DE102004027062A1

DE102004027062A1 - Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns in Grenzsteigungssituationen für ein Kraftfahrzeug mit einem Automatgetriebe

Info

Publication number: DE102004027062A1
Application number: DE200410027062
Authority: DE
Inventors: Franz Sorg
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-22

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zum Verhindern des Schaltpendelns in Grenzsteigungssituationen für ein Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe werden die reale Getriebeeingangsleistung und das reale Getriebeeingangsmoment als Funktion der Drehzahl berechnet bzw. bestimmt, wobei der optimale Hochschaltpunkt anhand des Kriteriums gleicher Rastleistung oder gleicher Zugkraft bzw. gleichen Radmomentes nach der Schaltung bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns in Grenzsteigungssituationen für ein Kraftfahrzeug mit einem Automatgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei mit Automatgetrieben ausgestatteten Fahrzeugen kann es in Abhängigkeit von der Topographie zu einem sogenannten Schaltpendeln in Grenzsteigungssituationen kommen. In diesem Zusammenhang bedeutet Grenzsteigung, dass die Beschleunigung des Fahrzeugs unter Volllast gegen Null geht. Als Schaltpendeln wird der Zustand bezeichnet, bei dem bei gleichbleibender Gaspedalstellung (Vollgas) und gleichbleibender Topographie das Getriebe hochschaltet, wobei das Fahrzeug aufgrund der sich veränderten Motordrehmomentsituation und der veränderten Gangübersetzung zuviel Zugkraft an den Rädern verliert. Darauffolgend verzögert das Fahrzeug, und das Getriebe ist gezwungen, wieder zurückzuschalten. Anschließend beschleunigt das Fahrzeug wieder bis zur nächsten Hochschaltung und dieser Vorgang wiederholt sich permanent, bis sich die äußeren Randbedingungen, d.h. Topographie oder Fahrerwunsch ändern.

Aus der EP 0 816 720 B1 ist ein Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns bekannt, in dessen Rahmen mehrere Parameter wie die Abtriebsdrehzahl und die Drosselstellung überwacht werden, eine Hochschalt-Bedingung in Bezug auf den Schaltplan des Automatgetriebes detektiert wird, ein minimales Nach-Schalt-Abtriebsdrehmomenterfordernis und ein maximales Nach-Schalt-Drehmoment bereitgestellt werden, wobei das maximale Nach-Schalt-Drehmoment einem Abtriebsdrehmoment entspricht, das bei einer vorbestimmten Abtriebsdrehzahl aufrechterhalten werden kann, bevor eine Herunterschalt-Bedingung detektiert werden würde, und wobei ein Hochschalten ungeachtet der detektierten Hochschalt-Bedingung gesperrt wird, wenn das maximale Nach-Schalt-Drehmoment kleiner ist als das minimale Nach-Schalt-Abtriebsdrehmomenterfordernis. Hierbei umfasst der Schritt des Bereitstellens eines minimalen Nach-Schalt-Abtriebsdrehmomenterfordernisses die Schritte, dass ein Maß eines Motordrehmomentes bereitgestellt wird, das im Wesentlichen gleichzeitig mit der detektierten Hochschalt-Bedingung vorhanden ist, dass ein Drehmomentmultiplikationsfaktor des Drehmomentwandlers bereitgestellt wird, der ebenfalls im Wesentlichen gleichzeitig mit der detektierten Hochschalt-Bedingung vorhanden ist und dass das minimale Nach-Schalt-Abtriebsdrehmomenterfordernis als eine vorbestimmte Funktion des Maßes des Motordrehmomentes, des Drehmomentmultiplikationsfaktors und des dem Zielgang bei einer Herunterschaltung entsprechenden Drehzahlverhältnisses ist. Ferner umfasst der Schritt des Bereitstellens des Drehmomentmultiplikationsfaktors die Schritte, dass ein Drehmomentwandler-Drehzahlverhältnis, das im Wesentlichen gleichzeitig mit der detektierten Hochschalt-Bedingung vorhanden ist, über den Drehmomentwandler hinweg berechnet wird, und dass aus vorbestimmten Drehmomentwandler-Drehzahlverhältnis- und Drehmomentmultiplikationsfaktorbeziehungen der Drehmomentmultiplikationsfaktor gemäß dem Drehmomentwandler-Drehzahlverhältnis bereitgestellt wird. Dieses Verfahren benötigt zur Durchführung einen hohen Aufwand, auch bezüglich der Steuerung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns in Grenzsteigungssituationen für ein Kraftfahrzeug mit einem Automatgetriebe anzugeben, welches auf einfache Weise das Schaltpendeln verhindert. Zudem soll eine Weiterbildung des Verfahrens die Reduzierung des Motormomentes bzw. des Getriebeeingangsmomentes durch den Betrieb der motorseitigen Nebenaggregate berücksichtigen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird ein Verfahren vorgeschlagen, im Rahmen dessen die reale Getriebeeingangsleistung und das reale Getriebeeingangsmoment als Funktion der Drehzahl berechnet bzw. bestimmt werden, wobei der optimale Hochschaltpunkt anhand des Kriteriums gleicher Radleistung oder gleicher Zugkraft bzw. gleichen Radmomentes nach der Schaltung bestimmt wird.

