DE19727044A1

DE19727044A1 - Steuerung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19727044A1
Application number: DE19727044A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Graf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-02-04
Also published as: GB2326682B; GB9813213D0; FR2765160B1; JP3375123B2; US6128564A; FR2765160A1; GB2326682A; JPH1170825A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (Antriebsstrangsteuerung) nach dem Ober begriff von Anspruch 1.

Herkömmliche Getriebe- und Motorsteuerungen bewirken durch Verändern des Zündwinkels eine Verringerung des Motordrehmo ments mit dem Ziel, den Schaltkomfort zu verbessern und die Beanspruchung des Getriebes zu verringern (DE 29 35 916 C2 und DE 29 34 477 C3). Dies wird vor allem bei den bisher üb lichen Standard-Automatikgetrieben, die Planetensätze enthal ten, realisiert. Die Getriebesteuerung übermittelt einen re lativen Betrag der Drehmomentreduktion, gemäß dem der Zünd winkel des Motors nach spät verstellt wird.

Bei einer anderen bekannten Antriebsstrangsteuerung übermit telt die Getriebesteuerung an die Motorsteuerung einen An teil, um den das (unkorrigierte) Motordrehmoment, das an der Eingangswelle des Getriebes anliegt, zu verändern ist. Dabei ist die Getriebesteuerung dieses unkorrigierte Motordrehmo ment bekannt, da sie es entweder selbst berechnet oder es ihr von der Motorsteuerung über eine Kommunikationsleitung zuge sandt wird (EP 0 518 855 B1). Die Getriebesteuerung muß dabei keine motorspezifischen Daten enthalten, um eine Drehmomen treduktion in einen Zündungseingriff, oder in einen Eingriff in die Einspritzung oder die Ventilsteuerung, umzurechnen. Die Umrechnung erfolgt in der Motorsteuerung. Dadurch werden die erforderlichen Varianten der Getriebesteuerung erheblich verkleinert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebs strangsteuerung zu schaffen, bei der über eine Schnittstelle zwischen der Getriebesteuerung und der Motorsteuerung nur die erforderliche Motormomentreduktion betreffende physikalisch dimensionierte Beschreibungsgrößen ausgetauscht werden müs sen. Die Getriebesteuerung legt dabei das Verhalten des Mo torsystems auf der Basis eines verallgemeinerten Modells fest. Dieses beschreibt das von der Getriebesteuerung gefor derte Verhalten an den Systemgrenzen Motor-Getriebe (Motor abtriebswelle) eindeutig, ohne sich auf die technische Rea lisierung im Motorsystem zu beziehen. Die praktische Ausfüh rung eines Motoreingriffs obliegt allein der Motorsteuerung. Diese legt fest, ob ein Zündungseingriff zu erfolgen hat, oder ob die Menge des eingespritzten Kraftstoffs reduziert wird oder ob die Ventilsteuerzeiten oder Ventilcharakteristi ken verändert oder ob der Motor über die Drosselklappe ge steuert werden soll. Die Motorsteuerung allein steuert auch alle dazu erforderlichen Aktoren.

Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem in der vollstän digen Unabhängigkeit der Getriebesteuerung von der jeweils verwendeten Motorsteuerung und in der sich daraus ergebenden freien Kombinierbarkeit. Die Anzahl der Varianten der Getrie besteuerung reduziert sich auf ein Minimum.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Antriebsstrangsteuerung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine anderes Beispiel einer Antriebsstrangsteuerung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Motorsteuerung des Antriebsstrangs nach Fig. 1;

Fig. 4 bis 6 Diagramme, die den zeitlichen Verlauf von Be triebsgrößen eines Kraftfahrzeugs und in der An triebsstrangsteuerung nach Fig. 1 übertragene Steuersignale darstellen;

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs mit mehreren Hochschaltungen des Ge triebes, und

Fig. 8 den zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs und ein weiteres in der Antriebs strangsteuerung nach Fig. 1 übertragenes Steuersi gnal.

Eine schematisch dargestellte Antriebsstrangsteuerung 1 eines Kraftfahrzeugs enthält eine elektronische Motorsteuerung (abgekürzt: EMS) 2 und eine elektronische Getriebesteuerung (EGS) 3, die untereinander über eine Schnittstelle 4 kommuni zieren, indem sie Daten über Betriebsgrößen des Kraftfahr zeugs und Steuersignale, insbesondere in Form von physikali schen Beschreibungsgrößen, untereinander austauschen (Fig. 1).

Die Motorsteuerung 2 empfängt Signale von einem Fahrpedal 6 und sie enthält drei Steuersignalausgaben: eine Signalausgabe 8 für die Drosselklappe, eine Signalausgabe 9 für die Kraft stoffeinspritzung und eine Signalausgabe 10 zum Steuern des Zündwinkels eines hier nicht weiter dargestellten Motors ei nes Kraftfahrzeugs. Über die Signalausgabe 8 wird ein die Drosselklappe des Kraftfahrzeugs betätigender Elektromotor 12 gesteuert. Über die Signalausgaben 9 und 10 werden Aktoren 13 beziehungsweise 14 (die zum Beispiel als piezoelektrische oder induktive Aktoren ausgeführt sind) gesteuert, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge und den Zündwinkel des Motors einstellen.

