DE10059563A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Steuern eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs wird ein Sollwert eines Drehmoments, das an einer Welle des Abtriebstrangs anliegt, ermittelt unter Berücksichtigung eines Verlustdrehmoments (TQ_LOSS). Stellglieder des Antriebs werden abhängig von dem Sollwert des Drehmoments angesteuert. Das Verlustdrehmoment (TQ_LOSS) wird abhängig von einem Servo-Drehmoment (TQ_SERVO) ermittelt. Das Servo-Drehmoment (TQ_SERVO) wird abhängig von einem Lenkwinkel (STA) und/oder einem elektrischen Strom (I) und/oder einer Spannung (U) und/oder von einer den Druckunterschied vor und nach einer Servolenkungspumpe präsentierenden Größe ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Antriebs, insbesondere einer Brennkraftmaschi­ ne, eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der unabhängi­ gen Patentansprüche.
Aus der DE 196 12 455 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird ein Sollwert eines Drehmoments, das an einer Welle des Abtriebsstrangs anliegt, ermittelt unter Berücksichtigung eines Verlustdrehmoments. Das Verlustdrehmoment berücksichtigt Reibungs- und Pumpver­ luste der Brennkraftmaschine mit einer Temperaturkorrektur und die Last, die durch einen Kompressor einer Klimaanlage auf die Brennkraftmaschine einwirkt. Der Sollwert des Drehmo­ ments wird dann durch entsprechende Ansteuerung von Stell­ gliedern, wie z. B. einer Drosselklappe im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine oder Einspritzventilen oder Zündkerzen eingestellt. Über den Luftpfad wird ein Vorhalte-Drehmoment eingestellt, dass zukünftige Drehmomentanforderungen einer Leerlaufregelung, einer Antischlupfregelung oder einer Kata­ lysatorschutzfunktion oder einer Fahrstabilitätsregelung be­ rücksichtigt. Durch eine entsprechende Einstellung des Zünd­ winkels kann so dieses Drehmoment, wenn es dann tatsächlich benötigt wird sehr schnell eingestellt werden. Es ist wesent­ lich das angeforderte Drehmoment exakt zu berechnen, damit das Laufverhalten der Brennkraftmaschine einerseits sehr kom­ fortabel ist und andererseits der Verbrauch und die Emissio­ nen so gering wie möglich sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist, das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung so weiterzubilden, dass das Laufver­ halten des Antriebs des Kraftfahrzeugs komfortabler wird, und gleichzeitig der Verbrauch und die Emissionen geringer wer­ den.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Servo­ lenkung einen gewichtigen Einfluss auf das Drehmoment des An­ triebs eines Kraftfahrzeugs hat, das an einem Antriebsstrang abgegeben wird. Der relative Einfluss ist bei Brennkraftma­ schinen besonders gewichtig im Leerlauf der Brennkraftmaschi­ ne. Durch die Berücksichtigung des Servo-Drehmoments bei der Ermittlung des Sollwertes des Drehmoments wird somit die Güte der Ermittlung des Sollwerts des Drehmoments deutlich verbes­ sert.
Besonders einfach lässt sich das Servo-Drehmoment ermitteln abhängig von einem Lenkwinkel. Dies ist bei vielen modernen Fahrzeugen ohne zusätzlich dafür vorzusehende Sensoren mög­ lich, da immer mehr Fahrzeuge über eine Fahrstabilitäts- Regelung verfügen, der ein Lenkwinkelsensor zugeordnet ist.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird das Servo- Drehmoment abhängig von einem elektrischen Strom und/oder ei­ ner Spannung ermittelt. So kann das Servo-Drehmoment beson­ ders präzise ermittelt werden, da Strom und Spannung direkt die Größen definieren, die bei einer elektrisch betriebenen Servolenkungs-Pumpe oder einer direkt mittels elektrischen Servolenkungs-Antrieb angetriebenen Servolenkung deren Leis­ tung charakterisieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung in einem Kraftfahrzeug,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung.
Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1 mit einer Drosselklappe 10 und einem Motorblock 2, der einen Zylinder 20 und eine Kurbelwelle 23 aufweist. Ein Kolben 21 und eine Pleuelstange 22 sind dem Zylinder 20 zugeordnet. Die Pleuelstange 20 ist mit dem Kolben und der Kurbelwelle gekop­ pelt.
