DE102009032745A1

DE102009032745A1 - Verfahren zur Anpassung eines Antriebsmoments

Info

Publication number: DE102009032745A1
Application number: DE102009032745A
Authority: DE
Inventors: Marc Weiss; Jan-Peter Hoffmeister
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-07-11
Filing date: 2009-07-11
Publication date: 2011-01-13
Also published as: FR2947770B1; US20110010062A1; KR20110005762A; FR2947770A1; KR101294456B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung eines auf angetriebene Räder eines Kraftfahrzeuges übertragenen Antriebsmoments (M), insbesondere in einer Kurvenfahrt. Erfindungswesentlich ist dabei, dass ein bei einem Schaltvorgang auftretendes und von einem Trägheitsmoment (M), insbesondere eines Motors, erzeugtes Überhöhungsmoment (M) in Abhängigkeit einer Längs-, Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges und eines Reibbeiwertes der Reifen an die angetriebenen Räder übertragen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung eines auf angetriebene Räder eines Kraftfahrzeugs übertragenen Antriebsmoments gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Anpassung eines derartigen Antriebsmoments.
Aus der DE 198 49 322 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Schätzung bzw. zur Anpassung des maximal absetzbaren Antriebsmoments bei einer Brennkraftmaschine bekannt, deren Antriebseinheit in wenigstens einer Betriebssituation entsprechend den maximal absetzbaren Antriebsmomenten gesteuert wird. Ein tatsächliches Antriebsmoment wird dabei als das maximal absetzbare Antriebsmoment gesetzt, sofern der mittlere Radschlupf der Antriebsräder einen vorgegebenen Schlupfschwellwert in Richtung zunehmenden Antriebsschlupfs durchläuft. Hierdurch soll insbesondere ein Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs verbessert werden.
Aus der DE 101 56 940 A1 ist ein Verfahren zum Anfahren, insbesondere in der Art eines Rennstarts, bekannt, wobei von den durch eine Doppel- oder Mehrfachkupplung gegebenen Möglichkeiten vorteilhaft Gebrauch gemacht werden soll. Hierzu wird zunächst bei einem noch stehenden Kraftfahrzeug eine Antriebsdrehzahl des Motors auf ein Ausgangsdrehzahlniveau gebracht, das zumindest in einem mittleren, vorzugsweise in einem oberen Bereich eines durch eine minimale Drehzahl oder Leerlaufdrehzahl und durch eine maximal zulässige Drehzahl des Motors definierten Drehzahlintervalls liegt. Anschließend wird der Motor derart betrieben und die erste und die zweite Kupplung gemeinsam soweit eingerückt, dass zum einen der Motor ein Antriebsmoment bereit stellt, das in einem vordefinierten Bereich liegt und dass zum anderen die erste Kupplung ein erstes Moment und die zweite Kupplung ein zweites Moment auf die jeweiligen Getriebeeingangswellen übertragen, deren Summe ebenfalls in dem vordefinierten Bereich liegt. Hierdurch sollen eine große Fahrzeugbeschleunigung und andererseits eine geringe Belastung der Kupplungen erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere verbesserte Fahreigenschaften ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen bei einem normalen Schaltvorgang durch die Massenträgheit – bspw. eines Motors – auftretendes Überhöhungsmoment nicht mehr zwangsweise zu kompensieren, sondern vielmehr in Abhängigkeit von fahrspezifisch relevanten Faktoren, wie bspw. einer Längs- und Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sowie eines Reibbeiwerts (Reifen-Fahrbahn) an die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Üblicherweise wurde hierbei bisher in einem normalen Lastschaltgetriebe, bspw. in einem Doppelkupplungsgetriebe, bei einem normalen Schalten ein Motorträgheitsmoment durch einen Momenteneingriff während des Schaltvorgangs kompensiert. Durch die Minimierung bzw. Entfall des Momenteneingriffs ist es jedoch möglich, das beim Schalten aufgrund der Trägheitsmomente des Motors auftretende Überhöhungsmoment für eine zusätzliche Fahrzeugbeschleunigung zu nutzen, wobei die Nutzung dieser Fahrzeugbeschleunigung erfindungsgemäß in Abhängigkeit von fahrspezifischen Parametern, wie beispielsweise Straßen-/Witterungsverhältnissen, erfolgt, so dass dies nicht zu einem instabilen Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs führen kann. Ein derartig instabiles Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs könnte bspw. bei einer Kurvenfahrt auftreten, sofern die Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs und insbesondere der Reibbeiwert, dass heißt ein Reibungsverhalten zwischen dem Reifen und der Fahrbahn unberücksichtigt blieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese fahrspezifischen Parameter jedoch berücksichtigt, wodurch selbst bei einer Kurvenfahrt das durch die antriebsseitig der Kupplung auftretenden Massenträgheitsmomente zur Beschleunigung des Kraftfahrzeugs genutzt werden können, ohne dass sich dieses in irgendeiner Weise negativ auf die Fahrstabilität und damit auf die Fahrsicherheit auswirken würde.