DE19937455A1 - Vorrichtung und Verfahren zur koordinierten Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs während Getriebeschaltvorgängen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur koordinierten Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs während Getriebeschaltvorgängen

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DE19937455A1
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Martin-Peter Bolz
Holger Huelser
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft die koordinierte Steuerung der im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Elemente Servokupplung, Fahrzeugmotor und Getriebe während einer Änderung der Getriebeübersetzung. Hierbei sind jedem dieser Elemente des Antriebsstrangs eine Treiberstufe zugeordnet, die mit den Koordinationsmitteln verbunden ist. Erfindungsgemäß geben die Koordinationsmittel während der Änderung der Getriebeübersetzung der Motortreiberstufe wahlweise entweder Sollwerte zur Einstellung eines Motorausgangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments oder Sollwerte zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vor. Darüber hinaus geben die Koordinationsmittel der Kupplungstreiberstufe Sollwerte zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments vor. Weiterhin kommen von den Koordinationsmitteln zu der Getriebetreiberstufe Sollwerte zur Einstellung einer Getriebeübersetzung.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur koordinierten Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraft­ fahrzeugs während Getriebeschaltvorgängen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe und einer elektronisch betätigten Kupplung erfolgt ein automati­ sierter Gangwechsel durch Ansteuerung der Komponenten Motor, Kupplung und Getriebe. Hierbei sollen diese Komponenten ge­ eignet angesteuert werden, so daß der Gangwechsel möglichst schnell und dabei aber auch komfortabel erfolgt.
Der Soll-Getriebegang wird geeignet ermittelt, z. B. durch Schaltkennlinien oder durch andere Verfahren, wie sie z. B. in der DE 196 25 935 A oder DE 197 03 863 A beschrieben sind. Weicht der so bestimmte Soll-Gang vom Ist-Getriebegang ab, so muß ein automatisierter Gangwechsel vorgenommen wer­ den.
In bekannten Systemen erfolgt die Kontrolle des Schaltablau­ fes im wesentlichen durch die Kupplungssteuerung, die dabei Signale mit der Getriebesteuerung und der Motorsteuerung austauscht. Die Ermittlung des Fahrerwunschmomentes erfolgt in der Motorsteuerung. Während des Schaltvorgangs nimmt die Kupplungssteuerung Eingriffe in die Motorsteuerung vor, im wesentlichen um eine Reduktion des Motormomentes zu errei­ chen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der Koordinierung der einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs während der Änderung der Getriebegänge.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen An­ sprüche gelöst.
Vorteile der Erfindung
Wie erwähnt betrifft die Erfindung die koordinierte Steue­ rung der im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Elemente Servokupplung, Fahrzeugmotor und Getriebe während einer Änderung der Getriebeübersetzung. Hierbei sind jedem dieser Elemente des Antriebsstrangs eine Treiberstufe zuge­ ordnet, die mit den Koordinationsmitteln verbunden ist. Er­ findungsgemäß geben die Koordinationsmittel während der Än­ derung der Getriebeübersetzung der Motortreiberstufe wahl­ weise entweder Sollwerte zur Einstellung eines Motoraus­ gangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments oder Soll­ werte zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vor. Darüber hinaus geben die Koor­ dinationsmittel der Kupplungstreiberstufe Sollwerte zur Ein­ stellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments vor. Weiterhin kommen von den Koordinationsmitteln zu der Getrie­ betreiberstufe Sollwerte zur Einstellung einer Getriebeüber­ setzung.
Durch die erfindungsgemäße Koordinierung der Ansteuerung der Antriebsstrangskomponenten sind schnelle und komfortable Ge­ triebegangwechsel möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß den Koordinationsmitteln erste Informationen über den Betriebszustand der Servokupplung und/oder zweite Informationen über den Betriebszustand des Getriebes und/oder dritte Informationen über den Betriebszustand des Verbrennungsmotors zugeleitet werden. Die Koordinationsmit­ tel geben dann der Motortreiberstufe abhängig von den er­ sten, zweiten und/oder dritten Informationen entweder Soll­ werte zur Einstellung eines Motorausgangsmoments bzw. eines Kupplungseingangsmoments oder Sollwerte zur Einstellung ei­ ner Motorausgangsdrehzahl bzw. einer Getriebeeingangsdreh­ zahl vor.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Koordinationsmittel der Kupplungstreiberstufe abhängig von den ersten, zweiten und/oder dritten Informationen Sollwerte zur Einstellung ei­ nes maximal übertragbaren Kupplungsmomentes vorgeben.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, daß die Koordinationsmit­ tel der Motortreiberstufe dann Sollwerte zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl bzw. einer Getriebeeingangsdreh­ zahl vorgeben, wenn die Servokupplung im wesentlichen geöff­ net ist. Die Änderung der Getriebeübersetzung findet im all­ gemeinen durch Ausrücken eines Startgetriebegangs und durch anschließendes Einrücken eines Zielgetriebegangs statt. Die Koordinationsmittel geben der Motortreiberstufe dann Soll­ werte zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl bzw. einer Getriebeeingangsdrehzahl vor, wenn der Startgetriebegang im Getriebe ausgerückt ist.
Geben die Koordinationsmittel die Drehzahl-Sollwerte vor, so ist insbesondere vorgesehen, daß die Ausgangsdrehzahl des Motors auf die Synchrondrehzahl des Zielgetriebegangs gere­ gelt wird. Hierbei ist insbesondere bei Hochschaltvorgängen vorgesehen, daß durch den Motortreiber das maximal mögliche Motorschleppmoment eingestellt wird.
Anschließend geben die Koordinationsmittel der Motortreiber­ stufe dann wieder Sollwerte zur Einstellung eines Motoraus­ gangsmoments bzw. eines Kupplungseingangsmoments vor, wenn der Zielgetriebegang eingerückt ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die Koordinationsmittel weiterhin der Kupplungstreiberstufe dann Sollwerte zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments vorgeben, wenn der Zielgetriebegang eingerückt ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Koordinationsmittel derart ausgestaltet, daß in Re­ aktion auf eine beabsichtigte Änderung der Getriebeüberset­ zung der Motortreiberstufe die Sollwerte zur Einstellung ei­ nes Motorausgangsmoments bzw. eines Kupplungseingangsmoments derart vorgegeben werden, daß das Motorausgangsmoment auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert reduziert wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß die Reduzierung mittels eines vorgebbaren Verlaufs, insbesondere innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer, geschieht und der Verlauf oder die Zeitdauer abhängig von der Änderung der beabsichtigten Getriebeübersetzung vorgegeben ist. Die Reduzierung kann da­ bei innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer rampenförmig ge­ schehen.
Der vorgebbare Verlauf der Reduzierung ist vorteilhafterwei­ se abhängig
  • - vom Gangsprung, also von dem Start- und Zielgetriebegang,
  • - von der Leistungs- beziehungsweise Momentenanforderung des Fahrers,
  • - von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
  • - vom Fahrertyp, beispielsweise verbrauchs- oder leistungs­ orientierter Fahrertyp,
  • - von der Fahrsituation, beispielsweise vom Fahrwiderstand, und/oder
  • - vom Betriebszustand der Aggregate, beispielsweise abhän­ gig von der Motor- und/oder Kupplungstemperatur.
Weiterhin können die Koordinationsmittel derart ausgestaltet sein, daß der Kupplungstreiberstufe die Sollwerte zur Ein­ stellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments abhän­ gig von den Sollwerten zur Einstellung eines Motorausgangs­ moments bzw. eines Kupplungseingangsmoments vorgegeben wer­ den.
