DE102009016977A1

DE102009016977A1 - Verfahren zur Einstellung eines einzustellenden Übersetzungsverhältnisses und Antriebssystem

Info

Publication number: DE102009016977A1
Application number: DE200910016977
Authority: DE
Inventors: Frank Lehn; Heiko Witte; Norman Brix
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-10-14
Also published as: CN102378871A; EP2417381A1; WO2010115525A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines einzustellenden Übersetzungsverhältnisses (r) einer stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit zur Emulation einer alternativen Getriebeanordnung sowie ein entsprechendes Antriebssystem. Zunächst wird eine Ist-Eingangskenngröße und eine Ist-Ausgangskenngröße der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ermittelt. Es wird auf Basis der Ist-Eingangskenngröße und der Ist-Ausgangskenngröße ein theoretisches Ausgangsmoment (M) der alternativen Getriebeanordnung ermittelt. Unter Berücksichtigung des theoretischen Ausgangsmoments (M) der alternativen Getriebeanordnung wird das einzustellende Übersetzungsverhältnis (r) der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ermittelt, wobei dieses Übersetzungsverhältnis (r) so ermittelt wird, dass das durch die stufenlos einstellbare Getriebeeinheit erzeugte Abtriebsmoment (M) dem theoretischen Ausgangsmoment (M) entspricht. Das Antriebssystem weist hierzu neben der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit eine Steuereinheit (16) mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang zum Einlesen der Kenngrößen auf. Mit den Eingängen ist ein Berechnungsabschnitt (30) verbunden, der auf Basis der Kenngrößen das theoretische Ausgangsmoment (M) der alternativen Getriebeanordnung ermittelt. Die Steuereinheit (16) weist ferner einen Regelabschnitt (31) auf, der das einzustellende Übersetzungsverhältnis (r) so ermittelt, dass es dem ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines einzustellenden Übersetzungsverhältnisses einer stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit zur Emulation einer alternativen Getriebeanordnung sowie ein entsprechendes Antriebssystem.
Bei der Bedienung oder Benutzung von Fahrantrieben oder anderen Antrieben tritt mit der Zeit ein Gewöhnungseffekt für einen Benutzer ein. Das lässt sich leicht am Beispiel von Fahrantrieben nachvollziehen. Besteht beispielsweise ein Fahrantrieb aus einem automatisierten Lastschaltgetriebe, so sind zusätzlich zu dem mechanischen Getriebeteil Anfahrelemente vorhanden. Beispielsweise kann ein Wandler eingesetzt werden. Ein solcher Wandler hat eine bestimmte Charakteristik und erzeugt damit ein Beschleunigungsverhalten, an das sich der Fahrer gewöhnt. Er erwartet also eine bestimmte Beschleunigungscharakteristik, wenn er seinen Beschleunigungswunsch über das Fahrpedal vorgibt. Die Beschleunigungscharakteristik wird durch die an der Getriebeabtriebswelle auftretenden Drehzahlen und Drehmomente festgelegt. Eine Änderung beispielsweise bei einem Modellwechsel des Fahrzeugs wird durch einen erfahrenen Benutzer häufig als unangenehm empfunden, insbesondere bei konzeptionellen Änderungen des Antriebssystems.
Stufenlos verstellbare Getriebeeinheiten, beispielsweise hydrostatische Getriebe oder Leistungsverzweigungsgetriebe haben den Vorteil, dass eine primäre Antriebsmaschine, die in der Regel als Verbrennungsmotor realisiert ist, in einem hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimierten Betriebspunkt eingesetzt werden können. Dies senkt den Kraftstoffverbrauch, führt jedoch zu einer Beschleunigungscharakteristik, die von der gewohnten abweicht. Dies hat den Nachteil, dass die Akzeptanz für solche Neuerungen begrenzt ist.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung eines einzustellenden Übersetzungsverhältnisses einer stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit und ein entsprechendes Antriebssystem zu schaffen, bei dem die Möglichkeit besteht, das bisherige Beschleunigungsverhalten, z. B. eines anderen Antriebssystems, nachzubilden.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Ist-Eingangskenngröße der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit und eine Ist-Ausgangskenngröße der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit erfasst. Auf Basis dieser Ist-Eingangskenngröße und der Ist-Ausgangskenngröße wird dann ein theoretisches Ausgangsmoment der abzubildenden, alternativen Getriebeanordnung ermittelt. Das Übersetzungsverhältnis der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit wird dann so ermittelt, dass das durch die stufenlos einstellbare Getriebeeinheit erzeugte Abtriebsmoment dem theoretischen Ausgangsmoment entspricht. Durch die Nutzung des zusätzlichen Freiheitsgrads, den eine solche stufenlos verstellbare Getriebeeinheit aufweist, kann somit das Verhalten einer bisherigen Getriebeanordnung, die beispielsweise aus einem Wandler und einem nachgeschalteten Lastschaltgetriebe besteht, nachgebildet werden. Der Nutzer wird im Betrieb keinen Unterschied mehr erkennen. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass lediglich die Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit als Basis für die Ermittlung des theoretischen Ausgangsmoments dienen. D. h. die Ansteuerung der primären Antriebsquelle, beispielsweise der Dieselbrennkraftmaschine, ist davon unabhängig. Die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit verhält sich nach außen, d. h. auch gegenüber dem angeschlossenen Verbrennungsmotor sowie der letztlich angetriebenen Fahrzeugachse wie die nachzubildende oder zu emulierende alternative Getriebeanordnung. Als alternative Anordnung lässt sich dabei jedoch jede Antriebsanordnung ansehen, deren Charakteristik im Hinblick auf das Ausgangsmoment in Abhängigkeit von Ist-Eingangs- und Ist-Ausgangskenngrößen darstellbar ist.
