DE102004058344B3

DE102004058344B3 - Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004058344B3
Application number: DE102004058344A
Authority: DE
Inventors: Merten Dr. Jung; Alberto Croci; Heiko Faust
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-12-04
Also published as: US7367864B2; WO2006058619A1; US20070232442A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens ein abschaltbares und ein Verlustmoment erzeugendes Nebenaggregat aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist das Verfahren folgende Verfahrensschritte auf: DOLLAR A - Bestimmen des aktuellen auf den Antriebsstrang wirkenden Gesamtverlustmoments, DOLLAR A - Bestimmen der Abschalttotzeit des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregats, DOLLAR A - Abschätzung des nach Ablauf der Abschalttotzeit sich einstellenden Gesamtverlustmoments und DOLLAR A - Abschaltung des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregates für den Fall, dass eine vorgegebene Maximalmomentenschwelle durch das abgeschätzte Gesamtverlustmoment überschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, welche über ein Verlustmoment auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einwirken.

Heutzutage werden Fahrzeuge insbesondere im Hinblick auf Komfort und Sicherheit mit immer mehr und/oder immer größer werdenden sogenannten Nebenaggregaten wie Klimaanlage (Klimakompressor), Generator, Lenkhilfepumpen, Pumpen zur Fahrwerkstabilisierung oder dergleichen ausgestattet. Alle diese Nebenaggregate wirken mittelbar oder unmittelbar als Erzeuger von auf den Antriebsstrang wirkenden Verlustmomenten, indem sie aufgrund ihres Betriebs zusätzlich zum von der Antriebseinheit (z.B. Brennkraftmaschine und/oder Elektromotor) aufzubringenden reinen motorischen Antriebsmoment für die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs oder für die reine Aufrechterhaltung eines Leerlaufbetriebs ohne aktivierte Nebenaggregate, mit zusätzlich zu erzeugendem Moment (sogenanntes Verlustmoment) für ihren eigenen Betrieb die Antriebseinheit belasten. Insbesondere bei Motoren kleinerer Leistung besteht hierdurch das Problem, das die Antriebseinheit nicht in jedem Betriebszustand das jeweils angeforderte Gesamtmoment erfüllen (bzw. bereitstellen) kann. In diesem Sinne wirkt auch der Drehmomentenwandler eines Automatikgetriebes als ein, ein Verlustmoment erzeugendes Nebenaggregat.

Aus der DE 101 26 401 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes bekannt, wobei mittels einer Einrichtung zur Erfassung des Bordnetzzustands und einer Zeitmesseinrichtung ein Grenzwert für einen Bordnetzzustand überwacht wird und wobei bei Unterschreiten des Grenzwertes über eine vorgegebene Zeitdauer hinaus einzelne elektrische Verbraucher abschaltbar sind.

In der DE 100 59 708 A1 ist eine Steuereinrichtung für ein automatisiertes Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs beschrieben, wobei mittels einer Überwachungseinrichtung eine Momentenänderung im Antriebsstrang detektierbar ist und wobei eine Erkennung dieser Momentenänderung zur Aktivierung einer Unterdrückungsschaltung führt, durch welche zumindest ein Aufschub eines Schaltvorganges erzielbar ist.

Die EP 0 601 300 B1 beschreibt ein Kraftfahrzeug, bei dem durch eine Steuereinrichtung zwischen verschiedenen Fahrzuständen eines Kraftfahrzeugs unterschieden wird, wobei den einzelnen Fahrzuständen jeweils vorgegebene Gruppen von Verbrauchern zugeordnet sind.

