DE4419633B4 - Verfahren zur automatischen Kupplungssteuerung zur Einleitung und Beendigung von Schubbetriebsphasen eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zur automatischen Kupplungssteuerung zur Einleitung und Beendigung von Schubbetriebsphasen eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Steuerung des automatischen Abkoppelns einer Brennkraftmaschine vom Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges,
in dem zwischen der Brennkraftmaschine und einem Getriebe eine mit Hilfe eines Computers betätigbare Kupplung angeordnet ist, die zur Einleitung von Schubbetriebsphasen des Kraftfahrzeuges ausrückbar ist,
wobei das Ausrücken der Kupplung bei Überschreitung eines vorgegebenen Wertes einer in Schließrichtung verlaufenden Fahrpedalwinkeländerung oder Drosselklappenwinkeländerung über der Zeit von dieser Änderung beeinflußt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Computer während des Betriebes des Kraftfahrzeuges periodisch die Fahrpedalstellung oder die Drosselklappenstellung sowie deren zeitliche Veränderung und die Getriebeeingangswellendrehzahl (NGE) ermittelt,
daß mit dem ermittelten Wert des Fahrpedalstellwinkels oder des Drosselklappenwinkels die zugehörige Freilaufdrehzahl (NFR) des Motors errechnet oder einer Tabelle im Computerspeicher entnommen wird, daß bei Unterschreitung der Freilaufdrehzahl (NFA) unter die Getriebeeingangswellendrehzahl (NGE) die Kupplung ausgerückt und damit der Motor vom restlichen Antriebsstrang abgekoppelt wird,
daß dann, wenn die ermittelte zeitliche Änderung des Fahrpedalstellwinkels oder...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf. ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.
  • Aus der DE 27 48 697 A1 der Anmelderin ist ein Antriebsaggregat und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem der Antriebsmotor in Schubbetriebsphasen vom Antriebsstrang abgekoppelt und stillgesetzt ist. Derartige Schubbetriebsphasen liegen immer dann vor, wenn der Motor von den von der Fahrzeugmasse angetriebenen Fahrzeugrädern mit einer höheren Drehzahl angetrieben wird, als es der Fahrpedalstellung entspricht. Wenn in derartigen Schubbetriebsphasen der Motor vom Antriebsaggregat abgekoppelt und stillgesetzt wird, kann ohne Verlust der Fahreigenschaften der Gesamtkraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges deutlich gesenkt werden.
  • Zudem ist aus der DE 30 26 489 A1 der Anmelderin ein gattungsgemäßes Antriebsaggregat für Fahrzeuge bekannt geworden, bei dem der Motor immer dann von dem Antriebsaggregat abgekuppelt wird, wenn die zeitlichhe Änderung des Fahrpedal- oder Drosselklappenwinkels in Schließrichtung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Durch die Nutzung eines vorgegebenen Grenzwertes zur zeitlichen Stellwinkeländerung der Drosselklappe oder des Fahrpedals im Schließsinne läßt sich leicht auf das erwartbare Vorliegen eines Schubbetriebszustandes schließen. Damit wird ein sehr frühes Aus rücken der Kupplung zur Abkopplung des Antriebsmotors möglich. Zudem wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, den Fahrpedaloder Drosselklappenwinkel in einem Computerspeicher in einer Tabelle derart abzulegen, daß jedem Stellwinkel die Freilaufdrehzahl des Motors zugeordnet ist. Diese Freilaufdrehzahl ist diejenige Motordrehzahl, die der Motor im unbelasteten Zustand (also bei ausgerückter Kupplung) bei einem bestimmten Stellwinkel der Drosselklappe oder des Fahrpedals annimmt.
  • Während sich der Abkuppelvorgang des Motors zu Beginn einer Schubbetriebsphase durch das Erfassen der zeitlichen Änderung der Drosselklappen- oder Fahrpedaländerung vorteilhaft nutzen läßt, können diese Stellgrößen für den Einkuppelvorgang am Ende einer Schubbetriebsphase nicht verwendet werden, da die Drosselklappenoder Fahrpedalstellung keine Aussage über die für den Einkuppelvorgang wichtige tatsächliche Motordrehzahl zuläßt. Zudem war mit dem bekannten Auskuppelverfahren eine sanfte und damit komfortable Auskupplung nur unzureichend möglich, da der zeitlichen Änderung des Drosselklappen- bzw. Fahrpedalwinkels bisher nur die schnellere Information über die bevorstehende Schubbetriebsphase entnommen wurde.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren für die automatische Betätigung der Kupplung zur Einleitung und Beendigung der Schubbetriebsphase eines gattungsgemäßen Kraftfahrzeuges vorzuschlagen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2.
