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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs sowie eine Vorrichtung hierfür.
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Wird ein (Kraft)Fahrzeug mittels einer Antriebseinheit, wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Elektromotor bewegt, kann man bekanntermaßen zwischen zwei Betriebsphasen unterscheiden, einer sog. Schubphase und einer sog. Zugphase. Bei einer Schubphase wird die Antriebseinheit vom Antriebsstrang, der im Wesentlichen aus einem Zahnräderwechsel-Getriebe, der Kardanwelle, dem Differenzialgetriebe und den Rädern gebildet ist, geschoben. Während einer Zugphase gibt die Antriebseinheit hingegen Leistung an den Antriebsstrang des Fahrzeugs ab, es werden also der Antriebsstrang und damit auch die Räder des Kraftfahrzeugs durch das Drehmoment der Antriebseinheit angetrieben. Wie ebenfalls allgemein bekannt ist, kann der Übergang zwischen einer Schub- zu einer Zugphase, aber auch von einer Zug- zu einer Schubphase, einen für den sicheren und komfortablen Betrieb eines Kraftfahrzeugs kritischen Betriebszustand darstellen.
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Während eines Schubbetriebs, wenn also der Antriebsstrang Leistung an die Antriebseinheit abgibt, ist der Antriebsstrang in die Schubrichtung „vorgespannt” und „verdreht”. Der Antriebsstrang weist nämlich aufgrund der in ihm verwendeten Bauteile und der hierfür eingesetzten Materialien unvermeidlich eine zumindest gewisse Torsionselastizität auf. Daneben besitzen Gelenke und Zahnräder innerhalb des Antriebsstrangs ebenfalls unvermeidlich ein gewisses Spiel.
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Betätigt nun beispielsweise in einer Schubphase ein Fahrer ein Leistungsstellorgan (Gaspedal), um das Kraftfahrzeug zu beschleunigen, führt dies zu einem erhöhten Drehmoment der Antriebseinheit (genauer an der Ausgangswelle der Antriebseinheit) und zu einer Umkehrung des am Antriebsstrangs anliegenden Drehmoments. Das erhöhte Drehmoment ist mit einer erhöhten Drehzahl der Antriebseinheit verbunden. Aufgrund moderner Motorsteuerung und -elektronik können diese erhöhte Leistungsabgabe und somit auch die Erhöhung der Drehzahl der Antriebseinheit innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erfolgen.
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Demgegenüber bleibt die Drehzahl des Antriebsstrangs über den hier betrachteten Zeitraum konstant oder ändert sich nur geringfügig. Aufgrund der sich somit ergebenden Drehzahldifferenz und der Umkehrung des am Antriebsstrang anliegenden Drehmoments führt die erhöhte Leistungsabgabe der Antriebseinheit während einer ersten Phase zu einer „Entspannung” des Antriebsstrangs, d. h. die aufgrund der vorherigen Schubphase vorhandene Verspannung des Antriebsstrangs gegen die Antriebseinheit wird abgebaut.
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Der Punkt, an dem die Vorspannung des Antriebsstrangs in Schubrichtung vollständig aufgehoben ist, wird oftmals als „Abdockpunkt” bezeichnet.
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Ist der Abdockpunkt erreicht und ist weiterhin eine erhöhtes Drehmoment bzw. eine erhöhte Drehzahl der Antriebseinheit im Vergleich zur Drehzahl des Antriebsstrangs gegeben, schließt sich eine zweite Phase an, in der das im Antriebsstrang vorhandene Spiel in Richtung der neuen Lastrichtung aufgezehrt wird. Diese Phase wird oftmals als „Freilaufphase” oder auch als „Freiflugphase” bezeichnet. Die Freilaufphase ist beendet, wenn das Spiel vollständig aufgezehrt ist, sich also beispielsweise ein antreibendes Zahnrad von einer ersten Zahnflanke (Schubbetrieb) zur einer zweiten Zahnflanke (Zugbetrieb) bewegt hat und dort wieder anliegt. Dieser Punkt wird oftmals als „Andockpunkt” bezeichnet.
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Die Zeitspanne zwischen Abdockpunkt und Andockpunkt ist gangabhängig, vom anliegenden Moment abhängig, drehzahlabhängig, abhängig von den zu bewegenden trägen Massen, vom Untergrund des Fahrzeugs, von der geodätischen Höhe und anderen Einflussgrößen. Insbesondere ist die Zeitspanne aber von der Größe des Spiels im Antriebsstrang abhängig. Dieses Spiel ist wiederum gangabhängig, unterscheidet sich auf Grund von Bauteilstreuungen von Fahrzeug zu Fahrzeug und vergrößert sich über die Lebensdauer des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Anzahl der erfolgten Lastwechsel im Antriebsstrang.
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Ist am Andockpunkt eine deutliche Drehzahldifferenz zwischen der Antriebseinheit und dem Antriebsstrang vorhanden, kommt es zu einem so genannten Lastschlag. Das Risiko eines Lastschlags ist insbesondere dann gegeben, wenn aus einem Schubbetrieb heraus (beispielsweise ohne Betätigung eines Leistungsstellorgans) schnell Gas gegeben wird, das Kraftfahrzeug also stark beschleunigt werden soll. Für die Stärke des Lastschlags sind neben der Größe der Änderung des Drehmoments der Antriebseinheit (Beschleunigungswunsch durch einen Fahrer), die gewählte Gangstufe sowie die Drehzahl der Antriebseinheit von Bedeutung. Hierbei gelten die Faustregeln, dass ein Lastschlag umso größer ausfallen kann je niedriger die Gangstufe ist, und dass vor allem mittlere Drehzahlen für einen Lastschlag kritisch sein können.
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Durch einen Lastschlag kann der gesamte Antriebsstrang zu Schwingungen angeregt werden, welche sich in einem Ruckeln des Kraftfahrzeugs bemerkbar machen, wodurch wiederum der Fahrkomfort und die Fahrbarkeit eines Kraftfahrzeugs erheblich beeinträchtigt werden.
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Vor diesem Hintergrund sind Vorrichtungen und Verfahren zur Vermeidung oder Minimierung des Lastschlags entwickelt worden. Erste Lösungsansätze sahen eine zeitliche Verzögerung der Umsetzung der von einem Fahrer gewünschten Einstellung der Leistung (Sollmoment) vor (siehe z. B.
DE 43 21 333 A1 ), oder eine Kombination aus der Vorgabe eines kleinen, sprunghaften Anteils des Sollmoments und einer anschließenden zeitlichen Verzögerung, bis der volle Wert des Sollmoments vorgegeben wird (siehe z. B.
