DE10135959A1 - Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes - Google Patents

Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes

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Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes (CVT) enthält die Schritte des Berechnens eines Ziel-Geschwindigkeitsverhältnisses eines CTV zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert aus einer Vielzahl von voreingestellten Geschwindigkeitsverhältnissen, entsprechend einer Mehrzahl von Motor-Betriebsmodi, und des Steuerns des CVT, abhängig von dem Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes (Continuously Variable Transmission, CVT), insbesondere ein Verfahren, welches es ermöglicht, automatisch ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen einem Sparmodus und einem Sportmodus zu steuern, ohne den Modus manuell auswählen zu müssen.
Ein Kraftfahrzeuggetriebe ist eine Vorrichtung zum Übertragen eines Motordrehmoments auf eine Antriebswelle eines Fahrzeugs bei variierenden Geschwindigkeitsverhältnissen; Getriebe werden üblicherweise klassifiziert in manuelle, automatische sowie stufenlose Getriebe (CVT).
Im Gegensatz zu manuellen und automatischen Getrieben, welche einen abgestuften Steuermechanismus verwenden zum Bereitstellen fester Geschwindigkeitsverhältnisse, kann ein CVT das Geschwindigkeitsverhältnis stufenlos verändern.
Somit kann die Motordrehzahl optimal ausgewählt werden, so dass der Motor bei einer bevorzugten Umdrehungszahl pro Minute (Revolution per Minute, RPM) betrieben wird bezogen auf eine gewünschte Bedingung wie einer maximalen Fahrstrecke, insbesondere den maximal fahrbaren Meilen, der maximalen Leistung, der minimalen Geräuschentwicklung, der minimalen Emission giftiger Gase, etc.
Üblicherweise wird das Geschwindigkeitsverhältnis des CVT bestimmt mittels Motordrehmoment-Motordrehzahl-Karten, welche entsprechend den gewünschten Bedingungen voreingestellt sind wie beispielsweise der maximalen Fahrstrecke (Sparmodus) und der maximalen Leistung (Sportmodus).
Fig. 4 zeigt einen Graphen, in dem Motorleistungskurven dargestellt sind. Kurve 1 zeigt eine Vielzahl von iso-Bremse spezifische Kraftstoff-Verbrennungskurven (iso-Brake Specific Fuel Consumption (ISO-BSFC)-Kurven) und PO zeigt einen Punkt an, bei dem der Benzinverbrauch am geringsten ist. Kurve 2 zeigt eine Vielzahl von iso-Leistungskurven, welche äquivalent sind zu Graphen der Gleichung y = power/x mit verschiedenen Leistungswerten, da die Motorleistung berechnet wird durch Multiplikation der Motordrehzahl mit dem Motordrehmoment. Kurve 3 zeigt eine Kurve der maximalen Fahrstrecke (der maximalen fahrbaren Meilen), welche Kurve den Punkt des geringsten Kraftstoffverbrauchs P0 schneidet. Kurve 4 zeigt eine Maximalleistungs-Steuerkurve.
Bei einem CVT kann das Geschwindigkeitsverhältnis frei in einem verfügbaren Bereich verschoben werden derart, dass die Motordrehzahl und das Motordrehmoment frei eingestellt werden können, unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Somit wird das CVT derart gesteuert, dass der Motor mit einem bestimmten Drehmoment und einer bestimmten Drehzahl entlang der Kurve der maximalen Fahrstrecke C3 betrieben wird, um einem Fahrzeug die maximale Fahrstrecke zu ermöglichen, und derart, dass es mit einem anderen bestimmten Drehmoment und einer anderen bestimmten Motordrehzahl betrieben wird entlang der Maximalleistungs-Steuerkurve C4 zum Antreiben des Fahrzeugs mit maximaler Leistung.
Entsprechend wird das Geschwindigkeitsverhältnis des CVT bestimmt auf der Basis einer Drosselventilöffnung und von Fahrzeuggeschwindigkeitswerten, welche in der Karte entsprechend dem Steuermodus spezifiziert sind, welcher Steuermodus hinsichtlich der gewünschten Fahrbedingung bestimmt ist wie beispielsweise der maximalen Fahrstrecke oder der maximalen Leistung.
