DE102010028284B4

DE102010028284B4 - Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010028284B4
Application number: DE102010028284.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Mair Roland
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2030-04-29
Also published as: DE102010028284A1

Abstract

Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs, dessen Antriebsstrang einen als turboaufgeladenen Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, ein als Kupplung ausgebildetes Anfahrelement und ein Fahrgetriebe umfasst, mit einem Kupplungsregelkreis (1) zur Einstellung eines von der Kupplung übertragbaren Kupplungsmomentes (MK) und mit einem Motorregelkreis (2) zur Einstellung eines von dem Verbrennungsmotor erzeugten Motormomentes (MM), dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsregelkreis (1) einen Volllastzweig (3) aufweist, in dem unter Berücksichtigung der dynamischen Betriebseigenschaften des Antriebsmotors ein maximal möglicher Kupplungsmomentgradient ((dMK/dt)max) ermittelt wird, und einen Teillastzweig (4) aufweist, in dem ein der Leistungsanforderung des Fahrers (αFP) entsprechender, angeforderter Kupplungsmomentgradient ((dMK/dt)Anf) ermittelt wird, und dass in einem nachgeschalteten Vergleichselement (5) der niedrigere der beiden Kupplungsmomentgradienten als Kupplungsmoment-Sollgradient ((dMK/dt)soll) bestimmt sowie als Stellsignal einem Kupplungssteller der Kupplung zugeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs, dessen Antriebsstrang einen als turboaufgeladenen Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, ein als Kupplung ausgebildetes Anfahrelement und ein Fahrgetriebe umfasst, mit einem Kupplungsregelkreis zur Einstellung eines von der Kupplung übertragbaren Kupplungsmomentes und mit einem Motorregelkreis zur Einstellung eines von dem Verbrennungsmotor erzeugten Motormomentes.
In Kraftfahrzeugen kommen immer häufiger automatisierte Stufenschaltgetriebe mit einer automatisierten Reibungskupplung als Anfahrelement zur Anwendung, bei denen die Gangwahl, die Auslösung von Schaltvorgängen, das Ein- und Auslegen der Gangstufen, sowie das Ein- und Ausrücken der Reibungskupplung automatisiert, d.h. durch die Auswertung von Betriebsparametern in einem Getriebesteuergerät und die Ansteuerung zugeordneter Stellantriebe, erfolgen.
Beim Anfahren aus dem Stillstand oder aus einer niedrigen Rollgeschwindigkeit wird die Reibungskupplung, bei der es sich um eine passiv schließbare Ein- oder Mehrscheiben-Trockenkupplung oder um eine aktiv schließbare Lamellenkupplung handeln kann, zur Überbrückung der Drehzahldifferenz zwischen der Motordrehzahl und der Getriebeeingangsdrehzahl (Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes) im Schlupf betrieben, bis das Kraftfahrzeug so weit beschleunigt hat, dass an der Reibungskupplung Synchronlauf vorliegt und diese vollständig geschlossen werden kann.
Der anfahrbedingte Schlupfbetrieb stellt für die Reibungskupplung eine hohe thermische und mechanische Belastung dar, die mit der Höhe des an dem Verbrennungsmotor eingestellten Anfahrmomentes, der Höhe der an dem Verbrennungsmotor eingestellten Anfahrdrehzahl und damit der Schlupfdrehzahl sowie der Dauer der Schlupfphase zunimmt. Ebenso steigen der Kraftstoffverbrauch und die Lärmentwicklung des Verbrennungsmotors mit zunehmender Anfahrdrehzahl an. Daher wird allgemein angestrebt, das Anfahren mit einer möglichst niedrigen Anfahrdrehzahl, vorzugsweise mit der Leerlaufdrehzahl oder einer geringfügig über der Leerlaufdrehzahl liegenden Motordrehzahl, durchzuführen.
Andererseits muss das von dem Antriebsmotor bei der Anfahrdrehzahl erzeugbare Motormoment (Anfahrmoment) ausreichend hoch sein, um bei der durch den ausgewählten Anfahrgang bestimmten Gesamtübersetzung und dem Wirkungsgrad des Antriebsstrangs den stationären Fahrwiderstand des Kraftfahrzeugs (Rollwiderstand + Steigungswiderstand) zu überwinden und zusätzlich eine zumindest minimale Anfahrbeschleunigung des Kraftfahrzeugs zu erzielen. Die durch das Anfahrmoment und den aktuellen Fahrwiderstand bestimmte Anfahrbeschleunigung sollte weitgehend der Leistungsanforderung des Fahrers entsprechen, die im Wesentlichen durch die messbare Fahrpedalstellung gegebenen ist.
Insbesondere bei Nutzfahrzeugen sind die Antriebsmotoren zumeist als turboaufgeladene Dieselmotoren ausgebildet, die eine spezielle Lastaufbaucharakteristik aufweisen. Wie in der DE 10 2008 054 802 A1 , in der ein Verfahren zur Steuerung eines automatisierten Stufenschaltgetriebes in Abhängigkeit von den dynamischen Betriebseigenschaften eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotors beschrieben ist, näher erläutert ist, kann ein turboaufgeladener Verbrennungsmotor spontan, d.h. mit hohem Drehmomentgradienten, nur ein unterhalb des Volllastmomentes liegendes Saugmoment erreichen. Eine weitere Erhöhung des Motormomentes ist, wenn auch mit geringerem Drehmomentgradienten, kurzfristig nur oberhalb einer Ladegrenzdrehzahl möglich, ab welcher der Turbolader eine deutliche Erhöhung des Ladedrucks und damit des Motormomentes bewirkt.
Das dynamische Verhalten eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotors ist somit außer durch die Leerlaufdrehzahl, die Abregeldrehzahl und die Volllastmoment-Kennlinie auch durch die Ladegrenzdrehzahl und die Saugmoment-Kennlinie sowie die bereichsweise vorliegenden Momentengradienten bestimmt.
Aufgrund der Begrenzung des spontan erreichbaren Motormomentes auf das Saugmoment ist bei turboaufgeladenen Verbrennungsmotoren unterhalb der Ladegrenzdrehzahl somit eine deutliche, allgemein als Turboloch bezeichnete Durchzugsschwäche zu verzeichnen, die beim Anfahren zu berücksichtigen ist. So kann ein gegenüber dem Schließen der Reibungskupplung verzögerter Aufbau des Motormomentes zu einer Absenkung der Motordrehzahl unter die Leerlaufdrehzahl und demzufolge zu einem unerwünschten Abwürgen des Verbrennungsmotors führen. Wird dagegen die Reibungskupplung relativ zu dem Drehmomentaufbau des Verbrennungsmotors zu langsam geschlossen und damit das auf den Verbrennungsmotor als Lastmoment wirksame Kupplungsmoment geringer erhöht als das Motormoment ansteigt, so kommt es zu einem unerwünschten Hochdrehen des Verbrennungsmotors über die vorgesehene Anfahrdrehzahl.
Zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Antriebsstrang wird daher üblicherweise eine Regelungseinrichtung verwendet, mittels der das Schließen der Reibungskupplung, d.h. der Anstieg des von der Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmomentes, und der Aufbau des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Motormomentes in geeigneter Weise koordiniert werden sollen. Hierbei sind folgende Anforderungen zu erfüllen:

- Die Motordrehzahl soll ihrer vorgegebenen Solldrehzahl nachgeführt werden.
- Der Drehmomentaufbau an dem Verbrennungsmotor und an der Reibungskupplung soll entsprechend der Leistungsanforderung des Fahrers spontan bis feinfühlig erfolgen.
- Das Schließen der Reibungskupplung soll möglichst stetig und ohne ein zwischenzeitliches Öffnen der Reibungskupplung erfolgen.
