DE102009046341A1

DE102009046341A1 - Verfahren zur Steuerung einer Roll- oder Segelfunktion eines Fahrzeugs

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Publication number: DE102009046341A1
Application number: DE102009046341A
Authority: DE
Inventors: Ingo Sauter; Maik Dr. Würthner; Joachim Staudinger; Johannes Kemler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: US8939870B2; CN102596673A; US20120220422A1; CN102596673B; DE102009046341B4; EP2496457A1; WO2011054635A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Roll- oder Segelfunktion eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Nutzkraftwagens (1), mit einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor, einem über eine Getriebesteuerung ansteuerbaren automatischen oder automatisierten Getriebe, mit ansteuerbaren Schaltmitteln, zur Unterbrechung des Kraftschlusses im Antriebsstrang, mit einer Bremseinrichtung, beispielsweise einer Dauerbremsanlage, und mit einer Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung, bei dem die aktuelle Fahrbahnsteigung (α_Fb), die Fahrzeuggeschwindigkeit (v_F) und die Fahrzeugbeschleunigung (a_F) ermittelt werden und die Fahrzeuggeschwindigkeit (v_F) über die Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung reguliert wird, wobei bei einer Fahrt in einer Gefällstrecke (2) bedarfsweise die Bremseinrichtung angesteuert wird. Damit die Roll- oder Segelfunktion in dafür besonders geeigneten Fahrsituationen unter Berücksichtigung der Einwirkung der Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung effektiv und zuverlässig eingesetzt werden kann, wird bei der Fahrt in der Gefällstrecke (2) eine Roll- oder Segelbedingung für einen Gefälleauslauf (3) über über die Getriebesteuerung der Kraftschluss im Antriebsstrang, vor der Einfahrt in eine Ebene (4) und/oder vor einer Motormomentanforderung der Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung, unterbrochen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Roll- oder Segelfunktion eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Einsparung von Energie und Kosten beim Antrieb sowie die Verringerung der Umweltbelastung durch Abgasemissionen und Lärm sind aktuelle Ziele in der Fahrzeugentwicklung. Dazu können Fahrzeuge in geeigneten Fahrsituationen in einem Roll- oder Segelmodus temporär antriebslos fortbewegt werden. Bei einem Kraftfahrzeug im Rollmodus kann der Verbrennungsmotor möglichst verbrauchsreduziert und emissionsarm im Leerlauf betrieben werden, während das Fahrzeug mit offenem Antriebsstrang rollt. Wird der Verbrennungsmotor in einer solchen Fahrsituation ausgeschaltet, um den Einspareffekt noch weiter zu erhöhen, dann bewegt sich das Fahrzeug in einem so genannten Segelmodus. Diese Funktionen sind bereits bekannt.
Die Kraftschlussunterbrechung kann, je nach vorhandenen Antriebsstrangkomponenten und Getriebebauart, durch eine Schaltung des Getriebes in Neutral und/oder durch Öffnen einer Anfahrkupplung erfolgen, sobald ein Rollen oder Segeln gemäß der oben genannten Begriffsbestimmung möglich ist. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass die bekannten Verfahren zur Erkennung geeigneter Fahrsituationen für den Roll- oder Segelmodus entweder aufgrund einer eher ungefilterten Berücksichtigung von topografischen Gegebenheiten der Fahrstrecke und/oder einer unzureichenden Berücksichtigung des aktuellen Fahrzustandes, die Fahrsituation nicht immer korrekt interpretieren oder relativ komplex und fehleranfällig sind. Dies führt häufig zu unnötigen oder für den Fahrer situationsbedingt unerwünschten und gegebenenfalls kontraproduktiven Neutralschaltungen bzw. Kraftschlussunterbrechungen im Antriebstrang.
Weiterhin ist es bekannt, aus Komfort- und Verkehrs- bzw. Fahrsicherheitsgründen moderne Fahrzeuge zunehmend mit automatischen Fahrgeschwindigkeitsregelungs- oder Fahrgeschwindigkeits- und Abstandsregelungsfunktionen auszustatten. Solche Systeme sind beispielsweise als Tempomat- oder Bremsomat-Systeme bekannt, die eine vom Fahrer vorgegebene Wunschgeschwindigkeit einhalten. In Erweiterung dieser Systeme sind für Personenfahrzeuge und Nutzfahrzeuge bereits als ACC (Adaptive Cruise Control) oder ADR (Automatic Distance Regulation) bekannte elektronische Einrichtungen verfügbar, die mit Hilfe von Sensoren, beispielsweise Radar, Infrarot, Video oder Ultraschall, einen Überwachungsbereich vor dem Fahrzeug oder um das Fahrzeug herum aufbauen, in deren Kenntnis zusätzlich zumindest der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug durch automatisches Gaswegnehmen oder Abbremsen mittels eines Bremsomats angepasst wird.
Bekannte Tempomat- und/oder Bremsomat-Systeme in Nutzkraftwagen reagieren bei einem Verzögerungsbedarf im Gefälle und/oder zur Abstandsanpassung zum vorausfahrenden Fahrzeug mit einer Bremsung mittels einer vorhandenen Dauerbremsanlage, wie einem antriebs- oder abtriebsseitigen hydrodynamischen oder elektrodynamischen Retarder und/oder der Betriebsbremsen, wobei vorzugsweise der Retarder genutzt wird.
