DE69623537T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verhinderung von Gang-Rückschaltungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Verhinderung von Gang-Rückschaltungen

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Description

    TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Fahrzeugmotor- und Getriebesteuereinheiten und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hindern eines Fahrers eines Fahrzeugs am Betrieb mit rückgeschaltetem Gang.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Viele Fahrzeuge, insbesondere LKWs mit einer großen Transportleistung, verwenden handgeschaltete Getriebe in ihren Antriebssträngen. Solche Getriebe gestatten es dem Fahrer des Fahrzeug, einen oder mehrere verfügbare Übersetzungen zur Verwendung beim Übergang zwischen der Motordrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit manuell zu wählen. Für jede gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt die gewählte Übersetzung die Motordrehzahl. Es wird beispielsweise angenommen, daß ein Fahrzeug mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 65 Meilen pro Stunde (106 km/Std.) entweder im neunten oder zehnten Gang betrieben werden kann (für die gesamte vorliegende Anmeldung gilt die Annahme, daß ein "unterer Gang" eine numerisch höhere Übersetzung aufweist als ein "höherer" Gang, deswegen hat der "erste Gang" eines Getriebes die numerisch höchste Übersetzung aller Gänge im Getriebe). In diesem Fall ist bei jeder gegebenen Fahrzeugfahrgeschwindigkeit die Motordrehzahl, wenn der neunte Gang des Getriebes eingelegt ist, größer als die Motordrehzahl, wenn der zehnte Gang des Getriebes eingelegt ist.
  • Die Wahl der Motordrehzahl für jede gegebene Fahrzeugfahrgeschwindigkeit hat mehrere wichtige Folgen. Erstens ergibt sich eine optimale Kraftstoffersparnis bei der Erzielung von Autobahngeschwindigkeiten bei relativ niedrigen Motordrehzahlen. Deshalb sollte der höchstmögliche Gang für jede gegebene Fahrzeugfahrgeschwindigkeit gewählt werden, falls das gewünsch te Ergebnis eine maximale Kraftstoffersparnis ist. Und zwar deshalb, weil ein höherer Gang zu einer niedrigeren Motordrehzahl und deshalb einer besseren Kraftstoffersparnis führt.
  • Zweitens steht die Fahrzeugleistung auch direkt mit der Motordrehzahl in Zusammenhang. Im allgemeinen nimmt die PS-Leistung eines Verbrennungsmotors mit sich erhöhender Motordrehzahl zu (bis zu einer relativ sehr hohen Motordrehzahl, bei welchen Punkt sie mit weiterer Erhöhung der Motordrehzahl abzunehmen beginnt). Deshalb sollte der niedrigst mögliche Gang bei jeder gegebenen Fahrzeugfahrgeschwindigkeit gewählt werden (während die Motordrehzahl noch innerhalb ihres normalen Betriebsdrehzahlbereichs gehalten wird), falls das gewünschte Ergebnis eine Höchstleistung ist.
  • Es ist für Fachleute ersichtlich, daß die maximale Kraftstoffersparnis und maximale Motorleistung sich gegenseitig ausschließende Ziele sind. Dies stellt bei einer Situation ein Problem dar, in der der Eigentümer eines LKWs wünscht, daß der LKW auf eine solche Weise betrieben wird, daß die Kraftstoffersparnis maximiert wird, während der Fahrer des LKWs (der Angestellte des Eigentümers) wünscht, denn LKW so zu betreiben, daß die Leistung maximiert wird. Da solche Eigentümer keine physische Kontrolle über ihre Fahrer haben, während diese ihre LKWs fahren, wünschen es die Eigentümer, daß die LKWs so konstruiert sind, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von den Wünschen des Fahrers in dem Bemühen, die Kraftstoffersparnis zu verbessern, automatisch begrenzt wird.
  • Lösungen des Stands der Technik für dieses Problem verwenden ein Steuerungssystem, das für Gänge, die niedriger als der höchste Gang sind (d. h. Gänge mit numerisch höherer Übersetzung als der höchste Gang) eine maximale Fahrzeugsgeschwindigkeitsbegrenzung auferlegt. So gestattet es das Steuerungssystem wenn bei dem Fahrzeug nicht der höchste Gang eingelegt ist (Fahren in einem unteren Gang) nicht, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit über die Grenze für diesen Gang hinaus erhöht wird,. Diese Lösungen des Stands der Technik gestatten keinen ordnungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugs während Perioden einer berechtigterweise hohen Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn der höchste Gang nicht eingelegt ist, beispielsweise beim Herunterschalten bei Steigungen oder beim Beschleunigen mit dem Ziel des Hochschaltens.
