DE102009015165B4

DE102009015165B4 - Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009015165B4
Application number: DE102009015165.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastiaan Beukelaer; Andreas SEGERER; Matthias Reichler; Timo Lackner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: DE102009015165A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels in einem Kraftfahrzeug mit elektronisch gesteuertem automatisiertem Getriebe (9), dessen Steuergerät (1) einen Gangwechsel vorwiegend entsprechend abgespeicherter Schaltkennlinien (20) veranlasst, dadurch gekennzeichnet, dass mittels entsprechender Bedatung des Steuergeräts ein Gangwechsel im Sinne einer Hochschaltung unabhängig von den abgespeicherten Schaltkennlinien (20) veranlasst wird, wenn eine virtuelle Motordrehzahl (nvirtuell) einen vorgegebene oberen Schwellwert überschreitet, wobei die virtuelle Motordrehzahl (nvirtuell) auf Basis einer aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (nM_r–) ermittelt wird und wobei die virtuelle Motordrehzahl (nvirtuell) auf Basis eines Unterschiedes zwischen der gemessenen Motordrehzahl (nM) und der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (nM_r–) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beispielsweise aus der DE 41 14 033 C2 ist ein Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels in einem Kraftfahrzeug mit einem elektronisch gesteuerten Automatikgetriebe bekannt, dessen Steuergerät einen Gangwechsel während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine steuert, indem abgespeicherte Schaltkennlinien in einer Weise modifiziert werden, dass höhere Motordrehzahlen erreicht werden als bei warmgelaufenen Motor.
Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf die DE 11 2006 001 003 T5 , die DE 101 17 162 A1 und die WO 98/22304 hingewiesen.
Normalerweise wird mittels eines Steuergerätes für elektronisch gesteuerte Automatikgetriebe vordergründig eine optimale Gangwechselsteuerung realisiert, die spezielle Anforderungen, insbesondere an den Schaltkomfort oder den geringen Verbrauch, erfüllt. Zur Erfüllung dieser Anforderungen werden Schaltkennlinien empirisch ermittelt und im Getriebe-Steuergerät abgespeichert, die abhängig vom Öffnungswinkel der Drosselklappe oder der Fahrpedalstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine den Gangwechsel entsprechend der Anforderungen optimal steuern. Im Folgenden werden diese Schaltkennlinien optimale Schaltkennlinien genannt. Diese optimalen Schaltkennlinien können z. B. verbrauchsoptimierende Schaltkennlinien oder Schaltkennlinien für ein Winterprogramm sein.
Unter dem Begriff elektronisch gesteuerte automatisierte Getriebe sollen alle Arten von Getrieben verstanden werden, deren Gangwechsel zumindest zum Teil automatisch mittels eines Steuergeräts gesteuert werden, wie zum Beispiel elektronisch gesteuerte Automatikgetriebe mit Wandlerkupplung, Doppelkupplung oder Einfachkupplung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels in einem Kraftfahrzeug mit einem elektronisch gesteuerten Automatikgetriebe derart weiterzubilden, dass insbesondere beim Durchdrehen der Räder („Radabriss”) einerseits höchstmögliche Antriebsleistung erfüllbar ist und andererseits die Brennkraftmaschine vor einem Überdrehen gesichert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels in einem Kraftfahrzeug mit elektronisch gesteuertem automatisiertem Getriebe, dessen Steuergerät einen Gangwechsel vorwiegend entsprechend abgespeicherter Schaltkennlinien, wird ein Gangwechsel im Sinne einer Hochschaltung unabhängig von den abgespeicherten Schaltkennlinien veranlasst, wenn eine virtuelle Motordrehzahl einen vorgegebenen oberen Schwellwert überschreitet, wobei die virtuelle Motordrehzahl auf Basis einer aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder berechneten Motordrehzahl ermittelt wird.
