DE102004041660B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments, um ein Pedalspiel eines einer Brennkraftmaschine zugeordneten Fahrpedals zu vermeiden. Dabei wird ein Korrekturdrehmoment M¶uffset¶ berechnet, das von der Einschaltdrehzahl N¶act¶ der Leerlaufregelung, der aktuellen Drehzahl und das von der Leerlaufregelung berechnete Leerlaufdrehmoment M¶IS¶ abhängt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 8.
  • Zur Ermittlung eines vom Fahrer gewünschten Drehmoments werden E-Gaspedalgeber eingesetzt. Im Gegensatz zu mechanischen Gaspedal, die bei beispielsweise mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschinen über Bowdenzug direkt an die Drosselklappe angeschlossen sind, geben die E-Gaspedalgeber lediglich ein elektrisches Signal ab, dass die Drehmomentanforderung des Fahrers zum Ausdruck bringt. Eine Drehmomentstruktur erhält die Informationen von dem E-Gaspedalgeber, von einer Leerlaufregelung und diversen anderen im Kraftfahrzeug befindlichen Verbrauchern. Aus diesen gesammelten Informationen wird das erforderliche Drehmoment berechnet. Dieses berechnete Drehmoment wird anhand der diversen Aktuatoren der Brennkraftmaschine (z.B. elektrisch betriebene Drosselklappe) eingestellt. Durch das E-Gas besteht keine direkte Verbindung zwischen Fahrer und der Brennkraftmaschine. Wie später näher erläutert wird, besteht die Möglichkeit, dass bei niedrigen Drehzahlen, insbesondere um die Leerlaufdrehzahl, ein Pedalspiel vorhanden ist. Darunter ist zu verstehen, dass ein Fahrer einer Brennkraftmaschine das E-Gaspedal über einen gewissen Bereich bewegt, ohne eine Reaktion der Brennkraftmaschine zu erhalten. Dies tritt vor allem dann auf, wenn sich die Brennkraftmaschine sich im Leerlauf befindet. Die Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine verlangt ein minimales Drehmoment von beispielsweise ca. 40 Nm, bei möglichst niedrigster Drehzahl die Brennkraftmaschine in einem stabilen Betriebszustand zu halten. Befindet sich der Pedalgeber des E-Gas in seiner Anfangsstellung – also 0% –, so fordert der Fahrer kein Drehmoment der Brennkraftmaschine an. Bewegt der Fahrer den Pedalgeber reagiert die Brennkraftmaschine solange nicht, bis der vom Fahrer angeordnete Drehmoment über dem von der Leerlaufregelung angeforderte Drehmoment liegt. Dazu muss der Fahrer den Pedalgeber um ca. 6% aus einer Anfangsposition auslenken, d.h. zwischen 0 und 6% der Pedalstellung spürt der Fahrer keine Reaktion der Brennkraftmaschine.
  • In der Druckschrift DE 195 01 299 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine vorgestellt, wobei wenigstens eine elektronische Steuereinheit, die wenigstens Zündwinkel und Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine einstellt, den Fahrerwunsch ermittelt und diesen durch Änderung der Luftzufuhr realisiert. In wenigstens einem Betriebszustand stellt die Steuereinheit die Luftzufuhr und den Zündwinkel abhängig vom Fahrerwunsch ein, derart, daß die zur Realisierung des Fahrerwunsches notwendige Änderung der Luftzufuhr zumindest verringert wird.
  • Durch die Druckschrift DE 198 13 717 C2 wird eine Drosselklappensteuerungsvorrichtung bereitgestellt, mit unter anderem: einer ersten Setzschaltung zum Festlegen eines ersten Öffnungs-Sollwertes einer Drosselklappe basierend auf der durch den Beschleunigungspedalsensor erfaßten Beschleunigungspedalstellung, mit einer zweite Setzschaltung zum Festlegen eines zweiten Öffnungs-Sollwertes basierend auf der durch den Beschleunigungspedalsensor erfaßten Beschleunigungspedalstellung und den durch den Betriebszustandserfassungssensor erfaßten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, und mit einer Steuerungsschaltung zum Vergleichen des ersten Öffnungs-Sollwertes mit dem zweiten Öffnungs-Sollwert und zum Steuern des Stellmotors basierend auf dem größeren Wert aus dem ersten Öffnungs-Sollwert und dem zweiten Öffnungs-Sollwert.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments vorzustellen, so dass im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine der Pedalgeber bzw. das Fahrpedal spielfrei ist.
  • Die Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruch 1 und durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst.
  • Die Erfindung zeichnet sich durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabe-Drehmoments aus, um ein Pedalspiel eines einer Brennkraftmaschine zugeordneten Fahrpedals zu vermeiden. Dabei wird ein zweites Drehmoment für eine, insbesondere dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechend stabile, Leerlaufdrehzahl berechnet. Dies kann beispielsweise durch eine Leerlaufregelung durchgeführt werden. Die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors gemessen werden. Zwischen einer weiteren Drehzahl und der aktuellen Drehzahl kann eine Differenz gebildet werden, die den Zähler eines Quotienten bildet. Außerdem wird zwischen der weiteren Drehzahl und der Leerlaufdrehzahl eine weitere Differenz gebildet, die den Nenner des Quotienten bildet. Dieser Quotient wird mit dem zweiten Drehmoment multipliziert und ergibt ein erstes Drehmoment. Eine solche Berechnung erfolgt beispielsweise in einer Korrektureinheit. Das erste Drehmoment wird zu einem der Pedalstellung zugeordneten Drehmoment hinzugefügt.
  • Dieses erfindungsgemäße Verfahren bzw. diese erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil über diesen gesamten Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine dem Fahrer den Eindruck zu vermitteln, dass die Brennkraftmaschine den Gaspedalbewegungen unmittelbar folgt und reagiert. Mittels dieser Erfindung hängt der Motor am Gas.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, die Berechnung des zweiten Drehmoments erst dann auszuführen, wenn die aktuelle Drehzahl unterhalb der weiteren Drehzahl bzw. Einschaltdrehzahl liegt. Oberhalb dieser Einschaltdrehzahl kann das erste Drehmoment gleich Null gesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Korrekturberechnungen oberhalb der Einschaltdrehzahl abgeschlossen sind. Damit wird vermieden, dass die Motorsteuerung in höheren Drehzahlbereichen mit zusätzlichen Berechnungsfunktionen belastet wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
  • 1B einen zeitlichen Verlauf eines Pedalgebers;
  • 1A, 1C die entsprechenden Drehmomentverläufe mit und ohne Korrektur nach dem Stand der Technik;
  • 3A einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl; und
  • 3B der zeitliche Verlauf des Drehmoments gemäß der Erfindung.