  • Der Erfindung liegt demnach die Erkenntnis zugrunde, daß für den Auskuppelvorgang des Motors die von der Drosselklappen- oder Fahrpedalstellung und deren zeitliche Veränderung abgeleitete Freilaufdrehzahl des Motors sowie für den Einkuppelvorgang die Motordrehzahl und deren zeitliche Veränderung als Steuergrößen zur Betätigung der Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe heranzuziehen ist. Die Nutzung der Freilaufdrehzahl ermöglicht bei schnellen Veränderungen der Drosselklappen- oder Fahrpedalstellung im Schließsinne eine dieser Änderungsgeschwindigkeit angemessene und vorgezogene Einleitung des Auskuppelvorgangs. Dazu wird der von einem Steuerungscomputer gemessenen Getriebeeingangswellendrehzahl ein von der Stellwinkeländerungsgeschwindigkeit abhängiger Offset-Wert hinzuaddiert, so daß eine korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl entsteht. Bei einem von dem Steuerungscomputer während des Betriebs des Fahrzeuges ständig durchgeführten Vergleich zwischen der Getriebeeingangswellendrehzahl und der Freilaufdrehzahl wird ein Unterschreiten der Freilaufdrehzahl unter die korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl vorzeitig festgestellt, wodurch die Kupplung früher und komfortabler als bisher möglich ausgerückt werden kann.
  • In ähnlicher Weise erfolgt der Einkupplungsvorgang, bei dem bei schnellen Veränderungen der Motordrehzahl, beispielsweise hervorgerufen durch ein schnelles Heruntertreten des Fahrpedals mit anschließendem freien Hochlaufen des noch unbelasteten Motors, ein von der gemessenen Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl abhängiger Offset-Wert von der aktuellen Getriebeeingangswellendrehzahl abgezogen wird.
  • Auch hier erkennt der Steuerungscomputer bei dem periodisch durchgeführten Vergleich zwischen der Motordrehzahl und der korrigierten Getriebeeingangswellendrehzahl das Überschreiten der Motordrehzahl über letztere Drehzahl, so daß Abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit der Motordrehzahl der Einkuppelvorgang komfortabel und schnell eingeleitet werden kann. Dieses schnelle Einkuppeln des Motors in den Antriebsstrang des Fahrzeuges ist besonders dann wichtig, wenn etwa in der Schubbetriebsphase eine Gefahrensituation entsteht, die eine schnelle Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit erfordert.
    •
  • Die Erfindung läßt sich anhand eines Ausführungsbeispiels verdeutlichen. Hierzu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt.
  • In ihr zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsaggregates mit einem Steuerungscomputer und Meßwertsensoren,
  • 2 eine schematische Darstellung von Drehzahlverläufen über die Zeit während des Auskuppelvorgangs, und
  • 3 eine Darstellung wie 2, jedoch für den Einkuppelvorgang.
  • In 1 ist in einer nur schematischen Darstellung das Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges dargestellt, bei dem mit 1 der Antriebsmotor und mit 2 ein Getriebe bezeichnet ist. Der Motor 1 und das Getriebe 2 sind über eine Kupplung 3 miteinander verbunden, die an der Kurbelwelle 7 des Motors und an der Getriebeeingangswelle 8 des Getriebes befestigt ist. Abtriebsseitig verfügt das Antriebsaggregat über eine Getriebeausgangswelle 9, mit der ein Differentialgetriebe 4 angetrieben wird. von diesem Differentialgetriebe 4 gehen zwei Antriebsachsen 10, 11 aus, an deren Enden Antriebsräder 5, 6 befestigt sind.
