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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Fahrgeschwindigkeit
eines Kraftfahrzeuges mit einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen
Stufenwechselgetriebe und mit einer Fahrgeschwindigkeitsregelung
zur Einstellung einer vom Fahrer des Kraftfahrzeuges gewählten
Fahrgeschwindigkeit.
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Bei
heutigen, aus der Praxis bekannten Fahrgeschwindigkeitsregelungen
wird ständig ein Sollwert der Geschwindigkeit mit der aktuellen
Fahrgeschwindigkeit verglichen und die Abweichung einem Regelkreis
zugeführt. Dieser Regelkreis, steuert Stellglieder an,
welche beispielsweise den Drosselklappenwinkel oder das Solldrehmoment
der Brennkraftmaschine verstellen. Die Abstimmung von Regelparametern
des Regelkreises stellt dabei einen Kompromiss zwischen schneller,
fehlerfreier Einregelung der Sollgeschwindigkeit und langsamer,
kontinuierlicher Ansteuerung der Stellglieder dar. Während
eines Gangwechsels entsteht jedoch eine Zugkraftunterbrechung oder
-reduzierung, aufgrund derer in der in der Regel die Fahrgeschwindigkeit
abfällt. Zum Ausgleich des Abfalls der Fahrgeschwindigkeit
muss nach dem Gangwechsel zunächst ein erhöhtes
Motormoment angefordert werden, um den Abfall auszugleichen. Jedoch
soll ein möglichst ruck freier Übergang erzeugt
werden, so dass bei zu geringer oder zu später Erhöhung
des Motormoments die Fahrgeschwindigkeit weiter fallen würde.
Zumindest für manuelle Stufenwechselgetriebe wird daher die
Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem manuell durch den Fahrer
ausgelösten Gangwechsel in der Regel abgeschaltet. Dies
führt jedoch zu hohen Komforteinbußen für
den Fahrer, wenn bei Bergauffahrten der gewählte Gang für
die gewählte Fahrgeschwindigkeit nicht ausreicht oder wenn
bei Fahrten in der Ebene ein Hochschalten zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs
gewünscht ist.
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Weitere
Defizite für einen möglichst glatten Übergang
von einem Gang zum anderen entstehen dadurch, dass eine Fahrgeschwindigkeitsregelung nach
dem Stand der Technik zumeist das Motordrehmoment einregelt, dieses
jedoch nach einem Gangwechsel aufgrund des geänderten Übersetzungsverhältnisses
nicht mehr zum Fahrwiderstand passt.
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Nach
dem Stand der Technik wird in Fahrzeugen mit einem automatischen
Getriebe auch während des Gangwechsels ein unverändert
bestimmter Drehmomentwunsch der Fahrgeschwindigkeitsregelung ausgegeben,
der jedoch während des Schaltvorgangs aufgrund einer Minimalauswahl durch
einen Drehmomenteingriff der Getriebesteuerung außer Kraft
gesetzt wird. Bei manchen Ausführungsformen nach dem Stand
der Technik mussten darüber hinaus Algorithmen vorgesehen
werden, die im Falle von Eingriffen durch die Getriebesteuerung den
Regler der Fahrgeschwindigkeitsregelung anhalten, um ein fehlerhaftes
Aufziehen des Reglers zu vermeiden.
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Aus
der
JP 2001030804
A ist eine Steuerung für eine Fahrgeschwindigkeitsregelung
für ein automatisiertes Stufenwechselgetriebe bekannt,
bei der ein Getriebesteu ergerät mit einem Motorsteuergerät verbunden
ist. Wenn ein Gang gewechselt werden soll, wird das Motorsteuergerät
angesteuert und die Fahrgeschwindigkeitsregelung deaktiviert. Nach
dem Gangwechsel wird die Fahrgeschwindigkeitsregelung wieder aktiviert.
Dies führt jedoch dazu, dass nach dem Gangwechsel auf die
Reaktion der Fahrgeschwindigkeitsregelung gewartet werden muss,
was einen starken Abfall der Fahrgeschwindigkeit zur Folge haben
kann.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass es eine schnelle und komfortable
Wiedereinregelung der ursprünglich gewählten Fahrgeschwindigkeit
nach einem Gangwechsel ermöglicht.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Deaktivierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Betätigen
der Kupplung und anschließendem Gangwechsel und durch eine
anschließende Aktivierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung
mit der ursprünglich gewählten Geschwindigkeit
und durch eine Berechnung eines erforderlichen Motormoments nach
dem Gangwechsel.
