DE10155216A1

DE10155216A1 - Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung in einem Fahrzeug bei Anfahrvorgängen und Steuerungssystem hierzu

Info

Publication number: DE10155216A1
Application number: DE10155216A
Authority: DE
Inventors: Joachim Wiltschka
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-05-22
Also published as: JP2005510648A; WO2003040552A1; EP1442214A1; US20050085342A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung in einem motorisch betriebenen Fahrzeug bei Anfahrvorgängen wird durch Erfassung des Betriebs- und Fahrzustands des Fahrzeugs ein aktuell durchzuführender Anfahrvorgang detektiert. Zur Fahrerunterstützung während des Anfahrvorganges wird fahrerunabhängig die Motor-Solldrehzahl selbsttätig auf einen die Leerlauf-Solldrehzahl des Motors übersteigenden Wert erhöht. Die Motor-Istdrehzahl wird über einen Drehzahlregler durch zusätzliche Kraftstoffeinspritzung auf die Solldrehzahl eingeregelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung in einem Fahrzeug bei Anfahrvorgängen und auf ein Steuerungssystem hierzu nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 11.
Aus der Druckschrift DE 41 18 332 A1 ist ein System zur Steuerung einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges bekannt, welches für Fahren in Situationen ausgelegt ist, in denen das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit im Stop-and-Go-Betrieb fährt und hierbei wiederholt startet und anhält. Unabhängig von einer Betätigung des Gaspedales durch des Fahrer wird die Antriebskraft des Fahrzeuges selbsttätig gesteuert und das Fahrzeug automatisch aus dem Stand auf eine Zielgeschwindigkeit beschleunigt, sofern das Bremspedal nicht betätigt ist. Sobald das Bremspedal gedrückt wird, wird der automatische Beschleunigungsvorgang abgebrochen und das Fahrzeug wieder bis zum Stillstand abgebremst. Sobald der Fahrer die Betätigung des Bremspedales wieder aufhebt, wird das Fahrzeug erneut bis auf die Zielgeschwindigkeit beschleunigt.
Das Anwendungsgebiet dieser bekannten Steuerungseinrichtung ist auf den Stop-and-Go-Betrieb beschränkt. Diese Druckschrift liefert aber keinen Hinweis, Anfahrvorgänge im regulären Betriebszustand des Fahrzeuges im Hinblick auf verminderten Kraftstoffverbrauch und reduzierte Schadstoffemissionen zu optimieren.
Aus der Druckschrift DE 196 16 960 A1 ist eine Einrichtung zur automatischen Einstellung einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor angeordneten Kupplung während Anfahr- und/oder Gangwechselvorgängen bekannt, die einen Motordrehzahlregelkreis umfasst, der bei einem Anfahr- und/oder Gangwechselvorgang die Motordrehzahl auf eine von der Fahrpedalstellung bzw. von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Solldrehzahl regelt. Zusätzlich umfasst diese Einrichtung einen Kupplungsmomenten-Regelkreis, der das Kupplungsmoment in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem fahrpedalstellungsabhängigen Sollwert und einem vom jeweiligen Motordrehmoment abgeleiteten Rückführmoment-Istwert regelt. Mit dieser Einrichtung sollen komfortable Anfahr- und/oder Gangwechselvorgänge zu erzielen sein, indem zusätzlich zur Motordrehzahlregelung auch das Kupplungsmoment auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt wird, wodurch Momentensprünge während des Kupplungsvorganges vermieden werden können. Eine Optimierung des Kraftstoffverbrauches und der Emissionen ist jedoch nicht Gegenstand dieser Druckschrift.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Verbrauch und die Schadstoffemissionen bei Anfahrvorgängen in motorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zu senken.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 11 gelöst.
Gemäß dem Verfahren zur Steuerung der Antriebseinrichtung in dem motorisch betriebenen Fahrzeug wird zunächst durch Erfassung des Betriebs- und Fahrzustandes des Fahrzeuges festgestellt, ob aktuell ein Anfahrvorgang durchgeführt wird. Ist dies der Fall, wird zur Fahrerunterstützung während des Anfahrvorganges die Motor-Solldrehzahl selbsttätig und fahrerunabhängig auf einen die Leerlauf-Solldrehzahl des Motors übersteigenden Wert erhöht. Diese gegenüber der Leerlaufdrehzahl erhöhte Solldrehzahl wird als Sollwert einem Drehzahlregler zugeführt, der die Motor-Istdrehzahl durch zusätzliche Kraftstoffeinspritzung auf die Solldrehzahl einregelt.
Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass unabhängig von einer Gaspedalbetätigung durch den Fahrer die Motordrehzahl auf einen optimalen Wert angehoben wird, welcher unter den gegebenen äußeren Bedingungen wie Last- und Atmosphärendruck ein ruckfreies Anfahren bei zugleich minimalem Kraftstoffverbrauch und minimalen Schadstoffemissionen ermöglicht. Hierdurch erschließt sich insbesondere bei Fahrten im Stadtverkehr ein Einsparpotential von etwa 2%.
Diese Vorteile kommen insbesondere bei kleinvolumigen Verbrennungsmotoren zum Tragen, die bauartbedingt ein nur relativ geringes Motormoment erzeugen, so dass zum Anfahren eine vergleichsweise hohe Drehzahl erforderlich ist, die ohne die beschriebene Anfahrhilfe bzw. den Anfahrassistenten vom Fahrer durch Betätigung des Gaspedales erzeugt werden muss, wobei in der Regel vom Fahrer eine zu hohe Drehzahl vorgegeben wird, um ein Abwürgen des Motors zu vermeiden. Der Anfahrassistent vermeidet unnötig hohe Motordrehzahlen während des Anfahrens, wodurch sich das genannte Einsparpotential erschließt.
In bevorzugter Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Solldrehzahl für den Anfahrvorgang von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, wobei mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit auch die Solldrehzahl zunimmt. Hierbei kann es jedoch zweckmäßig sein, die Solldrehzahl degressiv in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigen zu lassen. Dies bedeutet, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit auch ohne Betätigung durch den Fahrer zunimmt, wobei der Zuwachs mit zunehmender Geschwindigkeit immer geringer wird. Hierdurch wird eine zu starke selbsttätige Geschwindigkeitszunahme vermieden.
Die zunehmende Motordrehzahl wird hierbei vom Drehzahlregler selbsttätig in eine entsprechende Istdrehzahl umgesetzt. Zusätzliche Hardwarekomponenten werden nicht benötigt; es genügt, den Drehzahlregler auf Softwareebene entsprechend einzustellen und mit der das Anfahren unterstützenden Solldrehzahl zu füttern.
Das Verfahren eignet sich in besonderer Weise zum Einsatz in Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe und Kupplung, wobei der Kupplungszustand als Auslösekriterium für den Einsatz des Anfahrassistenten herangezogen werden kann. Der Kupplungszustand wird hierfür detektiert, wobei die selbsttätige Anhebung der Solldrehzahl für den Fall erfolgt, dass die Kupplung sich im ausgekuppelten Zustand befindet und zugleich keine Betätigung der Fahrzeugbremse vorliegt. Aus dem Vorliegen dieser Bedingungen kann mit hinreichender Sicherheit auf einen Anfahrvorgang geschlossen werden.
Über die selbsttätige Drehzahlerhöhung können auch vom Fahrer verursachte, von einer optimalen Bewegung abweichende Kupplungsbetätigungen kompensiert werden, indem beispielsweise bei einem zu schnellen Einkuppeln und dadurch hervorgerufener zu starker Reduzierung des Kupplungsschlupfes über den Anfahrassistenten die üblicherweise einbrechende Motordrehzahl durch eine schnell durchgeführte Erhöhung der Einspritzmenge, gegebenenfalls bis zur Einspritzmengenbegrenzung, ausgeglichen wird. Andererseits kann für den Fall, dass die Kupplung noch zu weit geöffnet ist und dementsprechend der Kupplungsschlupf sehr hoch ist, die aktuelle Solldrehzahl herabgesetzt werden, wodurch ein unerwünschtes Überschwingen der Motordrehzahl vermieden werden kann.
Um zu vermeiden, dass unmittelbar nach dem Starten des Motors bei durchgedrücktem Kupplungspedal der Anfahrassistent eingeschaltet wird und eine erhöhte Leerlaufdrehzahl eingestellt wird, die zu diesem Zeitpunkt nicht benötigt wird, kann das Auslösen des Bremsassistenten unmittelbar nach einem Start des Motors an die zusätzliche Bedingung gekoppelt werden, dass die Fahrzeugbremse vom Fahrer betätigt und anschließend wieder gelöst wird oder aber der Fahrer das Gaspedal betätigt. Erhöhte Leerlaufdrehzahlen nach dem Start werden durch diese Funktion vermieden.