Deshalb benötigt ein herkömmliches CVT-Steuerverfahren die Eingabe eines ausgewählten Modus durch den Fahrer, um sich den Wünschen des Fahrers anzupassen; und das Verfahren der Moduswahl kann eine abrupte Änderung der Geschwindigkeitsverhältnisse verursachen, welche zu Schaltstößen, Vibrationen sowie Motorrütteln führen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu reduzieren.
Der Erfindung liegt ferner das Problem zugrunde, ein Steuerverfahren zum Steuern eines CVT zu schaffen, welches die Bestimmung eines optimalen Geschwindigkeitsverhältnisses ermöglicht, welches zwischen Geschwindigkeitsverhältnissen eines Sparmodus und eines Sportmodus liegt, ohne eine erforderliche manuelle Auswahl.
Die Probleme werden gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines CVT, welches aufweist die Schritte des Berechnens eines Ziel-Geschwindigkeitsverhältnisses eines CVT zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert aus einer Vielzahl von voreingestellten Geschwindigkeitsverhältnissen entsprechend einer Vielzahl von Motorbetriebsmodi und das Steuern des CVT gemäß dem Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis.
Der Schritt des Berechnens des Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses enthält die Schritte des Berechnens eines Fahrmuster-Index auf der Basis einer Drosselventilöffnungs-Änderungsrate, einer Drossel- Betätigungsfrequenz und der Fahrzeugbeschleunigung und der Berechnung des Ziel-Geschwindigkeitsverhältnisses auf der Basis des Fahrmuster-Index.
Das Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis kann unter Verwendung einer Formel berechnet werden wie beispielsweise
Tm = (Tp - Te) X + Te,
wobei
X der Fahrmuster-Index ist,
Te ein Sparmodus-Geschwindigkeitsverhältnis ist,
Tp ein Sportmodus-Geschwindigkeitsverhältnis ist, und
Tm das Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis ist, welches zwischen Te und Tp liegt.
Der Fahrmuster-Index X kann unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:
wobei
α, β und γ anteilige Gewichte sind;
a eine erlernte Drosselöffnungs-Änderungsrate, b eine erlernte Drossel-Betätigungsfrequenz und c eine erlernte Fahrzeugbeschleunigung sind, und
A0 eine voreingestellte Drosselöffnungs-Änderungsrate,
B0 eine voreingestellte Drossel-Betätigungsfrequenz und
C0 eine voreingestellte Fahrzeugbeschleunigung sind.
Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines CVT die weiteren Schritte enthalten des Prüfens, ob eine Lernbedingung erfüllt ist, und des Lernens des Fahrmuster-Index, wenn die Lernbedingung erfüllt ist.
Die Lernbedingung kann definiert sein als: "Die vorliegende Änderungsrate der Drosselöffnung unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Änderungsrate der Drosselöffnung bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Differenz, oder die Drossel-Betätigungsfrequenz unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Drossel-Betätigungsfrequenz bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Frequenz, oder die vorliegende Beschleunigung unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Beschleunigung bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Beschleunigung.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines CVT den weiteren Schritt enthalten des Prüfens, ob das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, wobei der Schritt des Berechnens eines Fahrmuster-Index durchgeführt wird, wenn das Fahrzeug nicht mit konstanter Geschwindigkeit fährt.
Wenn das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, dann wird das Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis als dasjenige eines vordefinierten Motor-Betriebsmodus bestimmt, welches vorzugsweise der Sparmodus ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Weiteren näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches ein erfindungsgemäßes CVT- Steuerungssystem darstellt;
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Steuern eines CVT gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, welches Teilschritte des Schritts der unscharfen Berechnung aus Fig. 2 darstellt; und
Fig. 4 zeigt einen Graphen, in dem beispielhafte Motorleistungskurven dargestellt sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, welches ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem zum Steuern eines CVT darstellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist das CVT-Steuerungssystem auf einen Drosselsensor 110 zum Erfassen der Drosselöffnung, einen Geschwindigkeitssensor 120 zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit, ein CVT 130 zum Übertragen eines Drehmoments von einem Motor (nicht dargestellt) auf eine Ausgangswelle, und eine Getriebe-Steuereinheit (TCU) 140, welche elektrisch mit dem Drosselsensor 110, dem Geschwindigkeitssensor 120 und dem CVT 130 derart gekoppelt ist, dass die TCU 140 das CVT 130 steuert auf der Basis der von dem Drosselsensor 110 und dem Geschwindigkeitssensor 120 erhaltenen Parameter.
