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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kennfeldermittlung zur Steuerung
eines Schaltprozesses für
vollautomatische oder automatisierte Getriebe eines Kraftfahrzeuges
mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen
sowie eine Vorrichtung zur Kennfeldermittlung zur Steuerung eines
Schaltprozesses für
automatische Getriebe eines Kraftfahrzeuges mit den im Oberbegriff
des Patentanspruches 13 genannten Merkmalen.
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Bei
neu entwickelten Komponenten eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges
ist es erforderlich, das Steuerprogramm zur Steuerung der Schaltprozesse
für automatische
Getriebe neu zu erstellen, so dass für die jeweilig anliegenden
Betriebsparameter des Fahrzeuges eine entsprechende optimale Fahrstufe
und die für
den Schaltkomfort relevanten Applikationsparameter richtig eingestellt
werden können.
Durch Applikation werden zu den unterschiedlichst auftretenden Fahr-
und Motorbedingungen Kennfelder für die Getriebeschaltpunkte
ermittelt. Bei der Ermittlung der Kennfelder und der entsprechenden
Getriebeschaltpunkte kommt es besonders darauf an, dass die vorgeschriebenen
Fahrprofile exakt eingehalten und auch wieder reproduzierbar angefahren
werden können,
um somit Werte für eine
optimale Getriebesteuerung zu erhalten. So ist es aus der
DE 102 36 620 A1 bekannt,
ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrprüfschnittstelle zu versehen,
an die eine elektronische Fahrprüfeinrichtung
angeschlossen wird. Über
die elektronische Fahrprüfeinrichtung
wird auf einem Prüfstand
der Fahrantriebsstrang mit einem vorgegebenen Fahrprofil betrieben. Das
Fahrprofil kann somit unabhängig
vom Fahrer exakt abgefahren werden, wobei das Fahrprofil jederzeit
reproduzierbar wieder nachgefahren werden kann. In dem Fahrprofil
sind entsprechend dem gewünschten
Fahrbetrieb die Vorgänge „Anfahren", „Beschleunigen", „Schalten", „Geschwindigkeit
konstant halten", „Bremsen" und „Anhalten" enthalten. Über einen
Rechner können
die dazugehörigen
Betriebsparameter sowie Motor- und Getriebekennwerte des jeweilig
abgefahrenen Fahrprofils gespeichert werden.
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Zum
Nachfahren eines vorgegebenen Fahrprofils auf einem Rollenprüfstand ist
es gemäß der
DE 100 51 353 A1 vorbekannt,
einen Fahrpedalsollwert von einer separaten Prüfungseinrichtung unter Umgehung
des Fahrpedals direkt an eine Motorsteuerung zu übertragen. Dabei können auch
konkrete Schaltanforderungen an das Getriebe übermittelt werden.
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Nachteilig
bei dem aufgeführten
Stand der Technik ist, dass die Prüffahrten zur Ermittlung eines Kennfelds
zur Steuerung eines Schaltprozesses für automatische Getriebe nur
auf einem Prüfstand durchgeführt werden.
Tatsächlich
auf der Straße
auftretende Fahrbedingungen, wie Bergfahrten, Kurvenfahrten, schlechte
Fahrstraßen
und dergleichen können
nicht oder nur mit einem unvertretbar hohen Aufwand nachvollzogen
werden. Die für
den Fahrzeugbetreiber maßgeblich
für das
Schaltverhalten entscheidenden Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte
werden dabei nicht berücksichtigt.
Es besteht ein weiterer Nachteil bei der Übertragung der Schaltanforderungen über die
K-Line an das Getriebesteuergerät.