Das Antriebssystem weist hierzu eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit und eine Steuervorrichtung zum Ermitteln eines einzustellenden Übersetzungsverhältnisses dieser Getriebeeinheit auf. Die Steuereinheit umfasst einen ersten Eingang zum Einlesen einer Ist-Eingangskenngröße und einen zweiten Eingang zum Einlesen einer Ist-Ausgangskenngröße. Mit den Eingängen ist ein Berechnungsabschnitt verbunden, der so eingerichtet ist, dass er auf Basis der Ist-Eingangskenngröße und der Ist-Ausgangskenngröße ein theoretisches Ausgangsmoment einer alternativen Getriebeanordnung ermittelt. Die Steuereinheit weist ferner einen Regelabschnitt auf, durch den das einzustellende Übersetzungsverhältnis dann so ermittelt wird, dass es dem theoretischen Ausgangsmoment entspricht.
Das beschriebene Verfahren sowie die Vorrichtung haben den Vorteil, dass abgesehen von der Kenntnis des Verhaltens der abzubildenden alternativen Getriebeanordnung lediglich die Eingangskenngrößen und Ausgangskenngrößen der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit erforderlich sind. Ein Eingriff in weitere Steuerungssysteme ist nicht erforderlich.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Antriebssystems ausgeführt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Ist-Eingangskenngröße eine Eingangsdrehzahl der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ist. Eine solche Drehzahlerfassung ist einfach möglich. Dazu wird vorzugsweise mit dem ersten Eingang ein erster Drehzahlsensor verbunden, der beispielsweise die Drehzahl der Antriebsmaschine oder direkt die Drehzahl der Eingangswelle erfasst. Da Eingangswelle und primäre Antriebsmaschine miteinander verbunden sind, entsprechen sich die beiden Drehzahlen. Auch hinsichtlich der Ist-Ausgangskenngröße ist es vorteilhaft, eine Drehzahl zu erfassen. Eine solche Drehzahlerfassung ist auch auf der Ausgangsseite des Getriebes in einfacher Weise möglich und liegt häufig bereits z. B. in Form von Tacho-Signalen vor. Allgemein ist anzumerken, dass zwar das vorliegende Beispiel einen Fahrantrieb betrifft, dies jedoch in keiner Weise beschränkend ist. So kann generell die Abtriebsdrehzahl auf der Ausgangsseite der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit mittels eines geeigneten Drehzahlsensors erfasst werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das einzustellende Übersetzungsverhältnis durch einen Drehmomentregler zu ermitteln. Die Verwendung eines solchen Drehmomentreglers zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses hat den Vorteil, dass Größen, die als Messgrößen isoliert nicht zugänglich sind und daher als Störgrößen bei der Ermittlung des theoretischen Ausgangsmoments betrachtet werden müssten, einfach ausgeregelt werden. So können bei der Ermittlung des theoretischen Ausgangsmoments – wieder im Falle eines Fahrantriebs als Beispiel – Änderungen des Fahrwiderstands oder eines Beladungszustands des Fahrzeugs unberücksichtigt bleiben.
Dabei wird vorzugsweise dem Drehmomentregler ein Ist-Abtriebsmoment der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit und das theoretische Ausgangsmoment zugeführt. Durch das Zuführen dieser beiden Momente wird in einfacher Weise ein Vergleich ermöglicht und auf Basis des Vergleichsergebnisses eine Änderung des einzustellenden Übersetzungsverhältnisses ermittelt.
Besonders bevorzugt ist es, dass die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ein hydrostatisches Getriebe umfasst, wobei aus den Prozessgrößen des hydrostatischen Getriebes das Ist-Abtriebsmoment ermittelt wird. Hierzu ist eine Drehmoment-Ermittlungseinrichtung vorhanden, die mit dem Berechnungsabschnitt verbunden ist, wobei der Drehmoment-Ermittlungseinrichtung Prozessgrößen des hydrostatischen Getriebes, wie beispielsweise Druck- und Schwenkwinkel der verwendeten Hydromaschinen, zugeführt werden. Durch die Verwendung einer solchen Drehmoment-Ermittlungseinrichtung und das rechnerische Ermitteln des Ist-Abtriebsmoments kann eine direkte Messung des Abtriebsmoments, die nur aufwändig möglich ist, vermieden werden.
