DE102008046851A1

DE102008046851A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Steuerung eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008046851A1
Application number: DE102008046851A
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
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: DE102008046851B4

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Steuerung eines Triebstrangs (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang (10) einen Verbrennungsmotor (12) und ein Doppelkupplungsgetriebe (14) umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang des Doppelkupplungsgetriebes (14) eine vor Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Ausgangsdrehzahl (48) des Verbrennungsmotors (12) mit Hilfe einer Reglereinrichtung (46) auf eine nach Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Zieldrehzahl (52) geregelt wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung (46) in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob der Schaltvorgang eine Hoch- oder eine Rückschaltung ist und ob der Schaltvorgang eine Schub- oder eine Zugschaltung ist. Ein unabhängiger Anspruch richtet sich auf eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang einen Verbrennungsmotor und ein Doppelkupplungsgetriebe umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang des Doppelkupplungsgetriebes eine vor Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Ausgangsdrehzahl des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer Reglereinrichtung auf eine nach Durchführung des Schaltvorgangs anliegende 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.
Doppelkupplungsgetriebe weisen zwei Kupplungseinrichtungen auf, welche einen zumindest weitestgehend zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang (Gangwechsel) ermöglichen, indem gleichzeitig eine erste Kupplungseinrichtung des Doppelkupplungsgetriebes schließt, während eine zweite Kupplungseinrichtung des Doppelkupplungsgetriebe öffnet.
Ein vorstehend beschriebener Schaltvorgang soll möglichst schnell und komfortabel durchgeführt werden 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 Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche besonders 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 9 gelöst.
Unter einem Parameter der Reglereinrichtung wird eine Größe verstanden, welche das Regelverhalten der Reglereinheit charakterisiert. Dadurch, dass eine solche Größe in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob ein Schaltvorgang in Form einer Hoch- oder einer Rückschaltung und ob ein Schaltvorgang als Schub- oder als Zugschaltung durchgeführt wird, kann das Reglerverhalten der Reglereinrichtung an jede dieser Schaltarten optimal angepasst werden. Dies ermöglicht es, alle Schaltungsarten sehr schnell und mit einem hohen Komfort durchzuführen. Drehzahlüberschwinger, Schaltrucke und/oder lange Schaltzeiten können somit vermieden werden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung in vier unterschiedlichen Kennfeldern hinterlegt. Die Kennfelder sind einer Hoch-/Schubschaltung, einer Hoch-/Zugschaltung, einer Rück-/Schubschaltung oder einer Rück-/Zugschaltung zugeordnet. Dies ermöglicht es, nachdem die Art des Schaltvorgangs festgestellt wurde, den mindestens einen Parameter der Reglereinrichtung durch Auslesen aus einem Kennfeld zu ermitteln.
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 aktuellen und des prädizierten Ganges nach und vor Durchführung des Schaltvorgangs bestimmt wird, wobei ein positiver Wert mit einer Hochschaltung und ein negativer Wert mit einer Rückschaltung korrespondiert.
Die Charakterisierung eines Schaltvorgangs als Schubschaltung oder als Zugschaltung kann nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in folgender Weise erfolgen: Es wird zunächst ein Fahrerwunschmoment in Abhängigkeit der Stellung einer Einrichtung zur Vorgabe eines Fahrerwunschmoments und in Abhängigkeit von der Zieldrehzahl bestimmt. Bei der Einrichtung zur Vorgabe eines Fahrerwunschmoments handelt es sich beispielsweise um das Gaspedal des Fahrzeugs. In Abhängigkeit der Stellung dieses Gaspedals und in Abhängigkeit der Zieldrehzahl, welche nach Durchführung des Schaltvorgangs anliegen soll, wird das Fahrerwunschmoment bestimmt, beispielsweise durch Auslesen aus einem Kennfeld. Das auf diese Weise bestimmte Fahrerwunschmoment kann mit einem vorgebbaren Mindestmoment verglichen werden. Bei Überschreitung des Mindestmoments wird der Schaltvorgang als Zugschaltung charakterisiert; bei Unterschreitung des Mindestmoments wird der Schaltvorgang als Schubschaltung charakterisiert.
