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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betreiben eines Fahrzeugs nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Im
Rahmen der sogenannten Antriebsstrangkoordination ist bereits eine
koordinierte Steuerung von Sollvorgaben an Komponenten des Antriebstranges
eines Fahrzeuges bekannt, insbesondere an die Komponenten Verbrennungsmotor
und Automatgetriebe mit deren elektronischen Steuerungen, die üblicherweise über einen
CAN-Bus als Schnittstelle miteinander kommunizieren. Ziel dieser Koordination
ist üblicherweise
die Verbesserung von Komfort, Verbrauch, Emissionen und Fahrbarkeit
sowie eine flexiblere Anpassbarkeit an Anforderungen für die Steuerung
des Antriebstranges im Vergleich zu nicht koordinierten Systemen.
Des weiteren ist eine Antriebsstrangkoordination dann besonders sinnvoll,
wenn mehrere Komponenten Energie in den Antriebstrang einspeisen
können,
um die Fortbewegung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dies ist beispielsweise
bei Hybridfahrzeugen mit zusätzlichem Elektromotor
der Fall. Hier muss die Leistungsabgabe der Komponenten entsprechend
des Fortbewegungswunsches des Fahrers koordiniert werden.
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Aus
Verbrauchsgründen
ist es in einigen Fahrsituationen sinnvoll, den Beschleunigungswunsch
des Fahrers nicht durch eine Schaltung des Getriebes zu realisieren,
sondern den aktuellen Gang beizubehalten und nur das Motormoment
zu erhöhen.
Dies führt
neben der Einstellung der geforderten Beschleunigung auch zu einem
entdrosselten Betriebspunkt des Motors, wodurch dieser in einem deutlich
verbrauchsgünstigeren
Bereich betrieben wird, was den gewünschten Ef fekt erzielt. Mit
einem klassischen Antriebstrang ohne Koordination ist dieser Betrieb
nicht zu erreichen, weil das Getriebe bei einer Erhöhung der
Fahrpedalbetätigung
und der damit einhergehenden Entdrosselung des Motors ab einem gewissen
Punkt automatisch eine Rückschaltung
auslöst.
Dies wird in der Getriebesteuerung beispielsweise durch eine Schaltkennlinie
ausgelöst,
in der der Hersteller das typische Schaltverhalten des Getriebes
abgelegt hat. Üblicherweise
ist das Fahrpedal mit der Hardware des Motorsteuergerätes fest verbunden
und die Sensorrohsignale werden auch von dieser ausgewertet. Das
so gewonnene Fahrpedalsignal wird dann der Motorsteuerung zur Bestimmung
des Motorsollmomentes mittels der Fahrpedalkennlinie und über den
CAN-Bus der Getriebesteuerung zur Bestimmung des Sollganges zur
Verfügung gestellt.
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Aus
der
DE 19703863 A1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem die zentrale, koordinierte Vorgabe von
Motor- und Getriebebetriebspunkt nach einem Satz von Bewertungskriterien
durchgeführt
wird, nach denen optimiert wird. Dabei wird für die Bewertungskriterien Wirkungsgrad,
Emissionen, Schall und Momentenreserve vorgeschlagen.
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Aus
der
DE 19937455 A1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem durch die Koordination von Motor und
Getriebe während
einer Schaltung einerseits entweder der Schaltkomfort erhöht werden
kann oder andererseits die Schaltgeschwindigkeit beschleunigt werden
kann.
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Auch
die
DE 19940703 C1 offenbart
ein Koordinationsverfahren, bei dem Motor und Getriebe während einer
Schaltung so verstellt werden, dass das Getriebeausgangsmoment vor,
während
und nach der Schaltung gleich groß ist. Beide zuletzt genannten
Druckschriften beschreiben Verfahren, die auf einer koordinierten
Fahrpedalinterpretation basieren, die eine Sollvorgabe für den gesamten
Antriebstrang macht.