Ein Zylinderkopf 3 ist vorgesehen, in dem ein Ventiltrieb an­ geordnet ist mit mindestens einem Einlassventil 30 und einem Auslassventil 31. Der Ventiltrieb umfasst mindestens eine nicht dargestellte Nockenwelle mit einer Übertragungseinrich­ tung, die den Nockenhub auf das Einlassventil 30 oder das Auslassventil 31 überträgt. Es können auch Einrichtungen zum Verstellen der Ventilhubzeiten und des Ventilhubverlaufs vor­ gesehen sein. Alternativ kann auch ein elektromechanischer Aktor vorgesehen sein, der den Ventilhubverlauf des Ein- oder Auslassventils 30, 31 gegebenenfalls unter Verzicht auf eine Nockenwelle steuert.
In dem Zylinderkopf 3 sind ferner ein Einspritzventil 33 und eine Zündkerze 34 eingebracht. Das Einspritzventil ist so an­ geordnet, dass der Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zy­ linders 20 zugemessen wird. Alternativ kann das Einspritzven­ til jedoch auch im Ansaugtrakt 1 angeordnet sein. Die Brenn­ kraftmaschine ist in der Fig. 4 mit einem Zylinder darge­ stellt. Sie kann jedoch auch mehrere Zylinder umfassen. Ein Abgastrakt 4 mit einem Katalysator 40 und einer Sauerstoff­ sonde ist ebenfalls der Brennkraftmaschine zugeordnet.
Die Brennkraftmaschine ist in ein Kraftfahrzeug eingebaut, das über eine Servolenkung 5 verfügt.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und je­ weils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuerein­ richtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer Messgröße ein oder mehrere Steilsignale, die jeweils ein Stellgerät steuern.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungssensor 71, der eine Pe­ dalstellung PV des Fahrpedals 7 erfasst, ein Drosselklappen­ stellungsgeber 11, der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 10 erfasst, ein Luftmassenmesser 12, der einen Luftmassen­ strom MAF erfasst und/oder ein Saugrohrdrucksensor 13, der einen Saugrohrdruck in dem Ansaugtrakt 1 erfasst, ein Tempe­ ratursensor 14, der eine Ansauglufttemperatur TAL erfasst, ein Drehzahlsensor 24, der eine Drehzahl N der Kurbelwelle 23 erfasst, ein Temperatursensor 25, der eine Kühlmitteltempera­ tur TCO erfasst, ein Temperatursensor 26, der eine Öltempera­ tur TOlL erfasst, ein Lenkwinkelsensor 51, der einen Lenkwin­ kel STA erfasst, ein Druckdifferenzsensor 52, der eine Druck­ differenz Δp vor und nach einer Servolenkungspumpe erfasst, ein Strommesser, der einen elektrischen Strom durch einen elektrischen Stellantrieb einer Servolenkung erfasst, ein Spannungsmesser 54, der eine Spannung durch den elektrischen Stellantrieb einer elektrisch betriebenen Servolenkung um­ fasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine belie­ bige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer An­ trieb, ein elektromagnetischer Antrieb oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Dros­ selklappen 10, als Einspritzventil 33, als Zündkerze 34 oder als eine Einrichtung zum Verstellen des Ventilhubs der Ein- oder Auslassventile 30, 31 ausgebildet. Auf die Stellgeräte wird im Folgenden mit dem jeweils zugeordneten Stellglied Be­ zug genommen.
Die Steuereinrichtung 6 ist vorzugsweise als elektronische Motorsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steuergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, so z. B. über ein Bussystem.
Im Folgenden wird die Funktion des erfindungsrelevanten Teils der Steuereinrichtung 6 anhand des Blockschaltbildes anhand von Fig. 2 beschrieben.