Zur Ermittlung des theoretischen Ausgangsmoments werden bevorzugt charakteristische Größen des nachzubildenden, alternativen Antriebs unter Berücksichtigung der Ist-Eingangskenngröße und der Ist-Ausgangskenngröße aus einem Speicher ausgelesen. So wird aus dem Speicher unter Berücksichtigung des aktuellen Fahrzustands das theoretische Verhalten des alternativen Fahrantriebs ermittelt, wenn es sich in der gleichen Situation bezüglich der Ist-Kenngrößen befände. Durch das Verwenden der charakteristischen Größen, die als Funktion der Ist-Eingangskenngröße und der Ist-Ausgangskenngröße in dem Speicher abgespeichert ist, ist es auch leicht möglich, für mehrere alternative Antriebe die charakteristischen Größen abzuspeichern. Somit ist auch ein einfacher Wechsel zwischen verschiedenen Betriebsmodi des erfindungsgemäßen Antriebssystems durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem ausgewählten Betriebsmodus angewandt, der alternativ zu einem beispielsweise auf niedrigen Verbrauch ausgerichteten Verfahren zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses zur Verfügung steht.
Zur Verdeutlichung ist ein Beispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend detailliert beschrieben. Das Beispiel bezieht sich dabei, wie schon erwähnt, auf einen Fahrantrieb, wobei grundsätzlich keine Beschränkung hierauf erforderlich ist. Es zeigen:
1 ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe als stufenlos verstellbarer Getriebeeinheit;
2 eine Darstellung der Grundstruktur der Drehmomentregelung des abtriebsseitigen Drehmoments,
3 ein vereinfachtes Blockschaltbild mit Signalfluss zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Steuervorrichtung des erfindungsgemäßen Antriebssystems;
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 Beispiele zur Ermittlung des theoretischen Ausgangsmoments charakteristischer Größen eines Wandlers.
Das erfindungsgemäßen Antriebssystem 1, wie es in der 1 dargestellt ist, umfasst zunächst als primäre Antriebsquelle eine Dieselbrennkraftmaschine 2. Die Dieselbrennkraftmaschine 2 ist mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe 3 verbunden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 3 umfasst ein hydrostatisches Getriebe 4 sowie einen mechanischen Getriebezweig 5.
Das Leistungsverzweigungsgetriebe 3 ist eingangsseitig mit der Dieselbrennkraftmaschine 2 und ausgangsseitig mit einer angetriebenen Fahrzeugachse 6 verbunden. Hierzu ist eine Antriebswelle 7 und eine Abtriebswelle 8 vorgesehen. Die Antriebswelle 7 verbindet die Dieselbrennkraftmaschine 2 mit dem Leistungsverzweigungsgetriebe 3. Ebenso wird das Leistungsverzweigungsgetriebe 3 auf seiner Ausgangsseite über die Abtriebswelle 8 mit der angetriebenen Fahrzeugachse 6 verbunden.
Das hydrostatische Getriebe 4 umfasst eine Hydropumpe 9 und einen Hydromotor 10. Sowohl Hydropumpe 9 als auch Hydromotor 10 sind verstellbar ausgeführt. Beispiele für hydrostatische Maschinen, die im dargestellten Beispiel eingesetzt werden können, sind hydrostatische Axialkolbenmaschinen in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauweise. Die Hydropumpe 9 ist mit dem Hydromotor 10 im geschlossenen Kreislauf über eine erste Arbeitsleitung 11 und eine zweite Arbeitsleitung 12 verbunden. Zur Verstellung des Fördervolumens der Hydropumpe 9 ist eine erste Verstellvorrichtung 13 vorgesehen. In gleicher Weise wird mittels einer zweiten Verstellvorrichtung 14 das Schluckvolumen des Hydromotors 10 eingestellt.
Ausgangsseitig ist das hydrostatische Getriebe 4 mit dem mechanischen Getriebezweig 5 über ein Summiergetriebe 15 verbunden. Ein solches Summiergetriebe 15 ist in der Regel als Planetengetriebe ausgeführt.
Zur Steuerung des in dem hydrostatischen Getriebe 4 einzustellenden Übersetzungsverhältnisses r_CVT ist eine elektronische Steuereinheit 16 vorgesehen. Die elektronische Steuereinheit 16 ist über eine erste Steuersignalleitung 17 mit der ersten Verstellvorrichtung 13 und über eine zweite Steuersignalleitung 18 mit der zweiten Verstellvorrichtung 14 verbunden. Die Steuersignale ergeben sich aus dem einzustellenden Übersetzungsverhältnis, das in der elektronischen Steuereinheit 16 ermittelt wird.
