DE102008046846A1

DE102008046846A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008046846A1
Application number: DE102008046846A
Authority: DE
Inventors: Marc Weiss; Thomas Gruenter; Claudia Romberg
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2010-03-11
Also published as: JP2010065697A

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (12) eines Triebstrangs (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang (10) ein automatisiert schaltbares Getriebe umfasst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Vorbereitung eines Anfahrvorgangs oder eines Anhaltevorgangs der Verbrennungsmotor (12) derart betrieben wird, dass ein Reservemoment vorgehalten wird, welches während des Anfahrvorgangs oder des Anhaltevorgangs zur Stabilisierung der Drehzahl des Verbrennungsmotors (12) abgerufen werden kann. Ein unabhängiger Anspruch richtet sich auf eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang ein automatisiert schaltbares Getriebe umfasst. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.
Ein solches Verfahren und eine solche Steuereinrichtung ist jeweils aus in Serie gefertigten Kraftfahrzeugen bekannt.
Bei einem Anfahr- oder Anhaltevorgang besteht das Problem, dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeug nicht kontinuierlich erhöht oder abgesenkt werden kann, sondern Schwankungen unterliegt. Diese Schwankungen bewirken positive oder negative Beschleunigungen der Fahrzeuginsassen, welchen den Anfahr- oder Anhaltevorgang somit als unkomfortabel wahrnehmen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche besonders komfortable Anfahr- und/oder Anhaltevorgänge ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Hierbei wird ein Anfahrvorgang oder ein Anhaltevorgang des Kraftfahrzeugs vorbereitet, indem der Verbrennungsmotor so betrieben wird, dass ein Reservemoment vorgehalten wird. Dieses Reservemoment ist während der Durchführung des Anfahrvorgangs oder des Anhaltevorgangs abrufbar, so dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors und somit Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs stabilisiert werden kann.
Vor Durchführung eines Anfahrvorgangs oder eines Anhaltevorgangs wird der Verbrennungsmotor in vorteilhafter Weise in einem Betriebspunkt betrieben, welcher hinsichtlich des Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors von einem optimalen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors abweicht. In einem solchen abweichenden Betriebspunkt wird ein Teil des maximal möglichen Drehmoments zurückgehalten, beispielsweise indem Zündtakte des Verbrennungsmotors zeitverzögert eingeleitet werden. Das auf diese Weise zurückgehaltene Reservemoment kann jedoch dann schnell freigesetzt werden, wenn es zur Unterstützung des Anfahrvorgangs oder des Anhaltevorgangs benötigt wird. Auf diese Weise kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors stabilisiert werden, so dass diese Drehzahl kontinuierlich steigen oder absinken kann. Mit einer solchen Stabilisierung der Drehzahl des Verbrennungsmotors geht eine entsprechende Stabilisierung der Fahrzeuggeschwindigkeit einher. Hierdurch gestaltet sich ein Anfahr- oder ein Anhaltevorgang als besonders komfortabel.
Ein Anfahrvorgang betrifft insbesondere einen Vorgang, bei welchem das Kraftfahrzeug aus einem Stillstand heraus beschleunigt wird. Ein solcher Anfahrvorgang umfasst auch einen so genannten ”Ankriechvorgang”, bei welchem das Kraftfahrzeug aus einem Stillstand heraus anfährt, ohne dass dies durch Betätigung eines Gaspedals unterstützt wird. Auf diese Weise kann insbesondere der Wechsel von einem Stillstand hin zu einem Kriechzustand des Fahrzeugs durch das Vorhalten und Abrufen eines Reservemoments unterstützt werden.
Bei einem Anhaltevorgang ermöglicht es das Vorhalten eines Reservemoments, dass der Verbrennungsmotor ein weniger hohes Drehmoment bereitstellt, so dass eine im Eingriff befindliche Kupplungseinrichtung des Getriebes weniger stark belastet wird. In entsprechender Weise kann eine Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs entlastet werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und mit zwei Kupplungseinrichtungen;
2 den zeitlichen Verlauf der Belastung einer der Kupplungseinrichtungen, des Drehzahlverlaufs des Verbrennungsmotors sowie die resultierende Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs während eines Anfahrvorgangs ohne Reservemoment; und
3 den zeitlichen Verlauf der Belastung einer der Kupplungseinrichtungen, des Drehzahlverlaufs des Verbrennungsmotors sowie die resultierende Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs während eines mit Hilfe eines Reservemoments unterstützten Anfahrvorgangs.