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Die
DE 19637210 A1 offenbart
eine koordinierte Interpretation des Fahrerwunsches als Getriebeausgangsmoment
in einer zentralen Einheit insbesondere zur Verbesserung von Emissionen
z. B. im innerstädtischen
Betrieb, zum Beispiel unter Einbeziehung von Hybridtechnik (Zuschalten
eines Elektromotors), aber auch zur Anpassung an einen Fahrleistungs-orientierten
Betrieb.
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Die
DE 19916637 C1 offenbart
ein Verfahren, bei dem die Koordination des Antriebstranges auf
das Bremssystem und die Vorgabe des Fahrers bzgl. einer Verzögerung ausgedehnt
wird. Durch eine entsprechende Wahl des Motomomentes und der Getriebeübersetzung
kann die ge wünschte
Verzögerung
somit vom Antriebstrang auch ohne Bremsen eingestellt oder zumindest
unterstützt
werden.
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Die
Gegenstände
der vorgenannten Druckschriften erfordern zur Ausführung der
Koordinationsaufgabe ein zusätzliches
Zentralsteuergerät.
Außerdem
sind Änderungen
an allen beteiligten Steuergeräten
erforderlich, um zum einen die Vorgaben des Zentralsteuergeräts zu empfangen
(Schnittstellenanpassung) und zum anderen auch umzusetzen.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betreiben eines Fahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben
demgegenüber
den Vorteil, dass in einem zweiten Betriebsmodus in der ersten Steuerung
je eine Sollgröße für die beiden
Komponenten des Antriebstranges des Fahrzeugs vorgegeben werden,
wobei die Sollgröße für die zweite
Komponente in der ersten Steuerung in einen entsprechenden Wert
der Vorgabegröße umgewandelt
und dieser Wert über
die Schnittstelle an die zweite Steuerung übertragen wird. Auf diese Weise
ist für
eine koordinierte Steuerung des Antriebstranges kein zusätzliches
Zentralsteuergerät
notwendig. Somit werden Aufwand und Kosten eingespart. Weiterhin
ist keine Änderung
der zweiten Steuerung notwendig, wohingegen die Antriebstrangssteuerung
ohne größeren Aufwand
in der ersten Steuerung implementiert werden kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn in dem zweiten Betriebsmodus in der ersten
Steuerung je eine Sollgröße für die beiden
Komponenten des Antriebstranges des Fahrzeugs koordiniert vorgegeben werden.
Auf diese Weise lässt
sich der Antriebstrang im Hinblick auf einen verbesserten Fahrkomfort,
einen geringeren Kraftstoffverbrauch, geringere Schadstoffemissionen
und verbesserte Fahrbarkeit optimal einstellen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn mittels eines Schalters zwischen den beiden
Betriebsmodi umgeschaltet wird. Auf diese Weise lässt sich
insbesondere eine koordinierte Antriebstrangssteuerung je nach Wunsch
ein- oder ausschalten.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 eine schematische Ansicht eines Antriebstranges
mit zugehöriger
Steuerung und 2 ein Funktionsdiagramm zur
Veranschaulichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 10 einen
Antriebstrang eines Fahrzeuges mit einer ersten Komponente 5,
die in diesem Beispiel durch den Motor des Fahrzeugs gebildet wird,
und mit einer zweiten Komponente 20, die in diesem Beispiel
durch das Getriebe des Fahrzeugs gebildet wird. Weiterhin ist eine
erste Steuerung 1 vorgesehen, die die erste Komponente 5 ansteuert.
Da es sich in diesem Beispiel bei der ersten Komponente 5 um
den Motor des Fahrzeugs handelt, stellt die erste Steuerung 1 eine Motorsteuerung
dar. Weiterhin ist eine zweite Steuerung 15 vorgesehen,
die die zweite Komponente 20 ansteuert. Da es sich in diesem
Beispiel bei der zweiten Komponente 20 um das Getriebe
des Fahrzeugs handelt, stellt die zweite Steuerung 15 eine
Getriebesteuerung dar. Die beiden Steuerungen 1, 15 sind über eine
Schnittstelle 25 miteinander verbunden. Die Schnittstelle 25 kann
bspw. einen CAN-Bus umfassen. Ausgangsseitig ist das Getriebe 20 mit
den Antriebsrädern 65 des
Fahrzeugs verbunden.
