DE102010061208A1

DE102010061208A1 - Fahrzeug-Anfahrverfahren unter Verwendung einer Getriebekupplung

Info

Publication number: DE102010061208A1
Application number: DE102010061208A
Authority: DE
Inventors: Davor David Mich. Hrovat; Michael Glenn Mich. Fodor; Hong Mich. Jiang; Ian Oldknow; Jahan Mich. Asgari
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: US8398526B2; DE102010061208B4; US20100105523A1; CN102114835B; CN102114835A

Abstract

Verfahren zur Regelung einer Getriebeeingangskupplung während des Anfahrens eines Fahrzeugs, aufweisend Bestimmen eines gewünschten Kupplungsdrehmoments, eines gewünschten Motordrehmoments, einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und einer gewünschten Motordrehzahl, Bestimmen einer Änderung des Kupplungsdrehmoments und einer Änderung des Motordrehmoments mit Bezug auf die erste und die zweite Abweichung und mit Bezug auf die momentanen Betriebsbedingungen, Bereitstellen der Kupplung mit einer aktualisierten Kupplungsdrehmomentkapazität, deren Höhe die Summe des gewünschten Kupplungsdrehmoments und der Änderung des Motordrehmoments ist, sowie Erzeugen eines aktualisiertes Motordrehmoments, dessen Größe die Summe des gewünschten Motordrehmoments und der Änderung des Motordrehmoments ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer Eingangskupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern der (Eingangs-)Kupplung während eines Fahrzeug-Anfahrzustands.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Das Anfahren eines Fahrzeuges ist ein Losfahrvorgang bei niedrigen Geschwindigkeiten bei dem ein Fahrzeug mit Getriebe durch das Betätigen eines Pedals beschleunigt wird. Wenn der Antriebstrang des Fahrzeuges mit einem konventionellen Automatikgetriebe ausgestattet ist, wird das Anfahrverhalten weitgehend vom Drehmomentwandler, der die Motordrehzahl und das Raddrehmoment als eine Funktion des Drehmoments des Motors steuert, beeinflusst. In solch einem konventionellen Antriebsstrang wird der Drehmomentwandler so ausgelegt, dass zuerst Kraftstoffverbrauch und Fahrleistung abgestimmt werden, dann wird die Motor-Gaspedal-Zuordnung (die Zuordnung von Gaspedalposition und Drehmoment des Motors durch die Motorsteuersoftware) eingestellt um das beste Fahrgefühl für den gegebenen Drehmomentwandler zu erreichen.
Eine Anfahrregelung wird benutzt um eine Bewegung des Fahrzeugs aus dem Stand zu erleichtern nachdem der Fahrer das Pedal betätigt hat um seine Absicht das Fahrzeug zu bewegen anzuzeigen. In Automatikgetrieben wird die Anfahrsteuerung durch einen Drehmomentwandler vorgenommen. Ein Drehmomentwandler hat viele nützliche Eigenschaften wie die Momentenüberhöhung bei niedrigen Drehzahlen, wie sie zum Beispiel für Anfahrfahrvorgänge auf ebenem Untergrund oder an Steigungen charakteristisch sind. Ein Drehmomentwandler ermöglicht außerdem das Halten (des Fahrzeuges) an Steigungen. Er stellt zusätzliche einen Dämpfer oder Filter für alle möglichen Störungen des Fahrverhaltens oder für Störungen durch Geräusch- und Vibrationsaufkommen dar, die durch eine ruckartige Betätigung des Gaspedals, hervorgerufen zum Beispiel durch eine Absichtsänderung des Fahrers, auftreten können. Jedoch verbraucht ein Drehmomentwandler Energie, verringert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, benötigt Raum und erhöht das Gewicht.
Aufgrund dieser Einschränkungen setzt es sich bei der Auslegung von automatischen Getrieben immer mehr durch, Drehmomentwandler durch geeignet gesteuerte Reibkupplungen zu ersetzen. Ein Beispiel ist das so genannte Lastschaltgetriebe, das aus nur zwei Kupplungen (eine für gerade und eine für ungerade Gänge), synchronkupplungsartigen Verbindungselementen, Ritzeln wie in einem manuellen Schaltgetriebe, Sensoren und entweder elektrischen oder elektro-hydraulischen Aktuatoren für die Kupplungen und Synchronisierungseinrichtung, besteht.
Ein Getriebe dieser Art hat viele Vorteile, unter anderem eine niedrige Anzahl von Bauelementen, Einfachheit, Robustheit sowie viele Gemeinsamkeiten mit manuellen Schaltgetrieben, die die einfache Herstellung erleichtern.
Das Lastschaltgetriebe ermöglicht die Benutzung von Algorithmen, die eine komplexere Steuerung der Kupplung erlauben als beim passiven Drehmomentwandler, wodurch einige Nachteile des passiven Drehmomentwandlers ausgeglichen oder abgemildert werden können. Zum Beispiel kann die Kupplung vollständig geöffnet werden wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, wodurch sich der Getriebenachlaufwiderstand am leerlaufenden Motor verringert und sich so die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert.
Beim Einstellen von automatischen Kupplungen ist es die Aufgabe der Losfahrsteuerung, ein Raddrehmoment, welches der Anforderung des Fahrers, übertragen durch das Gaspedal (Fahrfußhebel), entspricht und das einer Motordrehzahltrajektorie folgt, die den gegensätzlichen Forderungen nach dem Aufbieten ”Beschleunigungsgefühl” und entsprechender Geräuschkulisse für Fahrer, bei gleichzeitiger Begrenzung des Verschleißes von Kupplungsbauteilen, die mit Schlupf im Gerät einhergehen, gerecht wird.