Die Getriebesteuerung 3 enthält folgende Bestandteile: eine Schaltpunktermittlung 16, die über Leitungen 18, 19 und 20 von der Motorsteuerung 2 Daten über verschiedene Werte des Motordrehmoments (auch: Motormoments) erhält. Über eine Lei tung 21 erhält sie eine Information des von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs vorgegebene Motorsollmoment M_{mot,soll,fahrer} oder aber über die Fahrpedalstellung FP. Über eine Leitung 22 emp fängt die Schaltpunktermittlung 16 die jeweilige Abtriebs drehzahl des Getriebes N_ab, die der Raddrehzahl und damit - in einem vorgegebenen Verhältnis - der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs entspricht. Über eine sich verzweigende Si gnalleitung 23, 24 sendet die Schaltpunktermittlung einen Schaltbefehl an eine Schaltablaufsteuerung 26 und an eine er ste Entscheidungsschaltung 27 sowie eine zweite Entschei dungsschaltung 28. Diese beiden Entscheidungsschaltungen sind durch eine bidirektionale Leitung 29 miteinander verbunden. Die Schaltablaufsteuerung 26 sendet über eine Leitung 30 Steuersignale an die zweite Entscheidungsschaltung 28.

Je drei Signalausgänge der ersten und der zweiten Entschei dungsschaltung 27, 28 sind über Signalleitungen 32 mit An schlüssen eines Schalters 34 verbunden. Der von der Schalt punktsteuerung 16 gesteuerte Schalter 34 verbindet entweder die Ausgänge der ersten Entscheidungsschaltung 27 oder die der zweiten Entscheidungsschaltung 28 mit drei Signalleitun gen oder Kanälen K1, K2 und K3 der die Getriebesteuerung 3 mit der Motorsteuerung 2 verbindenden Schnittstelle 4. Ge steuert oder umgeschaltet wird der Schalter 34 durch die Schaltpunktermittlung 16. Die Leitung 21 und die Leitungen 18 bis 20, soweit diese vorhanden sind, sind ebenfalls Elemente der Schnittstelle 4. Der Schalter 34 kann auch in der Motor steuerung 2 oder in einer hier nicht zeichnerisch dargestell ten, die Motorsteuerung und die Getriebesteuerung enthalten den gemeinsamen Antriebsstrangsteuerung realisiert sein.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsstrangsteuerung 35 sind die zweite Entscheidungs schaltung (28) und der Schalter (34) durch ein Addierglied oder Summationspunkt 38 ersetzt (Fig. 2). Zwei Ausgänge der Schaltablaufssteuerung 26 sind direkt mit dem ersten Kanal K1 und dem zweiten Kanal K2 der Schnittstelle 4 verbunden. Ein dritter Ausgang der Schaltablaufsteuerung 26 ist durch eine Leitung 37 mit einem Eingang eines Addiergliedes 38 verbun den. Ein Ausgang der ersten Entscheidungsschaltung 27 ist mit dem anderen Eingang des Addiergliedes 38 verbunden. Die Schaltablaufsteuerung 26 übermittelt über die Leitung 37, das Addierglied 38 und den Kanal K3 an die Motorsteuerung 2 die Amplitude oder Intensität der Verstellung des Motordrehmo ments.

Das Addierglied 38 kann auch in der Motorsteuerung 2 oder in einer gemeinsamen übergeordneten Antriebsstrangsteuerung rea lisiert sein. Die Antriebsstrangsteuerung 35 ist einfacher als das Ausführungsbeispiel von Fig. 1, allerdings ist hier keine Umschaltung zwischen zwei Betriebsmodi "keine Schal tung" und "Schaltung" möglich. Alle anderen Bestandteile der Antriebsstrangsteuerung 35 entsprechen denen der Antriebs strangsteuerung 1, sie weisen deshalb die gleichen Bezugszei chen auf.

Die Motorsteuerung 2 ist in Fig. 3 in Form von Funktions blöcken dargestellt. Wesentlich für die Kommunikation mit der Getriebesteuerung ist ein Funktionsblock "Motordrehmoment modell" 40, das über die Leitungen K1 bis K3 die physikali schen Beschreibungsgrößen empfängt, die die Getriebesteuerung erzeugen kann, ohne Einzelheiten der Motorsteuerung zu kennen und die andererseits zusammen mit den über das Fahrpedal 6 eingegebenen Wünschen oder Befehlen des Fahrers genügen, um den Motor zu steuern. Über die Leitungen 18 bis 20 sendet das Motordrehmomentmodell diejenigen Daten über das Motordrehmo ment aus, die die Getriebesteuerung für ihren Betrieb und für die Zusammenarbeit mit der Motorsteuerung 2 benötigt. Das Fahrpedal 6 wirkt bei fortschrittlichen Antriebsstrangsteue rungen nicht mehr direkt auf die Drosselklappe ein, sondern ist an eine elektronische Motorleistungsregelung 41 ange schlossen, die den Fahrerwunsch M_{mot,soll,fahrer} erfaßt.

In einem Summationspunkt Ober Addierglied 42 wird das Aus gangssignal der Motorleistungsregelung 41 mit dem über eine Leitung 44, zum Beispiel von einem Kennfeld übermittelten, Verlustdrehmoment und einer über den Kanal K3 von der Getrie besteuerung übermittelten Dimensionierung eines Motorein griffs (auf die noch eingegangen wird) zusammengefaßt und als Motorsollmoment M_mot,soll an das Motordrehmomentmodell 40 über mittelt.