DE 101 19 724 A1 ). Jüngere Entwicklungen sehen vor, dass bei einem Übergang von einem Schub- auf einem Zugbetrieb der Drehzahlanstieg der Antriebseinheit in der Freilaufphase zunächst zugelassen und dann derart verzögert oder reduziert, dass zum Zeitpunkt des Andockpunkts zwischen der Drehzahl der Antriebseinheit und der Drehzahl des Antriebsstrangs eine möglichst kleine Differenz (idealweise von Null) gegeben ist (siehe z. B.
DE 102 06 199 A1 und
DE 10 2006 039 678 A1 ).
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Diese Verfahren funktionieren umso besser, je genauer der Zeitpunkt bekannt ist, zu dem das Verdrehspiel des Antriebstrangs „aufgebraucht” ist, bzw. umso genauer das Verdrehspiel des Antriebsstrangs bekannt ist. Unter Verdrehspiel ist in der vorliegenden Anmeldung entweder die Summe aus dem Vorspannungswinkel des Antriebsstrangs im Schubbetrieb plus des/der Spiels/Spiele (ebenfalls in Grad angegeben) im Antriebsstrang bis zum Andockpunkt, oder aber auch die Summe aus dem Vorspannungswinkel des Antriebsstrangs im Schubbetrieb, des/der Spiels/Spiele im Antriebsstrang (ebenfalls in Grad angegeben) bis zum Andockpunkt sowie dem Vorspannungswinkel des Antriebsstrangs im Zugbetrieb. Diese beiden Definitionen können alternativ angewandt werden.
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Bei den Lösungen nach dem Stand der Technik wird entweder die Regelung des Drehmoments der Antriebseinheit einfach so lange durchgeführt, bis ein Kraftschluss erkannt wird, d. h. bis in Folge einer Motordrehzahländerung eine Radbeschleunigung messbar ist (siehe z. B.
DE 31 21 333 A1 ), oder es wird im laufenden Betrieb ein Adaptionsverfahren durchgeführt (siehe z. B.
DE 10 2006 039 678 A1 ). In beiden Fällen wird in Kauf genommen, dass trotz der eingreifenden Verfahren Lastschläge auftreten können.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs bei einem Lastwechsel zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Steuern einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, das einen mit Spiel und Elastizität behafteten Antriebsstrang aufweist, welcher bei einem Lastwechsel mit Richtungsumkehr eines Drehmoments der Antriebseinheit zwischen einer Phase abnehmender elastischer Vorspannung in ursprünglicher Lastrichtung und einer Phase mit zunehmender elastischer Vorspannung in neuer Lastrichtung eine das Spiel in der neuen Lastrichtung aufzehrende Freilaufphase zwischen einem Abdockpunkt und einem Andockpunkt durchläuft. Bei einem Übergang von einem Schub- auf einen Zugbetrieb wird zunächst ein Drehzahlanstieg der Antriebseinheit während einer Beschleunigungsphase zugelassen und in einer anschließenden Verzögerungsphase wird die Drehzahl der Antriebseinheit reduziert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
- • unmittelbar nach Erkennung des Übergangs von einem Schub- in einen Zugbetrieb das Drehmoment der Antriebseinheit erhöht, erniedrigt oder auf gleichem Niveau gehalten wird,
- • über eine Betrachtung des Drehzahlverlaufs der Antriebseinheit im Vergleich zur Referenzdrehzahl und/oder über eine Betrachtung von gemessenen Drehwinkeln der Antriebseinheit und eines Rades berechnet wird, zu welchem Zeitpunkt das Verdrehspiel im Antriebsstrang aufgebraucht sein wird,
- • vor Aufbrauch des Verdrehspiels des Antriebsstrangs das Drehmoment oder die Drehzahl der Antriebseinheit in einem Maße reduziert wird, dass am Andockpunkt oder an dem Punkt, an dem die elastische Vorspannung in die neue Lastrichtung vollendet ist, eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebseinheit und dem Antriebsstrang unterhalb eines vorgebbaren Werts liegt,
- • wobei das Verdrehspiel des Antriebsstrangs entweder bauteilbedingt bekannt ist oder anhand von Antriebs- und Abtriebsdrehzahlen im Fahrzeugbetrieb gemessen wurde, und das bekannte oder gemessene Verdrehspiel zumindest gangabhängig in einer Steuereinrichtung abgespeichert ist.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Regelung des Drehmoments oder der Drehzahl einer Antriebseinheit (Verbrennungskraftmaschine, Elektromotor) auf einem bekannten oder ermittelten, in einer Steuereinrichtung gangabhängig gespeicherten Verdrehspiel beruht, kann die Momentensteuerung oder Drehzahlsteuerung der Antriebseinheit während eines Lastwechsels in optimaler Weise derart erfolgen, dass ein Lastschlag sicher vermieden oder doch auf eine vernachlässigbare Größe verringert werden kann.
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Das Ermitteln des Verdrehspiels kann gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung derart erfolgen, dass
- • vor einem Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb des Fahrzeugs zeitlich hoch aufgelöst aus einer erfassten Motordrehzahl und einer erfassten Referenzdrehzahl eine Drehzahldifferenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl ermittelt wird,
- • ab dem Zeitpunkt eines Übergangs von einem Schub- in einen Zugbetrieb unter Beibehaltung der gleichen Fahrstufe zeitlich hoch aufgelöst die aus der erfassten Motordrehzahl und der erfassten Referenzdrehzahl ermittele Drehzahldifferenz so lange über die Zeit integriert wird, bis trotz weiterhin positivem Drehmoment am Antriebsstrang entweder ein Rückgang der Motordrehzahl festgestellt wird oder die Differenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl im Wesentlichen wieder den Wert vor dem Zeitpunkt des Übergangs von Schubbetrieb zum Zugbetrieb angenommen hat, und
- • aus dem Integral der Drehzahldifferenz das Verdrehspiel des Antriebsstrangs berechnet wird.
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Des Weiteren kann das Ermitteln des Verdrehspiels eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs auch erfolgen, indem
- • vor einem Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb des Fahrzeugs zeitlich hoch aufgelöst aus einer erfassten Motordrehzahl und einer erfassten Referenzdrehzahl eine Drehzahldifferenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl ermittelt wird,
- • über eine Zeitdauer, die mit dem Zeitpunkt eines Übergangs von einem Schub- in einen Zugbetrieb beginnt und an dem Zeitpunkt endet, an dem trotz weiterhin positivem Drehmoment am Antriebsstrang entweder ein Rückgang der Motordrehzahl festgestellt wird oder die Differenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl im Wesentlichen wieder den Wert vor dem Zeitpunkt des Übergangs vom Schubbetrieb zum Zugbetrieb angenommen hat, unter Beibehaltung der gleichen Fahrstufe zeitlich hoch aufgelöst die Drehzahl des Motors in einem ersten Steuergerät und die Referenzdrehzahl in einem zweiten Steuergerät erfasst werden,
- • die Drehzahlen des Motors und die Referenzdrehzahlen über die Zeitdauer integriert werden, und
- • aus der Differenz der Integrale das Verdrehspiel des Antriebsstrangs berechnet wird.
