DE102007044401B4

DE102007044401B4 - Verfahren zur Bestimmung eines optimierten Hochschaltpunktes und Verfahren zur Bestimmung eines optimierten Herunterschaltpunktes für ein manuelles Getriebe

Info

Publication number: DE102007044401B4
Application number: DE102007044401.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Aigner; Laurent Bailliard; Dr. Schopp Gerhard
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: US20090076692A1; US7917267B2; KR20090029653A; DE102007044401A1; KR101535789B1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines optimierten Hochschaltpunktes für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug mit manuell schaltbarem Getriebe, bei dem eine Steuerschaltung, ausgehend von einem durch das Kupplungsmoment und die Motordrehzahl gegebenen aktuellen Motorbetriebspunkt (TQAK; N), mithilfe der vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse des Getriebes einen sich bei Hochschalten in den nächsten höheren Gang bei annähernd gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit ergebenden neuen Motorbetriebspunkt (TQNEU; NNEU) berechnet, und bei dem der aktuelle Motorbetriebspunkt von der Steuerschaltung als optimierter Hochschaltpunkt bestimmt wird, wenn der berechnete neue Motorbetriebspunkt (TQNEU; NNEU) eine vorgegebene obere Momentengrenze (TQ_MAX_LIM) unterschreitet und gleichzeitig eine für den höheren Gang vorgegebene untere Drehzahlgrenze (N_MIN_x + 1) überschreitet, wobei die vorgegebene obere (TQ_MAX_LIM) Momentengrenze im Motorkennfeld jeweils mit einem vorgebbaren, annähernd gleich bleibenden Abstand unterhalb einer Linie verläuft, die das maximal (TQ_MAX_KUPP) verfügbare Kupplungsmoment darstellt, und bei dem die Steuerschaltung über eine an einem ihrer Ausgänge angeschlossene Anzeige eine Schaltempfehlung in Form eines optischen Signals abgibt, wenn der aktuelle Motorbetriebspunkt (TQAK; N) von der Steuerung als optimierter Schaltpunkt bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines – insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches – optimierten Schaltpunktes für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug mit manuell schaltbarem Getriebe.
Bei einem Fahrzeug, das mit einem manuellen Getriebe ausgestattet ist, erfordert die Minimierung des Kraftstoffverbrauchers beziehungsweise der Emissionen des Fahrzeuges über einem geeigneten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, dass der Fahrer zum richtigen Zeitpunkt den Gang schaltet.
Verfahren zur Bestimmung und Anzeige eines optimierten Schaltpunktes am Armaturenbrett sind bereits bekannt. Aus der US 4,555,691 ist es bekannt, den Schaltpunkt durch Erreichen einer Drehzahlschwelle und einer Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle zu definieren, beziehungsweise zu bestimmen. In der Patentschrift US 4,539,868 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem zuerst der aktuelle, durch Last und Drehzahl gekennzeichnete Motorbetriebspunkt berechnet wird. Dieser Betriebspunkt wird in das Verbrauchskennfeld des Motors gesetzt, woraufhin ein Vergleich mit dem Verbrauchsoptimum durchgeführt wird. Wenn ein besserer Verbrauch möglich ist, wird eine Lampe am Armaturenbrett angeschaltet. Ein ähnliches Verfahren ist aus der DE 31 28 080 A1 bekannt, bei dem die Steuerung nach Vergleich von Betriebsdaten mit einem gespeicherten Verbrauchskennfeld dann ein Signal an eine Gangschaltanzeige abgibt, wenn die gespeicherten Grenzwerte so gewählt sind, dass beim Überschreiten der Grenzwerte an den Antriebsrädern im nächsthöheren Gang mindestens eine gleich große Zugkraft bei größerer Drosselklappenöffnung zur Verfügung steht.
Als nachteilig erscheint bei den bekannten Verfahren vor allem der relativ hohe Kalibrationsaufwand, der erforderlich ist, um ein Verbrauchskennfeld in das Steuergerät einzuspeichern.