Ein CVT-Steuerverfahren für das wie oben aufgebaute CVT- Steuerungssystem wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, prüft die TCU 140, ob das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt oder nicht auf der Basis der von dem Geschwindigkeitssensor 120 im Schritt S210 erhaltenen Parameter.
Wenn im Schritt S210 ermittelt worden ist, dass das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, dann berechnet die TCU 140 im Schritt S230 ein Ziel- Geschwindigkeitsverhältnis für das CVT entsprechend eines vordefinierten Steuermodus und steuert dann im Schritt S260 das CVT entsprechend des berechneten Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses. In diesem Fall wird eine Modusänderung nicht benötigt, so dass die CVT-Steuerung in dem voreingestellten vordefinierten Steuermodus durchgeführt wird. Vorzugsweise wird ein Sparmodus als vordefinierter Modus eingestellt.
Wenn im Schritt S210 ermittelt wird, dass das Fahrzeug nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, dann startet die TCU 140 im Schritt S120 eine unscharfe Berechnung eines Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses. Die unscharfe Berechnung ist eine Berechnung zum Bestimmen des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen einem voreingestellten Sportmodus-Geschwindigkeitsverhältnis und einem voreingestellten Sparmodus-Geschwindigkeitsverhältnis unter Verwendung eines Lernverfahrens.
Das unscharfe Berechnungsverfahren zum Ermitteln des Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses in Schritt S220 wird im Weiteren im Näheren Detail erläutert unter Bezugnahme auf Fig. 3.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist empfängt die TCU 140 zunächst im Schritt S310 die Drosselöffnungs- und Fahrzeuggeschwindigkeits-Parameter, welche von dem Drosselöffnungssensor 110 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 120 ermittelt wurden. Die im Schritt S210 erhaltene Fahrzeuggeschwindigkeit kann ebenso verwendet werden, anstatt nochmals im Schritt S310 eine erneute Erfassung durchzuführen.
Anschließend berechnet die TCU 140 im Schritt S320 die Drosselöffnungs-Änderungsrate, die Drossel- Betätigungsfrequenz und die Fahrzeugbeschleunigung.
Mit der Drosselöffnungs-Änderungsrate wird angegeben, wie schnell ein Gaspedal niedergedrückt wird, das heißt, wie schnell die Drosselöffnung verändert wird.
Mit der Drossel-Betätigungsfrequenz wird angegeben, wie häufig das Gaspedal in einem vorgegebenen Zeitabschnitt betätigt wird.
Auf der Basis der obigen Parameter hinsichtlich der Drosselöffnungs-Änderungsrate, der Drossel- Betätigungsfrequenz und der Fahrzeugbeschleunigung wird im Schritt S330 ein Fahrmuster-Index (X) berechnet unter Verwendung von Gleichung 1.
Gleichung 1
In Gleichung 1 bezeichnen die Parameter a, b und c jeweils eine erlernte Drosselöffnungs-Änderungsrate, eine erlernte Drossel-Betätigungsfrequenz und eine erlernte Fahrzeugbeschleunigung.
Die erlernte Drosselöffnungs-Änderungsrate "a" wird erhalten durch Addition eines Drosselöffnungs-Änderungsraten-Index (Fa) zu einer zuvor berechneten Drosselöffnungs- Änderungsrate. Der Ergebniswert wird auf den Wert 0 abgebildet, wenn er kleiner ist als 0 und auf den Wert A0, wenn er größer ist als A0. Vorzugsweise wird der Drosselöffnungs-Änderungsraten-Index (Fa), welcher durch Akkumulation der Fahrzeughistorie erlernt wird, mit dem Wert 0 initialisiert.
Die erlernte Drossel-Betätigungsfrequenz "b" wird auf der Basis des Drossel-Betätigungsindex (Fb) und B0 berechnet, und eine erlernte Fahrzeugbeschleunigung "c" wird berechnet auf der Basis eines des Fahrzeug-Beschleunigungsindex (Fc) und C0 in gleicher Weise wie die erlernte Drosselöffnungs- Änderungsrate "a".
