DE3334720C2 - Einrichtung zur Steuerung mehrerer ein- und abschaltbarer Antriebseinheiten einer Antriebsmaschine - Google Patents
Einrichtung zur Steuerung mehrerer ein- und abschaltbarer Antriebseinheiten einer AntriebsmaschineInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Steuerung mehrerer ein- und abschaltbarer Antriebseinheiten
einer Antriebsmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Gesichtspunkte des Kraftstoffverbrauches spielen bei
Straßenfahrzeugen mit zunehmender Rohstoffverknappung
eine immer größere Rolle. Ein Mittel, den Kraftstoffverbrauch
zu reduzieren, ist die genaue Steuerung der
Aggregate des Antriebsstranges, insbesondere des Getriebes,
nach ökonomischen Gesichtspunkten. Eine weitere
Möglichkeit ist das Zu- und Abschalten von Motorleistung,
abhängig von der jeweiligen Fahrsituation. Zum Beispiel
ist es zweckmäßig, die volle Motorleistung bei Fahrten an
einer Steigung, bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit oder bei
großem Fahrzeuggewicht zur Verfügung zu haben. Dagegen
kann in Fällen, in denen die volle Motorleistung nicht
benötigt wird, ein Teil der Zylinder abgeschaltet werden.
Hierdurch wird statt eines Teillast-Betriebs ein Vollast-Betrieb
der verbleibenden Zylinder erreicht, wodurch
Kraftstoff eingespart wird. Eine solche Zylinder-Abschaltung
ist z. B. aus der DE-OS 31 19 011 bekannt. Da vielfältige
Kombinationen von Fahrparametern in den unterschiedlichsten
Fahrsituationen auftreten, ist eine
optimale Steuerung der Motorleistung durch Zylinderabschaltung
sehr komplex.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungseinrichtung
so zu verbessern, daß die Einschaltung
und Abschaltung der Antriebseinheiten in objektiver
Weise und unter Berücksichtigung unterschiedlicher
Fahrzustände mit einfachen Mitteln möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im
Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die Ermittlung des stationären Antriebsmomentes mstat,
das das Antriebsmoment des Fahrzeugs bei geschwindigkeitskonstanter
Fahrt darstellt und somit der Summe der
auf das Fahrzeug einwirkenden Fahrwiderstände entspricht,
sowie des Gewichts G des Fahrzeugs kann, wie in den älteren
Patentanmeldungen P 33 11 295.5 und P 32 46 201.8
beschrieben, erfolgen.
Mit der Einbeziehung des stationären Antriebsmomentes
Mstat ist der Leistungsbedarf in den verschiedenen Fahrsituationen
weitgehend objektiv erfaßt. Im Gegensatz zu
einer Steuerung der ein- und abschaltbaren Antriebseinheiten
in Abhängigkeit allein vom Fahrerwillen, z. B. in
Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals, wird bei der
erfindungsgemäßen Einrichtung objektiv das für den Antrieb
des Fahrzeugs erforderliche Moment zugrunde gelegt. Unvernünftige
und somit kraftstoffvergeudende Handlungen des
Fahrers werden somit nicht berücksichtigt. Es ist jedoch
zweckmäßig, auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
zusätzlich noch die Stellungen der Bedienungselemente des
Fahrers mit zu erfassen und mit einzubeziehen, um damit gewisse
Schlußfolgerungen über die Absichten des Fahrers ziehen
zu können und diese mit zur Steuerung der Motorleistung
heranzuziehen. Ein ständiges "Pendeln" zwischen einer großen
und einer kleineren Antriebsleistung wird durch die
Festlegung eines Antriebsmomentenkorridors verhindert, indem
keine Zu- oder Abschaltung stattfindet.
Weiterhin wird durch die Sensierung der Gasstellung y und
die Vorschrift, daß das durch die Gasstellung vorgegebene
Motormoment MA vor Reduzierung der Motorleistung unterhalb
der unteren Grenzkurve des Antriebsmomentenkorridors
liegen muß, eine Reduzierung der Motorleistung in einer
Beschleunigungsphase ausgeschlossen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung und
Fig. 2 ein Diagramm des Motordrehmomentes über der
Drehzahl.
