n_Soll der Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} gleichgesetzt und auf diese Motordrehzahl als Solldrehzahl n_Soll geregelt. Außerdem wird die zuvor erhöhte Füllung in den Zylindern des Verbrennungsmotors direkt wieder reduziert, da für die Drehzahlregelung bei einer Hochschaltung kein erhöhtes Motormoment benötigt wird.
Durch die anfängliche Verwendung der Zwischendrehzahl N1 für die Drehzahlregelung wird erreicht, dass die Motordrehzahl maximal nur bis zu der berechneten Zwischendrehzahl N1 für die nächsthöhere Fahrstufe abfällt, bevor die nächste Fahrstufe eingelegt wird. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Wahl der Fahrstufe durch den Fahrer sich zeitlich verzögert. Wenn der Fahrer nun in die nächstniedrigere Fahrstufe schaltet, ist die resultierende Drehzahlabweichung geringer. Schaltet der Fahrer in die nächsthöhere Fahrstufe, ist die Motordrehzahl bereits auf dem richtigen Drehzahlniveau und bedarf nur noch einer kleineren Korrektur.
Wird ein Hochschalten erkannt (Alternative: A2), d.h. ist der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl kleiner als ein applizierbarer zweiter Gradientenschwellenwert, bleibt in Schritt S7 die Solldrehzahl n_Soll auf der in Schritt S2 ermittelten Zwischendrehzahl N1. Daher bleibt die Solldrehzahl n_Soll vorerst auf der Zwischendrehzahl N1, wenn eine Hochschaltung der Fahrstufe detektiert wird. Erst wenn sich die Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} der Zwischendrehzahl N1 von oben nähert, wird die Solldrehzahl n_Soll der aktuellen Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} gleichgesetzt. Sobald der Schaltvorgang abgeschlossen wurde und der Fahrer die Betätigung der Kupplung 5 aufhebt und damit den Antriebsstrang schließt, wird die Solldrehzahl n_Soll auf einen niedrigen Wert reduziert und letztendlich auf null gesetzt, so dass die Drehzahlregelung deaktiviert wird.
Auf die Schritte S6 und S7 folgt in Schritt S8 eine Überprüfung, ob die Kupplung geschlossen wurde bzw. der Kraftschluss über den Antriebsstrang wiederhergestellt wurde. Erst wenn die Kupplung wieder geschlossen wurde (Alternative: Ja), kann das Verfahren mit Schritt S1 fortgesetzt werden. Alternativ (Alternative: Nein) wird in Schritt S8 weiterabgewartet.
Die Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} kann einer Tiefpassfilterung unterzogen sein, um eine störungsfreie Gradientenangabe der Getriebeeingangsdrehzahl zu erhalten.
Es kann vorgesehen sein, dass wenn eine Rückschaltung der Fahrstufe detektiert wird, die Solldrehzahl n_Soll direkt auf die Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} gesetzt wird. Dadurch erhöht sich abrupt die Regelabweichung, so dass der Motordrehzahlregler schnellstmöglich auch die Zieldrehzahl regeln kann. Dabei wird eine von der Regelabweichung proportional abhängige Vorsteuerung verwendet, die einem Proportional-Anteil der Drehzahlregelung entspricht. Diese Vorsteuerung kann abgeschaltet werden, sobald sich die Motordrehzahl der Zieldrehzahl annähert. Für die Drehzahlregelung kann ein herkömmlicher PI-Regler verwendet werden, wobei bei großen Regelabweichungen die entsprechenden Elemente, wie z.B. der Integrator-Anteil, ausgeschaltet oder eingefroren werden, um ein überdimensionales Aufbauen eines Integratorzählers zu verhindern. Ein Aufziehen des Integratorzählers würde zu einem Überschwingen beim Einregeln der Motordrehzahl auf die höhere Zieldrehzahl führen. Nach einer applizierbaren Zeit oder wenn die eingelegte Fahrstufe eindeutig detektiert wurde, kann die Solldrehzahl n_Soll tiefpassgefiltert werden, um hochfrequente Drehzahlschwingungen im Signal der Getriebeeingangsdrehzahl zu glätten.