Vorteilhafterweise geben die Koordinationsmittel die Koordi­ nationsmittel der Kupplungstreiberstufe die Sollwerte zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments derart vor, daß das maximal übertragbare Kupplungsmoment auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert erhöht wird, wobei insbesondere ein erster Verlauf der Sollwerte vorgegeben wird. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, daß der vorgebbare erste Verlauf der Reduzierung abhängig ist
  • - von dem Start- und Zielgetriebegang,
  • - von der Leistungs- beziehungsweise Momentenanforderung des Fahrers,
  • - von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
  • - vom Fahrertyp,
  • - von der Fahrsituation und/oder
  • - vom Betriebszustand der Aggregate, beispielsweise abhän­ gig von der Motor- und/oder Kupplungstemperatur.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Sollwerte zur Ein­ stellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeein­ gangsdrehzahl derart vorgegeben werden, daß ein zweiter Ver­ lauf der Sollwerte zur Einstellung einer Motorausgangsdreh­ zahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vorgegeben wird.
Die Einstellung der Sollwerte zur Einstellung einer Mo­ torausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl kann durch die Einstellung eines indizierten Motormoments gesche­ hen, wobei das aktuell einzustellende indizierte Motormoment
  • - abhängig von wenigstens einem im ersten Sollverlauf in der Zukunft liegenden Sollwert für die Ausgangsdrehzahl des Motors und/oder
  • - abhängig von dem vorgegebenen ersten Verlauf der Sollwer­ te und/oder
  • - abhängig vom Betriebszustand des Motors, der Kupplung und/oder des Getriebes
ermittelt wird.
Die Einstellung der Sollwerte zur Einstellung einer Mo­ torausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl kann weiterhin durch Vorgabe der Sollwerte zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments geschehen, wobei das aktuell einzustellende übertragbare Kupplungsmoment
  • - abhängig von wenigstens einem im ersten Sollverlauf in der Zukunft liegenden Sollwert für die Ausgangsdrehzahl des Motors und/oder
  • - abhängig von dem vorgegebenen ersten Verlauf der Sollwer­ te und/oder
  • - abhängig vom Betriebszustand des Motors, der Kupplung und/oder des Getriebes
ermittelt wird.
Der Kern der Erfindung ist also die koordinierte Ansteuerung von Motor, Kupplung und Getriebe bei Fahrzeugen mit automatisiertem Schaltgetriebe und elektronischer Motorleistungs- bzw. Motormo­ mentensteuerung zur Steuerung des Schaltablaufes. Ein Bestand­ teil des Verfahrens ist die Basierung auf dem vom Fahrer ge­ wünschten Antriebsmoment. Insbesondere ist vorgesehen, daß das Antriebsmoment vor und nach der Schaltung identisch ist, sofern der Motor innerhalb seines Leistungsvermögens betrieben wird.
Vom Motor kann während der Schaltung stets das geeignete Moment gefordert werden. Dies ist bei Systemen, bei denen die Ermitt­ lung des Fahrerwunschmomentes durch die Motorsteuerung erfolgt nur bedingt möglich.
Das Wiedereinkuppeln während des Momentenaufbaus kann so gesteu­ ert werden, daß am Ende der Schaltung das Soll- Motorausgangsmoment derart gefordert wird, daß das vom Fahrer gewünschte Antriebsmoment realisiert wird. Die Berücksichtigung des Fahrerwunschmomentes auch während des Schaltablaufes ermög­ licht eine optimale Vorgabe vom Motor- und Kupplungsmoment.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Schaltung zeitoptimiert und komfortabel vorzunehmen. Dies erhöht sowohl die Fahrsicherheit als auch den Fahrkomfort.
Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung besteht in einer prädiktiven Drehzahlregelung, wobei die Drehzahlre­ gelung von Verbrennungskraftmaschinen durch Vorgabe eines indizierten Momentes erzielt wird. Dabei ist ein gewünschter Drehzahlverlauf gegeben, so daß neben der Solldrehzahl zu einem aktuellen Zeitpunkt auch Solldrehzahlen zu zeitlich in der Zukunft liegenden Zeitpunkten bekannt sind. Die ge­ wünschte Drehzahl soll auch bei veränderlichem Lastmoment exakt eingestellt werden. Diese Situation tritt insbesondere während Schaltvorgängen auf, die durch eine koordinierte Mo­ tor-/Getriebesteuerung gesteuert werden.
Die prädiktive Drehzahlregelung von Verbrennungskraftmaschi­ nen erlaubt die präzise Realisierung von Drehzahlverläufen bei variablem Lastmoment. Das zum Erreichen eines vorgegebe­ nen Drehzahlverlaufs erforderliche indizierte Moment wird zu diskreten Zeitpunkten errechnet. Kern dieser auf einem Sy­ stemmodell des Motors und der Last basierenden Vorgehenswei­ se ist die Berücksichtigung zukünftiger (prädizierter) Solldrehzahlen und Lastmomente zum Zeitpunkt der Berechnung des indizierten Moments. Die prädiktive Drehzahlregelung wird durch den übergeordneten Koordinator, der den Gangwech­ sel auslöst, aktiviert. Mit Herstellung des Kraftschlusses im Antriebsstrang im Zielgang wird der Algorithmus beendet.
Hierzu ist vorgesehen, daß die erwähnten Sollwerte zur Ein­ stellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeein­ gangsdrehzahl derart vorgegeben werden, daß ein erster Soll­ verlauf der Sollwerte zur Einstellung einer Motorausgangs­ drehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vorgegeben wird.
Insbesondere ist dann vorgesehen, daß die Einstellung der Sollwerte zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl durch die Einstellung eines indizierten Motormoments geschieht. Hierbei wird das aktuell einzustellende indizierte Motormoment abhängig von wenig­ stens einem in dem ersten Sollverlauf in der Zukunft liegen­ den Sollwert für die Ausgangsdrehzahl des Motors ermittelt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß Sollwerte zur Einstel­ lung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments derart vorgegeben werden, daß ein zweiter Sollverlauf der Sollwerte zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments vorgegeben wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, daß das aktuell einzustellende indizierte Motormoment abhängig von wenigstens einem im zweiten Sollverlauf in der Zukunft liegenden Sollwert zur Einstellung eines maximal übertragba­ ren Kupplungsmoments ermittelt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprü­ chen zu entnehmen.
Zeichnung
Die Fig. 1 zeigt die Erfindung anhand eines Übersichts­ blockschaltbildes, während die Fig. 2 und 3 die Einbin­ dung der koordinierten Antriebsstrangsteuerung und des Schaltmanagers in die Gesamtfahrzeugsteuerung aufzeigen. Die Fig. 4 und 5 geben die einzelnen Phasen eines Schaltvor­ gangs an. Die Fig. 6a, b und c stellen den Datenaustausch zwischen einzelner Elemente der koordinierten Antriebs­ strangsteuerung während eines Schaltvorgangs dar. Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen den zeitlichen Verlauf einzelner Schaltphasen, während die Fig. 10 eine Rechenvorschrift zur Bestimmung des Soll-Motorausgangsmoment in der Phase Momen­ tenaufbau beschreibt. Die Fig. 11 bis 14 offenbaren Dreh­ zahl- und Momentenverläufe zur prädiktiven Drehzahlrege­ lung, während die Fig. 15 die prädiktive Drehzahlregelung anhand eines Blockschaltbildes skizziert.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen dargestellt.
Durch eine Antriebsstrangsteuerung erfolgt der Gangwechsel bei einem Fahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe (ASG) und elektronisch betätigter Kupplung durch eine koor­ dinierte Ansteuerung 111 der Komponenten Motor, Kupplung und Getriebe. Die Fig. 1 zeigt die Systemarchitektur der An­ triebstrangsteuerung.
