DE102013021441A1 - Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (F), wobei mittels einer Kupplung (1) eine Antriebsmaschine mit einem Getriebe gekoppelt oder von diesem entkoppelt wird. Erfindungsgemäß wird ein Schlupf der Kupplung (1) bei einer Nulllastanforderung an die Antriebsmaschine in Abhängigkeit einer Schleppmomentanforderung in mehr als zwei Stufen oder stufenlos eingestellt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, wobei mittels einer Kupplung eine Antriebsmaschine mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt oder von diesem entkoppelt wird.
• Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Betriebsfunktionen für Antriebsstränge von Fahrzeugen bekannt, mittels welchen eine energiearme Betriebsweise der Antriebsstränge realisiert werden soll. Diese beispielsweise als Segeln, Rollen oder Gleiten bezeichneten Betriebsfunktionen haben gemein, dass eine Antriebsmaschine vom Antriebsstrang entkoppelt wird und daraus folgend kein mechanischer Durchtrieb von der Antriebsmaschine zu Rädern des Fahrzeugs oder umgekehrt vorhanden ist. Somit sollen so genannte Schleppverluste verringert werden.
• Weiterhin ist eine im Allgemeinen als Motorbremse bezeichnete Betriebsfunktion für Antriebsstränge von Fahrzeugen bekannt, bei welcher in einem Schubbetrieb des Fahrzeugs ein Schleppmoment der Antriebsmaschine zum Bremsen des Fahrzeugs genutzt wird.
• Aus der DE 10 2004 041 265 A1 ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebsmaschine, einem automatischen Getriebe und einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Antriebsmaschine und des Getriebes bekannt. Die Antriebsmaschine ist mittels einer Ausgangswelle und einer Reibungskupplung mit einer koaxial zur Ausgangswelle angeordneten Eingangswelle eines Getriebes in Form eines automatisierten Zahnräderwechselgetriebes verbunden. Die Steuerungseinrichtung ist dazu vorgesehen, wenn eine Leistungsanforderung an die Antriebsmaschine in einem ersten Bereich um eine Nulllast liegt, eine Antriebsverbindung zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle zu unterbrechen. Dabei steht die Steuerungseinrichtung mit einer Fahrbahninformationseinrichtung, welche Informationen über einen Verlauf der Fahrbahn in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs liefert, in Signalverbindung. Die Steuerungseinrichtung ist dazu vorgesehen, eine Entscheidung über eine Unterbrechung und Wiederherstellung der Antriebsverbindung in Abhängigkeit der genannten Informationen über den Verlauf der Fahrbahn zu treffen. Die Kupplung und das Getriebe werden ebenfalls von der Steuerungseinrichtung angesteuert, so dass mittels der Steuerungseinrichtung die Kupplung geöffnet oder geschlossen wird und Gangwechsel im Getriebe durchführt werden.
• Weiterhin ist aus der WO 01/92049 A1 ein Getriebe für ein Fahrzeug mit einer Getriebeeingangswelle, einer mit der Getriebeeinganswelle mittels Getrieberädern gekoppelte Getriebezwischenwelle, einer mit der Getriebezwischenwelle mittels Getrieberädern gekoppelte Hauptwelle und einer Steuereinheit bekannt. Dabei ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass das Getriebe bei einer erfassten Nulllast in eine Neutralstellung überführt wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Betrieb eines Fahrzeugs anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• In einem Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs wird mittels einer Kupplung eine Antriebsmaschine mit einem Getriebe gekoppelt oder von diesem entkoppelt. Erfindungsgemäß wird ein Schlupf der Kupplung bei einer Nulllastanforderung an die Antriebsmaschine in Abhängigkeit einer Schleppmomentanforderung in mehr als zwei Stufen oder stufenlos eingestellt.
• Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in besonders vorteilhafter Weise eine Beschleunigung des Fahrzeugs bei einer Talfahrt in einem geöffneten Zustand eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs vermieden oder zumindest verringert werden. Dabei wird ein Schlupf der Kupplung derart zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert eingestellt, dass die Schleppmomentanforderung erfüllt wird. Hierbei ist in vorteilhafter Weise kein Schaltvorgang des Getriebes erforderlich, so dass ein besonders komfortables Lastwechselverhalten realisiert werden kann. Hierdurch ist auch eine mechanische Belastung der Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere des Getriebes, der Antriebsmaschine sowie von deren Lagerung, minimiert. Ferner können gegenüber einem Betriebszustand, in welchem das Getriebe im Leerlauf oder einer Neutralstellung betrieben wird, zusätzliche Bremseingriffe mit einer Betriebsbremse entfallen. Auch ist aufgrund einer möglichen Schubabschaltung in einem Motorbremsbetrieb einer als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmaschine gegenüber dem Betriebszustand, in welchem das Getriebe im Leerlauf oder einer Neutralstellung betrieben wird, eine Reduktion eines Kraftstoffverbrauchs realisierbar.
• Dabei ist das Verfahren bei verschiedenen Kupplungen, beispielsweise Nass- und Trockenkupplungen und Getrieben, anwendbar. Das Getriebe ist dabei insbesondere als Automatikgetriebe, beispielsweise Planetengetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe, ausgebildet. Auch ist eine Ausbildung des Getriebes als so genanntes Wandlerautomatikgetriebe möglich, wobei der Schlupf der Wandler-Kupplung bei dieser Ausgestaltung beispielsweise mittels einer variablen Einstellung eines Füllzustands eines Getriebeöls realisiert wird.
• Gemäß einer möglichen Weiterbildung wird in einem Rollbetrieb des Fahrzeugs in einer ersten Stufe ein maximaler Schlupf eingestellt und in einem Motorbremsbetrieb in einer zweiten Stufe wird ein minimaler Schlupf eingestellt. Im Rollbetrieb bewegt sich ein Fahrzeug bei sehr geringem Kraftstoffverbrauch in einer Rollbewegung ohne Anforderung einer Last und im Motorbremsbetrieb kann beispielsweise bei Fahrten im Gefälle ein Bremsen des Fahrzeugs ohne Verwendung der Betriebsbremse des Fahrzeugs oder zur Unterstützung dieser durchgeführt werden, wobei bei der so genannten Schubabschaltung bei einem Verbrennungsmotor kein Kraftstoff verbraucht wird. Zwischen diesen beiden Stufen ist der Schlupf der Kupplung je nach Schleppmomentanforderung in Stufen oder stufenlos einstellbar.
• In einer möglichen Ausgestaltung wird die Schleppmomentanforderung automatisch in Abhängigkeit einer Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder in Abhängigkeit eines Gefälles einer Fahrbahn, auf welcher sich das Fahrzeug bewegt, ermittelt. Dadurch ist es möglich, dass der Schlupf der Kupplung derart eingestellt wird, dass das Fahrzeug auf Gefällestrecken mit besonders geringem Energiebedarf bei im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit bewegt wird.
• Hierzu ist es in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Schlupf der Kupplung derart eingestellt wird, dass die Sollgeschwindigkeit bei einer Gefällefahrt des Fahrzeugs im Wesentlichen konstant gehalten wird.
• Unter einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit kann auch ein Geschwindigkeitsbereich um die aktuelle Sollgeschwindigkeit herum verstanden werden, die bei vielen Systemen als Geschwindigkeitshysterese vorgegeben oder einstellbar ist. Hierbei wird als zulässige aktuelle Geschwindigkeit auch eine Abweichung nach oben und unten als zulässig akzeptiert, solange die obere Grenzgeschwindigkeit nicht überschritten beziehungsweise die untere Grenzgeschwindigkeit nicht unterschritten ist. Die Grenzgeschwindigkeiten können dabei auch einen asymmetrischen Abstand zur aktuellen Geschwindigkeit aufweisen.
• Eine mögliche weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schleppmomentanforderung mittels einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage erzeugt wird. Dadurch ist bei aktivierter automatischer Geschwindigkeitsregelanlage eine besonders komfortable und energiesparende Fahrweise realisierbar.
• Auch ist es in einer Ausführung möglich, dass die Schleppmomentanforderung automatisch in Abhängigkeit eines Abstands und/oder einer Geschwindigkeit vor dem Fahrzeug auf einer Fahrbahn befindlicher Objekte ermittelt wird. Dadurch ist es möglich, den Schlupf der Kupplung zusätzlich derart einzustellen, dass ein beispielsweise mittels eines so genannten Abstandsregeltempomats vorgegebener Sollabstand bei einer Fahrt hinter einem vorausfahrendem Fahrzeug bei gleichzeitig besonders komfortabler und energiesparender Fahrweise eingehalten wird. Eine Anzahl von Bremseingriffen mittels der Betriebsbremse wird dabei minimiert.
• Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung wird die Schleppmomentanforderung anhand einer Stellung eines Fahrpedals vorgegeben. Somit kann der Fahrer des Fahrzeugs individuell das gewünschte Schleppmoment vorgeben.
• Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Anforderung eines maximalen Schleppmoments anhand einer nichtbetätigten Stellung des Fahrpedals und die Nulllastanforderung in einem Bereich zwischen einer ersten Stellung und der nichtbetätigten Stellung des Fahrpedals vorgegeben wird, wobei die erste Stellung des Fahrpedals zwischen der nichtbetätigten und einer vollbetätigten Stellung des Fahrpedals positioniert ist. Hierdurch ist es für den Fahrer des Fahrzeugs in besonders einfacher Weise vorzugeben, ob und in welcher Stärke das Schleppmoment eingestellt werden soll. Gemäß einer weiteren Ausführung ist hierzu das Fahrpedal als so genanntes haptisches Fahrpedal ausgebildet, welches den Fahrer mittels haptischer Signale auf die Möglichkeit der Einstellung verschiedener energiesparender Betriebsfunktionen hinweisen kann. Bei einer Kopplung mit einer Abstandserfassungseinheit zur Erfassung vorausfahrender Fahrzeuge ist es beispielsweise möglich, dass der Fahrer mittels des haptischen Fahrpedals anhand der haptischen Signale darauf hingewiesen wird, das Fahrpedal zur Realisierung des Rollbetriebs, des Motorbremsbetriebs oder eines zwischen diesen Betriebsarten befindlichen Betriebs weniger zu betätigen. Auch kann das haptische Fahrpedal über einen in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation automatisch einstellbaren Betätigungswiderstand verfügen.
• Um Lastwechsel sowie einen Kupplungs- und Getriebeverschleiß weiter zu vermindern und den Komfort für Fahrzeuginsassen weiter zu erhöhen, wird in einer Weiterbildung der Erfindung vor einem zumindest teilweise Schließen der Kupplung aus einer vollständig geöffneten Stellung eine Drehzahl der Antriebsmaschine an eine Drehzahl des Getriebes angepasst.
• Um weiterhin einen Temperatureintrag in die Kupplung und den Antriebsstrang zu minimieren und ein Erreichen einer kritischen Kupplungstemperatur zu vermeiden, wird einer möglichen Weiterbildung der Erfindung die Einstellung des Schlupfes der Kupplung in Abhängigkeit einer Kupplungstemperatur durchgeführt. Dabei werden insbesondere die Größe des Schlupfes der Kupplung und eine Betriebsdauer der Kupplung in einem Bereich zwischen der ersten Stufe mit maximalem Schlupf und in der zweiten Stufe mit minimalem Schlupf eingestellt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch einen Geschwindigkeitsverlauf eines Fahrzeugs bei einer ersten Gefällefahrt und verschiedene Betriebsfunktionen eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs während dieser Gefällefahrt nach dem Stand der Technik,
• 2 schematisch einen Geschwindigkeitsverlauf eines Fahrzeugs bei einer zweiten Gefällefahrt und verschiedene Betriebsfunktionen eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs während dieser Gefällefahrt nach dem Stand der Technik,
• 3 schematisch einen Vergleich eines Geschwindigkeitsverlaufs eines Fahrzeugs bei der ersten Gefällefahrt und verschiedene Betriebsfunktionen eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs während dieser Gefällefahrt bei einer Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Geschwindigkeitsverlauf gemäß 1,
• 4 schematisch einen Vergleich eines Geschwindigkeitsverlaufs eines Fahrzeugs bei der zweiten Gefällefahrt und verschiedene Betriebsfunktionen eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs während dieser Gefällefahrt bei einer Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Geschwindigkeitsverlauf gemäß 2,
• 5 schematisch ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Einstellung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs,
• 6 schematisch ein Blockschaltbild einer Reglerstruktur eines Reglers des Regelkreises gemäß 5, und
• 7 schematisch ein Blockschaltbild einer Kette mehrerer Einzellimiter zur Realisierung eines funktionalen Limiters der Reglerstruktur gemäß 6.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist ein Geschwindigkeitsverlauf eines in 5 dargestellten Fahrzeugs F bei einer ersten Gefällefahrt und verschiedene Betriebsfunktionen eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs F während dieser Gefällefahrt nach dem Stand der Technik dargestellt.
• Dabei weist das Gefälle eine Steigung m auf und das Fahrzeug F bewegt sich vor Erreichen des Gefälles mit einer Geschwindigkeit v, welche den Wert einer Startgeschwindigkeit v_Start aufweist. Zum Erreichen oder Aufrechterhalten dieser Startgeschwindigkeit v_Start wird das Fahrzeug F in einem Antriebsbetrieb AB von einer nicht gezeigten Antriebsmaschine angetrieben.
• Insbesondere bei Nutzfahrzeugen, aber auch bei Personenkraftwagen, ist es bekannt, dass zum Zweck der Einsparung von Kraftstoff während der Befahrung eines Gefälles die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F, hier die Startgeschwindigkeit v_Start, um eine Differenzgeschwindigkeit Δv erhöht wird. Die erhöhte Geschwindigkeit v wird zum ”Schwungholen” genutzt, um einen folgenden Straßenabschnitt ohne Steigung m oder mit positiver Steigung m mit möglichst geringem Energieaufwand zu befahren.
• Um bei einer Gefällefahrt eine Beschleunigung des Fahrzeugs F zu minimieren, ist es bekannt, mittels der Antriebsmaschine des Fahrzeugs F im mit einem Getriebe des Fahrzeugs F gekoppelten Zustand der Antriebsmaschine eine so genannte Motorbremse durchzuführen. Hierbei wird als Motorbremse ein mechanischer Widerstand bezeichnet, den die Antriebsmaschine einem von außen aufgezwungenen Drehmoment entgegensetzt. Ist die Antriebsmaschine als Verbrennungsmotor ausgebildet, wird in einem Motorbremsbetrieb MB eine Zufuhr des Kraftstoffs unterbrochen oder vermindert, was auch als so genannte Schubabschaltung bekannt ist.
• Weiterhin ist ein Segeln oder Leerlaufsegeln genannter Rollbetrieb RB des Fahrzeugs F bekannt, bei welchem der Antriebsstrang des Fahrzeugs F bei aktivierter Antriebsmaschine getrennt wird, um die Bewegungsenergie des Fahrzeugs F auszunutzen. Hierbei entspricht ein Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs F jedoch dem im Leerlaufbetrieb der Antriebsmaschine.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die negative Steigung m des Gefälles jedoch derart hoch, dass das Fahrzeug F sowohl im Motorbremsbetrieb MB als auch im Rollbetrieb RB über die Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv beschleunigt wird. Entsprechend groß ist die auf das Fahrzeug F ausgeübte Beschleunigung im Rollbetrieb RB und eine daraus resultierende Geschwindigkeitserhöhung über die Startgeschwindigkeit und Differenzgeschwindigkeit v_Start + Δv hinaus.
• Aus diesem Grund ist es erforderlich, zusätzlich in einem Bremsbetrieb BB eine Betriebsbremse des Fahrzeugs F zu betätigen, um die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F entsprechend zu verringern. Diese Bremsvorgänge sowie zwischen dem Motorbremsbetrieb MB und dem Rollbetrieb RB vorhandene Schaltvorgänge SV einer in 5 gezeigten Kupplung 1 des Fahrzeugs F, mittels welcher die Antriebsmaschine mit dem Getriebe gekoppelt oder von diesem entkoppelt wird, führen zu unkomfortablen und das Getriebe mechanisch beanspruchenden Lastwechselreaktionen.
• 2 zeigt einen Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs F bei einer zweiten Gefällefahrt und verschiedene Betriebsfunktionen des Antriebsstrangs des Fahrzeugs F während dieser Gefällefahrt nach dem Stand der Technik, wobei die negative Steigung m des Gefälles kleiner als des in 1 dargestellten Gefälles ist.
• Um die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F im Bereich der Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv zumindest nahezu zu halten, ist es erforderlich, ständig zwischen den statischen Betriebsfunktionen Rollbetrieb RB und Motorbremsbetrieb MB mit zwischengelagerten Bremsbetrieben BB zu schalten, wodurch die genannten Nachteile der unkomfortablen und das Getriebe mechanisch beanspruchenden Lastwechselreaktionen entstehen.
• Um die in den 1 und 2 dargestellten Nachteile zu überwinden und gleichzeitig die Geschwindigkeit v zumindest über eine längere Zeit ohne große Geschwindigkeitssprünge im Bereich der Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv zu halten, sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs F vor, dass ein Schlupf der zwischen Antriebsmotor und Getriebe angeordneten Kupplung 1 bei einer Nulllastanforderung an die Antriebsmaschine in Abhängigkeit einer Schleppmomentanforderung in mehr als zwei Stufen oder stufenlos zwischen einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe eingestellt wird. Dabei befindet sich das Fahrzeug F in der ersten Stufe in einem Rollbetrieb RB mit maximalem Schlupf der Kupplung 1, das heißt vollständig geöffneter Kupplung 1. In der zweiten Stufe befindet sich das Fahrzeug F in einem Motorbremsbetrieb MB mit minimalem Schlupf der Kupplung 1 bei vollständig geschlossener Kupplung 1.
• Mittels des Verfahrens realisierte Geschwindigkeitsverläufe des Fahrzeugs F bei der ersten und zweiten Gefällefahrt und verschiedene Betriebsfunktionen eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs F während dieser Gefällefahrt sind im Vergleich zu den Geschwindigkeitsverläufen gemäß der 1 und 2 in den 3 und 4 dargestellt.
• Bei der als Schlupfbetrieb SB bezeichneten Fahrfunktion mit Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 wird eine Kupplungsposition dabei durch einen in 5 dargestellten Regelkreis 2 festgelegt, wobei die Kupplungsposition und somit der Schlupf derselben derart eingestellt werden, dass ein Geschwindigkeitszuwachs des Fahrzeugs F während des Ausrollens im Gefälle mittels des Motorbremsbetriebs MB bei teilweise geöffneter Kupplung 1 begrenzt wird. Je nach Fahrwiderstand FW führt dies dazu, dass entweder der Antriebsstrang vollständig geöffnet wird, die Kupplung 1 bei steilerem Gefälle zur Realisierung des Motorbremsbetriebs MB und der Schubabschaltung vollständig geschlossen oder die Kupplung 1 im Schleifbereich im Hinblick auf einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und vorgegebenen Geschwindigkeitszuwachs betrieben wird.
• In dieser Zwischenstellung, bei der durch den Schlupf der Kupplung 1 ein entsprechendes Bremsmoment von der mitgeschleppten Antriebsmaschine auf Räder des Fahrzeugs F wirkt, wird eine Beschleunigung durch das Gefälle verhindert oder nur in vorgegebenen Grenzen zugelassen.
• Die Steuerung und/oder Regelung wird dabei abhängig von einer Momentanforderung und der aktuellen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F bestimmt. Wird bei einer Nulllastanforderung, auch bei leichtem negativem Wert, eine Beschleunigung des Fahrzeugs F festgestellt, das heißt erhöht sich die Geschwindigkeit von der Startgeschwindigkeit v_Start um die Differenzgeschwindigkeit Δv, wird durch die Zwischenstellung der Kupplung 1 ein entsprechendes Schlupfmoment zur Bremsung des Fahrzeugs F von der mitgeschleppten Antriebsmaschine auf die Räder des Fahrzeugs F übertragen.
• Die Differenzgeschwindigkeit Δv ist beispielsweise in Kennfeldern hinterlegt und/oder bestimmt sich prozentual von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F. Auch ist es möglich, dass die Differenzgeschwindigkeit Δv manuell vom Fahrer vorgegeben wird. Hierbei kann es sich um einen separaten Wert oder einen direkt eingestellten Zielwert einer Geschwindigkeitsregelanlage handeln, welche ebenfalls einen Geschwindigkeitsbereich um den Zielwert herum zulässt. Dieser Bereich kann auch asymmetrisch um die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F herum ausgebildet sein, so dass die Differenzgeschwindigkeit Δv unterschiedliche positive und negative Werte aufweist. Zur Sicherheit kann aber auch ein Minimum der vorhanden Werte für die Differenzgeschwindigkeit Δv vorgegeben werden, wobei bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten unterschiedlich hohe Differenzgeschwindigkeiten Δv vorgegeben sein können. Anhand der festgelegten Minimumwerte, welche insbesondere auch in einem Kennfeld zum Beispiel abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und/oder Fahrzeuggewicht hinterlegt sein können, kann ein nach Fahrerwunsch eingestellter Geschwindigkeitsbereich aus Sicherheitsgründen eingeschränkt werden um eine überhöhte Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu verhindern.
• Dabei erfolgt eine Ermittlung einer Schleppmomentanforderung automatisch in Abhängigkeit einer Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs F und/oder in Abhängigkeit eines Gefälles einer Fahrbahn, auf welcher sich das Fahrzeug F bewegt.
• Hierbei erfolgt die Ermittlung insbesondere vorausschauend, so dass nicht erst bei Überschreitung der Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv der Schlupf der Kupplung 1 verringert wird, sondern schon dann, wenn festgestellt wird, dass durch das bevorstehende Gefälle die Beschleunigung des Fahrzeugs F diesen Wert überschreiten wird. Hierbei kann, wie 4 näher zeigt, durch die frühzeitige Verringerung des Schlupfes der Kupplung 1 eine Beschleunigung des Fahrzeugs F soweit über das gesamte Gefälle reduziert werden, dass die Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv nicht von einer Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F überschritten wird und am Ende des Gefälles auch noch vorliegt. Gemäß 3 führt die frühzeitige Verringerung des Schlupfes der Kupplung 1 dazu, dass ein Bremseingriff mittels der Betriebsbremse zumindest später erfolgen kann.
• Wird die Schleppmomentanforderung mittels der automatischen Geschwindigkeitsregelanlage in Abhängigkeit einer eingegebenen Zielgeschwindigkeit erzeugt, kann mittels der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 somit ein dosierbares Bremsmoment von der Antriebsmaschine in den Antriebsstrang eingebracht werden, der die Regelung der Geschwindigkeitsregelanlage erweitert und zudem Komfortvorteile hat.
• Insbesondere bleibt hierbei der im Getriebe eingelegte Gang oder eine im Getriebe eingelegte Fahrstufe eingelegt und bei einer positiven Beschleunigung, das heißt bei einer Momentanforderung durch den Fahrer mittels eines Fahrpedals, wird entsprechend schneller reagiert. Durch den Schlupf wird die Antriebsmaschine auch entsprechend dem jeweiligen Gefälle und der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F zumindest teilweise mitgeschleppt, was zu verringerten Drehzahlschwankungen zwischen dem Leerlauf im Rollbetrieb RB und voller Drehzahl im Motorbremsbetrieb MB führt und somit ebenfalls den Komfort steigert. Auch das Einkuppeln erfolgt weicher, das heißt mit minimierten Lastwechselreaktionen, da die Kupplung 1 schon im Schlupf ist.
• Zudem führt das zumindest teilweise Mitschleppen der Antriebsmaschine zu einer Kraftstoffverbrauchsreduktion, da im Gegensatz zum reinen Rollbetrieb RB die Antriebsmaschine nicht im Leerlauf betrieben und daraus folgend Kraftstoff eingespritzt werden muss, sondern durch das Mitschleppen vom Bremsmoment über der Leerlaufdrehzahl gehalten werden kann und somit kein Kraftstoff eingespritzt wird. Hierbei kann zur Betriebssicherheit und zur Komfortsteigerung aber eine Einspritzung bis zu einer bestimmten Drehzahl stattfinden, welche durch Kennfelder in einem Steuergerät hinterlegt sein kann und sich von der eigentlichen Leerlaufdrehzahl unterscheidet. Insbesondere liegt diese Drehzahl normalerweise unter der Leerlaufdrehzahl.
• Alternativ zur Erzeugung der Schleppmomentanforderung mittels der automatischen Geschwindigkeitsregelanlage in Abhängigkeit der eingegebenen Zielgeschwindigkeit wird diese anhand einer Stellung eines Fahrpedals vorgegeben.
• Bei einer Nullastanforderung, d. h. in einer nichtbetätigten Stellung des Fahrpedals, wünscht der Fahrer im Allgemeinen keine Beschleunigung des Fahrzeugs F. Um eine Beschleunigung im Gefälle zu vermeiden oder zumindest zu verringern wird der Schlupf der Kupplung 1 im Schlupfbetrieb SB derart eingestellt, das ein teilweises Mitschleppen der Antriebsmaschine das Fahrzeug F derart bremst, dass dieses konstant im Bereich der Geschwindigkeit der Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv gehalten wird. Die Regelung erfolgt dabei insbesondere unabhängig von erwarteten Momenten direkt abhängig von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F. Wird das Fahrzeug F weiter beschleunigt, wird die Kupplung 1 weiter geschlossen, wird das Fahrzeug F langsamer, wird die die Kupplung 1 weiter geöffnet.
• Dabei kann das Fahrpedal als haptisches Fahrpedal ausgebildet sein, bei welchem eine Anforderung eines Maxiwerts eines Schleppmoments SM anhand einer nichtbetätigten Stellung des Fahrpedals und die Nulllastanforderung in einem Bereich zwischen einer ersten Stellung und der nichtbetätigten Stellung des Fahrpedals vorgegeben wird. Hierbei ist die die erste Stellung des Fahrpedals zwischen der nichtbetätigten und einer vollbetätigten Stellung des Fahrpedals positioniert.
• Ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Regelkreises 2 zur Einstellung der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F anhand der der Steuerung des Schlupfes der Kupplung 1 ist in 5 dargestellt.
• Ziel der Einstellung des Schlupfes der Kupplung 1 ist es, zum einen ein ”Schwungholen” des Fahrzeugs 1 zu unterstützen und zum anderen den Fahrkomfort dahingehend sicherzustellen, dass das Fahrzeug 1 beim ”Schwungholen”, d. h. bei der Gefällefahrt, nicht schneller als die Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv wird. Realisiert wird dies über eine Regelung der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F auf eine Maximalgeschwindigkeit, welche dieser Summe entspricht. Stellgröße ist dabei das von der automatisierten Kupplung 1 übertragene Moment oder eine Kupplungsposition.
• Eine Wegnahme von Antriebs- und Bremsanforderung wird dahingehend interpretiert, dass der Fahrer des Fahrzeugs F oder eine Fahrerassistenzvorrichtung die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F halten möchte. Somit gilt zunächst für eine Wunschgeschwindigkeit, dass diese der Startgeschwindigkeit v_Start entspricht. Zusätzlich wird die Annahme getroffen, dass der Fahrer akzeptiert, dass das Fahrzeug F zum Zweck der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs in der Gefällestrecke Schwung bis maximal zum Erreichen der Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv aufnimmt.
• Diese so genannte Hysterese der Differenzgeschwindigkeit Δv ist dabei im Fahrpedalbetrieb eine Funktion der Wunschgeschwindigkeit, das heißt der Startgeschwindigkeit v_Start. Unter einem Fahrpedalbetrieb wird dabei ein Betrieb des Fahrzeugs F verstanden, in welchem die Geschwindigkeit v ausschließlich über die Betätigung eines Fahrpedals manuell durch den Fahrer des Fahrzeugs F eingestellt wird.
• Im so genannten Tempomatbetrieb, in welchem die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F Geschwindigkeitsregelanlage eingestellt wird, entspricht die Differenzgeschwindigkeit Δv einem beispielsweise durch den Fahrer oder werkseitig vorgegebenen Hysteresewert.
• Lässt der Fahrer während der Regelung die Geschwindigkeit v deutlich unter die Startgeschwindigkeit v_Start fallen, wird die Interpretation, dass der Fahrer die ursprüngliche Startgeschwindigkeit v_Start halten möchte, als unzulässig verworfen. Die Wunschgeschwindigkeit wird deshalb fortlaufend angepasst, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F unter eine vorgegebene Minimalgeschwindigkeit fällt. Dabei findet eine kontinuierliche Anpassung der Wunschgeschwindigkeit gemäß v_wunsch = min{v_wunsch, v(t) + Δv_min} (1) mit:

v_wunsch

= Wunschgeschwindigkeit,

Δv_min

= Unterschreitung der Minimalgeschwindigkeit.

• Entsprechend wird dann auch die Maximalgeschwindigkeit, welche der Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv entspricht, an die neue Wunschgeschwindigkeit angepasst.
• Ziel der Regelung der Einstellung des Schlupfes der Kupplung 1 ist es, die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F auf die Maximalgeschwindigkeit einzustellen. Gelingt dies stationär, dann hat das Fahrzeug F maximalen Schwung gesammelt ohne – mit der Interpretation der Maximalgeschwindigkeit – dem Fahrerwunsch widersprochen zu haben.
• Ausgang dieser Regelung ist eine Sollmomentrate R für die Kupplung 1, welche anschließend zur eigentlichen Stellgröße, d. h. dem Sollkupplungsmoment M aufintegriert wird. Ein Regler 3 des Regelkreises 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft als so genannter PD-Regler ausgebildet, welcher zusammen mit der anschließenden diskreten Integration zum so genannten PI-Regler wird. Eine Reglerstruktur des Reglers 3 ist in 6 näher dargestellt.
• Regelparameter werden dabei in Abhängigkeit von Parametern und Schätzwerten über Antriebsstrang- und Fahrzeugeigenschaften angepasst. Diese Parameter sind beispielweise ein Getriebeübersetzung, ein dynamischer Halbmesser von Reifen einer Antriebsachse, eine Fahrzeugmasse und/oder weitere Parameter.
• Aus dem Sollkupplungsmoment M wird mittels einer Kupplungskennlinie KKL eine Sollkupplungsposition s ermittelt, welche anschließend durch eine unterlagerte Kupplungslageregelung, beispielsweise anhand einer Ansteuerung von Magnetventilen, eingestellt wird. In der Kupplungskennlinie KKL ist hinterlegt, bei welcher Position der Kupplung 1 ein bestimmtes Moment übertragen wird.
• Die am Ausgang des PD-Reglers 3.1 vorliegende Sollmomentrate R wird durch einen in 6 dargestellten funktionalen Limiter 3.2, auch als Begrenzer bezeichnet, begrenzt. Diese Begrenzungen bestimmen in hohem Maße die Eigenschaften der Regelung.
• Wie 7 zeigt, ist der funktionale Limiter 3.2 aus mehreren in Reihe geschalteten Einzellimitern 3.2.1 bis 3.2.7 gebildet. An den Eingängen der Einzellimiter 3.2.2 bis 3.2.7 liegt jeweils eine Momentrate an, welche durch den vorherigen Einzellimiter 3.2.1 bis 3.2.6 begrenzt ist. Dem Eingang des ersten Einzellimiters 3.2.1 wird die Sollmomentrate R zugeführt. Am Ausgang des letzten Einzellimiters 3.2.7 liegt eine Limiter-Sollmomentrate R_Lim vor.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Einzellimiter 3.2.1 ein Komfort-Limiter. Eine Rate eines Reglerausgangs wird hierbei zunächst durch sowohl positive als auch negative Werte begrenzt, da zu hohe Momentraten der Kupplung 1 für den Fahrer des Fahrzeugs F spürbar sind, weil sie zu Oszillationen im Antriebsstrang führen. Raten eines maximalen Kupplungsmomentaufbaus und -abbaus sind Funktionen des aktuellen Sollkupplungsmoments M. Für kleine Momentwerte sind dabei die maximalen Raten kleiner als für große Momentwerte.
• Ein zweiter Einzellimiter 3.2.2 ist zur Begrenzung eines maximalen Motordrehzahlgradienten für die Antriebsmaschine vorgesehen. Hierbei werden sowohl positive als auch negative Begrenzraten für den Ausgang berechnet. Der zweite Einzellimiter 3.2.2 regelt den Gradienten einer Motordrehzahl ω_Mot auf einen parametrierten maximalen Wert. Da Änderungen der Motordrehzahl ω_Mot vom Fahrer bemerkt werden, hat dieser Einzellimiter 3.2.1 das Ziel, ein Trennen und Wiederankoppeln der Antriebsmaschine mittels der Kupplung 1 möglichst unauffällig, das heißt mit besonders geringen Lastwechselreaktionen, durchzuführen.
• Ein dritter Einzellimiter 3.2.3 ist zur Begrenzung des maximalen Kupplungsmoments vorgesehen. Wenn ein motorseitiger Nebenverbraucher mit hohem Moment aktiv ist, kann es zu Schleifphasen mit hohem stationären Kupplungsmoment kommen, was wiederum zu einem deutlich erhöhten thermischen und mechanischen Belastung der Kupplung 1 führen kann. Der dritte Einzellimiter 3.2.3 bestimmt in Phasen mit geöffneter Kupplung 1 ein Nebenverbrauchermoment. Mit diesem Schätzwert wird das tatsächliche Kupplungsmoment aus dem Motormoment und dem Motordrehzahlgradienten der Antriebsmaschine berechnet. Der Wert des Kupplungsmoments ist die Regelgröße eines Reglers 3.3 zur Begrenzung des maximalen Kupplungsmoments auf ein Limiter-Kupplungsmoment M_Lim. Das maximale Kupplungsmoment wird dabei auf einen Wert begrenzt, der betragsmäßig wenig oberhalb des Betrags des Schleppmoments SM der Antriebsmaschine liegt, so dass es im Normalbetrieb ohne Nebenverbraucher stets gelingt, die Antriebsmaschine zu beschleunigen und einen Gleichlauf herzustellen.
• Ein vierter Einzellimiter 3.2.4 ist zur Begrenzung einer maximalen positiven Beschleunigung vorgesehen. Nach Aktivierung der Funktion zur Kupplungsansteuerung und deren Schlupfeinstellung ist es das Ziel, das Fahrzeug F ausgehend von der Wunschgeschwindigkeit auf die Maximalgeschwindigkeit, d. h. auf die Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv, zu beschleunigen, wobei die Differenzgeschwindigkeit Δv aus der ”Schwungenergie” bei der Gefällefahrt erzeugt wird. Da die Geschwindigkeitsregelung sehr schnell ist, kann dies zunächst dazu führen, dass selbst in einem steilen Gefälle zunächst die Kupplung 1 geöffnet wird, um möglichst schnell die Maximalgeschwindigkeit zu erreichen. Dies könnte jedoch vom Fahrer als negativ und unkomfortabel empfunden werden. Aus diesem Grund wird mittels des vierten Einzellimiters 3.2.4 die Kupplungsmomentrate nach unten derart limitiert, dass eine fest parametrierte Maximalbeschleunigung des Fahrzeugs F möglichst nicht überschritten wird. Die minimale Kupplungsmomentrate ergibt sich dabei aus einer reinen I-Regelung der Fahrzeugbeschleunigung.
• Der am Ausgang des funktionalen Limiters 3.2 vorliegende Wert der Limiter-Sollmomentrate R_Lim ergibt sich dabei zu R_Lim = max{R_Lim,ein, K_a·(v . – a_max)} (2) mit:

R_Lim,ein

= Limiter-Sollmomentrate am Eingang des Limiters 3.2,

K_a

Regelungsverstärkung,

v .

= Beschleunigung,

a_max

Maximalbeschleunigung.

• Die Regelungsverstärkung K_a wird dabei in Abhängigkeit der Übersetzungen des Antriebsstrangs angepasst. Über die Maximalbeschleunigung erfolgt die Einstellung, ab welcher Steigung m des Gefälles die Kupplung 1 geschlossen bleibt.
• Ein fünfter Einzellimiter 3.2.5 ist zur Regelung einer minimalen Motordrehzahl der Antriebmaschine und ein sechster Einzellimiter 3.2.6 ist zur Abstandsregelung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorgesehen.
• Ein siebter Einzellimiter 3.2.7 ist zur Einstellung eines Mindestkomforts und entspricht dem ersten Einzellimiter 3.2.1, wobei hier schnellere Momentraten appliziert werden. Eine mittels des siebten Einzellimiters 3.2.7 durchgeführte finale Ratenlimitierung stellt sicher, dass keiner der Regler der vorangestellten Limiter 3.2.1 bis 3.2.6 zu einer Beeinträchtigung des Fahrkomforts führt.
• Betätigt der Fahrer das Fahrpedal während die Kupplung 1 geöffnet ist oder im Schleifbereich gehalten wird, wird die im Schlupfbetrieb SB durchgeführte automatische Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 passiv und es muss ein Übergang in den Fahrbetrieb mit positiven Moment stattfinden. Würde dabei die Kupplung 1 geschlossen und anschließend das Sollmoment des Fahrers an die Antriebsmaschine freigegeben werden, würde sich ein sehr unkomfortabler Lastwechselschlag ergeben. Da während der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten automatischen Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 mit nicht geschlossenem Antriebsstrang der Getriebeeingang, d. h. der Kupplungsabtrieb, eine höhere Drehzahl als die Antriebsmaschine an einer Kupplungsantriebswelle aufweist, überträgt die Kupplung 1 ein negatives Moment. Das Schließen der Kupplung 1 als Reaktion auf die Fahrpedalbetätigung des Fahrers hätte damit, entgegen des Fahrerwunsches nach Vortrieb, einen Aufbau von negativem, bremsendem Moment zur Folge. Durch das Schließen der Kupplung 1 würde die Antriebsmaschine beschleunigt, so dass es zum Gleichlauf kommt. Bei Erreichen des Gleichlaufs wäre der Antriebsstrang in negativer Richtung gespannt. Wird nun das Fahrpedalmoment an die Antriebsmaschine freigegeben, würde dies einen schnellen unkontrollierten Wechsel einer Antriebsstrangverdrillung zur Folge haben. Insbesondere käme es zu einem schnellen und harten Durchwandern von so genannten Losen im Antriebsstrang beim Vorzeichenwechsel der Antriebsstrangverdrillung.
• Bei positiver Momentanforderung wird die im Schlupfbetrieb SB durchgeführte automatische Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 verlassen und eine Übergangsfunktion gestartet. Betätigt der Fahrer in der beschriebenen Fahrsituation das Fahrpedal, wird abgesehen von einer Aufbauratenbegrenzung sein Sollmoment uneingeschränkt durchgelassen, obwohl der Antriebsstrang nicht geschlossen ist. Die Kupplung 1 wird dabei zunächst weiter geöffnet. Dies hat zur Folge, dass die Antriebsmaschine beschleunigt wird. Der Fahrer erhält also eine unmittelbare Reaktion des Fahrzeugs F auf seine Anforderung nach Vortrieb, wenn auch tatsächlich nur über ein Geräusch der Antriebsmaschine. Nähert sich die Motordrehzahl ω_Mot der Antriebsmaschine der Getriebeeingangsdrehzahl wird ein Begrenzer für die Motordrehzahl ω_Mot aktiviert, welcher das Sollmoment des Fahrers limitiert, so dass sich die Motordrehzahl ω_Mot knapp oberhalb der Getriebeeingangsdrehzahl einstellt. Bei Erreichen dieser Zieldrehzahl ist das Motormoment wieder zu nahe Null abgebaut. Nun wird die Kupplung 1 kontrolliert geschlossen. Die Kupplung 1 überträgt dabei ein positives Moment, da sich die Antriebsmaschine schneller als der Getriebeeingang dreht. Die Losen des Antriebsstrangs werden dabei sanft umgelegt. Durch eine Last des Kupplungsschließens wird die Motordrehzahl ω_Mot verringert, so dass die zuvor eingestellte kleine positive Drehzahllücke zum Getriebeeingang geschlossen wird. Der Gleichlauf ist eingestellt. Anschließend wird das Motormoment wieder bis zum Sollmoment des Fahrpedals freigegeben.
• Im Gegensatz zum Übergang aus der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten automatischen Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 in den Zugbetrieb gestaltet sich der Übergang in den Motorbremsbetrieb MB unproblematischer, da es zu keinem Lastwechsel und damit Losedurchlauf kommt. Betätigt der Fahrer beispielsweise die Betriebsbremse, wird die Kupplung 1 geschlossen, wobei die Kupplung 1 ein bremsendes Moment überträgt. Dies findet jedoch nicht beliebig schnell statt, da es sonst zu unkomfortablen Schwingungen des Antriebsstrangs beim Erreichen des Gleichlaufs kommt. Aus diesem Grund ist auch für den Übergang aus dem Motorbremsbetrieb MB eine Übergangsfunktion eingeführt, bei der nahezu keine Schwingungen beim Einkuppeln auftreten.
• Während des Übergangs wird das Motormoment auf Null gehalten. Basis der Übergangsfunktion für das Kupplungsschließen ist eine fest parametrierte Rate R_brk für das Sollkupplungsmoment M. Diese parametrierte Rate R_brk wird in Abhängigkeit des Gradienten der Motordrehzahl ω ._Mot reduziert. Ziel dabei ist, mit der Kupplung 1 genau das Schleppmoment SM der Antriebsmaschine einzustellen. Erreicht die Motordrehzahl ω_Mot die Getriebeeingangsdrehzahl, wird sprungartig das Motormoment von Null auf das negative Schleppmoment SM der Antriebsmaschine umgeschaltet. Dadurch verläuft das Moment am Kupplungsausgang annähernd konstant, so dass keine Schwingung angeregt wird.
• Die Kupplung überträgt am Abtrieb ein negatives Schleppmoment M_slp, wenn gleichzeitig die Motordrehzahl ω_Mot mit dem Gradienten gemäß

  

  wächst. Dabei ist J_Prim die Summe der Trägheitsmomente von Antriebsmaschine, Schwungmasse und Kupplungsglocke.
• Zusammengefasst errechnet sich das Kupplungssollmoment bzw. Sollkupplungsmoment M gemäß M = ∫min{R_brk, K_brk(|M_slp| – J_Prim·ω ._Mot)}dt. (4)
• Je nach angefordertem Bremsmoment wird die Motorbremse betätigt und dabei der Schlupf verringert, um mehr Motorbremsmoment zu übertragen. Dabei wird aufgrund des Schlupfes der Kupplung die Antriebsmaschine nur teilweise mitgeschleppt, was beim Verringern des Schlupfes nicht nur zu einer erhöhten Bremswirkung durch den geringeren Schlupf führt, sondern auch zu einer Erhöhung der Drehzahl der Antriebsmaschine, woraus ebenfalls ein negatives Moment erzeugt wird, um die Beschleunigung der Drehzahl der Antriebsmaschine zu realisieren. Im Grenzfall des Schließens der Kupplung 1, im welchem der Schlupf den Wert Null hat, fällt dieses zusätzliche Moment der Drehzahlerhöhung weg und es liegt nur noch das reine Schleppmoment SM an. Um dieses ebenfalls komfortabler für den Fahrer und mit geringen Lastwechseln ohne große Kraftsprünge für den Antriebsstrang durchzuführen, wird beim Bremsen Kraftstoff eingespritzt. Die Einspritzmenge ist dabei genauso so groß, um die Drehzahlerhöhung zu unterstützen und die Antriebsmaschine auf einer aktuellen Drehzahl zu halten. Durch die Unterstützung der Einspritzung trägt nur der allgemeine Anteil des Schleppmoments SM beim Schlupf zum Bremsmoment bei und nicht das Zusatzmoment der Drehzahlerhöhung. Dies stellt sowohl eine Schutzmaßnahme für den Antriebsstrang und das Getriebe vor starken Lastwechseln dar, als auch eine Steigerung des Komforts für den Fahrer, der den Vorgang wesentlich sanfter und ruhiger erfährt.
• Zur weiteren Optimierung der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten automatischen Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 sind weitere Verfahrensschritte vorgesehen, welche im Folgenden erläutert werden.
• Die Gesamtverlustleistung des Antriebsstrangs bei geöffneter Kupplung 1 ist minimal höher als wenn die Kupplung 1 geschlossen ist und sich das Getriebe in Neutralstellung befindet. Dies ist deshalb so, da drehzahlabhängige Reibungskräfte einer Vorgelegewelle bei einer höheren Drehzahl mehr wirken, als wenn der Getriebeeingang mit Leerlaufdrehzahl mitgeschleppt wird. Aus diesem Grund sieht eine mögliche Ausgestaltung vor, dass das Getriebe in eine Neutralstellung oder einen Leerlauf geschaltet wird, wenn die Kupplung 1 von der Regelung zur Einstellung des Schlupfes vollständig geöffnet wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, zur Verringerung eines Kupplungsverschleißes nach Neutral zu schalten, um die Kupplung 1 anschließend zu schließen.
• Die Schaltung nach Neutral hätte jedoch den Abbruch der eigentlichen Funktion der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 zur Folge, da das Schließen des Antriebsstrangs ein Wiedereinlegen eines Gangs erfordert. Aus diesem Grund wird insbesondere nur dann nach Neutral geschaltet, wenn eine aktuelle Fahrsituation für die Neutralstellung auch noch für einen längeren Zeitraum vorherrscht. Hierfür werden Informationen über einen Fahrwiderstand FW für kommende Streckenabschnitte verwendet, welche beispielsweise im Rahmen einer so genannten ”Intelligent Predictive Powertrain Control” verwendet und aus einer digitalen Karte gewonnen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, nur dann nach Neutral zu schalten, wenn mittels der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 für eine gewisse Entprellzeit die Kupplung 1 bereits offen gehalten wurde.
• Eine Möglichkeit, das Verbrauchseinsparpotenzial der durch die im Schlupfbetrieb SB durchgeführte Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 weiter zu steigern, liegt in der Absenkung der Motordrehzahl ω_Mot unter die normale Leerlaufdrehzahl, wenn die Regelung die Kupplung 1 offen und im Schleifbereich hält und die Getriebeeingangsdrehzahl ausreichend über der Leerlaufdrehzahl liegt. Da das Schleppmoment SM linear mit der Motordrehzahl ω_Mot und damit die Verlustleistung quadratisch steigt, führt bereits eine geringe Absenkung der Motordrehzahl ω_Mot zu einer merklichen Senkung des Kraftstoffverbrauchs im Leerlauf. Es ist jedoch keine beliebige Absenkung der Leerlaufdrehzahl möglich. Zum einen erfordern aktive Nebenverbraucher, wie beispielsweise eine Lenkhelfpumpe, ein Luftpresser und eine Lichtmaschine, je nach Zustand eine gewisse Mindestmotordrehzahl, um wirksam zu sein. Zum anderen steigt mit einer Absenkung der Motordrehzahl ω_Mot die Gefahr für die Antriebsmaschine, dass diese deaktiviert wird, was auch als ”Abwürgen” bekannt ist. Dieses Problem kann im Rahmen der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 behoben werden, indem über das Kupplungsmoment die Motordrehzahl ω_Mot auf einem Mindestwert gehalten wird.
• Dabei wird die Motordrehzahl ω_Mot auf einen Minimalwert ω_Mot,min,cal abgesenkt, welcher zunächst in Abhängigkeit einer Differenz der Getriebeeingangsdrehzahl und der Leerlaufdrehzahl festgelegt wird. Der so bestimmte Wert wird dann nach unten durch einen absoluten Minimalwert begrenzt. Diese absolute Grenze wird durch ein externes Modul, ein so genanntes Motorleerlaufdrehzahlmanagement, bestimmt, welches die Mindestanforderungen einzelner Nebenverbraucher an die Leerlaufdrehzahl zusammenfasst. Die so bestimmte Minimaldrehzahl wird der Motorregelung als Sollleerlaufdrehzahl vorgegeben. Der fünfte Einzellimiter 3.2.5 stellt nun sicher, dass die abgesenkte Leerlaufdrehzahl nur in sehr geringem Maße unterschritten werden kann, auch wenn beispielsweise ein schnelles Einschalten eines Nebenverbrauchs zu einem Einbruch der eigentlichen Leerlaufregelung führen würde.
• Der Regler des fünften Einzellimiters 3.2.5 ist als PD-Regler für die Motordrehzahl ω_Mot ausgeführt, welcher zusammen mit der späteren Integration der Sollmomentrate R eine PI-Reglung der Motordrehzahl ω_Mot gemäß R_Lim = max{R_Lim,ein, K_Mot·(ω_Mot,min – ω_Mot – T_Vω ._Mot)} (5) mit:

R_Lim,ein

= Limiter-Sollmomentrate am Eingang des Limiters 3.2,

K_Mot

= Regelungsverstärkung,

ω_Mot,min

= Minimalwert der Motordrehzahl ω_Mot,

ω_Mot

= Motordrehzahl,

ω ._Mot

= Motorbeschleunigung,

T_V

= Vorhaltezeit,

ergibt.
• Regelziel ist dabei, über das Kupplungsmoment die Motordrehzahl ω_Mot auf den Minimalwert einzuregeln, welcher leicht unterhalb der abgesenkten Leerlaufdrehzahl liegt.
• Als zusätzliche Erweiterung der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 wird gemäß einer möglichen Ausgestaltung die Antriebmaschine vollständig deaktiviert, um den Leerlaufverbrauch bei geöffnetem Antriebsstrang gänzlich zu eliminieren. Dies erfordert zumindest, dass beispielsweise mittels der elektrischen Lenkhelfpumpe oder Lenkunterstützung die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs F sichergestellt ist. Nach einer gewissen Zeit, in der das Fahrzeug F mittels der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 bereits mit vollständig geöffnetem Antriebsstrang rollt, wird zusätzlich die Antriebsmaschine deaktiviert, indem beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzung unterbrochen wird und die Solldrehzahl des fünften Einzellimiters 3.2.5 langsam bis Null reduziert wird.
• Betätigt der Fahrer bei dieser so genannten Segelfunktion mit deaktivierter Antriebsmaschine die Betriebsbremse, wird, wie bereits beschrieben, unter Anpassung der Motordrehzahl ω_Mot an die Getriebedrehzahl die Antriebsmaschine gestartet. Dies geschieht für den Fahrer nahezu unmerklich. Betätigt der Fahrer dagegen aus selbiger Situation das Fahrpedal, wird der Motor über den Starter zunächst gestartet. Ein Starten des Motors über ein Schließen der Kupplung 1 könnte dagegen zu starken Lastwechselschlägen führen.
• Mit der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 ist es möglich, dass die Kupplung 1 über einen längeren Zeitraum im Schleifbereich gehalten wird. Dies geschieht insbesondere dann, wenn sich der Fahrwiderstand FW in einem Bereich befindet, in dem das Fahrzeug F mit geschlossener Kupplung 1 verzögert und mit geöffneter Kupplung 1 beschleunigen würde. In einer solchen Fahrsituation überträgt die Kupplung 1 ein Moment, welches zwischen dem negativen Schleppmoment SM der Antriebsmaschine und Null liegt. Zusammen mit der Differenzdrehzahl an der Kupplung 1 ergibt sich mit diesem ein Leistungseintrag in die Kupplung 1 gemäß P_Tmp = M·(ω_Mot – ω_Gein) (6) mit:

P_Tmp

= Leistungseintrag,

ω_Mot

= Motordrehzahl,

ω_Gein

= Drehzahl an der Getriebeeingangswelle.

• Auch wenn das Sollkupplungsmoment M dabei relativ gering ist, können die Dauer des Wärmeeintrags und die dabei herrschende Differenzdrehzahl zu einer Überhitzung der Kupplung 1 führen. Ein solches Überhitzen der Kupplung 1 während der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 wird verhindert, indem die Limiter-Sollmomentrate R_Lim mittels eines Zwei-Punkt-Reglers, eines so genannten Heizungsreglers, umgeschaltet wird, welcher die Kupplung 1 entweder vollständig öffnet oder schließt, so dass es zu keinem weiteren Energieeintrag in die Kupplung 1 kommt. Das Öffnen und Schließen der Kupplung 1 erfolgt dabei über fest parametrierte Kupplungsmomentrampen R_auf < 0 und R_zu > 0 gemäß

  

  mit:

R_tmp(t)

= Temperatur-Sollmomentrate,

v_max

Maximalgeschwindigkeit = Summe aus Startgeschwindigkeit v_Start und Differenzgeschwindigkeit Δv,

v_wunsch

Wunschgeschwindigkeit,

v

Geschwindigkeit des Fahrzeugs F

t

Zeit,

T_S

= Abtastzeit.

• Die Umschaltung erfolgt, wenn die geschätzte Kupplungstemperatur eine Schwelle überschreitet. Auf die normale im Schlupfbetrieb SB durchgeführte Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 wird wieder umgeschaltet, wenn die Einschalttemperatur um eine parametrierte Schwelle wieder unterschritten wird. Die beschriebene Umschaltung erfolgt dabei schlagfrei, da das eigentliche Sollkupplungsmoment M als Ausgang eines Integrators stetig ist. Ist der Regler zur Durchführung der Vorschriften gemäß Gleichung (7) aktiv, werden funktionale Erweiterungen, wie beispielsweise das Absenken der Motordrehzahl ω_Mot und eine im Folgenden beschriebene Abstandsregelung, deaktiviert.
• Eine Eigenschaft der Fahrfunktion, in welcher die im Schlupfbetrieb SB durchgeführte automatische Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 erfolgt, ist es, dass diese im reinen Schubbetrieb in der Ebene den Antriebsstrang vollständig öffnet. Lässt der Fahrer sein Fahrzeug F ausrollen, weil vor ihm ein nicht dargestelltes langsamer fahrendes Fahrzeug fährt, ist im Hinblick auf den Komfort und den Kraftstoffverbrauch jedoch eine solche vollständige Öffnung des Antriebstrangs nicht zielführend. Zum einen führt eine vollständige Öffnung in diesem Fall dazu, dass das eigene Fahrzeug F zu schnell auf das voraus fahrende aufrollt und der Fahrer gezwungen ist, schon früh aktiv zu bremsen. Aus Komfortsicht ist es also vorteilhafter, den Antriebsstrang vollständig geschlossen zu halten. Es wäre zum anderen aber auch unter dem Aspekt der Verbrauchseinsparung vorteilhaft, denn der beim offenen Antriebsstrang vorherrschende Leerlaufverbrauch ist größer als der im Betrieb der Schubabschaltung mit geschlossener Kupplung 1 vorliegende Nullverbrauch. Aus diesem Grund wird mittels des sechsten Einzellimiters 3.2.6 eine Mindestkupplungsmomentrate aus einer Abstandregelung zu einem voraus fahrenden Fahrzeug bestimmt.
• Eingangsgrößen des Reglers des Einzellimiters 3.2.6 sind dabei ein Abstand Δa_FF zwischen dem Fahrzeug F und dem vorausfahrenden Fahrzeug und eine Relativgeschwindigkeit Δv_FF zu dem vorausfahrenden Fahrzeug. Beide Informationen werden aufbereitet durch ein externes Steuergerät zur Verfügung gestellt. Die Relativgeschwindigkeit Δv_FF ist positiv, wenn das voraus fahrende Fahrzeug schneller als das eigene Fahrzeug F fährt.
• Ein Sollabstand Δd_soll = v·T_dist (8) der Abstandregelung wird durch einen Zeitparameter T_dist und der aktuellen eigenen Geschwindigkeit v festgelegt. Die Limiter-Sollmomentrate R_Lim der Kupplung 1 ergibt sich gemäß R_Lim = max{R_Lim,ein, K_dist·(–C₁Δv ._FF – C₂ΔV_FF – C₃(Δd_FF – v·T_dist))} (9) mit:

R_Lim,ein

= Limiter-Sollmomentrate am Eingang des Limiters 3.2,

K_dist

= Regelungsverstärkung,

C₁, C₂, C₃

= Reglerparameter,

Δv ._FF

= Relativbeschleunigung,

Δv_FF

= Relativgeschwindigkeit,

Δd_FF

= Abstand zwischen den Fahrzeugen,

v

= Geschwindigkeit des Fahrzeugs F,

T_dist

Zeitparameter.

• Die Reglerparameter C₁, C₂, C₃ sind dabei allesamt positiv.
• Das heißt, ist eine Verkehrserkennung und/oder eine Fahrstreckenvorausschau vorhanden, kann diese mit der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten automatischen Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 kombiniert werden und die entsprechenden Schlupfbremsmomente können für einen optimierten Geschwindigkeitsverlauf eingestellt werden. Betätigt der Fahrer das Fahrpedal nicht, um den Abstand zum Vordermann nicht zu unterschreiten oder um das Fahrzeug F mit der Motorbremsung auf ein stehendes Hindernis in einem Stau oder an einer Kreuzung ausrollen zu lassen, wird vom Fahrer ein gewisses Bremsmoment im Motorbremsbetrieb MB gewünscht, um die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs F zu reduzieren. Dies kann mit der im Schlupfbetrieb SB durchgeführten automatischen Regelung des Schlupfes der Kupplung 1 dargestellt werden, wobei diese Regelung dann relevant ist, wenn das volle Motorbremsmoment im Motorbremsbetrieb MB zu einer zu starken Bremsung führen würde, was zu einem Stillstand vor dem Eintreffen am Hindernis führen würde oder der Abstand zum Vordermann erheblich vergrößert würde und das Fahrzeug F wieder beschleunigt werden müsste. Aufgrund des längeren Schlupfbremsmoments kann somit ohne Einspritzung von Kraftstoff der Kraftstoffverbrauch auch über einen längeren Zeitraum reduziert werden, als dies bei einer volle Motorbremsung im Motorbremsbetrieb MB der Fall wäre. Zudem wirkt nach einer Zurücknahme des Fahrpedals nicht sofort die volle Bremswirkung, so dass weniger Lastwechsel erzeugt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Kupplung

2

Regelkreis

3

Regler

3.1

PD-Regler

3.2

Limiter

3.2.1 bis 3.2.7

Einzellimiter

3.3

Regler

AB

Antriebsbetrieb

BB

Bremsbetrieb

F

Fahrzeug

FW

Fahrwiderstand

KKL

Kupplungskennlinie

M

Sollkupplungsmoment

m

Steigung

MLim

Limiter-Kupplungsmoment

MB

Motorbremsbetrieb

R

Sollmomentrate

RLim

Limiter-Sollmomentrate

RB

Rollbetrieb

s

Sollkupplungsposition

SB

Schlupfbetrieb

SM

Schleppmoment

SV

Schaltvorgang

v

Geschwindigkeit

vStart

Startgeschwindigkeit

Δv

Differenzgeschwindigkeit

ωMot

Motordrehzahl

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102004041265 A1 [0004]
• WO 01/92049 A1 [0005]

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (F), wobei mittels einer Kupplung (1) eine Antriebsmaschine mit einem Getriebe gekoppelt oder von diesem entkoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlupf der Kupplung (1) bei einer Nulllastanforderung an die Antriebsmaschine in Abhängigkeit einer Schleppmomentanforderung in mehr als zwei Stufen oder stufenlos eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rollbetrieb (RB) des Fahrzeugs (F) in einer ersten Stufe ein maximaler Schlupf eingestellt wird und in einem Motorbremsbetrieb (MB) in einer zweiten Stufe ein minimaler Schlupf eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleppmomentanforderung automatisch in Abhängigkeit einer Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs (F) und/oder in Abhängigkeit eines Gefälles einer Fahrbahn, auf welcher sich das Fahrzeug (F) bewegt, ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf der Kupplung derart eingestellt wird, dass die Sollgeschwindigkeit bei einer Gefällefahrt des Fahrzeugs gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleppmomentanforderung mittels einer automatischen Geschwindigkeitsregelanlage erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleppmomentanforderung automatisch in Abhängigkeit eines Abstands und/oder einer Geschwindigkeit vor dem Fahrzeug (F) auf einer Fahrbahn befindlicher Objekte ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleppmomentanforderung anhand einer Stellung eines Fahrpedals vorgegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anforderung eines maximalen Schleppmoments anhand einer nichtbetätigten Stellung des Fahrpedals und die Nulllastanforderung in einem Bereich zwischen einer ersten Stellung und der nichtbetätigten Stellung des Fahrpedals vorgegeben wird, wobei die erste Stellung des Fahrpedals zwischen der nichtbetätigten und einer vollbetätigten Stellung des Fahrpedals positioniert ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem zumindest teilweise Schließen der Kupplung (1) aus einer vollständig geöffneten Stellung eine Drehzahl der Antriebsmaschine an eine Drehzahl des Getriebes angepasst wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Schlupfes der Kupplung (1) in Abhängigkeit einer Kupplungstemperatur durchgeführt wird.

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