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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gangerkennung
bei einem Kraftfahrzeug.
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Kraftfahrzeuge
sind im allgemeinen mit einem zwischen der Antriebseinheit (Motor)
und den angetriebenen Rädern
angeordneten Getriebe ausgerüstet.
Solch ein Getriebe weist mehrere Übersetzungsstufen auf. Die
Kenntnis der jeweils eingelegten Übersetzung des Getriebes ist
als Eingangsgröße für vielfältige Regelungs-
und/oder Steuerungssysteme des Kraftfahrzeugs erforderlich.
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Als
ein Beispiel eines solchen Regelungs- bzw. Steuerungssystem ist
eine Antriebs-Schlupfregelung
(ASR) zu nennen. Durch die Regelung des Schlupfes wird das Durchdrehen
der Antriebsräder eines
Kraftfahrzeuges infolge eines Überschußmoments
geregelt bzw. gesteuert. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein durchdrehendes
Rad, ebenso wie ein blockierendes Rad, keine Seitenführungskräfte übertragen
kann, wodurch ein durchdrehendes Rad insbesondere bei einem hinterradangetriebenen Fahrzeug
zu Stabilitätsverlusten
führt.
Für eine
Antriebsschlupfregelung ist es vorteilhaft, zur Berechnung der Kräfte bzw.
der Momente an den Antriebsrädern,
die Momentenverstärkung
zwischen dem Motor und den Antriebsrädern zu kennen. Dadurch kann
unabhängig
von der einge legten Gangstufe des Getriebes das Radmoment, das proportional
zur Radkraft bzw. dem Radschlupf ist, ermittelt und beeinflußt werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, bei Kraftfahrzeugen
mit einem handgeschalteten Getriebe aus den Signalen der mittleren
Antriebsradgeschwindigkeit und der Motordrehzahl die eingelegte
Gangstufe zu ermitteln. Hierzu wird der Quotient aus der Motordrehzahl
und der Antriebsradgeschwindigkeit gebildet und durch Vergleich
mit für
die einzelnen Gangstufen geltenden Grenzschwellen die aktuell eingelegte
Gangstufe ermittelt. Die Grenzschwellen werden dabei so appliziert,
daß durch Schwingungen
im Antriebsstrang hervorgerufene Schwingungen des vorgenannten Quotienten
toleriert werden. Den einzelnen Gangstufen werden dann die tatsächlichen
mechanischen Übersetzungen
des Getriebes einschließlich
der Differentialübersetzung
zugeordnet. Hierdurch kann das Radmoment bzw. die Radkraft bzw.
der Radschlupf ermittelt und beeinflußt werden.
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Die
DE 43 33 822 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug
mit einer Antriebseinheit und einem über eine Wandlereinheit mit
der Antriebseinheit wirkverbundenen, automatisch seine Übersetzungen ändernden
Getriebe bekannt, wobei wenigstens zwei Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben
werden. Bei diesem Verfahren wird zur Gangerkennung die mittlere
Radgeschwindigkeit bzw. die mittlere Raddrehzahl der angetriebenen
Räder erfaßt und/oder
ermittelt und die Ausgangsdrehzahl der Antriebseinheit erfaßt. Weiterhin
wird eine das Verhältnis
der Ausgangsdrehzahl der Antriebseinheit zu der mittleren Radgeschwindigkeit
bzw. der mittleren Raddrehzahl repräsentierende Größe gebildet.
Diese Größe wird dann
mit wenigstens zwei Schwellwerten verglichen, wobei aus dem Vergleichsergebnis
auf Hoch- bzw. Rückschaltvorgänge des
Getriebes geschlossen wird. Ausgehend von der vor dem Vergleich
eingestellten Übersetzung
kann dann bei Kenntnis von Hoch- bzw. Rückschaltvorgängen auf
die aktuell eingestellte Übersetzung
des Getriebes geschlossen werden.
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Die
vorgenannten Verfahren und Vorrichtungen zur Gangerkennung bei einem
Kraftfahrzeug kommen vornehmlich bei Personenkraftfahrzeugen zum
Einsatz. Aufgrund einer geringen Schwingneigung des Antriebsstrangs
dieser Fahrzeuge, die geringe Anzahl von Gängen und den großen Abstand des Übersetzungsverhältnisses
zwischen den einzelnen Gangstufen kann ein Leergang zwischen zwei Gangstufen
erkannt werden.
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Bei
der Verwendung derartiger Verfahren in einem Nutzkraftwagen treten
jedoch Probleme auf, da im Gegensatz zu einem Personenkraftwagen,
der normalerweise über
6 Vorwärtsgänge und
einen Rückwärtsgang
verfügt,
bei Nutzkraftwagen bis zu 16 Vorwärts- und zwei Rückwärtsgänge vorgesehen sind.