Wird die Kupplung ausgekuppelt, wenn das Fahrzeug bereits fährt, kann gemäß einer weiteren zweckmäßigen Fortbildung des Verfahrens die Motor-Solldrehzahl zunächst gehalten oder abgesenkt und erst anschließend wieder erhöht werden, beispielsweise nach Ablauf einer Haltezeit oder bei Vorliegen einer sonstigen Bedingung, beispielsweise nachdem wieder eingekuppelt wird. Durch diese Kupplungssignalverzögerung erfolgt eine Aktivierung des Anfahrassistenten mit zeitlicher Verzögerung, wodurch insbesondere im Stop-and-Go-Verkehr bei häufiger Betätigung des Kupplungspedales eine unerwünschte Solldrehzahlerhöhung vermieden wird und vielmehr die Motorbremse zur Abbremsung des Fahrzeuges genutzt werden kann. Der Anfahrassistent wird erst nach Ablauf der Zeitverzögerung wieder aktiviert und die Motordrehzahl wieder angehoben.
Bei dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem, welches sich insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eignet, ist eine Erfassungseinrichtung zur Erzeugung von den Betriebs- und Fahrzustand des Fahrzeuges repräsentierenden Stellsignalen vorgesehen. Weiterhin wird die Motor-Istdrehzahl mittels eines Drehzahlreglers auf eine vorgegebene Motor-Solldrehzahl eingestellt. Mittels der Erfassungseinrichtung wird ein aktuell durchzuführender Anfahrvorgang detektiert und zur Fahrerunterstützung während des Anfahrvorganges ein Stellsignal erzeugt, das dem Drehzahlregler zugeführt wird, in welchem selbsttätig und fahrerunabhängig die Motor-Solldrehzahl auf einen die Leerlauf-Solldrehzahl übersteigenden Wert gesetzt und die Istdrehzahl auf diese erhöhte Solldrehzahl geregelt wird.
Alternativ zu einem Einsatz des Verfahrens bzw. des Systems in Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe und vom Fahrer zu betätigender Kupplung ist auch ein Einsatz in Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe und automatischer Kupplung oder aber in Fahrzeugen mit Automatikgetrieben möglich.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Weise ein Schaltbild für ein Steuerungssystem in einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs zur Unterstützung von Anfahrvorgängen zeigt.
In den Blöcken 1 und 2 des Steuerungssystems werden Drehzahlinkremente ΔL_p und ΔL_v, die auf die reguläre Motorleerlauf- Solldrehzahl addiert werden, in Abhängigkeit des Atmosphärendruckes p_A und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v_ist, ermittelt, um den Einfluss des Atmosphärendruckes und der Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigen zu können. Die Abhängigkeit vom Atmosphärendruck p_A wird im ersten Block 1 ermittelt, wobei mit abnehmendem Atmosphärendruck p_A das Drehzahlinkrement ΔL_p zunimmt. Im zweiten Block 2 wird das von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_ist abhängende Drehzahlinkrement ΔL_v ermittelt, wobei mit zunehmender Geschwindigkeit das Drehzahlinkrement ΔL_v kleiner wird; die Drehzahlzunahme hängt degressiv von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab.
Die Drehzahlinkremente ΔL_p und ΔL_v werden im Block 3 addiert und dem als Schalter ausgebildeten Block 4 zugeführt.
Der mit den Blöcken 5 bis 12 dargestellte Verfahrenszweig repräsentiert die Zuschaltbedingungen bzw. die Aktivierung der selbsttätigen, automatischen Drehzahlerhöhung beim Anfahren des Fahrzeuges. In einem Block 5 wird der Kupplungszustand ermittelt und einem als Schalter ausgebildeten Block 6 zugeführt, dessen Schaltzustand über einen Vergleich der Istgeschwindigkeit v_ist aus einem Block 7 mit einer Mindestgeschwindigkeit v_min aus einem Block 8 in einem als Komparator ausgebildeten Block 9 beeinflusst wird. Falls die aktuelle Fahrzeug- Istgeschwindigkeit _vist größer ist als die Mindestgeschwindigkeit v_min, welche einen unteren Schwellenwert darstellt, so bedeutet dies, dass das Fahrzeug fährt; in diesem Fall wird der Schalter des Blockes 6 von dem mit durchgezogenem Strich eingezeichneten Zustand in den strichliert eingezeichneten Zustand überführt, wodurch ein weiterer Block 10 durchlaufen wird, in welchem eine Zeitverzögerung mit einer Haltezeit t_Halt durchgeführt wird. Während der Haltezeit t_Halt erfolgt keine Aktivierung des Bremsassistenten. Erst nach Ablauf der Haltezeit t_Halt wird zum weiteren Block 11 fortgefahren.
Falls der Vergleich in dem als Komparator ausgebildeten Block 9 von Istgeschwindigkeit v_ist und Mindestgeschwindigkeit v_min ergibt, dass die Istgeschwindigkeit unterhalb der Mindestgeschwindigkeit v_min liegt, befindet sich das Fahrzeug im Stillstand. In diesem Fall wird im Block 9 kein Signal generiert und der Schaltzustand des Schalters 6 verbleibt in dem mit durchgezogener Linie dargestellten Zustand, gemäß der unter Umgehung der Haltezeit t_Halt des Blockes 10 unmittelbar weiter zum Block 11 fortgefahren wird.
