DE102008046849A1

DE102008046849A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008046849A1
Application number: DE200810046849
Authority: DE
Inventors: Claudia Romberg; Marc Weiss; Thomas Gruenter
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: KR20100029687A; JP2010065680A

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (12) eines Triebstrangs (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang (10) ein automatisiert schaltbares Getriebe umfasst, wobei während eines Schaltvorgangs des Getriebes der Verbrennungsmotor (12) mit Hilfe einer Zieldrehzahlregelung von einer Ausgangsdrehzahl (48) auf eine Zieldrehzahl (50) geregelt wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Zieldrehzahlregelung ein Solldrehzahlverlauf (46) vorgegeben wird, welcher zu einem ersten Zeitpunkt eine betragsmäßig höhere Steigung aufweist als zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt. 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, wobei während eines Schaltvorgangs des Getriebes der Verbrennungsmotor mit Hilfe einer Zieldrehzahlregelung von einer Ausgangsdrehzahl auf eine Zieldrehzahl geregelt wird. 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.
Automatisiert schaltbare Getriebe sollen Schaltvorgänge möglichst schnell und komfortabel durchführen können. Insbesondere ist es erwünscht, dass Gangwechsel auch bei nur sehr kurzen Gangwechselzeiten ruckfrei durchgeführt werden können.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche schnelle und komfortable Schaltvorgänge ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Hierbei wird der Zieldrehzahlregelung ein Solldrehzahlverlauf vorgegeben, welcher zu einem ersten Zeitpunkt eine betragsmäßig höhere Steigung aufweist als zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt.
Ein Schaltvorgang oder Gangwechsel des Getriebes erfolgt innerhalb einer Zeitdauer, welche auch als ”Synchronisationszeit T_syn” bezeichnet werden kann. Innerhalb dieser Synchronisationszeit wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf die Zieldrehzahl geregelt. Hierbei wird nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine lineare Funktion bzw. eine Sprungfunktion verwendet, bei welcher während der Synchronisationszeit T_syn die Drehzahl mit konstanter Steigung geändert wird. Vielmehr wird ein Solldrehzahlverlauf vorgegeben, welcher es ermöglicht, zu einem ersten Zeitpunkt, vorzugsweise zu Beginn der Synchronisationszeit, eine starke Änderung der Drehzahl zu erreichen und zu einem zweiten Zeitpunkt, vorzugsweise am Ende der Synchronisationszeit, lediglich eine geringe Änderung der Drehzahl vorzunehmen. Die dem Solldrehzahlverlauf folgende Drehzahl des Verbrennungsmotors kann also relativ schnell abgesenkt oder erhöht werden und wird dann der Zieldrehzahl angenähert. Insbesondere kann zum Ende der Synchronisationszeit ein asymptotischer oder ein sich der Zieldrehzahl tangential annähernder Verlauf der Solldrehzahl erreicht werden, bei welchem am Ende des Solldrehzahlverlaufs dieser mit einer möglichst flachen Steigung an die Zieldrehzahl herangeführt werden kann.
Im Idealfall ist der Solldrehzahlverlauf im Übergang zur Zieldrehzahl stetig differenzierbar. In diesem Fall wird also bereits vor dem Ablauf des Zeitraums, der für die Zieldrehzahlregelung zur Verfügung steht, eine Steigung des Solldrehzahlverlaufs von ”Null” erreicht.
Der erfindungsgemäße Solldrehzahlverlauf ermöglicht es, Drehzahlüberschwinger bzw. Drehzahlunterschwinger des Verbrennungsmotors am Ende des Schaltvorgangs des Getriebes zu vermeiden. Diese Drehzahlüberschwinger sind für einen Fahrzeuginsassen besonders gut spürbar, da zu diesem Zeitpunkt eine Kupplungseinrichtung des Getriebes bereits vollständig oder zumindest annähernd vollständig beschlossen ist und daher eine Bedämpfung der Drehzahlüberschwinger mit Hilfe der Kupplungseinrichtung nicht oder nur sehr bedingt möglich ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Drehzahlverlauf durch mindestens zwei aneinander anschließende unterschiedliche Solldrehzahlfunktionen vorgegeben. Dies ermöglicht eine einfache Vorgabe des Solldrehzahlverlaufs.
Eine besonders einfache Vorgabe des Solldrehzahlverlaufs ergibt sich, wenn mindestens eine der Solldrehzahlfunktionen eine lineare Funktion ist. Es kann aber ebenfalls z. B. die Nutzung einer PT1-Funktion vorgesehen werden.
Vorzugsweise wird der Solldrehzahlverlauf in Abhängigkeit einer für einen Schaltvorgang zur Verfügung stehenden Synchronisationszeit T_syn definiert. Auf diese Weise kann der für einen Schaltvorgang des Getriebes veranschlagte Zeitraum optimal ausgenutzt werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Solldrehzahlverlauf in Abhängigkeit davon definiert wird, ob der Schaltvorgang eine Hochschaltung oder Rückschaltung ist.
Unter einer Hoch- oder einer Rückschaltung wird ein Gangwechsel des Getriebes verstanden. Bei einer Hochschaltung erfolgt ein Gangwechsel in einen höheren Gang, beispielsweise aus einem dritten Gang mit höherer Drehzahl des Verbrennungsmotors in einen vierten Gang mit niedrigerer Drehzahl des Verbrennungsmotors bei identischer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Unter einer Rückschaltung wird ein Gangwechsel von einem höheren in einen niedrigeren Gang verstanden.