In Fig. 1 ist unten der Antriebsstrang eines Fahrzeugs
dargestellt. Dieser besteht aus einem Motor 1, einer
Kupplung 4, einem Getriebe 5 und den angetriebenen Rädern,
von denen hier nur ein Rad 6 gezeichnet ist. Der
Motor 1 wird durch ein Gaspedal 2 gesteuert. Eine elektrische
Größe y, welche die Betätigungsstärke des Gaspedals
2 angibt, wird einer Signalaufbereitung 8 zugeleitet.
Die Drehzahl nm des Motors 1 wird von einem
Sensor 3 abgetastet und ebenfalls der Signalaufbereitung 8
sowie einer Leistungssteuerung 17 zugeleitet. Der Signalaufbereitung
8 werden weiter der im Getriebe 5 eingelegte
Gang ü und die von einem Sensor 7 erfaßte Drehzahl nR des
Rades 6 zugeführt.
Die Signalaufbereitung 8 enthält Einrichtungen zur Erfassung
von Fahrzeug-Zustandsgrößen.
In einer Einrichtung 9 wird das stationäre Antriebsmoment
Mstat ermittelt, welches zum beschleunigungslosen
Antrieb des Fahrzeugs erforderlich ist. Diese Größe entspricht
im wesentlichen dem Fahrwiderstand des Fahrzeugs.
In einer Einrichtung 10 wird das Gewicht G des Fahrzeugs
ermittelt. In einer Einrichtung 11 wird das derzeitige
Antriebsmoment MA des Motors 1 ermittelt. In einer Einrichtung
12 wird festgestellt, ob der Kickdown-Schalter
betätigt ist. In einer Einrichtung 13 wird der gerade eingelegte
Gang ü des Getriebes 5 festgestellt. In einer Einrichtung
14 wird die Temperatur Tmot des Motors 1 festgestellt.
Die Signalaufbereitung 8 kann eine weitere Einrichtung 15
enthalten, in der weitere Fahrzeuggrößen oder Fahrbahngrößen,
wie z. B. die Staßensteigung p ermittelt werden
(nicht dargestellt). Alle in der Signalaufbereitung 8
ermittelten Größen werden der Leistungssteuerung 17 zugeführt.
Der Leistungssteuerung 17 werden weiter Signale eines
Fahrprogramm-Wählers 16 zugeführt. Mit diesem kann der
Fahrer ein bestimmtes Fahrprogramm, beispielsweise
"zügig" oder "ökonomisch" einstellen. Die Leistungssteuerung
17 enthält 4 Kennlinienspeicher 18, 19, 20, 22,
mit denen im Motordrehmoment-Motordrehzahl-Diagramm verschiedene
Bereiche definiert sind. Dieses Diagramm ist
in der Fig. 2 dargestellt.
Durch den ersten Kennlinienspeicher 18 wird im Diagramm
der Fig. 2 die Linie 32 definiert. Für einen Drehzahlbereich
von 800-1300 Umdrehungen/min gilt ein Momentenwert
von 250 Nm, für einen Drehzahlbereich von
1300-1700 Umdrehungen/min ein Momentenwert von 300 Nm
usw. Die Kurven der genannten Kennlinienspeicher weisen
einen gekrümmten, zu höheren Drehzahlen ansteigenden
Verlauf auf. Dem ersten Kennlinienspeicher 18 wird der
Wert des derzeitigen stationären Momentes Mstat oder
eine entsprechende Rechengröße zugeführt. Falls dieses
im jeweiligen Drehzahlbereich die definierte Grenzlinie 32
überschreitet, gibt der Speicher 18 ein Signal auf ein
ODER-Glied 28 ab. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 28
betätigt eine Zuschalteinrichtung 29. Diese bewirkt, daß
im Motor 1 weitere Zylinder zur Leistungserhöhung zugeschaltet
werden, sofern nicht bereits alle Zylinder zugeschaltet
sind. Auf das ODER-Glied 28 ist weiter das Signal
des Kickdown-Schalters 12 geleitet. Auch dieses bewirkt
die Zylinderzuschaltung.
Weiterhin ist auf das ODER-Glied 28 das Ausgangssignal
eines Kriteriums 24 geleitet, welches erkennt, ob die
Motortemperatur Tmot kleiner ist als ein konstanter
Wert b. In diesem Fall, also bei noch kaltem Motor werden
ebenfalls Zylinder zugeschaltet. Der Ausgang des
ODER-Gliedes 28 ist weiter über eine Leitung 35 auf
einen negierten Eingang eines UND-Giedes 27, welches
in einer Abschalteinrichtung 30 eine Zylinderabschaltung
bewirkt, geleitet. Diese Verbindung hat den Zweck,
zu verhindern, daß gleichzeitig Signale für Zuschalten
und für Abschalten erzeugt werden können. In diesem
Falle sind die Signale zur Zylinderzuschaltung bevorzugt.