Die K-Line hat im Gegensatz zu unserer Vorgehensweise (Schaltanforderung über den
CAN, wir simulieren in unserem System den echten Wählhebel des
Fahrzeugs) den Nachteil, dass Schaltanforderungen nur mit einer
geringen Performance an das Getriebesteuergerät übertragen werden können. Im Falle
einer Schaltanforderung über
die K-Line muss zunächst
eine Verbindung zum Steuergerät
aufgebaut werden. Dabei wird das Steuergerät über 5Baud-Initialisierung gereizt,
antwortet dann, die Verbindung wird aufgebaut und erst dann kann
die Schaltanforderung gesendet werden. Das bedeutet, dass vom Zeitpunkt "Fahrzeug soll schalten" bis zum Zeitpunkt "Schaltanforderung übermittelt" ca. 1 bis 3 Sekunden
vergehen. Diese Zeit ist vorher auch nicht genau zu definieren,
da der Verbindungsaufbau über die
K-Line nicht immer gleich schnell ist. Dieses Verfahren ist somit
nicht geeignet, Schaltpunkte wirklich reproduzierbar anzufahren.
Bei hohen Pedalwerten und kleinen Gängen ist die Drehzahl des Motors
beispielsweise in zwei Sekunden schon mindestens 250-300 U/min größer.
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Aus
der
DE 102 26 200
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Betätigung einer
Kupplung in einem vollautomatischen Schaltgetriebe vorbekannt, bei
der ein Signal zur Betätigung
der Kupplung anhand der Drehgeschwindigkeit oder Drehbeschleunigung
des Motors, der Fahrgeschwindigkeit oder Beschleunigung des Fahrzeuges
erstellt wird.
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Dieses
Verfahren dient lediglich zur Steuerung des jeweiligen Schaltprozesses.
Mit diesem Verfahren kann keine Kennfeldermittlung zur Steuerung
eines Schaltprozesses für
automatische Getriebe durchgeführt
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung
zur Ermittlung eines Kennlinienfeldes zur Steuerung eines Schaltprozesses
für vollautomatische
oder automatisierte Getriebe eines Kraftfahrzeuges zu schaffen,
mit dem der Aufwand zur Erstellung eines Steuerprogramms für ein Getriebesteuergerät bei gleichzeitiger
Verbesserung der damit zu erreichenden Schaltqualität reduziert
wird und bei dem alle schaltrelevanten Fahrzeugdaten und Fahrdaten
berücksichtigt
werden.
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Diese
Aufgabe wird entsprechend dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und entsprechend
der gattungsgemäßen Vorrichtung
erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 13 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
einer separaten Steuereinrichtung, mit der ein reproduziertes Abfahren
eines vorgegebenen Fahrprofils durch ein Kraftfahrzeug auch bei
unterschiedlichen Fahrstufen erfolgt, die über Sensoren aufgenommenen
aktuellen Daten der Fahrzeugbeschleunigung zugeführt und dort mit dem jeweilig
dazugehörenden
Betriebsparameter zeitsynchron gespeichert, wobei anhand des ermittelten
Verlaufs der Fahrzeugbeschleunigung während eines Schaltvorganges
in der Steuereinrichtung ein objektiver Kennwert zur Bewertung des
jeweiligen Schaltvorganges ermittelt wird. Zusätzlich zu den einzelnen unterschiedlichen
Fahrstufen können
auch lediglich einzelne Schaltpunkte und zwar alle möglichen
Schaltpunkte im Automatik- und Tip-Betrieb,
z. B. Tip-Hochschaltung aus dem 3. in den 4. Gang bei einer vorgegebenen
Motordrehzahl reproduzierbar und so häufig wie nötig angefahren werden. Hierdurch
können
einzelne Schaltpunkte, die zum Beispiel bisher schlecht appliziert
wurden, jederzeit optimiert werden. Zu dem durch die Steuereinrichtung
ermittelten objektiven Kennwert für den jeweiligen Schaltvorgang
kann bei Bedarf zusätzlich ein
durch den Applikateur erstellter subjektiver Kennwert in der Steuereinrichtung
abgespeichert werden. Durch die Steuereinrichtung oder durch einen
mit der Steuerein richtung verbundenen Computer erfolgt anhand der
ermittelten Kennwerte eine automatisierte Applikation von schaltkomfortrelevanten
Fahrzeugparametern.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
sieht vor, dass die über
Datenleitungen mit einem Motor- und Getriebesteuergerät verbundene
separate Steuereinrichtung über