In der Industrie besteht Bedarf, die Eingangskupplung so zu steuern, dass stabile und optimierte Leistung erhalten wird.
Erläuterung der Erfindung
Ein Verfahren zum Regeln einer Getriebeeingangskupplung während eines Anfahrvorgangs eines Fahrzeugs weist auf:
Ermitteln eines gewünschten Kupplungsdrehmoments, eines gewünschten (Verbrennungs)Motordrehmoments, einer gewünschten Beschleunigung des Fahrzeugs und einer gewünschten Motordrehzahl, Ermitteln einer Änderung des Kupplungsdrehmoments und einer Änderung des Motordrehmoments mit Bezugnahme auf die erste und die zweite Abweichung und auf momentane Betriebsbedingungen, Bereitstellen der Kupplung mit einer aktualisierten Drehmomentkapazität, deren Größe die Summe des gewünschten Kupplungsdrehmoments und der Änderung des Motordrehmoments ist, und Erzeugung eines aktualisierten Motordrehmoments, dessen Größe die Summe des gewünschten Motordrehmoments und der Änderung des Motordrehmoments ist.
Die Regelung erzeugt ein Fahrzeugverhalten, das von Fahrern, die an ein konventionelles Automatikgetriebe gewöhnt sind, erwartet wird und bietet ein Verfahren zur Systemeinstellung ähnlich zu der in konventionellen Getrieben benutzten Einstellung und erlaubt so die Übertragung von bekannten technischen Verfahren und Erfahrungen.
Die Regelung vereinfacht die Konstruktion dadurch, dass die Notwendigkeit für mehrere eingestellte Regelkreise mit zugehörigen Rückführsollgrößen und die innewohnenden Schwierigkeiten, diese Sollgrößen dem Motordrehmoment anzugleichen, entfällt.
Das Regelungsverfahren ist unempfindlich für Drehmomentverzögerung, Abweichungen des Motordrehmoments von der Anforderungen des Fahrers und Abweichungen des Kupplungsdrehmoments im Vergleich zu anderen Regelungsansätzen.
Der Anwendungsbereich der bevorzugten Ausführungsform wird durch die folgende detaillierte Beschreibung, die Ansprüche und die konkreten Beispiele deutlich. Jedoch sind die Beschreibung und die konkreten Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen zeigen, nur zur Veranschaulichung. Für einen Fachmann werden vielfältige Änderungen und Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele deutlich.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist besser verständlich, wenn die folgende Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
1 eine schematische Darstellung ist, die einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges, der eine Kupplung zum Anfahren benutzt, zeigt;
2 einen Graph zeigt, der die Änderung der Motordrehzahl und der Getriebeeingangsdrehzahl während eines Anfahrvorgangs zeigt;
3 einen Graph zeigt, der die Änderung des Motordrehmoments und des Getriebeeingangsdrehmoments während eines Anfahrvorgangs zeigt;
4 ein schematisches Blockschaltbild einer Regelung zur Nachahmung der Drehmomentkapazität einer Getriebeeingangsvorrichtung zeigt, das in der Anfahrregelung des Fahrzeuges benutzt wird;
5 ein schematisches Blockschaltbild einer Überwachungsregelung ist, wie sie in der Anfahrregelung des Fahrzeugs benutzt;
6 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Regelung eines Fahrzeugantriebsstranges zeigt, wie z. B. jenes von 1; und
7 ein schematisches Blockschaltbild ist, das die Wechselwirkung des Antriebssystems mit den mathematischen Modellen aus 2 zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In Bezug auf die 1 weist ein Fahrzeugantriebsstrang auf: einen (Verbrennungs-)Motor 2, eine Antriebswelle 3, ein Getriebe 4 und einen Differentialmechanismus 5, um das Getriebeausgangsdrehmoment differential auf die Räder 6 und 7 zu übertragen. Eine Reibkupplung 10 mit einer variablen Drehmomentkapazität verbindet den Motor 2 und den Getriebeeingang 8, wenn die Kupplung voll eingekuppelt bzw. geschlossen ist, sie trennt den Motor und den Getriebeeingang 8, wenn die Kupplung voll ausgekuppelt bzw. offen ist, und verbindet den Motor und den Getriebeeingang 8 teilweise, wenn die Kupplung im Schlupfzustand ist. Kupplungsschlupf ist die Differenz zwischen der Drehzahl der Antriebswelle 3 und der Drehzahl des Getriebeeingangs (der Getriebeeingangswelle) 8.
Um ein Anfahrverhalten, das mit konventionellen Getrieben übereinstimmt, zu erzeugen, wird die Kupplung während des Anfahrvorgangs so geregelt, dass sie das Verhalten einer passiven Getriebeeingangsvorrichtung, wie zum Beispiel eines Drehmomentwandlers, nachahmt.
Das Regelsystem in den 4 und 5 erhält als Eingabe ein Signal, welches das aktuelle Motordrehmoment 14 abbildet. Das Signal des Motordrehmoments wird von einer Motordrehmomenttabelle 9 in Abhängigkeit von der Position des Gaspedals (Fahrfußhebels) 11 erzeugt.