Aus der DE 102 21 701 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Roll- oder Segelfunktion für ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Getriebe bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden eine die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentierende Größe, eine Bremsbetätigung und/oder eine Betätigung eines Kraftstoffzufuhrbemessungsglieds sowie ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors detektiert. Eine Kupplungsvorrichtung wird geöffnet und damit der Kraftschluss im Antriebsstrang unterbrochen, wenn bei laufendem Verbrennungsmotor und Überschreiten einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit weder das Fahrpedal bzw. Kraftstoffzufuhrbemessungsglied noch das Bremspedal betätigt werden. Nach dem Öffnen der Kupplung wird das Getriebe in Neutral geschaltet, so dass sich das Fahrzeug in einem Rollmodus befindet. Durch Betätigen des Fahrpedals oder des Bremspedals oder durch Verändern von in ihrer Wirkung entsprechender Größen wird die Kupplung wieder geschlossen und dadurch der Rollmodus beendet. Vor dem Schließen der Kupplung erfolgt jedoch zunächst eine Synchronisation der Drehzahlen des Verbrennungsmotors und einer Getriebeeingangswelle, um möglichst ruckfrei vom Rollmodus in den regulären Antrieb zurückzukehren. Das Öffnen der Kupplung, d. h. der Rollmodus wird verhindert, wenn ein voraussichtlicher Bremsbedarf angenommen wird. Dies kann beispielsweise bei einer Bergabfahrt, bei einem plötzlichen Gaswegnehmen oder bei der Anwahl eines sportbetonten Fahrprogramms der Fall sein.
Nachteilig daran ist, dass zwar unnötige Neutralschaltungen situationsnah teilweise verhindert werden. Eine vorausschauende Aktivierung der Roll- oder Segelfunktion in besonders geeigneten Situationen sowie eine vorausschauende Deaktivierung, welche die jeweiligen topografischen Gegebenheiten ausreichend berücksichtigt, erfolgt jedoch eher nicht. Zudem ist ein kombinierter Roll- oder Segelbetrieb mit Tempomat- bzw. Bremsomat-Systemen, wie sie in modernen Fahrzeugen zunehmend vorhanden sind, nicht vorgesehen.
Aus der DE 10 2007 001 936 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Schaltkupplung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem kontinuierlich eine Bergdetektion und eine Neutralleerlaufsteuerung ausgewertet und geprüft werden. Das Verfahren wird durchgeführt, um in Leerlaufzuständen des Verbrennungsmotors, beispielsweise beim Halten an Signalanlagen oder im Stopp-and-Go-Betrieb, in einer Neutralstellung des Getriebes Kraftstoff zu sparen. Außerdem soll bei einer Neutralschaltung des Getriebes ein Rückrollen des Fahrzeugs an einer Steigung, aufgrund eines zu geringen Bremsdruckes zum Halten des Fahrzeuges, verhindert werden.
Für eine solche Neutralleerlaufsteuerung, d. h. eine situationsgeregelte Neutralschaltung, müssen darin bestimmte Eintrittsbedingungen erfüllt sein, zu denen eine Auswertung eines Bergdetektionsflags und eines Bergzählers gehören. Ein Bergdetektionsflag kann bei einer entsprechenden Bewertung anhand der Bergdetektion gesetzt bzw. ein Bergzähler erhöht werden. Dies ist der Fall, wenn sich das Getriebe in einem Vorwärtsgang befindet, eine Getriebeabtriebsdrehzahl größer als ein vorgegebener Abtriebsdrehzahlgrenzwert ist, eine Drosselstellung des Verbrennungsmotors kleiner als ein vorgegebener Drosselstellungsgrenzwert ist, ein Bremsstatus anzeigt, dass die Fahrzeugbremse betätigt ist und die Getriebetemperatur innerhalb eines zulässigen Bereichs ist.
Eine rückrollfreie Neutralleerlaufschaltung kann erfolgen, wenn bei einer Getriebeabtriebsdrehzahl, die kleiner als der vorgegebene Abtriebsdrehzahlgrenzwert ist, der aktuelle Zählerstand kleiner als ein vorgegebener Zählergrenzweit ist, oder, bei einem Zählerstand oberhalb dieses Zählergrenzwertes, wenn der Bremsdruck größer als ein vorberechneter Bremsdruckgrenzwert ist, oder, falls der Bremsdruck nicht zur Verfügung steht und der Zählerstand größer als der Zählergrenzwert ist, wenn ein Bergdetektionsflag gesetzt ist.
Das bekannte Verfahren verwendet kontinuierlich erfasste Getriebe-Motor- und Bremsdaten des Fahrzeugs, die nach einer Bewertung über einen Zähler zuverlässige Signale für zweckmäßige Neutralschaltungen des Fahrzeugs liefern. Allerdings ist es eher auf das stillstehende oder nahezu stillstehende Fahrzeug beschränkt und damit nicht ohne weiteres auf den Fahrbetrieb zum so genannten Rollen oder Segeln in Ebenen oder im Gefälle übertragbar. Insbesondere können geeignete oder ungeeignete Rollsituationen in Gefällstrecken bzw. auslaufenden Gefällstrecken damit eher nicht erkannt und Neutralschaltungen für diese Situationen nicht ausgelöst oder verhindert werden.