- Das von der Reibungskupplung übertragene Kupplungsmoment soll entsprechend der Leistungsanforderung des Fahrers derart eingestellt werden, dass ein Rangieren und ein Halten des Kraftfahrzeugs an einer Steigung mit schlupfender Reibungskupplung möglich ist.

Bekannte Regelungseinrichtungen sehen hierzu vor, dass die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors entweder über das als Lastmoment wirksame Kupplungsmoment der Reibungskupplung oder über die Leistungseinstellung des Verbrennungsmotors geregelt wird.
In der aus der DE 39 35 439 C2 bekannten Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs wird die Motordrehzahl in Abhängigkeit von der durch die Fahrpedalstellung gegebenen Leistungsanforderung des Fahrers über das Kupplungsmoment geregelt. Hierzu wird aus der Fahrpedalstellung über eine Kennlinieneinheit eine Motor-Solldrehzahl bestimmt, von der in einer Vergleichseinheit zur Bildung einer Drehzahlabweichung die aktuelle Motor-Istdrehzahl subtrahiert wird. Aus der Drehzahlabweichung wird über einen Regler ein Stellsignal für den Kupplungssteller erzeugt, mit dem die Drehzahlabweichung durch entsprechendes Schließen oder Öffnen der Reibungskupplung minimiert werden soll. Die Leistungseinstellung des Verbrennungsmotors erfolgt dazu parallel in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung. Um bei einer schnellen Änderung der Fahrpedalstellung eine verzögerte Nachführung des Kupplungsmomentes und damit ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors zu vermeiden, ist eine Korrektureinrichtung vorgesehen, mittels der dem Stellsignal ein Korrektursignal überlagert wird, das proportional zu dem Gradienten der Istdrehzahl ansteigt und/oder in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung bestimmt wird.
Mit einer ähnlichen Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs gemäß der DE 199 25 664 C2 wird die Motordrehzahl ebenfalls in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung über das Kupplungsmoment geregelt. Hierzu wird aus der Fahrpedalstellung über eine Kennlinieneinheit eine Motor-Zieldrehzahl bestimmt, auf die der Verbrennungsmotor beim Anfahren beschleunigt werden soll. Von der Motor-Zieldrehzahl wird in einer Vergleichseinheit zur Bildung einer Zieldrehzahlabweichung die aktuelle Motor-Istdrehzahl subtrahiert. Mit der Zieldrehzahlabweichung und dem aktuellen Motormoment wird über eine Kennfeldeinheit ein Basis-Stellsignal für den Kupplungssteller erzeugt, mit dem die Motordrehzahl durch einen entsprechenden Kupplungsmomentenverlauf aufgrund eines vorübergehenden Überschußmomentes auf die Zieldrehzahl angehoben werden kann. Die Leistungseinstellung des Verbrennungsmotors erfolgt dazu parallel in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung. Zur Kompensation von Störungen und Ungenauigkeiten bei der Einstellung des Kupplungsmomentes ist ein Korrekturregler vorgesehen, der abhängig von der Drehzahldifferenz zwischen einer ebenfalls von der Kennfeldeinheit vorgegebenen Solldrehzahlverlauf und der aktuellen Istdrehzahl ein Korrektur-Stellsignal erzeugt, das dem Basis-Stellsignal zur Minimierung der Drehzahldifferenz überlagert wird.
Eine davon deutlicher abweichende Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs gemäß der DE 196 16 960 C2 weist einen Kupplungsregelkreis zur Regelung des von der Reibungskupplung übertragenen Kupplungsmomentes (Anfahrmoment) und einen Motorregelkreis zur Regelung der Motordrehzahl (Anfahrdrehzahl) auf. Das Anfahrmoment und die Anfahrdrehzahl werden von einer Kennfeldeinheit in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung ermittelt. In dem Motorregelkreis wird von einem Motordrehzahlregler in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen der vorgegebenen Anfahrdrehzahl und der aktuellen Motor-Istdrehzahl ein Motor-Sollmoment bestimmt, das zur Minimierung der Drehzahldifferenz an dem Verbrennungsmotor eingestellt werden soll. In dem Kupplungsregelkreis wird das vorgegebene Anfahrmoment zunächst auf den Wert des von dem Verbrennungsmotor maximal erzeugbaren Motormomentes begrenzt. Anschließend wird eine Momentendifferenz, die aus dem gegebenenfalls reduzierten Anfahrmoment und einem aus dem aktuellen Motor-Istmoment sowie einem Schwungmoment des Verbrennungsmotors bestehenden Gesamtmoment gebildet wird, einem Drehmomentregler zugeleitet, der zur Reduzierung dieser Momentendifferenz ein entsprechendes Stellsignal an den Kupplungssteller der Reibungskupplung ausgibt.
Diesen bekannten Regelungseinrichtungen ist gemeinsam, dass die dynamischen Betriebseigenschaften eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotors, insbesondere die sprunghafte Änderung des spontan maximal erzeugbaren Motormomentes an der Ladegrenzdrehzahl und des maximal einstellbaren Momentengradienten des Verbrennungsmotors an der Saugmomentkennlinie, nicht oder nur unzureichend berücksichtigt werden. Hierdurch müssen die nichtlinearen Betriebseigenschaften des Verbrennungsmotors durch die Regelungseinrichtung selbst kompensiert werden, was jedoch nur mit einer komplizierten und mit erheblichem Applikationsaufwand verbundene Auslegung der Regler erreicht werden kann. Dagegen kann das nichtlineare Verhalten der Reibungskupplung in an sich bekannter Weise durch die Verwendung einer adaptiv korrigierten Kupplungskennlinie berücksichtigt werden.
Ein Verfahren zum Steuern und Regeln einer Kupplung in einem automatisierten Stufengetriebe für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein elektronisches Steuergerät mittels eines ersten bzw. eines zweiten Regelkreises das Verhalten der Kupplung bestimmt, wird durch die DE 199 52 352 A1 offenbart.
Die DE 10 2008 046 843 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors in einem Triebstrang eines mit einer automatisierten Reibungskupplung als Anfahrelement ausgerüsteten Kraftfahrzeugs.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebeeingangskupplung während eines Fahrzeugstarts wird durch die US 2009/0186743 A1 offenbart.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelungseinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der die dynamischen Betriebseigenschaften eines als turboaufgeladener Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors systematisch berücksichtigt werden, und somit der Applikationsaufwand für die Auslegung der verwendeten Regler deutlich verringert ist.
Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Kupplungsregelkreis einen Volllastzweig aufweist, in dem unter Berücksichtigung der dynamischen Betriebseigenschaften des Antriebsmotors ein maximal möglicher Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_max ermittelt wird, und einen Teillastzweig aufweist, in dem ein der Leistungsanforderung des Fahrers (α_FP ) entsprechender, angeforderter Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf ermittelt wird, und dass in einem nachgeschalteten Vergleichselement der niedrigere der beiden Kupplungsmomentgradienten als Kupplungsmoment-Sollgradient (dM_K/dt)_soll bestimmt sowie als Stellsignal einem Kupplungssteller der Kupplung zugeleitet wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der hier vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff Kupplung ein Anfahrelement verstanden werden, durch welches eine Übertragung eines Motordrehmomentes auf ein Fahrgetriebe ermöglicht wird. Beispielsweise kann eine derartige Kupplung ausgebildet sein als eine automatisierte Reibungskupplung wie z. B. eine Ein- oder Mehrscheiben-Trockenkupplung, als eine nasse Anfahrkupplung wie z. B. eine Lamellenkupplung, als eine hydrodynamische Kupplung wie z. B. eine Turbokupplung oder als ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Bei der Kupplung kann es sich sowohl um eine aktiv als auch um eine passiv schließbare Kupplung handeln.