Es wird die natürliche Drehmomentkurve des Motors gemessen und die natürliche Leistungskurve des Motors des Fahrzeugs berechnet, wobei anschließend daraus die reale Getriebeeingangsleistung als Funktion der Drehzahl berechnet wird, und wobei zur Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes für jede Hochschaltung die Drehzahlen bestimmt werden, bei denen die Getriebeeingangsleistung gleich ist und deren Differenz dem Gangsprung sowie dem Schaltpunktniveau entspricht, so dass der Hochschaltpunkt anhand des Kriteriums gleicher Radleistung nach der Schaltung bestimmt wird.

Gemäß der Erfindung kann der optimale Hochschaltpunkt auch anhand des Kriteriums gleicher Zugkraft bzw. gleichen Radmomentes nach der Schaltung bestimmt werden. Zu diesem Zweck werden für jede Hochschaltung die Drehzahlen bestimmt, bei denen das Getriebeeingangsdrehmoment gleich ist und deren Differenz dem Gangsprung sowie dem Schaltpunktniveau entspricht.

Erfindungsgemäß wird aus der ermittelten Anschlussdrehzahl (niedrigere Drehzahl des ermittelten Drehzahlenpaares) über den Gangsprung der optimale Schaltpunkt berechnet, bei dem kein Schaltpendeln mehr auftritt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es stellen dar:

1 ein Diagramm, welches den Verlauf des Motormomentes und der Motorleistung als Funktion der Drehzahl veranschaulicht;

2 ein Diagramm, welches die Berechnung der realen Getriebeeingangsleistung und des realen Getriebeeingangsmomentes sowie die Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes anhand des Kriteriums gleicher Radleistung veranschaulicht; und

3 ein Diagramm, welches die Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes anhand des Kriteriums gleicher Radleistung für unterschiedlich starke motorseitige Nebenaggregate veranschaulicht.

