DE102007043591B4

DE102007043591B4 - Verfahren zum Verhindern des Abwürgens des Verbrennungsmotors während eines Anfahrvorgangs

Info

Publication number: DE102007043591B4
Application number: DE102007043591.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Buchhold Oliver; Rachid Mansour
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: DE102007043591A1

Abstract

Verfahren zum Verhindern des Abwürgens eines Verbrennungsmotors während eines Anfahrvorgangs bei einem Kraftfahrzeug umfassend ein automatisiertes Schaltgetriebe, wobei eine Anfahrkupplung des Kraftfahrzeugs derart angesteuert wird, dass die Belastung des Verbrennungsmotors durch die zu schließende sich im Schlupf befindliche Anfahrkupplung reduziert wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors einbricht, wobei, wenn sich die Motordrehzahl (n) stabilisiert bzw. wenn die Motordrehzahl (n) ansteigt, der Anfahrvorgang durch Schließen der Kupplung fortgesetzt wird, dadurch g e - kennzeichnet, dass bei einbrechender Motordrehzahl (n) das Kupplungsmoment (M) um einen Betrag (Δm) abgesenkt wird, der von der Steilheit des Drehzahleinbruchs, d.h. vom Gradienten des Motordrehzahlverlaufs und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) zum Zeitpunkt des Momenteneinbruchs abhängt, wobei nach erfolgter Absenkung des Kupplungsmomentes (M) die Kupplungsposition für ein definiertes Zeitintervall (Δt) stabil gehalten wird, wobei, wenn in diesem Zeitintervall (Δt) die Motordrehzahl (n) durch die Absenkung des Kupplungsmomentes (M) ansteigt, das Schließen der Kupplung, d.h. der Anfahrvorgang fortgesetzt wird und wobei, wenn die Motordrehzahl (n) weiter abfällt, das Kupplungsmoment (M) um einen weiteren Betrag (Δm') abgesenkt und die Kupplung in der neuen Position um ein weiteres definiertes Zeitintervall (Δt') stabil gehalten wird und wobei die Schritte der Absenkung des Kupplungsmomentes (M) und des Haltens der Kupplung für ein definiertes Zeitintervall (Dt') in der neuen, der Momentenabsenkung entsprechenden Position wiederholt werden, bis sich die Motordrehzahl (n) stabilisiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern des Abwürgens des Antriebsmotors während eines Anfahrvorgangs bei einem Kraftfahrzeug umfassend ein automatisiertes Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein automatisiertes Schaltgetriebe umfasst nach dem Stand der Technik eine elektromechanische Kupplungssteuerung und eine elektromechanische Getriebesteuerung sowie eine Steuerelektronik, welche mit der Steuerelektronik des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs über in der Regel einen CAN-Bus in Verbindung steht.
Schaltsysteme von automatisierten Schaltgetrieben umfassen auch konventionelle, z.T. auch manuell betätigbare Schaltelemente, umfassend eine zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe angeordnete Anfahrkupplung und Schaltelemente zum Wählen und Schalten der einzelnen Gänge, wobei die Betätigung der Schaltelemente über entsprechende in der Regel als hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Kolben-Zylinder-Anordnungen oder als elektrische Aktuatoren ausgebildete Betätigungselemente erfolgt. Ein automatisiertes Schaltgetriebe ist beispielsweise in der DE 102 30 612 A1 beschrieben.
Bei Fahrzeugen, die ein automatisiertes Schaltgetriebe umfassen, wird ein Anfahrvorgang des Fahrzeuges ausgelöst, wenn bei eingelegtem Gang im Stillstand die Fahrpedalstellung einen definierten Grenzwert überschreitet. Hierbei wird die Fahrpedalstellung der Steuerung des automatisierten Getriebes von der Steuerung des Verbrennungsmotors in der Regel über den CAN-Bus übermittelt.
Beim Anfahren wird die Motordrehzahl von der Getriebesteuerung auf einen Zielwert eingeregelt, indem sie das Motormoment über CAN an die Steuerung des Verbrennungsmotors vorgibt, wobei gleichzeitig die Anfahrkupplung auf eine fahrpedalabhängige Position in Schlupf gebracht wird, so dass ein vorgegebenes zu übertragendes Moment erreicht wird.