Das Fahrgetriebe kann bei der hier vorliegenden Erfindung beispielsweise als ein automatisiertes Stufenschaltgetriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe, ein Automatikgetriebe oder ein stufenloses Getriebe ausgebildet sein.
In der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs wird das als Kupplung ausgebildete Anfahrelement zur Vereinfachung der Beschreibung ohne hierauf beschränkt zu sein lediglich als Reibungskupplung bzw. automatisierte Reibungskupplung bezeichnet. Ebenso wird das Fahrgetriebe zur Vereinfachung der Beschreibung ohne hierauf beschränkt zu sein lediglich als Stufenschaltgetriebe bzw. automatisiertes Stufenschaltgetriebe bezeichnet.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Nutzfahrzeug, dessen Antriebsstrang einen als turboaufgeladenen Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, ein als automatisierte Reibungskupplung ausgebildetes Anfahrelement, und ein als automatisiertes Stufenschaltgetriebe ausgebildetes Fahrgetriebe umfasst.
Um bei der Anfahrsteuerung, d.h. bei dem koordinierten Drehmomentaufbau an der Reibungskupplung und an dem Antriebsmotor, unmittelbar die von dem aktuellen Betriebspunkt (n_M , M_M ) abhängigen dynamischen Betriebseigenschaften des turboaufgeladenen Verbrennungsmotors, wie das maximal verfügbare Motormoment M_M__max und den maximal möglichen Motormomentgradienten (dM_M/dt)_max , zu berücksichtigen, weist die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung einen Volllastzweig auf, in dem diese Werte bei der Ermittlung des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max als begrenzende Parameter verwendet werden. Der in dem Teillastzweig ermittelte, angeforderte Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf wird dagegen in Abhängigkeit der durch die Fahrpedalstellung α_FP gegebenen Leistungsanforderung des Fahrers bestimmt.
Ob ein Anfahren unter Volllast oder Teillast vorliegt, ergibt sich somit aus den aktuellen dynamischen Betriebseigenschaften des Verbrennungsmotors und wird durch die Minimumauswahl der beiden ermittelten Kupplungsmomentgradienten (dM_M/dt)_max , (dM_K/dt)_Anf entschieden.
Der derart bestimmte Kupplungsmoment-Sollgradient (dM_K/dt)_soll wird als Stellsignal dem Kupplungssteller der Reibungskupplung zugeleitet, d.h. beispielsweise in einem zugeordneten Steuergerät bei einer druckgesteuerten Reibungskupplung (Lamellenkupplung) in einen Druckgradienten und bei einer weggesteuerten Reibungskupplung (Membranfederkupplung) in einen Stellweggradienten umgewandelt und entsprechend eingestellt.
Die die dynamischen Betriebseigenschaften des Verbrennungsmotors repräsentierenden Daten können entweder unmittelbar dem Motorsteuergerät oder einem Datenspeicher des Getriebesteuergerätes entnommen werden. Wie schon in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 054 802 A1 beschrieben ist, können die betreffenden Daten am Ende der Fertigungsstrecke des Kraftfahrzeugs entsprechend der Fahrzeugkonfiguration auf den Datenspeicher des Getriebesteuergerätes übertragen und während des späteren Fahrbetriebs durch den Abgleich mit aktuellen Betriebsdaten, insbesondere des Antriebsmotors, adaptiert, d.h. an geänderte Betriebseigenschaften angepasst werden. Durch den Zugriff auf die derart aktualisierten Daten passt sich auch die vorliegende Regelungseinrichtung bzw. das von dieser gesteuerte Verfahren zur Anfahrsteuerung selbsttätig an geänderte Betriebseigenschaften des Kraftfahrzeugs bzw. des Antriebsmotors an.
Der Volllastzweig des Kupplungsregelkreises weist bevorzugt einen Vorsteuerungszweig, in dem ein Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max ermittelt wird, und mindestens einen Korrekturzweig, in dem ein Korrekturwert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max ermittelt wird, auf. Der Basiswert und der mindestens eine Korrekturwert werden dann zur Bildung des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max zweckmäßig in einem nachgeschalteten Additionselement überlagert.
Der Vorsteuerungszweig weist vorteilhaft ein Funktionselement (f₃(x)) auf, dem der maximal mögliche Motormomentgradient (dM_M/dt)_max sowie eine in einem Subtraktionselement ermittelte Momentendifferenz aus einem in einem Vergleichselement bestimmten Minimum einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} und einem der Leistungsanforderung des Fahrers entsprechenden Fahrerwunschmoment M_Anf sowie aus dem aktuellen Motor-Istmoment M_{M_ist} zugeleitet werden, und in dem aus dieser Momentendifferenz der Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max bestimmt wird.
Bei der funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} handelt es sich vorzugsweise um eine aktive Fahrsicherheitseinrichtung, wie z.B. ein Antriebsschlupfregler (ASR), die in die Motorsteuerung eingreift und das von dem Verbrennungsmotor erzeugbare Motormoment M_M begrenzt. Durch die Berücksichtigung der funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} und des Fahrerwunschmomentes M_Anf wird erreicht, dass die Belastung des Antriebsmotors über die Reibungskupplung durch eine aktive Fahrsicherheitseinrichtung und durch den Fahrer über das Fahrpedal reduziert werden kann. Auch kann dadurch sichergestellt werden, dass der Antriebsmotor nicht überlastet wird, wenn in dem Teillastzweig, z.B. aufgrund eines über dem Fahrerwunschmoment M_Anf liegenden Kupplungs-Sollmomentes M_K__soll oder einer ungenauen Kupplungskennlinie, ein zu hoher Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf ermittelt wird.
Da für diese Funktion das gegebenenfalls durch die funktionsbedingte Motormomentbegrenzung M_{M_lim} reduzierte Fahrerwunschmoment M_Anf über dem aktuellen Motor-Istmoment M_{M_ist} liegen sollte (min(M_{M_lim} , M_Anf ) > M_{M_ist} ), wird der Vorsteuerungszweig bei einer negativen Momentendifferenz zweckmäßig deaktiviert, indem der Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max in dem Funktionselement mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₃(x) bei einer Momentendifferenz ≤ 0 zu Null bestimmt wird.
Ein regelungstechnisch ungünstiger sprunghafter Übergang zwischen abgeschaltetem und eingeschaltetem Vorsteuerungszweig kann dadurch vermieden werden, dass der Übergang des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max von dem Wert Null bei einer Momentendifferenz von Null bis zu einem positiven Wert bei einer positiven Momentendifferenz stetig erfolgt, indem der Basiswert in dem Funktionselement mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₃(x) in einem festgelegten Bereich mit einem proportional zur Momentendifferenz stetig von Null bis Eins ansteigenden Gewichtungsfaktor multipliziert wird.
Ein erster Korrekturzweig des Volllastzweiges ist bevorzugt als ein Drehzahlregelkreis ausgebildet, in dem eine in einem Subtraktionselement gebildete Drehzahldifferenz aus der aktuellen Motor-Istdrehzahl n_{M_}ist und der Motor-Solldrehzahl n_{M_soll} einem ersten Regler R₁ zugeleitet wird, in dem aus dieser Drehzahldifferenz ein erster Korrekturwert des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max bestimmt wird. Die Motordrehzahl n_M wird somit über den Volllastzweig des Kupplungsregelkreises geregelt, indem der maximal mögliche Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_max bei zu niedriger Motor-Istdrehzahl n_{M_ist} verringert und bei zu hoher Motor-Istdrehzahl n_{M_ist} erhöht wird.