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Durch
die erfindungsgemäße Gestaltung lässt
sich ein Abwarten der Reaktion der Fahrgeschwindigkeitsregelung
auf den Abfall der Fahrgeschwindigkeit beim Gangwechsel vermeiden.
Die Berechnung des erforderlichen Motormoments ermöglicht
es, unmittelbar nach dem Gangwechsel die Stellglieder der Brennkraftmaschine
besonders schnell anzusteuern und die Drosselklappe zu verstellen.
Hierdurch wird der Abfall der Fahrgeschwindigkeit beim Gangwechsel
besonders gering gehalten. Dies führt zu einem besonders
komfortablen Wiedereinregeln der ursprünglich gewählten
Fahrgeschwindigkeit.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stufenwechselgetriebe
ein manuelles Schaltgetriebe.
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Die
in der Erfindung beschriebenen Abläufe lassen sich in einer
anderen Ausführungsform auch vorteilhaft bei Fahrzeugen
mit automatischen Schaltgetrieben, wie klassischer Wandlerautomat,
automatisierte Stufenwechselgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe
anwenden.
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Die
ursprünglich gewählte Geschwindigkeit lässt
sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung sehr schnell erreichen, wenn zur Berechnung des erforderlichen
Motormoments eine Differenz zwischen nach dem Gangwechsel erwarteter und
tatsächlich erzielter Beschleunigung berechnet wird. Da
die Informationen über den Abfall der Fahrgeschwindigkeit
durch die Berechnung der Differenz zwischen erwarteter und tatsächlich
erzielter Beschleunigung unmittelbar nach dem Gangwechsel vorliegen,
lassen sich nach der Berechnung die zur Einstellung des Motormoments
und damit der Fahrgeschwindigkeit erforderlichen Stellglieder, wie
beispielsweise die Drosselklappe, ohne Zeitverzug ansteuern.
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Zur
Erhöhung der Genauigkeit der Ermittlung der erforderlichen
Antriebskraft nach dem Gangwechsel trägt es gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn zur
Berechnung des erforderlichen Motormoments der Fahrwiderstand des
Kraftfahrzeuges berechnet wird.
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Vorzugsweise
wird zur Berechnung des erforderlichen Motormoments der Fahrwiderstand
des Kraftfahrzeuges berechnet. Dabei kann in vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung der Fahrwiderstand aus der Summe einer fest abgelegten
Funktion der Geschwindigkeit und eines Closed Loop Anteils berechnet
werden. Die erwartete Beschleuni gung wird dann bestimmt aus dem
aktuellen Motormoment, welches mittels des Übersetzungsverhältnisses
und des Reifendurchmessers zunächst in eine Radantriebskraft
umgerechnet wird. Von dieser muss der letzte bekannte Fahrwiderstand
einschließlich des Closed Loop Anteils abgezogen werden,
wonach sich durch Division mit der Fahrzeugmasse die erwartete Beschleunigung
ergibt. Durch Subtraktion der tatsächlichen Beschleunigung
von der erwarteten Beschleunigung ergibt sich eine Differenz, die
als Reglereingang für den Closed Loop Anteil dient. Ohne
Beschränkung der Allgemeinheit wäre im Beispiel
der Closed Loop Anteil in Einheiten einer Kraft ausgedrückt,
durch entsprechende Umstellung der angegebenen Berechnungsformeln
sind aber auch andere Einheiten, z. B. die eines Differenzdrehmoments
oder die einer Differenzbeschleunigung möglich. Besonders
vorteilhaft für Gangwechsel ist es, wenn das Differenzdrehmoment
nicht als Motordrehmoment, sondern als Raddrehmoment betrachtet wird,
da sich der Closed Loop Anteil dann während eines Gangwechsels
nicht ändert. Im Gegensatz zu dem beschriebenen variablen,
aus einer Differenz gebildeten Closed Loop Anteil ist ein ebenfalls
vorhandener fester Open Loop Anteil eine Funktion der über
die Geschwindigkeit abgespeicherten Fahrwiderstandskurve auf ebener
Straße.