In der 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Triebstrang 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12, ein automatisiert schaltbares Getriebe in Form eines Doppelkupplungsgetriebes 14 sowie weitere Getriebe und/oder Wellen zur Übertragung von Leistungen zwischen dem Verbrennungsmotor 12 und Antriebsrädern 16, 18 des Kraftfahrzeugs.
Der Triebstrang 10 weist eine Welle 20 zur Leistungsübertragung zwischen dem Doppelkupplungsgetriebe 14 und einem Differentialgetriebe 22 auf. Ferner weist der Triebstrang 10 Antriebswellen 24, 26 zur Übertragung von Leistungen zwischen dem Differentialgetriebe 22 und den Antriebsrädern 16, 18 auf.
Das Doppelkupplungsgetriebe 14 weist ein erstes Teilgetriebe TG1 und ein zweites Teilgetriebe TG2 auf. Ein Drehmomentfluss zwischen einer Eingangswelle 28 des ersten Teilgetriebes TG1 und einer Kurbelwelle 30 des Verbrennungsmotors 12 erfolgt über eine erste steuerbare Kupplungseinrichtung K1. Ein Drehmomentfluss zwischen einer Eingangswelle 32 des zweiten Teilgetriebes TG2 und der Kurbelwelle 30 des Verbrennungsmotors 12 erfolgt über eine zweite steuerbare Kupplungseinrichtung K2. Das erste Teilgetriebe TG1 stellt in einer Ausgestaltung Übersetzungsstufen (Gänge) mit ungeradzahliger Nummerierung wie den ersten Gang, den dritten Gang und so weiter bereit, während das zweite Teilgetriebe TG2 die Übersetzungsstufen (Gänge) mit geradzahliger Nummerierung wie den zweiten Gang, den vierten Gang und so weiter bereitstellt.
Sowohl eine Hauptwelle 34 des ersten Teilgetriebes TG1 als auch eine Hauptwelle 36 des zweiten Teilgetriebes TG2 ist drehfest mit der Welle 20 verbunden. Die Wellen 34 und 36 drehen sich daher mit der gleichen Drehzahl, die bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs ohne Schlupf an den Antriebsrädern 16, 18 linear von der Drehzahl der Antriebsräder 16, 18 und damit linear von der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs abhängt. In der schematischen Darstellung der 1 addieren sich die Drehmomente der Wellen 34 und 36 in der Verknüpfung 38 zum in der Welle 20 wirksamen Drehmoment.
Eine Steuereinrichtung 40 steuert in der Ausgestaltung der 1 den gesamten Triebstrang 10, also den Verbrennungsmotor 12 und das Doppelkupplungsgetriebe 14.
Zur Steuerung des Triebstranges 10 verarbeitet die Steuereinrichtung 40 Signale einer Vielzahl von Sensoren, in denen sich Betriebsparameter des Triebstrangs 10 abbilden. Hierbei sind insbesondere die folgenden Betriebsparameter von Bedeutung: Ein Fahrpedalwinkel Wped, der von einer Einrichtung zur Vorgabe eines Fahrerwunschmoments in Form eines Fahrerwunschgebers 42 bereitgestellt wird und in dem sich eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer abbildet, eine Drehzahl nMot der Kurbelwelle 30 des Verbrennungsmotors 12, die von einem Drehzahlsensor 43 erfasst wird, und eine Fahrgeschwindigkeit v, die von einem Fahrgeschwindigkeitsgeber 44 erfasst wird. Der Fahrgeschwindigkeitsgeber 44 ist in einer Ausgestaltung als Drehzahlsensor realisiert, der eine Drehzahl am Ausgang des Doppelkupplungsgetriebes 14, also eine Drehzahl von einer der Wellen 34, 36 oder 20 erfasst. Alternativ oder ergänzend hierzu wird ein Drehzahlsignal an einem oder mehreren der Räder 16, 18 erfasst, zum Beispiel mit Hilfe der Sensorik eines Anti-Blockier-Systems.