Aus der DE 10 2004 017 115 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Fahrgeschwindigkeitsregelung- oder Fahrgeschwindigkeits- und Abstandsregelung für ein Fahrzeug mit einem automatischen oder automatisierten Getriebe bekannt, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich einer vorgewählten Sollgeschwindigkeit variieren kann. Dabei folgt jeweils auf eine Beschleunigungsphase eine Ausrollphase, in welcher der Kraftschluss im Antriebsstrang unterbrochen werden kann, um Kraftstoff zu sparen. Bei der Abfolge der Beschleunigungs- und Ausrollphasen können mittels einer Navigationseinrichtung gewonnene topografische Daten, Daten aus einer Überwachungseinrichtung des unmittelbaren Fahrzeugumfeldes und/oder bestimmte Fahrzeugparameter berücksichtigt werden. Die Beschleunigungsphasen können mittels eines zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor vorhandenen Elektromotors unterstützt werden.
Das bekannte Verfahren verwendet einen Segel- oder Rollmodus, der zur Geschwindigkeitsregelung innerhalb eines Tempomat- bzw. Bremsomat-Systems alternierende Beschleunigungs- und Ausrollphasen verwendet. Dies ist ebenfalls nicht ohne weiteres bei Gefällefahrten mit anschließendem Übergang in die Ebene anwendbar.
Aus der WO 2003/037672 A1 ist ein Stufenschaltgetriebe, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, bekannt, welches bei Erkennen eines verbrauchsarmen Fahrzustandes in Neutral, also in einen Rollmodus geschaltet wird. Ein verbrauchsarmer Fahrzustand wird dann erkannt bzw. die Neutralstellung wird dann geschaltet, wenn eine Sollgeschwindigkeit vorgegeben ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit sich ohne Rollmodus verringern würde. Dies wird insbesondere dann angenommen, wenn weder Gas- noch Bremspedal gedrückt sind oder äquivalente Größen sich ändern. Aus Sicherheitsgründen steht eine Zusatzbremseinrichtung zur Verfügung, die während des Rollbetriebes angefordert werden kann. Zudem wird der aktuell eingelegte Gang berücksichtigt.
Nachteilig daran ist, dass eine vorausschauende Bewertung des Rollmodus nicht vorgesehen ist, wodurch ungünstige Neutralschaltungen ausgelöst werden können. Insbesondere bleibt die topografische Fahrsituation eher unberücksichtigt.
Außerdem ist aus der WO 2009/037167 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines automatisierten oder automatischen Stufengetriebes eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeuges, bekannt, bei dem zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs bei einer Fahrt im Gefälle beim anschließenden Übergang in einen Gefälleauslauf, anstelle wie üblich erst nach der Einfahrt in die Ebene bzw. nach dem Übergang vom Schubbetrieb in den Zugbetrieb hochzuschalten, schon vor der Einfahrt in die Ebene bzw. vor dem Beginn des Zugbetriebs in einen höheren Gang geschaltet wird, also eine Schubhochschaltung durchgeführt wird.
Dazu wird in einem festgelegten Zeittakt die aktuelle Fahrbahnsteigung ermittelt und bei der Gefällefahrt eine Funktion zur Erkennung des Gefälleauslaufs aktiviert, um möglichst vorzeitig automatisch hochzuschalten. Dadurch wird die Drehzahl des Antriebsmotors und gegebenenfalls einer aktiven Dauerbremseinrichtung abgesenkt, welches aufgrund des geringeren Motorschleppmoments und einem geringeren Retarder-Bremsmoment zu einer Beschleunigung des Fahrzeuges führen kann, wodurch der Zugbetrieb vergleichsweise später einsetzt. Der höhere Gang wird dabei so gewählt, dass nur eine leichte Beschleunigung des Fahrzeuges erfolgt, damit der Fahrer die Situation jederzeit sicher kontrollieren kann.
Ein Gefälleauslauf wird daran erkannt, dass sich das unmittelbar zuvor durchfahrene Gefälle während einer bestimmten Anzahl von Zeittakten monoton verringert und einen Grenzwert unterschreitet. Zudem können verschiedenen Kriterien, beispielsweise ein Betätigen der Betriebsbremse, eine zu hohe Fahrzeugbeschleunigung, ein zu steiles Gefälle, eine besonders schwere Ladung, ein Betreiben einer Dauerbremse an ihrer Belastungsgrenze, eine Überschreitung einer Sollgeschwindigkeit oder eine Unterschreitung eines Sicherheitsabstandes, was durch einen aktiven Tempomat bzw. Bremsomat geregelt wird, vorgesehen sein, die aus Sicherheitsgründen zu einer Sperrung der Schubhochschaltung führen.