  • Deshalb besteht im Stand der Technik ein Bedarf für ein Steuerungssystem, daß die Fähigkeit des Fahrers begrenzt, das Fahrzeug mit hohen Geschwindigkeiten zu fahren, wenn der höchste Gang nicht eingelegt ist, das jedoch auch den Betrieb des Fahrzeugs bei Fahrmanövern mit berechtigterweise hoher Geschwindigkeit und gleichzeitig nicht eingelegtem höchsten Gang gestattet. Die vorliegende Erfindung ist auf die Befriedigung dieses Bedarfs gerichtet.
  • Zusammenfassend sieht der Stand der Technik ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, die den Fahrer eines Fahrzeugs an einem Herunterschaltvorgang hindern gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.
  • Die Erfindung schafft ein Verfähren und eine Vorrichtung wie sie in den Ansprüchen 1 und 11 beansprucht sind.
  • Anders als Steuerungssysteme des Stands der Technik, die versuchen, die Kraftstoffersparnis auf Kosten der Fahrzeugleistung zu maximieren, indem sie für alle Gänge außer dem höchsten Gang festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzungen auferlegen, gestattet es die vorliegende Erfindung, daß das Fahrzeug mit höheren als den normalerweise gewünschten Geschwindigkeiten während Perioden gefahren wird, wenn es einen berechtigten Bedarf für eine erhöhte Leistung gibt. Beispielsweise umfassen berechtigte Hochgeschwindigkeitssituationen das Herunterschalten, um bei dem Herauffahren einer Steigung oder bei der Beschleunigung mit dem Ziel des Hochschaltens zu helfen. Wie die Systeme des Stands der Technik legt die vorliegende Erfindung auch eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit für alle Gänge außer dem höchsten Gang auf, jedoch nur während stationäre Zustände (definiert als leichte Motorlast, die während eines vorbestimmten Zeitraums besteht). Anders als die Steuerungssysteme des Stands der Technik sieht das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung während der Übergangszustände (festgestellt durch Erkennen von Gangwechseln und Bedingungen hoher Motorlast) eine Abweichung von den normalen maximalen Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzungen für alle Gänge außer dem höchsten Gang vor. Eine solche Abweichung sorgt für eine erhöhte Fahrzeugleistung während Perioden, wenn diese berechtigterweise von dem Fahrer benötigt wird. Während stationärer Zustände verhindert die vorliegende Erfindung die Verwendung eines anderen Gangs als dem höchsten Gang während des Fahrens bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit durch Begrenzen der Fahrzeugfahrgeschwindigkeit, wenn im Getriebe nicht der höchste Gang eingelegt ist.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugzyklus der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 ein Diagramm, das die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung zeigt, die von der vorliegenden Erfindung auferlegt wird, wenn bei dem Fahrzeug der höchste Gang eingelegt ist;
  • Fig. 2B ein Diagramm, das die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung zeigt, die von der vorliegende Erfindung auferlegt wird, wenn bei dem Fahrzeug der höchste Gang nicht eingelegt ist;
  • Fig. 3 eine Darstellung der Zustände der Maschine bei dem Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Anders als die Steuerungssysteme des Stands der Technik, bei denen versucht wird, die Kraftstoffersparnis auf Kosten der Fahrzeugleistung zu maximieren, indem für alle Gänge außer dem höchsten Gang festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzungen auferlegt werden, gestattet es die vorliegende Erfindung, daß das Fahrzeug mit höheren als den normalerweise gewünschten Geschwindigkeiten während Perioden betrieben wird, wenn es einen berechtigten Bedarf für eine erhöhte Leistung gibt. Beispielsweise umfassen berechtige Hochgeschwindigkeitssituationen das Herunterschalten, um dabei zu helfen, eine Steigung heraufzufahren oder die Beschleunigung mit dem Ziel des Hochschaltens. Wie die Systeme des Stands der Technik legt die vorliegende Erfindung auch eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit für alle Gänge außer dem höchsten Gang fest, jedoch nur während stationärer Zustände (definiert als leichte Motorlast, die während eines vorbestimmten Zeitraums besteht). Anders als die Steuerungssysteme des Stands der Technik sieht das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung während Übergangszuständen (festgestellt durch Erkennen von Gangwechseln und Bedingungen von hoher Motorlast) eine Abweichung von den normalen maximalen Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzungen für alle Gänge außer dem höchsten Gang vor. Eine solche Abweichung sorgt für eine erhöhte Fahrzeugleistung während Perioden, wenn diese berechtigterweise von dem Fahrer benötigt wird. Während der stationären Zustände verhindert die vorliegende Erfindung die Verwendung eines anderen Gangs als dem höchsten Gang während des Fahrens bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit durch Begrenzen der Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn nicht der höchste Gang im Getriebe eingelegt ist.
