DE19928477A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines FahrzeugsInfo
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei welchen zu Überwachungszwecken das Istmoment der Antriebseinheit mit einem vorgegebenen, maximal zulässigen Moment verglichen wird. Bei Überschreiten des maximal zulässigen Moments durch das Istmoment wird die Antriebseinheit in drehmomentreduzierendem Sinn gesteuert. Das Istdrehmoment der Antriebseinheit wird dabei auf der Basis eines die Beschleunigung des Fahrzeugs repräsentierenden Signals bestimmt. Anstelle des Vergleichs absoluter Werte wird ein differentieller Vergleich durchgeführt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist
aus der DE-A 195 36 038 (US-Patent 5 692 472) bekannt. Dort
wird abhängig von der Fahrpedalstellung ein maximal zulässi
ges Drehmoment der Antriebseinheit ermittelt. Ferner wird
aus Betriebsgrößen das Istdrehmoment der Antriebseinheit er
mittelt, mit dem maximal zulässigen Drehmoment verglichen
und ein das Drehmoment reduzierender Eingriff an der An
triebseinheit vorgenommen, wenn das Istdrehmoment das maxi
mal zulässige Drehmoment überschreitet. Im bevorzugten Aus
führungsbeispiel einer Brennkraftmaschine wird das Ist
drehmoment dabei aus einer Meßgröße für die Luftzufuhr zur
Brennkraftmaschine abgeleitet. Bei einer solchen Lösung sind
Momentenerhöhungen z. B. durch eine Leerlaufregelung, durch
motorische Verluste und Toleranzen der Meßeinrichtung bei
der Bestimmung des zulässigen Moments zu berücksichtigen.
Letzteres muß daher im normalen Betriebszustand relativ groß
angesetzt werden. Schwierigkeiten insbesondere mit Blick auf
die Istmomenterfassung ergeben sich ferner beim Einsatz in
Verbindung mit direkteinspritzenden Benzinmotoren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren
Hilfe eine genauere Überwachung ermöglicht wird. Ferner soll
die Überwachung unabhängig vom jeweiligen Antriebsmotortyp
sein.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi
gen Patentansprüche erreicht.
Aus der Veröffentlichung "Einsatzmöglichkeiten und Zukunft
schancen intelligenter Sensoren im Kraftfahrzeug", Bosch
technische Berichte, 1990, Heft 52, Seite 30 bis 41, ist ein
Beschleunigungssensor bekannt, welcher die Beschleunigung
des Fahrzeugs mißt. Durch geeignete Auswertung der Sensorin
formation ergibt sich ein die Beschleunigung des Fahrzeugs
anzeigendes Meßsignal.
Aus der DE-A 197 28 769 ist bekannt, die Masse eines Fahr
zeugs auf der Basis der Fahrzeugbeschleunigung und der An
triebskraft bzw. des Antriebsmoments der Antriebseinheit ab
zuschätzen.
Die Überwachung der Steuerung der Antriebseinheit eines
Kraftfahrzeugs auf der Basis des abhängig von einem die Be
schleunigung des Fahrzeugs repräsentierenden Signals ermit
telten Antriebsmoment wird erreicht, daß die Überwachung un
abhängig von betriebsbedingten Momentenerhöhungen wie sie
beispielsweise bei kalter Brennkraftmaschine oder bei Be
trieb von Nebenaggregaten entstehen, ist. Das maximal zuläs
sige Moment kann schärfer vorgegeben werden, ohne das Sen
sortoleranzen und Betriebszustände, in denen solche Momen
tenerhöhungen zuzulassen sind, berücksichtigt werden müssen.
Vorteilhaft ist ferner, daß durch Berücksichtigung einer ab
geschätzten oder gemessenen Fahrzeugmasse bei der Berechnung
des Antriebsmoments aus dem Beschleunigungssignal die Genau
igkeit des Antriebsmomentenwerts und damit der Überwachung
verbessert wird.