Bei Kenntnis der in den Teilgetrieben TG1 und TG2 jeweils eingestellten Übersetzungen ergibt sich die Drehzahl nK1 der Eingangswelle 28 des ersten Teilgetriebes TG1 und die Drehzahl nK2 der Eingangswelle 32 des zweiten Teilgetriebes TG2 jeweils als lineare Funktion der Fahrgeschwindigkeit v.
In Abhängigkeit von diesen Betriebsparametern des Triebstrangs 10 und gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern, insbesondere in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 12, bildet die Steuereinrichtung 40 Stellsignale S_Mot, S_K1, S_K2, S_TG1 und S_TG2. Dabei dient das Stellsignal S_Mot zur Einstellung eines Drehmomentes des Verbrennungsmotors 12. Das Stellsignal S_TG1 dient zum Einlegen eines Ganges im ersten Teilgetriebe TG1 und damit zum Einstellen seiner Übersetzung. Das Stellsignal S_TG2 dient analog zum Einstellen einer Übersetzung im zweiten Teilgetriebe TG2. Mit dem Stellsignal S_K1 wird der Drehmomentfluss über die erste Kupplungseinrichtung K1 gesteuert. Analog wird der Drehmomentfluss über die zweite Kupplungseinrichtung K2 mit dem Stellsignal S_K2 gesteuert.
Die Steuereinrichtung 40 kommuniziert außerdem mit einer insbesondere in Form eines Bremspedals ausgebildeten Betätigungseinrichtung 45 einer Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs sowie mit einer Einrichtung 46 zur Auswahl einer Getriebestellung, beispielsweise in Form eines Gangwahlschalters.
In der 2 ist die Belastung einer Kupplungseinrichtung K1 oder K2 in einem zeitlichen Verlauf 47 dargestellt. Ausgehend von einem in 2 linker Hand dargestellten Teil des Verlaufs 47 steigt die Belastung der Kupplungseinrichtung während ihres Schließens stark an. Dies führt dazu, dass eine Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors 12, welche in der 2 anhand eines Verlaufs 48 dargestellt ist, ausgehend von einem linker Hand dargestellten höheren Niveau kurzzeitig einbricht und infolgedessen wieder hochgeregelt werden muss. Dies wiederum bewirkt, dass eine in der 2 anhand eines Verlaufs 50 dargestellte Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs nicht kontinuierlich ansteigt, sondern ausgehend von einem in der 2 linker Hand dargestellten Stillstand des Kraftfahrzeugs mit der Erhöhung der Drehzahl nMot einhergehend schnell ansteigt, dann jedoch durch den Einbruch der Drehzahl nMot bedingt weniger stark ansteigt oder sogar sinkt.
Um diese Probleme zu vermeiden, wird der Verbrennungsmotor 12 zur Vorbereitung eines Anfahrvorgangs oder eines Anhaltevorgangs so betrieben, dass ein Reservemoment vorgehalten wird. Das Vorhalten eines solchen Reservemoments kann beispielsweise durch den Wechsel einer Getriebestellung des Doppelkupplungsgetriebes 14 initialisiert werden. Beispielsweise kann das Doppelkupplungsgetriebe 14 aus einer Leerlaufstellung in eine Fahrstellung überführt werden, indem der Fahrer die Einrichtung 46 zur Auswahl einer Getriebestellung betätigt. Insbesondere kann der Wechsel einer Getriebestellung den Wechsel zwischen einer Leerlaufstellung des Doppelkupplungsgetriebes 14 und einer Fahrstellung des Doppelkupplungsgetriebes 14 betreffen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Initialisierung des Vorhaltens des Reservemoments dadurch erfolgen, dass in einer eingelegten Fahrstellung des Doppelkupplungsgetriebes 14 die Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs deaktiviert wird. Wenn beispielsweise im Stillstand des Kraftfahrzeugs eine Fahrstellung des Doppelkupplungsgetriebes 14 bereits angewählt ist, eine Bewegung des Kraftfahrzeugs jedoch durch eine mit Hilfe der Betätigungseinrichtung 46 aktivierte Bremseinrichtung verhindert wird, kann das Vorhalten des Reservemoments dadurch initialisiert werden, dass die Betätigungseinrichtung 46 gelöst wird.