  • Die Erfindung sieht das Begrenzen der Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen derart niedrig Wert vor, daß der Fahrer dazu ermutigt wird, auf den höchsten Gang zu schalten, um mit der gewünschten höheren Geschwindigkeit zu fahren (unter stationären Zustandsbedingungen). Da das Steuerungssystem programmiert sein kann, um die Größe der Abweichung oder die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit für jeden Gang auszuwählen, können diese Größen unabhängig von dem Fahrer ausgewählt werden und deshalb kann der Fahrzeugbetrieb in einem begrenzten Ausmaß gesteuert werden, um die Kraftstoffersparnis zu verbessern.
  • In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Fahrzeugbetriebszyklus gezeigt, der von dem Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der Kasten 10 stellt das Fahrzeug dar, das während aller Bedingungen im höchsten Gang betrieben wird. Der Kasten 12 stellt das Fahrzeug dar, wenn es in einem anderen Gang als dem höchsten Gang unter stationären Zustandsbedingungen betrieben wird, während der Kasten 14 das Fahrzeug darstellt, das in einem anderen Gang als dem höchsten Gang bei Übergangsbedingungen betrieben wird. Die Pfeile in Fig. 1 stellen die verschiedenen Wege dar, die beim Übergang zwischen einem Fahrzeugbetriebszustand zu einem anderen durchlaufen werden können. Wie für Fachleute ersichtlich ist, erkennt der in Fig. 1 gezeigte Fahrzeugzyklus nur einen einzigen Zustand, wenn bei dem Fahrzeug der höchste Gang eingelegt ist, jedoch werden zwei getrennte Zustände erkannt, wenn bei dem Fahrzeug ein anderer Gang als der höchste Gang eingelegt ist, nämlich einen stationären Zustand und einen Übergangszustand. Es ist die Erkennung der Betriebsbedingungen bei stationären Zustand und Übergangszustand, die es dem Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung gestatten, eine Abweichung von den maximalen Motordrehzahlbegrenzungen vorzusehen, wenn eine solche Abweichung während berechtigter Anforderungen für eine erhöhte Motorleistung erforderlich ist.
  • Insbesondere führt der Betrieb des Fahrzeug in einem anderen Gang als dem höchsten Gang bei stationären Hochgeschwindig keitsbedingungen (Kasten 12) dazu, daß das Steuerungssystem die Fahrgeschwindigkeit begrenzt, wodurch der Fahrer ermutigt wird, in den höchsten Gang zu schalten (Kasten 10). Andererseits werden bei dem Betrieb des Fahrzeugs in einem anderen Gang als dem höchsten Gang Übergangshochgeschwindigkeitsbedingungen (Kasten 14) durch das Steuerungssystem (bis zu einer maximalen hohen Grenze m. p. h.) so lange gestattet, wie die Übergangsbedingungen weiter bestehen. Wenn jedoch die Übergangsbedingungen nicht länger bestehen und das Fahrzeug sich in eine stationäre Zustandsbedingung bewegt (Bewegung zu Kasten 12), arbeitet das Steuerungssystem wieder, um die Fahrgeschwindigkeit zu begrenzen, bis das Getriebe in den höchsten Gang geschaltet wird (Kasten 10).
  • In Fig. 2A ist ein Diagramm der Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung gegenüber dem Prozentsatz der maximalen Motorlast gezeigt, wenn der höchste Gang im Getriebe eingelegt ist (Kasten 10 von Fig. 1). Es ist für Fachleute ersichtlich, daß im höchsten Gang die einzige Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit die Fahrgeschwindigkeitsregler-(RSG)-Begrenzung ist. Die Form der Darstellung der RSG-Begrenzung muß nicht linear sein und ist für die vorliegende Erfindung nicht wichtig.
  • In Fig. 2B ist ein Diagramm der Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber dem Prozentsatz der maximalen Motorlast gezeigt, wenn ein anderer Gang als der höchste Gang im Getriebe eingelegt ist (Betrieb mit einem unteren Gang). In diesem Zustand variiert die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung, die von dem Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung auferlegt wird, in Abhängigkeit von der prozentualen Last und auch davon, ob das Steuerungssystem bei der Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit aktiv ist. Diese beiden Faktoren sind für die von der Darstellung von Fig. 2B gezeigten Hysterese verantwortlich.
  • Diese Hysteresewirkung ist unter Bezugnahme auf Fig. 3 besser verständlich, in der ein Zustandsdiagramm für das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung, im allgemeinen bei 50 an gegeben ist. Das Zustandsdiagramm 50 weist sieben Zustände auf, die wie folgt zusammengefaßt sind.