Die Parameter A0, B0 und C0 stellen jeweils eine voreingestellte Drosselöffnungs-Änderungsrate, eine voreingestellte Drossel-Betätigungsfrequenz sowie eine voreingestellte Fahrzeugbeschleunigung dar. Die voreingestellte Drosselöffnungs-Änderungsrate, die voreingestellte Drossel-Betätigungsfrequenz und die voreingestellte Fahrzeugbeschleunigung A0, B0 und C0 werden jeweils auf eine maximale Drosselöffnungs-Änderungsrate, eine maximale Drossel-Betätigungsfrequenz und eine maximale Fahrzeugbeschleunigung voreingestellt, welche von dem Fahrzeughersteller erzeugt werden können.
Somit können die Musterindizes gemäß der Drosselöffnungs- Änderungsrate, der Drossel-Betätigungsfrequenz und der Fahrzeugbeschleunigung als
ausgedrückt werden, wobei jeder Wert größer als 0 und kleiner als 1 ist.
Weiterhin sind die Konstanten α, β und γ Gewichte für die entsprechenden Parameter. Diese Konstanten werden als positive Zahlen vorgegeben, wobei die Bedingung "α + β + γ = 1" erfüllt ist.
Somit hat der mittels Gleichung 1 berechnete Fahrmuster-Index (X) einen Wert größer als 0 und kleiner als 1.
Nach dem Berechnen des Fahrmuster-Index (X) berechnet die TCU 140 im Schritt S340 ein Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis (Tm).
Das Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis wird berechnet zwischen einem Sparmodus-Geschwindigkeitsverhältnis (Te) und einem Sportmodus-Geschwindigkeitsverhältnis (Tp) auf der Basis des Fahrmuster-Index (X) unter Verwendung von Gleichung 2.
Gleichung 2
Tm = (Tp - Te) X + Te
Der Fahrmuster-Index (X) hat aufgrund Gleichung 2 einen Wert zwischen 0 und 1, so dass das Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis (Tm) einen Wert hat zwischen dem Sparmodus- Geschwindigkeitsverhältnis (Te) und dem Sportmodus- Geschwindigkeitsverhältnis (Tp).
Wiederum bezugnehmend auf Fig. 2 prüft die TCU 140 im Schritt S240, nach der Berechnung des Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses im Schritt S220, ob eine vorbestimmte Lernbedingung erfüllt ist. Die vorbestimmte Lernbedingung kann frei definiert werden wie im folgenden Beispiel:
Die vorliegende Änderungsrate der Drosselöffnung unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Änderungsrate der Drosselöffnung bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Differenz, oder die vorliegende Drossel- Betätigungsfrequenz unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Drossel-Betätigungsfrequenz bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Frequenz, oder die vorliegende Beschleunigung unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Beschleunigung bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Beschleunigungsgröße.
Wenn die Lernbedingung erfüllt ist, fängt die TCU 140 im Schritt S250 an, das vorliegende Antriebsmuster, welches durch die Indizes mit der Drosseländerung, der Drossel- Betätigungsfrequenz und der Fahrzeugbeschleunigung repräsentiert werden, zu erlernen und steuert dann das CVT entsprechend des Ziel-Geschwindigkeitsverhältnisses.
Das Lernen des Antriebsmusters kann unter Verwendung einer Funktion durchgeführt werden, welche den Fahrmuster-Index derart bearbeitet, dass eine Funktion den Drosselöffnungs- Index erhöht/erniedrigt abhängig davon, ob die Drosselöffnungs-Änderungsrate größer oder kleiner ist als die durchschnittliche Drosselöffnungs-Änderungsrate, den Drossel- Betätigungsfrequenz-Index erhöht/erniedrigt abhängig davon, ob die Drossel-Betätigungsfrequenz größer oder kleiner ist als die durchschnittliche Drossel-Betätigungsfrequenz, und die den Fahrzeug-Beschleunigungsindex erhöht/erniedrigt abhängig davon, ob die Fahrzeugbeschleunigung größer oder kleiner ist als die durchschnittliche Fahrzeugbeschleunigung.