eine weitere Datenleitung mit einem am Fahrzeug angeordneten Sensor
zur Aufnahme der aktuellen Fahrzeugbeschleunigungen in der X-, Y-
und Z-Achse verbunden ist. Die separate Steuereinrichtung ist weiterhin
mit einem Navigationssystem (GPS) verbunden, so dass durchgeführte Schaltungen
auf Steigungen oder Kurven aufgezeichnet und analysiert werden können. Über eine
weitere Datenleitung werden der separaten Steuereinrichtung sämtliche
ermittelte analoge und digitale Fahrzeugkennwerte zugeführt und
zeitsynchron gespeichert. Außerdem
ist die Steuereinrichtung mit einer Computeranschlussstelle für den Anschluss
eines Computers versehen.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, dass ein vorgegebenes Fahrprofil, zu dem ein Kennfeld zur
Steuerung eines Schaltprozesses für automatische Getriebe eines
Kraftfahrzeugs erstellt werden soll, reproduzierbar wieder angefahren
werden kann, so dass für
jeweils gleiche Bedingungen mehrere Kennwerte erstellt werden können. Aufgrund
der Ermittlung und Zuordnung der Fahrzeugbeschleunigungen zu den
entsprechenden Schaltvorgängen
wird ein objektiver Wert zur Beurteilung des vorgenommenen Schaltvorganges
erhalten. Die bei einer Fahrsituation notwendigen Schaltvorgänge können somit
optimal eingestellt werden, so dass im Fahrbetrieb dem Fahrer ein
besserer Fahrkomfort hinsichtlich der vorgenommenen Schaltprozesse übermittelt
wird. Durch die zusätzlich
subjektive Schaltqualitätsbeurteilung
und Einflussnahme auf den Schaltprozess kann der empfundene Schaltprozess
weiter verbessert werden.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kennfeldermittlung im tatsächlichen
Fahrbetrieb unter realen Bedingungen erfolgt, wobei der optimale Schaltkomfort
für jeden
Betriebspunkt objektiv anhand der Fahrbeschleunigungen während des Schaltvorganges
bestimmt und in der Getriebesteuerung hinterlegt wird. Dadurch ist
es auch möglich,
insgesamt die Kosten für
die Applikation der Parameter für
die elektronische Getriebesteuerung zu reduzieren.
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Durch
das gezielte Anfahren von möglichen Getriebeschaltungen
und das Abfahren eines vorgegebenen Fahrprofils durch die Steuereinrichtung
und deren automatisierte Applikation von schaltkomfortrelevanten
Fahrzeugparametern können
Getriebeapplikationen auch von einem Nichtapplikateur durchgeführt werden.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die
Schaltanforderungen über
den CAN-Bus im 10ms-Raster an das Getriebesteuergerät geschickt
werden. Dadurch ist es möglich,
Schaltpunkte reproduzierbar mit einer großen Genauigkeit anzufahren.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben,
sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Anhand
einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben. Die dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung zur Kennfeldermittlung
für eine
Steuerung eines Schaltprozesses für ein automatisches Getriebe
eines Kraftfahrzeuges und
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2:
eine Kurve der Fahrzeugbeschleunigung während des Schaltvorganges.
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In
der 1 ist schematisch der wesentliche Aufbau eines
Kraftfahrzeuges mit Fahrantriebsstrang, Steuereinheit 2 für Motor-
und Getriebesteuerung und Fahrbedienelementen dargestellt. Der Fahrantriebsstrang
besteht bekanntermaßen
aus einer Antriebsmaschine 3, die über eine Kupplung 4 mit einem
automatischen Getriebe 5 in Verbindung steht und das wiederum
mit einem Fahrwerk 6 verbunden ist. Die Antriebsmaschine 3 kann
dabei ein Verbrennungsmotor, ein elektrischer Motor, eine Gasturbine, ein
Hybridantrieb oder dergleichen sein. Die Steuerung der Antriebsmaschine 3 und
des Getriebes 5 erfolgt über ein einheitliches Steuereinheit 2 für die Motor-
und Getriebesteuerung oder über
zwei separate Steuereinheiten, die aber über eine Datenleitung miteinander
verbunden sind. Die Motor- und Getriebesteuerung über eine
Steuereinheit 2 ist an sich bekannt und nicht Gegenstand
der erfin dungsgemäßen Lösung. Die
Antriebsmaschine 3 ist über
eine Datenleitung 14 mit der Steuereinheit 2 verbunden.