Zur Erfassung von Ist-Kenngrößen, die zur Ermittlung des einzustellenden Übersetzungsverhältnisses benötigt werden, ist ein erster Drehzahlsensor 19 und ein zweiter Drehzahlsensor 20 vorgesehen. Der erste Drehzahlsensor 19 erfasst die Drehzahl der Eingangswelle 7 und der zweite Drehzahlsensor 20 erfasst die Abtriebswellendrehzahl der Abtriebswelle 8. Dabei ist es selbstverständlich unerheblich, an welcher Stelle die entsprechenden Drehzahlen ermittelt werden. Es kann beispielsweise zur Drehzahlerfassung anstelle des ersten Drehzahlsensors 19 auch eine aufgrund der Steuerung der Dieselbrennkraftmaschine 2 bekannte Drehzahl verwendet werden. Ebenso kann beispielsweise ein über das Differential ermitteltes Tacho-Signal zur Bestimmung der abtriebsseitigen Drehzahl der Abtriebswelle 8 verwendet werden.
Die Wirkungsweise der bislang beschriebenen Elemente bleibt für den Bediener weitgehend unerkannt. Er stellt lediglich fest, dass sich das Fahrzeug mit dem emulierten alternativen Antrieb so verhält, wie er es von dem alternativen Antrieb gewöhnt ist. Die Bedienung seitens des Bedieners beschränkt sich dabei auf eine Vorgabe des jeweiligen Fahrtwunsches, z. B. Beschleunigen oder Verzögern, über seine gewohnten Eingabeelemente. Dies ist beispielsweise ein Fahrpedal 22, dessen Positionswinkel α_Pedal mittels eines Drehwinkelsensors erfasst wird. Alternativ kann die Bedienung auch über einen Fahrhebel 21 erfolgen. Fahrpedal 22 und Fahrhebel 21 stehen über einen CAN-Bus 23 mit einem Antriebssteuergerät 25 in Verbindung. Das Antriebssteuergerät 25 ist hierzu mit dem CAN-Bus 23 über eine Verbindung 24 verbunden. Ferner ist über eine Signalleitung 26 das Antriebssteuergerät 25 mit einer Einspritzpumpe 28 verbunden. Auf ein entsprechendes, von dem Antriebssteuergerät 25 ermitteltes Steuersignal hin, wird die eingespritzte Einspritzmenge im Fall einer Dieselbrennkraftmaschine 2 durch die Einspritzpumpe 28 eingestellt.
Für die nachfolgende Betrachtung wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass anstelle des Leistungsverzweigungsgetriebes 3 der 1 lediglich ein hydrostatisches Getriebe vorhanden ist. Damit wird das Übersetzungsverhältnis r_CVT allein durch das Übersetzungsverhältnis von Hydropumpe 9 und Hydromotor 10 bestimmt. Es ist aber leicht ersichtlich, dass aus dem für die gesamte stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ermittelten Übersetzungsverhältnis r_CVT die tatsächliche Einstellung des hydrostatischen Getriebes 4 im Falle des Leistungsverzweigungsgetriebes 3 als stufenlos verstellbarer Getriebeeinheit ermittelt werden kann. Hierbei muss dann die Übersetzung des Summiergetriebes 15 mitberücksichtigt werden.
Weiterhin wird für die nachfolgenden Erläuterungen als Last der Einfachheit halber eine Rotationsmasse verwendet.
Allgemein ist das Übersetzungsverhältnis einer stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit (CVT, Continuous Variable Transmission) definiert durch:
Dabei ist n_ab die Abtriebsdrehzahl, die durch den zweiten Drehzahlsensor 20 ermittelt wird, und n_an die Drehzahl der Eingangswelle 7 der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit, die durch den ersten Drehzahlsensor als Ist-Eingangskenngröße ermittelt wird.
Unter Berücksichtigung der angenommenen Rotationsmasse ergibt sich: Jab2π·ṅab = Mab – ML (2)mit J_ab als dem Trägheitsmoment, M_ab dem Abtriebsmoment und M_L dem Lastmoment. Die Differenz zwischen M_ab und Lastmoment M_L sind das die Rotationsmasse beschleunigende Moment M_B. Das schließlich auf die Arbeitsmaschine bzw. im Modell die Rotationsmasse wirkende Moment ist also über eine Variation der Antriebsdrehzahl durch die Dieselbrennkraftmaschine 2 als auch über die Variation der Getriebeübersetzung r_CVT beeinflussbar. Erfindungsgemäß wird nun der so erhaltene weitere Freiheitsgrad gegenüber konventionellen Schaltgetrieben, bei denen eine zeitliche Änderung des Übersetzungsverhältnisses nicht oder nur in festen Sprüngen möglich ist, ausgenutzt, um damit alternative Getriebeanordnungen hinsichtlich ihrer Beschleunigungscharakteristik zu emulieren.
Betrachtet man die zeitliche Änderung, so ergibt sich:
Das Abtriebsmoment M_ab,ist kann nun durch ein für eine gewünschte Beschleunigung erforderliches Abtriebs-Sollmoment M_ab,soll ersetzt werden. Dies erfordert gleichzeitig die Anpassung der Getriebeübersetzung r_CVT,ist, die erforderlich ist, um dieses Abtriebs-Sollmoment M_ab,soll einzustellen. Daher wird auch das Übersetzungsverhältnis r_CVT,ist der Gleichung (3) durch ein vorzugebendes oder einzustellendes Übersetzungsverhältnis r_CVT,soll ersetzt.