  • Diesem Antriebsaggregat zugeordnet ist ein Steuerungscomputer 12, der über wenigstens einen Speicher 13 verfügt. Dieser Steuerungscomputer ist über nicht näher bezeichnete Datenleitungen mit Sensoren 14, 15 für die Motordrehzahl und für die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 8 verbunden. Der Stellwinkel der Drosselklappe oder des Fahrpedals 16 wird von einem Sensor 18 erfaßt und an den Computer 12 signalisiert. Damit der Computer 12 bei der Zurücknahme des Fahrpedals 16 erkennen kann, ob eine Schubbetriebsphase eingeleitet wird oder ob nur ein normaler Schaltvσrgang bevorsteht, ist ihm zudem über einen Sensor 17 eine Schaltinformation zuleitbar.
  • Während des Betriebs des Kraftfahrzeuges ermittelt der Computer 12 periodisch aus der Information der Fahrpedalstellung die Freilaufdrehzahl NFR des Motors. Diese Freilaufdrehzahl entnimmt der Computer 12 vorzugsweise dem Computerspeicher 13, in dem die Ver knüpfung von Fahrpedal- bzw. Drosselklappenwinkel und der Freilaufdrehzahl des Motors in Tabellenform abgelegt ist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Freilaufdrehzahl durch den Computer 12 auch mittels einer mathematischen Verknüpfung mit dem Fahrpedalwinkel errechnet werden.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, steht dem Computer im Zeitpunkt t0 die Information über die aktuelle Freilaufdrehzahl NFR sowie die Information über die aktuelle Getriebeeingangswellendrehzahl NGE zur Verfügung. Beide Drehzahlwerte werden von dem Computer während des Betriebes des Kraftfahrzeuges ständig miteinander verglichen. Sobald die Freilaufdrehzahl NFR die Getriebeeingangswellendrehzahl NGE unterschreitet steht fest, daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges durch die Rücknahme des Fahrpedals im Schließsinne eine Schubbetriebsphase einleiten will. Sobald dieser Zeitpunkt t2 erreicht ist, schaltet der Steuerungscomputer 12 die Kupplung 3 so, daß der Motor 1 von dem Antriebsstrang abgekoppelt wird.
  • Neben dem Drosselklappenwinkel bzw. der Fahrpedalstellung ermittelt der Steuerungscomputer periodisch die zeitliche Änderung der vorgenannten Stellgrößen. Sobald der Steuerungscomputer etwa im Zeitpunkt t1 eine schnelle und einen zuvor festgelegten Wert überschreitende zeitliche Änderung des Auslenkwinkels des Fahrpedals im Schließsinne feststellt, wird von dem Computer ein in einem weiteren Computerspeicher abgelegter und zu der Änderungsgeschwindigkeit passender Drehzahlwert aufgesucht, der zu der im Zeitpunkt t1 gemessenen Getriebeeingangswellendrehzahl NGE hinzuaddiert wird.
  • Der so errechnete korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahlwert N'GE wird dann mit dem aktuellen und aus der Fahrpedalstellung ermittelten Freilaufdrehzahl N'FR (t1) verglichen. Sobald der Freilaufdrehzahlwert N'FR den errechneten Getriebeeingangswellenwert N'GE unterschreitet, kann die Kupplung schnell und an die Änderungsgeschwindigkeit des Fahrpedalwinkels angepaßt geöffnet werden. Durch diese frühzeitige Erkennung der einzuleitenden Schubbetriebsphase ist der Motor früher und schaltkomfortabler als bisher möglich vom Antriebsstrang abkuppelbar.
  • Wenn nun am Ende einer Schubbetriebsphase bei sich bewegendem Fahrzeug der Motor in den Antriebsstrang wieder eingekuppelt werden soll, um das Fahrzeug über die vorliegende Geschwindigkeit hinaus zu beschleunigen, kann die Fahrpedal- oder Drosselklappenauslenkung und deren zeitliche Veränderung für die Steuerung des automatischen Einkuppelvorgangs nicht benutzt werden, da sie keine Aussage über die tatsächliche Motordrehzahl zulassen. Wie in 3 dargestellt ist, bewegt sich das Fahrzeug im Zeitpunkt t0 mit einer Schubbetriebsgeschwindigkeit, die sich an der Getriebeeingangswelle mit einem Wert NGE feststellen läßt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Fahrpedal bereits im Öffnungssinne niedergetreten, so daß ein Anlasser 19 gemäß 1 den Motor angeworfen und auf seine Leerlaufdrehzahl NL gebracht hat.