2 zeigt die Änderung der Motordrehzahl 11 und der Getriebeeingangsdrehzahl 12 während eines typischen Anfahrvorgangs. 3 zeigt die Änderung des Motordrehmoments 14 und des Getriebeeingangswellendrehmoments 16 während des Anfahrvorgangs.
Wenn der Fahrer das Gaspedal (Fahrfußhebel) 11 zum Zeitpunkt 13 niederdrückt, erhöht sich das Motordrehmoment 14, was in einer Erhöhung der Motordrehzahl 11 resultiert. Während sich der Schlupf 18 über die Kupplung 10 erhöht, vergrößert sich die Drehmomentkapazität der Kupplung 10, wodurch die Motordrehzahl 11 in einen gleichgewichtsähnlichen Zustand gebracht wird und Antriebsmoment an die Räder 6 und 7 bereitgestellt wird. Letztendlich nähern sich Motordrehzahl 11 und Antriebswellendrehzahl 12 nahe genug an, so dass der Anfahrvorgang als abgeschlossen betrachtet wird, und das Getriebe und die Kupplungsregelung gehen in einen neuen Betriebszustand über.
4 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems 20 zum Regeln der Kupplung 10, in dem die Software zum Regeln der Kupplung ein mathematisches Modell 22 einer physischen Vorrichtung, wie zum Beispiel eines Drehmomentwandlers, einer Flüssigkeitskupplung oder einer Fliehkraftkupplung, enthält. Das Modell 22 bildet das Drehmomentverhalten der modellierten Vorrichtung nach und benutzt die Kupplung 10 als ihm untergeordnetes Stellglied.
Die Motordrehzahl 11 und die Getriebeeingangsdrehzahl 12 werden gemessen und als Eingabe dem Physischen-Vorrichtungs-Modell 22 zugeführt, welches einen Kupplungsdrehmoment-Steuerbefehl erzeugt. Ein Servoventil) zum Betätigen der Kupplung 10 antwortet auf den Befehl 24 durch Erzeugung der Kupplungsdrehmomentkapazität gemäß dem Befehl 24.
Das System arbeitet als Geschlossene-Schleife Regelkreis und kann mit herkömmlichen Verfahren zur Konzeption von Regelkreisen analysiert werden. Der Regler 20 ist in dieser Form jedoch kein Nachführungsregler, d. h er versucht nicht einem Sollwert-Motordrehzahl oder einem Sollwert-Raddrehmoment zu folgen. Stattdessen werden das Raddrehmomentverhalten und die Motordrehzahltrajektorie beim Anfahren des Fahrzeugs durch Einstellen der Softwareeigenschaften des Modells 22 der passiven Vorrichtung und durch Einstellen der Software, die das Motordrehmoment 14 regelt, in Antwort auf Fahrereingaben und den Fahrzeugzustand eingestellt.
Zwei mögliche Physische-Vorrichtung-Modelle 22 werden mit den Gleichungen (1) und (2) beschrieben. Gleichung (1) beschreibt einen Flüssigkeitsdämpfer dessen gewünschtes Drehmoment einfach proportional zum Schlupf über die Kupplung 10 ist: τ_desired = k(N_eng – N_trans) (1)
Dabei ist das gewünschte Kupplungsdrehmoment, N_eng die Motordrehzahl 11, N_trans die Eingangswellendrehzahl 12 und k eine einstellbare Proportionalitätskonstante.
Gleichung (2) beschreibt eine Flüssigkeitskupplung, die sich wie ein Drehmomentwandler über seinem Kopplungspunkt verhält:
Dabei ist R der Kapazitätsfaktor, eine Funktion des Verhältnisses von Motordrehzahl 11 und Getriebeeingangswellendrehzahl 12. Diese Funktion, bzw. der Kapazitätsfaktor R, kann durch ein Polynom, eine Tabelle oder auf eine andere Art und Weise an N_eng und N_trans gekoppelt, erhalten werden.
In manchen Fahrzeugen kann die Anfahrleistung verbessert werden, wenn unterschiedliche Physische-Vorrichtung-Modelle entsprechend der Gaspedal(Fahrfußhebel)position gewählt werden. In den Gleichungen (1) und (2) kann dies durch eine Änderung der Proportionalitätskonstante k (Gleichung 1) oder des Kapazitätsfaktors R als Funktion der Pedal(Fahrfußhebel)position erreicht werden.
Es muss beachtet werden, dass sich manche physischen Vorrichtungen mit diesem Verfahren nicht vollständig modellieren lassen, da eine Kupplung das gleiche Drehmoment an ihrer Eingangs- und Ausgangswelle (in entgegengesetzter Richtung) liefert, aber eine Vorrichtung wie ein Drehmomentwandler eine Drehmomentüberhöhung von seinem Eingang zum Ausgang ermöglichen kann.
Die motordynamischen Eigenschaften und die dynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs 26, wie Masse und Trägheit, die Eigenschaften der Straße einschließlich Straßen(längs)neigung und Reibung und die Betriebsbedingungen einschließlich der Höhe, bestimmen die Motordrehzahl 11 und die Rate der Fahrzeugbeschleunigung 28 während des Anfahrens. Das Modell 22 enthält auch Prüfungen um sicherzustellen, dass, wenn sich die Drück-Position des Gaspedals (Fahrfußhebels) 11 verringert, sich das gewünschte Kupplungsdrehmoment 16 nicht erhöht.