Von besonderem Vorteil ist, daß die Überwachung auf der Ba
sis des Antriebsmoments, welches aus einem Fahrzeugbeschleu
nigungssignal ermittelt wird, unabhängig vom Typ der An
triebseinheit ist, so daß die Überwachung sowohl für Saug
rohreinspritzungsmotoren als auch für Motoren im Mager- oder
Schichtladungsbetrieb, Dieselmotoren oder Elektromotoren ge
eignet ist.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Beschleuni
gungssensors zur Beschleunigungsmessung, da dieser gegenüber
der Messung der Beschleunigung aus Radgeschwindigkeitssenso
ren den Vorteil hat, daß beim Befahren eines Gefälles nur
die Beschleunigung durch das Motormoment gemessen wird. So
bleibt bei plötzlich auftretendem Gefälle und konstantem Mo
tormoment der Meßwert des Beschleunigungssensors unverän
dert.
Besonders vorteilhaft ist, daß zur Diagnose des Beschleuni
gungssensors aus der gemessenen Beschleunigung wird ein Mo
tormoment ermittelt, das im fehlerfreien Betrieb in einem
vorgegebenen Toleranzband um das von Fahrer vorgegebene
Sollmoment liegen muß. Ist dies nicht der Fall, liegt ein
schlafender Fehler, z. B. ein zu kleines Sensorsignal vor.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen
Patentansprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1
zeigt dabei ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuerein
heit mit einem Rechenelement, durch welches die Antriebsein
heit des Fahrzeugs gesteuert wird. In Fig. 2 ist anhand ei
nes Ablaufdiagramms ein Beispiel für die Überwachung dieser
Steuerung auf der Basis eines Signals für die Beschleunigung
des Fahrzeugs dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein elektronisches Steuergerät 10, welches we
nigstens ein Rechnerelement 12, einen Speicherbaustein 11,
eine Eingangsschaltung 14 und eine Ausgangsschaltung 16 um
faßt. Die genannten Elemente sind über ein Kommunikationssy
stem 18 miteinander zum Datenaustausch verbunden. Der Ein
gangsschaltung 14 werden Signale zugeführt, welche gemessene
Betriebsgrößen der Antriebseinheit, des Triebstrangs
und/oder des Kraftfahrzeugs repräsentieren oder aus welchen
solche Betriebsgrößen abgeleitet werden. Diese Signale wer
den von Meßeinrichtungen 20 bis 24 erfaßt und über Eingangs
leitungen 26 bis 30 der Eingangsschaltung 14 zugeführt. Fer
ner werden über die Ausgangsschaltung 16 Signale ausgegeben,
welche Stellelemente zur Einstellung wenigstens einer Be
triebsgröße der Antriebseinheit, des Triebstrangs und/oder
des Kraftfahrzeugs betätigen. Die entsprechenden Ansteuersi
gnalgrößen werden über die Leitungen 32 bis 36 an die Stell
elemente 38 bis 42 abgegeben.
Mit Blick auf die nachstehend beschriebene Vorgehensweise
handelt es sich bei den Meßeinrichtungen 20 bis 24 wenig
stens um Meßeinrichtungen zur Erfassung wenigstens einer
Radgeschwindigkeit und/oder der Fahrzeugbeschleunigung, der
Fahrpedalstellung β, der Motordrehzahl NMOT, der Übersetzung
Ü im Triebstrang des Fahrzeugs. Die Meßeinrichtung zur Er
fassung der Fahrzeugbeschleunigung stellt dabei einen übli
chen Beschleunigungssensor dar. Entsprechend wird im bevor
zugten Ausführungsbeispiel der Steuerung einer Brennkraftma
schine über die Ausgangsleitungen 32 bis 36 als Stellelemen
te 38 bis 42 eine elektrisch betätigbare Drosselklappe,
Kraftstoffzumeßeinrichtungen und Zündungseinrichtungen ange
steuert. Neben den geschilderten Eingangs- bzw. Ausgangsgrö
ßen werden im Rahmen der Steuerung der Antriebseinheit wei
tere Eingangsgrößen erfaßt bzw. je nach Ausführung der An
triebseinheit weitere Ausgangsgrößen gebildet. Beispiele
hierfür sind Motortemperatur, Luftmasse, Abgaszusammenset
zung, etc. bzw. Ansteuergrößen für einen Turbolader, eine
Getriebesteuerung, etc. Diese Größen sind aber im Zusammen
hang mit der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise zur
Überwachung der Steuerung zweitrangig, so daß auf sie nicht
weiter eingegangen wird.
