DE102015122050A1

DE102015122050A1 - Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015122050A1
Application number: DE102015122050.4A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Treiber; Ernst Friedrich Ostertag; Simon Dylla
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN107031640A; RU2661238C2; RU2016149320A3; CN107031640B; RU2016149320A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs, wobei mit Hilfe eines Steuer- und Regelungssystems (2) des Kraftfahrzeugs ein Fahrerwunschmoment (5) in Abhängigkeit einer Fahrervorgabe eines das Kraftfahrzeug betreibenden Fahrers, einer Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeugs (4) und weiterer Komponenten (3) eines Antriebsstranges des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird zur Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrerwunschmomentes (5) ein Sollmoment (6) eines Antriebsaggregates des Antriebsstranges ermittelt, wobei das Sollmoment (6) eine Beschleunigung des Antriebsaggregates selbst beinhaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In Abhängigkeit einer Fahrervorgabe eines das Kraftfahrzeug betreibenden Fahrers wird gemäß dem Stand der Technik ein einzustellendes Drehmoment eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs ermittelt. Die Fahrervorgabe liegt üblicherweise in Form einer Gaspedalstellung des Kraftfahrzeugs vor. Sie kann allerdings auch elektronisch oder in sonstiger Weise, bspw. mit einem an einem Lenkrad ausgebildeten Gashebel erzeugt werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 078 748 A1 ist ein Verfahren bekannt, welches einer Überwachung einer Geschwindigkeitszunahme dient. Hierbei wird ein Gesamtantriebsmoment bestehend aus einem Fahrerwunschmoment und zusätzlichen Momenten von Nebenaggregaten des Antriebsaggregats ermittelt. Ausgehend von diesem Gesamtantriebsmoment wird in Abhängigkeit der Gaspedalstellung, eines aktuell eingelegten Ganges und einer Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeugs in einem Motorkennfeld einer Regel- und Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs eine so genannte Fahrerwunschbeschleunigung ermittelt. Diese wird mit einer aus einer aktuell gemessenen Geschwindigkeit ermittelten Beschleunigung verglichen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs ermittelt mit Hilfe eines Steuer- und Regelungssystems des Kraftfahrzeugs ein Fahrerwunschmoment in Abhängigkeit einer Fahrervorgabe eines das Kraftfahrzeug betreibenden Fahrers, einer Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeugs und weiterer Komponenten eines Antriebsstranges des Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß wird zur Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrerwunschmomentes ein Sollmoment eines Antriebsaggregates des Antriebsstranges ermittelt, wobei das Sollmoment eine Beschleunigung des Antriebsaggregates selbst beinhaltet. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass die Beschleunigung des Antriebsaggregates selbst bei der Bestimmung vom Sollmoment abhängiger Betriebsparameter des Antriebsaggregates berücksichtigt wird. Bei einem beschleunigenden Fahrzeug muss auch das Antriebsaggregat in seiner Drehzahl beschleunigt werden. Das bedeutet mit anderen Worten, dass das bspw. mit Hilfe einer Verbrennung bei einem als Verbrennungsmaschine ausgebildeten Antriebsaggregat oder bei elektrischen Wechselwirkungen bei einem als Elektromotor ausgebildeten Antriebsaggregat erzeugte Drehmoment auch der Drehzahlerhöhung des Antriebsaggregates selbst, insbesondere seiner zu bewegenden Bauteile, dienen muss. Sofern das ermittelte Sollmoment auch die Beschleunigung des Antriebsaggregates selbst aufweist, können die entsprechenden Betriebsparameter, bspw. bei einem als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregat eine Kraftstoffmenge, ein Zündzeitpunkt, und notwendige weitere Betriebsparameter, so ermittelt werden, dass das Antriebsaggregat seine eigene Beschleunigung kompensieren kann, so dass letztendlich das Kraftfahrzeug die vom Fahrer tatsächlich gewünschte Beschleunigung aufweist.
Das bedeutet, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer konstanten Fahrervorgabe, mit anderen Worten insbesondere einer konstanten Gaspedalstellung, eine kontinuierliche Zugkraft bzw. Beschleunigung des Kraftfahrzeugs realisiert wird. Dies beinhaltet speziell die Erhaltung der Zugkraft bei Anfahrvorgängen und bei Schaltvorgängen eines Getriebes des Antriebsstranges.
Bei der Bestimmung des Sollmomentes wird bevorzugt ein Drehzahlgradient des Antriebsaggregates herangezogen. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass die Beschleunigung des Antriebsaggregates bei der Bestimmung des Sollmomentes unmittelbar berücksichtigt wird. Bei dem zu beschleunigenden Fahrzeug ist auch das Antriebsaggregat in seiner Drehzahl zu beschleunigen. Das bedeutet mit anderen Worten, dass das bspw. mit Hilfe einer Verbrennung bei einem als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregat oder bei elektrischen Wechselwirkungen bei einem als Elektromotor ausgebildeten Antriebsaggregat erzeugte Drehmoment so groß sein muss, damit es der Drehzahlerhöhung des Antriebsaggregates selbst dienen kann. Dies ist bei der Bestimmung des Sollmomentes mit Hilfe des Drehzahlgradienten realisiert.