Das vom Fahrer gewünschte Antriebsmoment wird durch die An­ triebstrangsteuerung 111 in Abhängigkeit von der relativen Stellung hfp des Fahrpedals 110 und der Fahrzeuggeschwindig­ keit n_ga ermittelt. Von der Motorsteuerung 101a wird ein Motorausgangsmoment md_ma_soll oder die Einstellung einer Motordrehzahl n_m_soll verlangt. Die Kupplungssteuerung 103a wird beauftragt, die Kupplung so einzustellen, daß diese ein Moment md_ka_soll übertragen kann. Alternativ kann auch die Vorgabe einer Soll-Lage oder einer Soll-Kraft des Aktuators, der die automatisierte Kupplung 103 betätigt, vorgesehen sein.
Das Getriebesteuergerät 105a wird vom Koordinator 111 beauf­ tragt, den Soll-Getriebegang g_soll einzustellen.
Durch eine geeignete Sensorik 102, 104 und 106 werden die Motordrehzahl n_m, die Getriebeeingangsdrehzahl n_ge und die Getriebeausgangsdrehzahl n_ga erfaßt und der Antriebsstrang­ steuerung 111 zur Verfügung gestellt. Außerdem teilen die Steuerungskomponenten 101a, 103a und 105a der Antriebsstrang­ steuerung 111 weitere Signale mit, die im Zusammenhang mit der Funktionsstruktur der Antriebsstrangsteuerung erläutert werden.
Struktur der Koordinierten Antriebsstrangsteuerung
Anhand der Fig. 2 wird die Struktur der koordinierten An­ triebsstrangsteuerung 11 und ihre Einbindung in eine Gesamt- Fahrzeugsteuerung beschrieben. Sie erfolgt gemäß einem Ord­ nungskonzept für Steuerungen, Regelungen, Sensoren und Ak­ tuatoren eines Fahrzeuges. Dargestellt sind Objekte der ko­ ordinierten Antriebsstrangsteuerung und der Informationsfluß für ausgewählte Größen.
Der Koordinator Fahrzeug 201 beauftragt den Antrieb 202, ein Antriebsmoment md_an_soll bereitzustellen und dabei eine Leistungs- bzw. Momentenreserve md_anv_soll vorzuhalten, die der Motor innerhalb eines Arbeitstaktes (z. B. über den Zünd­ winkel) zusätzlich realisieren kann. Er steuert die Lei­ stungs- bzw. Momentenaufnahme md_na der Nebenaggregate, die dem elektrischen Bordnetz sowie Karosserie und Innenraum 204 zugeordnet sind, und teilt sie dem Antrieb mit. Das Soll- Antriebsmoment md_an_soll wird vom Fahrpedal ermittelt. Es ist Teil der Fahrzeugbewegung, in der zusätzlich die Anfor­ derungen eines Fahrautomaten und weiterer Komponenten (nicht dargestellt) koordiniert werden. Die Komponente Fahrzeugbe­ wegung 203 fordert das Soll-Antriebsmoment md_an_soll vom Koordinator Fahrzeug 201 an. Der Antrieb 202 selbst gliedert sich in einen Koordinator Antrieb und die Objekte Motor, Kupplung und Getriebe, die von dem Koordinator angesteuert werden.
Die Steuerung des Schaltvorgangs wird innerhalb der Koordi­ nierten Antriebsstrangsteuerung 202 durch das Objekt Schalt­ manager 2021 vorgenommen wird. Das Objekt Schaltmanager 2021 ist ein Teilobjekt des Koordinators Antrieb 202 und koordi­ niert während einer Schaltung die Treiber 2022, 2023 und 2024 für den Motor 2025, die Kupplung 2026 und das Getriebe 2027. Die Einbindung des Schaltmanagers 2021 in die An­ triebsstrangsteuerung 202 und Schnittstellen zwischen dem Schaltmanager 2021 und Motortreiber 2022, Kupplungstreiber 2023 und Getriebetreiber 2027 sind in der Fig. 3 darge­ stellt.
Während des Schaltvorgangs erfolgen durch den Schaltmanager 2021 Momenten- und Drehzahlvorgaben md_ke_soll (Soll- Kupplungsmoment), md_mv_soll (Soll-Momentenvorhalt des Mo­ tors) und n_m_soll (Soll-Motordrehzahl) an den Motortreiber 2022. Dieser berücksichtigt diese Vorgaben und erteilt dem Motor bzw. dessen Steuergerät entsprechende Aufträge. Es können dabei wahlweise Momenten- oder Drehzahlforderungen gestellt werden; die Unterscheidung erfolgt durch die logi­ sche Variable "Drehzahlforderung".
An den Kupplungstreiber 2023 erfolgt die Vorgabe eines Soll- Kupplungsausgangsmomentes md_ka_soll. Die Kupplung 2026 wird so angesteuert, daß sie in der Lage ist, dieses Moment über­ tragen zu können. Zur Identifizierung eines Schaltvorgangs wird dem Kupplungstreiber 2023 die Variable "Schaltvorgang" vom Schaltmanager 2021 übermittelt.
Für den Getriebetreiber 2024 kann der Schaltmanager 2021 während einer Schaltung eine Schaltverhinderung veranlassen, so daß bei laufendem Gangwechsel weitere Schaltungen verhin­ dert werden. Der Schaltmanager 2021 verarbeitet Informatio­ nen von den Objekten Motor, Kupplung und Getriebe, die er von diesen direkt erfragt. Der Schaltmanager 2021 teilt dem Getriebetreiber 2024 den aktuellen statischen Getriebe- Sollgang g_stat mit.
Durch die koordinierte Antriebsstrangsteuerung werden die Antriebsstrangkomponeten Motor, Kupplung und Getriebe wäh­ rend eines Schaltvorgangs geeignet angesteuert. Ziel der Steuerung ist eine möglichst kurze Dauer des Schaltvorgangs bei gleichzeitig hohem Komfort. Wesentlich wird der Komfort durch die Vermeidung von Rucken und Antriebsstrangschwingun­ gen bestimmt.
Steuerung des Schaltablaufs
Wie schon erwähnt besteht der Kern der Erfindung in der ko­ ordinierten Ansteuerung von Motor, Kupplung und Getriebe während einer Schaltung und während des Normalbetriebs, ba­ sierend auf dem vom Fahrer gewünschten Antriebsmoment. Ins­ besondere wird angestrebt, daß vor und nach einer Schaltung das Antriebsmoment konstant ist ("momentenkonstantes Schal­ ten").
In der Fig. 4 ist zu sehen, daß sich bei einem Schaltvor­ gang die drei Phasen Momentenreduktion, Gangwechsel und Mo­ mentenaufbau unterscheiden lassen, die sequentiell ablaufen. Ein Schaltvorgang wird durch die Anforderung eines neuen Ganges an das Getriebe durch den Getriebetreiber ausgelöst. Akzeptiert das Getriebe den angeforderten Gang, so wird eine Momentenreduktion eingeleitet. Im Anschluß an die Momenten­ reduktion erfolgt ein Wechsel des Getriebeganges bei gleich­ zeitiger Anpassung der Motordrehzahl an die Synchrondreh­ zahl. Diese Anpassung kann vollständig oder nur teilweise erfolgen. Ist der geforderte Gang eingelegt, so erfolgt ein Momentenaufbau auf den vom Antrieb geforderten Wert für das Antriebsmoment.