Durch die Erfindung wird die Wahrscheinlichkeit sowohl für das Auftreten einer Überdrehzahl des Motors als auch für das Auftreten vorzeitiger Hochschaltungen reduziert. Die Fahrzeuglängsbeschleunigung wird aufgrund der optimierten Schaltpunkte optimiert. Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Steuergerät mit wenig Bedatungsaufwand verbunden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
1 eine schematische Gesamtübersicht der für die Erfindung wesentlichen Komponenten,
2 eine schematische Darstellung von für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Modulen im elektronischen Getriebesteuergerät, durch das das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen durchgeführt wird, und
3 ein detailliertes Ausführungsbeispiel anhand von den Teilfiguren 3a bis 3e.
In 1 ist ein hinterradangetriebenes oder gestrichelt angedeutet ein zumindest zeitweise vierradgetriebenes Fahrzeug in Form eines grundsätzlich hinterradangetriebenen Kraftfahrzeugs mit bedarfsweise über eine Übertragungskupplung 10 zuschaltbarem Vorderradantrieb dargestellt. Bei einem Fahrzeug nach 1 wird mit offener Übertragungskupplung 10 das gesamte Drehmoment (Antriebsmoment) der Antriebseinheit, z. B. bestehend aus einer Brennkraftmaschine 8 und einem Automatikgetriebe 9, auf die Räder 6 und 7 der Hinterachse 3 übertragen. Die Antriebseinheit 9 bestehend aus einer Brennkraftmaschine 8 und dem Automatikgetriebe 9 wird von mindestens einem Antriebssteuergerät 1 angesteuert. Das Antriebssteuergerät 1, das hier ein elektronisches Automatikgetriebesteuergerät sein soll, kommuniziert beispielsweise über den bekannten Kfz-Datenbus CAN mit anderen Steuergeräten. In 1 sind die Hinterräder 6 und 7 die primären Antriebsräder, da sie permanent mit der Antriebseinheit 9 verbunden sind. Mit zunehmendem Kupplungsmoment an der Übertragungskupplung 10 treibt die Antriebseinheit auch die Räder 4 und 5 der Vorderachse 2 an. Somit sind die Vorderräder 4 und 5 die sekundären Antriebsräder. Die Erfindung kann also sowohl bei einachsig angetriebenen Fahrzeugen (Hinterradantrieb oder Vorderradantrieb) als auch bei Allradantrieb eingesetzt werden.
Das Automatikgetriebesteuergerät 1 erfasst zu weiteren Eingangssignalen hinzu insbesondere ein Eingangssignal zur Erfassung der Stellung eines Fahrpedals, z. B. den Betätigungswinkel FP des sog. Gaspedals. Weiterhin erfasst oder ermittelt das Automatikgetriebesteuergerät 1 die Motordrehzahl n_M, die Getriebeeingangsdrehzahl n_T, sowie die Raddrehzahlen n_VL, n_HL, n_VR, n_HR aller Räder 4, 5, 6, 7. Insbesondere aus den Raddrehzahlen n_VL und n_VR der nicht (oder bei Allradantrieb weniger) angetriebenen Rädern 4 und 5 wird eine Motordrehzahl n_{M_r–} berechnet, die vorliegen würde, wenn kein Radabriss, also kein Schlupf an den angetriebenen (oder bei Allrad mehr angetriebenen) Rädern 6 und 7, auftreten würde.
2 zeigt wesentliche Module im Steuergerät 1. Allgemein gilt: Unter normalen Bedingungen wird im elektronischen Getriebesteuergerät 1 eine Hochschaltung beim Überschreiten der Hochschaltkennlinien 20 ausgelöst. Zusatzfunktionen können den Schaltpunkt jedoch verschieben. Dabei kann eine Schaltung früher oder auch später ausgelöst werden. Durch die Erfindung kann eine Hochschaltung vorgezogen oder verzögert werden. Dies geschieht abhängig von einer berechneten virtuellen Motordrehzahl n_virtuell. Wenn diese virtuelle Motordrehzahl n_virtuell eine Schwelle (Zieldrehzahl für den Motor) überschreitet, wird die Hochschaltung ausgelöst. Somit werden die Schaltkennlinien, die üblicherweise die Fahrzeuggeschwindigkeit v oder die Abtriebsdrehzahl n_ab als Eingangsgrößen haben, zeitweise modifiziert oder ignoriert. Die aus den Antriebsrädern berechnete Motordrehzahl n_{M_r+} oder Abtriebsdrehzahl n_ab ist nur bei nicht schlupfenden Antriebsrädern proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit v. Durch die Erfindung soll sichergestellt werden, dass das Getriebe auch bei Radabriss zum optimalen Zeitpunkt hoch schaltet. Die Berechnung der virtuelle Motordrehzahl n_virtuell findet beispielsweise durch die Module 21 und 22 statt, wobei im Modul 22 beispielsweise die Ermittlung der Gradienten und im Modul 21 beispielsweise die Filtereinstellungen für eine Tiefpassfilterung bestimmt werden.
