DE102011106048A1

DE102011106048A1 - Steuersystem und -verfahren zur Schaltqualitäts- und Leistungsvermögensverbesserung in Handschaltgetrieben unter Verwendung einer Maschinendrehzahlsteuerung

Info

Publication number: DE102011106048A1
Application number: DE102011106048A
Authority: DE
Inventors: Aurobbindo Lingegowda; Atul Kumar Agrawal; Awadesh TIWARI; Ravikanth G. V.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102328654A; CN102328654B; DE102011106048B4; US20120010796A1; US8515633B2

Abstract

Ein Steuersystem für eine Maschine eines Fahrzeugs umfasst ein Schaltvorhersagemodul, das ein Hochschalten oder ein Herunterschalten eines Handschaltgetriebes auf der Basis einer Fahrzeugbeschleunigung, einer Kupplungspedalstellung, einer Gaspedalstellung und einer Bremspedalstellung vorhersagt. Ein Gangzustand-Berechnungsmodul ermittelt einen Ist-Gangzustand auf der Basis einer Drehzahl der Maschine und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Ein Folgegangzustands-Berechnungsmodul ermittelt einen Folgegangzustand. Der Folgegangzustand beruht auf dem Ist-Gangzustand und dem einen von dem Hochschalten und Herunterschalten. Ein Folgemaschinendrehzahl-Berechnungsmodul schätzt eine geschätzte Maschinendrehzahl auf der Basis des Folgegangzustands und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Ein Maschinendrehzahl-Steuermodul stellt die Maschinendrehzahl auf der Basis der geschätzten Maschinendrehzahl ein.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Steuersysteme, und im Besonderen Maschinendrehzahl-Steuersysteme für Brennkraftmaschinen.
HINTERGRUND
Der hierin angegebene Hintergrundabschnitt dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzulegen. Die Arbeit der vorliegend genannten Erfinder bis zu dem Ausmaß, zu dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Erfindung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zulässig.
Das Schalten in Fahrzeugen mit einem Handschaltgetriebe erfordert für relativ glatte Schaltungen Fahrerkönnen. Für ein Herunterschalten wird die Kupplung betätigt, und das Handschaltgetriebe bewegt sich durch die Neutralstellung, bevor ein anderer Gang eingelegt wird. Für glattere Herunterschaltungen betätigen manche Fahrer die Maschine, während das Getriebe in der Neutralstellung ist, um die Maschine zu beschleunigen. Dies lässt zu, dass sich die Maschinendrehzahl an die Getriebedrehzahl anpasst. Während Herunterschaltungen ist der Fahrer bei der Anpassung der Maschinendrehzahl an die Getriebedrehzahl selten erfolgreich, indem er die Maschine belebt und gleichzeitig die Kupplung einrückt.
Wenn in einen höheren Gang geschaltet wird, betätigt der Fahrer die Kupplung und bewegt sich durch die neue Fahrstellung, bevor der nächsthöhere Gang ausgewählt wird. Während die Neutralstellung vorliegt, verlangsamt sich die Maschine auf eine richtige Drehzahl, um in dem Getriebe einen Gang einzulegen. Das Fahrzeug verlangsamt sich ebenfalls, während sich das Getriebe in der Neutralstellung befindet. Die Zeit in der Neutralstellung kann von der Steigung, Wind, Fahrerkönnen und anderen ähnlichen Faktoren abhängen. Das Leistungsvermögen und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs nehmen tendenziell ab, wenn der Fahrer mehr Zeit in der Neutralstellung verbringt, um die Maschinendrehzahl an die Getriebedrehzahl anzupassen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Steuersystem für eine Maschine eines Fahrzeugs umfasst ein Schaltvorhersagemodul, das ein Hochschalten und ein Herunterschalten eines Handschaltgetriebes auf der Basis einer Fahrzeugbeschleunigung, einer Kupplungspedalstellung, einer Gaspedalstellung und einer Bremspedalstellung vorhersagt. Ein Gangzustand-Berechnungsmodul ermittelt einen gegenwärtigen Gangzustand auf der Basis einer Drehzahl der Maschine und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Gemäß weiteren Merkmalen ermittelt ein Folgegangzustand-Berechnungsmodul einen nächsten bzw. Folgegangzustand. Der Folgegangzustand beruht auf dem gegenwärtigen Gangzustand und dem einen von dem Hochschalten und Herunterschalten. Ein Folgemaschinendrehzahl-Berechnungsmodul schätzt eine geschätzte Maschinendrehzahl auf der Basis des Folgegangzustands und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Ein Maschinendrehzahl-Steuermodul stellt die Maschinendrehzahl auf der Basis der geschätzten Maschinendrehzahl ein.