Verknüpfungen mit Fahrdynamik-Steuerungen (ABS, TCS, VDS) finden in ebenfalls in dem Funktionsblock 40 statt (ebenfalls auf der Grundlage einer angeforderten Beeinflussung des Mo tordrehmoments, sind aber nicht weiter ausgeführt). Das Aus gangssignal des Funktionsblocks 40 wird an einen Funktions block Stellgrößendetermination 46 übermittelt, in dem ent schieden wird, wie die Verstellung des Motordrehmomentes um gesetzt wird. Entsprechend werden die Ausgangssignale der Stellgrößendetermination entweder einem Funktionsblock "langsamer Pfad" 47 und von dort an den Antrieb der Drossel klappe 12 und an Aktoren 13 für die Einspritzzeit, oder aber einem Funktionsblock "schneller Pfad" 48 und von dort an das Stellglied 14 für den Zündwinkel übermittelt (beim Ottomo tor). Die beiden Pfade verhalten sich dabei koordiniert zu einander sowohl im Betrieb ohne jegliche externe Eingriffe als auch bei Anforderungen externer Einheiten wie Getriebe steuerung, was zum Beispiel erlaubt, Abgasemissionen immer möglichst gering zu halten (im Gegensatz zu externen Eingrif fen, die direkt bestimmte Aktoren beeinflussen).

Ein den Motorzustand wiedergebender Funktionsblock 49, der Informationen von einer Reihe von Sensoren und Stellgliedern, die hier da bekannt nicht dargestellt sind, empfängt, tauscht Daten mit dem Funktionsblock Motordrehmomentmodell 40, dem Funktionsblock Stellgrößendetermination 41 und den Funktions blöcken 47 und 48 aus. Des weiteren wird die Motorsteuerung auch durch eine im vorliegenden Zusammenhang nicht weiter in teressierende Abgasregelung 46 beeinflußt.

Die Funktion der Antriebsstrangsteuerungen 1 und 35 wird nun mit Hilfe der Diagramme der Fig. 3 bis 8 in einzelnen er läutert. Wie bereits erwähnt, muß die Getriebesteuerung 3 kei ne motorspezifischen Daten enthalten, um eine anzufordernde Drehmomentreduktion zum Beispiel in einen Zündungseingriff umzurechnen. Nicht nur ein Zündungseingriff (im folgenden als Methode A bezeichnet) wird sinnvollerweise durch die Motor steuerung 2 realisiert. Wegen der Einflüsse eines Zündungs eingriffs auf die Abgaszusammensetzung und -temperatur (diese wird erhöht) kommt er nur für begrenzte Zeit in Frage, außer dem ermöglicht er nur eine Reduktion und keine Erhöhung des Motordrehmomentes zu. Andererseits ist seine Ansprechzeit sehr kurz.

Alternative Eingriffsarten sind:

- eine Reduktion der Einspritzmenge (auch beim Dieselmotor) bis hin zur Zylinderabschaltung (Methode B),
- eine Veränderung der Ventilsteuerzeiten und/oder -charakteristiken (Einlaß- oder Einspritzventile): diese stellt eine Alternative zur Beeinflussung der Motorleistung und damit des Motordrehmoments zur Drosselklappe dar (Methode C), und
- eine Beeinflussung des Motors über die Drosselklappe (beim Ottomotor) (Methode D).

Die Methoden B und D sind etwas träger als Zündungseingriff (bei D erfolgt ein Ansprechen nach ca. 200 ms), dafür ist aber die potentielle Eingriffstiefe (Verstellbereich) größer und es läßt sich damit das Motordrehmoment falls erforderlich auch erhöhen. Entsprechende Zustände des Getriebes für derar tige Motoreingriffe werden nachfolgend noch erklärt. Da die Motorsteuerung keine Information über den Getriebezustand vorliegen hat, ist es zweckmäßig, wenn die Getriebesteuerung die Art des Eingriffs vorgibt, da sie dazu erforderliche Dy namik, Dauer und Intensität (unter Umständen vorbereitend) festlegen kann. Dies geschieht durch zusätzliche Daten ("Spezifikation des Eingriffs"), die über den Informations- Kanal K1 (Fig. 1-3) von der Getriebesteuerung 3 an die Motorsteuerung 2 übermittelt werden, die folgende Informatio nen (alternativ) einschließen:

(1.) Spezifikation des Übertragungsverhaltens des Systems Mo torsteuerung - Motor zwischen der Schnittstelle zur Motor steuerung und der Ausgangswelle des Motors, und zwar in Form einer bekannten regelungstechnischen Struktur, zum Beispiel eines Filters 1 Ordnung mit definierter Zeitkonstante (modellbasiert).

Dabei kann der Filtertyp auch festgelegt sein. Die Ge triebesteuerung 3 sendet in diesem Fall eine Information über die Zeitkonstante τ des Filters aus. Dies bedeutet, daß ein schneller Eingriff über eine kleine Zeitkonstante parametriert (das heißt festgelegt oder kodiert) wird, die von dem System Motorsteuerung - Motor somit nicht über schritten werden darf.
Beispiele:
τ= 20 ms =< EMS aktiviert Zündungseingriff,
τ = 200 ms =< EMS aktiviert Drosselklappenein griff.

