DE102012013695A1

DE102012013695A1 - Verfahren zur Schaltungssteuerung eines Automatisierten-Schalt-Getriebes (ASG) eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012013695A1
Application number: DE201210013695
Authority: DE
Inventors: Peter Kock; Frieder Jahn; Olaf Franke
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-07-11
Also published as: DE102012013695B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltungs-Steuerung eines Automatisierten-Schalt-Getriebes (ASG) eines Kraftfahrzeuges. Erfindungsgemäß wird in fortlaufenden bestimmten Zeitintervallen, jeweils vorausschauend in einem auf die aktuelle Ist-Zeit folgenden Auswertungs-Zeitintervall in mehreren Verfahrensschritten eine modellbasierte leistungsbezogene Schaltvorgangssimulierung vor einer eventuell für günstigere Verbrauchswerte geeigneten Gangschaltung durchgeführt. Dabei wird ein dem aktuellen Gang zugeordneter Verbrauchswert mit einem festgestellten minimalen, alternativen Verbrauchswert verglichen. Wenn dieser günstiger ist, wird die Schaltung auf den zugeordneten alternativen Gang freigegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltungssteuerung eines Automatisierten-Schalt-Getriebes (ASG) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Verbindung mit dem Transport von Gütern wird als bedeutende Aufgabe eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der Schadstoffemissionen sowie eine Fahrerentlastung zur Steigerung der Verkehrssicherheit angesehen. Dazu kann insbesondere eine automatisierte Längsregelung mit einer automatisierten Gangwahl beitragen. Die Schaltstrategie eines dafür geeigneten Automatisierten-Schalt-Getriebes soll einen möglichst verbrauchsgünstigen Gang und eine benötigte Antriebsleistung bereitstellen, um geladene Güter schnellstmöglich zu einem Bestimmungsort zu bringen.
Um eine solche Schaltstrategie umzusetzen, sind bereits Steuergeräte mit Steuerverfahren bekannt, in denen eine Vielzahl von Kennlinien und Schaltpunkte spezifisch für jeden Fahrzeugtyp definiert und appliziert sind. Diese Steuerungsverfahren sind somit im Wesentlichen nur fahrzeugtypspezifisch einsetzbar und erfordern sehr aufwändige Applikationsarbeiten auf Seiten des Fahrzeugherstellers.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schaltungs-Steuerung eines Automatisierten-Schalt-Getriebes für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein schweres Nutzfahrzeug, vorzuschlagen, mit dem ein verbrauchsoptimierter Gang für die angeforderte Leistung zur Verfügung gestellt wird, wobei das Verfahren fahrzeugtypen übergreifend einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in fortlaufenden bestimmten Zeitintervallen jeweils vorausschauend in einem auf die aktuelle Ist-Zeit folgenden Auswertungs-Zeitintervall eine modellbasierte leistungsbezogene Schaltvorgangssimulierung vor einer eventuell für günstigere Verbrauchswerte geeigneten Gangschaltung mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt wird:

a) für die Leistungsanforderung im Auswertungs-Zeitintervall werden für den aktuell eingelegten Gang der Motorbetriebspunkt mit Drehzahl, dem Drehmoment und der daraus resultierenden Antriebsleistung ermittelt und mittels eines modellbasierten Kostenschätzers und eines Motor-Verbrauchskennfeldes der Verbrauchswert berechnet,
b) innerhalb dieses Auswerte-Zeitintervalls werden jeweils zudem für wenigstens einen alternativen höheren Gang und wenigstens einen alternativen niedrigeren Gang für die dem Auswerte-Zeitintervall zugeordnete Leistungsanforderung erreichbare Motorbetriebspunkte mit zugeordneten Drehzahlen und Drehmomenten und den daraus resultierenden Antriebsleistungen ermittelt und mittels des Kostenrechners und des Motor-Verbrauchskennfeldes zugeordnete alternative Verbrauchswerte berechnet,
c) basierend auf der vorstehenden Berechnung wird ein alternativer Gang mit einem der Leistungsanforderung bei minimalem alternativen Verbrauchswert entsprechenden Motorbetriebspunkt ermittelt, und
d) der dem aktuellen Gang zugeordnete Verbrauchswert wird mit dem minimalen, alternativen Verbrauchswert verglichen und wenn dieser günstiger ist, wird die Schaltung auf den zugeordneten alternativen Gang freigegeben.

Die jeweils einem Auswertungszeitintervall zugeordnete Leistungsanforderung wird aus der aktuellen, individuellen Fahrpedalstellung, insbesondere prozentual bezogen auf eine maximale Leistungsanforderung ermittelt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird eine solche fahrpedalabgeleitete Leistungsanforderung gegebenenfalls durch vorausschauend bereits feststellbare Anforderungsänderungen zu einer entsprechend angepasst zu erwartenden Leistungsanforderung korrigiert. Als vorausschauend feststellbare Anforderungsänderungen können dabei insbesondere Telematikdaten aus dreidimensionalen digitalen Straßenkarten und/oder Signale von Steigungssensoren sowie mittels Radarsensoren erfassbare Fahrbahnbedingungen, zum Beispiel eine freie Fahrbahn berücksichtigt werden.
Eine solche erfindungsgemäße vorausschauende Schaltstrategie auf der Basis einer gegebenenfalls mit Anforderungsanpassungen korrigierten Leistungsanforderung des Fahrers unter Zuziehung des Verbrauchskennfeldes des Motors ermöglicht eine weitgehend fahrzeugtypübergreifende Anwendung, wobei fahrsituationsabhängig je nach dem Auswertungsergebnis des aktuellen Zeitintervalls der aktuelle Gang gehalten oder in einen verbrauchsgünstigeren und/oder leistungsoptimaleren Gang geschalten wird.
Um ein Schaltungspendeln zu vermeiden, wird ein Verbrauchsschwellwert für eine Verbrauchswertverbesserung festgelegt, der für eine Schaltungsfreigabe überschritten sein muss. Da ein Schaltvorgang mit dem damit verbundenen Drehmomentabbau, der Schaltzeit und dem darauffolgenden Drehmomentaufbau an sich verbrauchssteigernd ist, soll ein Schaltungspendeln mit einer Mehrzahl von Schaltvorgängen vermieden werden und ein Schaltvorgang nur bei einer merklichen Verbrauchsverbesserung durchgeführt werden.
Vorteilhaft erfolgt die Festlegung eines solchen Verbrauchsschwellwerts variabel in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation, wobei der Verbrauchsschwellwert bei einem (auch vorausschauend erkennbaren) gleichmäßigen Fahrbetrieb relativ klein gewählt werden kann, da bei einem solchen Fahrbetrieb auch bei kleinen Verbrauchsschwellwerten kein Schaltungspendeln auftritt und sich bereits geringe Verbrauchswertverbesserungen vorteilhaft bemerkbar machen.
Ähnlich kann hier die Länge der Zeitintervalle für die erforderlichen Auswertungen relativ groß gewählt werden (zum Beispiel ca. 10 Sekunden), da innerhalb dieser Zeitintervalle keine wesentlichen Fahrsituationsveränderungen zu erwarten sind. Dagegen ist es zweckmäßig bei schnellen und/oder größeren Änderungen der Fahrtsituation, insbesondere im Beschleunigungsfall, kurz Zeitintervalle, (zum Beispiel ca. zwei Sekunden), zu wählen, um eine schnelle Anpassung zu ermöglichen. Zudem sind vergleichsweise höhere Verbrauchsschwellwerte zu wählen, um gegebenenfalls ein leistungsminderndes Hochschalten zu vermeiden.
Grundsätzlich ist die angegebene Schaltstrategie für einen höheren und einen niedrigeren Gang bezüglich des aktuellen Gangs anwendbar. Eine besonders bevorzugte Anwendung der Schaltstrategie wird jedoch bei schweren Nutzfahrzeugen mit einer Mehrzahl von Getriebegängen gesehen. Dabei werden für die Freigabe von Schaltungen jeweils drei höhere und drei niedrigere Gänge bezüglich des aktuellen Gangs sowie der Drehzahl- und Momentenverlauf für eine Ganghaltung berücksichtigt.
Damit keine leistungsmindernden Schaltungen freigegeben werden, sollen in eine Gangwahl ein aktueller berechneter oder gemessener Fahrwiderstand und/oder eine erreichbare Motordrehzahl miteinbezogen werden.
Um den Gang zu ermitteln, der den verbrauchsgünstigsten und leistungsbesten Motorbetriebspunkt bereitstellen kann, sollen bei der Gangwahl insbesondere auch Nebenverbraucher sowie die Motor- und Getriebedynamik berücksichtigt werden: Das angeforderte Moment am Motor kann nicht 1:1 in Antrieb umgesetzt werden, da der Motor zudem weitere Verbraucher, sogenannte Nebenverbraucher, mit Energie versorgen muss. Deren Momente sind im Wesentlichen von der aktuellen Motordrehzahl abhängig und können in der Auswertung für einen möglichen Schaltvorgang zu einem Gesamt-Nebenverbrauchsmoment zusammengefasst werden. Solche Nebenverbraucher sind insbesondere ein elektrischer Generator, Lüfter, Lüfterkupplung, Klimaanlagenkompressor, Kühlwasserpumpe, Lenkerunterstützungspumpe, Luftdruckpumpe und Motorreibmoment. Das Motorreibmoment und die Kühlwasserpumpe ergeben jedoch nur im Schubfall ein zu berücksichtigendes Moment. Die Motor- und Getriebedynamik ist insofern zu berücksichtigen, als eine Schaltung und die damit verbundene Öffnung des Triebstrangs einen temporären Mehrverbrauch durch eine erneute Beschleunigung der Trägheits- und rotierenden Massen verursacht. Bei einer möglichen Gangveränderung soll daher mit abgeschätzt werden, ob sich dieser Mehrverbrauch bezüglich der Fahrstrecke und der Fahrsituation lohnt. Eine erzwungene Schaltung in einen aktuell günstigeren Gang, der aufgrund vorausschauender Erkenntnisse nur kurz zu halten ist, kann möglicherweise ungünstiger sein als eine Ganghaltung, wobei die für eine solche Abschätzung erforderlichen Daten in die vorausschauende Berechnung miteingehen sollen.
1 zeigt beispielhaft ein Blockdiagramm zur Ermittlung und Freigabe eines optimalen Gangs mit den dabei verwendeten Verfahrensschritten und Berechnungen.
Im ersten Block werden Fahrzeuginformationen verarbeitet und die „start strategy” steuert den im zweiten Block angegebenen Gangberechnungsalgorithmus „spalgo” und berechnet zudem das notwendige Motormoment sowie die Leistungsanforderung.
Die Fahrzeuginformationen werden an den Gangberechnungsalgorithmus „spalgo” übermittelt, wobei als erstes eine Auswertung der Fahrpedalstellung vorgenommen wird: Die Funktion „spalgo” unterscheidet zwischen den Betriebsfällen Leistungsanforderung (Zugbetrieb) und keine Leistungsanforderung (Schubbetrieb), wobei der zweite Betriebsfall ab einer Fahrpedalstellung kleiner 5% des Maximalwegs vorliegt.
Weiter erfolgt eine Auswertung der Motordrehzahlen (n_eng) im Verhältnis zu maximalen und minimalen Motordrehzahlen. Im Funktionsblock „fill ramps” wird der Drehmomentverlauf für jede Schaltung (nach Getriebedaten) berechnet und ein angefordertes Motordrehmoment (M_dem) an den nächsten Funktionsblock, die „Iterationsschleife” weitergegeben, wo die Berechnung der erreichbaren Motorbetriebspunkte für +/– drei Gänge und des aktuellen Gangs erfolgt.
Die Berechnung des optimalen Gangs erfolgt über einen Integrationsalgorithmus, der den Schaltvorgang simuliert und eine Aussage über den erreichbaren Motorbetriebspunkt des betrachteten Schaltvorgangs zulässt, wozu die erreichbaren Motorbetriebspunkte, Leistungen (P) sowie Verbräuche für alle möglichen Schaltungen ausgehend von aktuellen Gang berechnet werden. Dies bedeutet, dass die Funktion für +/– drei Gänge zum aktuellen Gang die eventuelle Schaltung unter Berücksichtigung der Nebenverbraucher, der Turbolader-Dynamik und der Rampensteigung des Motormoments sowie der Schaltzeit, entsprechend der Zeit in der kein Moment zum Rad übertragen wird, simuliert und dadurch eine Prognose über den zu erwartenden Motorbetriebspunkt und die sich einstellende Fahrzeuggeschwindigkeit gibt. Hierzu wird die Bewegungsgleichung jeweils numerisch gelöst. Dabei ist v_K die zu berechnende Geschwindigkeit, h die Schrittweite der Integration in Sekunden, v_k-1 die Geschwindigkeit im vorherigen Zeitschritt und v die Beschleunigung des Fahrzeugs.
Die Beschleunigung des Fahrzeugs wird wie nachfolgend angegeben berechnet:
Fasst man die Nebenverbraucher am Motor zu M_LA,i zusammen, berücksichtigt das geschätzte Verlustmoment M_LB3, das die in der Realität auftretenden Unregelmäßigkeiten und Verluste durch Windgeschwindigkeit und Steigungsfehler schätzt, erhält man unter Berücksichtigung des Roll-, Steigungs- und Windwiderstands folgende nicht lineare Bewegungsgleichung für den Fall 1, bei dem das benötigte Moment für die angeforderte Leistung M_dem größer ist als das Moment der Nebenverbraucher M_LA,i. Dabei sind m die Fahrzeugmasse, g die Erdbeschleunigung, μ der Rollwiderstandsbeiwert, α der Steigungswinkel, ρ die Luftdichte, A die Fahrzeugfläche, c_w der Luftwiderstandsbeiwert, v die Fahrzeuggeschwindigkeit, i_gear und n_gear die Getriebeübersetzung und der -Wirkungsgrad, r_w der dynamischen Reifenradius und m_red eine reduzierte Fahrzeugmasse.