    • Zustand 1
  • Das Steuerungssystem wird bei Anlassen des Motors aktiviert, die Systemvariablen werden initialisiert und Sensoreingaben des Systems werden anfänglich eingelesen. Das System geht dann zu Zustand 2 über den Weg 52 weiter.
    • Zustand 2
  • Die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung (Begrenzung) ist auf den hohen Grenzwert eingestellt, der eine Konstante ist, die von dem Fahrzeugeigentümer gewählt und in das Steuerungssystem unter Verwendung eines besonderen Werkzeugs, das für den Fahrer nicht verfügbar ist, programmiert wird. Der hohe Grenzwert ist gleich der maximal gestatteten Fahrzeugfahrgeschwindigkeit, wenn der höchste Gang nicht eingelegt ist. Der Zustand 2 kann nur über zwei Wege verlassen werden. Falls die Fahrzeugübersetzung, die gegenwärtig von dem Fahrer (über das Getriebe) ausgewählt ist, höher als die maximale Übersetzung des höchsten Gangs plus einer vorbestimmten Toleranz ist (d. h. ein anderer Gang als der höchste Gang wurde gewählt (Betrieb mit einem unteren Gang)), geht das System über den Weg 54 zum Zustand 3 weiter. Andererseits geht das System, falls die Fahrzeugübersetzung niedriger als die oder gleich der maximale(n) Übersetzung beim höchsten Gang ist (d. h. der höchste Gang wurde gewählt) zum Zustand 4 über den Weg 56 weiter. Während der Zeit, in der sich das Steuerungssystem im Zustand 2 befindet, ist die Fahrzeuggeschwindigkeit auf den Wert der hohen Begrenzung begrenzt.
    • Zustand 3
  • Das Steuerungssystem geht nur in den Zustand 3 über, wenn der höchste Gang nicht im Getriebe eingelegt ist (Betrieb mit einem unteren Gang). Die vorliegende Erfindung trifft mehrere Entscheidungen auf der Grundlage des Prozentsatzes des maximalen geforderten Motordrehmoments (Lastprozentsatz). Der Lastprozentsatz wird beispielsweise als gegenwärtige Menge an Kraftstoff, die dem Motor zugeführt wird, als Prozentsatz der maximalen Menge der Kraftstoffzuführung gemessen. Diese Menge wird durch einen Lastfilter gefiltert, um jegliche schnellen Schwankungen auszugleichen. Dieser Lastfilter rechnet deshalb zwischen dem tatsächlichen momentanen Lastprozentsatz und dem Trend im Lastprozentsatz um (siehe Zustand 6). Bei Situationen, bei denen die Kraftstoffzuführung im stationären Zustand ist, nähert sich der gefilterte Lastprozentsatz dem momentanen Lastprozentsatz. In dem Zustand 3 wird deshalb der Lastfilter zurückgesetzt, um eine gefilterte Last von 100% anzugeben. Des weiteren wird die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung (Begrenzung) so eingestellt, daß sie gleich dem Wert der hohen Begrenzung ist. Der Zustand 3 wird uneingeschränkt über den Weg 62 zu dem Zustand 6 verlassen.
    • Zustand 4
  • Das Steuerungssystem bleibt so lange im Zustand 4 wie der Fahrer den höchsten Gang ausgewählt hat. In dem Zustand 4 wird die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung (Begrenzung) auf den Wert der Fahrgeschwindigkeitsreglerbegrenzung (RSG-Begrenzung) eingestellt, der eine Konstante ist, die von dem Fahrzeugeigentümer gewählt und in dem Steuerungssystem einprogrammiert ist. Der RSG-Grenzwert ist gleich der maximal gestatteten Fahrzeugfahrgeschwindigkeit im höchsten Gang. Die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung im Zustand 4 ist graphisch in Fig. 2A veranschaulicht.
  • Der Zustand 4 wird nur beim Auftreten von einer von zwei Bedingungen verlassen. Erstens wenn das Getriebe ausgerückt (neutral) ist, kehrt das Steuerungssystem zum Zustand 2 über den Weg 58 zurück. Ein ausgerückter Zustand wird durch das Auftreten einer schnellen Änderung der berechneten Übersetzung festgestellt. Zweitens kehrt das Steuerungssystem in den Zustand 2 über den Weg 60 zurück, wenn das Getriebe aus dem höchsten Gang heruntergeschaltet wird (Betrieb mit einem unteren Gang).