Ein großer Vorteil dieses Verfahrens der Kupplungsregelung ist es, dass das Kupplungsdrehmoment 16 auf die Motordrehzahl 11, anstatt auf eine Abweichung der Motordrehzahl im Bezug auf einen Sollwert der Motordrehzahl, reagiert. Das bedeutet, dass die Kupplung 10, wie ein Drehmomentwandler oder eine Verbindungsvorrichtung, nicht anfängt Drehmoment zu übertragen/erzeugen, bis die Motordrehzahl 11 auf einen Anstieg des Motordrehmoments 14 reagiert. Daher ist die Kupplung 10 nicht anfällig für das Abwürgen des Motors bei stockendem Motor in kalten Betriebsbedingungen oder beim Betrieb mit minderwertigem Kraftstoff. Ebenso wird das Kupplungsdrehmoment 14, mit einem richtig entworfenen Modell 22, unabhängig von jeder Drehmomentabweichung im Zusammenhang mit den Motorsteuerungen, einen Gleichgewichtszustand mit dem Motordrehmoment 14 finden. So ist zum Beispiel die Motordrehmomentkapazität in großen Höhen bedeutend verringert. Wenn die Motorsteuerungen die Höhenänderung nicht richtig verarbeiten, bleibt die Kupplungsdrehmomentantwort und das Anfahrverhalten des Fahrzeugs gut geregelt, da beide nicht von einer Schätzung des Motordrehmoments abhängen.
Zwar ist dieses Verfahren robust gegenüber Abweichungen des Motordrehmoments, allerdings können Abweichungen des Kupplungsdrehmoments, wie wenn das Kupplungssystem 10 ein falsches Drehmoment im Vergleich zum angeforderten Kupplungsdrehmoment liefert, zu übermäßigem Schlupf 18 führen. Wenn zum Beispiel die Kupplung 10 nur die Hälfte des geforderten Kupplungsdrehmoments 16 liefert, muss der Schlupf 18 über die Kupplung 10 genug ansteigen um die Kupplungsdrehmomentanforderung zu verdoppeln, so dass das wirkliche Kupplungsdrehmoment 16 das Motordrehmoment 14 richtig ausgleicht. Dieser erhöhte Kupplungsschlupf 18 kann zu unerwünschter Abnutzung der Kupplung führen.
Um diese Problematik zu behandeln kann eine Überwachungsregelung 30, wie sie in 5 gezeigt ist, konstruiert werden. Hier wird ein Modell der Motor/Fahrzeugdynamik 32 parallel mit dem Regelsystem 20 betrieben. Das Modell der Motor/Fahrzeugdynamik 32 prognostiziert die Antwort/Fahrdynamik eines idealisierten Anfahrvorgangs durch eine Schätzung des Motordrehmoments 14 und der momentanen Getriebeeingangswellendrehzahl 12 als seine Eingangsgrößen. Die daraus resultierende modellierte Motordrehzahl 34 wird dann mit der tatsächlich gemessenen Motordrehzahl 11 verglichen und die Abweichung 36 wird vom Regler 38 benutzt um anhand eines Regelgesetzes eine Korrektur 40 für die gewünschte Drehmomentanforderung 24 des Kupplungssystems zu bestimmen.
Ein typisches Regelgesetz würde ein Integral der Abweichung 36 nutzen, das eingestellt wird, um eine Korrektur für das Drehmoment des Kupplungssystems 16, die sanft genug ist um unerwünschte Störungen des Drehmoments an die Fahrzeugräder zu vermeiden, zu erhalten. Es ist zu beachten, dass das Modell der physischen Vorrichtung 22, das im Anfahrregelungssystem 20 benutzt wird, im Systemmodell innerhalb der Überwachungsregelung 32 nachgeahmt wird.
Zusätzlich wird durch die Nutzung der gemessenen Getriebeeingangswellendrehzahl 12 als zusätzlichem Eingabewert in das überwachende Fahrzeugmodell 30 sichergestellt, dass die modellierte Fahrzeugdynamik unabhängig von Änderung der Straßenneigung (Längsneigung) oder der Fahrzeugmasse, oder einer Kombination aus beiden, ist.
Um ein mit konventionellen Getrieben übereinstimmendes Anfahrverhalten zu erhalten, wird die Kupplung 10 während des Anfahres so geregelt, dass sie das Verhalten einer passiven Getriebeeingangsvorrichtung, wie zum Beispiel eines Drehmomentwandlers, einer Flüssigkeitskupplung und so weiter, nachahmt. 6 stellt einen Regler 52 zur Regelung der Eingangskupplung 10 dar.
Der Regler 52 enthält verschiedene mathematische Modelle:
ein Kupplungsdrehmomentmodell 54, eine Motor-Gaspedal-Tabelle 56, ein Fahrzeugbeschleunigungsmodell 58, ein Motordrehzahlmodell 60, ein Geschlossene-Schleife-Regelsystem 64, wie zum Beispiel einen PID-Regler, und Summenpunkte 65, 66, 67, 68. Das Antriebssystem 62 sind der Motor 2 und die Kupplung 10, die während des Anfahrvorgangs geregelt werden.
Der Regler 52 enthält drei Teile:

(1) die Berechnung der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung 78 und der gewünschten Motordrehzahl 80 unter Benutzung der Modelle 58 beziehungsweise 60;
(2) einen Geschlossene-Schleife-Regelteil, der mit: (i) der Abweichung 74 zwischen der tatsächlichen Motordrehzahl 70, bereitgestellt vom Antriebssystem 62, und der vom Modell 60 gewünschten Motordrehzahl 80, und (ii) der Abweichung 36 zwischen der tatsächlichen, vom Antriebssystem 62 erbrachten Fahrzeugbeschleunigung 72 und der vom Modell 58 gewünschten Fahrzeugbeschleunigung 78, arbeitet und
(3) die Erzeugung von Offene-Schleife- oder Störgröße-Aufschalt-Regelungen: gewünschtes Kupplungsdrehmoment 82 und gewünschtes Motordrehmoment 84.