Für den Fall 2, bei dem das angeforderte Moment kleiner ist als das der Nebenverbraucher, wird die vorstehende Gleichung wie folgt verwendet. Das Verlustmoment der Nebenverbraucher lässt den Motor nun wie eine Bremse wirken. Ist das angeforderte Moment gleich Null, ist die gleiche Formel für den Schubfall zu verwenden.
Im weiter anschließenden Funktionsblock „get winner” erfolgt die Auswertung der Anschlussdrehzahlen und erreichbaren spezifischen Verbräuche der einzelnen Schaltungen (je nach Fahrtsituation) und die Ermittlung des optimalen Gangs.

Claims

Verfahren zur Schaltungs-Steuerung eines Automatisierten-Schalt-Getriebes (ASG) eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass in fortlaufenden bestimmten Zeitintervallen, jeweils vorausschauend in einem auf die aktuelle Ist-Zeit folgenden Auswertungs-Zeitintervall eine modellbasierte leistungsbezogene Schaltvorgangssimulierung vor einer eventuell für günstigere Verbrauchswerte geeigneten Gangschaltung durchgeführt wird mit folgenden Verfahrensschritten: a) für die Leistungsanforderung im Auswertungs-Zeitintervall werden für den aktuell eingelegten Gang der Motorbetriebspunkt mit Drehzahl, dem Drehmoment und der daraus resultierenden Antriebsleistung ermittelt und mittels eines modellbasierten Kostenschätzers und eines Motor-Verbrauchskennfeldes der Verbrauchswert berechnet, b) innerhalb dieses Auswertungs-Zeitintervalls werden jeweils zudem für wenigstens einen alternativen höheren Gang und wenigstens einen alternativen niedrigeren Gang für die dem Auswerte-Zeitintervall zugeordnete Leistungsanforderung erreichbare Motorbetriebspunkte mit zugeordneten Drehzahlen und Drehmomenten und den daraus resultierenden Antriebsleistungen ermittelt und mittels des Kostenrechners und des Motor-Verbrauchskennfeldes zugeordnete alternative Verbrauchswerte berechnet, c) basierend auf der vorstehenden Berechnung wird ein alternativer Gang mit einem der Leistungsanforderung bei minimalem alternativen Verbrauchswert entsprechenden Motorbetriebspunkt ermittelt, und d) der dem aktuellen Gang zugeordnete Verbrauchswert wird mit dem minimalen, alternativen Verbrauchswert verglichen und wenn dieser günstiger ist, wird die Schaltung auf den zugeordneten alternativen Gang freigegeben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils einem Auswertungs-Zeitintervall zugeordnete Leistungsanforderung aus der aktuellen, individuellen Fahrpedalstellung und/oder aus der Leistungsanforderung eines Geschwindigkeitsreglers ermittelt wird, und dass diese Leistungsanforderung gegebenenfalls durch vorausschauend bereits feststellbare Anforderungsänderungen, insbesondere durch mittels Telematik und/oder Steigungssensoren erfassbare Steigungen und/oder mittels Radarsensoren erfassbare Fahrbahnbedingungen zu einer angepasst zu erwartenden Leistungsanforderung korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vergleich nach Verfahrensschritt d) ein Verbrauchsschwellwert für eine Verbrauchswertverbesserung festgelegt wird, der für eine Schaltungsfreigabe überschritten sein muss.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung des aktuellen Verbrauchsschwellwerts und/oder die Festlegung der Länge der Zeitintervalle für die Ermittlung der Motorbetriebspunkte und Verbrauchswertberechnungen, in Abhängigkeit der Fahrsituation variabel sind, wobei insbesondere im Beschleunigungsfall höhere Verbrauchsschwellwerte und/oder kürzere Zeitintervalle im Vergleich zum gleichmäßigen Fahrbetrieb gewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Freigabe von Schaltungen jeweils 3 höhere und 3 niedrigere Gänge bezüglich des aktuellen Gangs sowie der Drehzahl- und Momentenverlauf für eine Ganghaltung berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Gangwahl ein aktueller berechneter oder gemessener Fahrwiderstand und/oder eine erreichbare Motordrehzahl miteinbezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gangwahl Nebenverbraucher sowie die Motor- und Getriebedynamik berücksichtigt werden, um den Gang zu ermittel, der den verbrauchsgünstigsten und leistungsbesten Motorbetriebspunkt bereitstellen kann.