Eine Zuschaltung von Zylindern wird also dann bewirkt,
wenn entweder hohe Fahrwiderstände vorliegen,
also der Betriebspunkt über der Linie 32 in Fig. 2
liegt, oder der Kick-down-Schalter betätigt ist oder
der Motor noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht
hat.
In einem zweiten Kennlinienspeicher 19 wird auf dieselbe
Weise wie im Kennlinienspeicher 18 eine Linie 33
in der Fig. 2 definiert. Diese Linie gilt für einen
mittleren Fahrwiderstand. Dem Kennlinienspeicher 19
wird ebenfalls das stationäre Moment Mstat oder eine
entsprechende Rechengröße zugeleitet. Falls dieses Moment
unterhalb der Linie 33 liegt, gibt der Kennlinienspeicher
19 ein Signal auf ein UND-Glied 25 ab. Dem Kennlinienspeicher
19 wird weiterhin das Signal des Fahrprogramm-Wählers
16 zugeleitet. Durch dieses Signal läßt sich
die Linie 33 verschieben bzw. weitere in der Zeichnung
nicht dargestellte verschobene Kurven einstellen. Die
Verschiebung ist derart, daß beispielsweise bei einem
Fahrprogramm "zügig" die Momente zu kleineren Werten
hin verschoben werden. Die Linien 32 und 33 in Fig. 2
bilden also einen Vergleich-Bereich für das stationäre
Antriebsmoment, wobei die Grenzwerte dieses Vergleichs-Bereiches,
d. h. die Linien 32 und 33 auf die vorstehend
beschriebene Weise und auf die weiter unten beschriebene
Weise verändert werden können.
Einem weiteren, negierten Eingang des UND-Gliedes 25
wird aus einem Kriterium 21 ein Signal dann zugeführt,
wenn das Fahrzeuggewicht G größer als ein konstanter
Wert a ist. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 25 wird
auf ein ODER-Glied 26 geleitet. Auf einen zweiten Eingang
des ODER-Gliedes 26 wird das Ausgangssignal des dritten
Kennlinienspeichers 20 geleitet (siehe unten). Der Ausgang
des UND-Gliedes 26 wird auf das UND-Glied 27 geleitet.
Einem weiteren Eingang des UND-Gliedes 27 wird das Ausgangssignal
des vierten Kennlinienspeichers 22 zugeleitet. In
diesem Kennlinienspeicher wird geprüft, ob das derzeitige
Motormoment MA unterhalb einer gespeicherten Kennlinie
bleibt. Einem vierten, negierten Eingang des UND-Gliedes 27
wird ein Signal eines Kriteriums 23 zugeleitet. Hier wird
geprüft, ob der gerade gefahrene Gang kleiner ist als der
dritte Gang. Falls dies der Fall ist, wird also das UND-Glied
27 gesperrt.
Falls die genannten Eingänge des UND-Gliedes 27 derart
angesteuert sind, daß die UND-Bedingung erfüllt ist,
gibt das UND-Glied 27 ein Ausgangssignal auf die Abschalteinrichtung
30 ab. Diese bewirkt, das im Motor 1 Zylinder
abgeschaltet werden. Die beschriebene Abschaltung erfolgt
demnach unter den folgenden Bedingungen. Der Fahrwiderstand
muß einen mittleren Wert haben, und zwar unterhalb
der Linie 33 in Fig. 2 liegen. Gleichzeitig muß das
Fahrzeuggewicht unterhalb des Wertes a liegen. Dabei bedeutet
a z. B. einen 75prozentigen Teil des Gesamtgewichts
mit maximaler Zuladung des Fahrzeugs. Weiterhin
muß für die Abschaltung gleichzeitig ein Gang eingelegt
sein, der größer oder gleich dem dritten Gang ist, d. h.
bei kleinen Gängen während der Anfahrphase werden keine
Zylinder abgeschaltet. Weiterhin muß gleichzeitig das
Antriebsmoment MA des Motors 1 relativ kleine Werte haben,
was wie beschrieben durch den vierten Kennlinienspeicher 22
kontrolliert wird.
In einem dritten Kennlinienspeicher 20 wird eine Linie 34
in der Fig. 2 definiert, die kleinen Momenten entspricht.