Die Gleichung (4) stellt damit eine Ermittlungsvorschrift für das Übersetzungsverhältnis r_CVT,soll der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit dar, sofern alle dort vorkommenden Größen ansonsten bestimmbar sind. Für den Fall der Antriebswellendrehzahl n_an,ist ist dies leicht durch Messung wie bereits oben beschrieben, möglich. Problematisch ist das Trägheitsmoment J_ab, welches beispielsweise von einem Beladungszustand des Fahrzeugs abhängt. Es ist damit im Grunde genommen einer isolierten Messung nicht zugänglich. Das gleiche gilt für das Lastmoment M_L, welches vom individuellen Fahrzustand (Fahrt in der Ebene, Bergfahrt, wechselnde Untergründe) abhängt. Regelungstechnisch betrachtet stellen die Größen Trägheitsmoment J_ab und Lastmoment M_L,ist Parameterunsicherheiten dar.
Zur Berücksichtigung dieser variablen Randbedingungen wird daher eine Regelung des Abtriebsmoments verwendet. Die Regelung verwendet ein tatsächlich auftretendes Moment, welches messbar oder rechnerisch ermittelbar ist, und führt dies einem Drehmomentregler zu. Dem Drehmomentregler wird weiterhin ein berechnetes theoretisches Ausgangsmoment zugeführt, dessen Ermittlung nachfolgend noch beschrieben wird. Diese Regelung zur Berücksichtigung der Randbedingungen ist vereinfacht in der 2 dargestellt. Die elektronische Steuereinheit 16 umfasst neben einem Berechnungsabschnitt 30 einen als Drehmomentregler 31 ausgeführten Regelabschnitt. Beide sind idealerweise in die elektronische Steuereinheit 16 integriert. Der Berechnungsabschnitt 30 ermittelt in nachfolgend noch detailliert beschriebener Weise ein theoretisches Ausgangsmoment M_ab,th und führt dies dem Drehmomentregler 31 zu. Neben diesem theoretischen Ausgangsmoment M_ab,th wird dem Drehmomentregler 31 ein Ist-Abtriebsmoment M_ab,ist zugeführt. Dieses Ist-Abtriebsmoment M_ab,ist ist das tatsächliche Abtriebsmoment auf der Ausgangsseite der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit. Auf Basis dieser beiden Werte ermittelt der Drehmomentregler 31 das einzustellende Übersetzungsverhältnis r_CVT, welches zur Ansteuerung der Hydropumpe 9 und des Hydromotors 10 verwendet wird.
Das Ist-Abtriebsmoment M_ab,ist wird entweder unmittelbar durch Messung ermittelt oder aber aus Prozessgrößen der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit berechnet. Es handelt sich dabei in jedem Fall um das letztlich von der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit abgegebene Abtriebsmoment, das der angetriebenen Fahrzeugachse 6 zugeführt wird.
Eine detailliertere Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die 3 erläutert. Die 3 zeigt die elektronische Steuereinheit 16 mit dem darin enthaltenen Berechnungsabschnitt 30 und dem Drehmomentregler 31. Der dargestellte Signalfluss bezieht sich auf ein zu emulierendes Getriebe, welches als Anfahrmittel einen hydrodynamischen Drehmomentwandler aufweist, dem ein Lastschaltgetriebe nachgeschaltet ist. Das Übersetzungsverhältnis des Lastschaltgetriebes ergibt sich zu:
Dabei ist r_LSG die Übersetzung des Lastschaltgetriebes mit n_ab, der Drehzahl der Ausgangswelle des Lastschaltgetriebes, also der Abtriebsdrehzahl der gesamten Getriebeanordnung und n_W,ab, der Abtriebsdrehzahl des Drehmomentwandlers, die der Eingangsdrehzahl des Lastschaltgetriebes entspricht. Der sich insgesamt ergebende Drehmomentverlauf ist jedoch nicht nur von der Übersetzung r_LSG des Lastschaltgetriebes, sondern auch vom charakteristischen Verhaltens des Drehmomentwandlers abhängig. Dieses ändert sich in Abhängigkeit vom Drehzahlverhältnis ν, das beschrieben werden kann als:
Dabei ist ω_W,ab die Winkelgeschwindigkeit des Wandlers auf seiner Abtriebsseite, die mit dem Lastschaltgetriebe verbunden ist, ω_an die Winkelgeschwindigkeit auf seiner Eingangsseite, also der Eingangsseite der alternativen Getriebeanordnung. Letztlich ist also das Drehzahlverhältnis ν von der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl der gesamten Getriebeanordnung abhängig. Auf Basis des Drehzahlverhältnisses ν des Drehmomentwandlers kann sein charakteristisches Verhalten mit Hilfe der Leistungsziffer λ(ν) und Drehmomentwandlung μ(ν) bestimmt werden. Für den Drehmomentwandler ergibt sich für die Leistungsziffer λ(ν) folgender Zusammenhang:
Während sich die Drehmomentwandlung μ(ν) zu:
ergibt. Dabei ist ρ die Dichte des im Drehmomentwandler verwendeten Fluids und D der Profildurchmesser des Pumpenrads. Die nicht veränderlichen Größen lassen sich dabei zu einer Konstante k zusammenfassen.