Wird die Kupplung während des Anfahrvorgangs so schnell geschlossen, dass das Kupplungsmoment das aktuell maximal verfügbare Motormoment überschreitet, so wird der Motor in nachteiliger Weise abgewürgt. Diese Situation kann insbesondere bei Fahrzeugen, die moderne Dieselmotoren umfassen, auftreten, weil diese Motoren das Motormoment beim Anfahren stark begrenzen, um die Entwicklung von Rauchgas und erhöhte Emissionswerte zu verhindern.
Des weiteren ist bekannt, dass sich das verfügbare Motormoment in einzelnen Fahrzeugen aufgrund von Serienstreuungen und Alterungsprozessen stark reduzieren kann; die Steuerung des Schließens der Anfahrkupplung soll nicht auf diese Fahrzeuge zugeschnitten werden, weil der Anfahrvorgang für die anderen Fahrzeuge zu langsam ausgeführt werden würde, was die Spontanitätsanforderungen seitens der Fahrer nicht erfüllen würde.
Aus der DE 42 37 983 C2 ist eine Anordnung zur automatischen Steuerung einer von einem Stellantrieb betätigbaren Reibungskupplung beschrieben. Im Rahmen der DE 42 37 983 C2 wird zudem vorgeschlagen, das Motormoment rampenförmig zu erhöhen, während die Motordrehzahl durch Positionieren der Kupplung auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Des weiteren wird vorgeschlagen, die Kupplung mit einer Stellgeschwindigkeit in Schließrichtung und/oder Öffnungsrichtung zu steuern, die proportional zur Abweichung der Motordrehzahl von der Anfahrmotordrehzahl ist. Durch diese Vorgehensweise wird gewährleistet, dass die Anfahrkupplung bei einbrechender Motordrehzahl automatisch geöffnet wird, wodurch ein Abwürgen des Motors vermieden wird.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass sich die Stabilität des geschlossenen Regelkreises der Motordrehzahl nur schwer gewährleisten lässt, weil die Dynamik typischer Kupplungssteller für eine sichere Regelung der Motordrehzahl nicht ausreicht.
Eine weitere Möglichkeit ein Abwürgen des Motors während des Anfahrvorgangs zu verhindern, besteht in dem Einsatz einer Mehrgrößenregelung, bei der die Motordrehzahl gleichzeitig durch Motormoment und Kupplungsposition beeinflusst wird. Bei dieser Vorgehensweise besteht ebenfalls das Problem, die Stabilität des geschlossenen Regelkreises sicherzustellen, weil die langsam verstellbare Kupplungsposition zur Regelung der schnell veränderlichen Motordrehzahl verwendet wird.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2006 035 142 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Überwachung eines Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Schaltsystem bekannt, welches einen Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor, einem Drehmomentübertragungssystem, einem Getriebe, einer Steuereinheit und einem von der Steuereinheit gesteuerten Aktuator zur Betätigung des Drehmomentübertragungssystems aufweist. Das bekannte Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Erkennen, ob eine Anfahrt erwünscht ist;
b) Erkennen, ob nach einem eindeutigen Anfahrwunsch eine Anfahrt erfolgt;
c) falls trotz Anfahrwunsch keine Anfahrt erfolgt: Anheben der Motordrehzahl und gegebenenfalls leichtes Öffnen des Drehmomentübertragungssystems;
d) Prüfen, ob mit den eingeleiteten Maßnahmen eine Anfahrt erfolgt und wiederholen des Schrittes c), falls keine Anfahrt erfolgt ist;
e) Zwangsschließen des Drehmomentübertragungssystems nach einer vorgebbaren Zeitdauer, falls durch die unter Schritt c) eingeleiteten Maßnahmen noch immer keine Anfahrt erfolgt, wodurch das am Antriebsmotor anliegende höhere Drehmoment zügig an die Räder des Kraftfahrzeuges übertragen wird, wobei ein im Normalbetrieb geregelter Vorgang durch einen gesteuerten Vorgang ersetzt wird;
f) Schutz der zum Anfahren benötigten Bauteile vor Zerstörung, insbesondere des Antriebsmotors und des Drehmomentübertragungssystems, falls die im Schritt c) und e) eingeleiteten Maßnahmen nicht zum Anfahren des Kraftfahrzeuges führen, wobei nach einer vorgebbaren Zeitdauer und/oder beim Überschreiten eines Schwellwertes für eine eingetragene Kupplungsenergie das Motormoment per Motoreingriff zurückgenommen wird;
g) Rücksetzen eines fehlgeschlagenen Anfahrvorganges durch Zurücknahme der Fahrpedalbetätigung; und
h) Ermöglichen erneuter Anfahrversuche.