Aus der DE 33 34 722 A1 ist bereits die Abhängigkeit von Motordrehmoment und Motordrehzahl für die Herausgabe einer Schaltempfehlung für einen optimalen Scheitelpunkt bekannt. Auch aus der DE 29 23 986 C2 ist bereits ein konkreter Zusammenhang zwischen einer im Motorkennfeld gegebenen Betriebskennlinie für maximale Ausgangsleistung und einer optimalen Aufwärts- beziehungsweise Abwärts-Schaltkennlinie bekannt.
Im Übrigen sind aus der DE 694 17 813 T2 Einzelheiten, insbesondere Zeitglieder, zur Durchführung der Steuerfunktionen beziehungsweise zur Anzeige einer Schaltempfehlung bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, dass insbesondere ohne ein im Motorsteuergerät gespeichertes Verbrauchskennfeld den Kraftstoffverbrauch zu minimieren vermag.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 zur Bestimmung eines Hochschaltpunktes und durch ein Verfahren nach Patentanspruch 2 zur Bestimmung eines Herunterschaltpunktes gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zur Bestimmung eines optimierten Hochschaltpunktes für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug mit manuell schaltbarem Getriebe, bei dem eine Steuerschaltung, ausgehend von einem durch das Kupplungsmoment und die Motordrehzahl gegebenen aktuellen Motorbetriebspunkt, mithilfe der vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse des Getriebes einen sich bei Hochschalten in den nächsten höheren Gang bei annähernd gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit ergebenden neuen Motorbetriebspunkt berechnet, wobei der aktuelle Motorbetriebspunkt von der Steuerschaltung als optimierter Hochschaltpunkt bestimmt wird, wenn der berechnete neue Motorbetriebspunkt eine vorgegebene obere Momentengrenze unterschreitet und gleichzeitig eine für den höheren Gang vorgegebene untere Drehzahlgrenze überschreitet.
Die Erfindung beruht demnach darauf, dass der berechnete neue Motorbetriebspunkt mit einer oberen Momentengrenze und einer unteren Drehzahlgrenze verglichen wird. Durch diese Bewertung des aktuell, durch Hochschalten erreichbaren Ziel-Betriebspunktes kann zum Beispiel auf einfache Weise sichergestellt werden, dass es für den (als Ergebnis des Schaltvorganges) vorgesehenen neuen Motorbetriebspunkt einen genügenden Abstand vom maximalen verfügbaren Kupplungsmoment und von der minimalen fahrbaren Motordrehzahl gibt. Der Hochschaltpunkt kann also vorteilhaft ohne aufwändigen Vergleich mit einem Verbrauchskennfeld so bestimmt werden, dass mit dem Schaltvorgang ein insbesondere hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Fahrkomfort günstiger Motorbetriebsbereich angezielt und, sobald erreichbar, auch tatsächlich erreicht wird.
Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zur Bestimmung eines optimierten Herunterschaltpunktes an. Dabei wird mithilfe der vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse des Getriebes ein sich bei Herunterschalten in den nächsten niedrigeren Gang bei annähernd gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit ergebender neuer Motorbetriebspunkt berechnet, wobei der aktuelle Motorbetriebspunkt von der Steuerschaltung als optimierter Herunterschaltpunkt bestimmt wird, wenn der berechnete neue Motorbetriebspunkt eine vorgegebene untere Momentengrenze überschreitet und gleichzeitig eine für den nächstniedrigeren Gang vorgegebene obere Drehzahlgrenze unterschreitet. Der günstige Ziel-Betriebsbereich wird beim Rückschalten also mit analogen, jedoch umgekehrten Schritten wie beim zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Hochschaltpunktes erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung berechnet die Steuerschaltung regelmäßig, insbesondere in einem Takt von etwa 100 ms, ob der jeweils aktuelle Motorbetriebspunkt als der zu bestimmende optimierte Schaltpunkt zu gelten hat.
Die erfindungsgemäße Strategie zur Bestimmung eines optimierten Schaltpunktes besitzt demnach auch den Vorteil, dass die Schaltempfehlung erscheint, sobald die Fahrbarkeit des Fahrzeuges im nächsten höheren/niedrigeren Gang durch die Überprüfung des verfügbaren Kupplungsmomentes und der Drehzahl nach dem Schalten gesichert ist.