Aus der Grundgleichung P = F·v lässt sich ein vereinfachter Ansatz zur Betrachtung der Situation des Schaltpendelns ableiten. Hierbei ist P die Zugleistung des Antriebsrades, F die Zugkraft des Antriebsrades und v die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Da während des Schaltpendelns keine Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung (Beschleunigung gegen Null) und keine Zugkraftänderung am Rad eintritt, gilt folgender Ansatz:
v1 = F1/P1; v2 = F2/P2, woraus folgt P1 = P2.
Unter Vernachlässigung des Triebstrangwirkungsgrades entspricht die Radleistung der Leistung am Eintrieb des Triebstranges, d.h. am Getriebeeingang. Eine gleichbleibende Leistung am Getriebeeingang garantiert eine gleichbleibende Steigfähigkeit des Fahrzeugs vor und nach einer Hochschaltung.
Gemäß der Erfindung wird die natürliche Drehmomentkurve des Motors gemessen und die natürliche Leistungskurve des Motors des Fahrzeugs berechnet. In der Praxis werden zur genaueren zielsicheren Darstellung der Motorleistungskurve, entgegen der üblichen Praxis, hinreichend genaue Drehzahlzwischenstellen durch lineare Drehmomentinterpolation gesetzt. Beispielhafte Verläufe des natürlichen Motormomentes und der natürlichen Motorleistung als Funktion der Drehzahl sind Gegenstand der 1, wobei die Kurve A dem Verlauf des Drehmomentes und Kurve B dem Verlauf der Leistung entspricht.
Die in 1 dargestellte Leistung entspricht nicht der realen Getriebeeingangsleistung Tr_Inp_P, wie im Folgenden erläutert wird. Bei der realen Getriebeeingangsleistung Tr_Inp_P handelt es sich um die momentane Motorleistung abzüglich des Leistungsverbrauchs der momentan aktiven Nebenaggregate, wie beispielsweise der Permanentverbraucher oder der eingeschalteten Klimaanlagen – Kompressoren.
Die momentane Motorleistung berechnet sich gemäß der Erfindung wiederum aus der Motorleistungskurve abzüglich der Motorleistungsreduzierung, welche durch das Getriebesteuergerät, aufgrund der Anpassung der Motorleistung an die Getriebeauslegung verursacht ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Antriebsmotor ein höheres maximales Moment liefern kann, als das maximale Getriebeeingangsmoment, wofür das mit dem Antriebsmotor verbundene Getriebe ausgelegt ist. In diesem Fall wird in der Getriebesteuerung das momentane Verlustmoment zwischen Motor und Getriebe mittels der dem Getriebesteuergerät über CAN übermittelten Motordrehzahl berechnet und der Antriebsmotor über das Getriebesteuergerät auf das maximal zulässige Getriebeeingangsmoment begrenzt.
Das reale Getriebeeingangsdrehmoment Tr_Inp_T berechnet sich folglich erfindungsgemäß aus folgender Gleichung: Tr_Inp_T = Minimum (Eng_T_after_AC, Tr_Inp_T_Lim),wobei Eng_T_after_AC das maximale Motormoment abzüglich des Moments der Nebenverbraucher, d.h. das potentielle Drehmoment am Getriebeeingang ohne einen Motoreingriff des Getriebesteuergeräts, und Tr_Inp_T_Lim das vom Getriebesteuergerät begrenzte Getriebeeingangsmoment darstellt.
Gemäß 2 werden vorzugsweise durch Interpolation die Drehzahlen ermittelt, bei denen sich die Kurven Eng_T_After_AC und Tr_Inp_T_Lim schneiden, wodurch das effektive Motordrehmoment über den gesamten Drehzahlenbereich bestimmt wird. Die weißen Pfeile verdeutlichen die Reduzierung des Drehmomentes aufgrund der vom Getriebe verursachten Begrenzung des Drehmomentes auf 1250 Nm. Aus dem realen Getriebeeingangsdrehmoment wird dann die reale Getriebeeingangsleistung über den gesamten Drehzahlbereich errechnet. In 2 ist mit Eng_T das natürliche Drehmoment des Motors und mit Eng_P_alter_AC die Motorleistung abzüglich des Moments der Nebenverbraucher bzw. der Nebenaggregate bezeichnet. Die schwarzen Pfeile verdeutlichen hierbei die Reduzierung der realen Eingangsleistung.
