DE102005026472B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Schließens einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Steuern des Schließens einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Verfahren die Kupplung derart gesteuert wird, dass das von ihr übertragene Moment einer vorbestimmten Kennlinie folgt, die von dem durch die Stellung eines Gaspedals, die Masse des Kraftfahrzeugs und/oder die Steigung einer Fahrbahn bedingten Vortriebskraftbedarf des Kraftfahrzeugs abhängt, wobei die Kupplung und die Antriebsmaschine derart gesteuert werden, dass die Antriebsmaschine bei schlupfender Kupplung eine vom Vortriebskraftbedarf abhängige Solldrehzahl erreicht, die bei unter einen Schwellwert abnehmenden Kupplungsschlupf auf eine von der Gaspedalstellung abhängige Anfahrdrehzahl abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlupf innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer unter den Schwellwert absinkt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Schließens einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
• Die EP 1 437 255 A2 offenbart ein Verfahren zum Anfahren eines Kraftfahrzeugs, wobei dazu die Antriebsmaschinendrehzahl erhöht wird und bei Erkennung einer hohen Last beim Anfahren der Beginn des Einrückens der Kupplung variabel ist.
• Die DE 100 31 816 A1 offenbart ein Verfahren zum Anfahren nach dem Lösen eines Bremspedals eines Kraftfahrzeugs, wonach die Antriebskraft beim Lösen eines Bremspedals entsprechend ein Neigungswinkel des Fahrzeugs erhöht oder gesenkt wird.
• Aus der DE 198 38 970 A1 ist ein Verfahren zum Anfahren am Berg für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Momentensteuerung bekannt, bei dem eine auf das Fahrzeug entgegen seiner Fahrrichtung einwirkende Hangabtriebskraft ermittelt wird und unter Berücksichtigung von Fahrzeugbetriebsbedingungen automatisch eine Motormomentenanforderung gewählt wird, bei der das Antriebsmoment die Hangabtriebskraft im Wesentlichen kompensiert. Dies geschieht durch Veränderung der Zuordnung zwischen der Stellung eines Fahr- bzw. Gaspedals, mit dem der Fahrer den Vortriebswunsch einstellt, und eines Laststellgliedes der Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Kolbenbrennkraftmaschine. Bei Verwendung einer automatisierten Kupplung in einem solchen Antriebsstrang kann die Steigung der Fahrbahn dennoch deutlich Auswirkungen auf das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs haben oder sogar dazu führen, dass die Kupplung rutscht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Schließens einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, bei dem Einflüsse eines in Folge einer Fahrbahnsteigung bedingten geänderten Vortriebskraftbedarfes auf die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs beim Anfahren zumindest teilweise kompensiert werden.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
• Die Aufgabe wird also mit einem Verfahren zum Steuern des Schließens einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gelöst, bei welchem Verfahren die Kupplung derart gesteuert wird, dass das von ihr übertragene Moment einer vorbestimmten Kennlinie erfolgt, die von dem durch die Stellung des Gaspedals, die Masse des Kraftfahrzeugs und/oder der Steigung einer fahrbahnbedingten Vortriebskraftbedarf des Kraftfahrzeugs abhängt.
• Mit Vorteil wird die im Antriebsstrang enthaltene Antriebsmaschine derart gesteuert, dass sie bei Erreichen eines maximalen übertragbaren Kupplungsmoments entsprechend der Kennlinie mit einer vorbestimmten, von der Stellung des Gaspedals abhängigen Drehzahl dreht.
• Bevorzugt wird die Kupplung bei erhöhtem Vortriebskraftbedarf entsprechend einer stärker betätigten Stellung des Gaspedals betätigt.
• Die Fahrzeugmasse kann beispielsweise von einem Gewichtsensor ermittelt werden.
• Die Fahrbahnsteigung kann beispielsweise von einem Steigungssensor ermittelt werden.
• Alternativ und/oder zusätzlich kann der Vortriebskraftbedarf des Fahrzeugs aus dem Moment und der Drehzahl der Antriebsmaschine, der Fahrzeugbeschleunigung sowie gegebenenfalls weiteren Parametern berechnet werden.
• Bei einer vorteilhaften Durchführungsform des Verfahrens werden die Kupplung und die Antriebsmaschine derart gesteuert, dass die Antriebsmaschine bei schlupfender Kupplung eine gegebenenfalls vom Vortriebskraftbedarf abhängige Anfahrsolldrehzahl erreicht, die bei unter einen Schwellwert abnehmendem Kupplungsschlupf auf eine gegebenenfalls von der Gaspedalstellung abhängige Anfahrdrehzahl abnimmt.
• Bevorzugt nimmt der Kupplungsschlupf innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer unter den Schwellwert ab.
• Eine Vorrichtung zum Steuern des Schließens einer automatischen Kupplung im Antriebsstrang eines Fahrzeugs, welcher Antriebsstrang eine Antriebsmaschine enthält, die über eine von einem Aktor betätigte Kupplung mit wenigstens einem Rad des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, enthält eine elektronische Steuereinrichtung, die wenigstens mit einem Sensor zum Erfassen der Stellung eines Gaspedals verbunden ist, eine Einrichtung zum Ermitteln einer Fahrzeugmasse und/oder einer Fahrbahnsteigung und eine Speichereinrichtung enthält, in der von der Stellung des Gaspedals, der Fahrzeugmasse und/oder der Fahrbahnsteigung abhängige Programme zur Steuerung des Aktors entsprechend einem Verfahren nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren.
• Die Erfindung eignet sich zur Verwendung für automatisierte Kupplungen in weitgehend allen Antriebssträngen eines Kraftfahrzeugs, wobei der automatisierten Kupplung ein von Hand geschaltetes Getriebe oder ein automatisches Getriebe mit stufenweiser oder stufenloser Übersetzungsänderung nachgeschaltet sein kann. Die Erfindung kann nicht nur beim Anfahren eingesetzt werden, sondern auch beim Schließen der Kupplung nach einem Gangwechsel.
• Der Begriff Kupplung wird im Folgenden für jede Art von Drehmomentübertragungseinrichtung verwendet, bei der das übertragbare Drehmoment einstellbar ist.
• Die Erfindung wird im Folgenden an Hand schematischer Zeichnungen beispielsweise und weiteren Einzelheiten erläutert.
• In den Figuren stellen dar:
• 1 eine Prinzipansicht eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs
• 2 bis 4 Kurven zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung.
• Gemäß 1 weist ein Fahrzeugantriebsstrang eine Antriebsmaschine 10 auf, die über eine Kupplung 12 mit einem Getriebe 14 verbunden ist, dessen Ausgangswelle über eine Kardanwelle 16 und ein Differential 18 die Hinterräder 20 des Kraftfahrzeugs antreibt. Es versteht sich, dass der Antriebsstrang auch für einen Vorderradantrieb oder einen Allradantrieb abwandelbar ist.
• Im dargestellten Beispiel ist die Kupplung eine konventionelle Reibungskupplung, deren Betätigungshebel von einem Kupplungsaktor 22, beispielsweise einem Elektromotor, betätigt wird.
• Das Getriebe 14 ist beispielsweise ein automatisiertes Handschaltgetriebe, dessen Schaltglied von einem Getriebeaktor 24 zum Wählen und Schalten eines Gangs betätigt werden können. Dazu enthält der Getriebeaktor 24 vorzugsweise zwei Elektromotoren.
• Zur Steuerung des Kupplungsaktors 22 und des Getriebeaktors 24 dient ein Getriebesteuergerät 26, dessen Eingänge mit Sensoren zur Erfassung der Stellung des Kupplungsaktors 22, des Getriebeaktors 24, einem Sensor 28 zum Erfassen der Stellung eines Getriebewählhebel 30, Raddrehzahlsensoren 36 (es sind nur die der Hinterräder dargestellt), sowie gegebenenfalls weiteren Sensoren verbunden sind. Das Getriebesteuergerät 26 enthält einen Mikroprozessor und Speichereinrichtungen, in denen Programme gespeichert sind, entsprechend denen die Aktoren 22 und 24 abhängig von den Eingangssignalen gesteuert werden.
• Zur Steuerung der Antriebsmaschine 10, beispielsweise einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, ist ein Motorsteuergerät 40 vorgesehen, dessen Eingänge mit einem Sensor 42 zum Erfassen der Stellung eines Gaspedals 44, einem Sensor 46 zum Erfassen der Stellung eines Bremspedals 48, einem Sensor 52 zum Erfassen der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, einem Sensor zum Erfassen der Stellung β eines Aktors 50 zum Verstellen eines Leistungsstellgliedes 52 der Brennkraftmaschine, einem Sensor 54 zum Erfassen des der Brennkraftmaschine zuströmenden Luftdurchsatzes, einem Sensor 56 zum Erfassen der Temperatur der Brennkraftmaschine sowie gegebenenfalls weiteren Sensoren verbunden sind. Ein Ausgang des Motorsteuergerätes 40 steuert den Aktor 50 zum Betätigen des Leistungsstellgliedes der Brennkraftmaschine.
• Die Steuergeräte 26 und 40 sowie gegebenenfalls weitere Steuergeräte (z. B. ABS-Steuergerät, Fahrstabilitätssteuergerät usw.) sind über eine BUS-Leitung 58 miteinander verbunden, so dass Daten zwischen den Steuergeräten übertragen werden können und die Funktionalitäten der Steuergeräten in unterschiedlicher Weise auf verschiedene Hardwareeinheiten aufgeteilt werden können oder in einer einzigen zentralen Einheit zusammengefasst sein können.
• Die Funktion der einzelnen Komponenten des geschilderten Antriebsstrangs sind an sich bekannt und werden nicht erläutert.
• Beim Schließen der Kupplung 12 zum Anfahren oder bei einem Gangwechsel wird die Kupplung entsprechend einer beispielsweise im Getriebesteuergerät 26 abgelegten Kennlinie benötigt, die das jeweils übertragbare Kupplungsmoment abhängig von der Stellung eines Betätigungsgliedes der Kupplung bzw. des Kupplungsaktors 22 angibt. Das jeweils übertragbare Kupplungsmoment und das von der Antriebsmaschine augenblicklich, abgegebene Moment sind vorteilhafterweise auch nach Beendigung des Anfahrens oder des Gangwechsels aufeinander abgestimmt, so dass die Kupplung jeweils nur ein erforderliches Moment übertragen kann.
• Zum Anfahren (eingelegt erster Gang oder eingelegte erste Fahrstufe und Betätigung des Gaspedals 44) wird beispielsweise der Kupplungsaktor 22 derart gesteuert, dass die Kupplung mit vorbestimmtem, gegebenenfalls von weiteren Betriebsparametern abhängigem Zeitverlauf ein bis zu einem Maximalwert, der gegebenenfalls von der Stellung α des Gaspedals 44 abhängt, zunehmendes Drehmoment überträgt, wobei die Antriebsmaschine beispielsweise derart gesteuert wird, dass sie mit einem vorbestimmten, gegebenenfalls von der Stellung des Gaspedals abhängigen Anfahrsolldrehzahl dreht, die gegebenenfalls einer Anfahrdrehzahl entspricht, die bei nicht schlupfender Kupplung zu einer erwünschten Anfahrgeschwindigkeit führt.
• Damit das Anfahrverhalten des Fahrzeugs innerhalb der durch das Leistungsvermögen der Antriebsmaschine möglichen Grenzen weitgehend unabhängig davon ist, ob sich das Fahrzeug auf waagrechter, abfallender oder ansteigender Fahrbahn befindet oder das Fahrzeug schwer beladen ist, ist ein Neigungssensor 60, der in an sich bekannter Weise mit einer trägen Masse 62 arbeitet, an das Motorsteuergerät 40 angeschlossen. Weiter sind Lastsensoren 64 (nur einer ist dargestellt) an das Motorsteuergerät 40 angeschlossen, mit denen beispielsweise über den Federweg von Fahrwerkteilen das aktuelle Fahrzeuggewicht erfasst wird.
• Die Vortriebskraft, die zum Erreichen eines vorbestimmten Anfahrverhaltens von der Antriebsmaschine 10 auf das Fahrzeug aufgebracht werden muss, hängt vom Fahrerwunsch, d. h. der Stellung α des Gaspedals 44, der vom Neigungssensor 60 ermittelten Fahrbahnneigung sowie dem von dem Lastsensoren 64 ermittelten Fahrzeuggewicht bzw. der Fahrzeugmasse ab.
• An Hand der 2 bis 4 wird im Folgenden beispielhaft erläutert, wie die Fahrbahnneigung und/oder die Fahrzeugmasse bei der Steuerung der Kupplung 12 berücksichtigt wird:
• 2 zeigt auf der Abszisse die Stellung α des Gaspedals und auf der Ordinate das übertragbare Kupplungsmoment NK. Die durchgezogene Linie gibt das maximale Kupplungsmoment an, das bei einer Stellung x des Gaspedals am Ende eines Anfahrvorgangs von der Kupplung übertragen wird. Der Gaspedalstellung a entspricht ein maximales Kupplungsmoment NKa.
• Wenn die Fahrbahn eine Steigung hat oder das Fahrzeug schwerer ist, wird die Kennlinie I für waagrechte Fahrbahn und Fahrzeugnormgewicht zur Kennlinie II verschoben. Der Gaspedalstellung a entspricht dann ein maximales Kupplungsmoment NKax oder mit anderen Worten wird ein maximales Kupplungsmoment angefahren, das der Gaspedalstellung ax bei der Kennlinie I entspricht.
• Es versteht sich, dass die Kennlinien- bzw. Gaspedalstellungsverschiebung nur beispielhaft ist und dass nicht lineare und andere Kennlinienverschiebungen möglich sind, die jeweils in der nachfolgenden erläuterten Weise zu einem von der Fahrbahnneigung und/oder dem Fahrzeuggewicht weitgehend unabhängigem Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs führen, wobei die beim Anfahren angefahrene Kupplungsmoment abhängig von der Gaspedalstellung zeigende Kennlinie für eine Veränderung der Fahrzeugmasse eine andere Form als für eine Veränderung der Fahrbahnneigung haben kann.
• 3 zeigt auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate das Kupplungsmoment NK bzw. das Motormoment NM.
• Die Kurve I gibt ein entsprechend einer vorbestimmten Kennlinie beim Anfahren gesteuertes Kupplungsmoment an, wobei die Kennlinie beispielsweise bei waagrechter Fahrbahn und normal belasteten Fahrzeug wirksam ist. Zum Zeitpunkt t1 erreicht das Kupplungsmoment NK einen vorbestimmten maximalen Anfahrwert NKa (2). Die Antriebsmaschine I0 wird derart gesteuert, dass die Antriebsmoment beispielsweise zu einem vorbestimmten Kupplungsschlupf führt, woraus sich ein Drehzahlverlauf der Drehzahl nM der Antriebsmaschine entsprechend der Kurve I der 4 ergibt. Zum Zeitpunkt t1 nähert sich das Antriebsmoment NM der Antriebsmaschine dem Kupplungsmoment, so dass der Anfahrvorgang beendet ist und die Kupplung weitgehend schlupffrei läuft. Mit dem geschilderten Anfahrvorgang ist ein Verlauf der Stellung β des Laststellgliedes der Antriebsmaschine gemäß der Kurve II der 4 verbunden.
• Wenn bei ansteigender Fahrbahn angefahren werden soll, wird das Kupplungsmoment NK entsprechend der Kurve III der 3 gesteuert, d. h. es liegt über dem Kupplungsmoment der Kurve I. Dies führt zu einem Verlauf des Moments NM der Antriebsmaschine gemäß der Kurve IV und zu einem Verlauf der Stellung des Laststellgliedes gemäß der Kurve III der 4.
• Wie ersichtlich, ist der Anfahrvorgang in beiden Fällen zum Zeitpunkt t1 abgeschlossen. Das Fahrzeug hat dann die durch die Motordrehzahl nM zum Zeitpunkt t1 und die jeweilige Übersetzung gegebene Geschwindigkeit, die im dargestellten Beispiel unabhängig von der Steigung ist.
• Das beispielhaft beschriebene Verfahren der Berücksichtigung der Fahrbahnsteigung und/oder der Fahrzeugmasse bei der Steuerung der Kupplung während eines Anfahrvorgangs kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise kann der Drehzahlverlauf der Antriebsmaschine während des Anfahrens auf ansteigender oder waagrechter Fahrbahn unterschiedlich sein, wobei während der Beschleunigung des Fahrzeugs zur Einhaltung der vorgegebenen Beschleunigung eine Drehzahlüberhöhung erforderlich sein kann.
• Beim Anfahren auf abschüssiger Fahrbahn werden die jeweiligen Kennlinien in entgegengesetzter Weise verändert.
• Der Steigungssensor 60 und/oder die Lastsensoren 64 sind nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise kann aus dem Abbremsverhalten des Fahrzeugs vor einem Stillstand auf die Fahrbahnsteigung und/oder die Fahrzeugmasse geschlossen werden.
• Bezugszeichenliste

10

Antriebsmaschine

12

Kupplung

14

Getriebe

16

Kardanwelle

18

Differential

20

Hinterrad

24

Kupplungsaktor

26

Getriebesteuergerät

28

Sensor

30

Wählhebel

36

Raddrehzahlsensor

40

Motorsteuergerät

42

Sensor

44

Gaspedal

46

Sensor

48

Bremspedal

50

Aktor

52

Leistungsstellglied

54

Sensor

56

Sensor

58

BUS-Leitung

60

Neigungssensor

62

träge Masse

64

Lastensensor

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern des Schließens einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Verfahren die Kupplung derart gesteuert wird, dass das von ihr übertragene Moment einer vorbestimmten Kennlinie folgt, die von dem durch die Stellung eines Gaspedals, die Masse des Kraftfahrzeugs und/oder die Steigung einer Fahrbahn bedingten Vortriebskraftbedarf des Kraftfahrzeugs abhängt, wobei die Kupplung und die Antriebsmaschine derart gesteuert werden, dass die Antriebsmaschine bei schlupfender Kupplung eine vom Vortriebskraftbedarf abhängige Solldrehzahl erreicht, die bei unter einen Schwellwert abnehmenden Kupplungsschlupf auf eine von der Gaspedalstellung abhängige Anfahrdrehzahl abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlupf innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer unter den Schwellwert absinkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die im Antriebstrang enthaltene Antriebsmaschine derart gesteuert wird, dass sie bei Erreichen eines maximalen übertragbaren Kupplungsmoments entsprechend der Kennlinie mit einer vorbestimmten, von der Stellung des Gaspedals abhängigen Drehzahl dreht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem Verfahren die Kupplung bei erhöhtem Vortriebskraftbedarf entsprechend einer stärker betätigten Stellung des Gaspedals betätigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem Verfahren die Fahrzeugmasse von einem Gewichtssensor ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem Verfahren die Fahrbahnsteigung von einem Steigungssensor ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem Verfahren der Vortriebskraftbedarf des Fahrzeugs aus dem Moment und der Drehzahl der Antriebsmaschine, der Fahrzeugsbeschleunigung und weiteren Parametern berechnet wird.
7. Vorrichtung zum Steuern des Schließens einer automatisierten Kupplung (12) im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, welcher Antriebsstrang eine Antriebsmaschine (10) enthält, die über die von einem Aktor (22) betätigte Kupplung (12) mit wenigstens einem Rad (20) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, welche Vorrichtung eine elektronische Steuereinrichtung (26, 40) enthält, die wenigstens mit einem Sensor (42) zum Erfassen der Stellung eines Gaspedals (44) verbunden ist, einer Einrichtung (60, 64) zum Ermitteln einer Fahrzeugmasse und/oder einer Fahrbahnneigung und eine Speichereinrichtung enthält, in der von der Stellung des Gaspedals, der Fahrzeugmasse und/oder der Fahrbahnneigung abhängige Kennlinien zur Steuerung des Aktors (22) entsprechend einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 abgelegt sind, wobei die Kupplung und die Antriebsmaschine derart gesteuert werden, dass die Antriebsmaschine bei schlupfender Kupplung eine vom Vortriebskraftbedarf abhängige Solldrehzahl erreicht, die bei unter einen Schwellwert abnehmenden Kupplungsschlupf auf eine von der Gaspedalstellung abhängige Anfahrdrehzahl abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlupf innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer unter den Schwellwert absinkt.

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