In Abhängigkeit der Eingangssignale, daraus abgeleiteter Be
triebsgrößen und/oder interner Größen bildet das Rechnerele
ment 12 im Rahmen dort implementierter Programme Werte für
die auszugebenden Steuergrößen, die die Stellelemente betä
tigen. Zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs
wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel in bekannter Weise
die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements
erfaßt und daraus ein Sollwert für ein Drehmoment der An
triebseinheit gebildet. Dieses wird dann unter Berücksichti
gung von über die Eingangsschaltung empfangenen Sollwerten
anderer Steuersysteme, wie beispielsweise einer Antriebs
schlupfregelung, einer Getriebesteuerung, etc. sowie intern
gebildeter Sollwerte (Begrenzungen, etc.), in einen resul
tierenden Sollwert für das Drehmoment umgesetzt. Dieser wird
dann im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Brennkraftma
schine wenigstens in einen Sollwert für die Stellung der
Drosselklappe, der im Rahmen eines Lageregelkreises einge
stellt wird, umgewandelt. Bei Dieselmotoren und Brennkraft
maschinen mit Benzindirekteinspritzung zumindest im Schicht
betrieb ist die Hauptsteuergröße die einzuspritzende Kraft
stoffmasse, die ebenfalls abhängig vom Sollwert des Drehmo
ments eingestellt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich beim Drehmomentenwert um das indizierte
Drehmoment, d. h. das Drehmoment, welches durch den Verbren
nungsvorgang in der Hochdruckphase des jeweiligen Zylinders
erzeugt wird, in anderen um ein anderes Drehmoment, z. B. das
an einer Ausgangswelle der Antriebseinheit anstehende
Drehmoment (= Antriebsmoment).
Im Zusammenhang der beschriebenen Vorgehensweise wird unter
Drehmoment auch Leistungswerte verstanden, die in einer an
deren Ausführung Grundlage der Steuerung sind.
Zur Überwachung der Steuerung der Antriebseinheit wird mit
tels eines die Fahrzeugbeschleunigung repräsentierenden Si
gnals das Antriebsmoment der Antriebseinheit, d. h. das an
einer Ausgangswelle der Antriebseinheit erzeugte Drehmoment
bestimmt. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der Fahrzeug
masse, der Motordrehzahl und der Übersetzung im Triebstrang.
Daneben wird auf der Basis wenigstens der Fahrpedalstellung
und der Motordrehzahl ein zulässiges Antriebsmoment ermit
telt. Das Istantriebsmoment wird mit dem maximal zulässigen
Moment verglichen und momentenbegrenzende Maßnahmen, z. B.
eine Begrenzung der Drosselklappenstellung, eine Abschaltung
der Kraftstoffeinspritzung, etc. durchgeführt, wenn das
Istantriebsmoment das maximal zulässige Moment überschrei
tet. Wird das maximal zulässige Moment wieder unterschrit
ten, werden die momentenbegrenzenden Maßnahmen beendet.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Fahrzeugbe
schleunigung durch einen herkömmlichen Beschleunigungssensor
ermittelt. Dieser hat den Vorteil, daß bei Befahren eines
Gefälles nur die Beschleunigung durch das Motormoment gemes
sen wird.
Durch Vergleich eines aus der gemessenen Beschleunigung er
mittelten Motormoments mit dem vom Fahrer vorgegebenen Soll
moment im Rahmen eines vorgegebenen Toleranzbands wird eine
Diagnose des Beschleunigungssensors ermöglicht. Weichen die
Werte unzulässig voneinander ab, ist von einem Defekt des
Beschleunigungssensors auszugehen. Dadurch wird die Be
triebssicherheit der Steuerung erhöht.