(2.) Die Getriebesteuerung kann auch die Art des Eingriffs direkt spezifizieren, und zwar gemäß der gemäß Methoden A bis C, einschließlich Zündungseingriff.

Der Vorteil der (auf einem Verhaltensmodell basierten) Lösung (1.) liegt in einer gewissen Freiheit der Entschei dung bei der Wahl der Eingriffsmittel durch die Motorsteue rung. Dies ist nützlich, wenn das Getriebesystem mit mehre ren Motortypen kombiniert wird, die - aus technischen Grün den - nicht über einheitliche Eingriffsarten verfügen (klassische Beispiele: Benzin- und Dieselmotor.)

Der Standardfall des getriebeseitigen Motoreingriffs wurde bereits erklärt. Durch technische Neuerungen und er höhte Umweltanforderungen (Reduktion von Schadstoffemissio nen und Verbrauch) sind neue Lösungen notwendig, in denen eine verbesserte Kooperation von Motor und Getriebe sinn voll ist, zum Beispiel ein automatisiertes Handschaltge triebe (ASG).

Bei einem Gangwechsel mit dem ASG erfolgt prinzipbedingt eine Zugkraftunterbrechung. Falls das Motordrehmoment un verändert bleibt, wird es zum Erhöhen der Motordrehzahl w_mot "benutzt":

wobei J_mot das Trägheitsmoment an der Kurbelwelle des Motors ist.

Da der Gangwechsel beim ASG unter Umständen länger an dauert und eine große Eingriffstiefe erfordert, ist der Zündungseingriff nur zu Beginn des Schaltvorganges zweck mäßig. Danach wird übergegangen zu einer anderen Ein griffsart wie ein Drosselklappeneingriff (Methode D), um den Anstieg der Emissionen (Stickoxide) bei einem extremen Zündungseingriff zu vermeiden.

Fig. 4 verdeutlicht die Zusammenhänge: Während des Schaltens verringert sich das übertragbare Drehmoment des Getriebes auf 0.

In Fig. 4 sind untereinander die Motordrehzahl N_mot, das Abtriebsmoment (von Getriebe und Kupplung) M_ab, sowie die über die Schnittstellen-Leitungen oder Kanäle K1 und K3 übertragenen Steuersignale als Funktion der Zeit darge stellt.

1. Um ein "Durchgehen" des Motors zu verhindern, wird auf Ka nal KI (siehe Fig. 1 oder 2) durch die Getriebesteuerung 3 der Motoreingriff spezifiziert und auf Kanal 3 dimensio niert (durch Angabe des Drehmomentes, um das augenblickli che Motorausgangsmoment zu reduzieren ist). Ziel ist es, das reale Motordrehmoment an das übertragbare Getriebe- oder Kupplungseingangsmoment anzupassen.

Es ist erkennbar, daß in der ersten Phase der Schaltung ein schnelles Absenken des Motordrehmomentes erfolgen muß (beim Öffnen der Kupplung), zum Beispiel mit einer Zeitkonstante von τ = 20 ms. Während der Gangwechselphase ist ein τ = 200 ms ausreichend; ebenso in der Phase des Einkuppelns. Hier wird das Motordrehmoment "langsam" aufgeregelt und die Motor drehzahl paßt sich dem neuen Übersetzungsverhältnis an.

Die zweite Entscheidungsschaltung 28 aus Fig. 1 übernimmt zum Zeitpunkt t₀ die Führung des Motordrehmomentes, falls ei ne Antriebsstrangsteuerung gemäß dieser Figur vorliegt. Ob liegt dagegen die Führung des Motordrehmomentes außerhalb der Schaltung, das heißt außerhalb eines Schaltvorgangs des Ge triebes, der Motorsteuerung, so fällt das Signal auf Kanal K3 nach dem schaltungsbedingten Eingriff auf null zurück. Dies signalisiert ein "Zurückgeben" der Priorität, was auch mit tels eines anderen diskreten Wertes erfolgen kann. Dies kann bei einem Planetengetriebe in gleicher Weise wie bei einem ASG erfolgen, nur daß dann die in der Figur angedeuteten Pha sen (2) und (3) prinzipbedingt simultan ablaufen.

Bei einem Rückschalten mit Zugkraftunterbrechung kann eine Erhöhung des Motormomentes notwendig sein, um die Motordreh zahl an der neuen Gang oder die neue Übersetzung anzupassen. Dies gilt für alle Stufengetriebe, nicht nur ASG. Begründet werden kann dies mit der Gleichung (I). Fig. 5 zeigt dazu ein Beispiel. Wieder sei ein ASG zugrunde gelegt. Im Prinzip exi stieren die gleichen Phasen (1) bis (3) wie in Fig. 4. Wäh rend der Phase der Zugkraftunterbrechung wird das Motor drehmoment stark reduziert (siehe die Steuersignale auf Kanal K3): Falls M_mot ohne Eingriff gleich 80 Nm ist, so folgt eine Reduktion auf 20 Nm. Um aber bei der vorliegenden Rückschal tung den Anpassungsvorgang der Motordrehzahl an ein höheres Niveau zu beschleunigen - Synchronisationsphase (2a) -, wird mittels eines Signals oder Datums auf Kanal K3 das Soll- Motordrehmoment auf 40 Nm erhöht. Damit wird die Synchronisa tion auf den neuen Zielgang beschleunigt. Unter Umständen kann die Getriebekonstruktion dadurch vereinfacht werden (Synchronringe können entfallen).