  • Ein langsames Niedertreten des Gaspedals hat einen langsamen Anstieg der Motordrehzahl NM zur Folge, die sich stetig der Getriebeeingangswellendrehzahl NGE nähert und im Zeitpunkt t2 überschreitet. Auch während dieser Betriebsphase ermittelt der Steuerungscomputer 12 ständig die Getriebeeingangswellendrehzahl NGE und die Motordrehzahl NM. Durch einen ständigen Vergleich beider Drehzahlen stellt der Steuerungscomputer 12 im Zeitpunkt t2 das Überschreiten der Motordrehzahl NM fest und leitet durch das Einrücken der Kupplung 3 das Ende der Schubbetriebsphase ein.
  • Da bis zum vollständigen Greifen der Kupplung ein gewisser Zeitraum vergeht, erhöht sich die Motordrehzahl NM in einem sogenannten Überschwinger über die Getriebeeingangswellendrehzahl NGE' bis sie schließlich im Zeitpunkt t3 der Motor die Getriebeeingangswellendrehzahl erreicht hat.
  • Zur Verkürzung des Einkuppelvorgangs des Motors beim Beenden der Schubbetriebsphase ermittelt der Steuerungscomputer erfindungsgemäß während des Fahrzeugbetriebes auch ständig die zeitliche Veränderung der Motordrehzahl NM mit der Zeit. Wenn also der Fahrer des Kraftfahrzeuges durch sehr schnelles Niedertreten des Fahr pedals ein schnelles Ende der Schubbetriebsphase erreichen möchte, schlägt sich dies in einem vergleichsweise steileren Anstieg der Motordrehzahl gemäß der Kurve N'M nieder.
  • Stellt der Steuerungscomputer etwa im Zeitpunkt t1 das Überschreiten eines zuvor festgelegten Grenzwertes in der zeitlichen Veränderung der Motordrehzahl N'M fest, so sucht er zu dem gehörigen Motordrehzahlwert aus einer in einem Computerspeicher abgelegten Tabelle einen Korrekturwert für die Getriebeeingangswellendrehzahl NGE. Dieser Korrekturwert wird dann anschließend von dieser im Zeitpunkt t1 gemessenen Getriebeeingangswellendrehzahl NGE abgezogen, so daß eine korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl N''GE für die Einkuppelphase gebildet wird. Sobald nun der Steuerungscomputer 12 bei einem Vergleich zwischen der aktuell ermittelten Motordrehzahl N'M und der korrigierten Getriebeeingangswellendrehzahl N''GE feststellt, daß die Motordrehzahl die korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl N''GE überschreitet, wird die vorgezogene Einkupplung des Motors durch Einrücken der Kupplung 3 vollzogen.
  • Von besonderer Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für den Ein- als auch für den Auskuppelvorgang ist, daß die Geschwindigkeit, mit der der Motor ein- oder ausgekuppelt wird, von der zeitlichen Veränderung der gewählten Führungsgröße, also von. der zeitlichen Änderung des Stellwinkels des Fahrpedals bzw. der Drosselklappe oder von der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl abhängt. Zudem wird deutlich, daß die Schalthebelinformation von dem Sensor 17 für die Einleitung und Beendigung der Schubbetriebsphase des Fahrzeuges nicht benötigt wird. Lediglich dann, wenn eine Schubbetriebsphase bis in den Stillstand des Fahrzeuges geführt hat und ein anschließendes Anfahren aus dem Stillstand gewünscht wird, wird die Schalthebelinformation als Steuergröße für das Anlassen des Motors verwendet.