Bei der Bestimmung des Antriebsmoments ist die Fahrzeugmasse
eine unbekannte Größe. Dies kann auf verschiedene Weise be
rücksichtigt werden. Zum einen wird das maximal zulässige
Moment abhängig von Fahrpedalstellung und Drehzahl derart
vorgegeben, daß eine für diesen Betriebspunkt maximal mögli
che Beschleunigung bei kleinster Fahrzeugmasse sich bei Rea
lisierung des maximalen Moments ergeben würde. In anderen
Ausführungsbeispielen wird die Fahrzeugmasse gemessen oder
wie im eingangs erwähnten Stand der Technik abgeschätzt, so
daß die Bestimmung des Antriebsmoments abhängig von der Be
schleunigung des Fahrzeugs genauer wird. Das maximal zuläs
sige Moment kann dann exakter vorgegeben werden, insbesonde
re, wenn die ermittelte Fahrzeugmasse auch bei der Bestim
mung des maximal zulässigen Moments berücksichtigt wird.
Neben dem Vergleich von absoluten Momentenwerten wird in ei
nem Ausführungsbeispiel zum Ausschluß der Toleranz des Be
schleunigungssensors ein differentieller Vergleich durchge
führt. Zu diesem Zweck wird einer bestimmten Änderung des
Soll- oder maximal zulässigen Antriebsmoments in einem be
stimmten Zeitintervall eine bestimmte maximal zulässige Be
schleunigungsänderung bzw. Istmomentenänderung zugeordnet.
Wird diese Überschritten, werden momentenreduzierende Maß
nahmen ergriffen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die geschilderte
Überwachung als Programm des Rechnerelements 12 realisiert.
Ein Beispiel für ein solches Programm ist anhand des Ablauf
diagramms in Fig. 2 dargestellt.
Die oben skizzierte Steuerung der Antriebseinheit ist in Fig. 2
im Programm 100 zusammengefaßt. Dort wird abhängig von
der Fahrpedalstellung β, der Motordrehzahl NMOT sowie weite
rer Betriebsgrößen Stellgrößen wenigstens zur Einstellung
des Zündzeitpunkts, der Kraftstoffzumessung sowie der Luft
zuführung gebildet und an die entsprechenden Stellelemente
ausgegeben. Beispiele für derartige Steuerungen sind be
kannt, so daß auf diese nicht näher eingegangen wird.
Neben der Fahrpedalstellung und der Motordrehzahl wird die
von einem Beschleunigungssensor erfaßte Fahrzeugbeschleuni
gung afz sowie wenigstens eine Radgeschwindigkeit VRAD ein
gelesen. Zunächst wird nach Maßgabe eines Kennfeldes 102 auf
der Basis der Fahrpedalstellung β und der Motordrehzahl
Nmot, und ggf. der Fahrzeugmasse, ein maximal zulässiges An
triebsmoment MZUL gebildet. Im Programm 104 wird dann auf
der Basis der gemessenen Fahrzeugbeschleunigung afz, der Mo
tordrehzahl NMOT, der Übersetzung im Triebstrang Ü und ggf.
der abgeschätzten oder gemessenen Fahrzeugmasse G das Istan
triebsmoment MANTR gebildet. Die Fahrzeugmasse wird dabei
durch das Programm 106 beispielsweise wie aus dem Stand der
Technik bekannt, abgeschätzt oder durch eine entsprechende
Meßeinrichtung, welche die Last einer Achse mißt, bestimmt.
Das maximal zulässige Antriebsmoment Mzul und das Istan
triebsmoment MANTR werden einem Vergleicher 108 zugeführt.
