DE102008013772B4 - Drehmomentbasiertes Maschinensteuerung sowie Verfahren zum Regulieren eines Antriebsdrehmoments - Google Patents
Drehmomentbasiertes Maschinensteuerung sowie Verfahren zum Regulieren eines Antriebsdrehmoments Download PDFInfo
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Abstract
Drehmomentbasiertes Maschinensteuersystem zum Regulieren des Antriebsdrehmoments, das für einen Endantrieb eines Fahrzeugs (10) bereitgestellt wird, umfassend: ein erstes Modul (500), das eine Fahrpedalstellung überwacht; ein zweites Modul (502), das eine Bremspedalstellung überwacht; ein drittes Modul (504), das auf der Grundlage der Bremspedalstellung und der Fahrpedalstellung aus einer Verweistabelle einen Verringerungsfaktor (phase-out ratio) bestimmt; ein viertes Modul (506), das auf der Grundlage der Fahrpedalstellung und der Bremspedalstellung eine abgestimmte Fahrpedalstellung bestimmt, wobei die abgestimmte Fahrpedalstellung als ein Produkt aus der Fahrpedalstellung und dem Verringerungsfaktor bestimmt wird; ein fünftes Modul (508), das auf der Grundlage der abgestimmten Fahrpedalstellung eine Antriebsdrehmomentanforderung bestimmt; und ein sechstes Modul (512), welches das Antriebsdrehmoment auf der Grundlage der Antriebsdrehmomentanforderung reguliert.
Description
- GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drehmomentbasierte Steuersysteme für Fahrzeuge und insbesondere auf eine drehmomentbasiertes Maschinensteuersystem und ein Verfahren zum Regulieren des Antriebsdrehmoments, das für einen Endantrieb eines Fahrzeugs bereitgestellt wird.
- HINTERGRUND
- Fahrzeugantriebsstränge erzeugen ein Antriebsdrehmoment, das durch einen Fahrzeugendantrieb übertragen wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Antriebsstrang umfasst typischerweise ein Antriebsaggregat, das eine Brennkraftmaschine und/oder einen Elektromotor umfasst, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist. Der Betrieb des Antriebsaggregats wird häufig unter Verwendung eines drehmomentbasierten Steuersystems reguliert, wobei Fahrereingaben als eine Antriebsdrehmomentanforderung interpretiert werden und das Antriebsaggregat so reguliert wird, dass die Antriebsdrehmomentanforderung erfüllt wird.
- Bei drehmomentbasierten Steuersystemen kann die Antriebsdrehmomentanforderung anhand der Brems- und Fahrpedaleingaben interpretiert werden. In manchen Fällen, wie etwa bei sogenannten beidfüssigen Fahrern (d. h. einem Fahrer, der sowohl das Fahrpedal als auch das Bremspedal gleichzeitig niederdrückt) führen gegensätzliche Fahrereingaben zu keinem optimalen Systemverhalten. Bei niedrigen Drehzahlen erwartet der Fahrer einen positiven Kriechdrehmomentbetrag. Wenn das Bremspedal niedergedrückt ist, wirkt dieses Kriechdrehmoment der Bremskraft des Bremssystems entgegen, was zu einem ineffizienten Betrieb führt.
- In der
DE 196 37 210 A1 ist eine Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei der die Stellung des Fahrpedals in eine Soll-Raddrehmomentvorgabe umgesetzt wird, durch die das von den Antriebsrädern auf die Fahrbahn zu übertragende Drehmoment bestimmt wird. Dabei können durch eine kontinuierliche Information über das Bremspedal auch negative Soll-Radmomente vorgegeben werden. - In der
DE 103 37 341 B4 ist ein Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben, bei der Antriebsbefehle einer Fahrer-Beschleunigungssteuerung und Bremsbefehle einer Fahrer-Bremssteuerung kombiniert werden, um einen modifizierten Antriebsbefehl zu erzeugen. - In der
DE 10 2005 023 877 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Kraftfahrzeugs mit einer Signalverarbeitungseinrichtung beschrieben, die bei einer gleichzeitigen Betätigung des Bremspedals und des Fahrpedals des Fahrzeugs ein gegenüber dem Fahrpedalsignal vermindertes Steuersignal erzeugt und dieses verminderte Steuersignal an die Motorsteuerung liefert. - Bei einer aus der
DE 39 36 925 bekannten Geschwindigkeitsregeleinrichtung für ein Kraftfahrzeug erfolgt eine Kriechregelung, über die eine Drosselklappen-Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Bremspedalsensors und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors so ansteuerbar ist, dass nach Maßgabe des Betätigungsgrades des Bremspedals entsprechend dem Ausgangssignal des Bremspedalsensors der Drosselklappenöffnungsgrad und dadurch die Motorleistung verringert werden. - ZUSAMMENFASSUNG
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein drehmomentbasiertes Maschinensteuersystem sowie ein Verfahren zum Regulieren des Antriebsdrehmoments der eingangs genannte Art anzugeben, mit denen das Systemverhalten bei einer geleichzeitigen Betätigung des Fahrpedals und des Bremspedals weiter optimiert wird.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein drehmomentbasiertes Maschinensteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
- Daher schafft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und ein System zum Regulieren eines Antriebsdrehmoments, das einem Endantrieb eines Fahrzeugs bereitgestellt wird. Eine Fahrpedalstellung und eine Bremspedalstellung werden überwacht. Auf der Grundlage der Fahrpedalstellung und der Bremspedalstellung wird eine abgestimmte Fahrpedalstellung bestimmt, wobei auf der Grundlage der abgestimmten Fahrpedalstellung eine Antriebsdrehmomentanforderung bestimmt wird. Das Antriebsdrehmoment wird auf der Grundlage der Antriebsdrehmomentanforderung erzeugt.