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, wird das auf die angetriebene Räder des Kraftfahrzeugs übertragene bzw. übertragbare Überhöhungsmoment zusätzlich in Abhängigkeit eines gewählten Fahrmodus bestimmt, bspw. in Abhängigkeit eines Wintermodus, eines Sommermodus oder eines Sportmodus. In diesem Fall wird somit das auf die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs übertragene und aus dem Überhöhungsmoment resultierende Antriebsmoment nicht nur automatisch, bspw. durch eine entsprechende Steuerungs-/Regelungseinrichtung, ermittelt, sondern kann zusätzlich vom Fahrer selbst beeinflusst werden, indem dieser einen entsprechenden Fahrmodus auswählt. Da bspw. im Winter ein Reibbeiwert, dass heißt eine Haftung der Reifen auf der Fahrbahn durch Witterungseinflüsse herabgesetzt sein kann, wird im gewählten Wintermodus das an die angetriebenen Räder übertragene Überhöhungsmoment reduziert, insbesondere im Vergleich zum Sommermodus oder zum Sportmodus, bei welchem entweder witterungsbedingt oder aufgrund von vorgegebenen Fahrereigenschaften von einer verbesserten Haftung der Reifen auf der Fahrbahn oder einem höheren fahrerischen Können des Fahrers ausgegangen wird. Durch die individuelle Auswahl des Fahrmodus wird somit dem Fahrer zusätzlicher Entscheidungsspielraum gegebenen, aktiv auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs einzuwirken.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, wird der zur Bestimmung des übertragenen Überhöhungsmoments erforderliche Reibbeiwert aus einem Kennfeld entnommen und durch eine geeignet Funktionslogik entsprechend dem jeweiligen Straßen-/Witterungszustand angepasst. Da sich der Reibbeiwert in Abhängigkeit der Straßen-/Witterungsverhältnisse (Schnee, Regen, Sonne, nass, trocken, Betonfahrbahn, Splitt, etc.) stark ändert, müssen diese Änderungen zum Erreichen eines optimalen und stabilen Fahrverhaltens unbedingt berücksichtigt werden. Diese sich stets ändernden Reibbeiwerte berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren automatisch mittels entsprechender Messungen, Kennfelder und Funktionslogik. Hierdurch können eine maximal mögliche Längs-/Querbeschleunigung sowie ein hoher Nutzungsgrad des Überhöhungsmomentes erreicht werden. Denkbar ist hierbei, dass das Kraftfahrzeug, bspw. nach jedem Start oder bei geeigneten Fahrmanövern, zunächst durch entsprechende Messungen bestimmt, welcher Straßen-/Witterungszustand vorherrscht und in Abhängigkeit dieser ein zugehöriges Kennfeld zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auswählt. Selbstverständlich können auch während der Fahrt kontinuierlich die jeweiligen Straßen-/Witterungsverhältnisse erfasst und der Reibbeiwert entsprechend angepasst werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 ein Diagramm, auf welchem auf der Ordinate eine Motordrehzahl n und auf der Abszisse die Zeit t abgetragen sind,
2 ein Diagramm, auf welchem auf der Ordinate ein Moment und auf der Abszisse die Zeit t abgetragen sind, wobei bei einem Schaltvorgang zwischen t₁ und t₂ ein konstantes Antriebsmoment M_A übertragen wird,
3 eine Darstellung wie in 2, wobei während des Schaltvorgangs ein komplettes Massenträgheitsmoment M_M als Antriebsmoment M_A übertragen wird,
4 eine Darstellung wie in 2, wobei jedoch lediglich ein Teil des Massenträgheitsmoments M_M als Antriebsmoment M_A an die angetriebenen Räder übertragen wird.
Entsprechend der 1, ist eine Drehzahl n eines Motors mit der Kurve 1 bezeichnet, welche aufgrund eines Gangswechsels, das heißt aufgrund eines Schaltvorgangs, zwischen der Zeit t₁ und t₂ einen Knick aufweist. Im Zeitpunkt t₂ verbinden sich die beiden Kurven 1 und 1a, wobei sich die beiden Kurven 1 und 1a vor dem Zeitpunkt t₂ durch einen unterschiedlich eingelegten Gang unterscheiden. Das Diagramm in 1 zeigt somit zunächst ein Ansteigen der Motordrehzahl n entlang der Kurve 1 bis zum Zeitpunkt t₁, an welchem der Schaltvorgang beginnt. Während des Schaltens fällt die Motordrehzahl n entlang der Kurve 1 ab, bis am Zeitpunkt t₂ der nächst höhere Gang eingelegt ist und sich dadurch die Kurve 1 mit der Motordrehzahlkurve 1a des nächst höheren Gangs verbindet. Die 1 soll dabei lediglich den zeitlichen Ablauf eines Schaltvorgangs darstellen, zu welchem gemäß den 2 bis 4 unterschiedliche Momentenverläufe aufgeführt sind.
