DE19916655A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines FahrzeugsInfo
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Drehmoment im Sinne einer Verminderung von Drehzahlschwingung beeinflußt. Die Beeinflussung des Drehmoments wird gestoppt während eines Schaltvorgangs. Die Beeinflussung wird wieder aufgenommen, nachdem ein Extrema im Drehzahlverlauf erkannt wurde.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs ge
mäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus der DE-A 195 23 898 ist ein derartiges Verfahren bzw.
eine derartige Vorrichtung bekannt. Dort wird zur Verringe
rung von Schwingungen im Antriebsstrang des Fahrzeugs das
Drehmoment der Antriebseinheit, insbesondere deren Zündwin
kel, nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen der Drehzahl der
Antriebseinheit und einer anhand der Drehmomentenzustände im
Antriebsstrang des Fahrzeugs gewonnenen Modelldrehzahl be
einflußt. Die Modelldrehzahl entspricht dabei dem Fahrer
wunsch, der aus einem den Fahrerwunsch repräsentierenden Mo
ment durch Integrieren gebildet wird. Durch Vergleich dieser
Modelldrehzahl mit der Drehzahl der Antriebseinheit werden
Schwingungen des Fahrzeugantriebs erkannt und durch phasen
richtige Momenteneingriffe gedämpft. Bei Schließen des
Kraftschlusses, beispielsweise bei Schließen einer Kupplung,
bei Gangwechseln, etc., treten schnelle Drehzahlgradienten
auf. Wegen des Integratorverhaltens kann dadurch eine große
Differenz zwischen Modelldrehzahl und Motordrehzahl entste
hen, welche eine große, an sich unzulässige Drehmomentenbe
einflussung nach sich zieht. In besonders schwerwiegenden
Fällen kann sich dies für den Fahrer z. B. als ein Drehmomen
teneinbruch auswirken.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, die eine
derartige unerwünschte Beeinflussung des Drehmoments bei Lö
sen bzw. Herstellen des Kraftschluß im Antriebsstrang wirk
sam vermeiden.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi
gen Patentansprüche erreicht.
Die eingangs genannte unerwünschte Beeinflussung des Drehmo
ments bei einem Schaltvorgang, insbesondere beim Herstellen
des Kraftschlusses, durch eine eine Drehzahlschwingung ver
ringernde Steuerung des Drehmoments der Antriebseinheit wird
wirksam vermieden. Das Unwirksamschalten dieser Steuerung
und die Wiederaufnahme der Steuerung nach Erkennen eines Ex
tremwerts im Drehzahlverlaufs erlaubt, daß diese Steuerung
nach Schließen des Kraftschlusses ohne Zeitverzug eingreifen
kann und dem Schaltruck mit korrektem Eingriff in das
Drehmoment der Antriebseinheit entgegenwirkt bzw. diesen mi
nimiert. Undefinierte Zustände werden zufriedenstellend ab
gefangen.
Von besonderem Vorteil ist, daß durch diese Maßnahme auch
der Schaltruck bei sehr schnellen Schaltvorgängen, bei denen
das Kupplungspedal sehr schnell gelöst wird und somit auch
bei losgelassenem Kupplungspedal noch sehr große Drehzahl
gradienten auftreten, wirksam minimiert wird.
Besonders vorteilhaft ist, daß durch eine Initialisierung
der Modelldrehzahl mit der Motordrehzahl zum Zeitpunkt der
Wiederaufnahme der Steuerung eine unerwünschte Beeinflussung
des Drehmoments bei Beendigung des Schaltvorgangs verhindert
wird und undefinierte Drehzahlschwingungen nicht entstehen
bzw. vorhandenen Schwingungen entgegengewirkt wird.
Durch diese verbesserte Initialisierung der Modelldrehzahl
nach Beendigung des Schaltvorgangs wird eine bei Beendigung
des Schaltvorgangs entstehende Drehzahlschwingung isoliert,
der dann mit den entsprechenden entgegengesetzten Beeinflus
sung des Motors ohne Zeitverzug entgegengewirkt wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung von Ausführungsbeispielen beziehungsweise aus den
abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Übersichtsschaltbild eines Steuersystems für ei
ne Brennkraftmaschine, während in Fig. 2 ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel zur Verringerung von Drehzahlschwingun
gen als Flußdiagramm dargestellt ist. Dieses zeigt eine be
vorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
als Rechnerprogramm. In Fig. 3 schließlich ist deren Wir
kungsweise anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht.
Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild eines Steuersystems
für eine Brennkraftmaschine. Dabei ist mit 10 eine mehrzy
lindrige Brennkraftmaschine symbolisiert, welche über ein
Ansaugsystem 12 sowie eine Kurbelwelle 14 verfügt. Im An
saugsystem 12 ist u. a. eine Meßeinrichtung 16 zur Erfassung
der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (Luftmasse, Luftmenge,
Saugrohrdruck) vorgesehen, von der eine Leitung 18 zu einer
elektronischen Steuereinheit 20 zur Steuerung der Brenn
kraftmaschine ausgeht. Im Bereich der Kurbelwelle 14 ist ei
ne Meßeinrichtung 22 zur Erfassung der Drehzahl der Brenn
kraftmaschine 10 dargestellt, von der eine Leitung 24 zur
Steuereinheit 20 führt. Die Steuereinheit 20 weist weitere
Eingangsleitungen 26 bis 28 von Meßeinrichtungen 30 bis 32 -
zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
und/oder des Fahrzeugs auf. Derartige Betriebsgrößen sind
beispielsweise Motortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Gaspedalbetätigungsgrad (Fahrerwunsch), Getriebestellung,
Gang-Information Steuersignale von weiteren Steuereinheiten
(Getriebesteuerung, Antriebsschlupfregelung), der Schaltzu
stand eines Kupplungsschalters, Informationen über den Sta
tus einer Wandlerkupplung, etc. über wenigstens eine Aus
gangsleitung 34 steuert die Steuereinheit wenigstens den
Zündwinkel der Brennkraftmaschine. Ferner weist die Steuer
einheit 20 weitere Ausgangsleitungen 36 zur Beeinflussung
der Kraftstoffzumessung sowie ggf. eine Ausgangsleitung 38
zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine auf.
Zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Steuerung um
faßt die Steuereinheit 20 ferner wenigstens einen Mikrocom
puter, in dem Programme zur Durchführung der nachfolgend be
schriebenen Steuerung implementiert sind.
Eine dieser Steuerungen ist eine wie zum Beispiel im ein
gangs genannten Stand der Technik dargestellte Steuerung zur
Kompensation von Drehzahlschwingungen im Triebstrang, eine
sogenannte Antiruckelfunktion (ARF). Diese verringert Dreh
zahlschwingungen im Triebstrang, die durch die Elastizität
der Antriebswelle 14 insbesondere beim Übergang vom Schiebe
betrieb der Antriebseinheit in den Beschleunigungsbetrieb
oder beim Schaltvorgang eines Handschalt- oder Automatikge
triebes auftreten, die sich auf das Fahrzeug übertragen und
den Fahrkomfort sowie das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs
erheblich beeinträchtigen können.
Um derartige Schwingungen zu vermeiden, wird beispielsweise
der aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte
Regler eingesetzt. Bei einem solchen Regler wird durch Inte
gration eine Modelldrehzahl nmod ermittelt, welche aus dem
Fahrerwunsch abgeleitet ist. Die Modelldrehzahl wird durch
Integration eines Beschleunigungsmomentes ermittelt, welches
die Abweichung des vom Fahrer vorgegebenen Drehmoments der
Antriebseinheit und eines aus den tatsächlichen Drehzahlver
hältnissen im Antriebsstrang ermittelten Lastmoments ist.
Die Abweichung dieser Modelldrehzahl und der gemessenen Mo
tordrehzahl führt zu einer Isolierung der Drehzahlschwin
gung, wobei im wesentlichen proportional zu dieser Abwei
chung eine Änderung des Drehmoments ermittelt wird, die,
vorzugsweise durch eine Änderung der Zündwinkeleinstellung
realisiert, der Schwingung gegengekoppelt wird.