Das vorgebbare Mindestmoment ist vorzugsweise größer als 0 Nm und beträgt insbesondere zwischen ungefähr 3 Nm und ungefähr 12 Nm. Durch einen von 0 abweichenden Betrag des Mindestmoments ist gewährleistet, dass eine Schaltung, welche unter Schub erfolgt, nicht als Zugschaltung charakterisiert wird. Beispielsweise kann der Triebstrang eines Kraftfahrzeugs bei eingelegtem Gang und auf einem Fahrweg mit Gefälle unter Schubbelastung stehen. Wenn in einem solchen Fahrsituation das Gaspedal zwar betätigt wird, jedoch nur so wenig, dass der Triebstrang weiterhin unter Schub steht, ist es dank des vorgebbaren Mindestmoments möglich, eine in dieser Fahrsituation durchzuführende Schaltung dennoch als Schubschaltung erkennen zu können.
Besonders schnelle und ruckfreie Schaltvorgänge können durchgeführt werden, wenn mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung zusätzlich in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen Ist-Drehzahl und der Zieldrehzahl und/oder zusätzlich in Abhängigkeit von einer für einen Schaltvorgang zur Verfügung stehenden Synchronisationszeit T_syn bestimmt wird.
Die Parameter, welche in der vorstehend beschriebenen Weise ermittelt werden, betreffen beispielsweise Größen eines PID-Reglers zur Vorgabe einer dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Luft- und/oder Kraftstoffmenge und/oder einen PI-Regler zur Vorgabe eines Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors.
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 einem Verbrennungsmotor und mit zwei Kupplungseinrichtungen;
2 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl des Verbrennungsmotors während einer Hoch-Schaltung; und
3 den zeitlichen Verlauf des Fahrerwunschmoments während der Hoch-Schaltung.
In der 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Triebstrang 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12, ein Doppelkupplungsgetriebe 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 umfasst eine Reglereinrichtung 46, mittels welcher die Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors 12 bei einem Schaltvorgang des Doppelkupplungsgetriebes 14 von einer vor Durchführung des Schaltvorgangs anliegenden Ausgangsdrehzahl auf eine nach Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Zieldrehzahl geregelt wird. Eine solche Reglereinrichtung umfasst beispielsweise Regler zur Vorgabe einer dem Verbrennungsmotor 12 zuzuführenden Luft- und/oder Kraftstoffmenge, insbesondere in Form mindestens eines PID-Reglers, sowie Regler zur Vorgabe eines Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors 12, insbesondere in Form eines PI-Reglers.
Die Parameter der Reglereinrichtung 46 werden nun in Abhängigkeit davon bestimmt, ob ein durchzuführender Schaltvorgang des Doppelkupplungsgetriebes 14 eine Hoch- oder eine Rückschaltung ist und ob der Schaltvorgang eine Schub- oder eine Zugschaltung ist.
In der 2 ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl nMot des Verbrennungsmotors 12 für das Beispiel einer Hochschaltung dargestellt. Ausgehend von einer Ausgangsdrehzahl 48 in einem höheren Gang wird innerhalb einer von dem Doppelkupplungsgetriebe 14 vorgegebenen Synchronisationszeit T_syn die Ist-Drehzahl 50 auf eine Zieldrehzahl 52 geregelt.
3 zeigt den zeitlichen Verlauf 54 eines Fahrerwunschmoments während eines Hochschaltvorgangs. Ausgehend von einem Ausgangsdrehmoment 56, welches vor Durchführung des Schaltvorgangs anliegt, wird ein zukünftiges Fahrerwunschmoment 58 ermittelt, und zwar in Abhängigkeit der Stellung des Fahrerwunschgebers und der Zieldrehzahl 52. Das Fahrerwunschmoment 58 kann beispielsweise in einem entsprechenden Kennfeld hinterlegt sein oder rechnerisch ermittelt werden.
Wenn das auf diese Art und Weise ermittelte Fahrerwunschmoment 58 ein vorgebbares Mindestmoment 60 überschreitet (siehe Bereich 62 in 3), kann der Schaltvorgang als Zugschaltung erkannt werden. Unterschreitet ein ermitteltes Fahrerwunschmoment 58 das vorgebbare Mindestmoment 60 (siehe Bereich 64 gemäß 3) kann der Schaltvorgang als Schubschaltung erkannt werden.