Das vom Offene-Schleife-Regelkreis oder der Störgröße-Aufschalt-Regelung gewünschte Kupplungsdrehmoment 82 wird durch ein Kupplungsdrehmomentmodell 14 bestimmt, vorzugsweise elektronisch in einer Nachschlagetabelle gespeichert, wobei das Modell eine Funktion der Motordrehzahl Ne und der Drehzahl des Getriebeeingangs 8 ist. Das vom offenen Regelkreis gewünschte Motordrehmoment 44 wird von einem Motordrehmomentmodell 16 ermittelt, das wiederum elektronisch in einer Nachschlagetabelle gespeichert ist, wobei das Modell eine Funktion der Motordrehzahl Ne, der Gaspedal(Fahrfußhebel)Position 92 und der Getriebeeingangsdrehzahl 8 ist. Die gewünschte Fahrzeugbeschleunigung 78 wird von einem Fahrzeugbeschleunigungsmodell 58, das eine Funktion der Motordrehzahl Ne 58, der Gaspedal(Fahrfußhebel-)position 92 und der Getriebeeingangsdrehzahl ist, bestimmt. Die gewünschte Motordrehzahl 80 wird vom Modell für die Motordrehzahl 60, welches eine Funktion der Motordrehzahl Ne, der Pedalposition 92 und der Getriebeeingangsdrehzahl 8 ist, bestimmt.
Das nominelle Modell und der Teil des offenen Regelkreises können Rückführgrößen, wie zum Beispiel das Motorkennfeld-Drehmoment Te, m enthalten, das auf Basis der Motordrehzahl Ne erstellt ist. Diese Art der Rückführung wird ”strukturelle Rückführung” genannt um sie von der geschlossenen Rückführung, die auf expliziten Abweichungsberechnungen basiert, zu unterscheiden. In manchen Fällen kann die strukturelle Rückführung auf langsamen oder stark gefilterten Variablen, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit VS, basieren.
Bei der Wahl des nominellen Models gibt es eine beachtliche Auswahl. Eine Möglichkeit ist es, nur offene Regelungen, wie zum Beispiel 54, 56 zu benutzen und das Motordrehmomentmodell 56 gemäß ”Querschnitts” Motorkennfeldern für nicht-elektronische Drosselklappensteuerung, bei der das Gaspedal (Fahrfußhebel) mechanisch und steif mit der Drosselklappe verbunden ist, abzustimmen. Das Getriebedrehmomentmodell 44 erzeugt das gewünschte Raddrehmoment als eine Funktion der Getriebeeingangsdrehzahl Ni, der Motordrehzahl Ne und der Gaspedal(Fahrfußhebel-)position 52. Da das Motorkennfeld festgelegt ist und durch Nicht-Anfahrbedingungen bestimmt ist, hat das Kennfeldverfahren im Wesentlichen einen (einzigen) Freiheitsgrad, zum Beispiel die Kupplungsregelung basierend auf einer offenen Regelung, wobei der Offene-Schleife-Teil als strukturelle Rückführung ausgebildet ist.
Eine Regelung mit einem (einzigen) Freiheitsgrad kann nur dann zur Kupplungsregelung verwendet werden, wenn sie durch Geschlossene-Schleife-Regelkreise unterstützt wird, die eine Wiederholbarkeit und Robustheit im Hinblick auf Unsicherheiten und Änderungen von Modell und Fahrzeug sicherstellen. In diesem Fall werden das Kupplungsdrehzahlmodell 44, das Fahrzeugbeschleunigungsmodell 58 und das Motordrehzahlmodell 60 auf der einen Seite und die Modelle 54 und 58 auf der anderen Seite aufeinander abgestimmt um das Verhalten von verschiedenen Kupplungsvorrichtungen 10, wie zum Beispiel einer linearen Visco-Kupplung, einer Flüssigkeitskupplung oder eines Drehmomentwandlers, nachzuahmen.
Im Falle einer Fahrzeuganfahrregelung, die die Leistung einer Visco-Kupplung nachahmt, wird der offene Regelungsteil des Kupplungsdrehmomentmodells 53 mit der Gleichung: τ = k₁1(N_ie – N_ii) (1) dargelegt. Hierbei ist das gewünschte Kupplungsdrehmoment τ proportional zum Schlupf über die Kupplung 10. N_e ist die Motordrehzahl und N_i die Getriebeeingangsdrehzahl. Die Gleichung kann zu der allgemeineren Form: τ = k₁[N_e – (k₂N_i + k₂N_idle)] (2) erweitert werden, wobei im allgemeinen k₃ = 1 gilt. Der Zweck dieses Ausdrucks ist es, Last auf den Motor unterhalb der Leerlaufdrehzahl N_idle zu verhindern und der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit, oder ihrem Äquivalent N_i, mit einer Steigung, die von k₂ gesteuert wird, zu folgen.
Für den Fall, dass eine Flüssigkeitskupplung nachgeahmt wird, können, anstatt der oben genannten linearen Beziehungen, quadratische Beziehungen zwischen Kupplungsdrehmoment, Motordrehzahl und Getriebeeingangsdrehzahl benutzt werden.