Der Integrator zur Bildung der Modelldrehzahl ist bei einer
Kraftschlußunterbrechung (z. B. während eines Schaltvorgangs,
wenn die Verbindung zwischen Antriebseinheit und Abtrieb of
fen ist) mit Wiederherstellen des Kraftschlusses im An
triebsstrang neu zu initialisieren, da während des Gangwech
sels und im Übergang von offen zu dem kraftschlüssigen
Triebstrang sehr hohe Motordrehzahländerungen oder
-gradienten auftreten, die wiederum die Funktion der An
tiruckelfunktion empfindlich stören würden. Dies deshalb,
weil bei Schaltvorgängen es aufgrund der hierbei auftreten
den hohen Drehzahlgradienten durch Öffnen und Wiederherstel
len des Kraftschlusses (z. B. durch Öffnen und Schließen der
Kupplung) zu größeren Differenzen zwischen Modell- und Mo
tordrehzahl, was wiederum zu unerwünschten Momenteneingrif
fen führen würde. Aus diesem Grund wird die beschriebene An
tiruckelfunktion während nicht vorhandenem Kraftschluß (z. B.
bei offener Kupplung) abgeschaltet. Die Abschaltung erfolgt
z. B. durch zwangsweises Gleichsetzen der Modelldrehzahl mit
der aktuellen Motordrehzahl, durch Abschalten des Programm
oder durch Unwirksamschalten. Beim Wiedereinschalten nach
Abschluß des Schaltvorgangs bei wiederhergestelltem Kraft
schluß (z. B. geschlossene Kupplung), muß die Modelldrehzahl
initialisiert werden. Die Modelldrehzahl wird dabei mit der
Motordrehzahl gleichgesetzt, so daß es zu keinen Differenzen
zwischen den beiden Drehzahlen kommt. Problematisch ist der
richtige Zeitpunkt des Wiedereinschaltens bzw. Wirksamschal
tens der Antiruckelfunktion, an dem auch die Modelldrehzahl
initialisiert wird. Dies hat so zu erfolgen, daß der entste
hende Schaltruck minimiert und keine unerwünschten (d. h.
Schwingungen oder Momentenänderung erzeugende) Momentenein
griffe durch die Antiruckelfunktion erfolgen.
Es hat sich gezeigt, daß bei Schaltvorgängen sich immer cha
rakteristische Drehzahlverläufe ergeben. Beispielsweise er
gibt sich bei einem Hochschaltvorgang bei Öffnen des Kraft
schlusses (Betätigung des Kupplungspedals) ein Drehzahlab
fall, der nach Wiederherstellen des Kraftschlusses (Schlie
ßen der Kupplung) mit einer mehr oder weniger stark ausge
prägten Drehzahlschwingung endet. Die Periodendauer dieser
Drehzahlschwingung ist in erster Näherung abhängig vom ein
gelegten Gang, das heißt vom Gang nach dem Schaltvorgang.
Erfindungsgemäß wird zur Festlegung des Zeitpunkt der Akti
vierung der Antiruckelfunktion und somit zur Initialisierung
der Modelldrehzahl überprüft, ob ein Drehzahlunter- oder
Überschwinger (vorzugsweise der erste) erkannt wird, im An
schluß an die Erkennung eines solchen Drehzahlextremas nach
Ablauf einer vorzugsweise gangabhängigen Wartezeit die An
tiruckelfunktion wieder aktiviert (wirksam geschaltet) und
die Modelldrehzahl mit der Motordrehzahl initialisiert. Auf
diese Weise greift die Antiruckelfunktion sofort nach dem
Schaltvorgang in richtigem Sinne ein und wirkt einer Dreh
zahlschwingung unverzögert entgegen.
Hängt die Deaktivierung beziehungsweise Aktivierung der An
tiruckelfunktion vom Status eines Kupplungsschalters ab, so
wird das Rücksetzen des Status des Kupplungsschalters, das
heißt die Anzeige für das losgelassene Kupplungspedal, so
lange (unabhängig von der tatsächlichen Stellung des Pedals)
verzögert, bis das oben genannten Drehzahlextrema erkannt
wurde.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die geschil
derte Vorgehensweise als Programm eines Rechners der Steuer
einheit 20 realisiert. Ein solches Programm ist anhand des
Flußdiagramms nach Fig. 2 skizziert. Das dargestellte Pro
gramm wird mit Erkennen des Beginns eines Schaltvorgangs
eingeleitet. Dabei wird je nach Ausführungsbeispiel ein
Schaltvorgang dann als begonnen angenommen, wenn die Kupp
lung geöffnet wird (z. B. Pedal betätigt), das heißt eine be
stimmte Kupplungsstatusinformation vorliegt, oder wenn das
Verhältnis aus Motordrehzahl zur Abtriebsdrehzahl oder Fahr
geschwindigkeit den einzelnen Gangstufen zugeordneten Quoti
entengrößen nicht mehr entspricht. Darüber hinaus kann auch
eine Information über eine Veränderung der Gangstellung als
Basis für die Entscheidung, daß ein Schaltvorgang vorliegt,
herangezogen werden.
