DE102007053698A1

DE102007053698A1 - Verfahren zur Regelung des Schleppmomentes einer Antriebsmaschine

Info

Publication number: DE102007053698A1
Application number: DE102007053698A
Authority: DE
Inventors: Werner Prof. Klement
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-11-10
Filing date: 2007-11-10
Publication date: 2009-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schleppmomentes einer Antriebsmaschine in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei in den Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und Antriebsrädern des Fahrzeugs eine hydrodynamische Maschine mit einem Arbeitsraum, in welchem zur hydrodynamischen Leistungsübertragung eine Kreislaufströmung mit Arbeitsmedium herstellbar ist, eingebracht ist, die Leistungsaufnahme der Antriebsmaschine über ein Fahrpedal oder ein sonstiges Stellelement veränderbar ist, und eine wahlweise betätigbare Bremse zum Abbremsen des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei bewegtem Fahrzeug, sobald das Fahrpedal oder das sonstige Stellelement für eine vorgegebene Zeitspanne nicht betätigt wurde, die Kreislaufströmung des Arbeitsmediums durch Einbringen von wenigstens einem Störelement in die Kreislaufströmung derart gestört wird, dass die hydrodynamische Leistungsübertragung vermindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schleppmomentes einer Antriebsmaschine in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei in dem Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und Antriebsrädern des Fahrzeugs eine hydrodynamische Maschine zur hydrodynamischen Leistungsübertragung eingebracht ist, im Einzelnen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerung für einen Fahrzeugantriebsstrang zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die europäische Patentschrift EP 1 427 600 B1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung des Schleppmoments in einem Antriebsstrang, wobei die aus diesem Dokument bekannten Merkmale im Oberbegriff von Anspruch 1 zusammengefasst sind. Bei diesem Steuerverfahren wird mittels einer füllungsgesteuerten hydrodynamischen Kupplung das Schleppmoment im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs dadurch reduziert, dass der Füllungsgrad der hydrodynamischen Kupplung vermindert wird. Durch das Vermindern des Füllungsgrades wird die Antriebsleistung, welche hydrodynamisch von den Antriebsrädern auf die Antriebsmaschine übertragen wird, und zwar in Richtung von der Abtriebsseite der hydrodynamischen Kupplung auf die Antriebsseite der hydrodynamischen Kupplung, vermindert, so dass die Drehzahl der Antriebsmaschine verringert wird, wodurch das zum Antrieb der Antriebsmaschine erforderliche Drehmoment, das sogenannte Schleppmoment, vermindert wird. Die Begriffe Antriebsseite und Abtriebsseite der hydrodynamischen Kupplung werden dabei durch den Traktionsbetrieb definiert, so dass die Antriebsseite der Antriebsmaschine zugeordnet ist, und die Abtriebsseite den Antriebsrädern zugeordnet ist.
Nachteilig an der bekannten Ausführungsform ist, dass zum einen der bauliche Aufwand für die Füllungssteuerung der hydrodynamischen Kupplung vergleichsweise hoch ist und zum anderen noch keine optimalen Reaktionszeiten in der Anpassung des Schleppmomentes erreicht werden können, was sich ungünstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des Schleppmomentes und eine entsprechende Steuerung anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeiden. Insbesondere soll der bauliche Aufwand verringert und die Ansprechzeit verkürzt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Steuerung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Regelung des Schleppmomentes einer Antriebsmaschine in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei in dem Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und den Antriebsrädern des Fahrzeugs eine hydrodynamische Maschine mit einem Arbeitsraum, in welchem zur hydrodynamischen Leistungsübertragung eine Kreislaufströmung mit Arbeitsmedium herstellbar ist, vorgesehen ist, die Leistungsaufnahme der Antriebsmaschine über ein Fahrpedal oder sonstiges Stellelement, beispielsweise einen Handhebel oder eine elektronische Steuervorrichtung, veränderbar ist, und eine wahlweise betätigbare Bremse, in der Regel Betriebsbremse in Form einer Reibbremse zum Abbremsen des Fahrzeugs vorgesehen ist. Der Begriff Regelung umfasst vorliegend nicht nur eine Einstellung des Schleppmomentes mit einem geschlossenen Regelkreis, sondern auch offene Regelkreise beziehungsweise einfache Steuerungen sind möglich.