Grundsätzlich ist es möglich jedes gewünschte Fahrzeugbeschleunigungs- und Motordrehzahlverhalten in den Modellen 58 beziehungsweise 60 als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit VS oder der Getriebeeingangsdrehzahl N_i, die proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist, vorzuschreiben. In diesem Ansatz mit zwei Freiheitsgraden werden beide Größen, Fahrzeugbeschleunigung 70 und Motordrehzahl Ne, innerhalb physikalischer Grenzen, vorgeschrieben.
Die beiden Hauptbestandteile oder Eigenschaften der Ausgabe des Antriebssystems 62, die die Qualität des Fahrzeuganfahrens beeinflussen, sind die gewünschte oder modellierte Motordrehzahl 80 und die gewünschte oder modellierte Fahrzeugbeschleunigung 78 (oder das eng verwandte Raddrehmoment). Das Fahrzeugbeschleunigungsmodell 58 erzeugt die gewünschten Fahrzeugbeschleunigungen für einen Fahrzeuganfahrvorgang empirisch ermittelt mit Bezug auf die Gaspedal(Fahrfußhebel-)position PP 92, die Motordrehzahl Ne und die Getriebeeingangsdrehzahl Ni des Getriebeingangs 8. In ähnlicher Weise erzeugt das Motor- und Kupplungsdrehzahlmodell 60 die gewünschte Motordrehzahl für einen Fahrzeuganfahrvorgang empirisch ermittelt mit Bezug auf die Gaspedal(Fahrfußhebel-)position PP 92, die Motordrehzahl Ne und die Getriebeeingangsdrehzahl Ni des Getriebeeingangs 8.
In der Form einer Eingabe/Ausgabe Matrix-Übertragungsfunktion benutzt der Geschlossene-Schleife-Regler 24 sowohl den Motor 2 als auch die Kupplung 10 um die Ausgangseigenschaften des Antriebssystems 62, nämlich die Motordrehzahl 70 und die Fahrzeugbeschleunigung 72, zu regeln.
Der Summenpunkt 65 erzeugt eine Abweichung 76 der Fahrzeugbeschleunigung (e, acc), die (die Abweichung) die Differenz zwischen der momentanen Fahrzeugbeschleunigung 72, die vom Antriebssystem 62 erzeugt wird, und der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung 78, die als Ausgabe vom Fahrzeugbeschleunigungsmodell 78 erzeugt wird, darstellt. Der Summenpunkt 66 erzeugt eine Abweichung 74 der Fahrzeuggeschwindigkeit (e, Ne), die (die Abweichung) die Differenz zwischen der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit 70, die vom Antriebssystem 62 erzeugt wird, und der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit 80, die als Ausgabe vom Fahrzeuggeschwindigkeitsmodell 60 erzeugt wird, darstellt.
Das Geschlossene-Schleife-Regelsystem 64, vorzugsweise ein PID-Regler, wird mit Daten 86, die Informationen, die zur Bestimmung des momentanen Motorausgangsdrehmoments, das vom Fahrzeugbediener angewiesen wurde, benötigt werden, wie Umgebungstemperatur, barometrischer Druck und Straßen(längs)neigung, darstellen, versorgt.
Das Geschlossene-Schleife-Regelsystem 64 benutzt die Abweichungen 74 und 76 und die Daten 86 um, (i) ein Signal 94, das eine Änderung des angewiesenen Kupplungsdrehmoments, das von der Kupplung 10 erzeugt werden soll, darstellt; und (ii) ein Signal 96, das eine Änderung im angewiesenen Motordrehmoment, das vom Motor 2 erzeugt werden soll, darstellt.
Am Summenpunkt 67 werden das Aufschaltsignal 82, welches das gewünschte Kupplungsdrehmoment darstellt, und das Rückführsignal 94, das die Änderung im angewiesenen Kupplungsdrehmoment darstellt, algebraisch kombiniert um das Signal 98, das ein neues oder aktualisiertes angewiesenes Kupplungsdrehmoment 52 darstellt, zu erzeugen. Vorzugsweise wird das Signal 98 in ein Signal umgewandelt, das auf ein Solenoid aufgebracht wird, welches die Größe des Drucks steuert, der auf die Servos(Servoventile) aufgebracht wird, die die einstellbare Größe der von der Kupplung 10 zu übertragenden Drehmomentkapazität steuern.
In ähnlicher Weise werden am Summenpunkt 68 das Aufschaltsignal 84, welches das gewünschte Motordrehmoment darstellt, und das Rückführsignal 96, das die Änderung im angewiesenen Kupplungsdrehmoment darstellt, algebraisch kombiniert um ein Signal 100 zu erzeugen, das ein neues oder aktualisiertes Motordrehmoment darstellt, das vom Motor 2 zu erzeugen ist.
7 veranschaulicht die Anwendung der Regelsignale und die Ausgabe der mathematischen Modelle, die mit Bezug auf 6 beschrieben wurden, auf das gesteuerte Motor- und Kupplungssystem 62.