Um ein schnelles Ansprechen des Motors auf eine Anforderung der EGS zur Drehmomenterhöhung sicherzustellen, wird diese der EMS "vorbereitend" mitgeteilt. Es kann dann zunächst ein "schneller" reduzierender Eingriff (zum Beispiel über den Zündwinkel) mit einem momentenerhöhenden Eingriff kombiniert werden, wobei sich diese zunächst gegenseitig aufheben. Erst wenn das schnelle Erhöhen des Motordrehmoments erfolgen muß, wird der schnell wirksame reduzierende Motoreingriff aufgeho ben. Auch dies läßt sich mit der beschriebenen Schnittstelle gut realisieren.

Allerdings sind dazu Ergänzungen notwendig. Dies kann in der Form geschehen, daß über einen weiteren Informationskanal K2 "vorbereitend" ein Eingriff durch ein Zustandssignal "1" in diziert wird, während auf den Kanälen K1 und K3 der Eingriff von der Getriebesteuerung spezifiziert bzw. dimensioniert wird. Sobald die Getriebesteuerung auf K2 ein Signal ausgibt, wird die Änderung der Zeitkonstante angekündigt.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem die Getriebesteuerung das Motordrehmoment sowohl nach als auch vor der Schaltung steu ert. Erst zu einem Zeitpunkt t₃ wird diese Art der Interven tion beendet. Sie wird weiter unten näher beschrieben.

In der Phase (3) wird das Motordrehmoment auf den Zielwert außerhalb der Schaltung zu dem Zeitpunkt t₂ aufgeregelt, und parallel die Kupplung zu dem Zeitpunkt t₂ geschlossen.

Bei einem Planetengetriebe sind häufig die Phasen (2) und (3) prinzipbedingt untrennbar miteinander verbunden. Dagegen fin det der Gangwechsel bei einem ASG nach dem Klauen- oder Rat schenprinzip in der Phase (2), (2a) statt. Phase (3) dient dem Anpassen der Motordrehzahl an die neue Übersetzung. Phase (3) ist komfortrelevant; es ist dazu wichtig, daß die Kupp lung (dosiert) schlupft.

Die Phase (4) dient dazu, den Verlauf des Abtriebsdrehmoments aus Komfortgründen kontinuierlicher zu gestalten. Es liegt in der mechanischen Konstruktion von automatisierten Handschalt getrieben ASG begründet, daß beim Schalten eine völlige Zug kraftunterbrechung stattfindet (zum Teil auch bei Planetenge trieben). Diese Zugkraftunterbrechung fällt dem Fahrer umso mehr bei der Rückschaltung auf, als das Abtriebsmoment in dem kleineren Gang durch die neue Übersetzung erhöht wird. Unter der Voraussetzung, daß die Anforderung des Fahrers M_{mot,soll,fahrer} signifikant positiv bleibt, wird dieses zu der Zeit t₂ bis t₃ korrigiert:

M_mot,soll(t) = M_{mot,soll,fahrer}(t) + M_kor(t) (II).

Der Korrekturterm hat aus Gründen der Allgemeingültigkeit ein positives Vorzeichen, wird aber bei der Rückschaltung subtra hiert.

Die Phase (4) wird weiter unten ebenfalls detailliert er klärt.

Fig. 6 zeigt die Motordrehzahl N_mot und die Steuersignale bei einem sogen. CVT-Getriebe (CVT = Continuous Variable Trans mission. Bei einem solchen Getriebe tritt der Effekt auf, daß durch einen schnellen und großen Wechsel der Übersetzung we gen der in diesem Fall notwendigen relativ großen Verstell energie ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist (für das hydraulische Verstellsystem der Kegelscheiben). Um dabei ei nen Abfall des Getriebeausgangsmomentes zu vermeiden (was be sonders bei angeforderter Beschleunigung störend ist), wird der kurzzeitige zusätzliche Drehmomentbedarf durch eine ent sprechende Anforderung der Getriebesteuerung ausgeglichen.

Aus Fig. 6 ist der zeitliche Ablauf ersichtlich. Zum Zeit punkt t₀ wird ein Signal auf dem Kanal K2 auf den Wert "1" gesetzt, um einen schnellen (τ = 20m) , das Motordrehmoment erhöhenden Motoreingriff vorzubereiten. Dabei wird zum Bei spiel bei einem Benzinmotor die Zündung auf einen drehmomen treduzierenden Wert gesetzt, aber gleichzeitig die Drossel klappe geöffnet. Zur Dimensionierung des Motoreingriffs dient die Information auf Kanal K3. Ausgelöst wird der drehmomen terhöhende Eingriff durch den Wechsel auf dem Kanal K3 ab dem Zeitpunkt t₁, und zwar durch Ausgabe eines Signals "+40 Nm". Auf Kanal K2 wird die anstehende "schnelle" Drehmomentanfor derung angekündigt.