Die Initialisierung des Vorhaltens des Reservemoments ist in der 3 schematisch anhand eines Bitverlaufs 52 dargestellt. Der Verlauf 52 zeigt schematisch eine durch die vorstehend beschriebene Initialisierung bedingte Anforderung eines Reservemoments des Doppelkupplungsgetriebes 14 an die Steuereinrichtung 40. Die Funktion hält vor, dass das Bit zur Initialisierung des Reservemomentes vom Getriebe gesendet oder wahlweise vom Motorsteuergerät durch Einlesen von z. B. Bremsdruck usw. selbst generiert wird. Durch das Vorhalten eines Reservemoments ist es möglich, eine in 3 anhand eines Verlaufs 54 dargestellte Stabilisierung der Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors 12 zu erzielen. Die Drehzahl nMot kann dank des zur Verfügung stehenden Reservemoments trotz der stark ansteigenden Belastung einer Kupplungseinrichtung K1 oder K2 (siehe Verlauf 47) bei einer zumindest weitestgehend konstanten Motordrehzahl nMot betrieben werden. Dies führt dazu, dass ein Verlauf 56 der Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs ausgehend von einem Stillstand kontinuierlich ansteigen kann, ohne dass hierbei negative Beschleunigungen auftreten.
Es ist möglich, dass das Vorhalten eines Reservemoments initialisiert wird, ein entsprechendes Reservemoment dann jedoch nicht abgerufen wird. Dies kann beispielsweise bei einer verlängerten Stillstandszeit des Kraftfahrzeugs der Fall sein. Da der Betrieb des Verbrennungsmotors 12 in einem von einem optimalen Betriebspunkt abweichenden Betriebspunkt, in welchem also ein später abrufbares Reservemoment vorgehalten wird, gegebenenfalls mit Nachteilen einhergehen kann (beispielsweise mit einem leicht erhöhten Kraftstoffverbrauch), ist es möglich, dass die Höhe des Reservemoment und/oder die Zeitdauer, in welcher das Reservemoment vorgehalten wird, begrenzt wird.
Insbesondere ist es möglich, die Höhe des Reservemoments und/oder die Zeitdauer, in welcher das Reservemoment vorgehalten wird, in Abhängigkeit eines Parameters des Triebstrangs 10 ermittelt wird. Beispielsweise stützt sich eine solche Ermittlung auf die Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors 12, auf die Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs, auf einen Betätigungszustand der Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder auf einen Betätigungszustand des Fahrerwunschgebers 42.
Im Übrigen ist die Steuereinrichtung 40 dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen durchzuführen. Dabei wird unter einer Durchführung eine Steuerung der hier beschriebenen Verfahrensabläufe verstanden.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (12) eines Triebstrangs (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang (10) ein automatisiert schaltbares Getriebe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung eines Anfahrvorgangs oder eines Anhaltevorgangs der Verbrennungsmotor (12) derart betrieben wird, dass ein Reservemoment vorgehalten wird, welches während des Anfahrvorgangs oder des Anhaltevorgangs zur Stabilisierung der Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors (12) abgerufen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahrvorgang ausgehend von einem Stillstand des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhalten des Reservemoments durch den Wechsel einer Getriebestellung des Getriebes initialisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zwischen einer Leerlaufstellung und einer Fahrstellung erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Fahrstellung des Getriebes das Vorhalten des Reservemoments durch Deaktivierung einer Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs initialisiert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservemoment vorgehalten wird, indem Zündtakte des Verbrennungsmotors (12) zeitverzögert eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Reservemoments und/oder die Zeitdauer, in welcher das Reservemoment vorgehalten wird, begrenzt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Reservemoments und/oder die Zeitdauer, in welcher das Reservemoment vorgehalten wird, ermittelt wird in Abhängigkeit mindestens eines der Parameter Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors (12), Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs, Betätigungszustand einer Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs, Betätigungszustand einer Einrichtung zur Vorgabe eines Fahrerwunschmoments.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das automatisiert schaltbare Getriebe ein Doppelkupplungsgetriebe (14) ist.
Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (12) eines Triebstrangs (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang (10) ein automatisiert schaltbares Getriebe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung eines Anfahrvorgangs oder eines Anhaltevorgangs der Verbrennungsmotor (12) derart betreibbar ist, dass ein Reservemoment vorhaltbar ist, welches während des Anfahrvorgangs oder des Anhaltevorgangs zur Stabilisierung der Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors (12) abrufbar ist.
Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.