Derartige Schwungnutzfahrten mit Schubhochschaltungen zeichnen sich insbesondere auf längeren Fahrstrecken bei einer entsprechenden Topografie durch einen insgesamt verringerten Kraftstoffverbrauch eines Nutzfahrzeuges aus. Allerdings wird bei dem bekannten Verfahren die Effizienz einer Roll- oder Segelfunktion eher nicht erreicht.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Roll- oder Segelfunktion eines Fahrzeuges mit einem automatischen bzw. automatisierten Getriebe und einer Geschwindigkeitsregeleinrichtung bzw. einem Tempomat/Bremsomat-System anzugeben, mit dem die Roll- oder Segelfunktion in dafür besonders geeigneten Fahrsituationen unter Berücksichtigung der Einwirkung des Tempomat- bzw. Bremsomat-Systems effektiv und zuverlässig eingesetzt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Fahrt mit einem Fahrzeug mit einer Roll- oder Segelfunktion und einer Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung bzw. einem Tempomat- bzw. Bremsomat-System bei einem Übergang von einer Gefällstrecke in eine Ebene, sobald dies mit dem aktiven Tempomat/Bremsomat-System vereinbar ist, das Getriebe in Neutral geschaltet werden kann, damit das Fahrzeug in der Ebene möglichst weit Kraftstoff sparend antriebslos rollt, bevor der Tempomat zur Aufrechterhaltung einer eingestellten Tempomatgeschwindigkeit ein Motormoment anfordert.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Roll- oder Segelfunktion eines Fahrzeuges, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, mit einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor, einem über eine Getriebesteuerung ansteuerbaren automatischen oder automatisierten Getriebe, mit ansteuerbaren Schaltmitteln zur Unterbrechung des Kraftschlusses im Antriebsstrang, mit einer Bremseinrichtung, vorzugsweise einer Dauerbremsanlage, und mit einer Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung, bei dem die aktuelle Fahrbahnsteigung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugbeschleunigung ermittelt werden und die Fahrzeuggeschwindigkeit über die Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung reguliert wird, wobei bei einer Fahrt in einer Gefällstrecke bedarfsweise die Bremseinrichtung zu dessen Betätigung angesteuert wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass bei der Fahrt in der Gefällstrecke eine Roll- oder Segelbedingung für einen Gefälleauslauf überprüft wird, und bei erfüllter Roll- oder Segelbedingung über die Getriebesteuerung der Kraftschluss im Antriebsstrang vor der Einfahrt in eine Ebene und/oder vor einer Motormomentanforderung der Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung unterbrochen wird.
Unter einer Rollfunktion bzw. einem Rollmodus wird das Fahren eines Fahrzeuges mit offenem Antriebstrang, also eine antriebslose Vorwärtsfahrt oder Schwungnutzfahrt bei laufendem Antriebsmotor verstanden. Unter einer Segelfunktion bzw. einem Segelmodus wird das Fahren eines Fahrzeuges mit offenem Antriebstrang bei abgeschaltetem Antriebsmotor verstanden.
Unter einer Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung wird ein Fahrzeugsystem verstanden, das sowohl eine Fahrgeschwindigkeitsregeieinrichtung (Tempomat) als auch eine Bremsregeleinrichtung (Bremsomat) für Antriebs- bzw. Bremseingriffe aufweist. Ein solches System wird hier dementsprechend auch als ein Tempomat/Bremsomat-System bezeichnet. Das System kann auch eine Abstandsregeleinrichtung aufweisen.
Entsprechend der üblichen Vorzeichenkonvention werden Gefälle als negative Steigungen, Verzögerungen als negative Beschleunigungen und resultierende antreibende Hangabtriebskräfte als negative Fahrwiderstände verstanden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft erreicht, dass ein Gefälleauslauf als eine für das so genannte Rollen oder Segeln des Fahrzeugs besonders geeignete Fahrstreckentopografie sicher erkannt und die Roll- bzw. Segelfunktion in der Folge unmittelbar aktiviert wird, um einen hohen Spareffekt zu erzielen. Ebenso wird ein für einen Roll- bzw. Segelbetrieb eher ungeeigneter Gefälleauslauf erkannt, um eine unnötige Neutralschaltung bzw. eine unnötige Kraftschlussunterbrechung im Antriebsstrang zu vermeiden. Somit wird durch einen effektiven Einsatz der Roll- oder Segelfunktion die Effizienz des Fahrbetriebes, beispielsweise bei Nutzkraftwagen, verbessert.
Da einerseits die Tempomat- bzw. Bremsomat-Funktion geschwindigkeits- und/oder sicherheitsrelevante Eingriffe am Antrieb vornimmt, andererseits die Roll- oder Segelfunktion verbrauchsrelevante Neutralschaltungen veranlasst, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, beide Funktionen, soweit vorhanden, bedarfsweise zu koordinieren, um einen effektiven und komfortablen Fahrbetrieb zu erreichen. Dabei werden aber nicht deren eigenständige Funktionsweisen aufzugeben, da der Tempomat/Bremsomat eher nur aufgrund eines Fahrerwunsches und/oder unter bestimmten Randbedingungen eingeschaltet ist, während die kraftstoffsparende Neutralschaltung eher situationsbezogen automatisch aktiviert und deaktiviert werden kann.
Ist ein Tempomat/Bremsomat-System vorhanden und aktiv, so kann die Steuerung der Koordination von Tempomat/Bremsomat-Funktion und Roll- oder Segelfunktion vorteilhaft von einer vorhandenen, entsprechend angepassten Getriebesteuerung aus erfolgen. Die Roll- bzw. Segelsituationen können über ein Getriebesteuergerät, welches relevante Signale erfasst und Daten auswertet sowie in der Folge Befehle zur Einleitung, Durchführung oder Blockierung der Roll- oder Segelfunktion ausgibt, erkannt und gesteuert werden. Grundsätzlich ist dazu bei Fahrzeugen mit Tempomat- bzw. Bremsomat-Einrichtungen keine Softwareänderung an den Reglern für diese Systeme erforderlich, welches sich kostengünstig auswirkt.
Die Segel- oder Rollfunktion kann grundsätzlich dann aktiviert werden, wenn die aktuelle Fahrbahnsteigung eine antriebslose Vorwärtsfahrt bzw. eine Schwungnutzfahrt ermöglicht. In einer für das erfindungsgemäße Verfahren relevanten Situation befindet sich das Fahrzeug demnach zunächst in einer Gefällstrecke im Schubbetrieb bei aktiver Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung, in der bedarfsweise eine vorhandene Dauerbremsanlage aktiv ist, damit das Fahrzeug eine eingestellte Bremsomat-Geschwindigkeit nicht überschreitet. Bei einem anschließenden Übergang in eine Ebene wird eine Gefälleauslaufsituation ausgewertet.
Durch das Getriebesteuergerät kann die Roll- oder Segelbedingung als erfüllt erkannt werden, wenn die Auswertung ergibt, dass erstens die Dauerbremsanlage bzw. Bremseinrichtung inzwischen deaktiviert ist. Bei einer aktiven Dauerbremsung wäre eine Neutralschaltung offensichtlich kontraproduktiv, da sie der gewünschten Abbremsung eher entgegenwirken würde.
Zweitens sollte eine eingestellte Differenz zwischen einer Bremsomat-Geschwindigkeit und einer Tempomatgeschwindigkeit größer als ein Schwellwert sein. Die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sollte dann nahe der gesetzten Bremsomat-Geschwindigkeit sein, jedoch mehr als ein Schwellwert von der gesetzten Tempomatgeschwindigkeit entfernt sein. Daraus kann ermittelt werden, ob eine signifikante Rollphase möglich ist oder die Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung diese ohnehin wieder kurzfristig beenden bzw. unterdrücken würde.
Weiter wird mittels einer Auswertung der aktuell abgefragten Fahrzeugbeschleunigung (ohne aktive Bremsbetätigung) gegenüber dem Wert Null oder einem nahe Null gelegenen Grenzwert ermittelt, ob eine Fahrverzögerung (negative Beschleunigung) vorliegt. Dass diese Fahrverzögerung tatsächlich zu einem auslaufenden Gefälle hin führt, also ein topografischer Übergang von einem Gefälle (negative Steigung) in eine Ebene (keine Steigung) vorliegt, wird daran festgestellt, dass sich die aktuelle Fahrbahnsteigung oberhalb eines Grenzwertes, also noch im Gefällebereich befindet und die zeitliche Ableitung der Fahrbahnsteigung größer Null oder über einem Grenzwert nahe Null ist, d. h. die Fahrbahnsteigung sich allmählich zur Ebene hin ändert.
Die benötigte Fahrbahnsteigung kann über eine vorhandene Sensorik gemessen und/oder über einen Algorithmus berechnet werden. Da die im Fahrbetrieb erfassten Steigungssignale starken Schwankungen unterliegen können, ist zudem eine geeignete Signalmittelung bzw. Signalfilterung sinnvoll, um die Steigungsdaten zu verbessern.
Wenn die Roll- oder Segelbedingung als erfüllt erkannt ist, erfolgt möglichst unmittelbar, vorteilhaft noch im Schubbetrieb, gegebenenfalls in zeitlicher Nähe mit der Deaktivierung der Dauerbremsanlage bzw. Bremseinrichtung, falls diese zuvor aktiv war, die Kraftschlussunterbrechung des Antriebsstranges. Dadurch wird kein potenzieller Fahrzeugschwung verschenkt, um das Fahrzeug möglichst lange bzw. weit antriebslos fortzubewegen. Durch das weiterhin aktive Tempomat/Bremsomat-System wird gewährleistet, dass sich das Fahrzeug dabei stets in einem sicheren und komfortablen Geschwindigkeitskorridor bewegt.
Vorzugsweise wird die Kraftschlussunterbrechung über eine Neutralschaltung des Getriebes, d. h. durch ein Auslegen eines aktuell geschalteten Ganges, ausgeführt. Demnach kann die Kraftschlussunterbrechung grundsätzlich ohne Öffnen einer zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe angeordneten Kupplungseinrichtung erfolgen. Dazu ist es erforderlich, eine im Schubbetrieb aufgrund der Bremswirkung des Motors entstehende Verspannung des Antriebsstranges, insbesondere ein Reibmoment in den Schaltklauen bei einem klauengeschalteten Getriebe, zu überwinden.
Zum Auslegen eines aktuell geschalteten Ganges kann demzufolge vorgesehen sein, zunächst ein oder mehrere in einem Druckkreis angeordnete Ventile, über die zumindest ein Stellorgan der Schaltelemente bzw. Schaltklauen des Ganges mit einem Stelldruck beaufschlagbar ist, anzusteuern, um das Schalt- bzw. Klauengetriebe zu öffnen.
Reicht die Kraft des Stellorgans nicht aus, um die Reibkraft in den Schaltelementen, insbesondere den Schaltklauen, aufgrund des übertragenen Schubmoments zu überwinden, so kann außerdem vorgesehen sein, über einen Motoreingriff eine Kraftstoffeinspritzmenge des als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors temporär zu erhöhen, um die schubkraftbedingten Übertragungskräfte des Schaltelements des Ganges zu verringern.
Bei der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge wird vorteilhaft ein Verlustmoment berücksichtigt, so dass die eingespritzte Kraftstoffmenge bzw. das dadurch im Verbrennungsmotor erzeugte Moment, in einer gegen Null gehenden Drehmamentübertragung im Getriebe resultiert, damit der Gang zumindest annähernd lastfrei ausgelegt werden kann. Schließlich kann vorgesehen sein, dass erforderlichenfalls die Kraftschlussunterbrechung durch Öffnen der, je nach Getriebebauweise, Anfahr- oder Überbrückungskupplung erfolgt.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wirkungsweise der Roll- oder Segelfunktion bei einem Nutzkraftwagen.
Der Nutzkraftwagen besitzt einen Verbrennungsmotor und ein automatisiertes Ein- oder Mehrgruppengetriebe mit klauengeschalteten Gängen sowie eine Getriebesteuerung. Weiterhin weist der Antriebsstrang eine beispielsweise als hydrodynamischen oder elektrodynamischen Retarder ausgebildete Dauerbremsanlage sowie ein Tempomat/Bremsomat-System als eine Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung auf. Fahrzeuge mit solchen Antriebssträngen sind an sich bekannt, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung der Roll- oder Segelfunktion eines solchen Fahrzeugs beschränkt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht im Wesentlichen darauf, dass beim Befahren einer Gefällstrecke bei einer erfüllten Roll- oder Segelbedingung, unter Berücksichtigung der Funktionen und Arbeitsweise eines aktiven Tempomat/Bremsomat-Systems, veranlasst durch eine Getriebesteuerung der Kraftschluss im Antriebsstrang im Schubbetrieb, möglichst unmittelbar nach dem Abschalten eines Retarders und vor der Einfahrt in eine Ebene, zeitlich beabstandet zu einer Motormomentanforderung des Tempomats, unterbrochen wird.
Demnach befindet sich der Nutzkraftwagen 1 gemäß der einzigen Zeichnungsfigur zunächst auf einer Gefällstrecke 2 mit einer relativ großen negativen Steigung α_Fb in einem Schubbetrieb, bei dem der Antriebsstrang geschlossen ist. Eine Neutralschaltung ist hier nicht sinnvoll, da die Motorbremswirkung zur Begrenzung bzw. Konstanthaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit v_F benötigt wird und der Verbrennungsmotor aufgrund der Schubabschaltung keinen Kraftstoff verbraucht.
Das Fahrzeug 1 beschleunigt, wobei sich die Fahrzeuggeschwindigkeit v_F an eine vom Fahrer vorab eingestellte Bremsomat-Geschwindigkeit v_B annähert. Bei Erreichen der Bremsomat-Geschwindigkeit v_B = v_F aktiviert ein Geschwindigkeitsregler die Dauerbremsen, um das Fahrzeug 1 auf einer konstanten Geschwindigkeit v_F = konstant zu halten. Anschließend erreicht das Fahrzeug 1 zu einem Zeitpunkt t_1 einen Gefälleauslauf 3, der allmählich in eine Ebene 4 übergeht, worauf die Dauerbremsen zum Zeitpunkt t_1 durch den Bremsomat abgeschaltet werden.
Die Roll- oder Segelbedingung wird durch die Getriebesteuerung überprüft. Über eine Statusabfrage wird ermittelt, ob der Tempomat und der Bremsomat aktiv sind und die Dauerbremsanlage nicht mehr angesteuert ist. Die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung a_F wird abgefragt und ausgewertet.
Wenn die Fahrzeugbeschleunigung a_F gegenüber einem Grenzwert, beispielsweise a_F_lim = 0 m/s², aufgrund eines steigenden Fahrwiderstandes F_W negativ wird, dann wird erkannt, dass ein Verzögern, d. h. ein beginnender Gefälleauslauf 3 im Schubbetrieb ohne aktive Bremseinwirkung vorliegt. Der Fahrwiderstand F_W resultiert dabei aus einem Luftwiderstand, einem Rollwiderstand, einem negativen Steigungswiderstand (Gefällewiderstand) sowie einem negativen Beschleunigungswiderstand (Verzögerungswiderstand).
Es wird außerdem ermittelt, ob die aktuelle, aus dem Steigungswinkel in Steigungsprozente umgerechnete Fahrbahnsteigung α_Fb oberhalb eines Grenzwertes liegt und ob die zeitliche Ableitung α'_Fb oberhalb eines weiteren Grenzwertes liegt, insbesondere ob α'_Fb > 0%/sec gilt. Daran kann festgestellt werden, dass sich die Streckentopografie von negativer Steigung (also Gefälle) in die Streckentopografie Ebene verändert.
Weiterhin wird ermittelt, ob eine Differenz Δv_B_T zwischen der zuvor eingestellten Bremsomat-Geschwindigkeit v_B und der zuvor eingestellten Tempomatgeschwindigkeit v_T größer als ein vorgegebener Schwellwert ist, und ob diesbezüglich die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v_F nahe der Bremsomat-Geschwindigkeit v_B und mehr als ein weiterer vorgegebener Schwellwert von der Tempomatgeschwindigkeit v_T entfernt ist. Daraus kann ermittelt werden, ob eine Neutralschaltung in der aktuellen Fahrsituation einen effektiven Nutzen bringen würde.
Wenn die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v_F nur wenig über der Tempomatgeschwindigkeit v_T liegt, könnte das Fahrzeug 1 in einer Rollphase kaum Geschwindigkeit abbauen, da ein Regler des Tempomats schon nach kurzer Zeit ein Motormoment M_M zur Einhaltung der Tempomatgeschwindigkeit v_T anfordern würde, worauf der Antriebsstrang wieder geschlossen würde, um ein Antriebsmoment an die angetriebenen Räder weiterzuleiten.
Demzufolge wird die Aktivierung der Roll- bzw. Segelfunktion vom Getriebesteuergerät nur dann als sinnvoll erkannt, wenn zum einen ein Gefälleauslauf 3 festgestellt wurde und dieser in eine Ebene 4 übergeht sowie zum anderen eine ausreichend lange Rollphase möglich ist, in der das aktive Tempomat-/Bremsomat-System nicht in den Antrieb eingreift.
Ist dies der Fall, wird das Getriebe in Neutral geschaltet, indem Steuerventile zum Betätigen von Stellorganen zum Auslegen des aktuellen Ganges angesteuert werden. Reicht die daraus resultierende Kraft der Stellorgane bzw. der Stellzylinder aus, um eine Reibkraft in den Schaltklauen des Ganges aufgrund eines übertragenen Schubmomentes des sich noch im Schubbetrieb befindenden Fahrzeuges zu überwinden, so wird der Gang ausgelegt.
Ist dies nicht der Fall, wird über einen Motoreingriff eine Kraftstoffeinspritzmenge für den Verbrennungsmotor allmählich erhöht, um das Schubmoment und damit das Reibmoment in den Schaltklauen zu reduzieren. Die Erhöhung der Einspritzmenge erfolgt dabei höchstens bis zu einem Wert, bei dem ein von einem Motorsteuergerät übermitteltes Verlustmoment erreicht ist. Bei Erreichen dieses Wertes verschwindet die vom Getriebe übertragene Last. Der Gang lässt sich dann in der Regel leicht auslegen, da die Reibung in den Schaltklauen aufgehoben ist. Sollte dies dennoch nicht möglich sein, so kann eine Anfahr- bzw. Überbrückungskupplung im Antriebsstrang geöffnet werden, die den Verbrennungsmotor sicher vom Antriebsstrang trennt.
Das Ergebnis einer sinnvollen Neutralschaltung ist in 1 in drei übereinander gestellten Zeitdiagrammen in vergleichender Darstellung erkennbar. In dem oberen Diagramm ist der Geschwindigkeitskorridor Δv_B_T zwischen den vorab eingestellten Bremsomat-Geschwindigkeit v_B und Tempomatgeschwindigkeit v_T gezeigt. Innerhalb dieses Korridors Δv_B_T verlaufen eine erste Geschwindigkeitskurve v_F_A bei geschlossenem Antriebsstrang und eine zweite Geschwindigkeitskurve v_F_N bei in Neutral geschaltetem Getriebe, also bei offenem Antriebsstrang.
Zu einem Zeitpunkt t_1, bei dem die Dauerbremsanlage deaktiviert ist, beginnen die beiden Geschwindigkeitskurven v_F_A und v_F_N gegenüber der zuvor auf die Bremsomat-Geschwindigkeit v_B begrenzten Fahrzeuggeschwindigkeit v_F abzufallen. Es beginnt also eine Verzögerung bei geringer werdendem Gefälle einzusetzen. Wenn das Getriebe in Neutral geschaltet ist, fällt die Fahrgeschwindigkeitskurve v_F_N jedoch wesentlich langsamer ab, d. h. bis zum Erreichen der Tempomatgeschwindigkeit v_T rollt das Fahrzeug 1 antriebslos länger bzw. weiter als es bei eingelegtem Gang bei dem Geschwindigkeitsverlauf v_F_A fahren würde.
Das mittlere Diagramm veranschaulicht die Ansteuerung der Dauerbremsanlage durch den Bremsomat. Daraus geht eine Bremsmomentkurve M_B_D der Dauerbremsanlage hervor. Zum Zeitpunkt t_1 ist die Dauerbremsanlage nicht mehr angesteuert. Davor sind die Dauerbremsen eingeschaltet, um die Fahrzeuggeschwindigkeit v_F konstant beider Bremsomat-Geschwindigkeit v_B zu halten. Danach sinkt das Bremsmoment M_B auf den Wert Null ab.
Das untere Diagramm veranschaulicht die Anforderung eines Motordrehmomentes M_M durch den Tempomat. Darin sind eine erste Momentananforderungskurve M_M_A ohne Neutralschaltung und eine zweite Momentananforderungskurve M_M_N mit Neutralschaltung dargestellt. Die beiden Kurven M_M_A bzw. M_M_N korrespondieren offensichtlich mit den entsprechenden Fahrgeschwindigkeitskurven v_F_A bzw. v_F_N. Demzufolge wird bei einer Neutralschaltung im Übergang zwischen Gefälle 2 und Ebene 4 wesentlich später ein Motormoment M_M angefordert als bei geschlossen bleibendem Antriebsstrang, da das Fahrzeug 1 weiter in die Ebene 4 oder sogar bis in einen beginnenden nächsten Anstieg rollt, bevor die Tempomatgeschwindigkeit v_T unterschritten wird. Somit wird mit der Roll- oder Segelfunktion eine signifikante Kraftstoffersparnis in dieser Fahrsituation erzielt.
Bezugszeichenliste

1: Nutzkraftwagen
2: Gefällstrecke
3: Gefälleauslauf
4: Ebene
a_F: Fahrzeugbeschleunigung
a_F_lim: Fahrzeugbeschleunigungsgrenzwert
α_Fb: Fahrbahnsteigung
α'_Fb: Zeitliche Ableitung der Fahrbahnsteigung
F_W: Fahrwiderstand
M_B: Bremsmoment
M_B_D: Dauerbremsmomentkurve
M_M: Motormoment
M_M_A: Motormomentanforderungskurve mit Antriebskraftschluss
M_M_N: Motormomentanforderungskurve mit Neutralschaltung
t: Zeit
t_1: Zeitpunkt
v: Geschwindigkeit
v_B: Bremsomat-Geschwindigkeit
v_F: Fahrzeuggeschwindigkeit
v_F_A: Fahrzeuggeschwindigkeitskurve mit Antriebsschluss
v_F_N: Fahrzeuggeschwindigkeitskurve mit Neutralschaltung
v_T: Tempomatgeschwindigkeit
Δv_B_T: Geschwindigkeitsdifferenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10221701 A1 [0006]
DE 102007001936 A1 [0008]
DE 102004017115 A1 [0012]
WO 2003/037672 A1 [0014]
WO 2009/037167 A1 [0016]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Roll- oder Segelfunktion eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Nutzkraftwagens (1), mit einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor, einem über eine Getriebesteuerung ansteuerbaren automatischen oder automatisierten Getriebe, mit ansteuerbaren Schaltmitteln zur Unterbrechung des Kraftschlusses im Antriebsstrang, mit einer Bremseinrichtung, beispielsweise einer Dauerbremsanlage, und mit einer Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung, bei dem die aktuelle Fahrbahnsteigung (α_Fb), die Fahrzeuggeschwindigkeit (v_F) und die Fahrzeugbeschleunigung (a_F) ermittelt werden und die Fahrzeuggeschwindigkeit (v_F) über die Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung reguliert wird, wobei bei einer Fahrt in einer Gefällstrecke (2) bedarfsweise die Bremseinrichtung angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fahrt in der Gefällstrecke (2) eine Roll- oder Segelbedingung für einen Gefälleauslauf (3) überprüft wird, und bei erfüllter Roll- oder Segelbedingung über die Getriebesteuerung der Kraftschluss im Antriebsstrang vor der Einfahrt in eine Ebene (4) und/oder vor einer Motormomentanforderung der Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Roll- oder Segelbedingung als erfüllt erkannt wird, wenn bei aktiver Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung zumindest a) die Bremseinrichtung deaktiviert ist, b) eine eingestellte Differenz (Δv_B_T) zwischen einer durch einen Bremsomat regulierten oberen Geschwindigkeit (v_B) und einer durch einen Tempomat regulierten unteren Geschwindigkeit (v_T) größer als ein Schwellwert ist, c) die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_F) nahe der gesetzten Bremsomat-Geschwindigkeit (v_B) und mehr als ein Schwellwert von der gesetzten Tempomatgeschwindigkeit (v_T) entfernt ist, d) die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung (a_F) gegenüber Null oder einem nahe Null gelegenen Grenzwert (a_F_lim) als eine Verzögerung erkannt wird, e) die aktuelle Fahrbahnsteigung (α_Fb) oberhalb eines Grenzwertes liegt, und f) die zeitliche Ableitung (α'_Fb) der Fahrbahnsteigung (α_Fb) oberhalb Null oder oberhalb eines Grenzwertes nahe Null ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftschlussunterbrechung bei erfüllter Roll- oder Segelbedingung in zeitlicher Nähe zu der Deaktivierung der Bremseinrichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftschlussunterbrechung in einem Schubbetrieb erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftschlussunterbrechung durch eine Neutralschaltung des Getriebes erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftschlussunterbrechung bei einem mittels Schaltklauen geschalteten Getriebe durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auslegen eines aktuell geschalteten Ganges ein oder mehrere in einem Druckkreis angeordneten Ventile, über die zumindest ein Stellorgan eines Schaltelementes des Ganges mit einem Stelldruck beaufschlagbar ist, angesteuert werden, um das Schaltelement zu öffnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auslegen eines aktuell geschalteten Ganges zunächst über einen Motoreingriff eine Kraftstoffeinspritzmenge des als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors temporär erhöht wird, um schubkraftbedingte Übertragungskräfte des Schaltelements des Ganges zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge ein Verlustmoment berücksichtigt wird, so dass die eingespritzte Kraftstoffmenge mit einer gegen Null gehenden Drehmomentübertragung im Getriebe korrespondiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftschlussunterbrechung durch Öffnen einer zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe angeordneten Kupplungseinrichtung erfolgt, über die der Antriebsmotor vom Antriebsstrang abtrennbar ist.