Gemäß einer Weiterbildung diese Ausführungsform gibt die Steuerschaltung nur dann eine Schaltempfehlung ab, wenn mindestens eine zusätzliche Aktivierungsbedingung erfüllt ist, die einen die Fahrweise und/oder den aktuellen Motorbetrieb betreffenden Grenzwert beinhaltet.
Es ist außerdem vorteilhaft, gegebenenfalls zusätzlich zu den zuvor genannten Aktivierungsbedingungen, das Ein- und/oder Ausschalten der Schaltempfehlung an eine zusätzliche Bedingung zu knüpfen, die ein Zeitkriterium beinhaltet. Dabei ist es weiterhin von Vorteil, dass eine einmal abgegebene Schaltempfehlung für die Dauer einer minimalen und maximalen, jeweils vorgebbaren, Zeitspanne auch dann eingeschaltet bleibt, wenn die Schaltempfehlung aufgrund der nachfolgenden Motorbetriebspunkte zu unterbinden wäre. Ein Zeitkriterium kann gemäß einer weiteren Weiterbildung vorteilhaft auch in der Weise implementiert werden, dass nach jedem neuen Start des Motors das erste Einschalten einer Schaltempfehlung erst nach einer einstellbaren Verzögerungszeit zugelassen wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Kfz-Antriebsstrangs, der ein manuelles Getriebe enthält,
2 ein Kennfeld-Diagramm, in dem das Kupplungsmoment gegen die Drehzahl aufgetragen ist.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 1 zunächst ein an sich bekannter Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Der Antriebsstrang umfasst ein manuell schaltbares Getriebe 1 mit Übersetzungsstufen GR. Zwischen dem Antriebsmotor 2 und dem Getriebe 1 ist eine Kupplung 3 angeordnet. Das an den Rädern 4 zur Verfügung stehende Antriebsmoment TQ ergibt sich aus dem an der Kupplung 3 anliegenden (aktuellen) Kupplungsmoment TQ_AK durch Abzug der durch Kupplung 3 und Getriebe 1 bedingten Verlustmomente. Das Kupplungsmoment TQ_AK selbst ergibt sich in bekannter Weise durch Abzug der durch Ladungswechsel, Reibung und Nebenaggregate bedingten Verlustmomente von dem vom Motor 2 abgegebenen Motormoment. An der Kupplung 3 beziehungsweise dem Getriebe 1 liegt demnach eine aktuelle Leistung P = TQ_AK·2π·N an.
Der Betriebspunkt eines Verbrennungsmotors ist bekanntlich durch sein Drehmoment (Last) und seine Drehzahl definiert. 2 zeigt in einer zweidimensionalen Darstellung das so genannte Motorkennfeld, das heißt die Gesamtheit aller möglichen Betriebspunkte, wobei als Last nicht das Motormoment selbst, sondern, als daraus abgeleitete Größe, das Kupplungsmoment gewählt ist. Zusätzlich eingezeichnet sind drei Linien konstanter Leistung des Motors, die Leistungshyperbeln. Erkennbar sind weiterhin zwei Fahrwiderstandslinien, deren eine sich auf einen Gang x, und deren andere sich auf einen Gang x + 1 bezieht.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorausgesetzt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit nach einer Gangschaltung mindestens näherungsweise die gleiche wie vorher bleiben soll. Der aktuelle Betriebspunkt (TQ_AK; N), (vergleiche 2), kann sich unter dieser Voraussetzung durch den Schaltvorgang nur entlang der zugehörigen Leistungshyperbel verlagern, und zwar hin zum neuen Motorbetriebspunkt (TQ_NEU; N_NEU), der sich gemäß der in 2 beispielhaft dargestellten Hochschaltung ergibt. Eine beispielsweise im Motorsteuergerät enthaltene Steuerschaltung berechnet regelmäßig, z. B. in einem Takt von 100 ms, anhand des aktuellen Motorbetriebspunktes eine Funktion, anhand derer bestimmt wird, ob der optimale (Hoch)schaltpunkt bereits gegeben ist. Ist dies der Fall, so wird eine Schaltempfehlung beispielsweise auf einem CAN-Bus des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, so dass die Schaltempfehlung zur Anzeige am Armaturenbrett bereitgestellt wird.