Das von der Offene-Schleife-Störgröße-Aufschalt-Regelung gewünschte oder modellierte Kupplungsdrehmoment 82, das aus dem Kupplung-Motor-Drehmoment-Kennfeld 54 mit Bezug auf die Gaspedal(Fahrfußhebel-)position PP 52, die Motordrehzahl Ne und die Getriebeeingangsdrehzahl Ni des Getriebeeingangs 8 bestimmt wird, wird der Kupplung 10 des Antriebssystems 62 als Eingabe zugeführt. Bei 102 wirkt das gewünschte Kupplungsdrehmoment 82 oder das aktualisierte Kupplungsdrehmoment 98 auf die Fahrzeugmasse Ms um die momentane Fahrzeugbeschleunigung 72 während des Fahrzeuganfahrvorganges zu erzeugen. Die momentane Fahrzeugbeschleunigung wird integriert um die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit 71 während eines Anfahrvorganges zu erhalten.
Das gewünschte Motordrehmoment 84, das vom Motordrehmoment-Kennfeld 56 mit Bezug auf die Gaspedal(Fußfahrhebel-)position PP 92 und mindestens einer von der Drehzahl des Motors 2 und der Drehzahl des Getriebeeingangs 8 bestimmt wird, wird dem Summenpunkt 104 als Eingabe zugeführt.
In ähnlicher Weise verarbeitet das Motordrehzahlmodell 60 die momentane Gaspedal(Fahrfußhebel-)position PP 92, die Motordrehzahl Ne und die Getriebeeingangsdrehzahl Ni um die gewünschte Motordrehzahl Ne 80 zu erzeugen, welche dem Summenpunkt 66 als Eingabe zugeführt wird. Das Motordrehzahlabweichungssignal 74 wird dem Geschlossene-Schleife-Regelsystem 64 zugeführt.
Am Summenpunkt 104, wird die Ausgabe 100 des Summenpunktes 68, die die Änderung des Motordrehmoments 96 ist, algebraisch mit dem gewünschten Kupplungsdrehmoment 82 und dem gewünschten Motordrehmoment 84 kombiniert, wodurch ein Signal erzeugt wird, welches das Drehmoment 108 repräsentiert, das zur Beschleunigung drehbarer Komponenten benutzt wird, die der Kupplung 10 im Antriebsstrang vorgeschaltet sind.
Bei 110 wird das Drehmoment 108 auf die Rotations-Massenträgheit J der Rotations-Komponenten, die der Kupplung 10 vorgeschaltet sind, hauptsächlich die Massenträgheit des Motors 2 und der Antriebswelle 3, angewendet, und so wird die momentane Motorbeschleunigung erzeugt, welche integriert wird um die momentane Drehzahl 70 des Motors 2 und der Antriebswelle 3 zu erhalten.
Die Umsetzung mit Geschlossene-Schleife-Regelungen erfordert das Vorhandensein von angemessenen Sensoren zur Messung entscheidender Variablen, unteranderem der Motordrehzahl. Jedoch sind andere wichtige Variablen, unter anderem Raddrehmoment oder Fahrzeugbeschleunigung, nicht immer Verfügbar und können basierend auf physikalischen Modellen geschätzt werden. Ersichtlich könnten Sensoren für das Raddrehmoment, sollten verlässliche und preisgünstige verfügbar werden, diese benutzt werden, um das Anfahrregelungsverfahren weiter zu verbessern.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind wie folgt:
Gemäß einem ersten weiteren Ausführungsbeispiel wird bereitgestellt ein Verfahren zum Regeln einer Getriebeeingangskupplung während des Anfahrens eines Fahrzeugs, aufweisend die Schritte: (a) Benutzen einer Offene-Schleife-Regelung zum Bestimmen eines gewünschten Kupplungsdrehmoments, eines gewünschten Motordrehmoments, einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und einer gewünschten Motordrehzahl, (b) Bestimmen einer ersten Abweichung zwischen der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und der momentanen Fahrzeugbeschleunigung, (c) Bestimmen einer zweiten Abweichung zwischen der gewünschten Motordrehzahl und der momentanen Motordrehzahl, (d) Benutzen einer Geschlossene-Schleife-Regelung zum Bestimmen einer Änderung des Kupplungsdrehmoments und einer Änderung des Motordrehmoments mit Bezug auf die erste und die zweite Abweichung sowie auf momentane Fahrzeugbetriebsbedingungen, (e) Bereitstellen der Kupplung mit einer aktualisierten Drehmomentkapazität, deren Höhe die Summe aus dem gewünschten Kupplungsdrehmoment und der Änderung des Motordrehmoments ist, und (f) Erzeugen eines aktualisierten Motordrehmoments, dessen Größe die Summe aus dem gewünschten Motordrehmoment und der Änderung des Motordrehmoments ist.
Gemäß einem zweiten weiteren Ausführungsbeispiel weist bei dem Verfahren gemäß dem ersten weiteren Ausführungsbeispiel der Schritt (a) ferner auf: Bestimmen eines gewünschten Kupplungsdrehmoments, das die Leistung/Eigenschaft einer Visco-Kupplung, die Leistung eines hydraulischen Drehmomentwandlers oder die Leistung einer hydraulischen Verbindung nachahmt.
Gemäß einem dritten weiteren Ausführungsbeispiel weist bei dem Verfahren gemäß dem ersten weiteren Ausführungsbeispiel der Schritt (a) ferner auf: Benutzen der momentanen Gaspedal(Fahrfußhebel-)position, der Motordrehzahl und der Getriebeeingangsdrehzahl zum Bestimmen des gewünschten Kupplungsdrehmoments, des gewünschten Motordrehmoments, der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und der gewünschten Motordrehzahl.