Die Abhängigkeit der Leistungsziffer λ(ν) vom Drehzahlverhältnis ν sowie der Drehmomentwandlung μ(ν) vom Drehzahlverhältnis ν kann dabei Datenblättern des jeweils verwendeten Drehmomentwandlers entnommen werden. Ein Beispiel für Verläufe der Leistungsziffer λ(ν), der Drehmomentwandlung μ(ν) und des Wirkungsgrads η(ν) sind in der 5 angegeben. Aus (7) ergibt sich dann Man = kλ(v)n2an (9)
Unter Berücksichtigung von (9) ergibt sich dann aus (8) das Wandlerabtriebsmoment M_W,ab zu MW,ab = μ(ν)Man = μ(ν)kλ(ν)n2an (10)
Dieses hängt letztlich nur noch von der Eingangsdrehzahl n_an der gesamten Getriebeanordnung und dem Drehzahlverhältnis ν ab, welches aus der Ein- und der Ausgangsdrehzahl der Getriebeanordnung ermittelbar ist.
Für das Beschleunigungsempfinden ist letztlich jedoch das; Gesamtgetriebeabtriebsmoment M_ab relevant, welches sich unter Berücksichtigung von (10) zu
ergibt. Dies bildet das theoretische Abtriebsmoment M_ab,th der zu emulierenden alternativen Getriebanordnung, welches in einer bestimmten Fahrsituation, die durch die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl als Ist-Eingangskenngröße und Ist-Ausgangskenngröße beschrieben wird, sich bei der alternativen Getriebeanordnung bestehend aus einem Drehmomentwandler und einem nachgeschalteten Lastschaltgetriebe ergeben würde.
Der in der 3 dargestellte Signalfluss zeigt die Verarbeitung der einzelnen Größen. Unabhängig von der Ermittlung des einzustellenden Übersetzungsverhältnisses r_CVT wird durch einen Fahrer oder Bediener ein Fahrwunsch vorgegeben. Entsprechend einer Fahrpedalcharakteristik 32 wird hieraus eine Stellgröße ermittelt, mit der die Antriebssteuereinheit 25 angesteuert wird.
Durch den Berechnungsabschnitt 30 wird zunächst die Ist-Eingangskenngröße n_ab,ist, die Ist-Ausgangskenngröße n_ab,ist sowie als weitere Eingangskenngröße das Übersetzungsverhältnis des Lastschaltgetriebes r_LSG,ist eingelesen. Das Einlesen des Übersetzungsverhältnisses des Lastschaltgetriebes r_LSG,ist ist selbstverständlich nur für den Fall des erläuterten Lastschaltgetriebes in Zusammenhang mit dem Drehmomentwandler relevant. Bei anderen zu emulierenden alternativen Fahrantrieben müssen die jeweils entsprechenden, das Drehmomentverhalten beeinflussenden Größen berücksichtigt werden. Aus der Abtriebsdrehzahl n_ab,ist und der Übersetzung r_LSG,ist wird die Wandlerabtriebsdrehzahl n_W,ab in 33 ermittelt. Nachfolgend wird in 34 unter Berücksichtigung von der Ist-Eingangskenngröße n_an,ist das Drehzahlverhältnis ν berechnet. Aus dem Drehzahlverhältnis ν wird in 35 und 36 die Leistungsziffer λ(ν) bzw. die Drehmomentwandlung μ(ν), für das aktuelle Drehzahlverhältnis ν ermittelt. Hierzu ist der Berechnungsabschnitt 30 mit einem Speicher 37 verbunden. In dem Speicher 37 sind die Kennlinien, wie sie beispielhaft in der 5 dargestellt sind, beispielsweise in Form von Tabellen abgelegt. In 38 wird zunächst aus der Ist-Eingangskenngröße n_an,ist die Eingangswinkelgeschwindigkeit ω_an und nachfolgend in 39 deren Quadrat ermittelt. In 40 wird hieraus unter Berücksichtigung von ρ und dem Profildurchmesser des Pumpenrads D das Produkt aus der Konstante k und dem Quadrat der Ist-Eingangsdrehzahl n_an,ist ermittelt.
Aus dem Produkt der Konstante k mit dem Quadrat der Eingangsdrehzahl n_an,ist und der Leistungsziffer λ(ν) wird in 41 das Eingangsdrehmoment M_an ermittelt. Durch Multiplikation des Eingangsdrehmoments M_an mit der Drehmomentwandlung μ(ν) ergibt sich das Wandlerausgangsmoment M_W,ab in Schritt 42, welches letztlich durch die Übersetzung r_LSG,ist des Lastschaltgetriebes in 43 dividiert wird, um so am Ausgang des Berechnungsabschnitts 30 das theoretische Ausgangsmoment M_ab,th auszugeben.
