DE19733472A1 - Verfahren zur Verhinderung von Ruckelschwingungen beim positiven und negativen Beschleunigen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung von Ruc­ kelschwingungen (Triebstrangschwingungen) beim positiven und negativen Beschleunigen von Kraftfahrzeugen mit Handschaltge­ trieben und mit einem auf einen Antriebsmotor einwirkenden Fahrpedal zur Vorgabe des Motormoments.

Betätigt der Fahrer eines Kraftfahrzeuges das Fahrpedal zu ei­ nem Zeitpunkt t₀, so erhöht sich die Fahrzeugbeschleunigung in Abhängigkeit der Fahrpedalbewegung F bzw. des Fahrpedalhubes von einem Ausgangswert a₀ auf einen neuen Stationärwert a₁. Dieser neuen Stationärbeschleunigung a₁ ist gemäß Fig. 1 eine abklingende Schwingung überlagert, welche der Fahrer als Ruc­ kelschwingung bzw. Ruckeln empfindet. Ursache dieser Schwingung ist die Energieeinleitung in das Zwei-Massen-Schwingungssystem Motor-Triebstrang-Karosse, d. h. die Karosse schwingt verbunden über die "Torsionsfeder" Triebstrang gegen den Motor. Ein ver­ gleichbarer Effekt ergibt sich, wenn der Fahrer den Fahrpedal­ hub schnell reduziert.

Dieses Ruckeln stellt eine deutliche Komforteinbuße dar und führt häufig zu Kundenbeanstandungen, die mit entsprechenden Kosten verbunden sind.

Um das Ruckeln zu verhindern oder zumindest zu verringern ist es bekannt, die Ruckelschwingungen durch phasenrichtiges Redu­ zieren und Erhöhen des Motormoments (Gegenkopplung) zu bedämp­ fen. Die Reduktion des Motormoments erfolgt beispielsweise durch Spätverschiebung des Zündwinkels. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß der Motoreingriff durch die er­ ste Ruckelschwingung getriggert wird, wodurch die erste Ruckel­ schwingung unvermeidbar ist. Weiterhin sind Zündungseingriffe regelmäßig mit Emissionsverschlechterungen verbunden. Schließ­ lich eignet sich dieses Verfahren nur für das sogenannte Zug­ ruckeln, da über Zündungseingriffe das Motormoment nicht über­ höht werden kann, d. h. Schubruckeln nicht bedämpft werden kann.

Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, die Fahrervor­ gabe, also die Fahrpedalbewegung zu bedämpfen, so daß bei­ spielsweise die Drosselklappe mit geringerer Geschwindigkeit geöffnet wird, als durch das Fahrpedal vorgegeben. Hierdurch verschlechtert sich allerdings das Ansprechverhalten des Fahr­ zeuges spürbar, was ebenfalls häufig zu Kundenbeanstandungen führt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Verhinderung von Ruckelschwingungen der eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch das Ruckelschwingungen in allen Betriebszuständen wirksam verhindert werden können, ohne daß sich das Ansprechverhalten des Fahrzeugs merklich ver­ schlechtert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei ei­ ner Fahrpedalvorgabe zur sprungartigen Änderung des Motormo­ ments von einem Ausgangsmoment zu einem Zielmoment dieses Mo­ tormoment in zwei Stufen verändert wird, wobei in der ersten Stufe sprungartig ein Zwischenmotormoment vorgegeben wird, das ausgehend von einem Ausgangswert der Fahrzeugbeschleunigung zu einer Fahrzeugbeschleunigung führt, deren erste sich einstel­ lende Schwingung einen Scheitelwert besitzt, der dem neuen dem Zielmoment entsprechenden Stationärwert der Fahrzeugbeschleuni­ gung entspricht, und daß in der zweiten Stufe bei Erreichen dieses Scheitelwertes sprungartig das Zielmoment vorgegeben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Nachteile der be­ kannten Verfahren, d. h. es ist kein Zündungseingriff erforder­ lich, der zu Emissionsverschlechterungen führen könnte, bereits die erste Ruckelschwingung wird verhindert, da sie keine Trig­ gerfunktion mehr ausübt, das Ruckeln kann in allen Betriebszu­ ständen verhindert werden und das Ansprechverhalten des Fahr­ zeuges bleibt nahezu unverändert erhalten, da keine Bedämpfung der Fahrpedalbewegung erforderlich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im An­ spruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.