    • Zustand 5
  • Der Zustand 5 wird nur über den Weg 68 eingestellt, wenn der Fahrer nicht den höchsten Gang eingelegt hat und der Fahrer nicht einen hohen Lastprozentsatz anfordert (wie durch eine gefilterte Last < = MIN_LAST1-%). Dies bedeutet, daß der Fahrer versucht, während eines längeren Zeitraums in einem Gang, der nicht der höchste Gang ist, zu fahren. Da ein Herunterschaltvorgang bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten nur bei hohen Lastbedingungen, wie das Herunterschalten, um eine Steigung hochzufahren oder das Beschleunigen mit dem Ziel hochzuschalten, gewünscht wird, versucht das Steuerungssystem den Fahrer zu ermutigen, hochzuschalten, indem es die Fahrzeuggeschwindigkeit verlangsamt (im Zustand 7). In Vorbereitung hierfür (um sicherzustellen, daß keine Diskontinuität auftritt) wird die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung (Begrenzung) auf die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt. Typischerweise ist die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der Tatsache etwas geringer als die hohe Begrenzung, daß das Fahrzeug langsamer wird, nachdem der angeforderte Lastprozentsatz verringert wurde. Dies ist in Fig. 2B als der auf der Last basierte Rückkehrweg gezeigt. Das Steuerungssystem bewegt sich dann uneingeschränkt zu dem Zustand 7 über den Weg 70 weiter.
    • Zustand 6
  • Der Zustand 6 wird immer von dem Zustand 3 über den Weg 62 erreicht, und dieser Übergang ist uneingeschränkt. Der Lastfilter wird im Zustand 6 gemäß der nachfolgenden Filtergleichung wiederholt:
  • fn = [LAST-%n·&alpha;] + [fn - 1·(1 - &alpha;)]
  • worin fn = die neue (wiederholte) gefilterte Last
  • fn - 1 = die gefilterte Last vor der gegenwärtigen Wiederholung
  • LAST-% = der gegenwärtige momentane Lastprozentsatz wie durch die Kraftstoffzuführung zum Motor mit Bezug auf die Maximalmenge gemessen, die bei der gegenwärtigen Drehzahl gestattet ist.
  • &alpha; = ein vorbestimmter Skalierungsfaktor ist.
  • Es ist für Fachleute ersichtlich, daß, falls LAST-% konstant bleibt, die gefilterte Last konstant und gleich LAST-% bleibt. Falls sich jedoch LAST-% ändert, wird die Wirkung dieser Änderung bei der nächsten Wiederholung der gefilterten Last durch den vorbestimmten Skalierungsfaktor &alpha; bestimmt. Je größer der Wert von &alpha; ist, desto einen größeren Einfluß hat jede momentane Änderung von LAST-% auf den gefilterten Lastwert. Mit 0 < &alpha; < 1 wird sich jedoch die gefilterte Last immer letzendlich LAST-% annähern, falls die Kraftstoffzuführung zum Motor in der Stellung eines stationären Zustands gehalten wird. Der Wert des Skalierungsfaktors &alpha; bestimmt, wie schnell diese beiden Werte sich annähern. Andererseits nähert sich die gefilterte Last, wenn sich die Gaspedalstellung konstant ändert, dem angeforderten durchschnittlichen Lastprozentsatz.
  • Der Zustand 6 kann über einen von drei Wegen verlassen werden. Erstens geht das System, falls die Fahrzeugübersetzung kleiner als die oder gleich der maximalen Übersetzung des höchsten Gangs plus eine vorbestimmte Toleranz (d. h. der höchste Gang wurde ausgewählt) ist, zu Zustand 2 über den Weg 64 weiter. Zweitens, falls das Getriebe ausgerückt (neutral) ist, kehrt das Steuerungssystem in den Zustand 2 über den Weg 66 zurück. Ein ausgerückter Zustand wird bestimmt durch das Auftreten einer raschen Änderung der gemessenen Übersetzung. Schließlich, falls die gefilterte Last weniger oder gleich der vorbestimmten Variablen MIN_LAST1-% ist oder falls die Betriebsbremse im Betrieb steht (wie durch einen geeigneten Sensor angegeben), bewegt sich das Steuerungssystem über den Weg 68 zum Zustand 5.
  • Der Weg 68 ist der Übergang geringster Priorität (wie durch den Kreis in Fig. 3 angegeben), deshalb wird dieser Zustand bewertet nachdem die beiden Bedingungen des Verlassens bewertet worden sind. MIN_LAST1-% wird beispielsweise mit 85% eingestellt und dies ist der Punkt, an dem bestimmt wird, daß der Fahrer sich nicht in einer Fahrsituation mit hoher Last (und somit nicht länger in einer Übergangssituation befindet), deshalb bewegt sich das Steuerungssystem zu den Zuständen 5 und 7, um die Fahrgeschwindigkeit zu verlangsamen, um den Fahrer zu ermutigen, in den höchsten Gang zu schalten.