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Das
Kraftfahrzeug lässt sich gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach dem Gangwechsel
besonders ruckfrei beschleunigen, wenn nach dem Gangwechsel zunächst
ein gegenüber dem berechneten Motormoment verringertes
Motormoment angefordert wird und wenn die Anforderung des Motormoments
innerhalb einer vorgesehenen Zeitspanne auf das berechnete Motormoment
gesteigert wird.
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Wenn
die Kupplung für eine längere als zum Schalten
benötigte Zeitspanne betätigt wird, ist eine an schließende
erneute Aktivierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung häufig
nicht erwünscht oder gefährlich. Eine unerwünschte
Aktivierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung lässt sich
gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung einfach vermeiden, wenn oberhalb einer vorgesehenen Zeitspanne
in der die Kupplung betätigt wird, die Fahrgeschwindigkeitsregelung
im deaktivierten Zustand verbleibt.
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Bei
fehlerhaft eingelegtem Gang lässt sich gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Aufheulen
der Brennkraftmaschine einfach vermeiden, wenn vor oder während
der Aktivierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung ermittelt wird,
welcher Gang eingelegt ist. Weiterhin lässt sich durch
die Ermittlung des konkret eingelegten Ganges bei der anschließenden
Anforderung des Motormoments der Komfort beim Beschleunigen nach
dem Gangwechsel erhöhen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Sensor
für den eingelegten Gang entfallen und stattdessen der
Gang aus dem Verhältnis von Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit
bestimmt werden. Die Motordrehzahl kann hierfür beispielsweise
von der Getriebeeingangsdrehzahl abgeleitet werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit
lässt sich beispielsweise aus der Raddrehzahl der der Getriebeausgangsdrehzahl
bestimmen.
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Die
Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere
davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die
Zeichnung zeigt in
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1 schematisch
einen Schaltplan zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine und eines
Getriebes eines Kraftfahrzeuges,
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2 ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Einstellung der
Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges,
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3 eine
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
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4 eine
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Ohne
Beschränkung der Allgemeinheit wird im Folgenden auf ein
Ausführungsbeispiel an einem Fahrzeug mit manuellem Stufenwechselgetriebe
Bezug genommen. Selbstverständlich lässt sich
die Erfindung auch für automatisierte Getriebe anwenden, bei
denen die Betätigung von Kupplung und/oder Gangwechseleinheit
durch ein Getriebesteuergerät ausgelöst wird bzw.
sinngemäße Signale für die Betätigung
des Kupplungspedals oder des Schalthebels durch die Steuerungssoftware
bereitgestellt werden.
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1 zeigt
einen Schaltplan mit einem Motorsteuergerät 1 zur
Steuerung eines Motormoments einer Brennkraftmaschine 2.
Die Brennkraftmaschine 2 treibt über eine Kupplung 3 ein
manuelles Stufenwechselgetriebe 4 an. Die Kupplung 3 lässt
sich mittels eines Kupplungspedals 5 betätigen.
Das Stufenwechselgetriebe 4 ist mit einem von einem Fahrer des
Kraftfahrzeuges bedienbaren Schalthebel 6 verbunden. Ein
Fahrpedal 7 und eine von dem Fahrer bedienbare Fahrgeschwindigkeitsregelung 8 liefern Signale
an das Motorsteuergerät 1, welches in Abhängigkeit
von den Signalen ein Stellglied 9 zur Ansteuerung einer
Drosselklappe 10 der Brennkraftmaschine 2 ans teuert. Über
die Drosselklappe 10 wird das Motormoment der Brennkraftmaschine 2 geregelt.
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Das
Stufenwechselgetriebe 4 und die Kupplung 3 sind
ebenfalls mit dem Motorsteuergerät 1 verbunden. Über
die Verbindung ermittelt das Motorsteuergerät 1,
ob die Kupplung 3 betätigt ist und ob und gegebenenfalls
welcher Gang in dem Stufenwechselgetriebe 4 eingelegt ist.
Weiterhin ist das Motorsteuergerät 1 mit einem
Drehzahlsensor 11 der Brennkraftmaschine 2 und
mit einem Fahrgeschwindigkeitssensor 12 verbunden.
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2 zeigt
das Verfahren zur Einstellung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
mittels des in 1 dargestellten Motorsteuergerätes 1.