- Gemäß weiteren Merkmalen wird auf der Grundlage der Bremspedalstellung und der Fahrpedalstellung ein Abbauverhältnis bzw. ein Verringerungsfaktor (phase-out ratio) bestimmt. Die abgestimmte Fahrpedalstellung wird als ein Produkt aus der Fahrpedalstellung und dem Verringerungsfaktor bestimmt.
- Gemäß nochmals weiteren Merkmalen wird auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bremspedalstellung ein Kriechdrehmoment bestimmt. Mit zunehmender Bremspedalstellung und zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit nimmt das Kriechdrehmoment ab. Das Antriebsdrehmoment wird auf der Grundlage des Kriechdrehmoments erzeugt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer Schwellen-Fahrzeuggeschwindigkeit liegt. Das Kriechdrehmoment wird reduziert, wenn die Bremspedalstellung größer als null und kleiner als eine Schwellen-Bremspedalstellung ist.
- Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier gegebenen Beschreibung deutlich. Selbstverständlich sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich zur Veranschaulichung gedacht.
- ZEICHNUNGEN
- Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zur Veranschaulichung.
-
1 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Fahrzeugs, das basierend auf dem Drehmoment gesteuert wird; -
2 ist ein Graph, der Fahrpedalstellungs-Verringerungsfaktorkurven zeigt; -
3 ist ein Graph, der Kriechdrehmoment-Abbaukurven zeigt; -
4 ist ein Ablaufplan, der beispielhafte Schritte zeigt, die durch die Antriebsdrehmomentsteuerung der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden; und -
5 ist ein funktionaler Blockschaltplan beispielhafter Module, welche die Antriebsdrehmomentsteuerung der vorliegenden Erfindung ausführen. - GENAUE BESCHREIBUNG
- Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Der Klarheit wegen werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Kennzeichnung von gleichartigen Elementen benutzt. Der Begriff ”aktiviert”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Operation unter Verwendung sämtlicher Zylinder der Maschine. ”Deaktiviert” bezieht sich auf eine Operation unter Verwendung nicht aller Zylinder der Maschine (ein oder mehrere Zylinder sind nicht aktiv). Der Begriff ”Modul”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität verschaffen.