In den 2 bis 4 ist jeweils während des Schaltvorgangs, das heißt zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ ein positives Massenträgheitsmoment M_M aufgezeichnet, welches aus der Massenträgheit der sich drehenden Kurbelwelle bzw. weiterer kupplungsantriebsseitiger Massenträgheitsmomente zusammensetzt. Das Massenträgheitsmoment M_M ist demgemäß bei den 2 bis 4 stets gleich groß.
In 2 ist nun eine Darstellung gezeigt, bei welcher das während des Schaltvorgangs auftretende Massenträgheitsmoment M_M, bspw. durch einen entsprechenden Momenteneingriff, vollständig kompensiert wird, so dass ein an die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs weitergegebenes Antriebsmoment M_A konstant verläuft. Die 2 stellt dabei den bisherigen Stand der Technik dar, bei welchem zum ruckfreien Schalten das während des Schaltvorgangs auftretende Überhöhungsmoment M_Ü, welches dem Massenträgheitsmoment M_M entspricht, vorzugsweise vollständig kompensiert wird.
Demgegenüber zeigt die 3 eine Darstellung, bei welchem das Überhöhungsmoment M_Ü, hervorgerufen durch das Massenträgheitsmoment M_M während des Schaltvorgangs vollständig an die angetriebenen Räder weiter gegeben wird, so dass das auf die angetriebenen Räder wirkende Antriebsmoment M_A während des Schaltvorgangs, das heißt während den beiden Zeitpunkten t₁ und t₂ um den Betrag des Massenträgheitsmoments M_M überhöht wird und in diesem Bereich daher eine Stufe aufweist. Eine derartige Stufe ist zwar einerseits vorteilhaft für die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs während des Schaltvorgangs, kann sich andererseits, insbesondere bei fahrkritischen Situationen negativ auswirken, da in derartigen Grenzfällen bspw. die für die vollständige Übertragung des Überhöhungsmoments M_Ü, das heißt des Massenträgheitsmoments M_M, auf die angetriebenen Räder nicht genügend Reibung zwischen den angetriebenen Rädern und der Fahrbahn besteht. In ungünstigen Fällen, beispielsweise bei glatten kann dies zu einer instabilen Fahrsituation führen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist daher gemäß der 4 dargestellt, und dadurch gekennzeichnet, dass ein bei einem Schaltvorgang auftretendes und von einem Massenträgheitsmoment M_M eines Motors erzeugtes Überhöhungsmoment M_Ü in Abhängigkeit einer Längs-, Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs und eines entsprechenden Reibbeiwerts an die angetriebenen Räder übertragen wird. Die Höhe der Stufe des Antriebsmoments M_A im Bereich des Schaltvorgangs, dass heißt zwischen den beiden Zeitpunkten t₁ und t₂, wird somit individuell und jeweils angepasst an die spezielle Fahrsituation berechnet bzw. ermittelt. Hierdurch lassen sich zwei wesentliche Vorteile erzielen: Zum einen kann das von der Massenträgheit, bspw. der Kurbelwelle resultierende Überhöhungsmoment M_Ü zu einer weiteren Fahrzeugsbeschleunigung benutzt werden, andererseits wird dabei das Überhöhungsmoment M_Ü lediglich soweit, dass heißt in solcher Höhe, an die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs übertragen, dass diese dieses zusätzliche aufgebrachte Überhöhungsmoment M_Ü problemlos auf die Fahrbahn übertragen können, wodurch ein instabiles Fahrverhalten, welches insbesondere bei Kurvenfahrten zu gefährlichen Fahrsituationen führen würde, zuverlässig ausgeschlossen werden kann. Dabei ist denkbar, dass das auf die angetriebenen Räder übertragene Überhöhungsmoment M_Ü bei nachlassendem Reibbeiwert zumindest reduziert und bei Unterschreiten eines vordefinierten Schwellwerts nicht mehr an die angetriebenen Räder übertragen wird.
