DE102005035303B4 - Verfahren zur Steuerung eines vom Fahrer anwählbaren Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines vom Fahrer anwählbaren Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges mit einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten Drehmomentübertragungseinheit, bei dem mittels mindestens einer elektronischen Steuereinrichtung im Falle einer Leistungsanforderung durch den Fahrer, die auf eine maximale Leistungsanforderung schließen lässt, in einer Vorbereitungsphase, in der noch kein positives Radmoment auf die Fahrbahn übertragen wird, die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment des Antriebsmotors auf einen im Vergleich zum üblichen Leerlaufbetrieb erhöhten Wert eingestellt wird und in einer Beschleunigungsphase, in der ein positives Radmoment auf die Fahrbahn übertragen wird, eine maximale Fahrzeugbeschleunigung eingeleitet wird, wobei das Getriebe (2) ein Automatikgetriebe und die Drehmomentübertragungseinheit (3) ein hydraulischer Wandler ist, dass in der Vorbereitungsphase eine Feststellbremsfunktion automatisch aktiviert wird und anschließend die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment des Antriebsmotors (1) auf einen wandlerkennungsabhängigen oberen Grenzwert (nMot_rennstait) eingestellt wird und wobei der Anfahrvorgang erst dann aktiviert wird, wenn ein Gangwahlschalter oder Paddels durchgedrückt sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines vom Fahrer anwählbaren Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise im Zusammenhang mit einem Rennstart-Anfahrvorgang („Launch Control“) bei BMW M Fahrzeugen bekannt. Diese Launch Control ermöglicht auf griffiger Fahrbahn eine optimale Fahrzeugbeschleunigung. Diese bekannte Launch Control wird angewählt, indem bei stehendem Fahrzeug das Schlupfregelsystem deaktiviert wird, ein spezielles Fahrprogramm gewählt wird, der Wählhebel bei stehendem Fahrzeug in eine bestimmte Position gebracht wird und das Gaspedal voll durchgetreten wird. Die Launch Control wird daraufhin vorbereitet, indem bei noch geöffneter Kupplung die Motordrehzahl auf einen festen Wert eingeregelt wird. Mit Loslassen des Wählhebels beschleunigt das Fahrzeug; d. h. der vorbereitete Anfahrvorgang wird anschließend mittels Kupplungsregelung im Sinne einer optimalen Beschleunigung weitergeführt.
• Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf die DE 103 56 194 A1 und die DE 103 05 298 A1 hingewiesen.
• Aus der DE 196 53 855 C1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, das eine Kupplungsregelung im Zusammenhang mit einem Rennstart abhängig vom Schlupf der Antriebsräder und von der Fahrzeuggeschwindigkeit vornimmt.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Verfahren hinsichtlich der Anwendbarkeit auf Automatikgetriebe zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Gegenstände der abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines vom Fahrer anwählbaren Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Rennstarts (auch Launch Control genannt), mit einer zwischen einem Antriebsmotor (z. B. Brennkraftmaschine, Elektromotor oder Hybridantrieb) und einem Getriebe angeordneten Drehmomentübertragungseinheit. Bei diesem Anfahrvorgang wird mittels mindestens einer elektronischen Steuereinrichtung im Falle einer Leistungsanforderung durch den Fahrer, die auf eine maximale Leistungsanforderung schließen lässt, in einer Vorbereitungsphase, in der noch kein positives Radmoment auf die Fahrbahn übertragen wird, die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment des Antriebsmotors auf einen im Vergleich zum üblichen Leerlaufbetrieb erhöhten Wert eingestellt. In einer daran anschließenden Beschleunigungsphase, in der ein positives Radmoment auf die Fahrbahn übertragen wird, wird eine möglichst maximale Fahrzeugbeschleunigung eingeleitet. Nach der Erfindung ist das Getriebe ein Automatikgetriebe und die Drehmomentübertragungseinheit ein hydraulischer Wandler. In der Vorbereitungsphase wird zunächst eine Feststellbremsfunktion (hydraulisch durch ein aktives Bremsregelungssystem oder elektromechanisch) automatisch aktiviert. Anschließend wird die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment des Antriebsmotors auf einen wandlerkennungsabhängigen oberen Grenzwert eingestellt.
• Vorzugsweise wird der wandlerkennungsabhangige obere Grenzwert derart ermittelt, dass zunächst das maximal übertragbare Antriebsmoment (d. h. Haftreibung, gerade noch ohne Auftreten von Schlupf an den Antriebsrädern) bestimmt und anschließend ein definierter Antriebsmoment-Offset hinzuaddiert. Äquivalent hierzu sind zum Antriebsmoment proportionale Größen, wie z. B. die Antriebskraft an den Rädern.
• Wenn ein vorgegebener Radschlupf überschritten wird, kann beispielsweise eine Reduzierung des Radmoments vorgenommen werden. Dies kann gesteuert oder geregelt erfolgen. Die Reduzierung des Radmoments wird beispielsweise über schnell wirkende Maßnahmen zur Reduzierung des Antriebsmoments, wie Zündwinkelverstellung, Zündausblendung, Einspritzmengenreduzierung oder Einspritzabschaltung, durchgeführt. Die Reduzierung des Radmoments kann auch durch Beaufschlagung eines Rad-Bremsmoments mittels eines Bremsregelsystems oder eines Antriebs-Bremsmoments durch Beaufschlagung des Bordnetzes mit einem elektrischen Verbraucher vorgenommen werden.
• Vorzugsweise wird der Anfahrvorgang ereignisgesteuert aktiviert und ereignisgesteuert abgebrochen.
• Der Anfahrvorgang (z. B. so genannter Rennstart) wird insbesondere dann aktiviert, wenn ein Leistungsanforderungssignal, das durch den Fahrer veranlasst wurde, vorliegt, das auf eine maximale Leistungsanforderung schließen lässt, wie z. B. das Durchtreten des Fahrpedals mit hoher Betätigungsgeschwindigkeit und/oder bis zu einem oberen Fahrpedalwinkelschwellwert. Vorzugsweise wird der Anfahrvorgang erst dann aktiviert, wenn beispielsweise mindestens ein weiteres der folgenden Ereignisse auftritt:
• • Fahrstabilitätssystem (z. B. ASC- oder DSC-Bremsregelsystem) wurde deaktiviert oder DTC (Dynamischer Traktions-Modus) wurde aktiviert oder gesonderter Bedienknopf für sportliche Fahrweise wurde gedrückt
• • Wählhebel oder Gangwahlschalter oder Paddels durchgedrückt oder Bremse mit einem Bremsdruck oberhalb einer definierten Schwelle betätigt bzw. Auto-Hold-Funktion angefordert (in diesem Fall anschließende Übernahme der automatischen Feststellbremsfunktion durch erfindungsgemäßes Verfahren, wenn Fahrer Bremspedal loslässt) oder gesonderter Bedienknopf für sportliche Fahrweise gedrückt
• • 1. Gang eingelegt (falls das Automatikgetriebe durch z. B. durch ein Manuellschalt-Programm beim Anfahren auch einen anderen Gang ermöglicht) (Position D, S oder M)
• • Häufigkeit des Rennstarts innerhalb einer vorgegebenen Zeit unterhalb einer vorgegebenen Schwelle usw.
• Der Anfahrvorgang wird abgebrochen, wenn beispielsweise folgende Ereignisse allein oder in beliebiger Kombination miteinander auftreten:
• • Fahrpedal unterhalb des oberen Fahrpedalwinkelschwellwerts
• • Wählhebel oder Gangwahlschalter oder Paddels oder gesonderter Bedienknopf für sportliche Fahrweise werden losgelassen
• • Öltemperatur des Wandlers oder Getriebeöltemperatur oberhalb einer vorgegebenen Schwelle
• • Definierte Zeitschwelle wird überschritten
• Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine schematische Übersicht über das Zusammenwirken von möglichen Fahrzeugkomponenten, die für eine Realisierung der Erfindung verwendbar sind.
• In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug dargestellt, das einen Antriebsmotor 1, ein Automatikgetriebe 2 und eine Drehmomentübertragungseinheit 3 in Form eines hydraulischen Wandlers aufweist. Weiterhin soll das Kraftfahrzeug ein elektronisch gesteuertes Bremsregelsystem (beispielsweise ein bekanntes ASC- oder DSC-System) enthalten. Dem Antriebsmotor 1 ist ein elektronisches Motorsteuergerät 4, dem Getriebe 2 ist ein elektronisches Getriebesteuergerät 5 und dem Bremsregelsystem ist ein elektronisches Bremsregelsteuergerät 6 zugeordnet. Die Steuergeräte 4, 5 und 6 kommunizieren über einen Datenbus CAN miteinander. In einem Bedienelemente- und Sensorblock 7 werden schematisch die erforderlichen Schalter und Sensoren zusammengefasst, deren Signalinformationen ebenfalls auf dem Datenbus CAN allen Steuergeräten 4, 5 und 6 zur Verfügung gestellt werden. Derartige Signaleinformationen sind beispielsweise die Stellung des Fahrpedals FP, die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die mittlere Drehzahl n der angetriebenen Räder R1 und R2 (hier Hinterradantrieb; Erfindung gilt auch für Vorderradantrieb oder Allradantrieb), Signale von Ein- und Ausschaltern des Bremsregelsystem, der Fußbremse und/oder der Handbremse sowie Schalterzustände des Getriebewählhebels und/oder anderer getriebebezogener Schalter (Sportprogramm, Manuellprogramm).
• In einer Vorbereitungsphase wird der Anfahrvorgang in Form eines Rennstarts insbesondere durch das abrupte Durchtreten des Fahrpedals FP auf 100% gegebenenfalls zusammen mit weiteren beliebig definierten Signalkombinationen (siehe oben) aktiviert.
• Zu Beginn der Vorbereitungsphase wird zunächst eine Feststellbremsfunktion (durch hydraulische Betriebsbremse und/oder durch elektromechanische Feststellbremse) automatisch aktiviert, um das Fahrzeug festzubremsen. Anschließend wird die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment des Antriebsmotors auf einen wandlerkennungsabhängigen oberen Grenzwert n_{Mot_rennstart} eingestellt.
• Dabei wird vorzugsweise der wandlerkennungsabhängige obere Grenzwert n_{Mot_rennstart} derart ermittelt, dass zunächst das maximal übertragbare Antriebsmoment M_A,Haft (d. h. Haftreibung, gerade noch ohne Auftreten von Schlupf an den Rädern) oder gleichwirkend damit die maximal übertragbare Antriebskraft F_A,Haft bestimmt wird
• Dabei wird die maximal übertragbare Antriebskraft F_A,Haft oder das maximal übertragbare Antriebsmoment M_A,Haft je nach Fahrzeug (Achslast, Anzahl der angetriebenen Achsen) über den Straßenreibkoeffizienten µ_Reib, die Normalkraft F_N an der (den) Achse(en) und gegebenenfalls durch den dynamischen Rollradius des Reifens rdyn durch die Gleichungen (1) oder (1') ermittelt: $${\text{F}}_{\text{A},\text{ Haft}}={\mathrm{\mu }}_{\text{Reib}}*{\text{F}}_{\text{N}}$$

  

  $${\text{M}}_{\text{A},\text{ Haft}}={\text{ r}}_{\text{dyn}}\text{*}{\mathrm{\mu }}_{\text{Reib}}*{\text{F}}_{\text{N}}$$

  
• Zu dieser Kraft bzw. zu diesem Moment wird anschließend ein definierter Offset x hinzuaddiert. Somit erhält man die optimale Antriebskraft (F_A) bzw. das optimale Antriebsmoment (M_A) beim Anfahren: $${\text{F}}_{\text{A}}={\text{F}}_{\text{A}\text{, Haft}}+\text{x}$$

  

  $${\text{M}}_{\text{A}}={\text{r}}_{\text{dyn}}*{\text{F}}_{\text{A}}$$

  
• Mit dem Offset x soll ein bestimmter Schlupf an den Rädern erreicht werden, der für eine maximale Fahrzeugbeschleunigung optimal ist, und wird vorzugsweise empirisch ermittelt.
• Damit ergibt sich für das Wandlerturbinenmoment M_T. $${\text{M}}_{\text{T}}={\text{M}}_{\text{A}}\text{/}\left({\text{i}}_{\text{HA}}*{\text{i}}_{\text{1 Gang}}\right)$$

  

  wobei i_HA die Hinterachsgetriebeübersetzung und i₁ Gang die Getriebeübersetzung im 1. Gang ist.
• Anschließend wird das Wandlerpumpenmoment M_P, das nahezu gleich dem Antriebsmoment M_Mot ist, über die Wandlerverstarkung µ ermittelt: $${\text{M}}_{\text{P}}={\text{M}}_{\text{Mot}}={\text{M}}_{\text{T}}/\mu )$$

  
• Die erhöhte Drehzahl n_{Mot_rennstart} des Antriebsmotors als wandlerkennungsabhängiger oberer Grenzwert ergibt sich beispielsweise über ein Wandleraufnahmemoment M_P2000: $${\text{n}}_{\text{Mot\_rennstart}}=\text{Wurzel}\left({\text{M}}_{\text{P}}{\text{/M}}_{\text{P2000}}\right)*2000$$

  
• Ergänzend wird daraufhin gewiesen, dass sich mit Wandlern hinsichtlich des Schlupfes an den Antriebsrädern ein selbstkorrigierender Effekt einstellt: Bei zu großem Turbinenmoment bzw. Antriebsmoment tritt größerer Schlupf an den Antriebsrädern auf, was dazu führt, dass sich der Schlupf im Wandler (zwischen Pumpe und Turbine) abbaut. Daraus folgt eine Reduktion der Wandlerverstärkung, welche das Turbinenmoment reduziert und damit der Schlupf an den Antriebsrädern geringer wird.
• Bei sehr hohem Schlupf an den Antriebsrädern (z. B. hervorgerufen durch einen geringen Straßenreibkoeffizienten) besteht auch die Möglichkeit durch Bremseingriffe diesen Schlupf auf einen bestimmen Wert zu reduzieren, um die Fahrleistung zu verbessern.
• Wenn im Stillstand bei aktiver Launch Control die Drehzahl bzw. das Antriebsmoment hochgefahren wird und somit großer Schlupf im Wandler auftritt, kann hohe Verlustleistung entstehen. Dies würde zu hohen lokalen Temperaturen führen, die die Öleigenschaften negativ beeinflussen könnten Deshalb wird vorzugsweise die Verlustleistung berechnet und daraus unter Berücksichtigung der Wandlergeometrie und der Öleigenschaften die lokale Öltemperatur ermittelt. Bei Überschreiten einer definierten Öltemperaturschwelle wird daher vorzugsweise der erfindungsgemäße Anfahrvorgang bzw. die Launch Control ausgeschaltet
• Mit der Erfindung werden insbesondere folgende Vorteile erzielt:
• • Auch mit Wandlern können maximale Fahrleistungen dargestellt werden.
• • Mit Wandlern können gegenüber automatischen Kupplungen höhere Belastungen erfolgen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines vom Fahrer anwählbaren Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges mit einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten Drehmomentübertragungseinheit, bei dem mittels mindestens einer elektronischen Steuereinrichtung im Falle einer Leistungsanforderung durch den Fahrer, die auf eine maximale Leistungsanforderung schließen lässt, in einer Vorbereitungsphase, in der noch kein positives Radmoment auf die Fahrbahn übertragen wird, die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment des Antriebsmotors auf einen im Vergleich zum üblichen Leerlaufbetrieb erhöhten Wert eingestellt wird und in einer Beschleunigungsphase, in der ein positives Radmoment auf die Fahrbahn übertragen wird, eine maximale Fahrzeugbeschleunigung eingeleitet wird, wobei das Getriebe (2) ein Automatikgetriebe und die Drehmomentübertragungseinheit (3) ein hydraulischer Wandler ist, dass in der Vorbereitungsphase eine Feststellbremsfunktion automatisch aktiviert wird und anschließend die Drehzahl und/oder das Antriebsmoment des Antriebsmotors (1) auf einen wandlerkennungsabhängigen oberen Grenzwert (n_{Mot_rennstait}) eingestellt wird und wobei der Anfahrvorgang erst dann aktiviert wird, wenn ein Gangwahlschalter oder Paddels durchgedrückt sind.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahrvorgang abgebrochen wird, wenn der Gangwahlschalter oder die Paddels losgelassen werden.

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