Die Stufendauer der ersten Stufe und das Zwischenmotormoment wird in vorteilhafter Weise anhand eines Algorithmus und/oder eines Festwertspeicherinhaltes oder Kennfeldes wenigstens in Abhängigkeit der aktuellen Getriebeübersetzung, der Eigenfre­ quenz der Schwingungsanordnung Motor-Triebstrang-Karosse und des Hubes der Fahrpedalbewegung oder des Hubes des angeforder­ ten Drehmoments eingestellt. Somit kommt das erfindungsgemäße Verfahren mit der ohnehin vorhandenen Hardware, insbesondere mit den ohnehin vorhandenen Sensoren aus.

Diese Einstellung kann weiterhin in Abhängigkeit des aktuellen Torsionszustandes des Triebstranges und/oder in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Fahrpedals erfolgen.

Die Eigenfrequenz der Schwingungsanordnung Motor-Triebstrang-Karosse wird zweckmäßigerweise während des Fahrzeugbetriebs er­ faßt, wobei die im Festwertspeicher oder Kennfeld abgelegten Eigenfrequenzwerte ständig durch die gemessenen Eigenfre­ quenzwerte adaptiert werden. Hierdurch können z. B. Serien­ streuungen und Veränderungen über die Fahrzeuglebensdauer be­ rücksichtigt werden.

Da merkbares Ruckeln erst ab einer vorgebbaren Geschwindigkeit der Pedalbewegung oder ab einem vorgebbaren Pedalhub auftritt, wird die zwei-stufige Veränderung des Motormoments erst ab ei­ ner vorgebbaren Geschwindigkeit und/oder ab einem vorgebbaren Hub der Pedalbewegung durchgeführt.

Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des Auftretens von Ruckelschwingungen bei herkömmlichen Systemen und

Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens, das Ruckelschwingungen vermeidet.

Das Auftreten von Ruckelschwingungen gemäß Fig. 1 wurde be­ reits eingangs im Zusammenhang mit bekannten Verfahren zur Ver­ meidung von Ruckelschwingungen erläutert.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer Betätigung des Fahrpedals F zum Zeitpunkt t₀ (untere gestrichelte Linie) das bis zu diesem Zeitpunkt vorgegebene Ausgangsmotormoment M₀ nicht entsprechend der Fahrpedalbetätigung auf das der Betätigung des Fahrpedals entsprechende Zielmoment M₁, sondern lediglich auf ein Zwischenmotormoment M_zw Dieses Zwischenmotormoment M_zw wird so gewählt, daß der erste Scheitelwert des sich bei einem sol­ chen Motorzwischenmoment einstellenden Schwingung der Fahrzeug­ beschleunigung a genau dem neuen Stationärwert a₁ der Fahrzeug­ beschleunigung entspricht, der dem Zielmoment M₁ zugeordnet ist.

Zum Zeitpunkt t₁ erreicht die sich einstellende Schwingung der Fahrzeugbeschleunigung a diesen Scheitelwert a₁ und würde bei Beibehaltung dieses Motorzwischenmoments dann gemäß der strich­ punktierten Linie ausschwingen, d. h. es würden dann Ruckel­ schwingungen bzw. Triebstrangschwingungen auftreten. Daher wird zum Zeitpunkt t₁ das Motormoment vom Motorzwischenmoment M_zw auf das Zielmoment M₁ angehoben, so daß ein Rückschwingen nicht mehr möglich ist und der neue Wert a₁ der Fahrzeugbeschleuni­ gung, der genau dem Zielmoment M₁ entspricht, beibehalten wird. Hierdurch werden Ruckelschwingungen sicher verhindert.

Bei einer schnellen Reduzierung der Pedalbetätigung ergibt sich ein vergleichbarer Effekt in der inversen Richtung.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren müssen zur Umsetzung der Zug­ kraftübertragungsfunktion bzw. des Motormomentenverlaufs daher zwei Kenngrößen ermittelt werden, nämlich das Zwischenmoment M_zw und die Stufendauer T_s = t₁ - t₀.