Eine Hochschaltung oder eine Rückschaltung kann insbesondere dadurch erkannt werden, dass ein Wert durch Differenzbildung aus der Benennung der Gänge nach und vor Durchführung des Schaltvorgangs bestimmt wird, wobei ein positiver Wert mit einer Hochschaltung und ein negativer Wert mit einer Rückschaltung korrespondiert.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Solldrehzahlverlauf in Abhängigkeit davon definiert, ob der Schaltvorgang eine Zug- oder eine Schubschaltung ist.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das automatisiert schaltbare Getriebe ein Doppelkupplungsgetriebe ist, welches zwei Kupplungseinrichtungen aufweist. Doppelkupplungsgetriebe ermöglichen einen zumindest weitestgehend zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang (Gangwechsel), indem gleichzeitig eine erste Kupplungseinrichtung des Doppelkupplungsgetriebes schließt, während eine zweite Kupplungseinrichtung des Doppelkupplungsgetriebes öffnet.
Die vorstehend genannten Vorteile ergeben sich in entsprechender Weise für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung.
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 einer Steuereinrichtung, einem Verbrennungsmotor und einem automatisiert schaltbaren Getriebe; und
2 einen Solldrehzahlverlauf des Verbrennungsmotors während eines Schaltvorgangs des Getriebes.
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 einem Fahrerwunschgeber 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.
In der 2 ist für das Beispiel eines Hochschaltvorgangs von einem niedrigeren Gang in einen höheren Gang des Doppelkupplungsgetriebes 14 ein Solldrehzahlverlauf 46 des Verbrennungsmotors 12 dargestellt. Während des Schaltvorgangs wird eine Ausgangsdrehzahl 48 des Verbrennungsmotors 12 auf eine Zieldrehzahl 50 überführt, beispielsweise durch Veränderung einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge und/oder durch Veränderung von Zündzeitpunkten und/oder Ausblendung einer oder mehrere Zylinder. des Verbrennungsmotors 12.
Die für eine Regelung von der Ausgangsdrehzahl 48 auf die Zieldrehzahl 50 zur Verfügung stehende Zeit wird vom Doppelkupplungsgetriebe 14 vorgegeben und ist in der 2 schematisch mit der Synchronisationszeit T_syn angegeben, welche der Zeitspanne zwischen der Einleitung des Schaltvorgangs zum Zeitpunkt t₀ bis zum Abschluss des Schaltvorgangs zum Zeitpunkt t₁ entspricht.
Der Solldrehzahlverlauf 46 weicht von einem einfachen linearen Verlauf 52, welcher in 2 mit einer gepunkteten Linie angedeutet ist, ab. Der Solldrehzahlverlauf 46 zeichnet sich dadurch aus, dass zu Beginn der Synchronisationszeit T_syn eine starke Drehzahländerung erfolgt und zum Ablauf der Synchronisationszeit T_syn eine nur geringfügige Änderung des Drehzahlverlaufs. Auf diese Weise kann der Solldrehzahlverlauf 46 quasi asymptotisch an die Zieldrehzahl 50 herangeführt werden.
Der Solldrehzahlverlauf 46 setzt sich aus beispielsweise drei aneinander anschließende Solldrehzahlfunktionen 54, 56 und 58 zusammen. Diese Funktionen sind jeweils während aufeinander folgender Zeiträume T₁, T₂, T₃ wirksam. Die Steigung der Solldrehzahlfunktion 54 ist betragsmäßig größer als die Steigung der Solldrehzahlfunktion 56, welche ihrerseits betragsmäßig größer ist als die Steigung der Solldrehzahlfunktion 58.
Die Zeiträume T₁, T₂, T₃ können gleich lang oder voneinander verschieden sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn ein erster Zeitraum T₁ kleiner ist als ein folgender Zeitraum T₂ und/oder T₃, so dass für eine möglichst sanfte Heranführung des Solldrehzahlverlaufs 46 an die Zieldrehzahl 50 ein größerer Teilzeitraum der Synchronisationszeit T_syn zur Verfügung steht.
Zur physikalischen Umsetzung der in 2 dargestellten Drehzahlregelung können insbesondere PT1-Glieder verwendet werden.
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, wobei während eines Schaltvorgangs des Getriebes der Verbrennungsmotor (12) mit Hilfe einer Zieldrehzahlregelung von einer Ausgangsdrehzahl (48) auf eine Zieldrehzahl (50) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zieldrehzahlregelung ein Solldrehzahlverlauf (46) vorgegeben wird, welcher zu einem ersten Zeitpunkt eine betragsmäßig höhere Steigung aufweist als zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solldrehzahlverlauf (46) abhängig von der Gesamtsynchronisationszeit, einer verbleibenden Synchronisationszeit und der Drehzahldifferenz vom Motorsteuergerät durch frei wählbare Parameter modellierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Solldrehzahlverlauf (46) durch mindestens zwei aneinander anschließende unterschiedliche Solldrehzahlfunktionen (54, 56, 58) vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Solldrehzahlfunktionen (54, 56, 58) eine lineare Funktion ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solldrehzahlverlauf (46) in Abhängigkeit einer für einen Schaltvorgang zur Verfügung stehenden Synchronisationszeit T_syn definiert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solldrehzahlverlauf (46) in Abhängigkeit davon definiert wird, ob der Schaltvorgang eine Hochschaltung- oder Rückschaltung ist.
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, wobei während eines Schaltvorgangs des Getriebes der Verbrennungsmotor (12) mit Hilfe einer Zieldrehzahlregelung von einer Ausgangsdrehzahl (48) auf eine Zieldrehzahl (50) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zieldrehzahlregelung ein Solldrehzahlverlauf (46) vorgebbar ist, welcher zu einem ersten Zeitpunkt eine betragsmäßig höhere Steigung aufweist als zu einem dem ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt.
Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.