Wurden bisher nur Vorgänge während eines Gangwechsels und Auswirkungen auf die Schnittstelle 4 zwischen Motor- und Ge triebesteuerung beschrieben, so soll jetzt auch auf die Be einflussung des Motors durch die Getriebesteuerung außerhalb eines Gangwechsels eingegangen werden. Ein Getriebe bewirkt nach dem Gangwechsel bei eine Hochschaltung eine Reduktion des Getriebeausgangsmomentes und damit letztlich des Radmo mentes:

dM_ab = M_mot,ist(t₀)*i₀ - M_mot,ist(t₂)*i₁ (III)

hierin ist i die Übersetzung des Getriebes.

Nicht berücksichtigt ist dabei der Einfluß eines Drehmoment wandlers.

Siehe hierzu die durchgezogenen Linie in Fig. 8. Dieses Ver halten führt bei einem konventionellen Antriebssteuerungssy stem zu einer Verschlechterung der Fahrbarkeit eines Kraft fahrzeugs, da dadurch die Beschleunigung reduziert wird. Zu dem muß bei der Auslegung der Schaltpunkte darauf Rücksicht genommen werden. Das hat zur Folge, daß die Abstimmung der Schaltpunkte in Betriebsbereiche des Motors gelegt wird, die eine geringere Effizienz und somit höheren Kraftstoffkonsum bewirken. Grund hierfür ist, zu vermeiden, daß der Fahrer nach dem Hochschalten den Verlust an Radmoment durch eine Er höhung der Drosselklappenöffnung ausgleichen muß, wie es der Fall wäre, würde man die Schaltpunkte strikt nach Grundsätzen der Effizienz auslegen. Diese Art der Intervention würde man eher als unkomfortabel betrachten aus Sicht des Fahrers.

Eine andere Situation ist das Befahren einer Steigung. Hier macht sich der Verlust an Antriebsdrehmoment nach dem Hoch schalten besonders störend bemerkbar, möglicherweise auch durch dabei auftretende Schaltpendelungen.

Eine Lösung dieses Widerspruches Effizienz - Komfort ist ei nerseits die konsequente Auslegung der Schaltpunkte nach Kri terien des bestmöglichen Motorwirkungsgrades, andererseits die Motorbeeinflussung zum Vermeiden von Fahrerinterventio nen.

Ein bekannter Lösungsansatz ist die Interpretation des Fahr(Gas)-Pedals als Motor-Soll-Drehmoment, was zum Teil den zur Zeit marktgängigen Steuerungen und deren Verhalten ent spricht, allerdings mit dem wesentlichen zusätzlichem Merk mal, daß das Motordrehmoment für bestimmte Zeit auch nach dem Schalten der Forderung nach konstantem Radmoment sich unter ordnet. Bestimmende Kriterien hierfür sind Fahrzeugbeschleu nigung, Fahrbahnsteigerung, Fahrstil.

Fig. 7, in der die Beschleunigung a_x des Kraftfahrzeugs in Längsrichtung bei beschleunigter Fahrt mit mehreren Hoch schaltungen über der Zeit dargestellt ist, verdeutlicht im Prinzip die Nachteile eines konventionell gesteuerten Systems ohne Motoreingriff nach dem Schalten (durchgezogene Linie). Durch den Umstand, daß bei jeder Hochschaltung das Getriebe ausgangsmoment reduziert wird (Start aus Fahrzeugstillstand), erfährt die Beschleunigung a_x einen Abfall nach jeder Hoch schaltung, der nur durch kompensierendes Eingreifen des Fah rers an die Ideallinie (gepunktet, stetiger Verlauf) herange führt werden kann. Betrachtet man einen stetigen Längsbe schleunigungsverlauf von a_x als ideales Verhalten, so muß die Antriebsstrangsteuerung das Motordrehmoment nach dem Schalten erhöhen, um das Raddrehmoment wie im "alten" Gang zu reprodu zieren.

Dabei ist aus Fig. 7 auch ersichtlich, daß die Fahrzeugbe schleunigung auch bei konstantem Abtriebsmoment abnimmt, da der Fahrwiderstand mit zunehmender Geschwindigkeit zunimmt. In Fig. 7 ist ein Getriebetyp ohne Zugkraftunterbrechung vorausgesetzt wird (Planetengetriebe).

Ein stetiger, gestrichelt dargestellter Verlauf der Beschleu nigung wird mit der Antriebsstrangsteuerung nach Fig. 1 er reicht. In der Getriebesteuerung 3 entscheidet die Schalt punktermittlung 16, ob sich das Getriebe in einem Überset zungswechsel befindet oder nicht, und sie steuert dementspre chend den Motoreingriff mit dem Schalter S.

Bei einem Übersetzungs- oder Gangwechsel wird wie obenstehend erläutert über die Schnittstelle 4 in die Motorsteuerung ein gegriffen. Die erste Entscheidungsschaltung 27 berechnet die Beeinflussung des Motors außerhalb der Schaltung. Beide Ent scheidungsschaltungen empfangen auch die Größen M_mot,ist, M_mot,max und M_mot,min (in Fig. 1 ist dies nicht eingezeichnet). Dabei wird nach einem abgeschlossenem Gangwechsel (in den Fig. 4 und 8: bei t<t₂) bei ASG und Planetengetrieben das Motormoment so erhöht, daß das Abtriebsmoment der Beziehung genügt, die sich aus Fig. 8 ablesen läßt:

M_ab(t₀) = M_ab(t₃) (IV).