- In
1 umfasst ein beispielhaftes Hybridfahrzeug10 eine Maschine12 und einen Elektromotor14 , die ein Getriebe16 antreiben. Durch eine Drosselklappe13 , deren Stellung durch ein Drosselklappenstellglied15 reguliert wird, wird Luft in die Maschine12 angesaugt. Die Luft wird mit Kraftstoff vermischt, wobei das Luft/Kraftstoff-Gemisch in Zylindern (nicht gezeigt) verbrannt wird, um das Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Der Elektromotor14 ergänzt die Maschine12 , um das Antriebsdrehmoment zum Antreiben des Getriebes16 zu erzeugen. Das Antriebsdrehmoment wird auf der Grundlage einer Drehmomentanforderung (TREQ) erzeugt, was weiter unten näher besprochen wird. In dieser Weise wird die Kraftstoffeinsparung erhöht und werden die Emissionen verringert. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten wie etwa dann, wenn das Fahrzeug10 auf einem Parkplatz oder einer Garageneinfahrt fährt, erzeugt der Elektromotor14 ein Kriechdrehmoment (TCREEP), um das Fahrzeug langsam voranzutreiben. - Die Maschine
12 und der Elektromotor14 sind über ein Riemen-Starter-Generator-(belt-alternator-starter, BAS)-System18 gekoppelt. Genauer arbeitet der Elektromotor14 als Starter (d. h. als Motor) und als Lichtmaschine (d. h. als Generator) und ist über ein Riemen- und Riemenscheibensystem mit der Maschine12 gekoppelt. Die Maschine12 und der Elektromotor14 umfassen Riemenscheiben20 bzw.22 , die zur Drehung durch einen Riemen24 gekoppelt sind. Die Riemenscheibe20 ist zur Drehung mit einer Kurbelwelle26 der Maschine12 gekoppelt. - In einer Betriebsart treibt die Maschine
12 den Elektromotor14 an, um Leistung zu erzeugen, die zum Aufladen einer Energiespeichervorrichtung (energy storage device, ESD)28 verwendet wird. In einer anderen Betriebsart treibt der Elektromotor14 die Maschine12 mittels Energie von der ESD28 an. Die ESD28 kann eine Batterie oder einen Superkondensator umfassen, jedoch ist sie nicht darauf begrenzt. Alternativ kann das BAS-System18 durch ein Schwungrad-Starter-Generator-(flywheel-alternator-starter, FAS)-System (nicht gezeigt) ersetzt sein, das einen Elektromotor umfasst, der betriebsbereit zwischen der Maschine und dem Getriebe oder einem Ketten- oder Zahnradsystem, das zwischen dem Elektromotor14 und der Kurbelwelle26 eingesetzt ist, angeordnet ist. - Das Getriebe
16 kann ein Schaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, ein stufenlos verstellbares Getriebe (continuously variable transmission, CVT) und ein automatisiertes Schaltgetriebe (automated manual transmission, AMT) umfassen, jedoch ist es nicht darauf begrenzt. Das Antriebsdrehmoment wird durch eine Kuppeleinrichtung30 von der Maschinenkurbelwelle26 auf das Getriebe16 übertragen. Die Kuppeleinrichtung30 kann je nach Typ des eingesetzten Getriebes eine Reibungskupplung oder einen Drehmomentwandler umfassen, jedoch ist sie nicht darauf begrenzt. Das Getriebe16 vervielfacht das Antriebsdrehmoment durch eine von mehreren Übersetzungen, um eine Antriebswelle32 anzutreiben. - Ein Steuermodul
34 reguliert den Betrieb des Fahrzeugs10 . Das Steuermodul34 steuert die Kraftstoffeinspritzung und den Zündfunken, um Zylinder der Maschine12 wahlweise zu aktivieren und zu deaktivieren. Genauer zündet dann, wenn das Fahrzeug10 stillsteht, keiner der Zylinder der Maschine12 (d. h. sind alle Zylinder deaktiviert) und ist die Maschine12 angehalten. Während des Anfahrens des Fahrzeugs (d. h. einer Beschleunigung aus dem Stillstand) treibt der Elektromotor14 die Kurbelwelle an, um die Maschine12 in eine Leerlaufdrehzahl hochzudrehen und die Fahrzeugbeschleunigung einzuleiten. Während Perioden, in denen ein geringes Antriebsdrehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs benötigt wird, zünden die Maschinenzylinder nicht und können die Ventile deaktiviert sein. Das Antriebsdrehmoment wird von dem Elektromotor14 bereitgestellt. Bei Deaktivierung sind Kraftstoff und Zündfunke von den Zylindern der Maschine abgeschnitten. Ferner können Öffnungs- und Schließzyklen der Einlass- und Auslassventile verhindert sein, um eine Luftstromverarbeitung in den Zylindern zu blockieren. - Es ist ein Fahrpedal