Wie aus der Fig. 2 zu erkennen ist, liegt die Linie 34
unterhalb der Linie 33. Der Ausgang des Kennlinienspeichers
20, dessen Kennlinien wie die des Speichers 19 vom Fahrprogrammwähler
16 leicht verschoben werden können, ist
direkt auf das ODER-Glied 26 geleitet. Hierdurch ist das
erste Kriterium 21 wirkungslos gemacht, so daß in diesem
Fall bei besonders kleinen Fahrwiderständen eine Zylinderabschaltung
unabhängig vom Fahrzeuggewicht, also auch bei
vollbeladenem Fahrzeug erfolgen kann.
Falls das stationäre Moment Mstat des Fahrzeugs in den
Vergleichs-Bereich fällt, der zwischen den Linien 32 und
33 in Fig. 2 liegt, wird weder zu- noch abgeschaltet,
d. h. die derzeitige Zylinderzahl beibehalten.
Die Anzahl der jeweils zu- oder abgeschalteten Zylinder
kann konstant oder variabel sein. Durch eine Schaltung
von variablen Zylinderzahlen, die durch weitere Kennlinien
(nicht dargestellt) gesteuert werden kann, läßt
sich eine noch genauere Anpassung der Motorleistung an
den jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugs erreichen.
Claims (11)
1. Einrichtung zur Steuerung mehrerer ein- und abschaltbarer
Antriebseinheiten einer Antriebsmaschine in
einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Steuerung der
Ein- und Abschaltung mehrerer abschaltbarer Zylinder
eines Mehrzylindermotors,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) Einer Einrichtung (9) zur Feststellung des einem im wesentlichen verzögerungs- und beschleunigungsfreien Fahrzustand entsprechenden stationären Antriebsmomentes,
- b) einer Vergleichseinrichtung (18, 19, 20) zum Vergleich einer dem stationären Antriebsmoment entsprechenden Rechengröße mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Vergleichs-Bereich von Werten für die Rechengröße,
- c) einer so ausgebildeten Vergleichseinrichtung (18, 19, 20), daß ein zur Einschaltung der Antriebseinheiten verwendbares Signal erzeugt wird, wenn die Rechengröße größer ist als die Werte des Vergleichs-Bereichs, und daß ein zur Abschaltung verwendbares Signal erzeugt wird, wenn die Rechengröße kleiner ist als die Werte des Vergleichs-Bereiches.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinheiten als Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine
(1) ausgebildet sind.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß unterschiedlichen Bereichen der Drehzahl
der Antriebsmaschine Vergleichs-Bereiche mit unterschiedlichen
Grenzwerten zugeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Grenzwerte der unterschiedlichen Drehzahl-Bereichen
zugeordneten Vergleichs-Bereiche mit zunehmender
Drehzahl ansteigen.
5. Einrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichs-Bereich
bzw. die Vergleichs-Bereiche im Bereich von
20% bis 90% des maximalen Antriebsmomentes der Antriebsmaschine
liegt bzw. liegen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Werte den unterschiedlichen
Vergleichs-Bereiche im Drehzahl-Antriebsmoment-Diagramm
parallel oder in etwa parallel zu den Kurven
der Fahrwiderstandswerte verlaufen.
7. Einrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte
des Vergleichs-Bereiches in Abhängigkeit vom Übersetzungsverhältnis
eines von der Antriebsmaschine angetriebenen
Getriebes veränderbar sind.
8. Einrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte
des Vergleichs-Bereiches in Abhängigkeit von einer vom
Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbaren Einrichtung zum
Einstellen eines Fahrprogramms veränderbar ist.
9. Einrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte
des Vergleichs-Bereiches in Abhängigkeit vom Fahrzeuggewicht
veränderbar sind.
10. Einrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperreinrichtung
(27) vorgesehen ist, die zur Unterdrückung
eines zum Abschalten einer Antriebseinheit verwendbaren
Signals dient, wenn das vom Fahrer vorgegebene
Antriebsmoment der Antriebsmaschine größer ist als
die Werte des Vergleichs-Bereiches.
11. Einrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Einschalten
und Abschalten der Antriebseinheiten verwendbaren
Signale einer Verknüpfungseinrichtung zugeführt
sind, der auch weitere Fahrzustand- oder Fahrzeugzustandsgrößen,
wie z. B. Motortemperatur, Fahrbahnsteigung,
Kick-down zugeführt sind.
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Publications (2)
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