Durch den sich dadurch ergebenden geringen Abstand des Übersetzungsverhältnisses
und die stärkere
Neigung zu Schwingungen des Nutzkraftwagen-Antriebsstrangs können nicht
nur die Leergänge zwischen
zwei Betriebsstufen oft nicht erkannt werden, sondern auch kurzzeitige
Fehldetektionen, das heißt
fälschliche
Erkennungen eines Gangwechsels auftreten. Zusätzlich hierzu ist auch die
Applikation der Gangerkennung sehr aufwendig und damit fehlerträchtig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gangerkennung
bereitzustellen, das mit nur geringem Applikationsaufwand einfach
und zuverlässig
die Gangstufen bei Nutzkraftwagen ohne Fehldetektion zu erkennen
ermöglicht.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Gangerkennung
bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und
7 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung
sind Gegenstand der abhängigen
Unteransprüche.
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Grundidee
der Erfindung ist es, statt auf komplizierte und aufwendige Art
und Weise zu berechnende obere und untere Übersetzungsverhältnisschwellen
direkt die vom Hersteller bereitgestellten Getriebeübersetzungsverhältnisse
zur Gangerkennung zu verwenden. Durch Vergleich der Getriebeübersetzungsverhältnisse
mit vorgebbaren ersten Schwellenwerten werden Gangwechsel erkannt.
Um die stärkere
Schwingneigung des Nutzkraftwagen-Antriebsstranges zu berücksichtigen,
muß diese Gangerkennung
verifiziert und damit gewissermaßen entprellt werden. Dies
geschieht entweder durch Vergleich mit vorgebbaren zweiten Schwellenwerten und/oder
durch Warten, bis eine vorgebbare Entprellzeit abgelaufen ist und/oder
durch Prüfen,
ob das Kupplungspedal gedrückt
wurde.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
die Getriebeübersetzungsverhältnisse
eines Nutzkraftwagens;
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2 schematisch
eine Vorrichtung zur Erkennung und Verifizierung von Gangwechseln
eines Nutzkraftwagens in Form einer Schaltungsanordnung und
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3 schematisch
den zeitlichen Ablauf der Erkennung und Verifizierung eines Gangwechsels bei
einem Nutzfahrzeug.
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Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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In 1 sind
schematisch die Getriebeübersetzungsverhältnisse
eines Nutzkraftwagens, der über
16 Vorwärtsgänge 1, ...
16 sowie zwei Rückwärtsgänge r1,
r2 verfügt.
Aus 1 ist ersichtlich, daß die Getriebeübersetzungsverhältnisse
bei einem Nutzkraftwagen sehr eng beieinanderliegen, so daß die Applikation
von aus dem Stand der Technik für Personenkraftwagen
bekannte Verfahren zur Gangerkennung bei Kraftfahrzeugen nicht ohne
weiteres auf Nutzkraftwagen übertragbar
sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Gangerkennung bei einem Nutzkraftwagen
wird nachfolgend in Verbindung mit 2 und 3 näher erläutert.
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Ausgehend
von einem erkannten Gang wird in einer Schaltungseinheit 200 geprüft, ob das
Getriebeübersetzungsverhältnis r
eine erste Schwelle S1 = rn – α(rn – rn+1) unterschreitet oder ob das Getriebeübersetzungsverhältnis r
eine Schwelle S2 = rn + α(rn–1 – rn) überschreitet.
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Wenn
ersteres der Fall ist, wird in einer Schaltungseinheit 210 geprüft, ob entweder
eine vorgebbare Entprellzeit tmin überschritten
ist, oder ob das Kupplungspedal gedrückt ist oder ob das Getriebeübersetzungsverhältnis r
einen dritten Schwellenwert S3 = rn – β(rn – rn+1) unterschreitet. Sofern eines dieser Kriterien
erfüllt
ist, wird in einer Schaltungseinheit 220 bestätigt, daß ein Gangwechsel
von einer Gangstufe n in eine Gangstufe n+1, das heißt ein Hochschalten
des Getriebes vorliegt. Ein diese Gangänderung repräsentierendes
Signal wird der Schaltungseinheit 200 zugeführt.