Dabei werden von der Steuereinheit 2 der Antriebsmaschine 3 Daten
zur Verstellung der Motorparameter zugeführt, während von der Antriebsmaschine 3 der
Steuereinheit 2 die entsprechend aktuellen Motorkennwerte,
wie beispielsweise Motordrehzahl, Lambda-Verhältnis, Kraftstoffverbrauch,
Motortemperatur, Motormoment und dergleichen, übermittelt werden. Ebenso ist
die Kupplung 4 über
eine Datenleitung 15, das Getriebe 5 über eine
Datenleitung 16 und das Fahrwerk 6 über eine
Datenleitung 17 mit der Steuereinheit 2 verbunden.
Weiterhin ist die Steuereinheit 2 über eine Datenleitung 13 mit
einem Fahrpedal 8 und über
eine Datenleitung 18 mit einem Getriebewahlhebel 9 verbunden.
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Eine
separate Steuereinrichtung 1 zur Kennfeldermittlung und
zur automatischen Applikation von schaltkomfortrelevanten Fahrzeugparametern
für eine
Steuerung eines Schaltprozesses für vollautomatische und automatisierte
Getriebe 5 eines Kraftfahrzeuges ist über eine Datenleitung 11 mit
der Steuereinheit 2 für
die Motor- und Getriebesteuerung verbunden.
Dabei werden von der Steuereinrichtung 1 über die
Datenleitung 11 der Steuereinheit 2 Daten übermittelt,
die es ermöglichen,
den Fahrzeugantriebsstrang unter Umgehung der Bedienung des Fahrpedals 8 mit
einem vorgegebenen Fahrprofil auch bei unterschiedlichen Fahrstufen
zu betreiben. Zusätzlich
zu den einzelnen unterschiedlichen Fahrstufen und auch ganzen Fahrprofilen
können
auch lediglich einzelne Schaltpunkte und zwar alle möglichen
Schaltpunkte im Automatik- und Tip-Betrieb, z. B. Tip-Hochschaltung
aus dem 3. in den 4. Gang bei einer vorgegebenen Motordrehzahl reproduzierbar und
so häufig
wie nötig
angefahren werden. Durch die Steuereinrichtung 1 können auch
Betriebspunkte mit konstanter Drehzahl oder mit konstantem Drehmoment
der Antriebsmaschine 3 angefahren werden. Der Steuereinrichtung 1 werden über die
Datenleitung 12 alle ermittelten Motor- und Getriebekennwerte
sowie die dazugehörigen
Betriebsparameter, wie Motordrehzahl, Fahrgeschwindigkeit, Beschleunigungswerte,
Getriebeübersetzungsverhältnis, Drosselklappenstellung,
Stellung des Fahrpedals, Motormoment, Motortemperaturen und dergleichen,
zugeführt
und in dieser gespeichert.
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Weiterhin
ist die Steuereinrichtung 1 über eine Datenleitung mit einem
Navigationssystem, beispielsweise mit einem GPS oder dergleichen,
verbunden. In der Steuereinrichtung 1 werden die GPS-Daten
zeitsynchron mit den Motor- und Getriebe kennwerten sowie mit den
dazugehörigen
Betriebsparametern abgespeichert, so dass durchgeführte Schaltungen
auf Steigungen oder Kurven aufgezeichnet und analysiert werden können. Über eine weitere
Datenleitung werden der Steuereinrichtung 1 alle im Fahrzeug
ermittelten, analogen und digitalen Fahrzeugkennwerte 22 sowie
jegliche CAN-Busdaten und auch die Werte über die K-Linie zugeführt und
bei der Getriebeapplikation berücksichtigt.