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Durch diese zwei Erfassungsverfahren lässt sich sehr genau das gesamte Verdrehspiel eines Antriebstrangs eines Fahrzeugs bei einem Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb, oder allgemeiner bei einem Lastwechsel ermitteln.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei der Ermittlung des Verdrehspiels des Antriebsstrangs
- • zusätzlich zeitlich hoch aufgelöst die Drehzahl eines Ausgangs eines Zahnräderwechsel-Getriebes und/oder eines Differenzialgetriebes erfasst und
- • auf Grundlage der erfassten Drehzahlen und/oder Drehzahldifferenzen auch das/die Teildrehspiel(e) des Zahnräderwechsel-Getriebes und/oder des Differenzialgetriebes berechnet.
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Durch diese Weiterbildung der Erfindung können auch Teildrehspiele innerhalb des Antriebsstrangs ermittelt werden, wodurch eine noch genauere Steuerung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt bei der Ermittlung des Verdrehspiels und/oder des/der Teildrehspiels/Teildrehspiele bei den zeitlich hoch aufgelösten Erfassungen der zeitliche Abstand zwischen zwei Erfassungen im Bereich von 0,1 ms bis 10 ms, wobei jeder geeignete Zeitabstand gewählt werden kann (beispielsweise 0,1 ms, 0,2 ms, 0,3, ms, 0,4 ms, 0,5 ms, 0,6 ms, 0,7 ms, 0,8 ms, 0,9 ms, 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5 ms, 6 ms, 7 ms, 8 ms, 9 ms, 10 ms).
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird/werden bei der Ermittlung des Verdrehspiels und/oder des/der Teildrehspiels/Teildrehspiele zusätzlich eine Motortemperatur, eine Temperatur des Zahnräderwechsel-Getriebes, eine Temperatur eines Radlagers, eine Temperatur eines Reifens, und/oder der Radwinkel erfasst.
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Hierdurch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, auch Temperaturabhängigkeiten des Verdrehspiels und/oder des/der Teildrehspiels/Teildrehspiele und/oder dessen/deren Abhängigkeit von einem Radwinkel erfassen und in der Speichereinrichtung hinterlegen zu können.
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Ebenso ist es von Vorteil, dass das Verdrehspiel und/oder die Teildrehspiel(e) im normalen Fahrbetrieb automatisch ermittelt, sowie dass das ermittelte Verdrehspiel und/oder das/die gemessene(n) Teildrehspiel(e) gangabhängig, in Abhängigkeit von der Motortemperatur, der Temperatur des Zahnräderwechsel-Getriebes, der Temperatur eines Radlagers, der Temperatur eines Reifens, und/oder des Radwinkels in einer Steuereinrichtung abgespeichert werden kann/können. Die Daten können hierbei beispielsweise in einem Kennfeld der Steuereinrichtung hinterlegt werden.
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Weiter ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass bei den Erfassungsverfahren die Referenzdrehzahl im Wesentlichen ermittelt wird durch eine Multiplikation der Raddrehzahl mit einer Gesamtübersetzung, wobei die Gesamtübersetzung gebildet ist aus einer Multiplikation der Übersetzung des Zahnräderwechsel-Getriebes und der Übersetzung des Differenzialgetriebes, sowie dass bei der Ermittlung der Referenzdrehzahl weiter ein adaptiver Korrekturfaktor einbezogen wird, dessen Größe ermittelt wird durch einen Vergleich zwischen Motordrehzahl und Drehzahl eines Rades bei Konstantfahrt ohne Lenkeinschlag und bei geschlossener Kupplung, derart, dass hierbei die Motordrehzahl gleich dem Produkt aus Drehzahl des wenigstens einen Rades × Gesamtübersetzung × adaptiver Korrekturfaktor ist.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Steuereinrichtung für eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs, das einen mit Spiel und Elastizität behafteten Antriebsstrang aufweist, welcher bei einem Lastwechsel mit Richtungsumkehr eines Drehmoments der Antriebseinheit zwischen einer Phase abnehmender elastischer Vorspannung in ursprünglicher Lastrichtung und einer Phase mit zunehmender elastischer Vorspannung in neuer Lastrichtung eine das Spiel in der neuen Lastrichtung aufzehrende Freilaufphase zwischen einem Andockpunkt und einem Andockpunkt durchläuft, wobei bei einem Übergang von einem Schub- auf einen Zugbetrieb zunächst ein Drehzahlanstieg der Antriebseinheit während einer Beschleunigungsphase zugelassen und in einer anschließenden Verzögerungsphase die Drehzahl der Antriebseinheit reduziert wird.
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Die Steuereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu vorgesehen ist, unmittelbar nach Erkennung des Übergangs von einem Schub- in einen Zugbetrieb das Drehmoment der Antriebseinheit zu erhöhen, zu erniedrigen oder auf gleichem Niveau zu halten, über eine Betrachtung des Drehzahlverlaufs der Antriebseinheit im Vergleich zur Referenzdrehzahl und/oder über eine Betrachtung von gemessenen Drehwinkeln der Antriebseinheit und eines Rades zu berechnen, zu welchem Zeitpunkt das Verdrehspiel im Antriebsstrang aufgebraucht sein wird, vor Aufbrauch des Verdrehspiels des Antriebsstrangs das Drehmoment oder die Drehzahl der Antriebseinheit in dem Maße zu reduzieren, dass am Andockpunkt oder an dem Punkt, an dem die elastische Vorspannung in die neue Lastrichtung vollendet ist, eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebseinheit und der Referenzdrehzahl unterhalb eines vorgebbaren Werts liegt, wobei das Verdrehspiel des Antriebsstrangs entweder bauteilbedingt bekannt ist, oder anhand von Antriebs- und Abtriebsdrehzahlen im Fahrzeugbetrieb ermittelt wurde, und das bekannte oder ermittelte Verdrehspiel zumindest gangabhängig in einer Steuereinrichtung abgespeichert ist.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Hierbei zeigen
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1 eine Darstellung eines typischen Verlaufs eines Lastwechsels mit einer erfindungsgemäßen Momenten- bzw. Drehzahlvorsteuerung, und
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2 den Verlauf der Drehzahl eines Motors, der Referenzdrehzahl, der Drehzahl eines Zahnräderwechsel-Getriebes sowie der Beschleunigung eines Fahrzeugs in einem Zeitraum, der den Bereich von einem Schubbetrieb, den Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb und den Zugbetrieb abdeckt, ohne eine erfindungsgemäße Momenten- bzw. Drehzahlvorsteuerung.