Wurde also der Beginn eines Schaltvorgangs erkannt, wird ge
mäß Schritt 100 die Antiruckelfunktion angehalten. Dies be
deutet, daß die Modelldrehzahl auf die Motordrehzahl gesetzt
wird, so daß keine Drehzahlabweichung erkannt und keine
Drehmomentenänderung berechnet wird. In einem anderen Aus
führungsbeispiel wird die Berechnung insgesamt unterbrochen
oder die drehmomentenändernde Wirkung unterdrückt. Danach
wird im Schritt 101 überprüft, ob Kraftschluß im Triebstrang
wiederhergestellt ist (z. B. losgelassene Kupplung, etc.).
Ist dies nicht der Fall, bleibt die ARF-Funktion gemäß
Schritt 100 abgeschaltet. Ist der Kraftschluß hergestellt,
wird im Schritt 102 die aktuelle Motordrehzahl nmot erfaßt
und im darauffolgenden Abfrageschritt 104 überprüft, ob ein
(vorzugsweise das erste) Extrema der Motordrehzahl vorliegt.
Beim Hochschalten (z. B. vom 1. in 2. Gang) ist dieses Ex
trema ein Minimum, bei Zurückschalten (z. B. vom 2. in 1.
Gang) ein Maximum. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
dabei die zeitliche Ableitung der Motordrehzahl berechnet
und abhängig von deren Verhalten oder auf der Basis des Ver
haltens der zweiten zeitlichen Ableitung der Motordrehzahl
das Extrema bestimmt. Schritt 102 und 104 werden dabei so
lange wiederholt, bis erstmalig ein Extrema erkannt wurde.
Ist die Aktivierung bzw. Deaktivierung der ARF-Funktion von
einer Information über den beendeten Schaltvorgang abhängig
(z. B. Information über losgelassene Kupplung), so wird die
die Aktivierung bzw. Deaktivierung bewirkende Marke im Sinne
eines beendeten Schaltvorgangs zurückgesetzt, wenn erstmalig
ein Extrema erkannt wurde.
Im Schritt 106 wird dann eine von der Übersetzung nach Been
digung des Schaltvorgangs abhängige Wartezeit abgewartet. Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Wartezeit abhän
gig von der Gangstellung so vorgegeben, daß mit Ablauf der
Wartezeit sich ein Wendepunkt im charakteristischen Dreh
zahlverlauf nach dem ersten Extrema ergibt. Nach Schritt 106
wird im Schritt 108 die Motordrehzahl erfaßt und im Schritt
110 die Modelldrehzahl nmod auf die im Schritt 108 erfaßte
Motordrehzahl gesetzt. Daraufhin wird gemäß Schritt 112 die
Antiruckelfunktion wieder gestartet (wirksam geschaltet), so
daß die vorliegenden Drehzahlschwingungen, die nach Beendi
gung des Schaltvorgangs auftreten, vermindert werden. Nach
Schritt 112 wird das Programm beendet und bei Einleiten des
nächsten Schaltvorgangs erneut durchlaufen.
In Fig. 3 ist anhand eines typischen Verlaufes bei einem
Schaltvorgang vom ersten in den zweiten Gang die oben darge
stellte Vorgehensweise weiter verdeutlicht. Dabei ist aufge
tragen der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl (durchgezoge
ne Linie), der Verlauf der Modelldrehzahl für die Antiruc
kelfunktion (strichlierte Linie), das Schaltsignal (KUP) ei
nes mit dem Kupplungspedal verbundenen Kupplungsschalters,
die aus dem Kupplungsschalter abgeleitete Information bezüg
lich des Beginns und des Ende des Schaltvorgangs (SCHALT)
sowie die Betriebsphasen der Antiruckelfunktion (ARF).