Aus der DE 102 50 729 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs bekannt, bei welchem nach einem Start eines mittels einer Kupplung von einem Getriebe abgekoppelten Verbrennungsmotors Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eine Drehzahl, ein Gradient einer Drehzahl oder ein abgegebenes Drehmoment, überwacht werden. Die Kraft auf die Kupplung wird mittels eines Beeinflussungselements über einem Grenzwert gehalten, der sicher ausreicht, um den Verbrennungsmotor vom Getriebe abgekoppelt zu halten. Es wird also ein einstellbarer Abstand zum Greifpunkt der Kupplung eingehalten. Das Halten der Kraft wird so lange ausgeführt, bis Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors einstellbare Schwellwerte überschreiten.
Die DE 10 2006 037 838 A1 offenbart ein Verfahren zur Kupplungssteuerung, wobei im Ansprechen auf die Betätigung eines Fahrpedals ein Mindestkupplungsmoment zur Übertragung eines Motormomentes berechnet wird. Es ist vorgesehen, dass in die Berechnung des Mindestkupplungsmomentes das Verhalten des Motors miteinbezogen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verhindern des Abwürgens des Antriebsmotors während eines Anfahrvorgangs bei einem Kraftfahrzeug umfassend ein automatisiertes Schaltgetriebe anzugeben, durch dessen Durchführung das Risiko eines instabilen Regelkreises weitgehend vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird vorgeschlagen, die Anfahrkupplung des Fahrzeugs derart anzusteuern, dass die Belastung des Verbrennungsmotors durch die zu schließende, sich im Schlupf befindliche Anfahrkupplung reduziert wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors einbricht, wobei, wenn sich die Motordrehzahl stabilisiert, der Anfahrvorgang durch Schließen der Kupplung fortgesetzt wird. Auf diese Weise wird durch das hier vorgestellte Verfahren das zu erwartende Verhalten eines Fahrers beim Anfahren nachgebildet.
Erfindungsgemäß wird nach der Absenkung des Kupplungsmomentes die Kupplungsposition für eine definierte Zeit stabil gehalten, die vorzugsweise ebenfalls vom Gradienten der Motordrehzahl und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl abhängt. Wenn in diesem Zeitintervall die Motordrehzahl durch die Absenkung des Kupplungsmomentes ansteigt, wird das Schließen der Kupplung, d.h. der Anfahrvorgang fortgesetzt. Je steiler der Drehzahleinbruch bzw. je größer die Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl ist, desto kürzer ist die Zeit, während der die Kupplungsposition stabil gehalten wird. Es ist gemäß der Erfindung auch möglich, dass die definierte Zeit einen konstanten, in der Steuerung abgelegten Wert annimmt.
Wenn jedoch die Motordrehzahl weiter abfällt, wird das Kupplungsmoment um einen weiteren Betrag abgesenkt und die Kupplung wird in der neuen, der Momentenabsenkung entsprechenden Position um eine weitere definierte Zeit stabil gehalten, die vom Gradienten der Motordrehzahl und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Ablaufs des vorgegebenen Wartezeitintervalls nach der ersten Momentabsenkung an der Kupplung abhängt. Für den Fall, dass in diesem Zeitintervall die Motordrehzahl ansteigt, wird das Schließen der Kupplung fortgesetzt; ist dies nicht der Fall, so wird das Kupplungsmoment erneut um einen weiteren Betrag abgesenkt usw. Die Absenkung des Kupplungsmomentes wird solange wiederholt, bis die Motordrehzahl stabilisiert ist.
Im Rahmen einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, bei einbrechender Motordrehzahl das Kupplungsmoment um einen Betrag abzusenken (d.h. die Kupplung um einen bestimmten Betrag zu öffnen), der von der Steilheit des Drehzahleinbruchs, d.h. vom Gradienten des Motordrehzahlverlaufs und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl abhängt. Je steiler der Drehzahleinbruch bzw. je größer die Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl ist, desto größer ist der Betrag, um den das Kupplungsmoment abgesenkt wird.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Gradient des Momentenabbaus an der Kupplung vom Motordrehzahlgradienten d.h. von der Steilheit des Motordrehzahleinbruchs und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl abhängt