Zur Ermittlung des optimalen Hochschaltpunktes werden erfindungsgemäß für jede Hochschaltung die Drehzahlen bestimmt, bei denen die Getriebeeingangsleistung gleich ist und deren Differenz dem Gangsprung sowie dem Schaltpunktniveau entspricht, wobei dadurch der Hochschaltpunkt anhand des Kriteriums gleicher Radleistung bestimmt wird. Der Drehzahlsprung bei einer Hochschaltung ist außer vom Gangsprung auch vom Schaltpunktniveau abhängig. Somit hat die Ermittlung des Hochschaltpunktes und dessen Anschlussdrehzahl einen iterativen Charakter, wenn beide Drehzahlpunkte sich auf der Getriebeeingangsleistungskurve befinden und die Verbindungslinie beider Drehzahlpunkte horizontal verläuft.
Eine praktische Durchführungsmöglichkeit wird im Rahmen von 2 veranschaulicht: Es wird für jede Hochschaltung die reale Getriebeeingangsleistungskurve (beginnend bei hohen Drehzahlen) um den Gangsprung über die Drehzahlachse verschoben, wobei der Schnittpunkt mit der realen Getriebeeingangsleistungskurve die Anschlussdrehzahl des optimalen Hochschaltpunktes ist. Dies wird durch den parallel zur X-Achse (Drehzahlachse) verlaufenden Pfeil veranschaulicht, dessen Länge dem Drehzahlsprung zwischen dem Hochschaltpunkt und dessen Anschlussdrehzahl entspricht. Die Kurve Equal_Tr_inp_P_after_shift ist die Kurve, die bei der Verschiebung der realen Getriebeeingangsleistungskurve um den Gangsprung über die Drehzahlachse entsteht, deren Schnittpunkt mit der realen Getriebeeingangsleistungskurve die Anschlussdrehzahl des optimalen Hochschaltpunktes ist.
Von der ermittelten Anschlussdrehzahl wird über den Gangsprung auf den optimalen Schaltpunkt zurückgerechnet.
Gemäß der Erfindung kann der optimale Hochschaltpunkt auch anhand des Kriteriums gleicher Zugkraft bzw. gleichen Radmomentes nach der Schaltung bestimmt werden, wobei zu diesem Zweck für jede Hochschaltung die Drehzahlen bestimmt werden, bei denen das Getriebeeingangsdrehmoment gleich ist und deren Differenz dem Gangsprung sowie dem Schaltpunktniveau entspricht. Eine praktische Durchführungsmöglichkeit besteht darin, die reale Getriebeeingangsdrehmomentkurve sowohl um den Gangsprung über die Momentenachse als auch um den Gangsprung über die Drehzahlachse zu verschieben, wobei der Schnittpunkt mit der Getriebeeingangsdrehmomentkurve die Anschlussdrehzahl des optimalen Hochschaltpunktes ist.
In 3 wird die Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes anhand des Kriteriums gleicher Radleistung für unterschiedlich starke motorseitige Nebenaggregate veranschaulicht. Hierbei wird deutlich, dass sich bei einer Anpassung der Motorleistung an die Getriebeauslegung und Berücksichtigung der Nebenaggregate der optimale Hochschaltpunkt in Abhängigkeit der eingeschalteten Nebenaggregate verschiebt. Beispielsweise liegt bei der Kurve C, welche der realen Getriebeeingangsleistung ohne eingeschaltete Nebenaggregate entspricht, der Hochschaltpunkt bei höherer Drehzahl als bei der Kurve D, welche der realen Getriebeeingangsleistung mit beispielsweise drei eingeschalteten Klimaanlagen-Kompressoren entspricht.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, bei einer vorgegebenen Anzahl an Nebenaggregaten, entsprechend viele Schaltprogramme in der Getriebesteuerung abzulegen, welche entsprechenden Fahrprogrammen zugewiesen werden. Abhängig von der Eingangskombination der geschalteten Nebenaggregate, z.B. Klimaanlagen, wird auf die entsprechenden Fahrprogramme und somit Schaltprogramme umgeschaltet. Dies kann vorzugsweise automatisch durch Erkennung der eingeschalteten Nebenaggregate beim Anfahren und während des Fahrbetriebs erfolgen.