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Wenn
dagegen in Schaltungseinheit 200 festgestellt wird, daß das Getriebeübersetzungsverhältnis r
größer ist
als der Schwellenwert S2 ist, wird in Schaltungseinheit 215 wiederum
geprüft,
ob die Entprellzeit überschritten
ist, oder ob das Kupplungspedal gedrückt ist oder ob das Getriebeübersetzungsverhältnis r
größer ist
als ein vierter Schwellenwert S4 = rn + β(rn–1 – rn). Wenn eines dieser Kriterien erfüllt ist,
wird in einer Schaltungseinheit 225 verifiziert, daß ein Gangwechsel
von der Gangstufe n auf die Gangstufe n-1, das heißt ein Herunterschalten des
Getriebes stattgefunden hat, und es wird ein dieses Herunterschalten
repräsentierendes
Ausgangssignal der Schaltungseinheit 200 zugeführt. In
den Schaltungseinheiten 210 bzw. 215 wird demnach
jeweils durch Vergleich mit den Schwellwerten S1 und S2 überprüft, ob ein
Gangwechsel stattgefunden hat, wobei der Faktor α dabei dem applizierbaren Anteil des Übersetzungsverhältnisabstands
zwischen dem aktuellen und dem jeweils nächsten Gang entspricht. Der
Wert α bewegt
sich zwischen 0,50 und 0,80. Da diese Schwellen S1, S2 auch durch
starke Schwingungen des Antriebsstranges über- bzw. unterschritten werden
können,
müssen
die nicht gangwechselbedingten Schwellenüberschreitungen erkannt werden.
Wenn daher das aktuelle Fahrgeschwindigkeit-zu-Motordrehzahl-Verhältnis innerhalb
einer applizierbaren Zeit wieder unter bzw. über die jeweilige Grenze fällt, kann
davon ausgegangen werden, daß kein
Gangwechsel stattgefunden hat. Die applizierbare Zeit muß größer sein
als die halbe maximal auftretende Schwingungsperiode, um Antriebsstrangschwingungen
nicht fälschlicherweise
als Gangwechsel zu erkennen.
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Bei
einer gedrückten
Kupplung treten keine Schwingungen des Fahrgeschwindigkeit-zu-Motordrehzahl-Verhältnisses
auf, vielmehr wird bei gedrückter
Kupplung in den meisten Fällen
tatsächlich ein
Gangwechsel durchgeführt.
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Der
Faktor β,
der zur Berechnung der erweiterten Schwellenwerte S3, S4 erforderlich
ist, ist größer als
der Faktor α,
er bewegt sich zwischen 1,00 und 1,50.
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Der
zeitliche Ablauf des vorbeschriebenen Verfahrens zur Gangwechselerkennung
mittels der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung
wird nachfolgend in Verbindung mit 3 näher- erläutert. Dargestellt
sind ausgehend von einem Getriebeübersetzungsverhältnis rn die Faktoren α sowie β zur Bestimmung der Schwellenwerte
S1, S2 sowie S3, S4. Im unteren Bereich der Figur ist schematisch
ein Signal ("state") dargestellt, das
sich ändert,
wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis r
die Schwellenwerte überschreitet.
Ein weiteres Signal ("gear") ändert sich
bei einem durchgeführten
Gangwechsel.
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In
dem mit I dargestellten Bereich fand kein Gangwechsel statt, sondern
lediglich eine Schwingung des Antriebsstrangs, obwohl der Schwellenwert S1 überschritten
wurde, was durch eine Änderung des
state-Signals signalisiert wird. Aufgrund der zusätzlichen
Kriterien, nämlich
Prüfung,
ob die Entprellzeit tmin abgelaufen ist,
was bei der mit I bezeichneten Schwingung nicht der Fall ist, oder
ob der Schwellenwert S3 überschritten
wurde, was ebenfalls bei der mit I bezeichneten Schwingung nicht
der Fall ist, erlaubt die Feststellung, daß kein Gangwechsel vorliegt
(keine Änderung
des gear-Signals).
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Bei
dem mit II bezeichneten Verlauf des Getriebeübersetzungsverhältnisses über der
Zeit fand dagegen ein sehr schneller Gangwechsel innerhalb der Entprellzeit
tmin statt. Der Gangwechsel wird durch Überschreiten
des Schwellenwerts S3 erkannt. Der Gangwechsel äußert sich in einer Änderung
sowohl des state-Signals als auch des gear-Signals (gestrichelt
dargestellt).
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Bei
dem mit III bezeichneten zeitlichen Verlauf des Getriebeübersetzungsverhältnisses
handelt es sich dagegen um einen normalen Gangwechsel. Der Schwellwert
S1 wird auch nach Ablauf der Entprellzeit tmin überschritten.
Das Überschreiten
des Schwellenwertes S1 wird zunächst
durch eine Änderung
des state-Signals erkannt. Da diese Änderung auch nach Ablauf der
Entprellzeit tmin besteht, wird auf einen
Gangwechsel geschlossen, was sich in einer Änderung des gear-Signals äußert (durchgezogene Linien).