Fig. 8 zeigt einen Verlauf des Abtriebsdrehmoments ähnlich dem von Fig. 4 (bei einem konventionellen System mit durch gezogener Linie). Die gepunktete Linie zeigt den Eingriff mit dem Ziel, nach dem Schalten die gleiche Beschleunigung a_x wieder zu erreichen wie vor dem Schalten. Dies geschieht durch einen das Motordrehmoment erhöhenden Eingriff nach dem Zeitpunkt t₁ auf dem Kanal K3. Der positive Betrag M_kor auf dieser Leitung wird dabei an die jeweilige Fahrsituation an gepaßt. So kann bei großer Beschleunigung oder sportlicher Fahrweise der positive Wert M_kor tendenziell größer ausfallen als im unbeschleunigten Fall.

M_mot,soll(t) = M_{mot,soll,fahrer}(t) + M_kor (V).

Um den Motorwirkungsgrad zu erhöhen, ist es sinnvoll, Schal tungen im unteren Lastbereich bei relativ kleinen Fahrzeugge schwindigkeiten früh auszuführen, um, durch Anheben des Mo tordrehmoments nach dem Schalten durch die Getriebesteuerung mit M_kor, den Motor in einen effizienteren Betriebsbereich zu bringen.

Der Zeitpunkt t₃ in Fig. 8 ist frei wählbar. Beim ASG wird man diesen Punkt nach deutlich später als t₂ verlegen (t₃»t₂), um die Zugkraftunterbrechung nicht noch stärker spürbar werden zu lassen.

Der Zeitpunkt t₄ soll ebenfalls frei wählbar sein (erhöhender Eingriff abgeklungen).

Bei einem Planetengetriebe kann t₂ sich an das Schaltungsende direkt anschließen. Läßt die Schaltqualität dies zu (wegen Lastwechsel), kann t₂ sogar in die Schaltung hineinfallen. Die folgende Rechnung soll den maximalen Betrag von M_kor(t₃) ermitteln.

M_{mot,soll,fahrer}(t₃) = M_{mot,soll,fahrer}(t₀) (VI).

Nur unter dieser Bedingung gilt auch Gleichung (IV), um ein dem Fahrer unplausibles Verhalten des Fahrzeugs, zu vermei den.

Aus Gleichung (IV) folgt (keine Unterscheidung zwischen dem Soll- und dem Istwert)

i₁*M_mot(t₀) = i₂*M_mot(t₃)

und hieraus ergibt sich

M_mot(t₃) = i₁/i₂*M_mot(t₀) (VII)

Gleichung (VII) in (V) eingesetzt:

Annahme: M_mot(t₃) = M_mot,soll(t₃).

Es wird vorausgesetzt, daß mittels des Motordrehmomentmodells gemäß Fig. 3 das geforderte Drehmoment M_mot,soll reproduziert werden kann.

Auch wird in Gleichung (VI) vorausgesetzt, daß M_kor(t₀) = 0.

M_kor(t₃) = M_{mot,soll,fahrer}(t₃)*i₁/i₂-M_{mot,soll,fahrer}(t₃)
M_kor(t₃) = M_{mot,soll,fahrer}(t₃)*(i₁/i₂-1) (VIII).

Dieser Ausdruck beschreibt den maximalen Eingriff nach dem Schaltungsende oder nach Ende des schaltungsbedingten Mo toreingriffs. Für eine Rückschaltung nach Fig. 5 gilt der gleiche Ausdruck ab dem Zeitpunkt t₂. M_kor(t₂) nimmt in diesem Fall einen negativen Wert an (siehe auch Formel (II)) .

Allgemein läßt sich für eine Hochschaltung formulieren:

M_kor(t) ≦ M_{mot,soll,fahrer}(t)*(i₁/i₂-1)*k(t)

mit (t₄≧t≧t₂) gemäß Fig. 8.

Für eine Rückschaltung:

M_kor(t) ≧ M_{mot,soll,fahrer}(t)*(i₁/i₂-1)*k(t)

mit (t₃≧t≧t₂) gemäß Fig. 5.

k(t) ist eine beliebige Funktion, die ein Auf- oder Abklingen des Motoreingriffs außerhalb von Schaltungen bewirkt. k(t) ist außerdem allgemein unabhängig von Betriebsparametern und den Fahrzustand kennzeichnenden Größen wie Fahrzeuggeschwindig keit, -beschleunigung, Fahrbahnsteigung, Fahrstil, Fahrstra tegie und Schaltungsart. Beispiele hierfür sind:

- Liegt eine fahrleistungsorientierte Fahrweise vor, so wird das Maximum von k(t) größer ausfallen, d. h. M_ab wird deut lich nach dem Hochschalten angehoben. Dies ist auch bei ei nem intensiven Beschleunigungsvorgang nützlich (siehe auch Fig. 7).
- Liegt eine Bergauffahrt vor, so wird das Maximum von k(t) ebenfalls größer ausfallen, d. h. M_ab wird deutlich nach dem Hochschalten angehoben. Dies verhindert das sogenannte "Schaltpendeln". Dies kommt zustande, wenn nach dem Hoch schalten das Fahrzeug verzögert, der Fahrer demzufolge das Fahrpedal stärker niederdrückt, daraufhin eine Rückschal tung erfolgt, der Fahrer das Fahrpedal wieder zurücknimmt, worauf eine Hochschaltung erfolgt usw.
- Erkennt die Getriebesteuerung eine ruhige Fahrweise, so ist k(t) sehr klein bis 0, d. h. ein korrigierender Eingriff findet beim Hochschalten nicht statt. Dies dient wiederum dem Schaltkomfort (besonders beim ASG), wenn wie im Falle von Fig. 8 eine Zugkraftunterbrechung-vorliegt. Diese ist dann nicht sehr deutlich wahrnehmbar. Gleiches gilt für ei ne unbeschleunigte Fahrt (keine Bergauffahrt).
- Wird der Motor nahe an der Vollastlinie betrieben, d. h. ei ne Erhöhung des Motormoments ist nicht möglich (angezeigt über M_mot,max), so muß der Korrekturterm k(t) daran angepaßt oder begrenzt werden.
- Rückschaltungen: Ein Verhalten wie aus Fig. 5 ersichtlich ist grundsätzlich sinnvoll, d. h. k(t) wird zum Zeitpunkt t₂ zunächst einen großen Wert (circa 1) annehmen oder einen derartigen Wert, daß kein diskontinuierlicher Verlauf des Signals M_kor auf dem Kanal K3 entsteht (Vermeidung eines Drehmomentsprungs). Zum Zeitpunkt t₃ sei k(t)=0, d. h. M_mot,soll entspricht wieder dem Signal M_{mot,soll,fahrer}. Abhängig von dem Fahrstil kann t₃ festgelegt werden: t₃ wird bei ruhiger Fahrweise später gesetzt (Komfortbetonung), bei sportlicher hingegen wird M_mot,soll sehr schnell auf den Endwert M_{mot,soll,fahrer} hochgefahren (zum Beispiel bei einer Rückschaltung zum Über holen), um die erforderliche Fahrleistung sicherzustellen.

Die Zeitpunkte t₂, t₃, t₄ (der Hoch- oder Rückschaltung) wer den von dem Funktionsblock 27 berechnet (Fig. 2). Ver lustdrehmomente durch Drehmomentsenken wie Klimakompressor, Lichtmaschine, hydraulische Pumpen (von Getriebe, Servolen kung) werden kompensiert, um ein für den Fahrer gleichförmi ges Verhalten des Antriebsstrangs zu sichern.

Weiterhin ist es nützlich, daß die Eingriffe auf M_mot,soll von Seiten der Motorsteuerung 2 und der Getriebesteuerung 3 wech selseitig überwacht werden, zum Beispiel durch redundante Al gorithmen, um ein unbeabsichtigtes Beschleunigen des Kraft fahrzeugs zu vermeiden.

Claims

1. Antriebsstrangsteuerung (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem Motor und einem automatischen Getriebe, die versehen ist mit

- einer Motorsteuerung (2), durch die das Drehmoment des Mo tors beeinflussende Größen gesteuert werden, und
- einer Getriebesteuerung (3), durch die die Schaltvorgänge des automatischen Getriebes gesteuert werden und durch die der Motorsteuerung (2) ein Eingriffssignal übermittelt wird, durch das komfortable Schaltungen ermöglicht werden,
dadurch gekennzeichnet,
- daß von der Getriebesteuerung (3) über eine Schnittstelle (4) an die Motorsteuerung (2) Daten (τ, M_kor) übermittelt werden, durch die die Größe und der zeitlich Verlauf des Motordrehmoments laufend gesteuert werden.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Getriebesteuerung (3) durch die übermittelten Daten (τ) das dynamische Verhalten des Motordrehmoments beim Schalten des Getriebes gesteuert wird.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Getriebesteuerung (3) durch die übermittelten Daten (τ) das Motordrehmoment außerhalb eines Schaltvorgangs festgelegt wird.

4. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Getriebesteuerung (3) durch die übermittelten Daten (M_kor) das Motordrehmoment nach einer Schaltung fahrsituati onsabhängig derart erhöht wird, daß das Abtriebsdrehmoment des Getriebes nach der Schaltung etwa gleich dem Abtriebs drehmoment vor der Schaltung ist.

5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle zwischen der Motorsteuerung (2) und der Getrie besteuerung (3) aufweist einen ersten Kanal (K1), über den Da ten (τ) übertragen werden, die die Art des Motoreingriffs spezifizieren, und einen zweiten Kanal (K3), über den Daten übertragen (M_kor) werden, die die Amplitude des Motorein griffs dimensionieren.

6. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle zwischen der Motorsteuerung (2) und der Getrie besteuerung (3) aufweist einen ersten Kanal (K1), über den Da ten (τ) übertragen werden, die einen Motoreingriff vorgegebe ner Art parametrieren, und einen zweiten Kanal (K3) , über den Daten übertragen (M_kor) werden, die die Amplitude des Mo toreingriffs dimensionieren.

7. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle zwischen der Motorsteuerung (2) und der Getrie besteuerung (3) einen dritten Kanal (K2) aufweist, über den Daten ("1") übertragen werden, die den Motoreingriff vorbe reitend aktivieren.