Gemäß weiteren Merkmalen wird das Schaltvorhersagemodul freigegeben, wenn die Kupplungspedalstellung angibt, dass ein Kupplungspedal betätigt ist. Ein Fahrzeugbeschleunigungsmodul erzeugt die Fahrzeugbeschleunigung auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Weitere Anwendbarkeitsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung deutlich werden. Es ist zu verstehen, dass die ausführliche Beschreibung und die besonderen Beispiele lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung der begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden werden, in denen:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines Maschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines Steuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Verfahren zum Steuern einer Maschinendrehzahl gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen in keiner Weise einschränken. Der Klarheit wegen werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen dazu verwendet, ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie es hierin verwendet wird, sollte der Ausdruck zumindest eines von A, B und C derart aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen Oders bedeutet. Es ist zu verstehen, dass Schritte in einem Verfahren in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie es hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (geteilt, dediziert oder eine Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, einen kombinatorischen logischen Schaltkreis und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuersystem und -verfahren, welches vorhersagt, ob ein Hochschalten oder Herunterschalten auftreten wird. Die Vorhersage kann auf Fahrereingaben in ein Gaspedal, ein Kupplungspedal und/oder ein Bremspedal und der Fahrzeugbeschleunigung beruhen. Die Vorhersage kann auch auftreten, wenn die Kupplung betätigt wird. Die vorliegende Offenbarung schätzt auch einen gegenwärtigen Gangzustand des Fahrzeugs (wenn die Kupplung anfangs betätigt wird) aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Maschinendrehzahl (unter Verwendung einer Rückrechnung). Mit der Kenntnis eines Hochschalteens/Herunterschaltens und des gegenwärtigen Gangs schätzt die vorliegende Offenbarung den nächsten oder Folgegangzustand und die erwartete Maschinendrehzahl für den Folgegang (unter Verwendung einer Vorwärtsrechnung). Der Betrag an Kraftstoff, der zugeführt wird, wird derart gesteuert, dass die tatsächliche Maschinendrehzahl zu der geschätzten Maschinendrehzahl für den Folgegang passt.
Nun unter Bezugnahme auf 1 ist ein Maschinensteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Ein Fahrzeug 10 umfasst eine Maschine 12, die selektiv durch eine Kupplung 18 mit einem Handschaltgetriebe 20 gekoppelt ist. Die Maschine 12 kann eine Fremdzündungsmaschine, eine Dieselmaschine, eine Maschine mit homogener Kompressionszündung und/oder irgendeine andere geeignete Maschine sein. Luft wird in die Maschine 12 durch einen Filter 22 und eine Drosseleinrichtung 24 in einen Einlasskrümmer 28 eingesogen. Die Drosseleinrichtung kann eine mechanische Drosseleinrichtung (nicht gezeigt) mit einer direkten mechanischen Verbindung mit dem Gaspedal oder eine elektronische Drosseleinrichtung (nicht gezeigt) sein.
Luft in dem Einlasskrümmer gelangt durch Einlassventile (nicht gezeigt) in Zylinder (nicht gezeigt) der Maschine 12. Zündkerzen zünden das Luft/Kraftstoff Gemisch in einer Maschine mit Fremdzündung. Alternativ kann Verdichtung das Luft/Kraftstoff-Gemisch in einer Dieselmaschine zünden. Nach der Verbrennung strömt Abgas durch Auslassventile (nicht gezeigt) in ein Abgassystem 13, das einen Auspuffkrümmer 14 und einen Auspuff 16 umfasst. Das Abgassystem 13 kann auch Abgasbehandlungseinrichtungen, wie etwa katalytische Wandler (nicht gezeigt) oder andere Einrichtungen umfassen.