36 vorgesehen. Ein Pedalstellungssensor38 spricht auf eine Stellung des Fahrpedals36 an und erzeugt darauf basierend ein Pedalstellungssignal. Es ist ein Bremspedal40 vorgesehen. Ein Bremspedalstellungssensor42 spricht auf eine Stellung des Bremspedals40 an und erzeugt darauf basierend ein Pedalstellungssignal. Das Steuermodul34 betätigt anhand des Bremspedalstellungssignals ein Bremssystem43 , um einen Druck in dem Bremssystem einzustellen, der wiederum eine Bremskraft der Bremsen (nicht gezeigt) reguliert. - Ein EM-Stellungssensor
44 spricht auf die Drehstellung eines Rotors des Elektromotors14 an, wobei darauf basierend eine Drehzahl des Elektromotors14 (RPMEM) bestimmt wird. Ähnlich spricht ein Maschinenstellungssensor45 auf die Drehstellung der Kurbelwelle26 an, wobei darauf basierend eine Drehzahl der Maschine12 (RPMENG) bestimmt wird. Das Steuermodul34 betreibt das Fahrzeug10 auf der Grundlage der von den Pedalstellungssensoren38 ,42 erzeugten Pedalstellungssignale und der von den Stellungssensoren44 ,45 erzeugten Signale, wie weiter unten näher beschrieben wird. - Mit Bezug auf die
2 und3 wird nun die Antriebsdrehmomentsteuerung der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Zwei der primären Fahrereingaben für drehmomentbasierte Steuersysteme sind die Fahrpedalstellung (θACC) und die Bremspedalstellung (θBRK). Diese zwei Eingaben werden dazu verwendet, die Fahrer-Drehmomentanforderung zu interpretieren und eine Antriebsdrehmomentanforderung (TREQ) zu erzeugen. Die Antriebsdrehmomentsteuerung liefert einen Fahrpedalabbau bzw. eine Fahrpedalzurückstellung (accelerator pedal phase-out) und einen Kriechdrehmomentabbau (creep torque phase-out). - Genauer wird auf der Grundlage von θACC und θBRK ein Fahrpedal-Verringerungsfaktor (rPO) bestimmt. rPO liegt zwischen 0 und 1 und kann aus einer Verweistabelle, die in
2 graphisch dargestellt ist, ermittelt werden. Eine abgestimmte Fahrpedalstellung (θACCADJ) wird als ein Produkt aus θACC und rPO bestimmt. TREQ wird auf der Grundlage von θACCADJ bestimmt. In dieser Weise wird rPO auf θACC und nicht direkt auf TREQ angewandt, um so den Betrag des Schiebebetriebdrehmoments (d. h. negativen Drehmoments) nicht zu senken und zu ermöglichen, dass die Bremse das Drehmoment auf den Kriech-/Ausrollwert, wie er für die Null-Fahrpedaleingabe spezifiziert ist, zurück bringt. - Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (VVEH) unter einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Schwellenwert (VTHR) liegt und θBRK größer als 0 und kleiner als ein Bremspedalstellungs-Schwellenwert (θTHR) ist, wird TCREEP abgebaut (phased-out). Genauer wird TCREEP aus einer Verweistabelle ermittelt, die in
3 graphisch dargestellt ist. Wenn θBRK zunimmt und VVEH zunimmt, nimmt TCREEP ab. Der Zweck des TCREEP-Abbaus ist, das positive Kriechdrehmoment, das bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten von dem Fahrer angefordert wird, wenn er auf die Bremse tritt, abzubauen. In dieser Weise wird die Energieverschwendung, die sich daraus ergibt, dass die Bremsen dem Drehmomentsystem entgegenwirken, verringert. Diese Funktion nutzt die Elastizität des Elektromotors in einem hybriden System aus, um unbehindert durch Leerlaufdrehzahlanforderungen wie bei einer herkömmlichen Maschine mit einem Drehmomentwandler bei niedriger Drehzahl irgendeinen Drehmomentbetrag zu liefern. - Bei einer Ausführungsform wird ein Skalar auf TREQ angewandt. Um ein Pendeln oder Hin- und Herschwingen um den VTHD-Schaltpunkt zu vermeiden, wird für eine Hysterese gesorgt. Der Skalar basiert auf θBRK und eventuell auf VVEH. Bei einer alternativen Ausführungsform wird auf das rein positive Kriech-/Ausrolldrehmoment (d. h. Kriechdrehmoment) ein Skalar angewandt. Der Skalar wird auf der Grundlage von θBRK bestimmt. Die alternative Ausführungsform schafft eine nahtlosere Implementierung, da sie keine zwei drehzahlbasierte Betriebszonen mit Hysterese, um ein Schwingen zwischen Zonen zu vermeiden, erfordert. Wenn beispielsweise das Fahrzeug rückwärts rollt, nimmt das Kriechdrehmoment tatsächlich zu, um der Rückwärtsbewegung entgegenzuwirken. Da dies ebenfalls ein positives Drehmoment ist, wird es in ähnlicher Weise, wie das Bremspedal niedergedrückt wird, abgebaut. Der Abbausakalar kann nach Bedarf als eine Funktion sowohl von VVEH als auch von θBRK bestimmt werden.