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erfasst, ob sich das Fahrzeug im sogenannten Schubbetrieb befindet. Der Schubbetrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass nicht Antriebsleistung von der Antriebsmaschine, in der Regel Brennkraftmaschine, auf die Antriebsräder übertragen wird, sondern dass das Fahrzeug eine Steigung hinab oder auch auf einer Ebene rollt und Antriebsleistung „rückwärts" von den Antriebsrädern auf die Antriebsmaschine übertragen wird, so dass die Abtriebswelle der Antriebsmaschine durch das von den Antriebsrädern eingeleitete Antriebsmoment in eine Drehbewegung versetzt wird beziehungsweise in diesem Zustand gehalten wird. Die Antriebsmaschine übt in diesem Moment ein Schleppmoment auf den Antriebsstrang aus, das heißt bremst den Antriebsstrang und damit das Fahrzeug ab. Dieser Schubbetrieb wird erfindungsgemäß dadurch erfasst, dass überwacht wird, ob das Fahrpedal oder das sonstige Stellelement für eine vorgegebene Zeitspanne nicht betätigt wurde, das heißt in eine solche Stellung oder einen solchen Zustand gebracht wurde, der bezeichnet, dass kein Antriebsmoment durch die Antriebsmaschine erzeugt werden soll. Sobald bei bewegtem Fahrzeug das Fahrpedal oder das sonstige Stellelement für diese vorgegebene Zeitspanne nicht betätigt wurde, wird die Kreislaufströmung des Arbeitsmediums der hydrodynamischen Maschine durch Einbringen von wenigstens einem Störelement in den Arbeitsraum derart gestört, dass die hydrodynamische Leistungsübertragung mittels der hydrodynamischen Maschine vermindert wird. Selbstverständlich sollte in diesem Zustand eine mechanische Überbrückung der hydrodynamischen Kupplung, beispielsweise durch eine vorgesehene mechanische Überbrückungskupplung, vermieden werden, das heißt, eine solche Überbrückungskupplung sollte gleichzeitig mit dem Einbringen des wenigstens einen Störelementes oder zeitlich versetzt vorher oder nachher geöffnet werden.
Die hydrodynamische Maschine kann als hydrodynamische Kupplung oder als hydrodynamischer Wandler ausgeführt sein. Eine hydrodynamische Kupplung weist im Gegensatz zu einem hydrodynamischen Wandler kein Leitrad im Strömungskreislauf auf.
Besonders vorteilhaft wird zumindest immer dann, wenn die hydrodynamische Leistungsübertragung in der hydrodynamischen Maschine durch wenigstens ein eingebrachtes Störelement vermindert ist, eine Anforderung durch den Fahrzeugführer oder eine Steuervorrichtung der Fahrzeugbremse, insbesondere Betriebsbremse in Form wenigstens einer Reibbremse, überwacht, um festzustellen, dass das im Schubbetrieb befindliche Fahrzeug nun zusätzlich mit dieser Bremse gebremst werden soll. Beispielsweise kann erfasst werden, ob ein Bremspedal durch den Fahrzeugführer betätigt wurde oder ob beispielsweise eine Geschwindigkeitsregelanlage oder ein anderes Fahrassistenzsystem wie eine Abstandsregelanlage eine Bremsanforderung vorgibt. Bei einer Bremsanforderung wird die Bremse entsprechend betätigt und das Einbringen des Störelementes in den hydrodynamischen Kreislauf aufgehoben, so dass die hydrodynamische Leistungsübertragung wieder verstärkt wird und hierdurch insbesondere die Drehzahl der Antriebsmaschine und damit deren Schleppmoment erhöht wird.
Wenn zwischen der Antriebsmaschine und den Antriebsrädern ein Wechselgetriebe vorgesehen ist, was bei Kraftfahrzeugen die Regel ist, so kann in Abhängigkeit der Größe der angeforderten Bremsleistung die Gangstellung in dem Wechselgetriebe geändert werden, um dadurch die Drehzahl der Antriebsmaschine und somit deren Schleppmoment zu variieren. insbesondere kann durch Rückschaltung unter Last abhängig von der gewählten Übersetzung das Schleppmoment erhöht werden. Idealerweise kann durch Erhöhung des Schleppmomentes die Anforderung der Bremse beziehungsweise eines vorgegebenen Bremsmomentes durch den Fahrzeugführer oder eine Steuervorrichtung so viel Schleppmoment mittels der Antriebsmaschine auf den Antriebsstrang aufgebracht werden, dass eine Betätigung der Betriebsbremse des Fahrzeugs nur noch in geringfügigem Maße oder überhaupt nicht mehr erforderlich ist. Eine verschleißende Bremsung durch mechanische Reibung kann somit vermieden oder seltener werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird zusätzlich oder alternativ zur Überwachung einer Bremsanforderung, wenn das wenigstens eine Störelement im Schubbetrieb des Fahrzeugs in den Arbeitsmediumkreislauf eingebracht ist, eine erneute Betätigung des Fahrpedals oder des sonstigen Stellelementes überwacht. Bei erfolgten Betätigung kann dann vorteilhaft zunächst die Drehzahl der Antriebsmaschine erhöht werden, bei Ausführen der Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine durch Rückschatten unter Last und/oder durch Erhöhung der Einspritzmenge von Kraftstoff, bis ein vorgegebener minimaler Schlupf zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der hydrodynamischen Maschine erreicht wird, und erst bei Erreichen des vorgegebenen minimalen Schlupfes wird die Einbringung des Störelementes aufgehoben und/oder eine mechanische Überbrückungskupplung, die insbesondere als Reibkupplung oder Klauenkupplung ausgeführt ist, zur mechanischen Überbrückung der hydrodynamischen Leistungsübertragung geschlossen, wobei vorteilhaft zunächst die Überbrückungskupplung geschlossen und anschließend das Störelement aus der Kreislaufströmung entfernt wird. Die Antriebsseite der hydrodynamischen Maschine ist dabei jene Seite, die der Antriebsmaschine zugeordnet ist, wohingegen die Abtriebsseite den Antriebsrädern zugeordnet ist.