Erfindungswesentlich ist die Ermittlung einer virtuellen Motordrehzahl n_virtuell auf Basis der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder 4, 5 berechneten Motordrehzahl n_{M_r–}. Dabei kann die virtuelle Motordrehzahl beispielsweise gleich der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder 4, 5 berechneten Motordrehzahl n_{M_r–} sein.
Vorzugsweise aber wird die Differenz der gemessenen Motordrehzahl n_M und der gemessenen oder aus den angetriebenen oder stärker angetriebenen Rädern berechneten Getriebeeingangsdrehzahl n_T berechnet. Die virtuelle Motordrehzahl n_virtuell wird auf Basis des Gradienten-Unterschiedes zwischen dem Gradienten dieser Differenz und dem Gradienten der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder 4, 5 berechneten Motordrehzahl n_{M_r–} ermittelt (übergreifender Gradient). Die virtuelle Motordrehzahl n_virtuell oder Zwischenergebnisse im Rahmen der Ermittlung der virtuellen Motordrehzahl n_virtuell werden vorzugsweise tiefpassgefiltert, wobei die Filtereinstellungen zur Tiefpassfilterung derart drehzahlabhängig ausgelegt sind, dass bei niedrigeren Drehzahlwerten eine stärkere Tiefpassfilterung als bei höheren Drehzahlwerten erreicht wird.
Eine mögliche detailliertere Arbeitsweise der Module 21 und 22 kann nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den 3a bis 3e folgendermaßen programmiert sein:
Globaler Aufbau gemäß Fig. 3a:
Die Funktion besteht aus vier wichtigen Unterfunktionen. Zunächst wird der übergreifende Gradient, wie zu 2 beschreiben, gebildet. Anschließend wird dieser übergreifende Gradient gefiltert, vorzugsweise über einen PT1- oder optional über einen PT2-Filter. Dabei ist die Bestimmung der Filtereinstellungen für den PT1- bzw. PT2 Filter eine wichtige Unterfunktion. Unter anderem anhand des gefilterten übergreifenden Gradienten wird die virtuelle Motordrehzahl n_virtuell berechnet. Diese virtuelle Motordrehzahl n_virtuell ist die maximale Drehzahl, die erreicht wird wenn sofort eine Hochschaltung angefordert werden würde (hier wird also die Schaltverzugszeit berücksichtigt).
Berechnung des übergreifenden Gradienten gemäß Fig. 3b:
In der ersten Unterfunktion wird ein übergreifender Gradient berechnet. Zuerst wird eine Drehzahl (Ersatzdrehzahl 1) als Kombination, insbesondere als Differenz, aus der Motordrehzahl n_M – und der Getriebeeingangsdrehzahl n_T (z. B. Turbinendrehzahl bei Automatikgetriebe mit Wandler) berechnet. Das Verhältnis Motor- zu Getriebeeingangsdrehzahl ist dabei frei wählbar und kann in Abhängigkeit vom aktuellen Gang und der aktuellen Motordrehzahl n_M abgestimmt werden. Aus der Ersatzdrehzahl 1 und der Ersatzdrehzahl 1 aus dem vorherigen Takt wird ein Gradient berechnet. Wenn die Taktrate des Berechnungsalgorithmus sehr hoch ist, muss überlegt werden, ob der Gradient nicht jeden Takt, sondern jeden 2., 3. oder 4. Takt berechnet wird. Sonst könnte der Gradient wegen Auflösung und Ungenauigkeiten von Takt zu Takt extrem schwanken.