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In
2 ist
ein Funktionsdiagramm dargestellt, das den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
in den beiden Steuerungen
1,
15 verdeutlicht.
Dabei ist der Motorsteuerung
1 über einen Ausgang eines Fahrpedalmoduls
30 eine
Vorgabegröße in Form
eines Betätigungsgrades α eines Fahrpedals zugeführt. Der
Betätigungsgrad α' des Fahrpedals wird
einer Antriebstrangssteuerung
45 zugeführt, die in der Motorsteuerung
1 software-
und/oder hardwaremäßig implementiert
ist und der zusätzlich
weitere Eingangsgrößen
60 zugeführt sein
können,
die für
eine Steuerung des Antriebstranges
10 benötigt werden.
Bei diesen weiteren Eingangsgrößen kann es
sich beispielsweise um die Motordrehzahl, die Getriebeeingangsdrehzahl
und die Getriebeausgangsdrehzahl handeln. Die Antriebstrangssteuerung
45 bestimmt
zunächst
einen Beschleunigungswunsch des Fahrers oder allgemein den Fahrerwunsch
aus dem Betätigungsgrad α des Fahrpedals.
Daraus ermittelt die Antriebstrangssteuerung
45, gegebenenfalls
unter Berücksichtigung
der Getriebeausgangsdrehzahl, eine Momentenvorgabe für den gesamten Antriebstrang
10.
Diese Momentenvorgabe stellt das vom Antriebstrang
10 umzusetzende
Getriebeausgangsmoment dar. Zur Umsetzung dieses Getriebeausgangsmomentes
ermittelt die Antriebstrangssteuerung
45 einen optimalen
Betriebspunkt für
den Motor
5 und das Getriebe
20. Als Ergebnis
liegen dann ein zweiter Sollwert für das Motormoment MSOLL2 und
ein Sollwert für
die Getriebeübersetzung
als Ausgangsgrößen der
Antriebstrangssteuerung
45 vor. Diese Vorgehensweise ist
beispielsweise in der
DE
19703863 A1 beschrieben und stellt eine koordinierte Antriebstrangssteuerung
dar, d. h. eine koordinierte Steuerung der Komponenten Motor und
Getriebe des Antriebstranges
10. Alternativ zum Sollwert
für die
Getriebeübersetzung
kann auch ein Sollwert für
den einzulegenden Gang gsoll gebildet werden. Der Ausgang der Antriebstrangssteuerung
45 zur
Abgabe des zweiten Sollwertes für
das Motormoment MSOLL2 wird im Folgenden auch als Sollmomentenausgang
der Antriebstrangssteuerung
45 bezeichnet.
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Im
Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass neben dem zweiten
Sollwert für
das Motormoment MSOLL2 der Sollwert für den einzulegenden Gang gsoll
am Ausgang der Antriebstrangssteuerung 45 gebildet werden
soll. Der Sollwert für den
einzulegenden Gang gsoll wird dann einer inversen Schaltkennlinie 35 innerhalb
der Motorsteuerung 1 zugeführt. Üblicherweise wird eine Schaltkennlinie dazu
verwendet, bei einem Automatikgetriebe aus dem Betätigungsgrad α des Fahrpedals
den zugeordneten optimalen Gang zu bestimmen. Die inverse Schaltkennlinie 35 wandelt
daher den Sollwert für den
einzulegenden Gang gsoll wieder in einen virtuellen Betätigungsgrad α' des Fahrpedals um.