    • 1
    Motor
    2
    Getriebe
    3
    Kupplung
    4
    Differentialgetriebe
    5
    Rad
    6
    Rad
    7
    Kurbelwelle
    8
    Getriebeeingangswelle
    9
    Getriebeausgangswelle
    10
    Antriebsachse
    11
    Antriebsachse
    12
    Steuerungscomputer
    13
    Computerspeicher
    14
    Drehzahlsensor
    15
    Drehzahlsensor
    16
    Fahrpedal
    17
    Schalthebelsensor
    18
    Fahrpedalsensor
    19
    Anlasser
    t
    Zeit
    N
    Drehzahl
    NGE
    Getriebeeingangswellendrehzahl
    N'GE
    korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl
    N''GE
    korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl
    NM
    Motordrehzahl
    N'M
    korrigierte Motordrehzahl
    NFR
    Freilaufdrehzahl
    N'FR
    korrigierte Freilaufdrehzahl
    NL
    Leerlaufdrehzahl

Claims (2)

  1. Verfahren zur Steuerung des automatischen Abkoppelns einer Brennkraftmaschine vom Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, in dem zwischen der Brennkraftmaschine und einem Getriebe eine mit Hilfe eines Computers betätigbare Kupplung angeordnet ist, die zur Einleitung von Schubbetriebsphasen des Kraftfahrzeuges ausrückbar ist, wobei das Ausrücken der Kupplung bei Überschreitung eines vorgegebenen Wertes einer in Schließrichtung verlaufenden Fahrpedalwinkeländerung oder Drosselklappenwinkeländerung über der Zeit von dieser Änderung beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer während des Betriebes des Kraftfahrzeuges periodisch die Fahrpedalstellung oder die Drosselklappenstellung sowie deren zeitliche Veränderung und die Getriebeeingangswellendrehzahl (NGE) ermittelt, daß mit dem ermittelten Wert des Fahrpedalstellwinkels oder des Drosselklappenwinkels die zugehörige Freilaufdrehzahl (NFR) des Motors errechnet oder einer Tabelle im Computerspeicher entnommen wird, daß bei Unterschreitung der Freilaufdrehzahl (NFA) unter die Getriebeeingangswellendrehzahl (NGE) die Kupplung ausgerückt und damit der Motor vom restlichen Antriebsstrang abgekoppelt wird, daß dann, wenn die ermittelte zeitliche Änderung des Fahrpedalstellwinkels oder des Drosselklappenwinkels im Schließsinne einen vorgegebenen Wert überschreitet, eine zum ermittelten Wert der zeitlichen Änderung des Fahrpedalwinkels oder des Drosselklappenwinkels zugeordnete Korrekturgröße vom Computer errechnet oder aus einem weiteren Computerspeicher entnommen wird, die zur ermittelten Getriebeeingangswellendrehzahl (NGE) hinzuaddiert eine korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl (N'GE) bildet, daß anschließend die Freilaufdrehzahl (NFR) mit der korrigierten Getriebeeingangswellendrehzahl (N'GE) verglichen wird, und daß bei Unterschreiten der Freilaufdrehzahl (NFR) unter die korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl (N'GE) die Kupplung ausgerückt wird.
  2. Verfahren zur Steuerung des automatischen Einkoppelns einer Brennkraftmaschine in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, in dem zwischen der Brennkraftmaschine und einem Getriebe eine mit Hilfe eines Computers betätigbare Kupplung angeordnet ist, die zur Beendigung einer Schubbetriebsphase des Kraftfahrzeuges einrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer während des Betriebes des Kraftfahrzeuges periodisch die Motordrehzahl (NM) sowie deren zeitliche Veränderung ermittelt, daß beim Überschreiten der Motordrehzah (NM) über die Getriebeeingangswellendrehzahl (NG E) die Kupplung eingerückt und dadurch der Motor in den Antriebsstrang eingekuppelt wird, daß dann, wenn die ermittelte zeitlich Änderung der Motordrehzahl einen vorgegebenen Wert überschreitet, vom Computer eine von der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl abhängige Korrekturgröße errechnet oder aus einem Computerspeicher entnommen wird, die anschließend von der ermittelten Getriebeeingangswellendrehzahl (NG E) abgezogen eine korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl (N''G E) bildet, daß anschließend die Motordrehzahl (NM) und die korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl (N''G E) miteinander verglichen werden, und daß bei Überschreiten der Motordrehzahl (NM) über die korrigierte Getriebeeingangswellendrehzahl (N''NG E) die Kupplung eingerückt wird.
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