Schließlich steuert die TCU 140 im Schritt S260 das CVT abhängig von dem zuvor berechneten Ziel- Geschwindigkeitsverhältnis. Wenn die Lernbedingung im Schritt S240 nicht erfüllt ist, steuert die TCU 140 das CVT 130 gemäß dem im Schritt S220 berechneten Ziel- Geschwindigkeitsverhältnis ohne das Fahrmuster zu erlernen.
Wie oben beschrieben worden ist, steuert das CVT- Steuerverfahren der Erfindung das CVT in einer stufenlosen Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen einem Sparmodus und einem Sportmodus auf der Basis des Fahrmuster- Index, womit das Fahrverhalten des Fahrers auch in dem Sparmodus gut reflektiert wird, um eine maximale Fahrstrecke zu erreichen, wenn das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt. Auf diese Weise wird die Unbequemlichkeit einer manuellen Modusauswahl eliminiert.
Weiterhin wird der Fahrmuster-Index akkumulierend aktualisiert und gelernt, womit das aktuellste Antriebsmuster reflektiert wird, so dass eine diskontinuierliche Änderung des Fahrmuster-Index trotz einer abrupten Änderung des Antriebsmusters eines Fahrers vermieden wird, womit eine stabile Geschwindigkeitsverhältnis-Steuerung erreicht wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes, aufweisend die folgenden Schritte:
  • - Berechnen eines Ziel-Geschwindigkeitsverhältnisses des stufenlosen Getriebes, welches zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert aus einer Vielzahl vorgegebener Geschwindigkeitsverhältnisse liegt entsprechend einer Mehrzahl von Motor-Betriebsmodi, und
  • - Steuern des stufenlosen Getriebes entsprechend des Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Berechnens des Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses die Schritte aufweist:
  • - Berechnen eines Fahrmuster-Index auf der Basis der Drosselöffnungs-Änderungsrate, der Drossel- Betätigungsfrequenz und der Fahrzeugbeschleunigung, und
  • - Berechnen des Ziel-Geschwindigkeitsverhältnisses auf der Basis des Fahrmuster-Index.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird:
Tm = (Tp - Te) X + Te,
wobei
X der Fahrmuster-Index ist,
Te ein Sparmodus-Geschwindigkeitsverhältnis ist,
Tp ein Sportmodus-Geschwindigkeitsverhältnis ist, und
Tm das Ziel-Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Te und Tp ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Fahrmuster-Index unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird:
wobei
α, β und γ anteilige Gewichte sind,
a eine erlernte Drosselöffnungs-Änderungsrate, b eine erlernte Drossel-Betätigungsfrequenz und c eine erlernte Fahrzeugbeschleunigung sind, und
A0 eine voreingestellte Drosselöffnungs-Änderungsrate,
B0 eine voreingestellte Drossel-Betätigungsfrequenz und
C0 eine voreingestellte Fahrzeugbeschleunigung sind.
5. Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin aufweisend die folgenden Schritte:
  • - Prüfen, ob eine Lernbedingung erfüllt ist, und
  • - Lernen des Fahrmuster-Index, wenn die Lernbedingung erfüllt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Lernbedingung definiert ist als: "Die vorliegende Änderungsrate der Drosselöffnung unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Änderungsrate der Drosselöffnung bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Differenz, oder die vorliegende Drossel-Betätigungsfrequenz unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Drossel-Betätigungsfrequenz bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Frequenz, oder die vorliegende Beschleunigung unterscheidet sich von einer durchschnittlichen Beschleunigung bis zu diesem Punkt um mehr als eine vorgegebene Beschleunigungsgröße.
7. Verfahren nach Anspruch 2, weiter aufweisend den Schritt der Prüfung, ob das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, wobei der Schritt der Berechnung des Fahrmuster-Index durchgeführt wird, wenn das Fahrzeug nicht mit konstanter Geschwindigkeit fährt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin aufweisend den Schritt des Bestimmens des Ziel- Geschwindigkeitsverhältnisses entsprechend eines vordefinierten Motor-Betriebsmodus, wenn das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der vordefinierte Modus ein Sparmodus ist.
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