Die Dauer der einzelnen Phasen beim Schaltvorgang für eine Hochschaltung ist in der Fig. 5 angedeutet. Hier ist sche­ matisch der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl und des An­ triebsmoments dargestellt. Die Gesamtdauer Tschalt des Schaltvorgangs ergibt sich als Summe der Dauern der einzel­ nen Phasen Tred (Momentenreduktion), Tgw (Gangwechsel) und Tauf (Momentenaufbau). Während des Gangwechsels ist das An­ triebsmoment gleich null. Diese Zugkraftunterbrechung ist bei automatisierten Schaltgetrieben prinzipbedingt. Eine Ausnahme hiervon bilden lediglich sogenannte Doppelkupp­ lungsgetriebe. Der Schaltvorgang setzt sich aus 3 Phasen zu­ sammen:
  • - Phase 1: Momentenreduktion. In dieser Phase wird die Kupplung geöffnet und das Motormoment reduziert.
  • - Phase 2: Gangwechsel/Drehzahlregelung. In dieser Phase wird der Gang gewechselt. Der Motor wird so angesteuert, daß sich seine Drehzahl der Zieldrehzahl des neuen Ganges anpaßt.
  • - Phase 3: Momentenaufbau. In dieser Phase wird die Kupp­ lung geschlossen. Das Motormoment wird so gesteuert, daß es nach Ablauf der Schaltung dem Moment entspricht, das im Normalbetrieb zur Bereitstellung des vom Fahrer ge­ wünschten Antriebsmomentes erforderlich ist.
Kommunikationsbeziehungen zur Steuerung des Schaltablaufes
Die Kommunikationsbeziehungen zwischen den Teilkomponenten der Antriebsstrangsteuerung, insbesondere während der ein­ zelnen Phasen des Schaltablaufes, zeigen die Fig. 6a, b und c. Dargestellt sind die Phasen Momentenreduktion (Fig. 6a), Drehzahlregelung (Fig. 6b), Momentenaufbau und Normal­ betrieb (Fig. 6c). Diese Phasen laufen wie schon erwähnt sequentiell ab, so daß in den Fig. 6a, 6b und 6c ein zeitlicher Ablauf wiedergegeben ist.
Momentenreduktion (Fig. 6a)
In der Fig. 6a (von oben beginnend) ist zu sehen, daß der Koordinator Antrieb 202 mit der Einstellung des Getriebeaus­ gangsmomentes md_ga_soll beauftragt wird. Er teilt diese Größe dem Getriebetreiber 2024 mit, der den Soll-Gang g_soll ermittelt. Der Getriebetreiber 2024 erhält vom Koordinator Antrieb den Auftrag, den Soll-Gang zu bestimmen. Die Ein­ stellung dieses Gangs wird vom Getriebe 2027 gefordert. Der Schaltmanager 2021 wird ebenfalls vom Koordinator Antrieb beauftragt. Er erfragt vom Getriebe 2027 den Ist-Gang (Gib_g) und den Ziel-Gang (Gib_g_ziel?). Weichen diese von­ einander ab, wird eine Schaltung eingeleitet (B_svg=true). Motortreiber 2022 und Kupplungstreiber 2023 erfragen vom Schaltmanager 2021, ob ein Schaltvorgang vorliegt (Ist_svg?), und erfragen (Gib_md_ke_soll?, Gib_md_ka_soll?) weiterhin Vorgabewerte für das Soll-Kupplungseingangsmoment md_ke_soll und das Soll-Kupplungsausgangsmoment md_ka_soll und steuern die Komponenten Motor 2025 [Stelle(md_ma_soll)! (Soll-Motorausgangsmoment)] und Kupplung 2026 [Stel­ le(md_ka_soll)! (Soll-Kupplungsausgangsmoment)] entsprechend an.
Drehzahlregelung (Fig. 6b)
Hat das Getriebe 2027 den alten Gang ausgerückt (Abfrage Ist_n_ford?), oder wenn die Kupplung 2026 im wesentlichen geöffnet ist (Abfrage Ist_offen?), so wird dies durch die binären Informationen n_ford oder Ist_offen mitgeteilt, die dadurch wahr wird. Die Getriebesteuerung 2027 errechnet die Synchrondrehzahl des neuen Ganges als Soll-Getriebeeingangs­ drehzahl n_ge_soll (Abfrage Gib_n_ge_soll?). Die Motorsteue­ rung bzw. -treiber wird dann beauftragt, diese Drehzahl ein­ zustellen [Anfrage Gib_n_m_soll? und Stellsignal Stel­ le (n_m_soll_!)]. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Drehzahlregelung, die eingangs erwähnte prädiktive Dreh­ zahlregelung, wird am Ende der Beschreibung genauer be­ schrieben.
Momentenaufbau (Fig. 6c)
Hat das Getriebe 2027 den neuen Gang eingelegt (Abfrage Ist_n_ford?), so wird die binäre Information n_ford falsch. Der Motortreiber 2022 ermittelt aufgrund der Informationen über das gewünschte Getriebeausgangsmoment md_ga_soll (vom Koordinator Antrieb) und das gewünschte Kupplungseingangsmo­ ment md_ke_soll das Soll-Motorausgangsmoment md_ma_soll [(Stelle(md_ma_soll)!]. Der Kupplungstreiber 2023 stellt an der Kupplung 2026 das gewünschte Kupplungsausgangsmoment md_ka_soll [Stelle(md_ka_soll)!] ein.
Normalbetrieb (Fig. 6c)
Von der Phase Momentenaufbau wird in den Normalbetrieb über­ gegangen, wenn das Zielmoment erreicht ist. Das Attribut B_svg wird dann auf falsch gesetzt und die Schaltung ist da­ mit abgeschlossen.
Algorithmus zur Momentenreduktion
Der Algorithmus zur Momentenreduktion ist im wesentlichen im Schaltmanager 2021 realisiert.
Die Momentenreduktion erfolgt ausgehend von einem Moment md_ra_red_start, das dem Soll-Motorausgangsmoment beim Start der Schaltung entspricht. Der prinzipielle Verlauf des Soll- Motorausgangsmomentes md_ma_soll und des Soll-Kupplungs­ momentes md_kup_soll ist in der Fig. 7 dargestellt. Zu­ nächst wird der Fall des Zugbetriebs beschrieben, bei dem die Größe md_ra_red_start < 0 Nm (Newton-Meter) ist.
Ausgehend vom Moment md_ra_red_start wird das Soll-Motor­ ausgangsmoment md_ma_soll auf einen Wert md_red_min ver­ ringert, der applizierbar ist oder geeignet errechnet wird. Das Soll-Kupplungsmoment md_kup_soll wird auf 0 Nm verrin­ gert.
Vorteilhaft ist es, die Momentenreduktion rampenförmig vor­ zunehmen, wobei die Dauer der Reduktion bis auf 0 Nm durch eine Zeit t_ra_red vorgegeben wird. Weiterhin ist es vor­ teilhaft, diese Zeit bei Beginn der Schaltung zu berechnen. In einer möglichen Ausgestaltung geschieht diese Bestimmung in Abhängigkeit von der Schalt-Art, die durch eine zugehöri­ ge Schalt-ID repräsentiert wird. Eine beispielhafte Kodie­ rung zeigt Tabelle:
Die Dauer t_ra_red kann damit als Ausgangswert einer Kennli­ nie ermittelt werden, deren Eingangswert die Schalt-ID ist. Sie wird von der Getriebesteuerung geliefert.
Die Berechnung der Soll-Momente erfolgt ausgehend vom Start­ wert md_ra_red_start durch Dekrementieren entsprechend der Soll-Steigung md_dot_red. Diese Größe wird berechnet zu
Der Motortreiber 2022 steuert entsprechend den Motor mit dem Soll-Motorausgangsmoment md_ma_soll an. Entsprechend wird das Soll-Kupplungsmoment
md_ka_soll = md_kup_soll
bestimmt. Diese Größe wird an den Kupplungstreiber 2023 wei­ tergeleitet, der die Kupplung 2026 entsprechend ansteuert.