Gemäß einem vierten weiteren Ausführungsbeispiel weist beim Verfahren gemäß dem ersten weiteren Ausführungsbeispiel der Schritt (d) ferner auf: Benutzen der ersten Abweichung und des momentanen Fahrzeugbetriebszustandes zum Bestimmen einer Änderung des Kupplungsdrehmoments, die die erste Abweichung minimiert.
Gemäß einem fünften weiteren Ausführungsbeispiel weist beim Verfahren gemäß dem ersten weiteren Ausführungsbeispiel der Schritt (d) ferner auf: Benutzender zweiten Abweichung und der momentanen Fahrzeugbetriebszustände zum Bestimmen einer Änderung des Motordrehmoments, die die zweite Abweichung minimiert.
Gemäß einem sechsten weiteren Ausführungsbeispiel weist beim Verfahren gemäß dem ersten weiteren Ausführungsbeispiel der Schritt (d) ferner auf: Bestimmen einer ersten Abweichung zwischen der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und der momentanen Fahrzeugbeschleunigung, Bestimmen einer zweiten Abweichung zwischen der gewünschten Motordrehzahl und einer momentanen Motordrehzahl sowie Benutzen der ersten und der zweiten Abweichung sowie von Fahrzeugbetriebszuständen zum Bestimmen einer Änderung des Kupplungsdrehmoments und einer Änderung des Motordrehmoments, die die erste und zweite Abweichungen minimieren.
Gemäß einem siebten weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Regeln einer Getriebeeingangskupplung während des Anfahrens eines Fahrzeugs bereitgestellt, aufweisend: (a) Benutzen einer Offene-Schleife-Regelung zum Bestimmen eines gewünschten Kupplungsdrehmoments, eines gewünschten Motordrehmoments, einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und einer gewünschten Motordrehzahl, (b) Bestimmen einer ersten Abweichung zwischen der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und der momentanen Fahrzeugbeschleunigung, (c) Bestimmen einer zweiten Abweichung zwischen der gewünschten Motordrehzahl und der momentanen Motordrehzahl aufweist, (d) Benutzen einer Geschlossene-Schleife-Regelung zum Bestimmen einer Änderung des Kupplungsdrehmoments und einer Änderung des Motordrehmoments mit Bezug auf die erste und zweite Abweichung sowie die momentanen Fahrzeugbetriebsbedingungen aufweist, (e) Bereitstellen der Kupplung mit einer aktualisierten Kupplungsdrehmomentkapazität, deren Größe die Summe des gewünschten Kupplungsdrehmoments und der Änderung des Motordrehmoments ist, (f) Erzeugen eines aktualisierten Motordrehmoments, dessen Größe die Summe von gewünschtem Motordrehmoment und der Änderung des Motordrehmoments ist, und (g) Bestimmen des gewünschten Kupplungsdrehmoments, das die Leistung einer Visco-Kupplung, die Leistung eines hydraulischen Drehmomentwandlers oder die Leistung einer hydraulischen Kupplung nachahmt.

Claims

Verfahren zum Regeln einer Kupplung während eines Anfahrvorgangs eines Fahrzeugs, aufweisend (a) Bestimmen von jeweiligen Änderungen im Kupplungs- und Motordrehmoment unter Benutzung von jeweiligen Abweichungen zwischen der Fahrzeugbeschleunigung und einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung sowie zwischen der Motordrehzahl und einer gewünschten Motordrehzahl, (b) Ändern der Drehmomentkapazität der Kupplung auf eine Summe des gewünschten Kupplungsdrehmoments und der Änderung des Kupplungsdrehmoments; (c) Ändern des Motordrehmoments auf eine Summe des gewünschten Motordrehmoments und der Änderung des Motordrehmoments.
Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: Benutzen der momentanen Gaspedal(Fahrfußhebel-)position, der Motordrehzahl und der Getriebeeingangsdrehzahl zum Bestimmen eines gewünschten Kupplungsdrehmoments, eines gewünschten Motordrehmoments, einer gewünschten Fahrzeugbeschleunigung sowie einer gewünschten Motordrehzahl.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner aufweist: Bestimmen einer ersten Abweichung zwischen der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und einer momentanen Fahrzeugbeschleunigung sowie Benutzen der ersten Abweichung und von Fahrzeugbetriebszuständen, um eine Änderung des Kupplungsdrehmoments zu bestimmen, die die erste Abweichung minimiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner aufweist: Bestimmen einer zweiten Abweichung zwischen der gewünschten Motordrehzahl und einer momentanen Motordrehzahl sowie Benutzen der zweiten Abweichung und von Fahrzeugbetriebszuständen, um eine Änderung des Motordrehmoments zu bestimmen, die die zweite Abweichung minimiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner aufweist: Bestimmen einer ersten Abweichung zwischen der gewünschten Fahrzeugbeschleunigung und einer momentanen Fahrzeugbeschleunigung, Bestimmen einer zweiten Abweichung zwischen der gewünschten Motordrehzahl und einer momentanen Motordrehzahl und Benutzen der ersten und der zweiten Abweichung sowie von momentanen Fahrzeugbetriebszuständen zum Bestimmen einer Änderung des Kupplungsdrehmoments und einer Änderung des Motordrehmoments, die die erste und die zweite Abweichung minimieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner aufweist: Bestimmen des gewünschten Kupplungsdrehmoments, das die Leistung einer Visco-Kupplung, die Leistung eines hydraulischen Drehmomentwandlers oder die Leistung einer hydraulischen Verbindung nachahmt.