Ein Steuermodul 30 steuert den Betrieb der Maschine 12 unter Verwendung verschiedener Sensoreingänge. Lediglich beispielhaft kann das Steuermodul 30 ein Einlasslufttemperatur-(IAT)-Signal von einem IAT-Sensor 34 und ein Luftmassendurchsatz-(MAF)-Signal von einem MAF-Sensor 38 empfangen.
Eine Gangschalteinrichtung 50 kann durch eine mechanische Verbindung 54 mit dem Getriebe 20 verbunden sein, um zuzulassen, dass der Bediener des Fahrzeugs 10 einen von mehreren Gängen auswählen kann. Eine Gaspedalanordnung 60 umfasst ein Gaspedal 62 und einen Sensor (nicht gezeigt), der eine Stellung des Gaspedals 62 überwacht. Eine Bremspedalanordnung 70 umfasst ein Bremspedal 72 und einen Sensor (nicht gezeigt), der eine Stellung des Bremspedals 72 überwacht. Eine Kupplungspedalanordnung 80 umfasst ein Kupplungspedal 82 und einen Sensor (nicht gezeigt), der eine Stellung des Kupplungspedals 82 überwacht.
Das Steuermodul 30 empfängt auch eine Fahrzeuggeschwindigkeitseingabe. Lediglich beispielhaft kann die Fahrzeuggeschwindigkeitseingabe auf einer Ausgabe eines Antiblockierbremssystems (ABS) 84, eines Getriebeausgangs-Drehzahlsensors (TOSS) 86 und/oder irgendeines anderen geeigneten Fahrzeuggeschwindigkeitssensors beruhen. Gleichermaßen empfangt das Steuermodul 30 ein Maschinendrehzahlsignal auf der Basis eines Ausgangs eines Maschinendrehzahlsensors 88.
Nun unter Bezugnahme auf 2 ist eine beispielhafte Ausführungen des Steuermoduls 30 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Steuermodul umfasst ein Fahrzeugbeschleunigungs-Berechnungsmodul 110, das eine Fahrzeugbeschleunigung auf der Basis der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Wenn die Kupplung betätigt wird, ermittelt das Schaltvorhersagemodul 122 auf der Basis der Kupplungsstellung, der Gaspedalstellung, der Bremsstellung und/oder der Fahrzeugbeschleunigung, ob ein Hochschalten oder ein Herunterschalten erfolgen wird.
Bei manchen Ausführungen sind die Kupplungspedalstellung, die Gaspedalstellung, die Bremspedalstellung und die Fahrzeugbeschleunigung binäre Werte. Bei anderen Ausführungen können Stellungssignale, die eine relative Stellung angeben, verwendet werden. Lediglich beispielhaft geben die Kupplungspedalstellung, die Gaspedalstellung und die Bremspedalstellung an, ob die jeweiligen Pedale betätigt oder gelöst sind. Die Fahrzeugbeschleunigung kann in einen positiven Bereich, einen negativen Bereich und einen Nullbereich klassifiziert werden. Der Nullbereich kann einen Wertebereich um eine Nullbeschleunigung herum umfassen.
Eine Ist-Gangzustands-Berechnungseinrichtung 124 ermittelt einen gegenwärtigen oder Ist-Gangzustand auf der Basis der Maschinendrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Ist-Gangzustandsberechnung kann zu vorbestimmten Zeiten durchgeführt werden. Die Ist-Gangzustandsberechnung, die verwendet wird, ist ein Wert, der unmittelbar berechnet wird, bevor die Kupplung ausgerückt wird. Sobald die Kupplung ausgerückt ist, kann es sein, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit zu Maschinendrehzahl nicht zu irgendeinem der Übersetzungsverhältnisse passt.
Ein Folgegangzustands-Berechnungsmodul 128 ermittelt einen nächsten oder Folgegangzustand auf der Basis des Hochschalt/Herunterschalt-Ausgangs des Hochschalt/Herunterschalt-Vorhersagemoduls und des Ist-Gangzustands, der von dem Gangzustands-Berechnungsmodul 124 ausgegeben wird. Ein Folgemaschinendrehzahl-Berechnungsmodul 132 berechnet eine geschätzte Maschinendrehzahl auf der Basis des Folgegangzustands, der von dem Folgegangzustands-Berechnungsmodul 128 ausgegeben wird. Ein Maschinendrehzahl-Steuermodul 136 steuert die Maschinendrehzahl auf der Basis der geschätzten Maschinendrehzahl.