Dort werden die beiden Größen miteinander verglichen. Über
schreitet das Istantriebsmoment das maximal zulässige, so
wird über die dargestellte Verbindung durch die Motorsteue
rung 100 ein momentenreduzierender Eingriff vorgenommen, so
daß das Istantriebsmoment wieder unter das maximal zulässige
Moment fällt. Ist dies geschehen, wird der momentenreduzie
rende Eingriff wieder beendet und erst dann wieder eingelei
tet, wenn das Istmoment das maximal zulässige Moment wieder
überschreitet.
Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Beschleunigungs
sensors wird auf der Basis der gemessenen Beschleunigung ein
Istmoment Mist bestimmt (Momentenberechner 110). Dieses wird
im Vergleicher 112 mit dem Sollmoment verglichen. Weichen
die beiden Werte nach Maßgabe der Toleranzen voneinander ab,
wird von einem Fehlverhalten des Beschleunigungssensors aus
gegangen und durch eine entsprechende Information die Istmo
mentenbestimmung in 104 auf der Basis anderer Größen durch
geführt (z. B. Luftmasse und Drehzahl).
Claims (8)
1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahr
zeugs, bei welchem wenigstens auf der Basis einer die
Fahrpedalstellung repräsentierenden Größe ein maximal zu
lässiges Drehmoment bestimmt wird, ein Istdrehmoment der
Antriebseinheit ermittelt wird und die Antriebseinheit in
drehmomentenreduzierendem Sinne gesteuert wird, wenn Ist
drehmoment und maximal zulässiges Drehmoment unzulässig
voneinander abweichen, dadurch gekennzeichnet, daß ein
die Fahrzeugbeschleunigung repräsentierendes Signal er
faßt wird, in dessen Abhängigkeit das Istmoment der An
triebseinheit bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das die Fahrzeugbeschleunigung repräsentierende Signal
das Signal eines Beschleunigungssensors ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Istdrehmoment der Antriebs
einheit das Antriebsmoment am Ausgang der Antriebseinheit
ist, welches aus dem Beschleunigungssignal in Abhängig
keit der Motordrehzahl, der Getriebeübersetzung und ggf.
der Fahrzeugmasse bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das vom Beschleunigungssensor
erzeugte Beschleunigungssignal in ein Istmoment umgerech
net wird und dieses auf unzulässige Abweichungen zu einem
vom Fahrer vorgegebenen Sollmoment überprüft wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
bei unzulässiger Abweichung das Istmoment auf der Basis
anderer Größen gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugmasse abgeschätzt
oder gemessen wird.
7. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahr
zeugs, bei welchem wenigstens auf der Basis einer die
Fahrpedalstellung repräsentierenden Größe ein Solldrehmo
ment bestimmt wird und eine mit dem Drehmoment in Bezie
hung stehende Betriebsgröße ermittelt wird, wobei die An
triebseinheit in drehmomentenreduzierendem Sinne gesteu
ert wird, wenn Solldrehmoment und Betriebsgröße unzuläs
sig voneinander abweichen, dadurch gekennzeichnet, einer
Sollmomentenänderung in einem bestimmten Zeitintervall
eine maximal zulässigen Beschleunigungsänderung bzw. Ist
momentenänderung zugeordnet wird und der momentenreduzie
rende Eingriff erfolgt, wenn die Beschleunigung oder das
auf der Basis der Beschleunigung ermittelte Istmoment den
zulässigen Wert überschreitet.
8. Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines
Fahrzeugs, mit einer Steuereinheit, welche ein Drehmoment
der Antriebseinheit steuert, die Steuereinheit Überwa
chungsmittel aufweist, welche wenigstens auf der Basis
der Fahrpedalstellung ein maximal zulässiges Drehmoment
ermitteln, ein Istdrehmoment der Antriebseinheit bilden
und bei Überschreiten des maximal zulässigen Drehmoments
durch das Istdrehmoment die Antriebseinheit in drehmomen
tenreduzierendem Sinne ansteuern, dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel vorgesehen sind, welche das Istantriebsmoment
auf der Basis eines die Beschleunigung des Fahrzeugs re
präsentierenden Signals bilden.
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