Analog der hier beschriebenen Methode wird gemäß 3b auch ein Gradient der Ersatzdrehzahl 2 (Drehzahl n_{M_r–}) berechnet, die auf Basis der vorderen nicht angetriebenen Räder ermittelt („Radbeschleunigung”) wird. Dabei muss über die Hinterachs- und Getriebe-Übersetzung eine Umrechnung dieses Gradienten 2 auf eine Motor- und Getriebeeingangsdrehzahl erfolgen, damit dieser Gradient 2 mit dem Gradienten 1 verarbeitbar ist, der aus der Ersatzdrehzahl 1 ermittelt wird. Die nicht angetriebenen (oder bei Allradantrieb weniger angetriebenen) Räder drehen bei einem Radabriss bzw. bei Durchdrehen der (stärker) angetriebenen Räder 6, 7 mit „normaler” Geschwindigkeit weiter, wogegen die Drehzahl der angetriebenen (oder bei Allradantrieb mehr angetriebenen) Räder steil ansteigt. Die Motordrehzahl n_M und Getriebeeingangsdrehzahl n_T (z. B. Turbinendrehzahl bei Automatikgetrieben mit Wandlerkupplung) und damit auch der dazugehörende Gradient 1 steigen jedoch stark an. Der Gradient 2 berechnet aus den nicht (weniger) angetriebenen Rädern kann daher als Dämpfungsglied für Gradient 1 berechnet aus der Kombination (z. B. Differenzbildung zwischen) Motor- und Getriebeeingangsdrehzahl verwendet werden.
Am Ende dieser Unterfunktion erfolgt die Berechnung des allgemein übergreifenden Gradienten. Dieser Gradient besteht aus dem Gradienten der Differenz zwischen Motor- und Getriebeeingangsdrehzahl und dem Gradienten der Drehzahl n_{M_r–} berechnet aus den nicht-angetriebenen Rädern (Gradienten 1 und 2). Auch hier ist das Verhältnis Gradient 1 zu Gradient 2 frei wählbar und kann in Abhängigkeit vom aktuellen Gang und der aktuellen Motordrehzahl n_M abgestimmt werden.
Bestimmung der Filtereinstellungen gemäß Fig. 3c:
Bei der Unterfunktion „Bestimmung der Filtereinstellungen” wird die Verstärkung und Trägheit für den PT1 Filter ermittelt. Die Basis-Filtereinstellungen hängen vom momentanen Gang und einer Ersatzdrehzahl (Ersatzmotordrehzahl 3) ab. Da die Dynamik des Fahrzeugs in jedem Gang anders ist, ist die Abhängigkeit der Filtereinstellungen vom momentanen Gang notwendig. Bei niedrigen Drehzahlen ist eine stärkere Filterung gewünscht und auch möglich. Bei höheren Drehzahlen (nahe an die Abregeldrehzahl des Motors) soll die Filterung weniger stark ausgeprägt sein, um damit eine Überdrehzahl zu verhindern. Deswegen ist die Filtereinstellung drehzahlabhängig.
Die Zieldrehzahl (= die Motordrehzahl die bei einer Hochschaltung im momentanen Gang maximal erreicht werden soll) ist situationsabhängig (Abhängigkeit vom Getriebeprogramm und der Fahrpedalstellung FP). In einer Tabelle muss je Gang vorgegeben werden, für welche Zieldrehzahl die Tabelle mit den Filtereinstellungen gemacht worden ist. Wenn die Zieldrehzahl dann eine andere ist, muss eine Ersatzmotordrehzahl (Ersatzmotordrehzahl 3) berechnet werden, anhand derer die Filtereinstellungen bestimmt werden (bzw. die Tabelle mit den Filtereinstellungen ausgewertet wird).