Der Ablauf der Momentenreduktion im Schubbetrieb ist in Fig. 8 dargestellt. Hier ist zu bemerken, daß das Soll- Kupplungsmoment immer positiv ist und bei negativem Soll- Motorausgangsmoment dessen Betrag entspricht. Die Reduktion von Motor- und Kupplungsmoment ist also eine Reduktion der Beträge der Momente. Das Soll-Motorausgangsmoment wird aus­ gehend vom Startwert md_ra_red_start auf einen Wert md_red_max gebracht, der applizierbar ist oder geeignet be­ rechnet wird. Die Dauer und die Steigung der Momentenrampe wird analog zum Zugbetrieb berechnet.
Es ist vorteilhaft, die Dauern t_ra_red durch entsprechende Applikation von der Situation Schub-/Zugbetrieb abhängig zu machen.
Die Phase Momentenreduktion ist abgeschlossen, wenn das Ge­ triebe den Gang ausgerückt hat oder die Kupplung geöffnet ist.
Während der Momentenreduktion werden also die Komponenten des Antriebsstrangs so angesteuert, daß Motor- und Getriebe­ eingangsdrehzahl weiterhin übereinstimmen. Die Steuerung muß hier insbesondere eine Erhöhung der Motordrehzahl während des Öffnens der Kupplung vermeiden, da diese den Schaltvor­ gang verlängert und das mit einer Drehzahlanhebung verbunde­ ne Motorgeräusch vom Fahrer als unangenehm empfunden wird.
Algorithmus zur Drehzahlregelung
Während des Gangwechsels wird die Motorsteuerung beauftragt, die Synchrondrehzahl des neuen Ganges einzustellen. Hierzu wird während des Gangwechsels bei der Hochschaltung vom Mo­ tor das maximal mögliche Schleppmoment eingestellt, um die Motordrehzahl der Synchrondrehzahl des neuen Ganges anzu­ gleichen. Gleichzeitig bleibt die Kupplung geöffnet, bis der neue Gang eingelegt ist. Damit sind in dieser Phase das Kupplungsausgangsmoment und das Antriebsmoment gleich null. Daraus resultiert eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindig­ keit während des Schaltvorgangs.
Bei Rückschaltungen kann vom Schaltmanager 2021 eine aktive Anpassung der Motordrehzahl an die Synchrondrehzahl des neu­ en Ganges realisiert werden. Durch eine unterlagerte Mo­ tordrehzahlregelung, die im Objekt Motor realisiert ist, wird die Motordrehzahl auf den vom Schaltmanager geforderten Wert geregelt. Bei nahezu übereinstimmender Motor- und Ge­ triebeeingangsdrehzahl kann die Kupplung ohne Komforteinbu­ ßen schnell geschlossen werden, was zu einer Verkürzung der Schaltvorgangsdauer beiträgt.
Algorithmus zum Momentenaufbau
Wie die Berechnungsvorschrift zur Momentenreduktion ist auch der Algorithmus zum Momentenaufbau im wesentlichen im Schaltmanager realisiert. Der Momentenaufbau erfolgt ausge­ hend von einem Moment md_ra_auf_start, das ein applizierba­ rer Parameter ist oder geeignet berechnet werden kann. Der prinzipielle Verlauf eines Referenzmoments md_ra_auf ist in Fig. 9 dargestellt. Die Berechnung des Soll- Motorausgangsmoment md_ma_soll und des Soll-Kupplungsmoments md_ka_soll erfolgt basierend auf dem Referenzmoment md_ra_auf.
Ausgehend vom Moment md_ra_auf_start wird das Referenzmoment auf den Wert des Zielmomentes md_targ erhöht. Das Zielmoment wird laufend entsprechend der Vorschrift
berechnet. Dabei ist mue(g_ziel) die Momentenverstärkung des Getriebes für den Zielgang. Vorteilhaft ist es, den Momen­ tenaufbau rampenförmig vorzunehmen, wobei die, Dauer durch eine Zeit t_ra_auf vorgegeben wird. Weiterhin ist es vor­ teilhaft, diese Zeit bei Beginn der Phase Momentenaufbau zu berechnen. In einer möglichen Ausgestaltung geschieht diese Bestimmung in Abhängigkeit von der Schalt-Art. Die Dauer t_ra_red kann damit als Ausgangswert einer Kennlinie ermit­ telt werden, deren Eingangswert die Schalt-ID ist. Sie wird von der Getriebesteuerung geliefert.
Die Berechnung des Referenzmomentes md_ra_auf erfolgt ausge­ hend vom Startwert md_ra_auf_start durch Inkrementieren ent­ sprechend der Soll-Steigung md_dot_auf. Diese Größe wird be­ rechnet zu
Das Soll-Motorausgangsmoment wird ausgehend vom Referenzmo­ ment md_ra_auf berechnet.
Der entsprechende Algorithmus ist in der Fig. 10 darge­ stellt. Zunächst wird die Ziel-Drehzahl n_targ als Produkt der Übersetzung des Ziel-Ganges g_ziel und der Getriebeaus­ gangsdrehzahl n_ga bestimmt.
Die Differenz zwischen n_targ und der Motordrehzahl beim Be­ ginn der Phase Momentenaufbau, n_init, wird durch die Dauer t_ra_auf dividiert und mit einem konstanten Faktor multipli­ ziert. Diese Größe wird mit einer skalaren Größe multipli­ ziert. Das Ergebnis ist der Soll-Gradient der Motordrehzahl om_dot_soll. Die skalare Größe wird aus einer Kennlinie KL_n_shape ausgelesen. Die Eingangsgröße dieser Formkennli­ nie für den Motordrehzahlverlauf ist das Drehzahlverhältnis zwischen Motordrehzahl und Zieldrehzahl
Die Größe om_dot_soll wird mit einer konstanten Größe the­ ta_m multipliziert und das Ergebnis zum Referenzmoment md_ra_auf addiert. Das Ergebnis ist das Soll- Motorausgangsmoment md_ma_soll. Der Motor wird beauftragt, dieses Moment bereitzustellen.
Das Soll-Kupplungsmoment md_ka_soll ist grundsätzlich iden­ tisch mit der Größe md_ra_auf, jedoch kann ein Moment P_md_ke_targ_min angegeben werden, das als Soll-Vorgabe für die Kupplung am Ende des Momentenaufbaus mindestens erreicht werden soll.
Es ist vorteilhaft, die Dauern t_ra_auf durch entsprechende Applikation von der Situation Schub-/Zugbetrieb abhängig zu machen.
Das Ende der Phase Momentenaufbau wird erkannt, wenn der Be­ trag der Differenz zwischen dem Referenzmoment md_ra_auf und dem Zielmoment md_targ eine Schwelle unterschreitet. Diese Schwelle wird vorteilhafterweise bei Beginn der Phase Momen­ tenaufbau in Abhängigkeit von der Größe md_dot auf und der Zyklusdauer der Task, in der die Berechnung erfolgt, berech­ net.
Während des Momentenaufbaus wird also durch die schließende Kupplung die Motordrehzahl auf die Synchrondrehzahl des neu­ en Ganges gebracht. Gleichzeitig erfolgt ein Momentenaufbau, so daß nach Ende des Schaltvorgangs das vom Fahrer gewünsch­ te Antriebsmoment erreicht wird. Um einen vorgegebenen Ver­ lauf des Soll-Antriebsmoments bei gleichzeitiger Drehzahlan­ gleichung zu erreichen werden Motor und Kupplung koordiniert angesteuert. Dabei wird insbesondere berücksichtigt, daß beim Übergang der Kupplung vom Rutschen in ein Haften der Kupplungsscheiben die Differenz der Drehzahlgradienten von Kupplungseingangs- und Ausgangsseite klein sind, so daß An­ triebsstrangschwingungen vermieden werden.