Zunächst berechnet das Steuergerät aus dem aktuellen Motorbetriebspunkt (TQ_AK; N) und den bekannten Übersetzungen des Getriebes 1 mit Hilfe der Formeln TQ_NEU = TQ_AK·GR/GR_NEU N_NEU = N·GR_NEU/GR den neuen Betriebspunkt (TQ_NEU; N_NEU), der nach einem Schaltvorgang vorliegen würde, wobei GR sich auf die aktuelle und GR_NEU sich auf die Übersetzung der Zielgangstufe beziehen. Anschließend wird der neue Betriebspunkt, der durch den Schaltvorgang erreicht werden könnte, von der Steuerschaltung noch dahingehend bewertet, ob er in einem als günstig, auch hinsichtlich des Fahrkomforts, vorgebbaren Segment des Motorkennfeldes und damit in einem optimierten Betriebsbereich liegt. Dazu ist – für eine Hochschaltung – im Steuergerät eine obere Momentengrenze TQ_MAX_LIM gespeichert, die im Motorkennfeld, (vergleiche 2), in etwa mit gleich bleibenden Abstand unterhalb der Linie TQ_MAX_KUPP verläuft, die das beim gegebenen Motor maximal verfügbare Kupplungsmoment darstellt. Außerdem ist eine untere, das heißt minimale Drehzahlgrenze N_MIN_x + 1, (vergleiche 2), gespeichert, die die als minimal fahrbar geltende Motordrehzahl für die Zielgangstufe x + 1 angibt. Das Steuergerät überprüft nun, ob der errechnete neue Betriebspunkt (TQ_NEU; N_NEU) gleichzeitig mit seinem Kupplungsmoment TQ_NEU die obere Momentengrenze TQ_MAX_LIM unterschreitet –, so dass im Zielgang eine komfortable Drehmomentreserve zur Verfügung stünde – und mit seiner Drehzahl N_NEU die untere Drehzahlgrenze N_MIN_x + 1 überschreiten würde. Ist dies der Fall, so gelten die erforderlichen Bedingungen für einen Hochschaltvorgang als gegeben und der momentan noch vorliegende aktuelle Betriebspunkt (TQ_AK; N) ist als optimierter Hochschaltpunkt bestimmt.
Aufgrund der erfolgten Bestimmung des optimierten Hochschaltpunktes eröffnet sich die Möglichkeit zur Anzeige einer Hochschaltempfehlung am Armaturenbrett. Im Steuergerät können auf einfache Weise weitere Bedingungen implementiert werden, an die – über das zumindest einmalige beziehungsweise kurzzeitige Vorliegen der Bedingungen für einen optimierten Schaltpunkt hinaus – die Anzeige einer Hochschaltempfehlung geknüpft werden soll. Es ist günstig, mehrere Aktivierungsbedingungen und einen Zeit-Manager für die Schaltempfehlung vorzusehen. Die Aktivierungsbedingungen versichern mittels vorgebbarer Schwellenwerte, dass die Fahrweise und der aktuelle Motorbetrieb für eine Hochschaltempfehlung geeignet sind. Der Zeit-Manager versichert, dass sich die Hochschaltempfehlung, zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Bedingung bezüglich der Lage des neuen Motorbetriebspunktes, mit einer zeitbasierten Strategie ein- und ausschaltet. Es ist vorgesehen, dass die Schaltempfehlung zwischen einer minimalen und maximalen kalibrierbaren Zeit eingeschaltet bleibt. Beim Erreichen der maximalen Zeit wird angenommen, dass der Fahrer die Empfehlung nicht berücksichtigt hat und die Funktion des Steuergerätes schaltet sich aus bis zum Wiederauftreten des Motorbetriebs in Teillast. Es ist auch vorgesehen, dass das erste Einschalten nur nach Ablauf einer Verzögerungszeit nach jedem neuen Start des Motors geschieht.