Des Weiteren ist aus der DE 197 45 849 A1 eine Einrichtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der durch eine Steuereinrichtung ein Energiemanagement durchgeführt wird. Hierfür steuert bzw. regelt die Steuereinrichtung gemäß vorgebbaren Anforderungen die Energieverteilung zwischen Bordnetz und Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der Bedingung, dass die Bordnetz-Sollspannung innerhalb vorgebbarer Grenzen liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, welche über ein Verlustmoment auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einwirken, anzugeben, welches in allen Betriebszuständen der Antriebseinheit deren anforderungskonformen Betrieb gewährleistet, insbesondere Anfahrschwächen oder ein ungewolltes Abschnappen (Ausgehen) der Antriebseinheit während des Leerlaufbetriebs verhindert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ermittlung und die anschließende Überwachung eines zu erwartenden Gesamtverlustmoments sowie die in Abhängigkeit vom Überwachungsergebnis gegebenenfalls erfolgende Abschaltung eines abschaltbaren Nebenaggregats wird der sichere und anforderungskonforme Betrieb der Antriebseinheit in jedem Betriebszustand gewährleistet. Für die Ermittlung des zu erwartenden fiktiven Gesamtverlustmoments wird die Abschalttotzeit (benötigte Zeit, die vergeht vom Zeitpunkt des Abschaltbefehls bis zum tatsächlichen Beginn des Abschaltvorgangs) mindestens eines abschaltbaren und ein Verlustmoment erzeugenden Nebenaggregats (im Folgenden abschaltbares Nebenaggregat genannt) ermittelt. Sind mehrere abschaltbare Nebenaggregate vorhanden wird zumindest die kürzeste Abschalttotzeit ermittelt. Vorzugsweise wird die Abschalttotzeit aus einer hinterlegten Tabelle der Abschalttotzeiten für alle abschaltbaren Nebenaggregate oder jeweils aus einem Speicherbereich im abschaltbaren Nebenaggregat selbst ausgelesen. Dann wird ausgehend vom aktuell vorliegenden Gesamtverlustmoment (Summe der aktuell anliegenden Verlustmomente aller (aktiven) Nebenaggregate) ermittelt, welches fiktive Gesamtverlustmoment (aktuelles Gesamtverlustmoment + Verlustmoment aller (aktiven) Nebenaggregate nach Ablauf der Abschalttotzeit eines potentiell abzuschaltenden Nebenaggregats) sich nach Ablauf der zugrunde gelegten Abschalttotzeit einstellen wird. Die Abschätzung der des fiktiven Gesamtverlustmoments erfolgt beispielsweise, indem berechnet wird, welches Drehmoment mit Ablauf der Abschalttotzeit maximal von allen beteiligten Nebenaggregaten aufgenommen werden kann. Mit Vorteil wird hierfür für jedes (aktive) Nebenaggregat das aktuell aufgenommene Drehmoment, das maximal aufnehmbare Drehmoment und der maximale Drehmomentgradient ermittelt. Abschließend wird das ermittelte zu erwartende Gesamtverlustmoment mit einer vorgegebenen Momentenschwelle verglichen (Überwachung) und für den Fall, dass diese erreicht oder überschritten wird, wird das Nebenaggregat dessen Abschalttotzeit für die Ermittlung der Verlustmomente aller Nebenaggregate herangezogen wurde abgeschaltet (Abschaltung).