Durch den Schaltmanager 2021 werden auch Doppel- und Mehr­ fachschaltungen behandelt, die z. B. bei Notbremsungen und Überholmanövern erforderlich sind. Wird eine Situation er­ kannt, in der eine Doppelschaltung erlaubt ist und ist der vom statischen Fahrprogramm bestimmte Soll-Gang kleiner als der vom Getriebe nach dem Gangwechsel eingelegte Gang, so wird bei offener Kupplung vom Getriebe der nächste Gang an­ gefordert. Erst wenn dieser eingelegt wurde, erfolgt ein Mo­ mentenaufbau und somit der Abschluß des Schaltvorgangs.
Zusammenfassend ist zu bemerken, daß der Kern der Erfindung in der koordinierten Ansteuerung von Motor, Kupplung und Ge­ triebe bei Fahrzeugen mit automatisiertem Schaltgetriebe und elektronischer Motorleistungs- bzw. -momentensteuerung zur Steuerung des Schaltablaufes besteht. Ein wesentlicher Be­ standteil des Verfahrens ist die Basierung auf dem vom Fah­ rer gewünschten Antriebsmoment. Daraus ergeben sich folgende Vorteile:
  • - Das Antriebsmoment ist vor und nach der Schaltung iden­ tisch, sofern der Motor innerhalb seines Leistungsvermö­ gens betrieben wird.
  • - Vom Motor kann während der Schaltung stets das geeignete Moment gefordert werden. Dies ist bei Systemen, bei denen die Ermittlung des Fahrerwunschmomentes durch die Motor­ steuerung erfolgt nur bedingt möglich.
  • - Das Wiedereinkuppeln (Phase Momentenaufbau) kann so ge­ steuert werden, daß am Ende der Schaltung das Soll- Motorausgangsmoment derart gefordert wird, daß das vom Fahrer gewünschte Antriebsmoment realisiert wird. Die Be­ rücksichtigung des Fahrerwunschmomentes auch während des Schaltablaufes ermöglicht eine optimale Vorgabe vom Mo­ tor- und Kupplungsmoment.
Damit ist es möglich, die Schaltung zeitoptimiert und kom­ fortabel vorzunehmen. Dies erhöht sowohl die Fahrsicherheit als auch den Fahrkomfort.
Prädiktive Drehzahlregelung
Wie schon eingangs erwähnt wird bei der prädiktiven Dreh­ zahlregelung die Motordrehzahl durch Vorgabe eines indizier­ ten Momentes erreicht. Dabei ist ein gewünschter Drehzahl­ verlauf gegeben, so daß neben der Solldrehzahl zu einem ak­ tuellen Zeitpunkt auch Solldrehzahlen zu zeitlich in der Zu­ kunft liegenden Zeitpunkten bekannt sind. Die gewünschte Drehzahl soll auch bei veränderlichem Lastmoment exakt ein­ gestellt werden. Diese Situation tritt insbesondere während Schaltvorgängen auf, die durch eine koordinierte Motor-/Getriebe­ steuerung gesteuert werden.
Das Verfahren zur prädiktiven Drehzahlregelung von Verbren­ nungskraftmaschinen erlaubt die präzise Realisierung von Drehzahlverläufen bei variablem Lastmoment. Das zum Errei­ chen eines vorgegebenen Drehzahlverlaufs erforderliche indi­ zierte Moment wird zu diskreten Zeitpunkten errechnet. Kern des auf einem Systemmodell des Motors und der Last basieren­ den Verfahrens ist die Berücksichtigung zukünftiger (prädi­ zierter) Solldrehzahlen und Lastmomente zum Zeitpunkt der Berechnung des indizierten Moments. Das Verfahren wird durch einen übergeordneten Koordinator, der den Gangwechsel aus­ löst, aktiviert. Mit Herstellung des Kraftschlusses im An­ triebsstrang im Zielgang wird der Algorithmus beendet.
Bei bekannten System ist bei Schaltvorgängen eine Momenten­ reduktion des Motors durch einen Zündwinkeleingriff durch die Getriebesteuerung oder die Kupplungssteuerung vorgese­ hen.
In zukünftigen Systemen zur Motorsteuerung, die mit einem elektronischen Drosselklappensteller ausgerüstet sind, er­ folgt die Beeinflussung der Motorleistung durch eine Momen­ tenvorgabe. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, auch aktiv Momentenerhöhungen vornehmen zu können. Diese Möglichkeit erlaubt insbesondere, die Schaltzeit bei automatisierten Schaltgetrieben (ASG) zu reduzieren. Dadurch läßt sich die Dauer der Zugkraftunterbrechung verringern und somit Fahr­ leistung und Komfort erhöhen.
Gegenüber Verfahren zur Momentensteuerung bietet das Verfah­ ren zur prädiktiven Drehzahlregelung den Vorteil größerer Robustheit gegen Störeinflüsse, da die aktuelle Motordreh­ zahl ständig mit dem Soll-Drehzahlverlauf in Einklang ge­ bracht wird. Mit dem Verfahren kann ein gewünschter Dreh­ zahlverlauf schneller eingestellt werden als mit proportio­ nalen oder proportional-integralen Reglern, da es nicht auf der Existenz einer Regelabweichung beruht.
Das Verfahren zur prädiktiven Drehzahlregelung startet zum Zeitpunkt ta und endet zum Zeitpunkt te. Während des Zeitin­ tervalls [tα, te] werden zu diskreten Zeitpunkten tk Informa­ tionen über den Verlauf der Soll-Motordrehzahl nsoll und des Soll-Kupplungsmoments M soll|K aus den Kennlinien KL_n_soll (Fig. 11) und KL_Mk_soll (Fig. 12) ausgelesen.
Das Moment M soll|K ist das von der Schwungscheibe einer Reib­ kupplung übertragene Moment, wobei diese mit der Kurbelwelle des Motors starr verbunden ist.
Aus den Kennlinien werden neben den Sollwerten für den aktu­ ellen Zeitpunkt tk auch n weitere, in der Zukunft liegende Sollwerte ermittelt. Für den Sollverlauf der Motordrehzahl ergeben sich die Werte
Die Zeitintervalle Δt1, Δt2, . . ., Δtn werden durch einen Rechen­ block zur Zeitintervallvorgabe zur Verfügung gestellt. Dabei definiert das Intervall Δtn den berücksichtigten Zeithori­ zont. Das Auslesen der Kennlinie KL_n_soll ist in der Fig. 11 dargestellt.
Für den Sollverlauf des Kupplungsmoments ergeben sich analog
Das Auslesen der Kennlinie KL_Mk_soll ist in der Fig. 12 dargestellt.
Berechnung des erforderlichen indizierten Moments
Die Berechnung des zur Einstellung des gegebenen Drehzahl­ verlaufs erforderlichen indizierten Motormoments MI erfolgt mittels eines Systemmodells des Motors und der Last. In dem Modell ist Θeff das effektive Massenträgheitsmoment, das sich aus dem Trägheitsmoment des Motors und der Last additiv zu­ sammensetzt.
Die Größe MV(t) beschreibt das mechanische Motor- Verlustmoment, MK(t) das Kupplungsmoment. Die Winkelge­ schwindigkeit der Kurbelwelle ist durch ω = 2πn gegeben.