Ferner ist in der Motorsteuerung 1 eine Fahrpedalkennlinie 50 vorgesehen,
die den Betätigungsgrad α' des Fahrpedals in
einen ersten Sollwert für
das Motormoment MSOLL1 umwandelt. Es kann nun ein gekoppelter Schalter 40 in
der Motorsteuerung 1 vorgesehen sein, der wie in 2 dargestellt
mit Hilfe eines ersten Schaltelements 70 einerseits zwischen
dem Ausgang der Fahrpedalkennlinie 50 und dem Sollmomenentenausgang
der Antriebstrangssteuerung 45, also zwischen dem ersten
Sollwert für
das Motormoment MSOLL1 und dem zweiten Sollwert für das Motomoment
MSOLL2, und andererseits mit Hilfe eines zweiten Schaltelements 75 zwischen
dem Ausgang des Fahrpedalmoduls 30 und dem Ausgang der
inversen Schaltkennlinie 35, also zwischen dem Betätigungsgrad α' des Fahrpedals und
dem virtuellen Betätigungsgrad α' des Fahrpedals,
umschaltbar ist.
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Mit
Hilfe des gekoppelten Schalters 40 kann die Motorsteuerung 1 in
zwei Betriebsmodi betrieben werden. In einem ersten Betriebsmodus
ist die Antriebstrangssteuerung 45 ausgeschaltet. In diesem Fall
befindet sich der gekoppelte Schalter 40 in der in 2 gezeigten
Schalterstellung. Das erste Schaltelement 70 leitet dabei
den ersten Sollwert für
das Motomoment MSOLL1 zur Umsetzung weiter, wobei diese Umsetzung
beispielsweise bei einem Ottomotor mit Hilfe der Einstellung des
Zündwinkels,
der Kraftstoffzufuhr und/oder der Luftzufuhr in dem Fachmann bekannter
Weise erfolgen kann. Das zweite Schaltelement 75 leitet
im ersten Betriebsmodus das Ausgangssignal des Fahrpedalmoduls 30,
also den Betätigungsgrad α' des Fahrpedals über die
Schnittstelle 25 an die Getriebesteuerung 15 weiter.
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Im
zweiten Betriebsmodus ist die Antriebstrangssteuerung 45 eingeschaltet.
Das bedeutet, dass das erste Schaltelement 70 den zweiten Sollwert
für das
Motormoment MSOLL2 zur Umsetzung weiterleitet. Das zweite Schaltelement 75 leitet in
diesem Fall den Ausgang der inversen Schaltkennlinie 35 und
damit den virtuellen Betätigungsgrad α' des Fahrpedals über die
Schnittstelle 25 an die Getriebesteuerung 15 weiter.
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Der
an die Getriebesteuerung 15 über die Schnittstelle 25 weitergeleitete
Betätigungsgrad α' des Fahrpedals im
Falle des ersten Betriebsmodus bzw. der an die Getriebesteuerung 15 über die Schnittstelle 25 weitergeleitete
virtuelle Betätigungsgrad α' des Fahrpedals im
Falle des zweiten Betriebsmodus wird von einer Schaltkennlinie 55 wiederum
in den resultierend einzulegenden Gang gsoll' umgewandelt. Die Schaltkennlinie 55 ist
dabei zur inversen Schaltkennlinie 35 invers. Die inverse
Schaltkennlinie 35 kann bspw. im Fahrversuch oder auf einem
Prüfstand
oder durch Invertierung der Schaltkennlinie 55 ermittelt
werden. Dabei kann auch die Schaltkennlinie 55 selbst wie
auch die Fahrpedalkennlinie 50 im Fahrversuch oder auf
einem Prüfstand
ermittelt werden. Der resultierend einzulegende Gang gsoll' wird dann von der
Getriebesteuerung 15 in dem Fachmann bekannter Weise umgesetzt.
Im Falle des zweiten Betriebsmodus entsprechen sich der Sollwert
für den
einzulegenden Gang gsoll und der resultierend einzulegende Gang
gsoll', sofern die inverse
Schaltkennlinie 35 invers zur Schaltkennlinie 55 ist.