Dieses theoretische Ausgangsmoment M_ab,th der alternativen Getriebeanordnung wird dann wie bereits beschrieben dem Drehmomentregler 31 zugeführt. Dem Drehmomentregler 31 wird ferner ein über eine Drehmoment-Ermittlungseinrichtung 44 ermitteltes tatsächliches Abtriebsmoment M_ab,ist zugeführt. Hieraus wird durch den Drehmomentregler 31 letztlich das Übersetzungsverhältnis der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ermittelt. In unserem vereinfachten Beispiel ist dies direkt das Übersetzungsverhältnis r_CVT des hydrostatischen Getriebes.
In dem Speicher 37 sind charakteristische Größen des alternativen Antriebs in Abhängigkeit von der Ist-Eingangskenngröße und der Ist-Ausgangskenngröße gespeichert. Im vorliegenden Fall war das durch die Speicherung der Leistungsziffer λ und der Drehmomentwandlung μ in Abhängigkeit von dem Drehzahlverhältnis, das seinerseits wiederum von den Eingangs- bzw. Ausgangskenngrößen n_ab, n_an abhängt.
Zur Ermittlung des tatsächlichen Abtriebsmoments M_ab,ist werden der Drehmoment-Ermittlungseinrichtung 44 vorzugsweise Prozessparameter des hydrostatischen Antriebs zugeführt. Dies erübrigt die unmittelbare Messung des Abtriebsmoments, die in der Regel schwierig durchführbar ist. Vielmehr werden Prozessgrößen, wie beispielsweise die momentane Druckdifferenz am Hydromotor, die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen sowie das eingestellte Schluckvolumen des Hydromotors zugeführt. In an sich bekannter Weise kann aus diesen Prozessgrößen ein Abtriebsmoment eines solchen hydrostatischen Antriebs ermittelt werden.
Es ist selbstverständlich, dass das beschriebene Vorgehen, welches lediglich an einem vereinfachten Beispiel erläutert wurde, sich mit weiteren Getriebeeinrichtungen kombinieren lässt. Insbesondere kann das hydrostatische Getriebe seinerseits über eine weitere Getriebestufe, deren Übersetzungsverhältnis dann berücksichtigt werden muss, ausgangsseitig mit der angetriebenen Fahrzeugachse 6 oder eingangsseitig mit der Dieselbrennkraftmaschine 2 verbunden sein.
Die 4 zeigt vereinfacht noch einmal den Verfahrensablauf zum Ermitteln des Übersetzungsverhältnisses einer stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit. Zunächst wird die Ein- und Ausgangsdrehzahl der verstellbaren Getriebeeinheit in 45 erfasst. In Schritt 46 wird hieraus das Drehzahlverhältnis ermittelt. Unter Berücksichtigung dieses Drehzahlverhältnisses werden dann charakteristische Größen des alternativen Antriebs in Schritt 47 ermittelt, welche den Zusammenhang zwischen dem Drehzahlverhältnis ν und dem realisierten Drehmoment getriebeausgangsseitig darstellen. Daraus wird das theoretische Ausgangsmoment ermittelt (Schritt 48).
Zudem wird in Schritt 49 eine Mehrzahl von Prozessgrößen der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ermittelt. Aus diesen Prozessgrößen wird in Schritt 50 das Ist-Abtriebsmoment M_ab der Getriebeeinheit ermittelt.
Das theoretische Ausgangsmoment M_ab,th und das Ist-Abtriebsmoment M_ab,ist wird dem Drehmomentregler 31 zugeführt. Dort wird in Schritt 51 ein Vergleich des theoretischen Ausgangsmoments mit dem Ist-Abtriebsmoment M_ab,ist durchgeführt. Als Reaktion auf ein Abweichen wird ein Übersetzungsverhältnis r_CVT ermittelt (Schritt 52). Dieses Übersetzungsverhältnis r_CVT wird durch die elektronische Steuereinheit 16 in an sich bekannter Weise in Steuersignale zur Steuerung der ersten Verstellvorrichtung 13 und der zweiten Verstellvorrichtung 14 umgesetzt (Schritt 53). Die Verstellvorrichtungen 13, 14 werden dementsprechend angesteuert und auf Basis der nun geänderten Ist-Größen werden die Verfahrensschritte 40–52 erneut durchlaufen.
Da sich die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit unter Berücksichtigung der Ein- und Ausgangsdrehzahlen so verhält, wie die abzubildende alternative Getriebeanordnung ist ein Eingriff in die Regelung der Dieselbrennkraftmaschine 2 nicht erforderlich. Diese sieht zu jedem Zeitpunkt dieselbe Last, die sie bei einer realen Verwendung der alternativen Getriebeanordnung ebenfalls sehen würde.