Ein zweiter Korrekturzweig des Volllastzweiges ist bevorzugt als ein Momentenregelkreis ausgebildet, in dem eine in einem Subtraktionselement gebildete Momentendifferenz aus dem in einem Vergleichselement gebildeten Minimum einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} , dem Fahrerwunschmoment M_Anf , dem maximal verfügbaren Motormoment M_M__max und aus dem aktuellen Motor-Istmoment M_{M_ist} einem zweiten Regler R₂ zugeleitet wird, in dem aus dieser Momentendifferenz ein zweiter Korrekturwert des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max bestimmt wird. Das Motormoment M_M wird somit über den Volllastzweig des Kupplungsregelkreises geregelt, indem der maximal mögliche Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_max bei zu niedrigem Motor-Istmoment M_{M_ist} erhöht und bei zu hohem Motor-Istmoment M_{M_ist} verringert wird.
Der Teillastzweig des Kupplungsregelkreises weist bevorzugt ein erstes Funktionselement (f₁ (x)), dem die aktuelle Fahrpedalstellung α_FP zugeleitet wird, und in dem daraus mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₁ (x) ein Kupplungs-Sollmoment M_{K_soll} abgeleitet wird, sowie ein zweites Funktionselement (f₂(x)) auf, dem die aktuelle Fahrpedalstellung α_FP und eine in einem Subtraktionselement gebildete Momentendifferenz aus dem Kupplungs-Sollmoment M_K__soll und dem aktuellen Kupplungs-Istmoment M_{K_ist} zugeleitet werden, und in dem daraus mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₂(x) der dem Fahrerwunsch entsprechende Kupplungsmomentgradient (angeforderter Kupplungsmomentgradient) (dM_K/dt)_Anf bestimmt wird. Der Teillastzweig stellt somit die Regelung des Kupplungsmomentes M_K entsprechend der durch die Fahrpedalstellung α_FP gegebenen Leistungsanforderung des Fahrers bzw. des hieraus abgeleiteten Kupplungs-Sollmomentes M_{K_soll} sicher.
Um in dem Teillastzweig Änderungen des angeforderten Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_Anf bei kleinen Momentendifferenzen zu vermeiden, wird das Kupplungs-Sollmoment M_{K_soll} in dem ersten Funktionselement mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₁(x) mit einer Hysterese versehen, so dass nur größere Änderungen der Fahrpedalstellung α_FP zu einer Änderung des Kupplungs-Sollmomentes M_{K_soll} und damit des angeforderten Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_Anf führen.
Um bei einer größeren Änderung der Fahrpedalstellung α_FP und damit des Kupplungs-Sollmomentes M_{K_soll} und/oder des Kupplungs-Istmomentes M_{K_ist} eine schnelle Anpassung des Kupplungsmomentes MK zu erreichen, wird der angeforderte Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf in dem zweiten Funktionselement mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₂(x) zweckmäßig in Abhängigkeit von der Momentendifferenz progressiv ansteigend bestimmt.
Anstelle des ersten Korrekturzweiges des Volllastzweiges kann auch ein als ein Drehzahlregelkreis ausgebildeter unabhängiger Korrekturzweig vorgesehen sein, in dem eine in einem Subtraktionselement gebildete Drehzahldifferenz aus der aktuellen Motor-Istdrehzahl n_{M_ist} und der Motor-Solldrehzahl n_{M_soll} einem Regler zugeleitet wird, in dem aus dieser Drehzahldifferenz ein Korrekturwert des Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_K bestimmt wird. Dieser Korrekturwert des Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_K wird in einem nachgeschalteten Additionselement dem aus dem Volllastzweig und dem Teillastzweig resultierenden Kupplungsmoment-Sollgradienten (dM_K/dt)_soll überlagert wird. In diesem Fall erfolgt eine Regelung der Motordrehzahl n_M über den Kupplungsregelkreis auch bei einer Teillastanfahrt, d.h. wenn das Schließen der Reibungskupplung über den Teillastzweig gesteuert wird.
Der Motorregelkreis weist bevorzugt ein Funktionselement (f₄(x)) auf, dem eine in einem Subtraktionselement ermittelte Momentendifferenz aus dem Fahrerwunschmoment M_Anf und einem in einem Vergleichselement bestimmten Minimum des maximal verfügbaren Motormomentes M_M__max und einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} zugeleitet wird, und in dem daraus mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₄(x) nur bei positiver Momentendifferenz ein positiver Offsetwert der Motordrehzahl n_M__off bestimmt wird, der in einem nachgeschalteten Additionselement der Drehzahldifferenz aus der Motor-Solldrehzahl n_M__soll und der aktuellen Motor-Istdrehzahl n_{M_ist} überlagert wird, die einem Regler R₃ zur Bestimmung des Motor-Sollmomentes M_{M_soll} zugeleitet wird.
Durch das Addieren des Offsetwertes n_M__off der Motordrehzahl n_M__off wird bei einer vorliegenden Volllastanfahrt (M_Anf > min(M_{M_max}, M_{M_lim} )) die tatsächlich vorliegende Drehzahldifferenz künstlich erhöht, so dass eine mögliche Begrenzung des Motormomentes M_M und damit des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max durch den Motorregelkreis vermieden wird. Die Regelung der Motordrehzahl n_M erfolgt dann vorübergehend nur über den Kupplungsregelkreis.
Die Regler R₁ , R₁', R₂ , R₃ des Kupplungsregelkreises und des Motorregelkreises sind bevorzugt als PD-Regler und/oder als PID-Regler ausgebildet.
Die Reglerparameter der Regler R₁ , R₁', R₂ , R₃ werden zweckmäßig jeweils in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes des Verbrennungsmotors (n_{M_ist} , M_{M_ist} ) und/oder der Reibungskupplung (M_{K_ist} ) bestimmt, wodurch eine hohe Regelgüte gewährleistet ist.
Wenn das Kraftfahrzeug mit einem parallelen Hybridantrieb bestehend aus einem über eine automatisierte Reibungskupplung an den Antriebsstrang ankoppelbaren Verbrennungsmotor und einem an den Antriebsstrang angekoppelten Elektromotor versehen ist, kann die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung weitgehend unverändert zur Anfahrsteuerung der Reibungskupplung und des Verbrennungsmotors werden. Hierzu müssen lediglich das Fahrerwunschmoment M_Anf und der in dem Teillastzweig des Kupplungsregelkreises aus der Fahrpedalstellung α_FP abgeleitete, von dem Fahrer angeforderte Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf entsprechend der Leistungsaufteilung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor proportional zu dem verbrennungsmotorischen Anteil k des Fahrerwunschmomentes (M_{Anf_VM} ) reduziert werden.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

1 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung in Form eines Blockschaltbildes,
2 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung in Form eines Blockschaltbildes,
3 die Aufteilung des Fahrerwunschmomentes bei einem parallelen Hybridantrieb in schematischer Form,
4 die Reduzierung des vom Fahrer angeforderten Kupplungsmomentgradienten bei einem parallelen Hybridantrieb in einem Ausschnitt der 1,
5 ein Motordynamik-Kennfeld eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotors,
6a den Drehmomentaufbau eines Verbrennungsmotors nach 5 bei einer unterhalb der Ladegrenzdrehzahl geführten Motordrehzahl (n_M ≤ n_{L_min} ), und
6b den Drehmomentaufbau eines Verbrennungsmotors nach 5 bei einer über die Ladegrenzdrehzahl geführten Motordrehzahl (nM > n_{L_min} ).