Desweiteren ist denkbar, dass das auf die angetriebenen Räder übertragene Überhöhungsmoment M_Ü, dass heißt das Massenträgheitsmoment M_M des Motors sowie drehfest damit verbundener Teile, zusätzlich in Abhängigkeit eines gewählten Fahrmodus bestimmt wird, welcher bspw. als Wintermodus, als Sommermodus oder als Sportmodus ausgestaltet sein kann. Jeder dieser Modi berücksichtigt dabei individuelle Längs-/Querbeschleunigungsgrenzen und Reibbeiwerte, so dass eine Übertragung des aus dem Massenträgheitsmoment M_M resultierenden Überhöhungsmoments M_Ü während des Schaltvorgangs individuell angepasst wird. Denkbar ist hierbei, dass bspw. im Wintermodus, welcher bei winterlichen Fahrbahnverhältnissen eingelegt werden sollte, ein geringerer Reibbeiwert berücksichtigt wird, da in diesen Fällen die Reibung zwischen den Rädern und der Fahrbahn üblicherweise reduziert ist. Im Sommer dagegen ist von einer vergleichsweise dazu höheren Reibung, insbesondere Haftreibung, auszugehen, so dass in den gewählten Sommermodus ein höherer Reibbeiwert berücksichtigt wird. Im Sportmodus kann zusätzlich ein sportliches Fahrverhalten des Fahrers berücksichtigt werden. Selbstverständlich ist darüber hinaus denkbar, dass das auf die angetriebenen Räder übertragene Überhöhungsmoment M_Ü zusätzlich in Abhängigkeit eines Fahrpedalwerts, einer Motordrehzahl oder eines aktuellen Motormoments bestimmt bzw. ausgewählt wird. Die zur Bestimmung des übertragenen bzw. übertragbaren Überhöhungsmoments M_Ü erforderlichen Längs-/Querbeschleunigungsgrenzen sowie Reibbeiwerte können dabei einem Kennfeld entnommen werden, und werden von einer geeigneten Funktionslogik zur Erkennung des Straßenzustandes bzw. der Witterungsverhältnisse bewertet bzw. berücksichtigt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein individuell angepasstes Übertragen von Antriebmomenten M_A an die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs möglich, wobei das Verfahren stets fahrspezifische Parameter, wie beispielsweise Straßen- und Witterungsverhältnisse und die dadurch beeinflussten Reibbeiwerte der Reifen, berücksichtigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19849322 A1 [0002]
- DE 10156940 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Anpassung eines auf angetriebene Räder eines Kraftfahrzeuges übertragenen Antriebsmoments (M_A), insbesondere in einer Kurvenfahrt, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei einem Schaltvorgang auftretendes und von einem Trägheitsmoment (M_M), insbesondere eines Motors, erzeugtes Überhöhungsmoment (M_Ü) in Abhängigkeit einer Längs-, Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges und eines Reibbeiwertes der Reifen an die angetriebenen Räder übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Überhöhungsmoment (M_Ü) alle kupplungsantriebsseitigen Massenträgsheitsmomente (M_M) einbezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die angetriebenen Räder übertragene Überhöhungsmoment (M_Ü) an sich ändernde Straßen-/Witterungsverhältnisse angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Schaltvorgang auftretende und von einem Trägheitsmoment (M_M) eines Motors erzeugte Überhöhungsmoment (M_Ü) betragsmäßig in Abhängigkeit einer Längs-, Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges und eines Reibbeiwertes an die angetriebenen Räder übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung eines vordefinierten Reibbeiwerts kein Überhöhungsmoment (M_Ü) auf die angetriebenen Räder übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die angetriebenen Räder übertragene Überhöhungsmoment (M_Ü) zusätzlich in Abhängigkeit eines gewählten Fahrmodus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrmodus einer der folgenden Modi ist, Wintermodus, Sommermodus, Sportmodus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die angetriebenen Räder übertragene Überhöhungsmoment (M_Ü) zusätzlich in Abhängigkeit eines Fahrpedalwertes, einer Motordrehzahl (n) oder eines aktuellen Motormomentes bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Bestimmung des übertragenen Überhöhungsmoments (M_Ü) erforderliche Reibbeiwert aus einem Kennfeld entnommen und durch eine geeignet Funktionslogik entsprechend dem jeweiligen Straßen-/Witterungszustand angepasst wird.
Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Anpassung eines auf angetriebene Räder eines Kraftfahrzeuges übertragenen Antriebsmoments (M_A), insbesondere in einer Kurvenfahrt, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein bei einem Schaltvorgang auftretendes und von einem Trägheitsmoment (M_M), insbesondere eines Motors erzeugtes Überhöhungsmoment (M_Ü) in Abhängigkeit einer Längs-, Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges und eines Reibbeiwertes der Reifen an die angetriebenen Räder überträgt.