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Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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In der 1 ist ein typischer Verlauf eines Lastwechsels mit einer erfindungsgemäßen Momenten- bzw. Drehzahlvorsteuerung gezeigt.
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Solange sich das Fahrzeug in einer Schubphase befindet, wobei es beispielsweise durch eine Motorbremswirkung verzögert, ist die Drehzahldifferenz zwischen dem Motor (n_mot) und der Referenzdrehzahl (N_Rad) konstant, wie im linken Abschnitt von 1 gezeigt ist.
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Die Referenzdrehzahl entspricht in etwa der Drehzahl der Antriebseinheit. Die Referenzdrehzahl wird im einfachsten Fall gebildet aus einer gemessenen Raddrehzahl multipliziert mit der Gesamtübersetzung, wobei die Gesamtübersetzung gebildet wird aus der Übersetzung des Zahnräderwechselgetriebes und des Differenzialgetriebes. Hierbei ist die Verwendung der Raddrehzahl für die Bildung der Referenzdrehzahl optimal, da diese im Kraftfluss weit von der Antriebseinheit entfernt ist und damit viele Spielbestimmende Komponenten beinhaltet (z. B. Zahnräderwechselgetriebe, Kegelräder, Differenzialgetriebe, Gelenkwellen, Steckachsen, etc.).
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Wenn sich die Motordrehzahl beim Lastaufbau im Nulllastbereich im Vergleich zur berechneten Drehzahl bei geschlossener Kupplung erhöht, kann diese Erhöhung als Maß für das Verdrehspiel gewertet werden. Das Integral (Int(n_mot-N_Rad)) aus dem relativen Drehzahlanstieg (= Motordrehzahl – Referenzdrehzahl) 12 ist ein Maß für das aufgebrauchte Verdrehspiel.
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Zur Erkennung des Übergangs von Schub- auf Zugbetrieb wird ein Beobachtungsfenster geöffnet. Vorraussetzung dafür ist, dass sich die Antriebseinheit (Motor) für eine gewisse Mindestzeitdauer (die sehr kurz sein kann, beispielsweise 1 Sekunde, 2 Sekunden, 5 Sekunden, 10 Sekunden) im Schubbetrieb befindet. Wenn die Last nun steigt, wird bei einer Motorlast, die ungefähr bei Null liegt, eine Drehzahlabweichung beobachtet, wie sie in der 1 zweiten Abschnitt von links dargestellt ist. Bei Erkennung dieser Drehzahlabweichung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum sanften Spielausgleich ausgelöst.
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Nachdem durch eine Drehzahlbetrachtung der Übergang von Schub- auf Zugbetrieb erkannt wurde, kann das Moment des Motors zunächst erhöht, erniedrigt oder auf gleichem Niveau gehalten werden, um das Spiel aufzuheben. Bevorzugt wird das Moment auf gleichem Niveau gehalten oder leicht erhöht, um das Spiel schnell aufzuheben.
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Über eine Drehzahlbetrachtung wird berechnet, zu welchem Zeitpunkt das Spiel aufgebraucht ist. Hierzu kann auf die bekannten und/oder ermittelten Werte bezüglich des Spiels zurückgegriffen werden, die in einer Steuereinrichtung hinterlegt sind. Das Verdrehspiel des Antriebsstrangs ist entweder bauteilbedingt bekannt oder ist anhand von Antriebs- und Abtriebsdrehzahlen im Fahrzeugbetrieb ermittelt worden, und das bekannte oder ermittelte Verdrehspiel ist zumindest gangabhängig in einer Steuereinrichtung abgespeichert.
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Bevor das Spiel aufgebraucht ist, wird das Moment oder die Drehzahl der Antriebseinheit (des Motors) in dem Maße reduziert, dass eine geringe Relativgeschwindigkeit zwischen Antriebseinheit und Antriebsstrang auftritt. Entscheidend ist hier die Betrachtung des Andockpunkts oder gegebenenfalls auch der Punkt, an dem (nach dem Andockpunkt) die elastische Vorspannung in die neue Lastrichtung beendet ist. Bevorzugt wird jedoch hierbei auf den Andockpunkt abgestellt.
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In jedem Fall muss die Winkelgeschwindigkeit der Antriebseinheit größer sein als die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsstrangs, damit das Spiel aufgebraucht werden kann. Vorteilhaft ist auch eine Rampung des Moments in Abhängigkeit vom Spiel, um die Relativgeschwindigkeit am relevanten Punkt (Andockpunkt, Vorspannungsendpunkt in Zugrichtung) gering zu halten. Idealer Weise beträgt die Relativgeschwindigkeit an diesem Punkt im Wesentlichen Null.
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Wenn als Antriebseinheit eine Verbrennungskraftmaschine in Form eines Otto-Motors verwendet wird, kann in der Verzögerungsphase das Drehmoment der Antriebseinheit beispielsweise mittels eines Zündwinkeleingriffs reduziert werden. Und wenn als Antriebseinheit eine Verbrennungskraftmaschine in Form eines Diesel-Motors verwendet wird, kann beispielsweise die Einspritzung des Kraftstoffs sehr schnell reduziert werden. In beiden Fällen kann die Reduktion des Moments bzw. der Drehzahl damit sehr schnell und vorhersagbar in Bezug auf den Verlauf des Drehmoments erfolgen. Somit ist eine vergleichsweise genaue Abschätzung des voraussichtlichen Verlaufs der Drehzahl der Antriebseinheit in der Verzögerungsphase möglich. Damit kann sichergestellt werden, dass am Andockpunkt (oder gegebenenfalls an dem Punkt, an dem der Antriebsstrang in die neue Lastrichtung vorgespannt ist) die gewünschte Drehzahl der Antriebseinheit erreicht und so ein Lastschlag vermieden oder doch auf eine vernachlässigbare Größe verringert wird. Durch Steuerung des Motorstroms kann entsprechend das Drehzahlverhalten eines Elektromotors gesteuert werden.
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2 zeigt den Verlauf der Drehzahl eines Motors, der Referenzdrehzahl, der Drehzahl eines Zahnräderwechsel-Getriebes sowie der Beschleunigung eines Fahrzeugs in einem Zeitraum, der den Bereich von einem Schubbetrieb, den Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb und den Zugbetrieb abdeckt, ohne eine erfindungsgemäße Momenten- bzw. Drehzahlvorsteuerung.
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Wie oben bereits erwähnt, ist ein Schubbetrieb dadurch charakterisiert, dass der Motor (Antriebseinheit, Antriebsmaschine) vom Antriebsstrang geschleppt wird und damit ein Drehmoment aufnimmt. Schubbetrieb stellt sich beispielsweise ein, wenn der Fahrer während der Fahrt das Fahrpedal (Leistungsstellorgan) nicht betätigt, wie es bei dem in der 2 gezeigten Beispiel bis etwa zum mit der Ziffer 6 gekennzeichneten Zeitpunkt der Fall ist.
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In der vorliegenden Anmeldung ist unter dem Begriff ”Antriebsstrang” insbesondere das Getriebe, die Kardanwelle, das Differenzialgetriebe und die Radnaben, nicht jedoch der Motor (Antriebseinheit, Antriebsmaschine) selbst zu verstehen.
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Wie ebenfalls oben bereits erläutert, ist während eines Schubbetriebs der Antriebsstrang elastisch in Lastrichtung gegen die Antriebseinheit vorgespannt. Dies führt, wie in 2 für den Zeitraum, der mit dem Anfang der gezeigten Erfassung beginnt und mit der mit der Ziffer 7 gekennzeichneten senkrechten Linie endet, zu einem Verhältnis zwischen der Motordrehzahl 1 und der Referenzdrehzahl 2, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Differenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl sehr klein oder im Wesentlichen Null ist.
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Zur Ermittlung des Spiels eines Antriebsstrangs kann nun in einem ersten Schritt vor einem Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb des Fahrzeugs zeitlich hoch aufgelöst aus einer erfassten Motordrehzahl 1 und einer erfassten Referenzdrehzahl 2 eine Drehzahldifferenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl 2 ermittelt werden.
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Die Referenzdrehzahl 2 wird beispielsweise gebildet durch Multiplikation von der tatsächlich gemessenen Raddrehzahl mit der Übersetzung des Zahnräderwechselgetriebes und der Übersetzung des Differenzialgetriebes (Gesamtübersetzung). Durch die Referenzdrehzahl 2 werden die Motordrehzahl 1 und die Raddrehzahl auf einen definierten Bezugspunkt transformiert, wodurch deren Vergleichbarkeit ermöglicht wird.
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Da aufgrund des Einflusses von Rädern mit unterschiedlichem dynamischen Abrollumfang (beispielsweise aufgrund von Reifenwechsel, geändertem Verhältnis von Außen- und Innenluftdruck beim Reifen) sich das Verhältnis von Raddrehzahl in Bezug zur Motordrehzahl leicht verändern kann, ist es oftmals von Vorteil, wenn zur Berechnung der Referenzdrehzahl nicht nur die Übersetzung des Zahnräderwechselgetriebes und die Übersetzung des Differenzialgetriebes verwendet wird, sondern weiter auch ein adaptiver Korrekturfaktor einbezogen wird. Dessen Größe kann ermittelt werden durch einen Vergleich zwischen Motordrehzahl und Drehzahl eines Rades bei Konstantfahrt (beispielsweise konstantem Zugbetrieb) ohne Lenkeinschlag und bei geschlossener Kupplung, wobei die Größe des adaptiven Korrekturfaktors derart gewählt wird, dass die Motordrehzahl gleich dem Produkt aus Drehzahl des wenigstens einen Rades × Gesamtübersetzung × adaptiver Korrekturfaktor ist.
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Zur Erkennung eines Schubbetriebs kann beispielsweise ein sogenanntes Nullmomentenkennfeld verwendet werden, das in einem Kennfeldelement abgelegt ist. Dieses Nullmomentenkennfeld ordnet jeder Kombination aus Motortemperatur und Motordrehzahl eine Stellung der Drosselklappe zu, die notwendig ist, um gerade die inneren Verluste von Motor und Antriebsstrang zu überwinden. Unterschreitet die aktuelle Drosselklappenstellung den aus dem Nullmomentenkennfeld für den aktuellen Betriebspunkt vorgegebenen Wert, so kann davon ausgegangen werden, dass sich das Fahrzeug im Schubbetrieb befindet.
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Selbstverständlich kann zusätzlich oder alternativ ein Schubbetrieb auch auf Grundlage von weiteren Signalen, Einflussfaktoren oder Parametern festgestellt werden, beispielsweise aus der Fahrpedalstellung in Abhängigkeit von einer gemessenen Raddrehzahl bei geschlossener Kupplung.
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Wenn ein Fahrer aus einem Schubbetrieb heraus das Fahrpedal betätigt, wie dies in der Figur mit der Veränderung der Fahrpedalstellung zwischen den Ziffern 6 und 8 dargestellt ist, signalisiert er der Motorsteuerung, dass er einen Übergang vom Schubbetrieb in den Zugbetrieb wünscht, d. h. er wünscht die Abgabe eines positiven Drehmoments des Motors an den Antriebsstrang. Durch die Motorsteuerung wird hierfür bei einer Brennkraftmaschine eine erhöhte Menge Kraftstoff und Luft in den Brennraum gebracht, wofür eine gewisse Zeitdauer erforderlich ist. In der Figur entspricht dieser Zeitraum dem mit den senkrechten Linien 8 und 7 gekennzeichneten Bereich.
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Der Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen besitzt üblicherweise eine gewisse Elastizität, weil beispielsweise die Gelenkwellen und die Kardanwelle eine mehr oder weniger große Torsionselastizität aufweisen. Auch ist oftmals ein sogenanntes Zwei-Massen-Schwungrad vorhanden, deren Primär- und Sekundärmasse drehelastisch miteinander antriebsverbunden sind. Auch die Kupplung eines Kraftfahrzeugs ist in der Regel mit drehelastischen Übertragungselementen versehen. Aufgrund dieser Torsionselastizität des Antriebsstrangs ist der Antriebsstrang im Schubbetrieb aufgrund des an im wirkenden Schubelements gegen den Motor (die Antriebseinheit, Antriebsmaschine) verspannt.
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Steht ab dem durch die Ziffer 7 gekennzeichneten Zeitpunkt ein positives Drehmoment des Motors zur Verfügung (d. h. ab bzw. bei einer Motorlast, die ungefähr bei Null liegt), erfolgt ein Übergang vom Schub- in den Zugbetrieb. Hierzu wird in einer ersten Phase die in der Schubphase vorhandene Vorspannung bzw. Verdrehung des Antriebsstrangs abgebaut, der Antriebsstrang also entspannt.
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Ab dem durch die Ziffer 7 gekennzeichneten Zeitpunkt eines Übergangs von Schub- auf Zugbetrieb erhöht sich die Drehzahl des Motors gegenüber der Referenzdrehzahl. Diese Erhöhung ist in einer ersten Phase bedingt durch die Entspannung des Antriebsstrangs.
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Das Betätigen eines Fahrpedals aus einem Schubbetrieb heraus kann beispielsweise als Signal zum Start der Erfassung der erfindungsgemäß genannten Drehzahlen verwendet werden. Wenn dann ab dem durch die Ziffer 7 gekennzeichneten Zeitpunkt sich die Drehzahl des Motors gegenüber der Referenzdrehzahl erhöht, kann dieser Zeitpunkt als Startpunkt für den Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb verwendet werden.
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Somit kann durch einen Vergleich der Motordrehzahl mit der Referenzdrehzahl – gegebenenfalls unter Auswertung von weiteren Signalen – sicher der Übergang von einem Zug- in einen Schubbetrieb erkannt werden, da hierbei stets die Motordrehzahl relativ zur Raddrehzahl bzw. Referenzdrehzahl ansteigt.
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Der Punkt, in dem die Verspannung in Schubrichtung vollständig aufgehoben, die Verdrehung des Antriebsstrangs also vollständig zurückgedreht ist, wird oftmals als Abdockpunkt bezeichnet. Liegt weiterhin ein positives Drehmoment des Motors (Antriebseinheit, Antriebsmaschine) an, so wird nach dem Abdockpunkt das Spiel im Antriebsstrang, das sich aus der Summe der Einzelspiele der einzelnen Komponenten ergibt, in einer sog. Freilaufphase aufgezehrt.
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In dieser Freilaufphase sind der Motor (Antriebsmaschine, Antriebseinheit) und der Antriebsstrang voneinander entkoppelt, üben also keine Drehmomente aufeinander aus. Daher kann, sofern weiterhin ein positives Drehmoment des Motors anliegt, die Drehzahl des Motors so lange weiter ungehindert ansteigen, bis das Spiel des Antriebstrangs, das sich aus der Summe der Teilspiele der Elemente des Antriebsstrangs ergibt, aufgezehrt ist. Ist das Spiel des Antriebsstrangs aufgebraucht, liegen beispielsweise antreibende Zahnräder wieder an Zahnflanken von abtreibenden Bauteilen an. Dieser Punkt wird oftmals als Andockpunkt bezeichnet.
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Der Zeitraum ab dem Übergang von Zug- in den Schubbetrieb bis zum Andockpunkt beträgt beispielsweise bei einem realen Fahrbetrieb bei vergleichsweise niedriger Last im 2. Gang zwischen 0,1 und 0,2 Sekunden, kann je nach Gang und Last aber auch bis zu etwa 1 Sekunde betragen. Innerhalb dieses betrachteten Zeitraums ändert sich die Referenzdrehzahl oftmals nicht oder nur vergleichsweise wenig. Daher ergibt sich am Andockpunkt eine im Vergleich zum Startzeitpunkt des Übergangs von Zug- in den Schubbetrieb erhöhte Drehzahldifferenz zwischen der Motordrehzahl und der Referenzdrehzahl.
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Dies hat zur Folge, dass bei einem weiterhin positiven Drehmoment des Motors ab dem Andockpunkt der Antriebsstrang in die Zugrichtung auf- bzw. verspannt wird. Dies wiederum hat zur Folge, dass ab dem Andockpunkt die Drehzahl des Motors spürbar sinkt. Dieser Zeitpunkt ist in der Figur mit der Ziffer 9 kenntlich gemacht.
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Durch das Verspannen des Antriebsstrangs ab dem Andockpunkt in Zugrichtung wirkt auch auf die angetriebenen Räder in zunehmendem Maße ein positives Drehmoment, was eine Beschleunigung des Fahrzeugs zur Folge hat. Dieser Vorgang ist in der Figur durch die Zahl 11 kenntlich gemacht. Überschreitet diese Beschleunigung einen vorgebbaren Schwellwert, wird sie als „Lastschlag” bezeichnet. Ein solcher Lastschlag ist für einen Fahrer in unangenehmer Weise spür- und hörbar. Auch kann der Lastschlag zu hochfrequenten Schwingungen führen.
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Aufgrund der ab dem Andockpunkt 9 durch das zunehmende Verspannen des Antriebsstrangs in Zugrichtung bewirkten Verringerung der Motordrehzahl 1 verringert sich auch die Differenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl 2 derart, dass sich letztendlich annähernd wieder die Differenz einstellt, die vor dem Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb vorhanden war. Dieser Punkt ist in der Figur mit der Zahl 10 kenntlich gemacht.
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Die ermittele Drehzahldifferenz kann nun so lange über die Zeit integriert werden, bis trotz weiterhin positivem Drehmoment am Antriebsstrang entweder ein Rückgang der Motordrehzahl festgestellt wird oder die Differenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl im Wesentlichen wieder den Wert vor dem Zeitpunkt des Übergangs von Schubbetrieb zum Zugbetrieb angenommen hat. Auf Grundlage dieses Integrals kann das Verdrehspiel in Grad ermittelt werden.
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Hierbei spielt eine Verzögerung bei der Signalübertragung durch den in Fahrzeugen verwendeten digitalen Datenbus (z. B. CAN-Busübertragung) und/oder eine Ungenauigkeit bei der ermittelten Raddrehzahl keine starke Rolle. Die Raddrehzahl kann während der Zeitdauer des Spielausgleichs (die, wie oben erwähnt oftmals nicht länger als 0,1 s bis 0,2 s in Anspruch nimmt) nämlich als konstant oder als eine sich relativ langsam ändernde Größe angenommen werden. Wenn sich beispielsweise das Fahrzeug vor einem Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt hat, kann angenommen werden, dass sich die Raddrehzahl über die Zeitdauer des Spielausgleichs nicht ändert. Und wenn sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beispielsweise vor dem Übergang vom Schub- in den Zugbetrieb kontinuierlich verringert hat, kann davon ausgegangen werden, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und damit die Raddrehzahl über die Zeitdauer des Spielausgleichs sich in dem gleichen Maß pro Zeiteinheit verringern werden, wie dies vor dem Übergang vom Schub- in den Zugbetrieb der Fall war.
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Wichtig ist die Erfassung der Raddrehzahl in diesem Fall vor allem, um den Beginn des Übergangs von einem Schub- in einen Zugbetrieb möglichst genau erkennen zu können.