Ein vorliegend vorausgesetzter Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs umfasst einen als turboaufgeladener Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, ein als automatisierte Reibungskupplung ausgebildetes Anfahrelement, und ein als automatisiertes Stufenschaltgetriebe ausgebildetes Fahrgetriebe. Das Stufenschaltgetriebe ist eingangsseitig über die Reibungskupplung mit der Triebwelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors verbindbar und steht ausgangsseitig über eine Kardanwelle mit dem Achsgetriebe (Achsdifferenzial) einer Antriebsachse in Verbindung.
Beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Antriebsstrang wird nach dem Einlegen des Anfahrgangs üblicherweise zunächst die Motordrehzahl auf die zuvor bestimmte Anfahrdrehzahl angehoben und anschließend die Reibungskupplung bis auf die Übertragung des Anfahrmomentes geschlossen und parallel das von dem Antriebsmotor erzeugte Motormoment entsprechend erhöht.
Die Anfahrdrehzahl und das Anfahrmoment werden in Abhängigkeit von der durch die Fahrpedalstellung gegebene Leistungsanforderung des Fahrers bestimmt und bedarfsweise korrigiert, wenn der Fahrer die Fahrpedalstellung während des Anfahrvorgangs ändert. Hierdurch ist auch ein Rangieren und Halten des Kraftfahrzeugs am Berg mit schleifender Reibungskupplung möglich. Wenn während des Anfahrens das Anfahrmoment erreicht ist, wird der Einrückungsgrad der Reibungskupplung so lange gehalten, bis die Schlupfdrehzahl abgebaut ist, d.h. an der Reibungskupplung Synchronlauf zwischen deren Eingangsseite und deren Ausgangsseite vorliegt. Danach wird die Reibungskupplung vollständig geschlossen und von der Anfahrsteuerung zur normalen Fahrsteuerung übergegangen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nun eine Regelungseinrichtung vorgeschlagen, mit der bei einem Anfahrvorgang das Schließen der Reibungskupplung, d.h. der Aufbau des Kupplungsmomentes M_K und der Aufbau des Motormomentes M_M bei unmittelbarer Berücksichtigung der dynamischen Betriebseigenschaften eines als turboaufgeladener Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors gesteuert werden. Die dynamischen Betriebseigenschaften eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotors können über einen Datenbus unmittelbar dem Motorsteuergerät oder einem in einem Datenspeicher des Getriebesteuergerätes abgelegten Motordynamik-Kennfeld entnommen werden. Ein derartiges Motordynamik-Kennfeld ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 054 802.2 bekannt und beispielhaft in 5 abgebildet.
Das in 5 in einem Drehmoment-Drehzahl-Diagramm dargestellte Motordynamik-Kennfeld enthält das spontan abrufbare Maximalmoment M_M__max des Verbrennungsmotors und den maximalen Momentengradienten (dM_M/dt)_max , mit dem das spontan abrufbare Maximalmoment M_M__max des Verbrennungsmotors schnellstmöglich erreichbar ist, jeweils als Funktion des aktuellen Motormomentes M_M und der aktuellen Motordrehzahl n_M (M_{M_max} = f (M_M, n_M), (dM_M/dt)_max = f (M_M, n_M )). Das Motordynamik-Kennfeld ist begrenzt durch die stationäre Volllast-Drehmomentkennlinie M_VL(n_M ), die Nullmomentlinie (M_M = 0), die Leerlaufdrehzahl n_idle und die Abregeldrehzahl n_lim des Verbrennungsmotors. Durch die Saugmomentkennlinie M_s(n_M ) des hier vereinfacht als konstant angenommenen Saugmomentes Ms = const. und die Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} des Verbrennungsmotors ist das Motordynamik-Kennfeld zudem in vier Betriebsbereiche A, B, C und D unterteilt.
In dem unterhalb der Saugmomentkennlinie Ms = const. und unterhalb der Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} liegenden ersten Betriebsbereich A (0 ≤ M_M < Ms, n_idle ≤ n_M < n_L_min) wird das spontan abrufbare Maximalmoment M_M_max(n_M) des Verbrennungsmotors jeweils durch den entsprechenden Wert des Saugmomentes Ms gebildet (M_M__max(n_M) = Ms). Da das Saugmoment Ms in diesem Bereich konstant ist (Ms = const.), wird das spontan abrufbare Maximalmoment M_M__max des Verbrennungsmotors durch einen einzigen Wert repräsentiert (M_{M_max} = Ms = const.). Unabhängig davon kann auch der in diesem Bereich sehr hohe maximale Momentengradient (dM_M/dt)_max im Betriebsbereich A durch einen einzigen Wert wiedergegeben werden.
In dem unterhalb der Saugmomentkennlinie Ms = const. und oberhalb der Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} liegenden zweiten Betriebsbereich B (0 ≤ M_M < Ms, n_{L_min} ≤ n_M ≤ n_lim) wird das spontan abrufbare Maximalmoment M_M_max(n_M) des Verbrennungsmotors jeweils ebenfalls durch den entsprechenden Wert des Saugmomentes Ms gebildet. Da das Saugmoment Ms auch in diesem Betriebsbereich einen konstanten Verlauf aufweist (Ms = const.), wird das spontan abrufbare Maximalmoment M_M__max des Verbrennungsmotors in Betriebsbereich B ebenfalls durch einen einzigen Wert repräsentiert (M_{M_max} = Ms = const.). Wie schon in Betriebsbereich A kann auch im Betriebsbereich B der unterhalb der Saugmomentkennlinie Ms = const. sehr hohe maximale Momentengradient (dM_M/dt)_max durch einen einzigen Wert wiedergegeben werden.
In dem an den Betriebsbereich B angrenzenden, oberhalb der Saugmomentkennlinie Ms = const. und oberhalb der Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} liegenden dritten Betriebsbereich C (Ms ≤ M_M < M_VL(n_M), n_{L_min} ≤ n_M ≤ n_lim) ist eine weitere Erhöhung des Motormomentes M_M bis zu dem jeweiligen Wert der stationären Volllast-Drehmomentkennlinie M_VL(n_M ) möglich, jedoch mit einem deutlich geringeren maximalen Momentengradienten (dM_M/dt)_max als in den Betriebsbereichen A und B, d.h. unterhalb der Saugmomentkennlinie Ms = const..
In dem an den Betriebsbereich A angrenzenden, oberhalb der Saugmomentkennlinie Ms = const. und unterhalb der Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} liegenden vierten Betriebsbereich D (Ms ≤ M_M < M_VL(n_M), n_idle ≤ n_M < n_{L_min}) ist ohne eine Erhöhung der Motordrehzahl n_M über die Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} eine weitere Erhöhung des Motormomentes M_M kurzfristig nicht möglich. Demzufolge ist im Betriebsbereich D das spontan abrufbare Maximalmoment M_M_max(n_M) des Verbrennungsmotors gleich dem entsprechenden Wert des Saugmomentes Ms (M_{M_max}(n_M) = Ms = const.) und der maximale Momentengradient (dMM/dt)max gleich Null ((dMM/dt)max = 0).
Oberhalb der Volllast-Drehmomentkennlinie M_VL(n_M ) kann ein Betriebsbereich E definiert werden, der im normalen Fahrbetrieb nicht erreichbar und somit an sich irrelevant ist. Unterhalb der Volllast-Drehmomentkennlinie M_VL(n_M) und der Leerlaufdrehzahl n_idle liegt ein an sich unerwünschter, aber technisch erreichbarer Betriebsbereich F, in den der Verbrennungsmotor von einer nahe der Leerlaufdrehzahl n_idle liegenden Motordrehzahl n_M aus, beispielsweise durch ein schnelles Schließen der Reibungskupplung, hinsichtlich seines Betriebsverhaltens dynamisch hineingedrückt werden kann, und in dem die Gefahr eines Absterbens des Verbrennungsmotors besteht.