  • Es ist für Fachleute ersichtlich, daß das Steuerungssystem so lange in dem Zustand 6 bleibt wie ein Gang, der nicht der höchste Gang ist, ausgewählt wird, der angeforderte Lastprozentsatz mehr als MIN_LAST1-% beträgt, die Betriebsbremse nicht im Betrieb steht und im Fahrzeug ein Gang eingelegt ist. Der Zustand 6 stellt deshalb einen berechtigten Übergangsfahrzustand mit hoher Fahrgeschwindigkeit in einem Gang, der nicht der höchste Gang ist, dar.
    • Zustand 7
  • Der Zustand 7 wird nur erreicht, wenn das Steuerungsgerät den Fahrer ermutigt, in einen hohen Gang zu schalten, weil der inhärente stationäre Zustands gleich eintritt. Um den Fahrer zu ermutigen, in den höchsten Gang zu schalten, wird die Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung (Begrenzung) von der hohen Grenze zu der niedrigen Begrenzung heruntergeführt Indem das Fahrzeug verlangsamt wird, wird der Fahrer daran gehindert, bei Gängen, die nicht der höchste Gang sind, mit hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten zu fahren. Wie bei der hohen Begrenzung ist die niedrige Begrenzung in dem Steuerungssystem vorprogrammiert.
  • Falls die Begrenzung sofort gleich der niedrigen Begrenzung in dem Zustand 7 eingestellt würde, würde der Fahrzeuggeschwindigkeitsregler abrupt die Kraftstoffzuführung zu dem Motor unterbrochen, was zu einer unangenehmen Empfindung durch den Fahrer führt. Der Wert der Begrenzung wird deshalb langsam im Zustand 7 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dekrementiert, bis er die niedrige Begrenzung erreicht. Wenn das Fahrzeug beginnt, Fahrzeuggeschwindigkeit zu verlieren, wird der Fahrer dadurch ermutigt, in den höchsten Gang zu schaltet, wo er mit jeder Geschwindigkeit, die geringer oder gleich der RSG-Begrenzung ist, fahren kann. Diese allmähliche Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit ist als der zeitbasierte Rückkehrweg von Fig. 2B gezeigt.
  • Der Zustand 7 kann über einen von drei Wegen verlassen werden. Erstens, falls die Fahrzeugübersetzung kleiner als die oder gleich der maximalen Übersetzung des höchsten Gangs plus einer vorbestimmten Toleranz ist (d. h. die höchste Gang wurde gewählt), geht das System zu dem Zustand 2 über den Weg 72 weiter. Zweitens falls das Getriebe ausgerückt ist (neutral), kehrt das Steuerungssystem in den Zustand 2 über den Weg 74 zurück. Ein ausgerückter Zustand wird durch das Auftreten einer schnellen Änderung der berechneten Übersetzung bestimmt. Schließlich bewegt sich das Steuerungssystem, falls die gefilterte Last größer als die vorbestimmte Variable MIN_LAST2-% ist, über den Weg 76 in den Zustand 3. Der Weg 76 ist der Übergang geringster Priorität, deshalb wird dieser Zustand bewertet, nachdem die ersten beiden Bedingungen des Verlassens bewertet sind. MIN_LAST2-% ist höher als MIN_LAST1-% und kann beispielsweise auf 90% eingestellt werden. MIN_LAST2-% ist der Punkt, an dem bestimmt wird, daß der Fahrer wiederum in einer Fahrsituation mit hoher Last ist, wobei bei diesem Betrieb ein niedriger Gang geeignet ist. Deshalb bewegt sich das Steuerungssystem zum Zustand 3, um die Begrenzung auf die hohe Begrenzung zurückzustellen und die Überwachung mit Bezug auf einen andauernden gerechtfertigten Herunterschaltvorgang zu beginnen.
  • Es ist für Fachleute ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung wie sie in einer bevorzugten Ausführungsform als Zustandsdiagramm von Fig. 3 dargestellt ist, als Softwareroutine implementiert werden kann, die durch die Steuerungssystemhardware des Fahrzeugs ausgeführt werden kann. Die Steuerungssystemhardwarekonfiguration ist nicht kritisch für die Konzepte der vor liegenden Erfindung und kann vorzugsweise mit irgendeinem geeigneten Mikroprozessor und zugehöriger Peripherie-Hardware, wie sie im Stand der Technik wohlbekannt sind, implementiert werden.