Zunächst wird in einem ersten Schritt S1 durch Einschaltung
der Fahrgeschwindigkeitsregelung 8 durch den Fahrer des
Kraftfahrzeuges die Fahrgeschwindigkeit gewählt. Über
eine feste Fahrgeschwindigkeit hinaus können von der Fahrgeschwindigkeitsregelung
auch transiente Manöver gesteuert werden. Dabei wird abhängig
von den Bedienbefehlen des Fahrers und optionalen zusätzlichen
Eingangsparametern, wie aktuelle Fahrgeschwindigkeit, Zielgeschwindigkeit,
von Hitze, Kälte, Höhe beeinflusste Umweltbedingungen,
verfügbarer Motorleistung oder verfügbarer Beschleunigung
zur Berücksichtigung des Steigungseinflusses der Straße
sowie gegebenenfalls einem vom Fahrer auszuwählenden Modus, wie
Normal, Sport oder Economy, eine Sollbeschleunigung gebildet. Es
ist ein Vorteil der hier beschriebenen Erfindung, dass aus der Sollbeschleunigung
unmittelbar eine Umrechnung in Antriebsdrehmoment bzw. Motordrehmoment
erfolgen kann und daher auch sehr dynamische Beschleunigungsprofile
umgesetzt werden können. Nach dem Stand der Technik hingegen
würde aus der Sollbeschleunigung zunächst eine
Zielgeschwindigkeitsrampe gebildet und anhand derer Differenz zur
tatsächlichen Geschwindigkeit von einem Regelkreis das
Lastsignal bedarfsweise erhöht bzw. erniedrigt. Derartige
Regelungen können bei konstanter Geschwindigkeit stabil
arbeiten, neigen bei plötzlichen Änderungen jedoch
zum Schwingen, insofern nicht eine sehr träge Abstimmung
gewählt wird, die dann wiederum dynamische Änderungen
nur verzögert darstellen kann.
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Bei
einem von dem Fahrer gewünschten Gangwechsel wird in einem
weiteren Schritt S2 die Kupplung 3 betätigt und
der Gangwechsel eingeleitet. Da die Stellung der Kupplung 3 von
dem Motorsteuergerät 1 erfasst wird, wird in einem
weiteren Schritt S3 die Fahrgeschwindigkeitsregelung 8 vorübergehend
deaktiviert und zudem in einem Schritt S4 ein Timer gestartet. Wird
in einem Verfahrensschritt S5 ermittelt, dass die Kupplung 3 länger
als beispielsweise 3 Sekunden betätigt wird, wird in einem
Schritt S6 die Fahrgeschwindigkeitsregelung 8 ausgeschaltet
und das Verfahren ist beendet. Anderenfalls ermittelt das Motorsteuergerät 1 nach
dem Start des Timers in einem weiteren Schritt S7, ob oder welcher Gang
eingelegt ist. Wird innerhalb der vom Timer vorgegebenen Zeitspanne
von beispielsweise 3 Sekunden in einem Schritt S8 kein eingelegter
Gang erkannt, wird die Fahrgeschwindigkeitsregelung in dem Schritt
S6 ebenfalls ausgeschaltet und das Verfahren ist beendet. Spätestens
nachdem ein neuer Gang eingelegt ist, wird in einem Schritt S9 das
für den Antrieb des Kraftfahrzeuges erforderliche Motormoment berechnet.
In diese Berechnung wird auch der aktuelle Fahrwiderstand einbezogen.
Sofern innerhalb der vom Timer vorgegebenen Zeitspanne von beispielsweise
3 Sekunden in einem Schritt S10 erkannt wird, dass die Betätigung
der Kupplung beendet und ein Gang eingelegt ist, läuft
das Verfahren weiter. Im abschließenden Schritt S11 wird
schließlich die Fahrgeschwindigkeitsregelung 8 mit
der zuvor gewählten Fahrgeschwindigkeit aktiviert und beispielsweise
das Stellglied 9 der Drosselklappe 10 nach dem
berechneten Motormoment angesteuert.