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Vorteilhaft
bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es,
dass die Getriebesteuerung 15 für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht verändert
werden muss. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Getriebesteuerung 15 unabhängig vom
Betriebsmodus von der Motorsteuerung 1 über die Schnittstelle 25 immer
ein Signal über
einen Betätigungsgrad
des Fahrpedals erhält,
ob er nun tatsächlich
vom Fahrpedalmodul 30 stammt oder von der inversen Schaltkennlinie 35.
Es ist also für
die Getriebesteuerung 15 völlig unerheblich, ob die Antriebstrangssteuerung 45 in
der Motorsteuerung 1 über
den gekoppelten Schalter 40 eingeschaltet ist oder nicht.
Es kommt also für
die Getriebesteuerung 15 nicht darauf an, ob die Antriebstrangssteuerung 45 überhaupt
vorhanden ist.
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Durch
die Anordnung der Antriebstrangssteuerung 45 in der Motorsteuerung 1 ist
auch kein von der Motorsteuerung 1 und der Getriebesteuerung 15 verschiedenes
Zentralsteuergerät
mit der Funktion der Antriebstrangssteuerung erforderlich. Die Antriebstrangssteuerung 45 kann
bspw. einfach als Softwaremodul in die Motorsteuerung 1 eingebaut
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
wurden beschrieben anhand einer als Betätigungsgrad des Fahrpedals ausgebildeten
Vorgabegröße. Alternativ
kann die Vorgabegröße auch
eine Momentenanforderung sein. Dabei kann es sich beispielsweise
um eine resultierende Momentenanforderung handeln, die aus der Koordination
mehrerer einzelner Momentenanforderungen verschiedener Fahrzeugmodule,
wie z. B. Antiblockiersystem, Antriebsschlupfregelung, Fahrdynamikregelung,
usw. in dem Fachmann bekannter Weise gebildet wird. Dabei kann auch
die Betätigung
des Fahrpedals zunächst
in eine Momentenanforderung umgewandelt und der Koordination der verschiedenen
Momentenanforderungen zugeführt werden.
Die resultierende Momentenanforderung wird dann im ersten Betriebsmodus
als erster Sollwert für
das Motomoment MSOLL1 dem ersten Schaltelement 70 und dem
zweiten Schaltelement 75 zugeführt. Außerdem wird die resultierende
Momentenanforderung der Antriebstrangssteuerung 45 zugeführt und
dort im Rahmen der beschriebenen koordinierten Steuerung des Antriebstranges 10 für den zweiten
Betriebsmodus in den zweiten Sollwert für das Motomoment MSOLL2 und
den Sollwert für
den einzulegenden Gang gsoll umgewandelt. Dabei muss der zweite
Sollwert für
das Motormoment MSOLL2 nicht mehr unbedingt der resultierenden Momentenanforderung
entsprechen. Die inverse Schaltkennlinie 35 wandelt in
diesem Fall den Sollwert für
den einzulegenden Gang gsoll in einen virtuellen Sollwert für das Motomoment
um und gibt es an das zweite Schaltelement 75 weiter. Die
Schaltkennlinie 55 wiederum wandelt den Sollwert für das Motomoment
bzw. den virtuellen Sollwert für
das Motomoment in den gewünschten
Gang, d. h. in den resultierend einzustellenden Gang gsoll' um. Auch in diesem Fall
lassen sich die Schaltkennlinie 55 bzw. die inverse Schaltkennlinie 35 in
der oben beschriebenen Weise beispielsweise auf einem Prüfstand oder
im Fahrversuch ermitteln.