Des weiteren kann ein unmittelbar unterhalb der Volllast-Drehmomentkennlinie M_VL(n_M) liegender Nahbereich als zusätzlicher Betriebsbereich V definiert werden, in dem der Verbrennungsmotor unter Volllast, d.h. entlang der Volllast-Drehmomentkennlinie M_VL(n_M), auf eine niedrigere Motordrehzahl n_M gedrückt oder auf eine höhere Motordrehzahl n_M gesteuert werden kann.
Für die hier betrachtete Anfahrsteuerung, bei welcher der Antriebsmotor von der Leerlaufdrehzahl n_idle auf eine unter oder über der Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} liegende Motordrehzahl n_M (Anfahrdrehzahl) und von dem Leerlaufmoment M_idle auf ein unter oder über dem Saugmoment Ms liegendes Motormoment M_M (Anfahrmoment) geführt werden soll, ist demnach festzuhalten, dass der Antriebsmotor spontan, d.h. mit hohem Momentengradienten dM_M/dt, nur bis an das Saugmoment Ms belastet werden kann, wenn die Motordrehzahl n_M unter der Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} bleibt. Dieser Zusammenhang ist stark vereinfacht in dem Momentenverlauf M_M(t) in Teilbild (a) von 5 und in dem Zeitverlauf von 6a dargestellt.
Ebenso ist für die vorliegende Anfahrsteuerung festzuhalten, dass der Antriebsmotor zur spontanen Einstellung eines über dem Saugmoment Ms liegenden Motormomentes M_M (Anfahrmoment) über die Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} beschleunigt, d.h. von dem Betriebsbereich A in den Betriebsbereich B gesteuert werden muss, da erst oberhalb der Ladegrenzdrehzahl n_{L_min} , wenn auch mit niedrigerem Momentengradienten dM_M/dt, eine weitere schnelle Erhöhung des Motormomentes M_M möglich ist. Dieser Zusammenhang ist stark vereinfacht in dem Momentenverlauf M_M(t) in Teilbild (b) von 5 und in dem Zeitverlauf von 6b veranschaulicht.
Eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs ist in 1 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Die Regelungseinrichtung umfasst einen Kupplungsregelkreis 1, in dem ein Kupplungsmoment-Sollgradient (dM_K/dt)_soll bestimmt und als Stellsignal einem Kupplungssteller der Reibungskupplung zugeleitet wird. Außerdem umfasst die Regelungseinrichtung einen Motorregelkreis 2, in dem ein Motor-Sollmoment M_{M_soll} bestimmt und einem Leistungssteller (Drosselklappensteller oder Mengensteller einer Einspritzpumpe) des Verbrennungsmotors zugeleitet wird.
Der Kupplungsregelkreis 1 ist zweckmäßig als ein Steuerungsprogramm realisiert, das als Programmmodul in dem Getriebesteuergerät enthalten ist. Der Motorregelkreis 2 ist zweckmäßig ebenfalls als ein Steuerungsprogramm realisiert, das als Programmmodul bevorzugt in dem Motorsteuergerät enthalten ist.
Das Kupplungsregelkreis 1 weist einen Volllastzweig 3 und einen Teillastzweig 4 auf. Der Volllastzweig 3 umfasst einen Vorsteuerungszweig 6 und zwei Korrekturzweige 7, 8.
Der Vorsteuerungszweig 6 weist ein Funktionselement 10 auf, dem der maximal mögliche Motormomentgradient (dM_M/dt)_max sowie eine in einem Subtraktionselement 11 ermittelte Momentendifferenz aus einem in einem Vergleichselement 12 bestimmten Minimum einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} und einem der Leistungsanforderung des Fahrers entsprechenden Fahrerwunschmoment M_Anf und aus dem aktuellen Motor-Istmoment M_{M_ist} zugeleitet werden.
In dem Funktionselement 10 wird aus dieser Momentendifferenz mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₃(x) der Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max bestimmt. Der erste Korrekturzweig 7 ist als ein Drehzahlregelkreis ausgebildet, in dem eine in einem Subtraktionselement 13 gebildete Drehzahldifferenz aus der aktuellen Motor-Istdrehzahl n_{M_ist} und der Motor-Solldrehzahl n_M__soll einem ersten Regler 14 zugeleitet wird. In dem ersten Regler 14 wird aus dieser Drehzahldifferenz ein erster Korrekturwert des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max bestimmt wird.
Der zweite Korrekturzweig 8 ist als ein Momentenregelkreis ausgebildet, in dem eine in einem Subtraktionselement 15 gebildete Momentendifferenz aus dem in einem Vergleichselement 16 gebildeten Minimum einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} , dem Fahrerwunschmoment M_Anf und dem maximal verfügbaren Motormoment M_M__max sowie aus dem aktuellen Motor-Istmoment M_{M_ist} einem zweiten Regler 17 zugeleitet wird. In diesem zweiten Regler 17 wird aus dieser Momentendifferenz ein zweiter Korrekturwert des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max bestimmt wird. Der Basiswert und die beiden Korrekturwerte werden dann in einem nachgeschalteten Additionselement 9 zur Bildung des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max überlagert bzw. addiert.
Der Teillastzweig 4 weist ein erstes Funktionselement 18 auf, dem die aktuelle Fahrpedalstellung α_FP zugeleitet wird, und in dem daraus mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₁(x) ein Kupplungs-Sollmoment M_{K_soll} abgeleitet wird. Außerdem weist der Teillastzweig 4 ein zweites Funktionselement 19 auf, dem die aktuelle Fahrpedalstellung α_FP und eine in einem Subtraktionselement 20 gebildete Momentendifferenz aus dem Kupplungs-Sollmoment M_{K_soll} und dem aktuellen Kupplungs-Istmoment M_{K_ist} zugeleitet wird. Daraus wird mittels der in dem zweiten Funktionselement 19 hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₂(x) der dem Fahrerwunsch entsprechende Kupplungsmomentgradient (angeforderter Kupplungsmomentgradient) (dM_K/dt)_Anf bestimmt wird.
Der maximal mögliche Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_max und der angeforderte Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf werden dann einem nachgeschalteten Vergleichselement 5 zugeleitet, in dem der niedrigere der beiden Kupplungsmomentgradienten als Kupplungsmoment-Sollgradient (dM_K/dt)_soll bestimmt wird und von dort wie beschrieben weitergeleitet wird.
Der Motorregelkreis 2 weist ein Funktionselement 23 auf, dem eine in einem Subtraktionselement 24 ermittelte Momentendifferenz aus dem Fahrerwunschmoment M_Anf und einem in einem Vergleichselement 25 bestimmten Minimum des maximal verfügbaren Motormomentes M_M__max und einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} zugeleitet wird.
Weiter wird in dem Funktionselement 23 mittels der dort hinterlegten Funktion oder Kennlinie f₄(x) nur bei positiver Momentendifferenz ein positiver Offsetwert der Motordrehzahl n_M__off bestimmt wird, der in einem nachgeschalteten Additionselement 26 der Drehzahldifferenz aus der Motor-Solldrehzahl n_M__soll und der aktuellen Motor-Istdrehzahl n_{M_ist} überlagert wird, die einem Regler 27 zur Bestimmung des Motor-Sollmomentes M_{M_soll} zugeleitet wird. Dieses Motor-Sollmoment M_{M_soll} wird dann wie beschrieben weitergeleitet.