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Alternativ kann auch über eine Zeitdauer, die mit dem Zeitpunkt eines Übergangs von einem Schub- in einen Zugbetrieb beginnt und an dem Zeitpunkt endet, an dem trotz weiterhin positivem Drehmoment am Antriebsstrang entweder ein Rückgang der Motordrehzahl festgestellt wird oder die Differenz zwischen Motordrehzahl und Referenzdrehzahl im Wesentlichen wieder den Wert vor dem Zeitpunkt des Übergangs vom Schubbetrieb zum Zugbetrieb angenommen hat, unter Beibehaltung der gleichen Fahrstufe zeitlich hoch aufgelöst die Drehzahl des Motors in einem ersten Steuergerät und die Referenzdrehzahl in einem zweiten Steuergerät erfasst werden.
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Hierbei kann beispielsweise die Signalerfassung durch ein Motorsteuergerät (für Motordrehzahl) und ein Bremsensteuergerät (für Raddrehzahl bzw. Referenzdrehzahl) erfolgen. Die Zeitdauer für die Drehzahlerfassung sollte dabei zur Erzielung einer zumindest ausreichenden Messgenauigkeit für beide Steuergeräte möglichst exakt gleich lang sein.
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Wenn beispielsweise durch ein Motorsteuergerät ein Übergang von einem Schub- in einen Zugbetrieb erkannt wird, wird durch dieses ein Messtrigger gesetzt. Im Motorsteuergerät und im Bremsensteuergerät werden daraufhin Motor- bzw. Raddrehzahl separat und zeitlich hochaufgelöst erfasst und integriert. Wenn durch das Motorsteuergerät erkannt wird, dass der Anlagewechsel durchgeführt und das Spiel ausgeglichen ist, wird durch das Motorsteuergerät auch die exakte Messdauer für das Motor- und das Bremsensteuergerät festgelegt.
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Bei diesem Verfahren zur Ermittlung des Verdrehspiels kann daher eine zeitliche Verzögerung bei der Signalübertragung durch den in Fahrzeugen verwendeten digitalen Datenbus eine nachteilige Auswirkung auf die Genauigkeit des Ergebnisses verursachen. Bei dem derzeit häufig verwendeten CAN-Bussystem beträgt beispielsweise der sog. CAN-Verzug etwa 30 ms.
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Um die hiermit verbundenen Nachteile zu vermeiden kann daher entweder vorgesehen sein, die Taktung des CAN-Bussystems für das erfindungsgemäße Verfahren zu erhöhen, wodurch auch der sog. CAN-Verzug verkleinert wird, idealweise bis herab zu etwa 5 ms. Auch kann vorgesehen sein, ein alternatives Datenbussystem zu verwenden, wie beispielsweise FlexRay, durch das eine höherer Datenübertragungsrate, Echtzeit-Fähigkeit und beispielsweise auch eine dezentrale Uhrensynchronisation zur Verfügung gestellt wird. Auch ist es denkbar, für das Verfahren eine eigenständige Auslesevorrichtung vorzusehen, durch die zur gleichen Zeit bzw. über gleiche Zeiträume die Signale eines Motorsteuergeräts und eines Bremsensteuergeräts ausgelesen werden.
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Wie bekannt ist, müssen für Messungen jeweils bestimmte Randbedingungen eingehalten werden, um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse von verschiedenen Messungen zu gewährleisten. So ist es bei den Erfassungsverfahren von Vorteil, wenn die Motordrehzahl und der Raddrehzahl bei eingelegtem Gang, geschlossener Kupplung, ohne Klopfeingriff, bei einer im Wesentlichen konstanten Verzögerung oder Beschleunigung des Fahrzeugs, bei Anliegen eines im Wesentlichen konstantes Schub- oder Zugmoments, und bei Beibehaltung der gleichen Fahrstufe erfasst werden. Dabei kann beispielsweise ein Übergang von Schub- auf Zugbetrieb bei gleicher Fahrstufe gewählt werden.
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Wie aus einem Vergleich der Verläufe der Drehzahlen von Motor 1 und Zahnräder-Wechselgetriebe 3 ersichtlich ist, kann es vorkommen, dass die jeweiligen Drehzahlen nicht synchron zueinander verlaufen (siehe hier insbesondere den Zeitraum nach dem Übergang vom Schub- in den Zugbetrieb). Durch Erfassung und Betrachtung von weiteren Abtriebsdrehzahlsignalen, wie beispielsweise einer Drehzahl eines Ausgangs eines Zahnräderwechsel-Getriebes 3 und/oder eines Differenzialgetriebes, können nicht nur das Verdrehspiel des Antriebsstrangs als Ganzes (Gesamtverdrehspiel) sondern auch Teildrehspiel(e) (z. B. das Getriebespiel) im Vergleich zum Gesamtverdrehspiel gemessen bzw. ermittelt werden. Durch die Abspeicherung auch von Teildrehspiel(en) in der Steuereinrichtung wird die Möglichkeit geschaffen, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren der Verlauf der Momente bzw. Drehzahlen noch genauer gesteuert werden kann, als dies auf Grundlage allein des Gesamtverdrehspiels der Fall ist.
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Da der Ausgleich des Gesamtverdrehspiels bei einem Übergang von einem Schub- auf einen Zugbetrieb normalerweise innerhalb eines vergleichsweise kurzen Zeitraums erfolgt, ist es in Bezug auf die Genauigkeit der Ermittlung des Gesamtverdrehspiels und/oder des/der Teildrehspiel(e) von Vorteil, wenn bei den zeitlich hoch aufgelösten Erfassungen der zeitliche Abstand zwischen zwei Erfassungen im Bereich von 1 ms bis 10 ms beträgt. Hierbei kann jeder geeignete Zeitabstand gewählt werden, beispielsweise ein Zeitabstand von 0,1 ms, 0,2 ms, 0,3, ms, 0,4 ms, 0,5 ms, 0,6 ms, 0,7 ms, 0,8 ms, 0,9 ms, 1 ms, 2 ms, 3 ms, 4 ms, 5 ms, 6 ms, 7 ms, 8 ms, 9 ms, 10 ms. Selbstverständlich können in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Zweck und der erforderlichen Genauigkeit auch kürzere oder längere Zeitabstände gewählt werden.
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Da die Größe des Gesamtverdrehspiels und/oder des/der Teildrehspiels/Teildrehspiele auch temperaturabhängig ist/sind oder sein kann/können, ist es von Vorteil, wenn zusätzlich eine Motortemperatur, eine Temperatur des Zahnräderwechsel-Getriebes, eine Temperatur eines Radlagers, und/oder eine Temperatur eines Reifens erfasst werden. Diese Aufzählung ist nicht abschließend; selbstverständlich können auch die Temperaturen von weiteren interessierenden Bauteilen erfindungsgemäß erfasst werden.