Nun unter Bezugnahme auf 3 ist ein Verfahren 200 zum Steuern einer Maschinendrehzahl gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Steuerung beginnt bei 210. Bei 214 wird die Stellung der Kupplungs-, Brems- und Gaspedale erfasst. Wenn die Kupplung betätigt ist, wird bei 220 ein Hochschalten oder Herunterschalten vorhergesagt. Bei 222 wird ein Ist-Gang aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Maschinendrehzahl ermittelt. Bei 226 wird der Folgegangzustand vorhergesagt. Bei 230 wird die Maschinendrehzahl auf der Basis des Folgegangzustands geschätzt. Bei 234 wird die Maschinendrehzahl derart eingestellt, dass sie zu der geschätzten Maschinendrehzahl passt.

Gangnummer	Kupplung	Bremse	Gaspedal	Beschleunigung	Schalten
1	1	0	0	Negativ	Herunterschalten
2	1	0	0	Positiv	Herunterschalten (Schubbetrieb)
3	1	0	1	Negativ	Herunterschalten (Bergauf + Höherer Gang)
4	1	0	1	Null	Hochschalten (Konstantfahrt)
5	1	0	1	Positiv	Hochschalten (Beschleunigen)
6	1	1	0	Negativ	Herunterschalten (Verzögern)
7	1	1	0	Null	Herunterschalten (Schubbetrieb)
8	1	1	0	Positiv	Herunterschalten (Schubbetrieb)