In dem Kupplungsregelkreis 1 werden neben dem Fahrerwunschmoment M_Anf und einer z.B. aus einem Antriebsschlupfregler (ASR) resultierenden funktionsbedingten Motormomentbegrenzung M_{M_lim} auch unmittelbar das maximal verfügbare Motormoment M_M__max und der maximal mögliche Motormomentgradient (dM_M/dt)_max des Verbrennungsmotors berücksichtigt. In dem Volllastzweig 3 wird dem in dem Vorsteuerungszweig 6 bestimmten Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max ein in dem ersten Korrekturzweig 7 bestimmter Korrekturwert zur Regelung der Motordrehzahl n_M und ein in dem zweiten Korrekturzweig 8 bestimmter Korrekturwert zur Regelung des Motormomentes M_M überlagert.
Damit die Belastung des Antriebsmotors über die Reibungskupplung durch eine aktive Fahrsicherheitseinrichtung, wie z.B. durch einen Antriebsschlupfregler (ASR), und durch den Fahrer über das Fahrpedal in dem Volllastzweig 3 reduziert werden kann, ist die in dem Funktionselement 10 hinterlegte Funktion oder Kennlinie f₃(x) derart ausgebildet, dass der Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max bei einer Momentendifferenz ≤ 0 zu Null bestimmt wird, und dass dessen Übergang von dem Wert Null bei einer Momentendifferenz von Null bis zu einem positiven Wert bei einer positiven Momentendifferenz stetig erfolgt.
In dem Motorregelkreis 2 wird durch die künstliche Erhöhung der Drehzahldifferenz um den Offsetwert n_M__off erreicht, dass bei einer vorliegenden Volllastanfahrt (M_Anf > min(M_{M_max}, M_{M_lim})) eine mögliche Begrenzung des Motormomentes M_M und damit des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_max durch den Motorregelkreis 2 vermieden wird. Die Regelung der Motordrehzahl n_M erfolgt dann vorübergehend nur über den Kupplungsregelkreis 1.
Eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs ist in 2 abgebildet. Sie unterscheidet sich von der ersten Ausführungsvariante nach 1 dadurch, dass anstelle des ersten Korrekturzweiges 7 des Volllastzweiges 3 nunmehr ein als ein Drehzahlregelkreis ausgebildeter unabhängiger Korrekturzweig 21 vorgesehen ist. In diesem unabhängigen Korrekturzweig 21 wird eine in einem Subtraktionselement 13' gebildete Drehzahldifferenz aus der aktuellen Motor-Istdrehzahl n_{M_ist} und der Motor-Solldrehzahl n_M__soll einem Regler 14' zugeleitet, in dem aus dieser Drehzahldifferenz ein Korrekturwert des Kupplungsmomentgradienten (dM_K/dt)_K bestimmt wird, der in einem nachgeschalteten Additionselement 22 dem aus dem Volllastzweig 3 und dem Teillastzweig 4 resultierenden Kupplungsmoment-Sollgradienten (dM_K/dt)_soll überlagert wird. In diesem Fall erfolgt eine Regelung der Motordrehzahl n_M über den Kupplungsregelkreis 1 auch bei einer Teillastanfahrt, d.h. wenn das Schließen der Reibungskupplung über den Teillastzweig 4 gesteuert wird.
Wenn das Kraftfahrzeug mit einem parallelen Hybridantrieb, bestehend aus einem über eine automatisierte Reibungskupplung an den Antriebsstrang ankoppelbaren Verbrennungsmotor und einem an den Antriebsstrang angekoppelten Elektromotor versehen ist, kann die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung weitgehend unverändert zur Anfahrsteuerung der Reibungskupplung und des Verbrennungsmotors verwendet werden. Hierzu muss jedoch das Fahrerwunschmoment M_Anf entsprechend dem von einem übergeordneten Steuergerät vorgegebenen Aufteilungsverhältnis zwischen dem verbrennungsmotorischen Anteil k (M_{Anf_VM} ) und dem elektromotorischen Anteil 1-k (M_{Anf_EM} ) aufgeteilt werden, was mittels der Funktionselemente 28 und 29 geschieht sowie in 3 schematisch dargestellt ist (k < 1).
In diesem Fall wird nur der verbrennungsmotorische Teil des Fahrerwunschmomentes M_Anf , d.h. M_{Anf_VM} , dem Kupplungsregelkreis 1 zur Ermittlung des Kupplungsmoment-Sollgradienten (dM_K/dt)_soll zugeleitet. Zudem muss hierzu noch das in dem Teillastzweig 4 des Kupplungsregelkreises 1 aus der Fahrpedalstellung α_FP abgeleitete, von dem Fahrer angeforderte Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf entsprechend dem Aufteilungsverhältnis mit dem Aufteilungsfaktor k in einem Funktionselement 30 gewichtet werden, was in einem entsprechenden Ausschnitt von 1 in 4 veranschaulicht ist.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsregelkreis
2: Motorregelkreis
3: Volllastzweig
4: Teillastzweig
5: Vergleichselement
6: Vorsteuerungszweig
7: Erster Korrekturzweig
8: Zweiter Korrekturzweig
9: Additionselement
10: Funktionselement
11: Subtraktionselement
12: Vergleichselement
13: Subtraktionselement
13': Subtraktionselement
14: Regler
14': Regler
15: Subtraktionselement
16: Vergleichselement
17: Regler
18: Erstes Funktionselement
19: Zweites Funktionselement
20: Subtraktionselement
21: Korrekturzweig
22: Additionselement
23: Funktionselement
24: Subtraktionselement
25: Vergleichselement
26: Additionselement
27: Regler
28: Funktionselement
29: Funktionselement
30: Funktionselement
A: Betriebsbereich
B: Betriebsbereich
C: Betriebsbereich
D: Betriebsbereich
E: Betriebsbereich
F: Betriebsbereich
f1(x): Funktion, Kennlinie
f2(x): Funktion, Kennlinie
f3(x): Funktion, Kennlinie
f4(x): Funktion, Kennlinie
k: Aufteilungsfaktor (k < 1)
M: Drehmoment
MAnf: Fahrerwunschmoment
MAnf_EM: Elektromotorischer Teil von M_Anf
MAnf_VM: Verbrennungsmotorischer Teil von M_Anf
MK: Kupplungsmoment
MK_ist: Kupplungs-Istmoment
MK_soll: Kupplungs-Sollmoment
MM: Motormoment
MM_ist: Motor-Istmoment
MM_lim: Funktionsbedingte Motormomentbegrenzung
MM_max: Maximal verfügbares Motormoment
MM_soll: Motor-Sollmoment
Ms: Saugmoment
MVL: Volllastmoment
n: Drehzahl
nidle: Leerlaufdrehzahl
nL_min: Ladegrenzdrehzahl
nlim: Abregeldrehzahl
nM: Motordrehzahl

nM_ist: Motor-Istdrehzahl
nM_off: Offsetwert der Motor-Solldrehzahl
nM_soll: Motor-Solldrehzahl
R1: Regler
R1': Regler
R2: Regler
R3: Regler
t: Zeit
t0: Zeitpunkt
V: Betriebsbereich
dMK/dt: Kupplungsmomentgradient
(dMK/dt)Anf: Angeforderter Kupplungsmomentgradient
(dMK/dt)K: Korrekturwert des Kupplungsmomentgradienten
(dMK/dt)max: Maximal möglicher Kupplungsmomentgradient
(dMK/dt)soll: Kupplungsmoment-Sollgradient
(dMK/dt)soll': Kupplungsmoment-Sollgradient
dMM/dt: Motormomentgradient
(dMM/dt)max: Maximal möglicher Motormomentgradient
αFP: Fahrpedalwinkel, Fahrpedalstellung, Leistungsanforderung

Claims

Regelungseinrichtung zur Anfahrsteuerung eines Kraftfahrzeugs, dessen Antriebsstrang einen als turboaufgeladenen Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, ein als Kupplung ausgebildetes Anfahrelement und ein Fahrgetriebe umfasst, mit einem Kupplungsregelkreis (1) zur Einstellung eines von der Kupplung übertragbaren Kupplungsmomentes (M_K) und mit einem Motorregelkreis (2) zur Einstellung eines von dem Verbrennungsmotor erzeugten Motormomentes (M_M), dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsregelkreis (1) einen Volllastzweig (3) aufweist, in dem unter Berücksichtigung der dynamischen Betriebseigenschaften des Antriebsmotors ein maximal möglicher Kupplungsmomentgradient ((dM_K/dt)_max) ermittelt wird, und einen Teillastzweig (4) aufweist, in dem ein der Leistungsanforderung des Fahrers (α_FP) entsprechender, angeforderter Kupplungsmomentgradient ((dM_K/dt)_Anf) ermittelt wird, und dass in einem nachgeschalteten Vergleichselement (5) der niedrigere der beiden Kupplungsmomentgradienten als Kupplungsmoment-Sollgradient ((dM_K/dt)_soll) bestimmt sowie als Stellsignal einem Kupplungssteller der Kupplung zugeleitet wird.
Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volllastzweig (3) des Kupplungsregelkreises (1) einen Vorsteuerungszweig (6), in dem ein Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) ermittelt wird, und mindestens einen Korrekturzweig (7, 8), in dem ein Korrekturwert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) ermittelt wird, aufweist, und dass der Basiswert sowie der mindestens eine Korrekturwert zur Bildung des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) in einem nachgeschalteten Additionselement (9) überlagert werden.
Regelungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerungszweig (6) ein Funktionselement (10) aufweist, dem der maximal mögliche Motormomentgradient ((dM_M/dt)_max) sowie eine in einem Subtraktionselement (11) ermittelte Momentendifferenz aus einem in einem Vergleichselement (12) bestimmten Minimum einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung (M_{M_lim}) und einem der Leistungsanforderung des Fahrers entsprechenden Fahrerwunschmoment (M_Anf) und aus dem aktuellen Motor-Istmoment (M_{M_ist}) zugeleitet werden, und in dem aus dieser Momentendifferenz der Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) bestimmt wird.
Regelungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerungszweig (6) bei einer negativen Momentendifferenz deaktiviert wird, indem der Basiswert des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) in dem Funktionselement (10) bei einer Momentendifferenz ≤ 0 zu Null bestimmt wird.
Regelungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) von dem Wert Null bei einer Momentendifferenz von Null bis zu einem positiven Wert bei einer positiven Momentendifferenz stetig erfolgt, indem der Basiswert in dem Funktionselement (10) in einem festgelegten Bereich mit einem proportional der Momentendifferenz stetig von Null bis Eins ansteigenden Gewichtungsfaktor multipliziert wird.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Korrekturzweig (7) als ein Drehzahlregelkreis ausgebildet ist, in dem eine in einem Subtraktionselement (13) gebildete Drehzahldifferenz aus der aktuellen Motor-Istdrehzahl (n_{M_ist}) und der Motor-Solldrehzahl (n_M _soll einem ersten Regler (14) zugeleitet wird, in dem aus dieser Drehzahldifferenz ein erster Korrekturwert des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) bestimmt wird.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Korrekturzweig (8) als ein Momentenregelkreis ausgebildet ist, in dem eine in einem Subtraktionselement (15) gebildete Momentendifferenz aus dem in einem Vergleichselement (16) gebildeten Minimum einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung (M_m-lim), dem Fahrerwunschmoment (M_Anf) und dem von dem aktuellen Betriebspunkt (n_M, M_M) abhängigen maximal verfügbaren Motormoment (M_M__max). sowie aus dem aktuellen Motor-Istmoment (M_{M_ist}) einem zweiten Regler (17) zugeleitet wird, in dem aus dieser Momentendifferenz ein zweiter Korrekturwert des Basiswertes des maximal möglichen Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_max) bestimmt wird.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Teillastzweig (4) ein erstes Funktionselement (18), dem die aktuelle Fahrpedalstellung (α_FP) zugeleitet wird, und in dem daraus ein Kupplungs-Sollmoment (M_{K_soll}) abgeleitet wird, und ein zweites Funktionselement (19) aufweist, dem die aktuelle Fahrpedalstellung (α_FP) und eine in einem Subtraktionselement (20) gebildete Momentendifferenz aus dem Kupplungs-Sollmoment (M_{K_soll}) und dem aktuellen Kupplungs-Istmoment (M_{K_ist}) zugeleitet wird, und in dem daraus der angeforderte Kupplungsmomentgradient ((dM_K/dt)_Anf) bestimmt wird.
Regelungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungs-Sollmoment (M_{K_soll}) in dem ersten Funktionselement (18) mit einer Hysterese versehen ist.
Regelungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der angeforderte Kupplungsmomentgradient ((dM_K/dt)_Anf) in dem zweiten Funktionselement (19) in Abhängigkeit von der Momentendifferenz progressiv ansteigend bestimmt wird.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des ersten Korrekturzweiges (7) des Volllastzweiges (6) ein als ein Drehzahlregelkreis ausgebildeter unabhängiger Korrekturzweig (21) vorgesehen ist, in dem eine in einem Subtraktionselement (13') gebildete Drehzahldifferenz aus der aktuellen Motor-Istdrehzahl (n_{M_ist} und der Motor-Solldrehzahl (n_{M_soll}) einem Regler (14') zugeleitet wird, in dem aus dieser Drehzahldifferenz ein Korrekturwert des Kupplungsmomentgradienten ((dM_K/dt)_K) bestimmt wird, der in einem nachgeschalteten Additionselement (22) dem aus dem Volllastzweig (3) und dem Teillastzweig (4) resultierenden Kupplungsmoment-Sollgradienten ((dM_K/dt)_soll)überlagert wird.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorregelkreis (2) ein Funktionselement (23) aufweist, dem eine in einem Subtraktionselement (24) ermittelte Momentendifferenz aus dem Fahrerwunschmoment (M_Anf) und einem in einem Vergleichselement (25) bestimmten Minimum des maximal verfügbaren Motormomentes (M_{M_max}) und einer funktionsbedingten Motormomentbegrenzung (M_{M_lim}) zugeleitet wird, und in dem daraus nur bei positiver Momentendifferenz ein positiver Offsetwert der Motordrehzahl (n_{M_off}) bestimmt wird, der in einem nachgeschalteten Additionselement (26) der Drehzahldifferenz aus der Motor-Solldrehzahl (n_{M_soll}) und der aktuellen Motor-Istdrehzahl (n_{M_ist}) überlagert wird, die einem Regler (27) zur Bestimmung des Motor-Sollmomentes (M_{M_soll}) zugeleitet wird.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regler (14, 14', 17, 27) des Kupplungsregelkreises (1) und des Motorregelkreises (2) bevorzugt als PD-Regler und/oder als PID-Regler ausgebildet sind.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerparameter der Regler (14, 14', 17, 27) jeweils in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes des Verbrennungsmotors (n_{m_ist}, M_{M_ist}) und/oder der Kupplung (M_{K_ist}) bestimmt werden.
Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerwunschmoment (M_Anf) und der aus der Fahrpedalstellung (α_FP) abgeleitete, von dem Fahrer angeforderte Kupplungsmomentgradient (dM_K/dt)_Anf bei einem parallelen Hybridantrieb entsprechend der Leistungsaufteilung zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor proportional zu dem verbrennungsmotorischen Anteil (k) des Fahrerwunschmomentes (M_{Anf_VM}) reduziert werden.