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1: den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nebst mit diesem gekoppelten Nebenaggregaten in schematischer Darstellung,
2: den in einem Diagramm dargestellten Zusammenhang zwischen über eine Antriebseinheit erzeugtem Antriebsmoment und über Nebenaggregate erzeugten Verlustmomenten,
3: die erfindungsgemäße Arbeitsweise in einer möglichen Ausführungsform, veranschaulicht in einem Diagramm: Antriebsmoment und Verlustmomente über der Zeit, und
4: die Arbeitsweise in einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ausführungsform, veranschaulicht in einem Diagramm gemäß. 3.
In 1 ist der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt, umfassend eine Brennkraftmaschine 2, ein Automatikgetriebe 4 nebst Wandlereinheit 4a und eine die Antriebseinheit 2 mit dem Automatikgetriebe 4 bzw. mit dessen Wandlereinheit 4a verbindende Kurbelwelle KW bzw. Antriebswelle AW. Bei derartigen Systemen wird durch die als Brennkraftmaschine (und/oder Elektromotor) ausgebildete Antriebseinheit 2 ein positives Antriebsmoment erzeugt, welches über die Kurbelwelle KW bzw. Antriebswelle AW auf das Getriebe 4 und über dieses auf ein Differential und die Antriebswellen der Antriebsräder R übertragen wird. Darüber hinaus muss die Antriebseinheit 2 ein ausreichendes Drehmoment für Nebenaggregate NA (dabei wird im Folgenden im Sinne der Erfindung auch die Wandlereinheit 4a als ein, ein Verlustmoment erzeugendes Nebenaggregat verstanden) bereitstellen, die im Falle ihres Betriebs (Nebenaggregat aktiv) ein negatives Moment (Verlustmoment) auf den Antriebsstrang bzw. auf die den Antriebsstrang antreibende Antriebseinheit 2 ausüben. In 1 ist eine Mehrzahl von Nebenaggregaten dargestellt, wobei allgemein nicht abschaltbare Nebenaggregate mit NA und abschaltbare Nebenaggregate mit NA1,..., NAn bezeichnet sind. Darüber hinaus ist eine Steuereinheit 10 vorhanden, über die die Nebenaggregate NA; NA1,..., NAn in Abhängigkeit von den vorliegenden Umgebungs- und Betriebsbedingungen U, B gesteuert werden. Die Steuereinheit 10 ist hierbei derart ausgebildet, dass die Ansteuerung der abschaltbaren Nebenaggregate NA1,..., NAn gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt.
In 2 wird die Problematik einer durch Nebenaggregate NA; NA1,..., NAn bedingten Überlast im Leerlaufbetrieb der Antriebseinheit 2 veranschaulicht. Hierbei wird angenommen, dass bei einer Leerlaufdrehzahl unter definierten Umgebungs- und Betriebsbedingungen U, B (Normbedingungen) von der Antriebseinheit 2 ein maximales Gesamtantriebsmoment von 200 Nm bereitgestellt werden kann. Ferner sind insgesamt vier Nebenaggregate NA aktiviert, die durch ihren Betrieb insgesamt ein Verlustmoment von 150 Nm erfordern – davon sind zwei Nebenaggregate NA1, NA2 (z.B. Klimaanlage und Generator) als abschaltbare Nebenaggregate ausgebildet. Theoretisch verbleibt also ein Restmoment von 50 Nm zur Aufrechterhaltung des Betriebs der Antriebseinheit 2. Angenommen den Fall, dass aufgrund von Umgebungsbedingungen U wie Außentemperatur, geometrischer Höhe (mangelnder Sauerstoffgehalt) und Betriebsbedingungen B wie eingelegte Gangstufe „D" (Vorwärtsfahrt) des Automatikgetriebes das vorhandene Restmoment von 50 Nm aufgezehrt oder gar überschritten wird, kann der Fall auftreten, dass die Antriebseinheit 2 ihren Betrieb nicht aufrechterhalten kann und ungewollt ausfällt (sogenanntes „Abschnappen").
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung von abschaltbaren Nebenaggregaten NA1,..., NAn, auf deren Wirkungsweise genauer im Zuge der Figurenbeschreibung zu 3 und 4 eingegangen wird, wird diesem Zustand frühzeitig entgegengewirkt. Hierfür wird das auf den Antriebsstrang wirkende aktuelle Gesamtverlustmoment M_{V_ist} aller Nebenaggregate NA; NA1,..., NAn und die Abschalttotzeit T_{NA_tot} des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregats NA1,..., NAn ermittelt, eine Abschätzung des nach Ablauf der Abschalttotzeit T_{NA_tot} voraussichtlich vorhandenen Gesamtverlustmoments M_{V_ist*} vorgenommen, dieses nach Ablauf der Abschalttotzeit T_{NA_tot} voraussichtlich vorhandene Gesamtverlustmoment M_{V_ist*} mit einem vorgegebenen maximalen Gesamtverlustmoment (Maximalmomentenschwelle M_max) verglichen und für den Fall, dass die vorgegebene Maximalmomentenschwelle M_max durch das abgeschätzte Gesamtverlustmoment M_{V_ist*} überschritten wird, die Abschaltung des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregats NA1,..., NAn veranlasst.
Gemäß 3 ist eine Abschaltstrategie veranschaulicht, bei der im Falle von nur einem einzigen abschaltbaren Nebenaggregat dessen Abschalttotzeit T_{NA_tot} beziehungsweise im Falle mehrerer abschaltbarer Nebenaggregate NA1,..., NAn vorzugsweise die Abschalttotzeit T_{NA_tot} des Nebenaggregats mit der kürzesten Abschalttotzeit T_{NA_tot} (im Folgenden mit T_{NA1_tot} bezeichnet) als Basis für die Ermittlung des Momentenverlaufs während dieser Abschalttotzeit T_{NA1_tot} herangezogen wird. Eine Abschaltung des „einzigen" (einzige Abschalttotzeit) bzw. des „schnellsten" (kürzeste Abschalttotzeit) Nebenaggregats findet statt, wenn das aktuelle Verlustmoment der Nebenaggregate zuzüglich dem prädizierten (abgeschätzten) Verlustmoment der Nebenaggregate NA; NA1,..., NAn bezogen auf die kürzeste Abschalttotzeit T_{NA1_tot} die vorgegebene Maximalmomentenschwelle M_max erreicht oder überschreitet. Gemäß 3 beträgt die Abschalttotzeit T_{NA_tot}des schnellsten Nebenaggregats beispielsweise T_{NA1_tot} = 150 ms. Ausgehend vom aktuellen Gesamtverlustmoment M_{V_ist} aller aktiven Nebenaggregate NA; NA1,..., NAn im Zeitpunkt t0 wird beispielsweise gemäß einer linearen Funktion über die Abschalttotzeit T_{NA1_tot} der zu erwartende Momentenverlauf berechnet. Diese Berechnung erfolgt fortlaufend, in einem im Vergleich zur kürzesten Abschalttotzeit T_{NA1_tot} erheblich verkürzten Zeitintervall von beispielsweise 10 ms. Sobald schließlich die Maximalmomentenschwelle M_max durch das fiktive Gesamtverlustmoment M_{V_ist*} erreicht ist, wird im Zeitpunkt t0 der Abschaltbefehl für das abzuschaltende Nebenaggregat, dessen Abschalttotzeit T_{NA_tot} zur Berechnung des fiktiven Gesamtverlustmoments M_{V_ist*} zugrunde gelegt wurde, generiert. Nach Ablauf der Abschalttotzeit T_{NA_tot} wird die tatsächliche Abschaltung des Nebenaggregats eingeleitet. Das tatsächliche Abschaltverhalten wird hier ebenfalls durch einen linearen Verlauf idealisiert angenommen, so dass das abzuschaltende Nebenaggregat nach Ablauf der Abschalttotzeit T_{NA_tot} und anschließender Ausschaltzeit T_{NA_aus} komplett abgeschaltet ist (Verlustmoment des abgeschalteten Nebenaggregats = 0). Aus dem tatsächlichen Abschaltverhalten des Nebenaggregats während der Ausschaltzeit lässt sich der maximale Momentengradient des jeweiligen Nebenaggregats ermitteln (siehe Steigung der Ausschaltflanke). Sowohl der maximale Momentengradient als auch das maximal durch das jeweilige Nebenaggregat aufnehmbare maximale Verlustmoment (die neben dem aktuellen Verlustmoment des jeweiligen Nebenaggregats für die Berechnung des fiktiven Gesamtverlustmoments erforderlich sind) sind vorzugsweise für jedes einzelne abschaltbare Nebenaggregat in Kennfeldern, basierend auf den aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen U, B hinterlegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Maximalmomentenschwelle M_max vorzugsweise das aktuelle Maximalmoment der Antriebseinheit 2 abzüglich einer Momentendifferenz als Momenten-Sicherheitsreserve M_S für das erfindungsgemäße Verfahren herangezogen.
4 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei der zur Abschätzung des fiktiven Gesamtverlustmoments M_{V_ist*} nach Ablauf der Abschalttotzeit T_{NA1_tot} die Abschalttotzeit T_{NA2_tot} eines langsameren abschaltbaren Nebenaggregats zugrunde gelegt wird. Das langsamere Nebenaggregat wird abgeschaltet, wenn bezogen auf seine Abschalttotzeit T_{NA2_tot} die Momentenbilanz negativ wird. Wie bei der Ausführungsform gemäß 4 veranschaulicht, kann in diese Momentenbilanz eingerechnet werden, dass das Verlustmoment eines schnelleren Nebenaggregats (schneller abschaltbaren Nebenaggregats) dann schon freigegeben wurde (das schnellere Nebenaggregat bereits abgeschaltet wurde). Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden vorhandene Informationen über Nebenaggregate auf Basis einer Momentenabschätzung optimal genutzt und eventuelle Fehlabschaltungen von Nebenaggregaten wirksam vermieden. Ferner ist auf einfache Weise – ohne die Verwendung zusätzlicher teurer Hardware – eine koordinierte Abschaltung der den Antriebsstrang momentenmäßig belastenden Nebenaggregate realisiert.

Claims

Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens ein abschaltbares und ein Verlustmoment erzeugendes Nebenaggregat aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Bestimmen des aktuellen auf den Antriebsstrang wirkenden Gesamtverlustmoments (M_{V_ist}), – Bestimmen der Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregats (NA1,..., NAn), – Abschätzung des nach Ablauf der Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) sich einstellenden Gesamtverlustmoments (M_{V_ist*}), und – Abschaltung des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregates (NA1,..., NAn) für den Fall, dass eine vorgegebene Maximalmomentenschwelle (M_max) durch das abgeschätzte Gesamtverlustmoment (M_{V_ist*}) überschritten wird.
Verfahren nach Anspruach 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Antriebsmoment der den Antriebsstrang antreibenden Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und in Abhängigkeit hiervon die Bestimmung der Maximalmomentenschwelle (M_max) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzung des Gesamtverlustmoments (M_{V_ist}) in Abhängigkeit vom aktuellen Verlustmoment aller Nebenaggregate (NA), dem maximalen Verlustmoment aller aktiven Nebenaggregate (NA) und/oder dem maximalen Momentengradienten jedes aktiven Nebenaggregates (NA) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass mindestens zwei abschaltbare Nebenaggregate (NA1,..., NAn) mit unterschiedlichen Abschalttotzeiten (T_{NA_tot}) vorhanden sind, das Nebenaggregat (NA1, ..., NAn) mit der kürzeren Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) abgeschaltet wird wenn das sich aus aktuellem Gesamtverlustmoment (M_{V_ist}) und abgeschätztem Verlustmoment der Nebenaggregate zusammensetzende Gesamtverlustmoments (M_{V_ist*}) während der kürzeren Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) die vorgegebene Maximalmomentenschwelle (M_max) übersteigt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass mindestens zwei abschaltbare Nebenaggregate (NA1,..., NAn) mit unterschiedlichen Abschalttotzeiten (T_{NA_tot}) vorhanden sind, das Nebenaggregat (NA1, ..., NAn) mit der längeren Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) abgeschaltet wird wenn das sich aus aktuellem Gesamtverlustmoment (M_{V_ist}) und abgeschätztem Verlustmoment der Nebenaggregate (NA) zusammensetzende Gesamtverlustmoments (M_{V_ist*}) während der längeren Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) die vorgegebene Maximalmomentenschwelle (M_max) übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschätzung des Gesamtverlustmoments (M_{V_ist*}) nach Ablauf der längeren Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) unter Berücksichtigung einer möglichen Abschaltung eines abschaltbaren Nebenaggregats (NA1,..., NAn) mit kürzerer Abschalttotzeit (T_{NA_tot}) erfolgt.