Zum Zeitpunkt t0 betätigt der Fahrer den Kupplungsschalter,
wobei ein Schaltvorgang eingeleitet wird. Entsprechend ver
ändern die Signale des Kupplungsschalters KUP sowie die den
Schaltvorgang kennzeichnende Information SCHALT ihren Pegel.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Antiruckelfunktion deaktiviert,
so daß sich auch in dem Signal ARF eine Pegeländerung er
gibt. Infolge des offenen Triebstrangs fällt die Drehzahl
nmot ab. Zum Zeitpunkt t1 läßt der Fahrer das Kupplungspedal
wieder los, so daß die Kupplungsschalterinformation ihren
Pegel wieder auf den der geschlossenen Kupplung zugeordneten
Pegel ändert. Infolge der oben dargestellten Vorgehensweise
wird zum Zeitpunkt t1 allerdings noch keine Beendigung des
Schaltvorgangs angenommen. Dies ist erst dann der Fall, wenn
zum Zeitpunkt t2 das erste Drehzahlminimum erkannt wurde.
Entsprechend wird zu diesem Zeitpunkt der Schaltvorgang als
beendet angenommen und die Schaltinformation SCHALT zurück
gesetzt. Danach läuft bis zum Zeitpunkt t3 die gang- bezie
hungsweise übersetzungsabhängige Wartezeit, wobei zum Zeit
punkt t3 nach Ablauf der Wartezeit die Antiruckelfunktion
wieder aktiviert wird (vergleiche Verlauf des Signals ARF).
Zum Zeitpunkt t3 wird dann die Modelldrehzahl nmod mit der
Istdrehzahl nmot initialisiert, wobei die Antiruckelfunktion
die nach dem Zeitpunkt t3 entstehenden Drehzahlschwingungen
reduziert beziehungsweise diesen entgegenwirkt.
Die dargestellte Vorgehensweise wird sowohl bei Handschalt-,
bei Automatikgetrieben oder Getrieben mit elektrisch betä
tigbarer Kupplung durchgeführt, wobei die Information über
Beginn und Ende des Schaltvorgangs aus den entsprechenden
Information einer Getriebesteuerung abgeleitet wird. Die
dargestellte Vorgehensweise wird sowohl bei Hoch- als auch
bei Rückschaltvorgängen eingesetzt.
Claims (10)
1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines
Kraftfahrzeugs, wobei das Drehmoment der Antriebseinheit
im Sinne einer Verringerung von Drehzahlschwingungen be
einflußt wird, wobei während eines Schaltvorgangs keine
Beeinflussung des Drehmoments in diesem Sinne stattfin
det, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des
Drehmoments der Antriebseinheit im Sinne einer Verringe
rung von Drehzahlschwingungen zu einem Zeitpunkt nach ei
nem erkannten Extrema im Drehzahlverlauf wiederaufgenom
men wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
nach Erkennen des Extremas im Drehzahlverlauf und Ablauf
einer vorgegebenen Wartezeit die Beeinflussung des
Drehmoments wieder aufgenommen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Extrema das erste Extrema
nach Wiederherstellen des Kraftschluß ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Drehmo
ments abhängig von der Abweichung der Motordrehzahl von
einer Modelldrehzahl durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Beeinflussung die
Modelldrehzahl auf die dann vorliegende Motordrehzahl ge
setzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Wartezeit abhängig von der
vorliegenden Übersetzung im Triebstrang insbesondere der
Gangstellung, ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Drehmo
ments mit Beginn des Schaltvorgangs abgeschaltet wird,
wobei der Beginn des Schaltvorgangs insbesondere bei Be
tätigung eines die Kupplungspedal vorliegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Beendigung des Schaltvor
gangs dann angenommen wird, wenn der Drehzahlverlauf ein
Extrema erreicht, auch wenn das Kupplungspedal losgelas
sen ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß während der abgeschalteten Be
einflussung des Drehmoments die Modelldrehzahl ständig
auf die Motordrehzahl festgesetzt ist.
10. Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines
Fahrzeugs, mit einer Steuereinheit (20), die das Drehmo
ment der Antriebseinheit im Sinne einer Verminderung von
Drehzahlschwingungen beeinflußt, die einen Mikrocomputer
umfaßt, welcher derart ausgestaltet ist, daß er die Be
einflussung des Drehmoments während eines Schaltvorgangs
unwirksam schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Mi
krocomputer ferner derart ausgestaltet ist, daß die Be
einflussung des Drehmoments wieder aufgenommen abhängig
von der Erkennung eines Extremas im Drehzahlverlauf.
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