3 zeigt die Verläufe von verschiedenen Größen bei einer Rückschaltung zu einer niedrigeren Fahrstufe. Man erkennt die Verläufe der Motordrehzahl n, der Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in}, dem Gradienten der Getriebeeingangsdrehzahl dn_{Tra_in}/dt, den ersten Gradientenschwellenwert SW1 zur Detektion einer Rückschaltung, einer Füllung F in den Zylindern des Verbrennungsmotors, eines Motordrehmoments M, eines Signals NGS des Neutralgangsensors, eines Signals KB der Kupplungsbetätigung und eines Signals RSS einer detektierten Rückschaltung zu einer niedrigeren Fahrstufe.
Man erkennt, dass ab dem Zeitpunkt T1 eine offene Kupplung 5 erkannt wird und somit die Solldrehzahl n_Soll von null auf die über die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Getriebeübersetzungsverhältnis berechnete Zwischendrehzahl N1 gesetzt wird, die sich einstellen würde, wenn der Fahrer zum Zeitpunkt des Auskuppelns eine Fahrstufe hochschalten würde. Gleichzeitig kann die Drosselklappe geöffnet werden, um die Füllung in den Zylindern des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Dies erkennt man in dem Verlauf der Füllung F.
Zum Zeitpunkt T2 hat der Fahrer eine neue Fahrstufe ausgewählt, was durch die fallende Flanke des Sensorsignals NGS des Neutralgangsensors detektiert wird. Ab diesem Zeitpunkt wird der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl dn_{Tra_in}/dt geprüft. Überschreitet dieser Gradient eine positive Schwelle, wird eine Rückschaltung detektiert. Dann wird die Solldrehzahl n_Soll direkt auf die Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} gesetzt. Durch die positive Regelabweichung fordert die Drehzahlregelung ein positives Drehmoment an, das durch die erhöhte Füllung in den Zylindern des Verbrennungsmotors in einfacher Weise bereitgestellt werden kann.
Wird die Kupplung 5 zum Zeitpunkt T3 wieder geschlossen, wird die Solldrehzahl n_Soll auf einen applizierbare Wert heruntergeregelt und letztlich auf null gesetzt.
Zur Unterstützung des Fahrers beim Wiedereinkuppeln nach einem Schaltvorgang kann signalisiert werden, ab wann die Motordrehzahl n mit der Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} synchronisiert ist. Dadurch kann ein sehr komfortables Wiedereinkuppeln realisiert werden. Zur Signalisierung können visuelle oder akustische Signale verwendet werden. Bei der Verwendung von visuellen Signalen können Symbole im Blickfeld des Fahrers angezeigt werden. Beispielsweise kann ein in einer ersten Farbe aufleuchtendes Symbol signalisieren, dass keine Synchronisation der Motordrehzahl n mit der Getriebeeingangsdrehzahl n_{Tra_in} vorliegt. Dieses Signal kann bereits mit Schritt S2 angezeigt werden. Ein Wiedereinkuppeln ist dann nur unter Inkaufnahme eines reduzieren Komforts möglich. Ein in einer zweiten Farbe leuchtendes Symbol kann anzeigen, dass die Motordrehzahl n synchronisiert wurde und der Fahrer die Kupplung 5 nun schließen kann, so dass ein ruckelfreies Wiedereinkuppeln gewährleistet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010063043 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems mit einem Antriebsmotor (2) und einem Schaltgetriebe (5), wobei der Antriebsmotor (2) über eine Kupplung (4) mit dem Schaltgetriebe (5) verbunden ist, wobei die Kupplung zum Öffnen und Schließen eines Antriebsstrangs des Antriebssystems (1) dient, mit folgenden Schritten: – Aktivieren (S3) einer Drehzahlregelung für den Antriebsmotor (2), wenn der Antriebsstrang geöffnet wird, wobei der Drehzahlregelung eine einzuregelnde Solldrehzahl (n_soll) vorgegeben wird, die von einer einzustellenden Fahrstufe abhängt; – Einstellen (S2) der Solldrehzahl (n_soll) abhängig von einem während des Verlassens einer Neutralgangposition des Schaltgetriebes (5) auftretenden Gradienten einer Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Solldrehzahl (n_soll) beim Öffnen