  • Beispielsweise ist eine Vorrichtung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch in Fig. 4 gezeigt und im allgemeinen mit 80 bezeichnet. Das Zustandsdiagramm von Fig. 3 ist als Softwareroutine implementiert, die auf dem Mikroprozessor 82 läuft. Der Mikroprozessor 82 kann irgendeine Verarbeitungsvorrichtung sein und kann in irgendeinem elektronischen Steuerungsmodul (ECM) 84 enthalten sein, das üblicherweise für Automobilsteuerungssysteme verwendet wird. Das ECM 84 ist mit mehreren programmierten Eingaben 86 wie in Fig. 4 gezeigt gestaltet. Der Mikroprozessor 82 erhält zusätzlich mehrere Eingaben von externen Sensoren 88 wie in Fig. 4 gezeigt. Diese Sensoren messen die Bedingung von entfernten Bereichen des Fahrzeugs und melden diese Informationen an das ECM 84, und folglich den Mikroprozessor 82 weiter. Die einzige Ausgabe der Steuerungsroutine der vorliegenden Erfindung ist der Wert der Begrenzung 90, die als Eingabe von dem Fahrgeschwindigkeitsregler 92 verwendet wird, um zu bestimmen, ob die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor begrenzt werden sollte.
  • Es ist für Fachleute ersichtlich, daß die Veranschaulichung der Vorrichtung in Fig. 4 sehr schematisch ist. Beispielsweise ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsregler typischerweise als eine weitere Softwareroutine implementiert, die auf dem Mikroprozessor 82 läuft, deshalb ist die Ausgabebegrenzung keine physikalische Ausgabe von dem Mikroprozessor 82, sondern eher ein Wert, der von der Routine der vorliegenden Erfindung zu der Fahrgeschwindigeitsreglerroutine 92 übertragen wird, die sich im Inneren des Mikroprozessors 82 befindet.
  • Es ist des weiteren für Fachleute ersichtlich, daß die von der vorliegenden Erfindung verwendeten Übersetzungswerte auf eine Vielzahl von Arten erfaßt oder berechnet werden können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Getriebeverhältnisse durch Erfassen der Motordrehzahl und die Drehzahl der Hinterachse berechnet. Mit der Hinterachsendrehzahl (und bei Kenntnis des hinteren Differentialübersetzungsverhältnisses und der Reifengröße des Fahrzeugs, die programmierte Eingaben sind) kann die Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden. Die Übersetzung kann dann als Verhältnis zwischen der Motordrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden.
  • Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese als veranschaulichend und nicht einschränkend anzusehen, wobei zu verstehen ist, daß nur die bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde und daß alle Änderungen und Modifikationen, die unter den Umfang des Schutzes, der in den Ansprüchen beansprucht ist, fallen, geschützt werden sollen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Hindern eines Fahrers eines Fahrzeugs am Betrieb mit rückgeschaltetem Gang, wobei das Fahrzeug einen Antriebsstrang hat, der einen Verbrennungsmotor und ein Handschaltgetriebe enthält, wobei das Verfahren den Schritt aufweist, daß
(a) bestimmt wird, ob die zahlenmäßig niedrigste Übersetzung des Handschaltgetriebes momentan gewählt ist (Zustand 2, Weg 54, Weg 56); und gekennzeichnet ist durch die Schritte, daß
(b) ein Last-Prozentsatz des Motors (Zustand 3) bestimmt wird;
(c) bestimmt wird, ob der Last-Prozentsatz des Motors unter einem vorbestimmten Schwellenwert (Zustand 6) ist; und
(d) eine Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze des Fahrzeugs abgesenkt wird, wenn die zahlenmäßig niedrigste Übersetzung nicht momentan gewählt ist und der Last-Prozentsatz unter dem Schwellenwert (Zustand 7) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) die Schritte umfaßt:
(b.1) Berechnen eines momentanen Last-Prozentsatzes des Motors (Zustand 3); und
(b.2) Filtern des momentanen angeforderten Last- Prozentsatzes des Motors, um den Last-Prozentsatz des Motors (Zustand 3) zu erhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
Schritt (b) das Filtern des Last-Prozentsatzes umfaßt, um einen gefilterten Last-Prozentsatz zu erhalten, wobei der gefilterte Last-Prozentsatz ein gewichteter Durchschnitt des Last-Prozentsatzes über eine Zeitdauer (Zustand 6) ist,
Schritt (c) das Bestimmen, ob der gefilterte Last- Prozentsatz unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert (Zustand 6) ist;
Schritt (d) das Absenken der Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze des Fahrzeugs um einen vorbestimmten Betrag (Zustand 7), wenn die zahlenmäßig niedrigste Übersetzung nicht momentan gewählt ist und der gefilterte Last-Prozentsatz unter dem ersten Schwellenwert (Weg 68) ist, aufweist; und ferner die Schritte aufweist, daß
(f) die Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze des Fahrzeugs um den vorbestimmten Betrag weiter abgesenkt wird; und
(g) der Schritt (f) wiederholt wird, bis die Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze des Fahrzeugs eine vorbestimmte Grenzgeschwindigkeit (Zustand 7) erreicht hat.