Bei Bergfahrten und aktiver Hochschaltpunktverschiebung beispielsweise müssen die ermittelten Filtereinstellungen korrigiert werden. Das Fahrzeug beschleunigt bei Gefälle schneller oder langsamer als auf der Ebene, wodurch auch der drehzahlabhängige Filter mit einer anderen Geschwindigkeit durchlaufen wird. Anhand der Beschleunigung des Getriebeabtriebs findet eine Korrektur der ermittelten Filtereinstellungen statt. Dazu wird die aktuelle Abtriebsbeschleunigung mit einer Abtriebsbeschleunigung unter Normbedingungen (Ebene, keine zusätzliche Fahrwiderstände) verglichen. Der Korrekturfaktor ist abhängig von der Differenz dieser beiden Größen.
Filterung des übergreifenden Gradienten gemäß Fig. 3d:
Anhand der ermittelten Filtereinstellungen wird der allgemein übergreifende Gradient gefiltert. Die Filterung erfolgt über einen PT1-Filter. Optional kann das gefilterte Signal ein zweites Mal über einen PT1-Filter gefiltert werden (in diesem Fall ist der Funktionsblock „Filterung” als ein PT2 Filter zu betrachten).
Berechnung der virtuellen Motordrehzahl gemäß Fig. 3e:
Ein Gangwechsel kann vom Getriebe mit unterschiedlichen Schaltgeschwindigkeiten (und dementsprechend Schaltverzugszeiten) vorgenommen werden. Die vom elektronischen Getriebesteuergerät 1 ermittelte Schaltverzugszeit kann Gang- und Schaltgeschwindigkeitsabhängig korrigiert werden. Anhand dieser korrigierten Schaltverzugszeit, des korrigierten Gradienten und der aktuellen Motordrehzahl n_M wird die virtuelle Motordrehzahl n_virtuell berechnet. Die virtuelle Motordrehzahl ist die Motordrehzahl die höchstens erreicht wird, wenn das Getriebe eine sofortige Hochschaltung anfordert/auslöst. Überschreitet die virtuelle Motordrehzahl n_virtuell die Zieldrehzahl (bzw. Drehzahlschwelle) wird die Hochschaltung ausgeführt.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels in einem Kraftfahrzeug mit elektronisch gesteuertem automatisiertem Getriebe (9), dessen Steuergerät (1) einen Gangwechsel vorwiegend entsprechend abgespeicherter Schaltkennlinien (20) veranlasst, dadurch gekennzeichnet, dass mittels entsprechender Bedatung des Steuergeräts ein Gangwechsel im Sinne einer Hochschaltung unabhängig von den abgespeicherten Schaltkennlinien (20) veranlasst wird, wenn eine virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) einen vorgegebene oberen Schwellwert überschreitet, wobei die virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) auf Basis einer aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (n_{M_r–}) ermittelt wird und wobei die virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) auf Basis eines Unterschiedes zwischen der gemessenen Motordrehzahl (n_M) und der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (n_{M_r–}) ermittelt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der gemessenen Motordrehzahl (n_M) und der Getriebeeingangsdrehzahl (n_T) ermittelt wird und dass die virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) auf Basis eines Unterschiedes zwischen dieser Differenz und der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (n_{M_r–}) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) auf Basis des Gradienten der gemessenen Motordrehzahl (n_M) und des Gradienten der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (n_{M_r–}) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) auf Basis des Unterschiedes des Gradienten der Differenz zwischen der gemessenen Motordrehzahl (n_M) und der Getriebeeingangsdrehzahl (n_T) zum Gradienten der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (n_{M_r–}) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) auf Basis eines tiefpassgefilterten Unterschiedes des Gradienten der Differenz zwischen der gemessenen Motordrehzahl (n_M) und der Getriebeeingangsdrehzahl (n_T) zum Gradienten der aus den Drehzahlen der nicht oder weniger angetriebenen Räder (4, 5) berechneten Motordrehzahl (n_{M_r–}) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Motordrehzahl (n_virtuell) oder Zwischenergebnisse im Rahmen der Ermittlung der virtuellen Motordrehzahl (n_virtuell) tiefpassgefiltert werden, wobei die Filtereinstellung zur Tiefpassfilterung derart drehzahlabhängig ausgelegt sind, dass bei niedrigeren Drehzahlwerten eine stärkere Tiefpassfilterung als bei höheren Drehzahlwerten erreicht wird.