Durch die Aufhebung der Einbringung beziehungsweise das Entfernen des Störelementes und/oder das Schließen der mechanischen Überbrückungskupplung bei vorgegebenem minimalem Schlupf, nachdem die Drehzahl der Antriebsmaschine erhöht worden ist, kann ein vergleichsweise schnelleres Hochlaufen der Drehzahl der Antriebsmaschine und ein ruckfreies Schließen der Überbrückungskupplung erreicht werden. Wenn vom Fahrer oder einer Steuereinrichtung eine Rückschaltung im Wechselgetriebe angefordert wird, so kann dieser Vorgang – zunächst Einbringen des wenigstens einen Störelementes in den Arbeitsmediumkreislauf und Anpassen der Drehzahl der Antriebsseite und der Abtriebsseite der hydrodynamischen Maschine bis auf einen vorgegebenen minimalen Schlupf und ausschließendes Ausführen der Schaltung – analog erfolgen.
Eine weitere Größe, die zur Erfassung des Schubbetriebes des Fahrzeugs herangezogen werden kann, ist das Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der hydrodynamischen Maschine. Immer dann, wenn die Drehzahl der Abtriebsseite der hydrodynamischen Maschine größer ist als die Drehzahl der Antriebsseite der hydrodynamischen Maschine, kann insbesondere ein Einbringen des wenigstens einen Störelementes in den Arbeitsmediumkreislauf erfolgen.
Das Einbringen des wenigstens einen Störelementes in den Arbeitsmediumkreislauf der hydrodynamischen Maschine ermöglicht eine einfache und besonders schnelle Regelung der Momentenübertragung der hydrodynamischen Maschine, insbesondere im übersynchronen Bereich, das heißt, wenn die Abtriebsseite der hydrodynamischen Maschine mit einer größeren Drehzahl umläuft als die Antriebsseite. Ferner wirkt sich die optionale zusätzliche Berücksichtigung bei eingebrachtem Störelement, ob eine Bremsanforderung, insbesondere durch Betätigen des Bremspedals, was insbesondere durch einen entsprechenden Sensor erfasst werden kann, erfolgt, oder ob das Fahrpedal beziehungsweise ein entsprechendes Stellelement betätigt wurde, günstig auf den Fahrkomfort und den Treibstoffverbrauch sowie den Verschleiß im Antriebsstrang aus.
Besonders vorteilhaft lässt das Einbringen des wenigstens einen Störelementes in den Arbeitsmediumkreislauf eine exakte Regelung oder Steuerung des mit der hydrodynamischen Maschine übertragenen Momentes und/oder der Drehzahl der „mitgeschleppten" Antriebsseite der hydrodynamischen Kupplung und damit der Antriebsmaschinendrehzahl zu, so dass das Schleppmoment der Antriebsmaschine in Abhängigkeit des Fahrerwunsches oder der Vorgabe einer Steuervorrichtung, insbesondere eines Fahrerassistenzsystems, geregelt werden kann.
Wenn zusätzlich zur Regelung des Schleppmomentes über das mehr oder minder starke Stören des Arbeitsmediumkreislaufes im Arbeitsraum durch das wenigstens eine Störelement ein Variieren der Gangstellung des Wechselgetriebes herangezogen wird, so erfolgt das Schalten im Wechselgetriebe, insbesondere das Rückschatten, vorteilhaft unter Last, um eine Zugkraftunterbrechung zwischen der Antriebsmaschine und den Antriebsrädern zu vermeiden.