  • Die 1A bis 1C weisen dieselbe Zeitachse und Zeiteinteilung auf. In 1B ist der zeitliche Verlauf einer Pedalstellung eingezeichnet. Zum Zeitpunkt t0 wird das Pedal bis zum Zeitpunkt t3 linear durchgedrückt. Zwischen Zeitpunkten t3 und t4 befindet sich das Pedal im Volleinschlag. Von dem Zeitpunkt t4 wird das Fahrpedal linear in seine Ausgangsstellung bis zum Zeitpunkt t6 zurückgefahren. Dies entspräche einem Vollgasgeben, zwischen t3 und t- im Vollgasbereich fahren, und anschließend zwischen t4 und t6 den Fuß vom Gaspedal nehmen. Beim Gasgeben ohne Korrektur ergibt sich das daraus resultierende in 1a abgebildete Drehmoment. Die Brennkraftmaschine befindet sich im Bereich a im Leerlauf. Obwohl das Gaspedal zum Zeitpunkt t0 bereits betätigt wird, reagiert die Brennkraftmaschine erst zum Zeitpunkt t1 auf die Bewegung des Pedalgebers. Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 ergibt sich somit ein Pedalspiel von PVreac. 6% vom Vollausschlag sind als Pedalspiel üblich. In 1B sind sogar 24% Pedalspiel eingezeichnet. Das maximale von der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehende Drehmoment Mmax wird zum Zeitpunkt t3 erreicht. Bis zum Zeitpunkt t4 wird das maximale Drehmoment Mmax von der Brennkraftmaschine ausgegeben. Danach fällt das Drehmoment linear bis zum Leerlaufdrehmoment MIS zum Zeitpunkt t5 ab. Danach liefert die Brennkraftmaschine das Leerlaufdrehmoment MIS. Die Bereiche a und e geben Leerlaufbereiche an. Die Bereich b und d geben Teillastbereiche an. Und der Bereich c gibt den Volllastbereich der Brennkraftmaschine an. Wie zu erkennen ist, folgt die Drehmomentausgabe Mres der Pe dalbewegung nur innerhalb des Zeitbereichs t1 und t5. Sobald der Fahrer ein geringeres Drehmoment als das Leerlaufdrehmoment MIS von der Brennkraftmaschine verlangt, spürt der Fahrer von der Brennkraftmaschine keine Reaktion.
  • In 1C ist der zeitliche Verlauf eines korrigierten Drehmoments abgebildet, das der in 1B abgebildete zeitliche Pedalverlauf entspricht. Das Ausgabedrehmoment MRIS befindet sich bis zum Zeitpunkt t0 im Leerlauf MIS. Sobald zum Zeitpunkt t0 das Pedal betätigt wird, erhöht sich das in 1C abgebildete Drehmoment. Jedoch wird das maximale Drehmoment Mmax bereits zum Zeitpunkt t2 erreicht, obwohl das Gaspedal den Vollaufschlag von 100% noch nicht erreicht hat. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 liefert die Brennkraftmaschine das maximale Drehmoment Mmax. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 spürt der Fahrer ebenfalls keine Reaktion. Damit verlagert sich das Pedalspiel in den oberen Drehzahlbereich. Nach erreichen des Vollausschlags kann die Motorsteuerung diesen Vollausschlag dem maximalen Drehmoment Mmax gleichsetzen, so dass wie in den Bereichen t4 und t5 zu sehen ist, dass Ausgabedrehmoment der Pedalbewegung folgt. Sobald das Gaspedal seine Ausgangsstellung erreicht, wird wie in t0 das vom Fahrer gewünschte Drehmoment auf das Leerlaufdrehmoment MIS aufaddiert. So verschiebt sich das Pedalspiel je nach Fahrbedingung in den höheren bzw. in den niedrigen Leerlaufbereichen.
  • In 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung abgebildet. Die Vorrichtung 1 umfasst ein auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine montiertes Zahnrad 2 mit Geberzähnen 3, einem Drehzahlsensor 4, eine Leerlaufregelung 5, eine Korrektureinheit 6, eine Addiereinheit 7, ein Pedalstellgeber 8 und eine Pedalstelleinheit 9 mit einem Kennfeld KF. Der Drehzahlsensor 4 zählt die an ihm vorbeilaufenden Geberzähnen 3 und misst somit die aktuelle Drehzahl N. Der Ausgang des Drehzahlsensors 4 ist an dem Eingang der Leerlaufregelung 5 angeschlossen. Die Leerlaufregelung 5 schaltet sich ein, sobald die aktuelle Drehzahl N kleiner gleich einer Einschaltdrehzahl Nact ist. Als Sollwert erhält die Leerlaufregelung 5 die Leerlaufdrehzahl Nsoll. Mit diesen Informationen berechnet die Leerlaufregelung 5 das erforderliche Leerlaufdrehmoment MIS. Der Ausgang der Leerlaufregelung ist an den Eingang der Korrektureinheit 6 angeschlossen. Die Korrektureinheit 6 berechnet das erste Drehmoment bzw. das Korrekturdrehmoment Moffset Bei der Berechnung wird zuerst die Differenz aus der Einschaltdrehzahl Nact und der aktuellen Drehzahl N gebildet, die den Zähler eines Quotienten bildet. Anschließend wird die Differenz der Einschaltdrehzahl Nact von der Leerlaufdrehzahl Nsoll gebildet, die den Nenner des oben erwähnten Quotienten darstellen. Dieser Quotient wird mit dem zweiten Drehmoment bzw. Leerlaufdrehmoment multipliziert. Dabei ist das Korrekturdrehmoment Moffset kleiner Null, wenn die aktuelle Drehzahl über der Einschaltdrehzahl Nact ist. Der Ausgang der Korrektureinheit 6 ist an einem ersten Eingang der Addiereinheit 7 angeschlossen.