In einem Block B1 wird ein Verlustdrehmoment TQ_LOSS abhängig von mehreren Drehmomentbeiträgen ermittelt. Ein erster Dreh­ momentbeitrag für das Verlustdrehmoment TQ_LOSS wird aus ei­ nem Kennfeld KF1 abhängig von dem Luftmassenstrom MAF und der Drehzahl N ermittelt und berücksichtigt Pump- und Reibungs­ verluste der Brennkraftmaschine. Ein zweiter Drehmomentbei­ trag berücksichtigt temperaturabhängige Verluste und wird ab­ hängig von der Öltemperatur TOIL und der Kühlmitteltemperatur TCO aus einem Kennfeld KF2 ermittelt. Ein weiterer Drehmo­ mentbeitrag berücksichtigt die Lastanforderung eines Kompres­ sors einer Klimaanlage und wird aus einem weiteren Kennfeld KF3 abhängig von einem Lastwert ACC_LOAD des Klimakompressors und einer Drehzahl N ermittelt.
In einem Block B2 wird ein Servo-Drehmoment ermittelt, das den Drehmomentenbedarf der Servolenkung 5 berücksichtigt. Das Servo-Drehmoment TQ_SERVO kann besonders einfach abhängig von dem Lenkwinkel STA aus einem Kennfeld ermittelt werden und vorzugsweise mittels eines Leistungskorrekturfaktors korri­ giert werden, der abhängt von der Drehzahl N. Das Kennfeld berücksichtigt dabei den erhöhten Drehmomentenbedarf der Ser­ volenkung in der Nähe der Anschläge der Servolenkung.
Eine noch präzisere Ermittlung des Servo-Drehmoments kann er­ folgen, wenn zusätzlich auch noch die zeitliche Ableitung des Lenkwinkels, also die Lenkwinkelgeschwindigkeit STA_V, bei der Ermittlung des Servo-Drehmoments TQ_SERVO berücksichtigt wird. Die Momentenanforderung einer Pumpe bei einer hydrauli­ schen Servolenkung 5 ist abhängig vom Förderdruck der Pumpe. Je näher der Lenkwinkel am Anschlag der Lenkung ist, desto mehr Leistung muss die Pumpe aufbringen. Dieser Zusammenhang ist dann vorzugsweise in dem Kennfeld abhängig von dem Lenk­ winkel und vorzugsweise auch noch abhängig von der Lenkwin­ kelgeschwindigkeit abgelegt.
Das Servodrehmoment TQ_SERVO kann bei fahrendem Fahrzeug noch präziser bestimmt werden, wenn auch noch Messgrößen die die Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder die Fahrzeugge­ schwindigkeit charakterisieren, berücksichtigt werden.
Falls ein Sensor an der Servolenkung 5 vorgesehen ist, der eine den Druckunterschied vor und nach der Servolenkungspumpe repräsentierende Größe erfasst, wie z. B. die Druckdifferenz Δp, so kann das Servo-Drehmoment TQ_SERVO auch einfach ab­ hängig von der Druckdifferenz Δp ermittelt werden. Ist hin­ gegen die hydraulische Pumpe der Servolenkung 5 durch einen elektrischen Antrieb angetrieben oder ist die Servolenkung 5 eine direkt mittels eines elektrischen Antriebs betriebene Lenkung, so kann das Servo-Drehmoment TQ_SERVO auch direkt aus den elektrischen Größen Strom I und Spannung U, die durch den elektrischen Antrieb fließen bzw. an ihm abfallen, ermit­ telt werden. So ist eine äußerst präzise Berechnung des Ser­ vo-Drehmoments TQ_SERVO möglich, da diese Größen unmittelbar das von der Servolenkung 5 benötigte Drehmoment charakteri­ sieren. Eine noch präzisere Ermittlung des Servo-Drehmoments ist in diesem Fall möglich, wenn zusätzlich auch noch der Lenkwinkel und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit berücksich­ tigt werden.
In einem Block B3 wird abhängig von dem Verlustdrehmoment TQ_LOSS und weiteren Größen, wie beispielsweise der Drehzahl, ein minimales und ein maximales Drehmoment TQ_MIN, TQ_MAX er­ mittelt, das an einer Welle des Abtriebstrangs minimal oder maximal im jeweiligen Zeitpunkt anliegen kann. Die genaue Er­ mittlung des minimalen und maximalen Drehmoments ist in der DE 196 12 455 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit diesbezüg­ lich einbezogen ist.