Das Störelement, das in den Arbeitsraum eingebracht wird, um dort den Arbeitsmediumkreislauf bei befülltem, insbesondere stets bis auf den maximalen Füllungsgrad befüllten Arbeitsraum zu stören, kann beispielsweise eine mechanische Blende oder ein Ringschieber sein, der die Strömung im Arbeitsraum umlenkt. Die hydrodynamische Maschine, die insbesondere als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist, ist dabei vorteilhaft frei von einer Füllungssteuerung, das heißt, der Füllungsgrad kann von außen nicht aktiv geregelt oder gesteuert werden, beispielsweise durch Aufbringen eines Überlagerungsdruckes auf den Arbeitsraum oder Regeln eines Zu- oder Ablaufquerschnittes für Arbeitsmedium, das in den oder aus dem Arbeitsraum strömt, insbesondere abgesehen von einem vollständigen oder weitgehenden Entleeren der hydrodynamischen Maschine, um diese außer Betrieb zu setzen.
Eine erfindungsgemäße Steuerung für einen Fahrzeugantriebsstrang umfasst wenigstens ein Steuergerät zum Steuern wenigstens der Leistungsübertragung einer hydrodynamischen Maschine in dem Fahrzeugantriebsstrang, wobei das wenigstens eine Steuergerät alleine oder in Zusammenschaltung mit weiteren Steuergeräten derart eingerichtet ist, dass es ein erfindungsgemäßes Verfahren steuert.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Flussdiagramm in der 1 gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1427600 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur Regelung des Schleppmomentes einer Antriebsmaschine in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei in den Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und Antriebsrädern des Fahrzeugs eine hydrodynamische Maschine mit einem Arbeitsraum, in welchem zur hydrodynamischen Leistungsübertragung eine Kreislaufströmung mit Arbeitsmedium herstellbar ist, eingebracht ist, die Leistungsaufnahme der Antriebsmaschine über ein Fahrpedal oder ein sonstiges Stellelement veränderbar ist, und eine wahlweise betätigbare Bremse zum Abbremsen des Fahrzeugs vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass bei bewegtem Fahrzeug, sobald das Fahrpedal oder das sonstige Stellelement für eine vorgegebene Zeitspanne nicht betätigt wurde, die Kreislaufströmung des Arbeitsmediums durch Einbringen von wenigstens einem Störelement in die Kreislaufströmung derart gestört wird, dass die hydrodynamische Leistungsübertragung vermindert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verminderung der hydrodynamischen Leistungsübertragung die Drehzahl der Antriebsmaschine vermindert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens bei durch eingebrachtem Störelement verminderter hydrodynamischer Leistungsübertragung eine Anforderung durch den Fahrzeugführer oder eine Steuervorrichtung der Bremse überwacht wird, und bei gleichzeitiger oder nachfolgender Betätigung der Bremse oder ohne Betätigung der Bremse die Einbringung des Störelementes aufgehoben wird, so dass die hydrodynamische Leistungsübertragung wieder verstärkt wird, und insbesondere dadurch die Drehzahl der Antriebsmaschine erhöht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in Abhängigkeit der Größe der angeforderten Bremsleistung die Gangstellung in einem zwischen der Antriebsmaschine und den Antriebsrädern, insbesondere zwischen der hydrodynamischen Maschine und den Antriebsrädern vorgesehenen Wechselgetriebes geändert wird, und dadurch die Drehzahl der Antriebsmaschine geändert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei erneuter Betätigung des Fahrpedals oder des sonstigen Stellelementes zunächst die Drehzahl der Antriebsmaschine erhöht wird, bis ein vorgegebener minimaler Schlupf zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der hydrodynamischen Maschine erreicht wird, und erst bei Erreichen des vorgegebenen minimalen Schlupfes die Einbringung des Störelementes aufgehoben wird und/oder eine mechanische Überbrückungskupplung, die insbesondere als Reibkupplung oder Klauenkupplung ausgeführt ist, zur mechanischen Überbrückung der hydrodynamischen Leistungsübertragung geschlossen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Störelementes dann erfolgt, wenn die Drehzahl der Abtriebsseite der hydrodynamischen Maschine größer ist als die Drehzahl der Antriebsseite der hydrodynamischen Maschine.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Maschine als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die ohne Zwischenschaltung eines Leitrades einen torusförmigen Arbeitsraum miteinander ausbilden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllungsgrad des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Maschine zumindest während des Einbringens und/oder Aufhebens des Einbringens des Störelementes oder stets konstant gehalten wird oder sich allein ungesteuert aufgrund der Drehzahl der Antriebsseite und/oder Antriebsseite der hydrodynamischen Maschine einstellt.
Steuerung für einen Fahrzeugantriebsstrang, umfassend wenigstens ein Steuergerät zum Steuern wenigstens der Leistungsübertragung einer hydrodynamischen Maschine in dem Fahrzeugantriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Steuergerät allein oder in Zusammenschaltung mit weiteren Steuergeräten derart eingerichtet ist, dass es ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 steuert.