Die oben gezeigte Tabelle kann verwendet werden, um zu ermitteln, ob ein Hochschalten oder Herunterschalten auftreten sollte. Die Hochschalt- oder Herunterschaltermittlung kann auf Kupplungs-, Brems- und Gaspedalstellungen und der Fahrzeugbeschleunigung beruhen. Die Vorhersage kann eingeleitet werden, nachdem das Kupplungspedal betätigt worden ist. Auf der Basis dieser Eingänge kann eine Hochschalt- oder Herunterschaltaktion vorhergesagt werden, wie es nachstehend weiter beschrieben wird.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist und die Brems- und Gaspedale nicht betätigt sind, und die Fahrzeugbeschleunigung im negativen Bereich ist, kann ein Herunterschalten vorhergesagt werden. Deshalb kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Herunterschaltzustandes vorhergesagt werden.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist, das Brems- und Gaspedal nicht betätigt sind und die Fahrzeugbeschleunigung im positiven Bereich ist, kann ein Herunterschalten (Schubbetrieb bzw. ”coasting”) vorhergesagt werden. Deshalb kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Herunterschaltvorgangs vorhergesagt werden.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist, das Bremspedal nicht betätigt ist, das Gaspedal betätigt ist und die Fahrzeugbeschleunigung im negativen Bereich ist, kann ein Herunterschalten (Bergauf in einem höheren Gang gefahren wird) vorhergesagt werden. Daher kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Herunterschaltzustandes vorhergesagt werden.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist, das Bremspedal nicht betätigt ist, das Gaspedal betätigt ist und die Fahrzeugbeschleunigung im Nullbereich ist, kann ein Hochschalten (Konstantfahrt bzw. ”cruising”) vorhergesagt werden. Deshalb kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Hochschaltzustandes vorhergesagt werden.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist, das Bremspedal nicht betätigt ist, das Gaspedal betätigt ist und die Fahrzeugbeschleunigung im positiven Bereich ist, kann ein Hochschalten (Beschleunigen) vorhergesagt werden. Deshalb kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Hochschaltzustandes vorhergesagt werden.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist, das Bremspedal betätigt ist, das Gaspedal nicht betätigt ist und die Fahrzeugbeschleunigung im negativen Bereich ist, kann ein Herunterschalten (Verzögern) vorhergesagt werden. Deshalb kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Herunterschaltzustandes vorhergesagt werden.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist, das Bremspedal betätigt ist, das Gaspedal nicht betätigt ist und die Fahrzeugbeschleunigung im Nullbereich ist, kann ein Herunterschalten (Schubbetrieb) vorhergesagt werden. Deshalb kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Herunterschaltzustandes vorhergesagt werden.
Wenn, lediglich beispielhaft, die Kupplung betätigt ist, das Bremspedal betätigt ist, das Gaspedal nicht betätigt ist und die Fahrzeugbeschleunigung im positiven Bereich ist, kann ein Herunterschalten (Schubbetrieb) vorhergesagt werden. Deshalb kann die Maschinendrehzahl auf der Basis dieses antizipierten Herunterschaltzustandes vorhergesagt werden.
Das Steuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung verringert Ruckeln, das in Handschaltgetrieben während Schaltungen beobachtet wird.
Das Steuersystem verhindert auch tendenziell Verschleiß und Abreißen von Kupplungsreibmaterial aufgrund verringerten Schlupfens. Das Steuersystem verbessert tendenziell die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, da die Zunahme der Maschinendrehzahl bei niedriger Last durchgeführt wird, mit anderen Worten, wenn die Maschine von dem Getriebe ausgerückt ist. Das Steuersystem ist eine kostengünstige Lösung zur Schaltqualitätsverbesserung in Handschaltgetrieben.
Das Steuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung verbessert auch das Leistungsvermögen des Fahrzeugs während Manövern und an Steigungen. Das Steuersystem erfordert nicht, dass zusätzliche Bauteile hinzugefügt werden müssen. Das Steuersystem macht auch das Fahren leichter im Vergleich mit anderen Handschaltgetrieben, die ein höheres Niveau an Fahrerkönnen verlangen.
Die breiten Lehren der Offenbarung können in vielerlei Formen ausgeführt werden. Obgleich diese Offenbarung besondere Beispiele umfasst, sollte der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf beschränkt werden, da dem Fachmann beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche andere Abwandlungen deutlich werden.

Claims

Steuersystem für eine Maschine eines Fahrzeugs, umfassend: ein Schaltvorhersagemodul, das eines von einem Hochschalten und einem Herunterschalten eines Handschaltgetriebes auf der Basis einer Fahrzeugbeschleunigung, einer Kupplungspedalstellung, einer Gaspedalstellung und einer Bremspedalstellung vorhersagt; und ein Gangzustands-Berechnungsmodul, das einen Ist-Gangzustand auf der Basis einer Drehzahl der Maschine und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt.
Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner ein Folgegangzustands-Berechnungsmodul umfasst, das einen Folgegangzustand ermittelt.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei der Folgegangzustand auf dem Ist-Gangzustand und dem einen von dem Hochschalten und Herunterschalten beruht.
Steuersystem nach Anspruch 2, das ferner ein Folgemaschinendrehzahl-Berechnungsmodul umfasst, das eine geschätzte Maschinendrehzahl auf der Basis des Folgegangzustands und der Fahrzeuggeschwindigkeit schätzt.
Steuersystem nach Anspruch 4, das ferner ein Maschinendrehzahl-Steuermodul umfasst, das die Maschinendrehzahl auf der Basis der geschätzten Maschinendrehzahl einstellt.
Steuersystem nach Anspruch 5, wobei das Schaltvorhersagemodul freigegeben wird, wenn die Kupplungspedalstellung anzeigt, dass ein Kupplungspedal betätigt ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner ein Fahrzeugbeschleunigungsmodul umfasst, das die Fahrzeugbeschleunigung auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugt.