DE102013004761A1

DE102013004761A1 - Verfahren zum Betreiben eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges, Getriebesteuerung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen

Info

Publication number: DE102013004761A1
Application number: DE102013004761.7A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Automatikgetriebes (28) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei ein Übersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes (28) in Abhängigkeit eines Betriebspunkts (n, L) des Kraftfahrzeugs (10) aus einem gespeicherten Schaltkennfeld (42) vorbestimmt wird und in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis ein Schaltsignal (HSS, RSS) zur Steuerung des Übersetzungsverhältnisses des Automatikgetriebes (38) ausgegeben wird. Es ist vorgesehen, dass das Übersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes (28) ferner in Abhängigkeit einer Konvertierungseffizienz einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) bezüglich zumindest einer Abgaskomponente vorbestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Getriebesteuerung sowie ein Kraftfahrzeug, das eine solche Getriebesteuerung umfasst.
Automatische Schaltgetriebe (nachfolgend auch Automatikgetriebe genannt) von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise mittels einer Getriebesteuerung entsprechend vorgegebener Schaltprogramme betrieben. Dies betrifft insbesondere die Vorgabe einer Getriebestufe, d. h. einem Übersetzungsverhältnis (Gang), mit welcher das Getriebe die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine auf die Antriebswelle des Traktionstraktes des Fahrzeugs übersetzt. Hierzu greift die Getriebesteuerung auf ein gespeichertes Schaltkennfeld zurück, welches gespeicherte Schaltkennlinien in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit sowie einer aktuellen Lastanforderung durch den Fahrer darstellen. Für jeden Wechsel zwischen zwei aufeinander folgenden Getriebestufen liegt jeweils eine gespeicherte Hochschaltkennlinie für das Hochschalten der niedrigeren Getriebestufe in die nächst höhere Getriebestufe sowie eine Rückschaltkennlinie für die Rückschaltung von der höheren in die niedrigere Getriebestufe vor. Mit anderen Worten umfasst das Schaltkennfeld einen Satz Hochschaltkennlinien sowie einen Satz Rückschaltkennlinien. Wird beispielsweise während einer Beschleunigung des Fahrzeugs eine Hochschaltkennlinie in einem bestimmten Hochschaltpunkt erreicht, so steuert die Getriebesteuerung mit einem entsprechenden Hochschaltsignal das Getriebe an, um dieses in die entsprechende höhere Getriebestufe zu schalten. Entsprechendes gilt für das Rückschalten bei einer Fahrzeugverzögerung. Bei kontinuierlichen Automatikgetrieben (CVT für continuous variable transmission), die theoretisch stufenlos jedes Übersetzungsverhältnis darstellen können, wird ebenfalls ein Schaltkennfeld zur Getriebesteuerung verwendet. Dieses weist jedoch keine diskreten Schaltkennlinien auf, sondern ein kontinuierliches Kennfeld, das die Übersetzung in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und -last darstellt. Jedoch lässt sich auch ein solches kontinuierliches Schaltkennfeld als ein aus einer unendlichen oder zumindest sehr großen Anzahl von Schaltkennlinien auffassen. Tatsächlich werden CVT-Getriebe heute aus Komfortgründen teilweise tatsächlich entsprechend diskreter Schaltkennlinien gesteuert, d. h. entsprechend einer (fiktiven) Anzahl von Gängen.
Bei der Ermittlung der Schaltkennlinien wird grundsätzlich angestrebt, diese auf einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch und damit niedrigen CO₂-Emissionen abzustimmen. Dementsprechend werden die Schaltkennlinien auf möglichst niedrige Motordrehzahlen (und damit höhere Lasten) abgestimmt. Bei einer Verschiebung des Betriebspunkts in Richtung niedrigerer Drehzahlen und höherer Lasten steigen jedoch die NO_X-Rohemissionen überproportional an. Mager betriebene Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, weisen grundsätzlich Abgasnachbehandlungseinrichtungen auf, um die vom Motor emittierten Stickoxide (NO_X) in unbedenklichen Stickstoff (N₂) zu konvertieren. Derartige NO_X-Abgasnachbehandlungskomponenten umfassen insbesondere NO_X-Speicherkatalysatoren oder SCR-Katalysatoren. Da die Effizienz solcher (und anderer) Katalysatoren hinsichtlich der Konvertierung von Stickoxiden über die Lebensdauer des Katalysators gegenüber dem Neuzustand gemindert werden kann, beispielsweise aufgrund Katalysatorvergiftung, Verschwefelung oder Alterung, ist es üblich, die Schaltpunkte beziehungsweise Schaltkennlinien stets mit einem gewissen Sicherheitsabstand gegenüber einem CO₂-optimierten Schaltpunkt abzustimmen. In der Praxis wird aus diesem Grund ein NO_X-Katalysator mit deutlich verminderter Konvertierungseffizienz angenommen, um die NO_X-Rohemission des Motors sicher nachzubehandeln.
Im Stand der Technik ist ferner bekannt, die Schaltpunkte eines Automatikgetriebes in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur zu beeinflussen. Dabei werden nach einem Kaltstart, wenn der Katalysator noch nicht betriebsbereit ist, die Schaltkennlinien in Richtung höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten adaptiert. Auf diese Weise wird das Getriebe beim Beschleunigen verspätet hochgeschaltet und beim Verzögern verfrüht rückgeschaltet und somit der Motor bei höheren Motordrehzahlen und niedrigeren Lasten als üblich gefahren. Die auf diese Weise hervorgerufenen höheren Abgastemperaturen sorgen für ein beschleunigtes Erwärmen des Katalysators. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in US 3,895,541 oder EP 1 410 935 A1 beschrieben. Bei dieser Strategie sinken zwar die NO_X-Rohemissionen der Brennkraftmaschine, jedoch steigt gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch beziehungsweise die damit korrelierenden CO₂-Emissionen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, mit dem der Kraftstoffverbrauch und somit die CO₂-Emissionen der Brennkraftmaschine vermindert werden, ohne einen Anstieg der Endemission von Schadstoffen des Abgases, beispielsweise NO_X, in Kauf zu nehmen. Es soll ferner eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Getriebesteuerung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren, einer Getriebesteuerung sowie einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Das Verfahren zum Betreiben eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs gemäß vorliegender Erfindung sieht vor, ein Übersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes in Abhängigkeit eines Betriebspunkts des Kraftfahrzeugs aus einem gespeicherten Schaltkennfeld vorzubestimmen und in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis ein Schaltsignal zur Steuerung des Übersetzungsverhältnisses des Automatikgetriebes auszugeben. Erfindungsgemäß wird das Übersetzungsverhältnis zusätzlich in Abhängigkeit von einer Konvertierungseffizienz einer Abgasnachbehandlungseinrichtung bezüglich zumindest einer Abgaskomponente vorbestimmt.
Durch die Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird ermöglicht, eine maximale Rohemission der Abgaskomponente in Kauf zu nehmen, solange die Leistungsfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung ihre Umsetzung gewährleistet, und das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zugunsten eines niedrigen Kraftstoffverbrauchs beziehungsweise einer niedrigen CO₂-Emission auszulegen. Während im Stand der Technik die Getriebesteuerung nicht an die tatsächliche Konvertierungseffizienz des Nachbehandlungssystems adaptiert wird und somit stets ein gewisser Sicherheitspuffer zur Berücksichtigung einer eventuellen Katalysatorschädigung vorgehalten werden muss, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Ausreizung zulässiger Schadstoffrohemissionen zugunsten einer CO₂- und Verbrauchsoptimierung. Da die katalytische Konvertierung der Rohemissionen der betreffenden Abgaskomponente durch die Kenntnis und Berücksichtigung der Konvertierungseffizienz sichergestellt wird, führt das Verfahren zu keinen erhöhten Schadstoffendemissionen.
Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter mit dem Begriff „Rohemission” eine von der Brennkraftmaschine emittierte Emission einer Abgaskomponente verstanden, also vor der Nachbehandlung im Abgastrakt. Demgegenüber bezeichnet „Endemission” die am Auslass des Abgastrakts in die Umwelt entlassene Emission einer Abgaskomponente, also nach der Nachbehandlung.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes so vorbestimmt, dass unter Einhaltung einer nicht zu überschreitenden Konzentrationsschwelle der mindestens einen Abgaskomponente stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine CO₂-Rohemission und/oder ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine möglichst niedrig ist. Mit anderen Worten wird die CO₂-Rohemission beziehungsweise der Kraftstoffverbrauch so weit reduziert, wie die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Konvertierung der damit verbundenen Rohemissionszunahme der Abgaskomponente gewährleistet. Auf diese Weise werden geringstmögliche CO₂-Emissionen und Kraftstoffverbräuche bei gleichzeitig hoher Emissionssicherheit realisiert.
Typischerweise gibt das Schaltkennfeld das Übersetzungsverhältnis als Funktion einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer zu dieser äquivalenten Größe sowie als Funktion einer Fahrzeuglast oder einer zu dieser äquivalenten Größe an. Als äquivalente Größen für die Fahrzeuggeschwindigkeit kommen etwa die Motordrehzahl oder die Drehzahl einer Antriebswelle in Frage, welche direkt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit sind. Die Fahrzeuglast kann beispielsweise der aktuellen Kraftstoffeinspritzmenge oder einem Pedalwert eines Pedalwertgebers errechnet werden, der ein Maß für die Betätigung eines Gaspedals durch den Fahrer darstellt und üblicherweise elektronisch erfasst wird. Sofern das Automatikgetriebe ein klassisches nicht-kontinuierliches Getriebe mit einer bestimmten Anzahl von festen Übersetzungsverhältnissen (Gängen) ist, weist das Schaltkennfeld vorzugsweise eine Serie von Schaltkennlinien auf, welche jeweils Schaltpunkte für einen Wechsel zwischen zwei aufeinander folgenden Übersetzungsverhältnissen (Gangwechsel) definieren. Vorzugsweise enthält das Schaltkennfeld für jeden Gangwechsel insbesondere eine Hochschaltkennlinie, welche den Schaltpunkt für den Wechsel in den nächst höheren Gang bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs angibt, und jeweils eine Rückschaltkennlinie für den Wechsel in den nächst niedrigeren Gang im Fall einer Verzögerung des Fahrzeugs.
In bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird in Abhängigkeit von der Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine minimale Motordrehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt, bei welcher eine Rohemission der betreffenden Abgaskomponente noch ausreichend durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung konvertiert wird. Das Übersetzungsverhältnis wird dann in Abhängigkeit von der so bestimmten minimalen Motordrehzahl (und in Abhängigkeit des Betriebspunkts des Kraftfahrzeugs) vorbestimmt. Die minimale Motordrehzahl kann in einfacher Weise aus einem NO_X-Kennfeld ermittelt werden. Dabei wird vorzugsweise jeweils eine minimale Motordrehzahl für Beschleunigungsphasen des Fahrzeugs sowie eine minimale Motordrehzahl für Verzögerungen bestimmt. Im Falle eines nicht-kontinuierlichen Automatikgetriebes wird in diesem Fall eine minimale Motordrehzahl nach einer Hochschaltung des Übersetzungsverhältnisses sowie eine minimale Motordrehzahl vor einer Rückschaltung des Übersetzungsverhältnisses bestimmt. Diese Ausführung ist mit wenigen Schritten durchführbar und einfach zu implementieren.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird für verschiedene vorbestimmte Konvertierungseffizienzen der Abgasnachbehandlungseinrichtung jeweils ein Schaltkennfeld vorbestimmt. Beispielsweise kann für fünf verschiedene Leistungsfähigkeiten der Abgasnachbehandlungseinrichtung, umfassend eine hohe Katalysatoreffizienz (z. B. 95–100%, eine schlechte Katalysatoreffizienz sowie (z. B. 50–60%) und drei Zwischenstufen, jeweils ein Schaltkennfeld vorgesehen sein. Entsprechend der tatsächlich vorliegenden Konvertierungseffizienz wird dann das entsprechende Schaltkennfeld, das dieser Effizienz entspricht, zur Steuerung des Getriebes verwendet. Im Falle eines nicht-kontinuierlichen Getriebes bedeutet dieses wiederum, dass für die verschiedenen Konvertierungseffizienzen jeweils ein Satz Schaltkennlinien, insbesondere jeweils ein Satz von Hochschaltkennlinien und Rückschaltkennlinien vorgesehen ist.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Steuerung lediglich mittels eines einzigen Schaltkennfeldes, das beispielsweise für eine hohe Katalysatoreffizienz ausgelegt ist, welches in Abhängigkeit von der tatsächlichen Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung entsprechend adaptiert wird. Die Adaption kann in einfacher Weise beispielsweise durch die Anwendung eines entsprechend der festgestellten Konvertierungseffizienz ermittelten Korrekturfaktors oder dergleichen erfolgen.
Die Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird vorzugsweise aus einer On-Board-Diagnose-Einrichtung eingelesen. Heutige Fahrzeuge sind üblicherweise mit derartigen Diagnose-Einrichtungen ausgestattet, welche die vorhandenen Abgasnachbehandlungseinrichtungen überwachen, um geeignete Eingriffe in die Motorsteuerung oder die Ausgabe eines Fehlersignals bei nicht ordnungsgemäßer Funktion zu bewirken. Derartige Diagnoseeinrichtungen für Katalysatoren erfassen beispielsweise eine Konzentration der betreffenden Abgaskomponente stromab des Katalysators und setzen diese in Bezug zu einer Rohemission der Komponente, welche wiederum gemessen oder aus Kennfeldern ermittelt werden kann. Derartige Diagnose-Algorithmen sind hinlänglich bekannt und etabliert. Insofern erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine zusätzliche Ausstattung mit Sensoren oder dergleichen, sondern greift auf bereits vorhandene Daten und Komponenten zurück. Alternativ, insbesondere wenn keine On-Board-Diagnose (OBD) vorgesehen ist, kann selbstverständlich die Konvertierungseffizienz im Rahmen des Verfahrens auch direkt bestimmt werden, wofür grundsätzlich die gleichen Diagnoseverfahren wie bei der OBD eingesetzt werden können.
In einer besonderen Ausführung des Verfahrens handelt es sich bei der Abgaskomponente um Stickoxide NO_X, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Katalysator zur Konvertierung von Stickoxiden ist. Hier kommen insbesondere NO_X-Speicherkatalysatoren und SCR-Katalysatoren in Frage. Beide Ausführungen sind zur Nachbehandlung des Abgases überwiegend mager betriebener Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, üblich.
Insbesondere im Fall von NO_X als Abgaskomponente sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass bei einer hohen Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein kleineres Übersetzungsverhältnis, d. h. bei nicht-kontinuierlichen Getrieben ein höherer Gang und damit geringere Drehzahlen, vorbestimmt wird als bei einer vergleichsweise niedrigeren Konvertierungseffizienz. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, dass mit geringeren Drehzahlen die NO_X-Rohemission der Brennkraftmaschine zunimmt und somit eine effektivere Nachbehandlung durch das Katalysatorsystem erfordert. Demgegenüber muss bei einer geringeren Konvertierungseffizienz ein höheres Übersetzungsverhältnis und damit eine höhere Drehzahl vorbestimmt werden, um die NO_X-Rohemissionen auf ein konvertierbares Maß zu reduzieren. Im Falle von diskreten Schaltkennlinien bedeutet dies, dass bei einer hohen Konvertierungseffizienz der Nachbehandlungseinrichtung zumindest eine Schaltkennlinie zumindest abschnittsweise in Richtung einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit oder der hierzu äquivalenten Größe verschoben wird und umgekehrt. Im Falle einer Fahrzeugbeschleunigung findet somit eine vorzeitige Hochschaltung des Getriebes bei hoher Konvertierungseffizienz statt, während bei niedrigerer Konvertierungseffizienz verzögert hochgeschaltet wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Getriebesteuerung für ein Automatikgetriebe, die eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine, ein Automatikschaltgetriebe sowie eine Getriebesteuerung desselben, die eingerichtet ist, das Automatikgetriebe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug mit einem Automatikschaltgetriebe und einer Getriebesteuerung nach der Erfindung;
2 ein Schaltkennfeld einer Getriebesteuerung;
3 ein Verbrauchskennfeld einer Brennkraftmaschine (Dieselmotor) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem effektiven Mitteldruck;
4 ein NO_X-Kennfeld einer Brennkraftmaschine (Dieselmotor) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem effektiven Mitteldruck;
5 das NO_X-Kennfeld aus 4 mit drei exemplarischen Punkten, welche eine zulässige minimale Motordrehzahl für drei verschiedene Werte der Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung und
6 ein Ablaufschema zur Vorbestimmung eines Übersetzungsverhältnisses eines Automatikgetriebes nach der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, das eine Brennkraftmaschine 12 als Antriebsquelle aufweist. Die Brennkraftmaschine 12 ist ein überwiegend mager betriebener Verbrennungsmotor, insbesondere ein Dieselmotor. Alternativ kann sie jedoch ebenso ein Ottomotor sein, welcher überwiegend mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wird.
Die Auslässe der Zylinder der Brennkraftmaschine 12 sind mit einer Abgasanlage 14 strömungstechnisch verbunden. Die Abgasanlage 14 weist einen Abgaskrümmer 16 auf, der die Abgaströme der Zylinder vereint und in eine Abgasleitung 18 einleitet. Da bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine 12 mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch unvermeidbar Stickoxide NO_X erzeugt werden, umfasst die Abgasanlage 14 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 20, welche zur Konvertierung von Stickoxiden ausgelegt ist. Insbesondere handelt es sich bei der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 um einen NO_X-Speicherkatalysator oder einen SCR-Katalysator. NO_X-Speicherkatalysatoren speichern Stickoxide des Abgases in Form eines Nitratsalzes ein, solange der NO_X-Speicherkatalysator von einer mageren Abgasatmosphäre beaufschlagt wird. Um den NO_X-Speicherkatalysator zu regenerieren, wird dieser mit einer fetten Abgasatmosphäre (λ < 1) beaufschlagt, wodurch das gespeicherte Nitrat als NO₂ freigesetzt und zu Stickstoff N₂ reduziert wird. Sofern die Brennkraftmaschine 12 zum Zwecke der NO_X-Regeneration des NO_X-Speicherkatalysators 20 nicht ohne weiteres mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben werden kann, wie dies bei Dieselmotoren in der Regel der Fall ist, muss ein fettes Abgas vor dem Speicherkatalysator 20 durch andere Maßnahmen erzeugt werden. Dies kann beispielsweise durch die Eindüsung von Kraftstoff mittels eines Injektors 22 erfolgen, wie dies in 1 angedeutet ist. SCR-Speicherkatalysatoren hingegen sind in der Lage, Stickoxide des Abgases selektiv in Gegenwart eines speziellen Reduktionsmittels, das im SCR-Katalysator zwischengespeichert wird, umzusetzen. Hierfür erfolgt stromauf des SCR-Katalysators eine Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal, wobei es sich um Ammoniak NH₃ oder eine chemische Vorläuferverbindung von diesem, insbesondere Harnstoff, handelt. Das auf die eine oder andere Art gereinigte Abgas verlässt über einen Auslass 24 den Abgaskanal 18 in die Umwelt. Selbstverständlich kann die Abgasanlage 14 noch weitere Nachbehandlungseinrichtungen umfassen, beispielsweise Partikelfilter oder einen Vorkatalysator, welche hier nicht dargestellt sind.
Zudem umfasst die Abgasanlage 14 üblicherweise verschiedene Sensoren, um diverse Parameter des Abgases und/oder der Komponenten zu erfassen und die Brennkraftmaschine 12 zu steuern. Beispielsweise können Lambdasonden zur Erfassung des Luftverhältnisses im Abgaskanal 18 angeordnet sein. Ferner kann insbesondere stromab des Katalysators 20 ein NO_X-Sensor angeordnet sein, welcher der Überwachung des Katalysators 20 sowie einer On-Board-Diagnose OBD desselben dient.
Die Brennkraftmaschine 12 ist über eine Motorausgangswelle 26 mit einem automatischen Schaltgetriebe 28 mechanisch gekoppelt. Das Getriebe 28 stellt ein Übersetzungsverhältnis der Drehzahl der Ausgangswelle 26 zu einer Drehzahl einer Ausgangswelle 30 des Getriebes 28 ein. Bei dem Getriebe 28 handelt es sich um ein kontinuierliches oder nicht-kontinuierliches, automatisches Schaltgetriebe, beispielsweise einen Wandlerautomaten, ein CVT-Getriebe (continuous variable transmission) oder ein Doppelkupplungsgetriebe. Über ein Achsgetriebe 34 wird das Antriebsmoment auf eine Antriebsachse 36 und dessen Antriebsräder 38 übertragen.
Die Steuerung des Automatikgetriebes 28 erfolgt über eine Getriebesteuerung 40, bei der es sich im Wesentlichen um einen Mikrocomputer handelt, in welchem ein Steueralgorithmus zur Steuerung des Getriebes 28 in computerlesbarer Form und geeignete Kennfelder, insbesondere ein oder mehrere Schaltkennfelder 42, gespeichert vorliegen. Die Getriebesteuerung 40 erhält verschiedene Eingangssignale, die sie gemäß der gespeicherten Algorithmen verarbeitet und in deren Abhängigkeit sie ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes 28 vorbestimmt. In Abhängigkeit von dem so vorbestimmten Übersetzungsverhältnis steuert sie das Getriebe 28, insbesondere dessen Schaltventile, mit entsprechenden Steuersignalen an. Im Falle eines nicht-kontinuierlichen Automatikgetriebes, das eine bestimmte Anzahl definierter Übersetzungsverhältnisse (Gänge) aufweist, gibt die Getriebesteuerung 40 Hochschaltsignale HSS für einen Wechsel in einen höheren Gang und Rückschaltsignale ASS für einen Wechsel in einen niedrigeren Gang an das Automatikgetriebe 28, als Steuersignale aus.
Die Eingangssignale der Getriebesteuerung 40 umfassen eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg oder eine hierzu äquivalente Größe, beispielsweise eine Motordrehzahl n_m der Brennkraftmaschine 12 (entspricht der Drehzahl der Motorausgangswelle 26), eine Drehzahl der Getriebeausgangswelle 30 oder eine Drehzahl der Antriebsachse 36. Sämtliche der vorgenannten Größen lassen sich mit einfachen Faktoren ineinander umrechnen. Ferner empfängt die Getriebesteuerung 40 als Eingangsgröße einen Wert, der eine aktuelle Fahrzeuglast widerspiegelt. Dies kann beispielsweise ein Wert PWG eines Pedalwertgebers sein, welcher das Maß der Betätigung eines Gaspedals durch einen Fahrer angibt und somit dessen Fahrwunschmoment widerspiegelt. Eine äquivalente Größe hierzu stellt ein effektiver Mitteldruck p_me der Zylinder der Brennkraftmaschine 12 oder, falls vorhanden, die Öffnung einer in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 12 angeordnete Drosselklappe dar. Schließlich geht nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Diagnosewert OBD einer On-Board-Diagnose-Einrichtung in die Getriebesteuerung 40 ein, welche die Konvertierungseffizienz des Katalysators 20 hinsichtlich der Konvertierung einer Abgaskomponente, hier hinsichtlich der Konvertierung von NO_X, angibt. Üblicherweise wird die Konvertierungseffizienz von Katalysatoren ohnehin in regelmäßigen Intervallen durch On-Board-Diagnose-Verfahren bestimmt und überwacht. Dies kann beispielsweise mittels der NO_X-Konzentration hinter dem Katalysator 20 erfolgen, welche mit dem bereits erwähnten NO_X-Sensor erfasst und in Beziehung zu einer aktuellen (gemessenen oder kennfeldbasierten) NO_X-Rohemission des Motors 12 gesetzt wird. Alternativ kann die Getriebesteuerung 40 die Konvertierungseffizienz des Katalysators 20 auch direkt bestimmen, wofür ebenfalls die hinter dem Katalysator 20 gemessene NO_X-Konzentration herangezogen werden kann.
2 zeigt ein beispielhaftes Schaltkennfeld 42, wie es typischerweise in einer Getriebesteuerung 40 für ein nicht-kontinuierliches Automatikgetriebe 28 mit beispielhaft fünf Übersetzungsverhältnissen (Gängen) hinterlegt ist. Das Getriebekennfeld 42 enthält für jeden Wechsel zwischen zwei aufeinander folgenden Übersetzungsverhältnissen jeweils eine Hochschaltkennlinie 44 sowie eine Rückschaltkennlinie 46. Die Kennlinien 44, 46 geben die Hoch- und Rückschaltpunkte in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg sowie dem Pedalwert PWG an. Beispielsweise gibt die mit 1-2 bezeichnete Hochschaltkennlinie 44 den Hochschaltpunkt vom ersten in den zweiten Gang in Abhängigkeit von v_Fzg und PWG an, die Linie 2-3 den Hochschaltpunkt vom zweiten in den dritten Gang usw. Die mit 2-1 bezeichnete Rückschaltkennlinie 46 gibt demgegenüber den Rückschaltpunkt des Wechsels von der zweiten in die erste Getriebestufe an, die Kennlinie 3-2 den Rückschaltpunkt von der dritten in die zweite Getriebestufe usw. Es ist erkennbar, dass die Rückschaltkennlinien 46 gegenüber den Hochschaltkennlinien 44 in Richtung niedrigerer Fahrzeuggeschwindigkeiten verschoben sind.
Schaltkennfelder für kontinuierliche Getriebe weisen häufig keine Schaltkennlinien 44, 46 auf, sondern stellen das Übersetzungsverhältnis kontinuierlich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motorlast dar.
Die 3 und 4 zeigen ein Verbrauchskennfeld beziehungsweise ein NO_X-Kennfeld, in Abhängigkeit von der Motordrehzahl sowie dem effektiven Mitteldruck der Brennkraftmaschine. Dabei geben die Isolinien des Verbrauchskennfeldes in 3 den spezifischen Kraftstoffverbrauch b_e der Brennkraftmaschine in g/kWh wieder. Das NO_X-Kennfeld in 4 wiederum zeigt die Isolinien für die NO_X-Rohemission der Brennkraftmaschine für die verschiedenen Betriebspunkte in g/kWh.
Mit 48 ist in 3 und 4 beispielhaft eine Isolinie gleicher Leistung der Brennkraftmaschine dargestellt. Ferner sind exemplarisch zwei Punkte A und B eingezeichnet, die jeweils auf der Leistungsisolinie 48 liegen. Dabei repräsentiert Punkt A einen hohen Gang des Getriebes 28 (kleines Übersetzungsverhältnis) und Punkt B einen kleinen Gang (hohes Übersetzungsverhältnis). Es ist aus 3 erkennbar, dass in Hinblick des Kraftstoffverbrauchs grundsätzlich eine niedrigere Drehzahl (und entsprechend höhere Last) und damit höhere Übersetzungsverhältnisse zu favorisieren ist. So liegt bei Punkt B ein um ca. 9% reduzierter Kraftstoffverbrauch (beziehungsweise um ca. 9% reduzierte CO₂-Emission) gegenüber Punkt A vor. Jedoch wird dieses Bild durch die NO_X-Rohemission getrübt, wie 4 zeigt. So ist die NO_X-Rohemission der Brennkraftmaschine bei Punkt B um zirka 200% gegenüber Punkt A verdoppelt.
Die Erfindung macht sich daher die Kenntnis der NO_X-Konvertierungseffizienz des Katalysators 20 zunutze. Sofern der Katalysator 20 eine hohe Konvertierungseffizienz aufweist, die beispielsweise die an Betriebspunkt B vorliegende NO_X-Rohemission noch sicher zu konvertieren vermag, so wird das Übersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes 28 dahin gehend adaptiert, dass kleine Motordrehzahlen realisiert werden, beispielsweise von mindestens 1500 min^–1 entsprechend Punkt B in 4.
Dieses Prinzip sei noch einmal anhand von 5 erläutert, dass das gleiche NO_X-Kennfeld wie in 4 darstellt. Hier sind wiederum drei Punkte C, D und E auf der Isolinie 48 gleicher Leistung beispielhaft gezeigt. Dabei stellen die Punkte C, D und E diejenigen Drehzahlen dar, bei denen abhängig von einer bestimmten Konvertierungseffizienz des NO_X-Katalysators 20 eine noch ausreichende Abgasnachbehandlung gewährleistet werden kann. So entspricht Punkt C bei der gegebenen Lastanforderung durch den Fahrer gemäß der Isolinie 48 einer zulässigen minimalen Drehzahl bei einer hohen Konvertierungseffizienz des Katalysators 20. Diese liegt hier beispielsweise bei etwa 1.700 min^–1. Punkt D kennzeichnet die minimale Drehzahl von etwa 2.100 min^–1 bei einer mittleren Katalysatoreffizienz und Punkt E die minimale Drehzahl bei etwa 2.400 min^–1 bei einer noch geringeren Katalysatoreffizienz. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die zulässige minimale Drehzahl in Abhängigkeit von der festgestellten Konvertierungseffizienz des Katalysators 20 ermittelt. In Abhängigkeit der so ermittelten minimalen Motordrehzahl wird dann das hierzu passende Übersetzungsverhältnis entsprechend der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeuglast ermittelt.
Im Ergebnis resultiert beispielsweise eine Mehrzahl von Schaltkennfeldern 42, wie beispielsweise in 2 dargestellt, wobei jedes Kennfeld für eine vorbestimmte Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 beziehungsweise für eine zulässige minimale Motordrehzahl ausgelegt ist. Aus den drei in 5 dargestellten Katalysatoreffizienzen und den drei damit zulässigen minimalen Drehzahlen würden somit drei verschiedene Kennfelder 42 resultieren. Dabei wird vorzugsweise jeweils eine minimale Motordrehzahl nach Hochschaltung bei einer Fahrzeugbeschleunigung vorbestimmt sowie eine minimale Motordrehzahl vor Rückschaltung für einen Verzögerungsvorgang. Die daraus resultierenden Hochschaltkennlinien 44 und Rückschaltkennlinien 46 werden mit nachlassender Konvertierungseffizienz zunehmend in Richtung höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten verschoben, d. h. mit nachlassender Konvertierungseffizienz erfolgt das Hochschalten zunehmend verzögert, um zu niedrige Motordrehzahlen und damit zu hohe NO_X-Rohemissionen zu vermeiden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass sämtliche Kennlinien 44 und 46 entsprechend der Konvertierungseffizienz adaptiert werden. Insbesondere können diejenigen Schaltkennlinien aus Fahrkomfortgründen unverändert bleiben, welche den Wechsel zwischen den höchsten Gängen kennzeichnen.
In alternativer Ausgestaltung werden nicht für verschiedene Konvertierungseffizienzen verschiedene Schaltkennfelder 42 vorgehalten, sondern ein einziges Schaltkennfeld 42 wird entsprechend der festgestellten Konvertierungseffizienz des Katalysators 20 zur Einhaltung der minimalen Motordrehzahl rechnerisch korrigiert.
Der Ablauf wesentlicher Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ist noch einmal in 6 dargestellt. Eingangswert ist die Konvertierungseffizienz des Katalysators 20, die bevorzugt aus der On-Board-Diagnose (OBD) erhalten wird. In Abhängigkeit dieses Eingangswerts wird aus einem NO_X-Kennfeld die zulässige minimale Motordrehzahl nach Hochschaltung n_min_H sowie die minimale Motordrehzahl vor Rückschaltung n_min_R als Ausgangswerte bestimmt. In Abhängigkeit von den minimalen Motordrehzahlen n_min_R und n_min_H wird dann ein zulässiges Übersetzungsverhältnis für die Hochschaltung i_H und für die Rückschaltung i_R bestimmt.
Die Erfindung ermöglicht somit durch sehr einfache Maßnahmen, das Steuerungsprogramm der Getriebesteuerung so zu beeinflussen, dass geringstmögliche CO₂-Emissionen (und somit geringstmöglichen Verbrauch) bei gleichzeitig hoher Emissionssicherheit bezüglich von Stickoxiden oder anderen Abgaskomponenten zu erzielen.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Brennkraftmaschine
14: Abgasanlage
16: Abgaskrümmer
18: Abgaskanal
20: Abgasnachbehandlungseinrichtung
22: Injektor
24: Abgasauslass
26: Motorausgangswelle
28: Automatikgetriebe
30: Getriebeausgangswelle
32: Kupplung
34: Achsgetriebe
36: Antriebsachse
38: Antriebsrad
40: Getriebesteuerung
42: Schaltkennfeld
44: Hochschaltkennlinie
46: Rückschaltkennlinie
48: Isolinie gleicher Leistung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3895541 [0004]
EP 1410935 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Automatikgetriebes (28) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei ein Übersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes (28) in Abhängigkeit eines Betriebspunkts (n, L) des Kraftfahrzeugs (10) aus einem gespeicherten Schaltkennfeld (42) vorbestimmt wird und in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis ein Schaltsignal (HSS, RSS) zur Steuerung des Übersetzungsverhältnisses des Automatikgetriebes (38) ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes (28) ferner in Abhängigkeit einer Konvertierungseffizienz einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) bezüglich zumindest einer Abgaskomponente vorbestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Übersetzungsverhältnis so vorbestimmt wird, dass unter Einhaltung einer nicht zu überschreitenden Konzentrationsschwelle der zumindest einen Abgaskomponente stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) eine CO₂-Rohemission und/oder ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine (10) möglichst niedrig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von der Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) eine minimale Motordrehzahl der Brennkraftmaschine (10) bestimmt wird, bei welcher eine Rohemission der Abgaskomponente noch ausreichend durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) konvertiert wird, und das Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit der minimalen Motordrehzahl der Brennkraftmaschine (10) vorbestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für verschiedene Konvertierungseffizienzen der Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) jeweils ein Schaltkennfeld (42) vorbestimmt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein einziges Schaltkennfeld (42) vorbestimmt ist und in Abhängigkeit von der Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) das Schaltkennfeld (42) adaptiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgaskomponente Stickoxide (NO_X) umfasst und Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) ein Katalysator zur Konvertierung von Stickoxiden ist, insbesondere ein NO_X-Speicherkatalysator oder ein SCR-Katalysator
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer hohen Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) ein kleineres Übersetzungsverhältnis (höherer Gang, geringere Drehzahl) vorbestimmt wird als bei einer niedrigeren Konvertierungseffizienz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer hohen Konvertierungseffizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) verglichen mit einer niedrigeren Konvertierungseffizienz zumindest eine Schaltkennlinie (44, 46) des Schaltkennfelds (42) zumindest abschnittsweise in Richtung einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit (v_Fzg) oder der mit dieser äquivalenten Größe verschoben wird und umgekehrt.
Getriebesteuerung (40) für ein Automatikgetriebe (28), die eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Kraftfahrzeug (10) umfassend eine Brennkraftmaschine (12), ein Automatikgetriebe (28) sowie eine Getriebesteuerung (40), die eingerichtet ist, das Automatikgetriebe (28) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zu steuern.