In einem Block B4 wird ein angefordertes Drehmoment TQI_REQ ermittelt abhängig von dem minimalen und dem maximalen TQ_MIN, TQ_MAX, dem Verlustdrehmoment TQ_LOSS und den Fahrer­ wunsch repräsentierenden Größen, wie beispielsweise der Fahr­ pedalwert PV in Verbindung mit der Drehzahl oder einem Stell­ wert CRU eines Fahrgeschwindigkeitsreglers. Die Ermittlung des angeforderten Drehmoments TQI_REQ ist im Detail in der DE 196 12 455 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit diesbezüg­ lich einbezogen ist.
In einem Block B5 wird ein schnell einzustellendes Drehmoment TQI_FAST abhängig von dem angeforderten Drehmoment TQI_REQ ermittelt. In einem Block B6 werden dann Stellsignale INJ, IGN für das Einspritzventil 33 und für die Zündung ermittelt.
In einem Block B7 wird ein über den Luftpfad einzustellendes Drehmoment TQI_SLOW ermittelt. Dazu werden neben dem angefor­ derten Drehmoment TQI_REQ Vorhaltedrehmomente der Leer­ laufsteuerung, zum Katalysatorheizen, zur Fahrstabilitätsre­ gelung, zum Katalysatorschutz und ein Vorhaltedrehmoment der Servolenkung TQ_V_SERVO berücksichtigt.
Das Vorhaltedrehmoment TQ_V_SERVO der Servolenkung 5 wird in einem Block B8 ermittelt. Das Vorhaltedrehmoment der Servo­ lenkung kann besonders einfach abhängig von dem Lenkwinkel STA ermittelt werden. Ein besonders präziser Wert des Vorhal­ tedrehmoments der Servolenkung 5 ergibt sich, wenn dabei auch die Lenkwinkelgeschwindigkeit STA_V berücksichtigt wird, da diese eine besonders präzise Abschätzung dafür gibt, mit wel­ cher Geschwindigkeit sich der Lenkwinkel auf einen seiner Endanschläge zu bewegt.
Wird zum Ermitteln des Vorhaltedrehmoments der Servolenkung die Druckdifferenz Δp eingesetzt, so ist es besonders vor­ teilhaft, wenn die zeitliche Ableitung der Druckdifferenz da­ zu berücksichtigt wird, da diese wiederum ein Maß für die schnelle der Annäherung an die Endanschläge des Lenkwinkels ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Vorhaltedrehmoment der Servolenkung auch abhängig von dem Strom durch einen elektri­ schen Antrieb der Servolenkung 5 und der Spannung, die an ei­ nem elektrischen Servoantrieb der Servolenkung abfällt, er­ mittelt werden.
Das Vorhaltedrehmoment TQ_V_SERVO der Servolenkung 5 wird be­ vorzugt nur kurz vor dem Erreichen der Endpositionen des Lenkwinkels aufgebaut, da so gewährleistet ist, dass sich die Emissionen durch eine Zündwinkelzurücknahme nur kurzzeitig erhöhen.
Abhängig von dem über den Luftpfad einzustellenden Drehmoment TQI_SLOW wird dann in dem Block B9 ein Drosselklappenstell­ signal ermittelt, mit dem die Drosselklappe angesteuert wird. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Block B9 auch ein Stellsignal für ein weiteres die Luftzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine beeinflussendes Stellglied ermittelt werden. Das über den Luftpfad einzustellende Drehmoment TQI_SLOW wird mittels entsprechender Ansteuerung der Zündker­ ze über das schnell einzustellende Drehmoment TQI_FAST so weit reduziert, dass es dem angeforderten Drehmoment TQI_REQ entspricht.
Durch die Berücksichtigung des Servo-Drehmoments TQ_SERVO und des Vorhaltedrehmoments TQ_V_SERVO der Servolenkung 5 wird ganz besonders im Leerlauf die Leerlaufregelung stark von Re­ geleingriffen entlastet, was zu einer deutlichen Erhöhung der Regelgüte im Leerlauf führt.