- Mit Bezug auf
4 werden nun beispielhafte Schritte, die durch die Antriebsdrehmomentsteuerung ausgeführt werden, im Einzelnen beschrieben. Im Schritt400 überwacht die Steuerung θACC. Im Schritt402 überwacht die Steuerung θBRK. Die Steuerung bestimmt im Schritt404 rPO auf der Grundlage von θACC und θBRK. Im Schritt406 bestimmt die Steuerung θACCADJ auf der Grundlage von rPO und θBRK. Im Schritt408 bestimmt die Steuerung TREQ auf der Grundlage von θACCADJ. - Im Schritt
410 ermittelt die Steuerung, ob VVEH kleiner als VTHR ist. Wenn VVEH kleiner als VTHR ist, setzt die Steuerung mit dem Schritt412 fort. Wenn VVEH nicht kleiner als VTHR ist, endet die Steuerung. Im Schritt412 ermittelt die Steuerung, ob θBRK größer als 0 und kleiner als θTHR ist. Wenn θBRK nicht größer als 0 und kleiner als θTHR ist, werden keine Abstimmungen vorgenommen. Wenn θBRK größer als 0 und kleiner als θTHR ist, baut im Schritt414 die Steuerung TCREEP ab. - Mit Bezug auf
5 werden nun beispielhafte Module, welche die Antriebsdrehmomentsteuerung ausführen, im Einzelnen beschrieben. Die beispielhaften Module umfassen ein θACC-Modul500 , ein θBRK-Modul502 , ein rPO-Modul504 , einen Multiplizierer506 , ein TREQ-Modul508 , ein TCREEP-Modul510 und ein Drehmomentsteuermodul512 . Das θACC-Modul500 bestimmt θACC anhand des Fahrpedalstellungssignals. Das θBRK-Modul502 bestimmt θBRK anhand des Bremspedalstellungssignals. Das rPO-Modul504 bestimmt rPO auf der Grundlage von θACC und θBRK. θACCADJ wird durch den Multiplizierer506 als Produkt aus rPO und θACC bestimmt. - Das TREQ-Modul
508 bestimmt TREQ auf der Grundlage von θACCADJ und TCREEP. TCREEP wird durch das TCREEP-Modul510 auf der Grundlage von VVEH und θBRK bestimmt. Das Drehmomentsteuermodul512 erzeugt auf der Grundlage von TREQ Steuersignale. Genauer reguliert das Drehmomentsteuermodul512 den Betrieb der Maschine12 und/oder des Elektromotors14 so, dass das geforderte Antriebsdrehmoment geliefert wird. - Fachleute auf dem Gebiet können aus der obigen Beschreibung erkennen, dass die weit reichenden Lehren der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Formen implementiert werden können.
Claims (3)
- Drehmomentbasiertes Maschinensteuersystem zum Regulieren des Antriebsdrehmoments, das für einen Endantrieb eines Fahrzeugs (
10 ) bereitgestellt wird, umfassend: ein erstes Modul (500 ), das eine Fahrpedalstellung überwacht; ein zweites Modul (502 ), das eine Bremspedalstellung überwacht; ein drittes Modul (504 ), das auf der Grundlage der Bremspedalstellung und der Fahrpedalstellung aus einer Verweistabelle einen Verringerungsfaktor (phase-out ratio) bestimmt; ein viertes Modul (506 ), das auf der Grundlage der Fahrpedalstellung und der Bremspedalstellung eine abgestimmte Fahrpedalstellung bestimmt, wobei die abgestimmte Fahrpedalstellung als ein Produkt aus der Fahrpedalstellung und dem Verringerungsfaktor bestimmt wird; ein fünftes Modul (508 ), das auf der Grundlage der abgestimmten Fahrpedalstellung eine Antriebsdrehmomentanforderung bestimmt; und ein sechstes Modul (512 ), welches das Antriebsdrehmoment auf der Grundlage der Antriebsdrehmomentanforderung reguliert. - Verfahren zum Regulieren eines Antriebsdrehmoments, das für einen Endantrieb eines Fahrzeugs (
10 ) bereitgestellt wird, umfassend: Überwachen einer Fahrpedalstellung; Überwachen einer Bremspedalstellung; Bestimmen eines Verringerungsfaktors aus einer Verweistabelle auf der Grundlage der Bremspedalstellung und der Fahrpedalstellung; Bestimmen einer abgestimmten Fahrpedalstellung auf der Grundlage der Fahrpedalstellung und der Bremspedalstellung, wobei die abgestimmte Fahrpedalstellung als ein Produkt aus der Fahrpedalstellung und dem Verringerungsfaktor bestimmt wird; Bestimmen einer Antriebsdrehmomentanforderung auf der Grundlage der abgestimmten Fahrpedalstellung; und Erzeugen des Antriebsdrehmoments auf der Grundlage der Antriebsdrehmomentanforderung. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verringerungsfaktors aus einer Verweistabelle auf der Grundlage der Fahrpedalstellung und der Bremspedalstellung bestimmt wird.
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