Eine Betrachtung vom Zeitpunkt tk bis zum Zeitpunkt tk+1 = tk + Δt1 ergibt:
Im Intervall [tk, tk + Δt1] wird das Verlustmoment MV als kon­ stant angenommen, ebenso das zu bestimmende indizierte Mo­ tormoment MI. Damit ergibt sich:
Rechenvorschrift zur prädiktiven Regelung
Das indizierte Moment MI ist Stellgröße für die prädiktive Drehzahlregelung. Zum Zeitpunkt tk wird das Soll-Moment MI bestimmt, das erforderlich ist, um zum Zeitpunkt tk+1 die Drehzahl nk+1 zu erreichen, ausgehend von der aktuellen Dreh­ zahl nk. Die Drehzahl nk+1 wird durch ein Interpolationsver­ fahren aus der aktuellen Drehzahl nk und den Sollwerten aus der Kennlinie KL_n_soll bestimmt. Dabei wird eine Voraus­ schau von n Zeitintervallen bis zum Zeithorizont tk + Δtn vorgenommen. Der Verlauf des Kupplungsmoments MK(t) wird ausgehend vom aktuellen Kupplungsmoment MK,k in analoger Weise durch ein Interpolationsverfahren mit Hilfe der Kenn­ linie KL_Mk_soll prädiziert.
Mit einer 1-Schritt-Vorausschau für den Drehzahlverlauf ist nk+1 ist mit n soll|k+1 identisch, wie in der Fig. 13 grafisch veranschaulicht.
Für das Kupplungsmoment MK(t) ergibt sich bei einer 1- Schritt-Vorausschau
wobei MK,k+1 mit M soll|K,k+1 identisch ist. Durch Einsetzen von (4) in (3) entsteht mit ωk = 2πnk und ωk+1 = 2πnk+1 die Rechenvor­ schrift:
Zur Berechnung von MI gemäß (5) ist das das aktuelle Kupp­ lungsmoment MK,k geeignet zu bestimmen. Dieses kann bei­ spielsweise meßtechnisch durch einen Drehmomentsensor erfaßt werden. Eine Ersatzwertbildung ist in bekannter Weise durch die Lasterfassung der Motorsteuerung oder durch die Kupp­ lungssteuerung möglich. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch einen Brennraumdrucksensor in Verbindung mit einem Be­ obachter (i. S. der Regelungstechnik).
Durch eine weitergehende n-schrittige zeitliche Vorausschau kann bei der Ermittlung der Stellgröße zum Zeitpunkt tk der Verlauf der Soll-Drehzahl und des Soll-Kupplungsmoments bis zum Zeithorizont tk + Δtn berücksichtigt werden.
Der Drehzahlverlauf n(t) wird durch ein Polynom höchstens n-ten Grades geeignet approximiert, das sich an den durch die Punkte der Kennlinie KL_n_soll gegebenen Soll-Drehzahlver­ lauf anschmiegt. Das Polynom ist so zu bestimmen, daß die aktuelle Drehzahl nk auf dem Polynom liegt. Die Drehzahl nk+1 ergibt sich als Funktionswert des Polynoms zum Zeitpunkt tk+1. Ein mögliches Polynom für eine 2-Schritt-Vorausschau ist in der Fig. 14 skizziert.
Für das Kupplungsmoment MK(t) erfolgt die Bestimmung eines Polynoms in analoger Weise. Der Ausdruck für MK(t) wird zur Berechnung von MI in die Bestimmungsgleichung (3) einge­ setzt.
Die Berechnung der Zeitintervalle Δt1, Δt2, . . ., Δtn erfolgt in einem Rechenblock zur Zeitintervallvorgabe. Die Zeitinter­ valle können in Abhängigkeit von der Regelgüte vorangegange­ ner Regelvorgänge und dem Betriebspunkt des Motors adaptiert werden.
Ebenso kann eine laufende Adaption der Kennlinien KL_n_soll und KL_Mk_soll, insbesondere in Abhängigkeit vom Fahrer­ wunsch, erfolgen.
Die oben beschriebene Struktur des Verfahrens der prädikti­ ven Drehzahlregelung ist in der Fig. 15 zusammenfassend skizziert.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur koordinierten Steuerung der im Antriebs­ strang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Elemente Servokupp­ lung (2026), Fahrzeugmotor (2025) und Getriebe (2027) wäh­ rend einer Änderung der Getriebeübersetzung, wobei Koordina­ tionsmittel (2021) vorgesehen sind und jedem der Elemente (2025, 2026, 2027) eine Treiberstufe (2022, 2023, 2024) zu­ geordnet ist, die mit den Koordinationsmitteln (2021) ver­ bunden ist, und die Koordinationsmittel (2021) während der Änderung der Getriebeübersetzung
  • 1. der dem Fahrzeugmotor zugeordneten Motortreiberstufe (2022) wahlweise
    • 1. Sollwerte (md_ke_soll) zur Einstellung eines Motoraus­ gangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments einer­ seits oder
    • 2. Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motoraus­ gangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl ande­ rerseits, und
  • 2. der der Kupplung zugeordneten Kupplungstreiberstufe (2023) Sollwerte (md_ka_soll) zur Einstellung eines maxi­ mal übertragbaren Kupplungsmoments und
  • 3. der dem Getriebe zugeordneten Getriebetreiberstufe (2024) Sollwerte (g_stat) zur Einstellung einer Getriebeüberset­ zung
vorgeben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Koordinationsmitteln (2021) erste Informationen über den Betriebszustand der Servokupplung (2026) und/oder zweite In­ formationen über den Betriebszustand des Getriebes (2027) und/oder dritte Informationen über den Betriebszustand des Verbrennungsmotors zugeleitet werden und
  • 1. die Koordinationsmittel (2021) der Motortreiberstufe (2022) abhängig von den ersten, zweiten und/oder dritten Informationen
    • 1. entweder Sollwerte (md_ke_soll) zur Einstellung eines Motorausgangsmoments oder eines Kupplungseingangsmo­ ments oder
    • 2. Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motoraus­ gangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl
vorgeben und/oder
  • 1. die Koordinationsmittel (2021) der Kupplungstreiberstufe (2023) abhängig von den ersten, zweiten und/oder dritten Informationen Sollwerte zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmomentes vorgeben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • 1. die Koordinationsmittel (2021) der Motortreiberstufe (2022) dann Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vorgeben, wenn die Servokupplung (2026) im wesentlichen geöffnet ist und/oder
  • 2. die Änderung der Getriebeübersetzung durch Ausrücken ei­ nes Startgetriebegangs und Einrücken eines Zielgetriebe­ gangs stattfindet und die Koordinationsmittel (2021) der Motortreiberstufe (2022) dann Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Ge­ triebeeingangsdrehzahl vorgeben, wenn der Startgetriebe­ gang im Getriebe (2027) ausgerückt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Getriebeübersetzung durch Ausrücken eines Startgetriebegangs und Einrücken eines Zielgetriebegangs stattfindet und
  • 1. die Koordinationsmittel (2021) der Motortreiberstufe (2022) dann Sollwerte (md_ke_soll) zur Einstellung eines Motorausgangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments vorgeben, wenn der Zielgetriebegang eingerückt ist und/oder
  • 2. die Koordinationsmittel (2021) der Kupplungstreiberstufe (2023) dann Sollwerte (md_ka_soll) zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments vorgeben, wenn der Zielgetriebegang eingerückt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinationsmittel (2021) derart ausgestaltet sind, daß in Reaktion auf eine beabsichtigte Änderung der Getriebe­ übersetzung
  • 1. der Motortreiberstufe (2022) die Sollwerte (md_ke_soll) zur Einstellung eines Motorausgangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments derart vorgegeben werden, daß das Motorausgangsmoment auf einen vorgegebenen oder vor­ gebbaren Wert (md_red_min) reduziert wird, wobei insbe­ sondere vorgesehen ist, daß die Reduzierung mittels eines vorgebbaren Verlaufs, insbesondere innerhalb einer vor­ gebbaren Zeitdauer (t_ra_red), geschieht und der Verlauf oder die Zeitdauer abhängig von der Änderung der beab­ sichtigten Getriebeübersetzung vorgegeben ist, und
  • 2. der Kupplungstreiberstufe (2023) die Sollwerte (md_ka_soll) zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments abhängig von den Sollwerten (md_ke_soll) zur Einstellung eines Motorausgangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments vorgegeben werden,
wobei insbesondere vorgesehen ist, daß der vorgebbare Ver­ lauf der Reduzierung abhängig ist
  • 1. von dem Start- und Zielgetriebegang,