Statt der Ausbildung des Antriebs als Brennkraftmaschine kann der Antrieb auch als ein Elektromotor oder eine Brennstoff­ zelle oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb für Kraftfahrzeuge ausgebildet sein.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Sollwert eines Drehmoments, das an einer Welle des Abtriebsstrangs anliegt, ermittelt wird unter Berücksich­ tigung eines Verlustdrehmoments (TQ_LOSS) und Stellglieder des Antriebs abhängig von dem Sollwert des Drehmoments ange­ steuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlustdrehmoment (TQ_LOSS) abhängt von einem Ser­ vo-Drehmoment (TQ_SERVO), das für eine Servolenkung (5) zur Verfügung gestellt werden muss und das abhängig von einem Lenkwinkel (STA) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Servo-Drehmoment (TQ_SERVO) abhängt von einer Lenkwinkel- Geschwindigkeit (STA_V).
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Servo-Drehmoment (TQ_SERVO) abhängt von der Drehzahl (N) der Kurbelwelle (23) des Antriebs
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als Brennkraftmaschine aus­ gebildet ist und dass ein Vorhalte-Drehmoment, das über ein Stellglied für den Luftpfad der Brennkraftmaschine einge­ stellt wird, abhängig von einem Servo-Vorhalte-Drehmoment (TQ_V_SERVO) ermittelt wird, das abhängt von dem Lenkwinkel (STA) und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit (STA_V).
5. Verfahren zum Steuern eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Sollwert eines Drehmoments, das an einer Welle des Abtriebsstrangs anliegt, ermittelt wird unter Berücksich­ tigung eines Verlustdrehmoments (TQ_LOSS) und Stellglieder des Antriebs abhängig von dem Sollwert des Drehmoments ange­ steuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlustdrehmoment (TQ_LOSS) abhängt von einem Ser­ vo-Drehmoment (TQ_SERVO), das für einen Servolenkungs-Antrieb zur Verfügung gestellt werden muss und das abhängig von einem elektrischen Strom (I) und/oder einer Spannung (U) ermittelt wird, der durch den Servolenkungs-Antrieb fließt bzw. die an diesem abfällt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine Brennkraftmaschine ist und dass ein Vorhal­ te-Drehmoment, das über ein Stellglied für den Luftpfad der Brennkraftmaschine eingestellt wird, abhängig von einem Ser­ vo-Vorhalte-Drehmoment (TQ_V_SERVO) ermittelt wird, das ab­ hängt von dem elektrischen Strom (I) und/oder der Spannung (U)
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Servo-Vorhalte-Drehmoment (TQ_V_SERVO) abhängt von dem Lenkwinkel (STA) und/oder der Lenkwinkelge­ schwindigkeit (STA_V).
8. Verfähren zum Steuern eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Sollwert eines Drehmoments, das an einer Welle des Abtriebsstrangs anliegt, ermittelt wird unter Berücksich­ tigung eines Verlustdrehmoments (TQ_LOSS) und Stellglieder des Antriebs abhängig von dem Sollwert des Drehmoments ange­ steuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlustdrehmoment (TQ_LOSS) abhängt von einem Ser­ vo-Drehmoment (TQ_SERVO), das für eine Servolenkung zur Ver­ fügung gestellt werden muss und das abhängig von einer den Druckunterschied vor und nach einer Servolenkungs-Pumpe rep­ räsentierenden Größe ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Druckunterschied repräsentierende Größe die Druckdif­ ferenz (Δp) ist.
10. Vorrichtung zum Steuern eines Antriebs eines Kraftfahr­ zeugs mit Mitteln zum Ermitteln eines Sollwertes eines Dreh­ moments, das an einer Welle des Abtriebsstrangs anliegt, un­ ter Berücksichtigung eines Verlustdrehmoments (TQ_LOSS) und Mitteln zum Ansteuern von Stellgliedern des Antriebs abhängig von dem Sollwert des Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlustdrehmoment abhängt von einem Servo- Drehmoment (TQ_SERVO), das für eine Servolenkung zur Verfü­ gung gestellt werden muss und das abhängig von einem elektri­ schen Strom (I) und/oder einer Spannung (U), der durch den Servolenkungs-Antrieb fließt bzw. die an diesem abfällt, und/oder einem Lenkwinkel (STA) ermittelt wird.
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