des Antriebsstrangs und vor dem Verlassen der Neutralgangposition des Schaltgetriebes (5) auf eine Zwischendrehzahl (N1) eingestellt wird, die einer Drehzahl entspricht, die sich aus einem Übersetzungsverhältnis bei einer Hochschaltung um mindestens eine Fahrstufe und der Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit bei Einnehmen der Neutralgangposition ergibt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Solldrehzahl (n_soll) nach dem Verlassen der Neutralgangposition des Schaltgetriebes (5) auf die Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) oder auf den kleinsten Wert der Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) und der Zwischendrehzahl (N1) eingestellt wird, wenn eine Fahrstufenhochschaltung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Solldrehzahl auch nach dem Verlassen der Neutralgangposition des Schaltgetriebes (5) auf die aktuelle Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) eingestellt wird, wenn eine Fahrstufenrückschaltung erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Neutralgangposition einer Position des Schaltgetriebes (5) entspricht, bei der kein Momentenschluss zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang auftritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Fahrstufenrückschaltung erkannt wird, wenn der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) einen vorgegebenen ersten Gradientenschwellenwert übersteigt und/oder wobei eine Fahrstufenhochschaltung erkannt wird, wenn der Gradient der Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) einen vorgegebenen zweiten Gradientenschwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei einem geöffneten Antriebsstrang durch ein erstes Signal signalisiert wird, dass eine Motordrehzahl und eine Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) nicht synchronisiert sind, und bei einem geöffneten Antriebsstrang durch ein zweites Signal signalisiert wird, dass die Motordrehzahl und eine Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) synchronisiert sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Signal eine visuelle Anzeige, insbesondere in einer ersten Farbe, und das zweite Signal eine weitere oder dieselbe visuelle Anzeige, insbesondere in einer zweiten Farbe, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Drehzahlregelung abgebrochen wird, während der Antriebsmotor (2) von dem Schaltgetriebe (5) entkoppelt ist, wenn eine Abbruchbedingung vorliegt, insbesondere wenn die Zeitdauer, während der Antriebsstrang geöffnet ist, einen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei unmittelbar nach dem Öffnen des Antriebsstrangs eine Zylinderfüllung erhöht wird.
Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebssystems (1) mit einem Antriebsmotor (2) und einem Schaltgetriebe (5), wobei der Antriebsmotor (2) über eine Kupplung (4) mit dem Schaltgetriebe (5) verbunden ist, wobei die Kupplung (4) zum Öffnen und Schließen eines Antriebsstrangs des Antriebssystems (1) dient, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um: – eine Drehzahlregelung für den Antriebsmotor (2) zu aktivieren, wenn der Antriebsstrang geöffnet wird, wobei der Drehzahlregelung eine einzuregelnde Solldrehzahl (n_soll) vorgegeben wird, die von einer einzustellenden Fahrstufe abhängt; und – die Solldrehzahl (n_soll) abhängig von einem während des Verlassens einer Neutralgangposition des Schaltgetriebes (5) auftretenden Gradienten einer Getriebeeingangsdrehzahl (n_{Tra_in}) einzustellen.
Antriebssystem (1), umfassend: – einen Antriebsmotor (2); – ein Schaltgetriebe (5); – eine Kupplung (4), über die der Antriebsmotor (2) mit dem Schaltgetriebe (5) koppelbar ist; – eine Motorsteuereinheit (10) zum Ansteuern des Antriebsmotor (2); – eine Vorrichtung nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit durchgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.