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines optimierten Hochschaltpunktes für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug mit manuell schaltbarem Getriebe, bei dem eine Steuerschaltung, ausgehend von einem durch das Kupplungsmoment und die Motordrehzahl gegebenen aktuellen Motorbetriebspunkt (TQ_AK; N), mithilfe der vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse des Getriebes einen sich bei Hochschalten in den nächsten höheren Gang bei annähernd gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit ergebenden neuen Motorbetriebspunkt (TQ_NEU; N_NEU) berechnet, und bei dem der aktuelle Motorbetriebspunkt von der Steuerschaltung als optimierter Hochschaltpunkt bestimmt wird, wenn der berechnete neue Motorbetriebspunkt (TQ_NEU; N_NEU) eine vorgegebene obere Momentengrenze (TQ_MAX_LIM) unterschreitet und gleichzeitig eine für den höheren Gang vorgegebene untere Drehzahlgrenze (N_MIN_x + 1) überschreitet, wobei die vorgegebene obere (TQ_MAX_LIM) Momentengrenze im Motorkennfeld jeweils mit einem vorgebbaren, annähernd gleich bleibenden Abstand unterhalb einer Linie verläuft, die das maximal (TQ_MAX_KUPP) verfügbare Kupplungsmoment darstellt, und bei dem die Steuerschaltung über eine an einem ihrer Ausgänge angeschlossene Anzeige eine Schaltempfehlung in Form eines optischen Signals abgibt, wenn der aktuelle Motorbetriebspunkt (TQ_AK; N) von der Steuerung als optimierter Schaltpunkt bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung eines optimierten Herunterschaltpunktes für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug mit manuell schaltbarem Getriebe, bei dem eine Steuerschaltung, ausgehend von einem durch das Kupplungsmoment und die Motordrehzahl gegebenen aktuellen Motorbetriebspunkt (TQ_AK; N), mithilfe der vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse des Getriebes einen sich bei Herunterschalten in den nächsten niedrigeren Gang bei annähernd gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit ergebenden neuen Motorbetriebspunkt (TQ_NEU; N_NEU) berechnet, und bei dem der aktuelle Motorbetriebspunkt von der Steuerschaltung als optimierter Herunterschaltpunkt bestimmt wird, wenn der berechnete neue Motorbetriebspunkt (TQ_NEU; N_NEU) eine vorgegebene untere Momentengrenze überschreitet und gleichzeitig eine für den niedrigeren Gang vorgegebene obere Drehzahlgrenze unterschreitet, wobei die vorgegebene untere Momentengrenze im Motorkennfeld jeweils mit einem vorgebbaren, annähernd gleich bleibenden Abstand oberhalb einer Linie verläuft, die das minimal verfügbare Kupplungsmoment darstellt, und bei dem die Steuerschaltung über eine an einem ihrer Ausgänge angeschlossene Anzeige eine Schaltempfehlung in Form eines optischen Signals abgibt, wenn der aktuelle Motorbetriebspunkt (TQ_AK; N) von der Steuerung als optimierter Schaltpunkt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuerschaltung regelmäßig berechnet, ob der jeweils aktuelle Motorbetriebspunkt (TQ_AK; N) als der zu bestimmende optimierte Schaltpunkt zu gelten hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Steuerschaltung nur dann eine Schaltempfehlung abgibt, wenn mindestens eine zusätzliche Aktivierungsbedingung erfüllt ist, die einen die Fahrweise und/oder den aktuellen Motorbetrieb betreffenden Grenzwert beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei dem das Ein- und/oder Ausschalten der Schaltempfehlung an eine zusätzliche Bedingung geknüpft ist, die ein Zeitkriterium beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem eine einmal abgegebene Schaltempfehlung für die Dauer einer minimalen und maximalen, jeweils vorgebbaren, Zeitspanne auch dann eingeschaltet bleibt, wenn die Schaltempfehlung aufgrund der neuen Motorbetriebspunkte zu unterbinden wäre.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem nach jedem neuen Start des Motors das erste Einschalten einer Schaltempfehlung erst nach einer einstellbaren Verzögerungszeit zugelassen wird.