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Das
oben beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht
sich auf einen Antriebstrang mit Automatikgetriebe bzw. mit automatisiertem
Schaltgetriebe. Wird ein sogenanntes kontinuierliches Getriebe verwendet,
so kann es vorgesehen sein, dass die Antriebstrangssteuerung 45 statt
des Sollwertes für
den einzulegenden Gang gsoll einen Sollwert für das einzustellende Getriebeübersetzungsverhältnis vorgibt. In
diesem Fall wird an Stelle der inversen Schaltkennlinie 35 ein
inverses Variogramm verwendet, das das einzustellende Getriebeübersetzungsverhältnis in
den virtuellen Betätigungsgrad α' des Fahrpedals bzw.
in den virtuellen Sollwert für
das Motomoment umwandelt, wobei dann in der Getriebesteuerung 15 statt
der Schaltkennlinie 55 ein entsprechendes Variogramm verwendet
wird, das zum inversen Variogramm in der Motorsteuerung 1 invers
ist und den ggf. virtuellen Betätigungsgrad
des Fahrpedals bzw. den ggf. virtuellen Sollwert für das Motomoment
in das resultierend einzulegende Getriebeübersetzungsverhältnis umwandelt,
das im zweiten Betriebsmodus dem von der Antriebstrangssteuerung 45 vorgegebenen
einzustellenden Getriebeübersetzungsverhältnis entspricht,
wenn die beiden Variogramme der Motorsteuerung 1 und der
Getriebesteuerung 15 invers zueinander sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Motorsteuerung 1, die die Antriebstrangssteuerung 45 und die
zur Umwandlung des für
die Getriebesteuerung 15 bestimmten Sollwertes für den einzulegenden Gang
gsoll bzw. für
das einzustellende Getriebeübersetzungsverhältnis vorgesehene
inverse Schaltkennlinie 35 bzw. das inverse Variogramm
umfasst. Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch die Getriebesteuerung 15 sein.
In diesem Fall ist die Antriebstrangssteuerung 45 in der
Getriebesteuerung 15 implementiert. Aus der Vorgabegröße, die dann
der Getriebesteuerung 15 zugeführt ist, wandelt dann die Getriebesteuerung 15 mittels
einer inversen Kennlinie den von der Antriebstrangssteuerung 45 ermittelten
Sollwert für
die Motorsteuerung 1 in einen virtuellen Wert für die Vorgabegröße um, der
dann über
die Schnittstelle 25 zur Motorsteuerung 1 übertragen
und dort durch die der inversen Kennlinie zu Grunde liegende Kennlinie
in den resultierenden Sollwert für
die Motorsteuerung 1 umgewandelt wird. Der Sollwert für die Motorsteuerung 1 kann
dabei wie beschrieben beispielsweise ein Sollwert für das Motomoment
sein. Die Schaltkennlinie 55 zur Umwandlung der Vorgabegröße in den
von der Getriebesteuerung 15 einzulegenden Gang bzw. in
das von der Getriebesteuerung 15 einzustellende Getriebeübersetzungsverhältnis ist
dann nach wie vor in der Getriebesteuerung 15 angeordnet.
Der gekoppelte Schalter zur Umschaltung zwischen dem ersten Betriebsmodus
und dem zweiten Betriebsmodus ist dann ebenfalls in der Getriebesteuerung 15 angeordnet.
Somit kann die Getriebesteuerung 15 in entsprechender Weise
als erfindungsgemäße Vorrichtung realisiert
sein, die die Funktionalität
der Antriebstrangssteuerung 45 umfasst.
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Alternativ
lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
in entsprechender Weise auch auf andere Komponenten des Antriebstranges 10 anwenden, beispielsweise
eine Koordination zwischen einer adaptiven Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung
und der Motor- und Getriebesteuerung 1, 15 und/oder
eine Verzögerungskoordination
mit Bremsensteuerung und Getriebesteuerung 15. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
wird dann durch das Steuergerät
bzw. die Steuerung für
eine dieser Komponenten gebildet. Generell können auch mehr als zwei Komponenten
in der beschriebenen Weise von der erfindungsgemäßen Vorrichtung angesteuert
werden.
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Der
gekoppelte Schalter 40 kann beispielsweise durch einen
Software-Schalter gebildet sein, der je nach Betriebssituation des
Fahrzeugs automatisch umschalten kann zwischen den beiden beschriebenen
Betriebsmodi.