A: Verlauf des natürlichen Drehmomentes
B: Verlauf der natürlichen Motorleistung
C: Verlauf der realen Getriebeeingangsleistung ohne einge
: schaltete Nebenaggregate
D: Verlauf der realen Getriebeeingangsleistung mit einge
: schalteten Nebenaggregaten
Tr_Inp_P: reale Getriebeeingangsleistung
Tr_Inp_T: reales Getriebeeingangsdrehmoment
Eng_T_after_AC: maximales Motormoment abzüglich des Moments der
: Nebenverbraucher
Tr_Inp_T_Lim: vom Getriebesteuergerät begrenztes Getriebeeingangs
: moment
Eng_T: natürliches Drehmoment des Motors
Eng_P_after_AC: Motorleistung abzüglich des Moments der Nebenverbrau
: cher

Claims

Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns in Grenzsteigungssituationen für ein Kraftfahrzeug mit einem Automatgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Getriebeeingangsleistung und das reale Getriebeeingangsmoment als Funktion der Drehzahl berechnet bzw. bestimmt werden, und dass der optimale Hochschaltpunkt anhand des Kriteriums gleicher Radleistung oder gleicher Zugkraft bzw. gleichen Radmomentes nach der Schaltung bestimmt wird.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes anhand des Kriteriums gleicher Radleistung nach der Schaltung für jede Hochschaltung die Drehzahlen bestimmt werden, bei denen die Getriebeeingangsleistung gleich ist und deren Differenz dem Gangsprung sowie dem Schaltpunktniveau entspricht, wobei aus der ermittelten Anschlussdrehzahl über den Gangsprung der optimale Schaltpunkt berechnet wird.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes anhand des Kriteriums gleichen Radmomentes nach der Schaltung für jede Hochschaltung die Drehzahlen bestimmt werden, bei denen das Getriebeeingangsdrehmoment gleich ist und deren Differenz dem Gangsprung sowie dem Schaltpunktniveau entspricht.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das reale Getriebeeingangsdrehmoment Tr_Inp_T aus folgender Gleichung berechnet: Tr_Inp_T = Minimum (Eng_T_after_AC, Tr_Inp_T_Lim),wobei Eng_T_after_AC das maximale Motormoment abzüglich des Moments der Nebenverbraucher, d.h. das potentielle Drehmoment am Getriebeeingang ohne einen Motoreingriff des Getriebesteuergeräts, und Tr_Inp_T_Lim das vom Getriebesteuergerät begrenzte Getriebeeingangsmoment, für den Fall, dass der Antriebsmotor ein höheres maximales Moment liefern kann als das maximale Getriebeeingangsmoment, wofür das mit dem Antriebsmotor verbundene Getriebe ausgelegt ist, wobei in der Getriebesteuerung das momentane Verlustmoment zwischen Motor und Getriebe berechnet und der Antriebsmotor über das Getriebesteuergerät auf das maximal zulässige Getriebeeingangsmoment begrenzt wird, darstellt.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Getriebeeingangsleistung die momentane Motorleistung abzüglich des Leistungsverbrauchs der momentan aktiven Nebenaggregate ist.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass der Antriebsmotor ein höheres maximales Moment liefern kann als das maximale Getriebeeingangsmoment, wofür das mit dem Antriebsmotor verbundene Getriebe ausgelegt ist, wobei in der Getriebesteuerung das momentane Verlustmoment zwischen Motor und Getriebe berechnet und der Antriebsmotor über das Getriebesteuergerät auf das maximal zulässige Getriebeeingangsmoment begrenzt wird, die momentane Motorleistung aus der Motorleistungskurve abzüglich der Motorleistungsreduzierung berechnet wird, welche durch das Getriebesteuergerät aufgrund der Anpassung der Motorleistung an die Getriebeauslegung verursacht ist.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die reale Getriebeeingangsleistung aus dem realen Getriebeeingangsdrehmoment über den gesamten Drehzahlbereich errechnet wird.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur praktischen Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes anhand des Kriteriums gleicher Radleistung nach der Schaltung die reale Getriebeeingangsleistungskurve für jede Hochschaltung um den Gangsprung über die Drehzahlachse verschoben wird, wobei der Schnittpunkt mit der realen Getriebeeingangsleistungskurve die Anschlussdrehzahl des optimalen Hochschaltpunktes ist, woraus über den Gangsprung der optimale Schaltpunkt berechnet wird, wobei zur praktischen Bestimmung des optimalen Hochschaltpunktes anhand des Kriteriums gleicher Zugkraft bzw. gleichen Radmomentes nach der Schaltung für jede Hochschaltung die reale Getriebeeingangsdrehmomentkurve sowohl um den Gangsprung über die Momentenachse als auch um den Gangsprung über die Drehzahlachse verschoben wird, wobei der Schnittpunkt mit der Getriebeeingangsdrehmomentkurve die Anschlussdrehzahl des optimalen Hochschaltpunktes ist, woraus über den Gangsprung der optimale Schaltpunkt berechnet wird.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Anzahl an Nebenaggregaten, entsprechend viele Schaltprogramme in der Getriebesteuerung abgelegt werden, welche entsprechenden Fahrprogrammen zugewiesen werden, so dass, abhängig von der Eingangskombination der geschalteten Nebenaggregate und somit von der unterschiedlichen Berechnung des realen Getriebeeingangsdrehmomentes und der realen Getriebeeingangsleistung, auf die entsprechenden Fahrprogramme und somit Schaltprogramme umgeschaltet wird.
Verfahren zum Verhindern des Schaltpendelns nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung auf die Schaltprogramme durch Erkennung der eingeschalteten Nebenaggregate beim Anfahren und während des Fahrbetriebs automatisch erfolgt.