Die Stufendauer beschreibt die Zeit zwischen dem Beginn der Schwingung und dem oberen Scheitelwert und entspricht somit ei­ nem Viertel der Schwingungsperiodendauer. Diese Schwingungspe­ riodendauer entspricht dem Kehrwert der Eigenfrequenz f_e des Zwei-Massen-Schwingungssystems Motor-Triebstrang-Karosse. Diese Eigenfrequenz wird von den Massenträgheiten von Motor und Ka­ rosse sowie der Feder- und Dämpfungskonstante des Triebstranges bestimmt. Da in der Berechnung die Massenträgheiten auf eine Schwelle reduziert werden müssen, sind auch die Übersetzungen von Schaltgetriebe und Hinterachsgetriebe zu beachten. Die Ruc­ kelfrequenz kann f_e und somit die Stufendauer T_s sind somit gangabhängig. Zur Ermittlung der Stufendauer wird daher inner­ halb der Zugkraftübertragungsfunktion ein Algorithmus verwen­ det, der die Stufendauer in Abhängigkeit der aktuellen Ge­ samtgetriebeübersetzung und der Eigenfrequenz f_e sowie des Hu­ bes der Fahrpedalbewegung angibt. Ein weiterer Algorithmus dient entsprechend zur Ermittlung des Zwischenmoments M_zw. Hier­ bei können noch zusätzlich der aktuelle Torsionszustand des Triebstranges und die Bewegungsrichtung des Fahrpedals berück­ sichtigt werden.

Anstelle durch Algorithmen können die beiden Kenngrößen auch aus entsprechenden Kennfeldern bzw. einem Festwertspeicher ent­ nommen werden. Die gespeicherten Werte können dabei wiederum anhand von Algorithmen und/oder empirisch festgelegt werden.

Die Eigenfrequenzen f_e des Zwei-Massen-Schwingungssystems kön­ nen auch während des Fahrzeugbetriebes meßtechnisch erfaßt wer­ den. Durch die erfaßten Meßgrößen können die im Festwertspei­ cher bzw. Kennfeld abgelegten Eigenfrequenzen bzw. Kenngrößen adaptiert werden. Hierdurch können z. B. Serienstreuungen und Veränderungen über die Fahrzeuglebensdauer berücksichtigt wer­ den. Zur Erfassung dieser Meßgrößen ist es nicht erforderlich, daß ausgeprägte Ruckelschwingungen vorliegen. Bereits schwache Lastwechselschwingungen, die der Fahrer kaum wahrnimmt, können zur meßtechnischen Erfassung der Eigenfrequenzen herangezogen werden.

Die erfindungsgemäße Zugkraftübertragungsfunktion mit der zwei­ stufigen Anhebung des Motormoments kann auf bestimmte Situatio­ nen beschränkt werden. Beispielsweise kann diese Zugkraftüber­ tragungsfunktion nur ab einer vorgebbaren Geschwindigkeit der Fahrpedalbewegung oder ab einem vorbestimmten Hub der Fahrpe­ dalbewegung angewandt werden. Weiterhin können Beschränkungen nur auf bestimmte Bewegungsrichtungen des Fahrpedals oder be­ stimmte Getriebegänge vorgesehen werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verhinderung von Ruckelschwingungen beim posi­ tiven und negativen Beschleunigen von Kraftfahrzeugen mit Hand­ schaltgetrieben und mit einem auf einen Antriebsmotor einwir­ kenden Fahrpedal zur Vorgabe des Motormoments, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Fahrpedalvorgabe zur sprungartigen Än­ derung des Motormoments von einem Ausgangsmoment (M₀) zu einem Zielmoment (M₁) dieses Motormoment in zwei Stufen verändert wird, wobei in der ersten Stufe sprungartig ein Zwischenmotor­ moment (M_zw) vorgegeben wird, das ausgehend von einem Ausgangs­ wert (a₀) der Fahrzeugbeschleunigung zu einer Fahrzeugbeschleu­ nigung führt, deren erste sich einstellende Schwingung einen Scheitelwert besitzt, der dem neuen, dem Zielmoment (M₁) ent­ sprechenden Stationärwert der Fahrzeugbeschleunigung (a₁) ent­ spricht, und daß in der zweiten Stufe bei Erreichen dieses Scheitelwertes sprungartig das Zielmoment (M₁) vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufendauer (t₁ - t₀) der ersten Stufe anhand eines Algorithmus und/oder eines Festwertspeicherinhaltes oder Kennfeldes wenig­ stens in Abhängigkeit der aktuellen Getriebeübersetzung, der Eigenfrequenz der Schwingungsanordnung Motor-Triebstrang-Karosse und des Hubes der Fahrpedalbewegung eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung weiterhin in Abhängigkeit des aktuellen Torsionszu­ standes des Triebstranges erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, daß die Einstellung wei­ terhin in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung des Fahrpedals er­ folgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eigenfrequenz während des Fahrzeugbetriebes meßtechnisch erfaßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Festwertspeicher oder Kennfeld abgelegten Eigenfrequenzwerte durch die gemessenen Eigenfrequenzwerte adaptiert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei-stufige Veränderung des Motormo­ ments erst ab einer vorgebbaren Geschwindigkeit und/oder einem vorgebbaren Hub der Fahrpedalbewegung durchgeführt wird.