4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit den Schritten:
(h) Wiederholen der Schritte (a), (b) und (c);
(i) Bestimmen, ob der gefilterte Last-Prozentsatz über einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert (Zustand 7) ist; und
(j) Beenden des Schrittes (g) (Weg 76), wenn die zahlenmäßig niedrigste Übersetzung nicht momentan gewählt ist und der gefilterte Last-Prozentsatz über dem zweiten Schwellenwert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, bei dem der Schritt (a) ferner die Schritte aufweist:
(a.1) Bestimmen einer Motordrehzahl des Motors (Zustand 1);
(a.2) Bestimmen einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs (Zustand 1); und
(a.3) Berechnen der momentan gewählten Übersetzung aus der Motordrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, wobei Schritt (b) das Berechnen einer dem Motor momentan zugeführten Kraftstoffmenge als Prozentsatz einer Kraftstoffhöchstmenge, die bei einer momentanen Motordrehzahl zulässig ist (Zustand 3) umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, wobei der Schritt (d) das Absenken einer maximal zulässigen Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze, die in einem Fahrzeuggeschwindigkeitsregler des Fahrzeugs (Zustand 7) eingegeben wird, umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Last-Prozentsatz ein momentaner Last-Prozentsatz ist.
9. Verfähren nach Anspruch 4, bei dem der erste vorbestimmte Schwellenwert geringer als der zweite vorbestimmte Schwellenwert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei dem der Schritt (b) das Filtern des Last-Prozentsatzes gemäß der Filtergleichung (Zustand 6):
fn = [LAST-%n·&alpha;] + [fn - 1·(1 - &alpha;)]
umfaßt, wobei fn der Last-Prozentsatz des Motors in einem Augenblick n, LAST-%n der momentane Last-Prozentsatz des Motors im Augenblick n, &alpha; ein vorbestimmter Skalenfaktor und fn - 1 der Last-Prozentsatz des Motors in einem Augenblick n - 1 vor dem Augenblick n ist.
11. Vorrichtung (80) zum Hindern eines Fahrers eines Fahrzeugs an einem Betrieb mit rückgeschaltetem Gang, wobei das Fahrzeug einen Antriebsstrang hat, der einen Verbrennungsmotor und ein Handschaltgetriebe enthält, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
eine Übersetzungseinrichtung zum Bestimmen, ob die zahlenmäßig niedrigste Übersetzung des Handschaltgetriebes momentan gewählt ist;
und gekennzeichnet ist durch
eine Last-Prozentsatzeinrichtung zum Bestimmen eines Last-Prozentsatzes des Motors;
eine Einrichtung (50) zum Bestimmen, ob der Last-Prozentsatz des Motors unter einem vorbestimmten Schwellenwert ist; und
eine Einrichtung (50, 90, 92) zum Absenken einer Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze des Fahrzeugs, wenn die zahlenmäßig niedrigste Übersetzung nicht momentan gewählt ist und der Last-Prozentsatz unter dem Schwellenwert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Übersetzungseinrichtung folgendes aufweist:
eine Einrichtung (88) zum Bestimmen einer Motordrehzahl des Motors;
eine Einrichtung (88) zum Bestimmung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs; und
eine Einrichtung (50) zum Berechnen der momentan gewählten Übersetzung aus der Motordrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Last-Prozentsatz-Einrichtung einen Sensor umfaßt, der wirksam ist, um eine dem Motor momentan zugeführte Kraftstoffmenge als Prozentsatz einer maximalen Kraftstoffmenge, die bei einer momentanen Motordrehzahl zulässig ist, zu berechnen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Einrichtung zum Absenken (50, 90, 92) eine Einrichtung zum Verringern einer maximal zulässigen Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze, die in einen Fahrzeuggeschwindigkeitsregler (92) des Fahrzeugs eingegeben wird, umfaßt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Last-Prozentsatz-Einrichtung einen Sensor, der wirksam ist, um einen momentanen Last-Prozentsatz des Motors zu berechnen; und
einen Filter (50), der wirksam ist, um den momentanen angeforderten Last-Prozentsatz des Motors zu filtern, um den Last-Prozentsatz des Motors zu erhalten, umfaßt.
16. Vorrichtung (50) nach Anspruch 15, bei dem der Filter die Filtergleichung:
fn = [LAST-%n·&alpha;] + [fn - 1·(1 - &alpha;)]
anwendet, wobei fn der Last-Prozentsatz des Motors in einem Augenblick n, LAST-%n der momentane Last-Prozentsatz des Motors im Augenblick n, &alpha; ein vorbestimmter Skalenfaktor und fn - 1 der Last-Prozentsatz des Motors in einem Augenblick n - 1 vor dem Augenblick n ist.
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