In Abhängigkeit davon, ob ein Schaltvorgang als Hoch- oder Rückschaltung und als Schub- oder Zugschaltung erkannt wird, können die Parameter der Reglereinrichtung 46 entsprechend ausgewählt werden, so dass eine Drehzahlregelung auf eine Zieldrehzahl 52 für jede Schaltungsart optimiert durchgeführt werden kann. Die Parameter können beispielsweise so gewählt werden, dass für lange Synchronisationszeiten T_syn kleinere Reglereingriffe vorgenommen werden und bei kurzen Synchronisationszeiten T_syn größere Reglereingriffe vorgenommen werden. Außerdem können die Parameter der Reglereinrichtung noch in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Ist-Drehzahl 50 und der Zieldrehzahl 52 gewichtet werden.
Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Schaltungserkennung ist es möglich, die Reaktionen des Verbrennungsmotors 12 an das Verhalten des Getriebes 14 anzupassen und auf diese Weise sehr schnelle Schaltungen bei hohem Komfort durchzuführen.
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 Triebstrangs (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang (10) einen Verbrennungsmotor (12) und ein automatisiertes Getriebe insbesondere ein Doppelkupplungsgetriebe umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang des automatisierten Getriebes (14) eine vor Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Ausgangsdrehzahl (48) des Verbrennungsmotors (12) mit Hilfe einer Reglereinrichtung (46) auf eine nach Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Zieldrehzahl (52) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung (46) in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob der Schaltvorgang eine Hoch- oder eine Rückschaltung ist und ob der Schaltvorgang eine Schub- oder eine Zugschaltung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung (46) in vier unterschiedlichen Kennfeldern, die einer Hoch-/Schubschaltung, einer Hoch-/Zugschaltung, einer Rück-/Schubschaltung oder einer Rück-/Zugschaltung zugeordnet sind, hinterlegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert durch Differenzbildung aus der Benennung der Gänge nach und vor Durchführung des Schaltvorgangs bestimmt wird, so dass bei einem positiven Wert eine Hochschaltung und bei einem negativen Wert eine Rückschaltung erkannt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrerwunschmoment (58) in Abhängigkeit der Stellung einer Einrichtung (42) zur Vorgabe eines Fahrerwunschmoments und in Abhängigkeit von der Zieldrehzahl (52) bestimmt wird, und dass dieses Fahrerwunschmoment (58) mit einem vorgebbaren Mindestmoment (60) verglichen wird, so dass bei Überschreitung des Mindestmoments (60) eine Zugschaltung und bei Unterschreitung des Mindestmoments (60) eine Schubschaltung erkannt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerwunschmoment (58) aus einem Kennfeld ausgelesen wird, in welchem Fahrerwunschmomente in Abhängigkeit der Stellung der Einrichtung (42) zur Vorgabe eines Fahrerwunschmoments und in Abhängigkeit von der Zieldrehzahl (52) hinterlegt sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Mindestmoment (60) größer als 0 Nm, insbesondere zwischen ungefähr 3 Nm und ungefähr 12 Nm, ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung (46) zusätzlich in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen Istdrehzahl (50) und der Zieldrehzahl (52) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung (46) zusätzlich in Abhängigkeit von einer für einen Schaltvorgang zur Verfügung stehenden Synchronisationszeit T_syn bestimmt wird.
Steuereinrichtung zur Steuerung eines Triebstrangs (10) eines Kraftfahrzeugs, wobei der Triebstrang (10) einen Verbrennungsmotor (12) und ein automatisiertes Getriebe vorzugsweise ein Doppelkupplungsgetriebe (14) umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang des automatisierten Getriebes (14) eine vor Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Ausgangsdrehzahl (48) des Verbrennungsmotors (12) mit Hilfe einer Reglereinrichtung (46) auf eine nach Durchführung des Schaltvorgangs anliegende Zieldrehzahl (52) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter der Reglereinrichtung (46) in Abhängigkeit davon bestimmbar ist, ob der Schaltvorgang eine Hoch- oder eine Rückschaltung ist und ob der Schaltvorgang eine Schub- oder eine Zugschaltung ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglereinrichtung (46) einen PID-Regler zur Vorgabe einer dem Verbrennungsmotor (12) zuzuführenden Luft- und/oder Kraftstoffmenge umfasst.
Steuereinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglereinrichtung (46) einen PI-Regler zur Vorgabe eines Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors (12) umfasst.
Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.