Das Ausführungsbeispiel ist, wie bereits erläutert, nicht bindend für die Erfindung. Vielmehr kann die Erfindung auch auf andere Antriebssysteme als Fahrantriebe angewendet werden. Ebenfalls lassen sich mit dem grundsätzlichen beschriebenen Vorgehen beliebige alternative Getriebeanordnungen abbilden. So kann beispielsweise auch ein Schaltgetriebe emuliert werden. Insbesondere kann in dem Speicher 37 eine Mehrzahl von charakteristischen Kenngrößen in Abhängigkeit von der Eingangskenngröße und der Ausgangskenngröße abgespeichert sein. Über einen Auswahlschalter kann dann beispielsweise zwischen verschiedenen Getriebeanordnungen umgeschaltet werden, die dann durch die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit emuliert werden. Das Verfahren wird insbesondere bevorzugt bei der Verwendung von hydrostatischen Getrieben angewendet, die eine einfache stufenlose Verstellung ermöglichen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines einzustellenden Übersetzungsverhältnisses (r_CVT) einer stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit zur Emulation einer alternativen Getriebeanordnung mit folgenden Verfahrensschritten: – Erfassen einer Ist-Eingangskenngröße (n_an,ist) der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit (45) – Erfassen einer Ist-Ausgangskenngröße (n_ab,ist) der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit (45) – Ermitteln eines theoretischen Ausgangsmoments (M_ab,th) der alternativen Getriebeanordnung auf Basis der Ist-Eingangskenngröße (n_an,ist) und der Ist-Ausgangskenngröße (n_ab,ist) (48) – Ermitteln des einzustellenden Übersetzungsverhältnisses (r_CVT), wobei das Übersetzungsverhältnis so ermittelt wird, dass das durch die stufenlos einstellbare Getriebeeinheit erzeugte Abtriebsmoment (M_ab,ist) dem theoretischen Ausgangsmoment (M_ab,th) entspricht (52)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Ist-Eingangskenngröße (n_an,th) eine Eingangsdrehzahl der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Ausgangskenngröße (n_ab,ist) eine Ausgangsdrehzahl der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das einzustellende Übersetzungsverhältnis (r_CVT) durch einen Drehmomentregler (31) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drehmomentregler (31) ein Ist-Abtriebsmoment (M_ab,ist) der stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit und das theoretische Ausgangsmoment (M_ab,th) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit ein hydrostatisches Getriebe (4) umfasst und das Ist-Abtriebsmoment (M_ab,ist) aus Prozessgrößen des hydrostatischen Getriebes (4) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des theoretischen Ausgangsmoments (M_ab,th) charakteristische Größen (μ(ν); λ(ν)) des alternativen Antriebs unter Berücksichtigung der Ist-Eingangskenngröße (n_an,ist) und der Ist-Ausgangskenngröße (n_ab,ist) aus einem Speicher ausgelesen werden.
Antriebssystem mit einer stufenlos verstellbaren Getriebeeinheit (3) und einer Steuereinheit (16) zum Ermitteln eines einzustellenden Übersetzungsverhältnisses (r_CVT) der stufenlos einstellbaren Getriebeeinheit (3), wobei die Steuereinheit (16) einen ersten Eingang zum Einlesen einer Ist-Eingangskenngröße (n_an,ist) und einen zweiten Eingang zum Einlesen einer Ist-Ausgangskenngröße (n_ab,ist) und einen damit verbundenen Berechnungsabschnitt (30) aufweist, der so eingerichtet ist, dass er auf Basis der Ist-Eingangskenngröße (n_an,ist) und der Ist-Ausgangskenngröße (n_ab,ist) ein theoretisches Ausgangsmoment (M_ab,th) einer alternativen Getriebeanordnung ermittelt und wobei die Steuereinheit (16) einen Regelabschnitt (31) aufweist, durch den das einzustellende Übersetzungsverhältnis (r_CVT) so ermittelt wird, dass das Ist-Abtriebsmoment (M_ab,ist) dem theoretischen Ausgangsmoment (M_ab,th) entspricht.
Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang mit einem ersten Drehzahlsensor (19) verbunden ist, der eine Drehzahl einer Eingangswelle (7) der Getriebeeinheit (3) erfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Eingang mit einem zweiten Drehzahlsensor (20) verbunden ist, der eine Drehzahl einer Ausgangswelle (8) der Getriebeeinheit (3) erfasst.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelabschnitt (31) ein Drehmomentregler ist.
Antriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentregler (31) mit dem Berechnungsabschnitt (30) zum Zuführen des theoretischen Ausgangsmoments und mit einer Drehmoment-Ermittlungseinrichtung (44) zum Zuführen eines Ist-Abtriebsmoments (M_ab,ist) der Getriebeeinheit (3) verbunden ist.
Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenlos verstellbare Getriebeeinheit (3) ein hydrostatisches Getriebe (4) umfasst und das Ist-Abtriebsmoment (M_ab,ist) durch die Drehmoment-Ermittlungseinrichtung (44) aus Prozessgrößen des hydrostatischen Getriebes (4) ermittelbar ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher (37) charakteristische Größen (μ(ν); λ(ν)) des alternativen Antriebs abhängig von der Ist-Eingangskenngröße (n_an,ist) und der Ist-Ausgangskenngröße (n_ab,ist) gespeichert sind.