  • Der Ausgang des Pedalstellgebers 8 ist an den Eingang der Pedalstelleinheit 9 angeschlossen. Aus dem Kennfeld KF wird das vom Fahrer gewünschte Drehmoment MPV ausgegeben. Der Ausgang der Pedalstelleinheit 9 ist an den zweiten Eingang der Addiereinheit 7 angeschlossen. Die beiden Drehmomente Moffset und MPV werden in der Addiereinheit 7 aufaddiert und ergeben das Ausgabedrehmoment Mres. Anhand der 3A und B wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Dabei zeigt die 3A die Änderung der Drehzahl in Abhängigkeit von der Zeit. Figur B zeigt die Änderung des Drehmoments in Abhängigkeit der Zeit, wobei die Zeitachsen in den 3A und B identisch sind. In 3A ist eine wannenartige Kurve gezeigt, wobei die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine ab dem Zeitpunkt t7 die Einschaltdrehzahl Nact unterschreitet. Die aktuelle Drehzahl N bleibt unterhalb dieser Einschaltdrehzahl Nact bis zum Zeitpunkt t10. Zum Zeitpunkt t8 erreicht die Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl Nsoll und bleibt auf dieser Leerlaufdrehzahl Nsoll bis zum Zeitpunkt t9. Ab dem Zeitpunkt t9 erhöht sich die aktuelle Drehzahl, wobei ab dem Zeitpunkt t10 die aktuelle Drehzahl größer als die Einschaltdrehzahl Nact ist.
  • In 3B sind drei Drehmomentkurven eingezeichnet. Die gestrichelte Kurve stellt das Leerlaufdrehmoment MIS dar. Die strichpunktierte Kurve stellt das vom Fahrer gewünschte Drehmoment MPV dar. Die durchgezogene Kurve gibt das Ausgabedrehmoment Mres wieder. Wie aus der 3B zu erkennen ist, überlappen sich die durchgezogene und die strichpunktierte Linie vor dem Zeitpunkt t7 und nach dem Zeitpunkt t10. Zwischen den Zeitpunkten t7 und t10 ist die Leerlaufregelung 5 aktiv und gibt ein entsprechendes Leerlaufdrehmoment MIS aus. Außerhalb dieses Zeitbereichs t7 und t10 ist die Leerlaufregelung 5 inaktiv. Ab dem Zeitpunkt t7 sitzt die Leerlaufregelung 5 sprunghaft ein. Dabei wird das Fahrpedal vom Zeitpunkt t7 bis zum Zeitpunkt t8 auf seine Ausgangsposition von 0% zurückgefahren. Dort verbleibt es bis zum Zeitpunkt t9. Ab dann wird das Fahrpedal wieder betätigt. Anhand des in der Pedalstelleinheit 9 abgespeicherten Kennfeldes KF werden die Pedalbewegungen in entsprechende Drehmomentwünsche des Fahrers MPV, wie in der 3B strichpunktiert dargestellt, umgedeu tet. Zwischen den Zeitpunkten t7 und t10 wird von der Korrektureinheit 6 wie oben beschrieben das Korrekturdrehmoment Moffset berechnet. Die Addition des Korrekturdrehmoments Moffset zum Fahrerdrehmoment MPV ergibt das Ausgabedrehmoment Mres, wie aus der 3B zu erkennen ist. Dabei ist das Korrekturdrehmoment Moffset in der Zeitspanne von t8 bis t9 gleich dem Leerlaufdrehmoment MIS.
  • Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren und dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist sichergestellt, dass am Pedalstellgeber für den Fahrer kein Spiel erkennbar ist.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments (Mres) um ein Pedalspiel eines einer Brennkraftmaschine zugeordneten Fahrpedals zu vermeiden, wobei ein erstes Drehmoment (Moffset) zu einem der Pedalstellung (PV) zugeordneten Drehmoment (MPV) addiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Drehmoment (MIS) für eine stabile Leerlaufdrehzahl (Nsoll) berechnet wird, dass die aktuelle Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine gemessen wird, und dass zwischen einer weiteren Drehzahl (Nact) und der Leerlaufdrehzahl (Nsoll) eine Differenz gebildet wird, die den Nenner eines Quotienten bildet, welcher multipliziert mit dem zweiten Drehmoment (MIS) das erste Drehmoment (Moffset) ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Drehzahl (Nact) einer Einschaltdrehzahl (Nact) entspricht, wobei das zweite Drehmoment (MIS) erst berechnet wird, wenn die aktuelle Drehzahl (N) kleiner gleich der Einschaltdrehzahl (Nact) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltdrehzahl (Nact) zwischen 500 Umin–1 und 1500 Umin–1 liegt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drehmoment (MIS) im Rahmen einer Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine berechnet wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehmoment (Moffset) gleich Null ist, wenn die aktuelle Drehzahl (N) größer als die Einschaltdrehzahl (Nact) ist.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehmoment (Moffset) bei maximaler Pedalstellung (PVmax) gleich Null ist.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drehmoment (MIS) von mindestens einem an der Brennkraftmaschine angeschlossenen Verbraucher abhängt.
  8. Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabe-Drehmoments (Mres) mit einem Drehzahlsensor (4) zur Messung der aktuellen Drehzahl (N) einer Brennkraftmaschine, mit einer Leerlaufregelung (5) zur Berechnung eines zweiten Drehmoments (MIS), an die der Drehzahlsensor (4) angeschlossen ist, mit einer Korrektureinheit (6) zur Berechnung eines ersten Drehmoments (Moffset), an die der Ausgang der Leerlaufregelung (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (6) eine erste Einheit zur Differenzbildung zwischen einer weiteren Drehzahl (Nact) und der aktuellen Drehzahl (N) und eine zweite Einheit zur Differenzbildung zwischen der weiteren Drehzahl (Nact) und einer Leerlaufdrehzahl (Nsoll) aufweist, wobei die Korrektureinheit (6) eine Einheit zur Quotientenbildung aus der ersten und zweiten Differenz aufweist, wobei am Ausgang der Korrektureinheit (6) die Multiplikation des Quotienten mit dem zweiten Drehmoment (MIS) erfolgt, wobei der Ausgang der Korrektureinheit (6) und der Ausgang des Pedalgebers (8) über eine Pedalstelleinheit (9) an einer Addierein heit (7) angeschlossen sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Pedalstellgeber (8), eine Pedalstelleinheit (9) mit einem Kennfeld (KF) und eine Addiereinheit (7) aufweist, wobei der Pedalstellgeber an dem Eingang der Pedalstelleinheit (9) angeschlossen ist und die Ausgänge der Pedalstelleinheit (9) und der Korrektureinheit (6) an die entsprechenden Eingänge der Addiereinheit (7) angeschlossen sind.
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