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, zusätzlich oder alternativ zur Absenkung des Kupplungsmomentes in Abhängigkeit von Gradienten der Motordrehzahl und/oder der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl den Gradienten des Momentenaufbaus an der Kupplung (d.h. die Schließgeschwindigkeit der Kupplung), der in der Regel nur von der Fahrpedalstellung abhängt, durch einen Wert zu korrigieren bzw. zu begrenzen, der vom Motordrehzahlgradienten und/oder der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl abhängt. Durch diese Maßnahme kann ein Einbrechen der Motordrehzahl verhindert werden.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird die Motordrehzahl beim Anfahren nicht nur durch das Motormoment sondern auch durch Reduktion des Kupplungsmoments stabilisiert, ohne dass das Risiko eines instabilen Regelkreises besteht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
In der Figur sind die Verläufe der Motordrehzahl n (oberes Diagramm) und des Momentes M an der Anfahrkupplung (unteres Diagramm) gemäß der Erfindung als Funktion der Zeit dargestellt.
Zum Zeitpunkt t₁ beginnt der Anfahrvorgang, wobei die Motordrehzahl auf einen einer von der Getriebesteuerung über CAN an die Steuerung des Verbrennungsmotors vorgegebenen Momentenvorgabe entsprechenden Sollwert n_soll ansteigen soll und an der Kupplung Moment entsprechend der Fahrpedalstellung aufgebaut wird, wobei der Gradient des Momentenaufbaus an der Kupplung eine Funktion der Fahrpedalstellung ist. Der Motordrehzahlverlauf wird durch die Kurve A und der Verlauf des Kupplungsmomentes durch die Kurve B wiedergegeben.
Zum Zeitpunkt t₂ bricht die Motordrehzahl ein, was z.B. dadurch verursacht sein kann, dass das Kupplungsmoment das aktuell maximal verfügbare Motormoment überschreitet. Gemäß der Erfindung wird bei einbrechender Motordrehzahl das Kupplungsmoment um einen Betrag Δm abgesenkt, wobei zu diesem Zweck die Kupplung um einen bestimmten, dem Betrag Δm entsprechenden Betrag geöffnet wird. Wie bereits erläutert, ist der Betrag Δm eine Funktion der Steilheit des Drehzahleinbruchs, d.h. des Gradienten C des Motordrehzahlverlaufs und/oder der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl zum Zeitpunkt t₂ des Momenteneinbruchs.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass auch der Gradient des Momentenabbaus an der Kupplung vom Motordrehzahlgradienten C, d.h. von der Steilheit des Motordrehzahleinbruchs und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl zum Zeitpunkt t₂ des Momenteneinbruchs abhängt.
Nach erfolgtem Momentanabbau an der Kupplung wird gemäß der Erfindung die Kupplungsposition für eine definierte Zeit Δt stabil gehalten, welche vorzugsweise von Gradienten C der Motordrehzahl und/oder der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl abhängt. Wenn nun die Motordrehzahl in dem Zeitintervall Δt durch die Absenkung des Kupplungsmomentes ansteigt, wird das Schließen der Kupplung, d.h. der Anfahrvorgang fortgesetzt.
Wenn jedoch, wie in der Figur gezeigt, die Motordrehzahl weiter abfällt, wird erfindungsgemäß die Kupplung um einen weiteren Momentenbetrag Δm' geöffnet und in der neuen Position für eine definierte Zeit Δt' stabil gehalten, wobei der Momentenbetrag Δm' sowie die Zeit Δt' vom Gradienten der Motordrehzahl und/oder der Soll-/Ist-Abweichung D der Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Ablaufs der Zeit Δt bzw. zum Zeitpunkt des Ablaufs des Wartezeitintervalls nach der zuletzt erfolgten Momentabsenkung der Kupplung abhängen können. Diese Verfahrensschritte werden solange wiederholt, bis die Motordrehzahl stabilisiert ist bzw. wieder ansteigt, was bei dem gezeigten Beispiel zum Zeitpunkt t₃ erfolgt.
Gemäß der Erfindung kann der Gradient des erneuten Momentenabbaus an der Kupplung vom Motordrehzahlgradienten und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Ablaufs der Zeit Δt bzw. für den Fall einer erneuten Momentenabsenkung vom Motordrehzahlgradienten und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung der Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Ablaufs des Wartezeitintervalls nach der zuletzt erfolgten Momentabsenkung der Kupplung abhängen.
Bezugszeichenliste