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Die
in Schritt S3 genannte, vorübergehende Deaktivierung der
Fahrgeschwindigkeitsregelung unterbricht in einer Weiterbildung
der Erfindung nur die Übermittlung des berechneten Drehmoments
an nachfolgende Algorithmen im Motorsteuergerät, während
intern die Berechnung weiter läuft. Dazu wird das auszugebende
Wunschmoment für den Zeitraum der Zugkraftunterbrechung
durch ein anderweitig gebildetes Drehmoment ersetzt. Dieses kann
Null bei frei drehendem Motor ohne Drehzahländerung oder
ein Minimum, bei ungefeuertem Motor mit maximal möglichem
Bremsmoment sowie ein beliebiger berechneter Wert sein, der zur
Einstellung einer Zieldrehzahl des Motors erforderlich ist. Der Übergang
zwischen aus der Fahrzeugsollbeschleunigung berechnetem und in Zugkraftunterbrechung
angefordertem Drehmoment kann durch Glättungsfunktionen,
wie Rampen, oder Filter verschliffen werden. Bevorzugt wird die Übergangsfunktion
in Abhängigkeit von der Stellung der Kupplung der Pedalposition oder
dem Reibmoment gebildet.
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Nicht
unterbrochen wird jedoch die Berechnung der Beschleunigungsdifferenz
als Eingang einer so genannten Closed Loop Regelung des Fahrwiderstandes,
wobei während der Zugkraftunterbrechung die erwartete Beschleunigung
nicht aus dem Wunschdrehmoment der Fahrgeschwindigkeitsregelung,
sondern aus dem tatsächlich an die Räder abgegebenen
Antriebsmoment berechnet wird. Bei vollständiger Zugkraftunterbrechung
ist dieses Null, bei nur teilweiser Unterbrechung, wie z. B. im
Wandlerautomat, gegebenenfalls noch ein positives Restmoment oder,
unter Berücksichtigung von Verlusten im Getriebe, auch
ein negatives Moment.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche sich
von den zuvor Beschriebenen dadurch unterscheidet, dass zwei Timer
vorgesehen sind. Ein erster Timer wird in einem Schritt S4.1 durch
die Deaktivierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung in Schritt S3
gestartet. Mittels dieses ersten Timers wird in Schritt S5 ermittelt,
ob die Kupplung länger als x Sekunden betätigt
ist. Der zweite Timer wird in Schritt S4.2 nach dem Einschalten
der Fahrgeschwindigkeitsregelung in Schritt S1 gestartet. Mittels
des zweiten Timers lässt sich ermitteln, ob nach x Sekunden
kein Gang eingelegt wurde oder ob ein unerwarteter Wechsel des in
Schritt 7.1 eingelegten Ganges vorliegt. Die Ermittlung
dieser Zeit wird in Schritt S8.1 überwacht.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche ebenfalls
zwei Timer aufweist. Die Schritte S1 bis S3 und S9 bis S11 entsprechen den
Schritten aus den Ausführungsformen nach 2 und 3,
so dass an dieser Stelle zur weiteren Erläuterung des Verfahrens
bis zur Deaktivierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung und der erneuten Aktivierung
der Fahrgeschwindigkeitsregelung nach dem Erkennen des eingelegten
Ganges auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen wird.
Nach dem Schritt S3 wird im Schritt S4.1 der erste Timer gestartet
und im Schritt S5.1 erfasst, ob die Kupplung gelöst ist.
Ist die Kupplung länger als x Sekunden betätigt,
wird die Fahrgeschwindigkeitsregelung deaktiviert. Beim Loslassen
des Kupplungspedals wird im Schritt S4.3 der zweite Timer gestartet
und im Schritt S7.1 der eingelegte Gang ermittelt. Ist nach x Sekunden
kein Gang eingelegt oder liegt ein unerwarteter Wechsel vor, wird
ebenfalls im Schritt S6 die Fahrgeschwindigkeitsregelung deaktiviert.
Im anderen Fall beginnt im Schritt S9 die bekannte Berechung des
erforderlichen Motormoments.
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- 1
- Motorsteuergerät
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Kupplung
- 4
- Stufenwechselgetriebe
- 5
- Kupplungspedal
- 6
- Schalthebel
- 7
- Fahrpedal
- 8
- Fahrgeschwindigkeitsregelung
- 9
- Stellglied
- 10
- Drosselklappe
- 11
- Drehzahlsensor
- 12
- Fahrgeschwindigkeitssensor
- S1–S11
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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