Dem Block 11 wird zusätzlich ein den Bremsenzustand repräsentierendes Bremssignal aus einem Block 12 zugeführt, wobei im Block 11 ein Stellsignal nur für den Fall erzeugt wird, dass sowohl aus dem Schalter 6 ein Kupplungssignal zugeführt wird, gemäß dem die Kupplung ausgerückt ist, als auch aus dem Block 12 ein Signal zugeführt wird, gemäß dem die Bremse nicht betätigt ist. Sofern diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird im Block 11 ein Stellsignal erzeugt, welches dem Schalter 4 zugeführt wird und diesen in eine mit strichlierter Linie eingetragene Stellung überführt, in der die Summe der Drehzahlinkremente ΔL_p und ΔL_v durch den Schalter 4 hindurchgeleitet und einem weiteren Block 13 zugeführt wird. Im Block 13 wird das aus der Summe der Einzel-Drehzahlinkremente ΔL_p und ΔL_v bestehende Gesamt-Drehzahlinkrement ΔL gemäß einer vorgegebenen Dekrementrampe mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v_ist degressiv angehoben, so dass mit wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit die Zunahme des Drehzahlinkrements immer geringer ausfällt.
In einem folgenden Block 14 kann eine untere Begrenzung des Drehzahlinkrements durchgeführt werden. Das endgültige Drehzahlinkrement ΔL wird im Block 15 einem Drehzahlregler im Motorsteuergerät zugeführt und dort auf die Soll-Leerlaufdrehzahl aufaddiert, wodurch sich die aktuell einzustellende Motor- Solldrehzahl ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung in einem motorisch betriebenen Fahrzeug bei Anfahrvorgängen, bei dem durch Erfassung des Betriebs- und Fahrzustands des Fahrzeugs ein aktuell durchzuführender Anfahrvorgang detektiert und zur Fahrerunterstützung während des Anfahrvorganges fahrerunabhängig die Motor-Solldrehzahl selbsttätig auf einen die Leerlauf- Solldrehzahl des Motors übersteigenden Wert erhöht und die Motor-Istdrehzahl über einen Drehzahlregler durch zusätzliche Kraftstoffeinspritzung auf die Solldrehzahl eingeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung der Solldrehzahl von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, wobei mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die Solldrehzahl angehoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahl mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit degressiv angehoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugen mit Kupplung der Kupplungszustand detektiert wird, wobei die Anhebung der Solldrehzahl für den Fall erfolgt, dass die Kupplung sich im ausgekuppelten Zustand befindet und die Fahrzeugbremse nicht betätigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugen mit Kupplung unmittelbar nach einem Start des Motors die selbsttätige Anhebung der Solldrehzahl nur für den Fall erfolgt, dass die Fahrzeugbremse betätigt und wieder gelöst worden ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugen mit Kupplung unmittelbar nach einem Start des Motors die selbsttätige Anhebung der Solldrehzahl nur für den Fall erfolgt, dass das Gaspedal betätigt worden ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Solldrehzahl mit abnehmendem Atmosphärendruck erhöht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bereits rollenden Fahrzeug nach einem Auskuppeln die Motor-Solldrehzahl zunächst gehalten oder abgesenkt und anschließend erhöht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Solldrehzahl nach Ablauf einer Haltezeit erhöht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Solldrehzahl beim Wiedereinkuppeln erhöht wird.

11. System zur Steuerung einer Antriebseinrichtung in einem motorisch betriebenen Fahrzeug bei Anfahrvorgängen, insbesondere System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Erfassungseinrichtung zur Erzeugung von den Betriebs- und Fahrzustand des Fahrzeugs repräsentierenden Stellsignalen, und mit einem Drehzahlregler zur Einstellung der Motor-Istdrehzahl auf eine vorgegebene Motor-Solldrehzahl, wobei ein aktuell durchzuführender Anfahrvorgang detektierbar und zur Fahrerunterstützung während des Anfahrvorganges ein Stellsignal dem Drehzahlregler zuführbar ist, und wobei fahrerunabhängig die Motor-Solldrehzahl selbsttätig auf einen die Leerlauf-Solldrehzahl des Motors übersteigenden Wert steigerbar und die Motor-Istdrehzahl auf die vorgegebene Solldrehzahl regelbar ist.

12. Verwendung des Systems nach Anspruch 11 in einem Fahrzeug mit Handschaltgetriebe und automatischer Kupplung.

13. Verwendung des Systems nach Anspruch 11 in einem Fahrzeug mit Automatikgetriebe.