  • 2. von der Leistungs- beziehungsweise Momentenanforderung des Fahrers,
  • 3. von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
  • 4. vom Fahrertyp,
  • 5. von der Fahrsituation und/oder
  • 6. vom Betriebszustand der Aggregate, beispielsweise abhän­ gig von der Motor- und/oder Kupplungstemperatur.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Getriebeübersetzung durch Ausrücken eines Startgetriebegangs und Einrücken eines Zielgetriebegangs stattfindet und die Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung ei­ ner Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdreh­ zahl derart vorgegeben werden, daß die Ausgangsdrehzahl (n_m) des Motors (2025) auf die Synchrondrehzahl des Zielge­ triebegangs geregelt wird, wozu insbesondere bei Hochschalt­ vorgängen vorgesehen ist, daß durch den Motortreiber (2022) das maximal mögliche Motorschleppmoment eingestellt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Getriebeübersetzung durch Ausrücken eines Startgetriebegangs und Einrücken eines Zielgetriebegangs stattfindet und die Koordinationsmittel (2021) der Kupp­ lungstreiberstufe (2023) die Sollwerte (md_ka_soll) zur Ein­ stellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments derart vorgeben, daß das maximal übertragbare Kupplungsmoment auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert (md_targ) erhöht wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß ein erster Ver­ lauf der Sollwerte (KL_MK_soll) vorgegeben wird, wobei ins­ besondere vorgesehen ist, daß der vorgebbare erste Verlauf der Reduzierung abhängig ist
  • 1. von dem Start- und Zielgetriebegang,
  • 2. von der Leistungs- beziehungsweise Momentenanforderung des Fahrers,
  • 3. von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
  • 4. vom Fahrertyp,
  • 5. von der Fahrsituation und/oder
  • 6. vom Betriebszustand der Aggregate, beispielsweise abhän­ gig von der Motor- und/oder Kupplungstemperatur.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Mo­ torausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl der­ art vorgegeben werden, daß ein zweiter Verlauf (KL_n_soll) der Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Mo­ torausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vor­ gegeben wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstellung der Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder ei­ ner Getriebeeingangsdrehzahl durch die Einstellung eines in­ dizierten Motormoments (MI) geschieht, wobei das aktuell einzustellende indizierte Motormoment
  • 1. abhängig von wenigstens einem im ersten Sollverlauf (KL_n_soll) in der Zukunft liegenden Sollwert für die Ausgangsdrehzahl des Motors und/oder
  • 2. abhängig von dem vorgegebenen ersten Verlauf der Sollwer­ te (KL_MK_soll) und/oder
  • 3. abhängig vom Betriebszustand des Motors, der Kupplung und/oder des Getriebes
ermittelt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstellung der Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder ei­ ner Getriebeeingangsdrehzahl durch Vorgabe der Sollwerte (md_ka_soll) zur Einstellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments geschieht, wobei das aktuell einzustellende übertragbare Kupplungsmoment
  • 1. abhängig von wenigstens einem im ersten Sollverlauf (KL_n_soll) in der Zukunft liegenden Sollwert für die Ausgangsdrehzahl des Motors und/oder
  • 2. abhängig von dem vorgegebenen ersten Verlauf der Sollwer­ te (KL_MK_soll) und/oder
  • 3. abhängig vom Betriebszustand des Motors, der Kupplung und/oder des Getriebes
ermittelt wird.
11. Verfahren zur koordinierten Steuerung der im Antriebs­ strang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Elemente Servokupp­ lung (2026), Fahrzeugmotor (2025) und Getriebe (2027) wäh­ rend einer Änderung der Getriebeübersetzung, wobei Koordina­ tionsmittel (2021) vorgesehen sind und jedem der Elemente (2025, 2026, 2027) eine Treiberstufe (2022, 2023, 2024) zu­ geordnet ist, die mit den Koordinationsmitteln (2021) ver­ bunden ist, und die Koordinationsmittel (2021) während der Änderung der Getriebeübersetzung
  • 1. der dem Fahrzeugmotor zugeordneten Motortreiberstufe (2022) wahlweise
    • 1. Sollwerte (md_ke_soll) zur Einstellung eines Motoraus­ gangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments einer­ seits oder
    • 2. Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motoraus­ gangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl ande­ rerseits, und
  • 2. der der Kupplung zugeordneten Kupplungstreiberstufe (2023) Sollwerte (md_ka_soll) zur Einstellung eines maxi­ mal übertragbaren Kupplungsmoments und
  • 3. der dem Getriebe zugeordneten Getriebetreiberstufe (2024) Sollwerte (g_stat) zur Einstellung einer Getriebeüberset­ zung
vorgeben.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß den Koordinationsmitteln (2021) erste Informationen über den Betriebszustand der Servokupplung (2026) und/oder zweite In­ formationen über den Betriebszustand des Getriebes (2027) zugeleitet werden und die Koordinationsmitteln (2021) der Motortreiberstufe (2022) abhängig von den ersten und/oder zweiten Informationen
  • 1. entweder Sollwerte (md_ke_soll) zur Einstellung eines Mo­ torausgangsmoments oder eines Kupplungseingangsmoments oder
  • 2. Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motorausgangs­ drehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl
vorgeben.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
  • 1. die Koordinationsmittel (2021) der Motortreiberstufe (2022) dann Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vorgeben, wenn die Servokupplung (2026) im wesentlichen geöffnet ist und/oder
  • 2. die Änderung der Getriebeübersetzung durch Ausrücken ei­ nes Startgetriebegangs und Einrücken eines Zielgetriebe­ gangs stattfindet und die Koordinationsmittel (2021) der Motortreiberstufe (2022) dann Sollwerte (n_m_soll) zur Einstellung einer Motorausgangsdrehzahl oder einer Ge­ triebeeingangsdrehzahl vorgeben, wenn der Startgetriebe­ gang im Getriebe (2027) ausgerückt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Mo­ torausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl der­ art vorgegeben werden, daß ein Sollverlauf (KL_n_soll) der Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Motoraus­ gangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vorgegeben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Getriebeübersetzung durch Ausrücken eines Startgetriebegangs und Einrücken eines Zielgetriebegangs stattfindet und die Koordinationsmittel (2021) der Kupp­ lungstreiberstufe (2023) die Sollwerte (md_ka_soll) zur Ein­ stellung eines maximal übertragbaren Kupplungsmoments derart vorgeben, daß das maximal übertragbare Kupplungsmoment auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren Wert (md_targ) erhöht wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß ein erster Ver­ lauf der Sollwerte (KL_MK_soll) vorgegeben wird, wobei ins­ besondere vorgesehen ist, daß der vorgebbare erste Verlauf der Reduzierung abhängig ist
  • 1. von dem Start- und Zielgetriebegang,
  • 2. von der Leistungs- beziehungsweise Momentenanforderung des Fahrers,
  • 3. von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
  • 4. vom Fahrertyp,
  • 5. von der Fahrsituation und/oder
  • 6. vom Betriebszustand der Aggregate, beispielsweise abhän­ gig von der Motor- und/oder Kupplungstemperatur.
16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Mo­ torausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl der­ art vorgegeben werden, daß ein zweiter Verlauf (KL_n_soll) der Sollwerte (n_m_soll, nsoll) zur Einstellung einer Mo­ torausgangsdrehzahl oder einer Getriebeeingangsdrehzahl vor­ gegeben wird.
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