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In
vorteilhafter Weise ist die Steuereinrichtung 1 über eine
Datenleitung 20 mit einem Computer 19 verbunden. Über den
Computer 19 kann beispielsweise ein vorgegebenes Fahrprofil
verändert werden,
so dass beispielsweise noch zusätzliche
Varianten zu dem Fahrprofil abgefahren werden können.
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Die
Steuereinrichtung 1 ist über eine weitere Datenleitung 10 mit
einem oder mehreren an dem Fahrzeug befestigten Sensoren 7 zur
Aufnahme der Fahrzeugbeschleunigung verbunden. Dabei werden über die
Sensoren 7 die aktuellen Fahrzeugbeschleunigungen in X-,
Y- und Z-Achse aufgenommen. Neben der normalen Längsbeschleunigung werden dabei
auch Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeuges aufgenommen, die auch
einen Einfluss auf den Schaltkomfort haben. Die über die Datenleitung 10 übermittelten
Werte der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung bei einem Schaltvorgang
werden in der Steuereinrichtung 1 zeitsynchron mit dem über die
Datenleitung 10 zugeführten
Betriebsparameter gespeichert. Anhand des ermittelten Verlaufs der Fahrzeugbeschleunigung
während
des Schaltvorganges wird in der Steuereinrichtung 1 oder
gegebenenfalls im Computer 19 ein objektiver Kennwert zur Bewertung
des jeweiligen Schaltvorganges ermittelt.
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In
der 2 ist eine Beschleunigungskurve A während eines
Schaltvorganges B dargestellt. Anhand der Beschleunigungskurve A
und deren Verlauf während
des Schaltvorganges B lässt
sich ein objektiver Kennwert zur Bewertung des jeweiligen Schaltvorganges
ermitteln. Aus dem aufgezeichneten Beschleunigungssignal werden
einige wichtige Parameter zur Berechnung der objektiven Note herangezogen.
Dieses sind unter anderem der Spitze-Spitze-Wert, die Beschleunigungsniveaus
vor und nach dem Schaltvorgang, die Gradienten (erster abfallender
Gradient zwischen Einleiten der Schaltung und dem Minimum, erster
ansteigender Gradient (zwischen Minimum und Maximum) und auch der
Effektivwert der Beschleunigung während des Schaltvorganges im
für den
Menschen interessanten Bereich zwischen 0 und 9 Hz). Diese Parameter
werden mit Faktoren versehen (jeder mit einem anderen Faktor multipliziert)
und so zu einer Gesamtnote verrechnet. Dabei werden für die Hoch- und die Rückschaltung verschiedene
Faktoren verwendet und aus den Faktoren und Parametern eine Gesamtnote
berechnet.
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Bei
Bedarf kann über
den Computer 19 durch den mit der Applikation beauftragten
Fahrer ein subjektiver Kennwert zur Bewertung des jeweiligen Schaltvorganges
in der Steuereinrichtung 1 abgespeichert werden. Dadurch
ist es möglich,
einen subjektiv empfundenen Schaltkomfortwert als Kennwert zur Verbesserung
der Schaltqualität
mit in die Bewertung einfließen
zu lassen. Damit werden bei der Kennfelderstellung sowohl der objektive
als auch ein subjektiver Kennwert berücksichtigt.
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Um
die Aussagekraft und die Vergleichbarkeit der objektiven und auch
der subjektiven Kennwerte weiter zu erhöhen, werden gleiche Fahrprofile mehrmals
durchfahren und die entsprechend ermittelten Kennwerte abgespeichert.
Anhand der ermittelten Kennwerte für alle schaltkomfortrelevanten Fahrzeugparameter
und den dazugehörigen
Fahrzeugbetriebsparametern wird mittels einer statistischen Versuchsplanung
in der Steuereinrichtung 1 oder mittels des Computers 19 ein
Kennfeld zur Steuerung eines Schaltprozesses für automatische Getriebe 5 eines
Kraftfahrzeuges generiert und entsprechend gespeichert. Die Messwertaufbereitung
zur Kennfeldermittlung für
die Steuerung eines Schaltprozesses erfolgt im Offline-Modus, bei
dem der Computer 19 nicht mit der Steuereinrichtung 1 verbunden
ist und die Daten in der Steuereinrichtung 1 gespeichert
werden. Die Speicherung der Messwerte in der Steuereinrichtung 1 kann
im Online-Modus, das heißt
bei einem an der Steuereinrichtung 1 angeschlossenen Computer 19,
und im Offline-Modus durchgeführt
werden. Das so erstellte fahrzeugtypische Kennfeld wird dann in
den jeweiligen Getriebesteuergeräten
des entsprechenden Fahrzeugtyps abgespeichert.
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Durch
Eingriff in die Steuereinrichtung 1, beispielsweise durch
Befehlseingabe über
die Tastatur des Computers 19, können ein oder mehrere Einzelwerte
des Fahrprofils, wie Motordrehzahlverstellung oder dergleichen,
während
der Ermittlung der schaltungsrelevanten Kennwerte verändert werden.
Diese Veränderungen
können
ebenfalls abgespeichert werden und sind somit jederzeit nachfahrbar.
Zur Ermittlung der Kennfelder zur Steuerung des Schaltprozesses
von automatischen Getrieben 5 werden Fahrten mit unterschiedlichen
Straßenverhältnissen,
zum Beispiel Fahrten auf Landstraße, Autobahnen, Bergfahrten
und dergleichen durchgeführt.
Vor den eigentlichen Versuchsfahrten wird mittels statistischer Versuchsplanung
das anzufahrende Kennfeld ermittelt. Außerdem können während der Versuchsfahrten folgende
Schaltungen angefahren werden: Schub-Hochschaltung, Zug-Hochschaltung, Schub-Rückschaltung,
Zug-Rückschaltung, Tip-Hoch
(Zug und Schub), Tip-Runter (Zug und Schub), Schaltung N nach D
und N nach R und Ausrollschaltungen, wobei die Schaltungsarten für das ermittelte
Kennfeld nicht immer relevant sind. Mit der erfindungsgemäßen Lösung können im
Gegensatz zum Stand der Technik auch Standabkopplungen, wie Schaltung
N nach D und N nach R, und Ausrollschaltungen beurteilt werden.
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Als
vorteilhaft hat sich gezeigt, dass die aktuellen Soll- und Istwerte
der ermittelten Motor- und Getriebekennwerte sowie die dazugehörigen Betriebsparameter
durch die Steuereinrichtung 1 oder durch den Computer 19 anzeigbar
und gegebenenfalls veränderbar
sind.
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Die
erfindungsgemäße Lösung beschränkt sich
nicht nur auf den Einsatz in fahrenden Fahrzeugen. Sie ist auch
einsetzbar bei einem an sich bekannten Rollenprüfstand, einem reinen Getriebeprüfstand oder
an einem Hardware-in-the-Lop- (HiL) Prüfstand. Bei einem Einsatz auf
einem Prüfstand werden
die Beschleunigungen aus der Antriebswellendrehzahl oder aus der
Raddrehzahl ermittelt.
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- 1
- Steuereinrichtung
- 2
- Steuereinheit
für Motor
und Getriebe
- 3
- Antriebsmaschine
- 4
- Kupplung
- 5
- Getriebe
- 6
- Fahrwerk
- 7
- Sensor
- 8
- Fahrpedal
- 9
- Getriebewahlhebel
- 10
- Datenleitung
- 11
- Datenleitung
- 12
- Datenleitung
- 13
- Datenleitung
- 14
- Datenleitung
- 15
- Datenleitung
- 16
- Datenleitung
- 17
- Datenleitung
- 18
- Datenleitung
- 19
- Computer
- 20
- Datenleitung
- 21
- Navigationssystem
- 22
- Fahrzeugkennwerte
- A
- Beschleunigungskurve
- B
- Schaltvorgang