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Es können auch spezielle Fahrsituationen, beispielsweise eine Vollbremsung mit einer Temperaturerhöhung von Rädern und Lager, in die Spielbetrachtung miteinbezogen werden.
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Ähnliches gilt auch für den Radwinkel, da die Größe des Gesamtverdrehspiels und/oder des/der Teildrehspiels/Teildrehspiele auch hierdurch variieren kann. Somit kann beispielsweise auch das Spiel bei Lenkmanövern ermittelt werden.
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Die Erfassungsverfahren haben weiter den Vorteil, dass das Verdrehspiel und/oder die Teildrehspiel(e) im normalen Fahrbetrieb automatisch ermittelt werden können. Diese Verfahren können selbstverständlich auch in speziellen Fahrzyklen durchgeführt werden, wobei beispielsweise bestimmte Fahrsituationen vorgegeben und durchfahren werden. Auch können diese Verfahren beispielsweise auf speziellen Prüfständen automatisiert oder automatisch durchgeführt werden.
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Durch die Erfassungsverfahren können einmalig oder wiederholt das Gesamtverdrehspiel und/oder das/die Teildrehspiel(e) individuell für jedes Fahrzeug ermittelt werden. So können auch Bauteilstreuungen sowie eine Veränderung des Gesamtverdrehspiels und/oder des/der Teildrehspiels/Teildrehspiele während der Lebensdauer des Fahrzeugs aufgrund der erfolgten Lastwechsel im Antriebsstrang erfasst und das geänderte Gesamtverdrehspiel und/oder das/die geänderte(n) Teildrehspiel(e) gegebenenfalls in der Steuereinrichtung abgespeichert werden.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn das ermittelte Gesamtverdrehspiel und/oder das/die ermittelte(n) Teildrehspiel(e) gangabhängig, in Abhängigkeit von der Motortemperatur, der Temperatur des Zahnräderwechsel-Getriebes, der Temperatur eines Radlagers, der Temperatur eines Reifens, und/oder des Radwinkels in einem Kennfeld einer Steuereinrichtung abgespeichert wird/werden. Die in der Steuereinrichtung derart hinterlegten Antriebsstrangspiele (Gesamtverdrehspiel, Teildrehspiel(e)) ermöglichen eine hoch präzise Vorsteuerung der Momente während eines Lastwechsels.
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Wie bereits erwähnt, wird die Referenzdrehzahl im Wesentlichen ermittelt durch eine Multiplikation der Raddrehzahl mit einer Gesamtübersetzung, wobei die Gesamtübersetzung gebildet ist aus einer Multiplikation der Übersetzung des Zahnräderwechsel-Getriebes und der Übersetzung des Differenzialgetriebes. Aufgrund des Einflusses von Rädern mit unterschiedlichem dynamischem Abrollumfang (beispielsweise aufgrund von Reifenwechsel, geändertem Luftdruck in den Reifen) kann sich das Verhältnis von Raddrehzahl in Bezug auf die Motordrehzahl leicht verändern. Diese Unterschiede können leicht während einer Konstantfahrt ohne Lenkeinschlag und bei geschlossener Kupplung beim Betrieb des Fahrzeugs gemessen werden. Anhand der gemessenen Drehzahl an Rad und Motor kann ein adaptiver Korrekturfaktor zur Angleichung der Drehzahlen eingerechnet werden, derart, dass hierbei die Motordrehzahl gleich dem Produkt aus Drehzahl des wenigstens einen Rades × Gesamtübersetzung × adaptiver Korrekturfaktor ist. Auch dieser adaptive Korrekturfaktor kann in einer Steuereinrichtung abgespeichert werden und bei der erfindungsgemäßen Motorsteuerung berücksichtigt werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Steuereinrichtung für eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs, das einen mit Spiel und Elastizität behafteten Antriebsstrang aufweist, welcher bei einem Lastwechsel mit Richtungsumkehr eines Drehmoments der Antriebseinheit zwischen einer Phase abnehmender elastischer Vorspannung in ursprünglicher Lastrichtung und einer Phase mit zunehmender elastischer Vorspannung in neuer Lastrichtung eine das Spiel in der neuen Lastrichtung aufzehrende Freilaufphase zwischen einem Abdockpunkt und einem Andockpunkt durchläuft, wobei bei einem Übergang von einem Schub- auf einen Zugbetrieb zunächst ein Drehzahlanstieg der Antriebseinheit während einer Beschleunigungsphase zugelassen und in einer anschließenden Verzögerungsphase die Drehzahl der Antriebseinheit reduziert wird.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu vorgesehen ist, unmittelbar nach Erkennung eines Übergangs von einem Schub- in einen Zugbetrieb das Drehmoment der Antriebseinheit zu erhöhen, zu erniedrigen oder auf gleichem Niveau zu halten, über eine Betrachtung des Drehzahlverlaufs der Antriebseinheit im Vergleich zur Referenzdrehzahl und/oder über eine Betrachtung von gemessenen Drehwinkeln der Antriebseinheit und eines Rades zu berechnen, zu welchem Zeitpunkt das Verdrehspiel im Antriebsstrang aufgebraucht sein wird, vor Aufbrauch des Verdrehspiels des Antriebsstrangs das Drehmoment oder die Drehzahl der Antriebseinheit in dem Maße zu reduzieren, dass am Andockpunkt oder an dem Punkt, an dem die elastische Vorspannung in die neue Lastrichtung vollendet ist, eine Drehzahldifferenz zwischen der Antriebseinheit und der Referenzdrehzahl unterhalb eines vorgebbaren Werts liegt, wobei das Verdrehspiel des Antriebsstrangs entweder bauteilbedingt bekannt ist, oder anhand von Antriebs- und Abtriebsdrehzahlen im Fahrzeugbetrieb ermittelt wurde, und das bekannte oder ermittelte Verdrehspiel zumindest gangabhängig in einer Steuereinrichtung abgespeichert ist.
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Den Fachleuten sind Vorrichtungen und Einrichtungen sowie deren Zusammenwirken bekannt, soweit sie für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden können bzw. für sie benötigt werden (Sensorik, Datenbussystem, Übertragungseinrichtung(en), Speichereinrichtung(en), Recheneinrichtung(en), Steuergerät(e), etc.), so dass vorliegend hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4321333 A1 [0011]
- DE 10119724 A1 [0011]
- DE 10206199 A1 [0011]
- DE 102006039678 A1 [0011, 0013]
- DE 3121333 A1 [0013]