A: Verlauf der Motordrehzahl
B: Verlauf des Momentes an der Kupplung
C: Gradient der Motordrehzahl
D: Soll-/lst-Abweichung D der Motordrehzahl
M: Moment an der Kupplung
n: Motordrehzahl
n_soll: Solldrehzahl des Motors
Δt, Δt': Zeitintervall
Δm,Δm': Momentenbetrag

Claims

Verfahren zum Verhindern des Abwürgens eines Verbrennungsmotors während eines Anfahrvorgangs bei einem Kraftfahrzeug umfassend ein automatisiertes Schaltgetriebe, wobei eine Anfahrkupplung des Kraftfahrzeugs derart angesteuert wird, dass die Belastung des Verbrennungsmotors durch die zu schließende sich im Schlupf befindliche Anfahrkupplung reduziert wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors einbricht, wobei, wenn sich die Motordrehzahl (n) stabilisiert bzw. wenn die Motordrehzahl (n) ansteigt, der Anfahrvorgang durch Schließen der Kupplung fortgesetzt wird, dadurch g e - kennzeichnet, dass bei einbrechender Motordrehzahl (n) das Kupplungsmoment (M) um einen Betrag (Δm) abgesenkt wird, der von der Steilheit des Drehzahleinbruchs, d.h. vom Gradienten des Motordrehzahlverlaufs und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) zum Zeitpunkt des Momenteneinbruchs abhängt, wobei nach erfolgter Absenkung des Kupplungsmomentes (M) die Kupplungsposition für ein definiertes Zeitintervall (Δt) stabil gehalten wird, wobei, wenn in diesem Zeitintervall (Δt) die Motordrehzahl (n) durch die Absenkung des Kupplungsmomentes (M) ansteigt, das Schließen der Kupplung, d.h. der Anfahrvorgang fortgesetzt wird und wobei, wenn die Motordrehzahl (n) weiter abfällt, das Kupplungsmoment (M) um einen weiteren Betrag (Δm') abgesenkt und die Kupplung in der neuen Position um ein weiteres definiertes Zeitintervall (Δt') stabil gehalten wird und wobei die Schritte der Absenkung des Kupplungsmomentes (M) und des Haltens der Kupplung für ein definiertes Zeitintervall (Dt') in der neuen, der Momentenabsenkung entsprechenden Position wiederholt werden, bis sich die Motordrehzahl (n) stabilisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient des Momentenabbaus an der Kupplung vom Motordrehzahlgradienten (C) und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) zum Zeitpunkt des Momenteneinbruchs des Verbrennungsmotors abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, das definierte Zeitintervall (Δt) vom Gradienten (C) der Motordrehzahl (n) und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) abhängt und dass das definierte Zeitintervall (Δt') vom Gradienten (C) der Motordrehzahl (n) und/oder der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) zum Zeitpunkt des Ablaufs des Wartezeitintervalls nach der zuletzt erfolgten Momentabsenkung der Kupplung abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet dass der weitere Betrag (Δm'), um den das Kupplungsmoment (M) abgesenkt wird, vom Gradienten (C) der Motordrehzahl (n) und/oder der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) zum Zeitpunkt des Ablaufs des Wartezeitintervalls nach der zuletzt erfolgten Momentabsenkung der Kupplung abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient des erneuten Momentenabbaus an der Kupplung vom Motordrehzahlgradienten (C) und/oder von der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) zum Zeitpunkt des Ablaufs des Wartezeitintervalls nach der zuletzt erfolgten Momentabsenkung der Kupplung abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder alternativ zur Absenkung des Kupplungsmomentes (M) in Abhängigkeit von Gradienten (C) der Motordrehzahl (n) und/oder der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) der Gradient des Momentenaufbaus an der Kupplung bzw. die Schließgeschwindigkeit der Kupplung durch einen Wert korrigiert bzw. begrenzt wird, der vom Motordrehzahlgradienten (C) und/oder der Soll-/Ist-Abweichung (D) der Motordrehzahl (n) abhängt.