Bevorzugt ist der Drehzahlgradient zur Ermittlung eines Zusatzmomentes heranzuziehen. Damit ist der Vorteil gegeben, dass unterschiedliche Einflussgrößen des Sollmomentes getrennt voneinander berücksichtigt werden können. Dabei können aus den einzelnen Einflussgrößen, in Abhängigkeit des Drehzahlgradienten ermittelte Drehmomente zu einem einzigen Moment, dem Zusatzmoment summiert werden.
Wird der Drehzahlgradient zur Bestimmung eines Sollmomentes herangezogen, ist zur Vermeidung eines instabilen Rückkopplungskreis der Drehzahlgradient als theoretischer Drehzahlgradient heranzuziehen. Der theoretische Drehzahlgradient ist ein theoretisch ermittelter, somit berechneter Drehzahlgradient. Da die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung und somit ein gemessener Drehzahlgradient unmittelbar von einem aktuellen Drehmoment des Antriebsaggregates abhängt, würde eine Bestimmung des Zusatzmomentes mit dem gemessenen Drehzahlgradienten einen potenziell instabilen Rückkopplungskreis herbeiführen können.
Vorteilhafterweise wird der Drehzahlgradient als Funktion des Fahrerwunschmomentes bestimmt, so dass dieses als Bezugsgröße berücksichtigt ist.
Bei der Berechnung des Sollmomentes ist es notwendig rückkopplungsfreie Einflussgrößen heranzuziehen. Das bedeutet mit anderen Worten, dass fahrzeugspezifische Konstanten, wie bspw. die Fahrzeugmasse oder ein Fahrwiderstand des Kraftfahrzeugs oder betriebsortspezifische Konstanten, wie bspw. eine Fahrbahnneigung einzusetzen sind. Dies sind nicht beeinflussbare Größen bei der Ermittlung des Sollmomentes. Würde bspw. das Sollmoment in Abhängigkeit gemessener Größen, welche von der Beschleunigung selbst abhängig sind, bspw. ein so genannter Ist-Drehzahlgradient, ermittelt werden, würde dies zu einer instabilen Rückkopplung im System mit einer Schwingungsneigung führen, welche die Ermittlung des Sollmomentes nachteilig beeinflusst. Mit anderen Worten würde damit keine kontinuierliche Zugkraft bzw. Beschleunigung des Kraftfahrzeugs gesichert werden können.
In einer Ausgestaltung wird das Zusatzmoment des Sollmomentes als Funktion der rückkopplungsfreien Einflussgrößen ermittelt. Dieses Zusatzmoment trägt somit dem Erfordernis Rechnung aus rückkopplungsfreien Einflussgrößen bestimmt zu sein, so dass bei der Berechnung des Sollmomentes ein stabiler Rückkopplungskreis ausgebildet ist.
Bevorzugt sind die rückkopplungsfreien Einflussgrößen eine Antriebsübersetzung und/oder ein Fahrwiderstand und/oder eine Fahrzeugmasse und/oder eine Fahrbahnneigung. Damit werden sowohl kraftfahrzeugspezifische Größen als auch betriebsortspezifische Größen bei der Ermittlung des notwendigen Sollmomentes berücksichtigt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die einzige Figur zeigt in einer prinzipiellen Darstellung ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs.
Das erfindungsgemäße Verfahren 1 dient einem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug, welches einen nicht näher dargestellten Antriebstrang mit einem nicht näher dargestellten Antriebsaggregat aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Antriebsaggregat eine Verbrennungskraftmaschine, es könnte aber ebenso ein Elektromotor oder ein sich aus diesen Antriebsaggregaten zusammengesetzter Hybridmotor oder dergleichen sein. Der Antriebstrang weist ein Steuer- und Regelungssystem 2 auf, mit dessen Hilfe er betrieben wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Antriebstrang neben dem Antriebsaggregat weitere Komponenten, insbesondere eine Kupplung und ein Getriebe. Das erfindungsgemäße Verfahren 1 ist in dem Steuer- und Regelungssystem 2 implementiert.
Das Steuer- und Regelungssystem 2 steht mit einem nicht näher dargestellten Fahrpedal bzw. Gaspedal des Kraftfahrzeugs in Verbindung. Eine Position des Fahrpedals stellt einen Kraftfahrzeugbetriebswunsch des Fahrers dar und erwirkt in Abhängigkeit seiner Position und weiterer Parameter, z.B. einer aktuellen Motordrehzahl, einer aktueller Übersetzung des Getriebes 3, im weiteren mit Antriebsübersetzung bezeichnet, und einer Fahrzeugmasse 4 des Kraftfahrzeugs ein so genanntes Fahrerwunschmoment 5. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Steuer- und Regelungssystem 2 in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und der weiteren Parameter ein bestimmtes Fahrerwunschmoment bereitstellt. Dies kann mit Hilfe entsprechender Funktionsgleichungen erfolgen und/oder, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, einem im Steuer- und Regelungssystem 2 hinterlegten Kennfeld entnommen werden.
In Abhängigkeit des Fahrerwunschmomentes 5 wird ein Sollmoment 6 des Antriebsaggregats berechnet, wobei dieses Sollmoment 6 auf einzustellende Stellgrößen des Antriebsaggregats, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verbrennungskraftmaschine bspw. Drosselklappe, Zündzeitpunkt, Einspritzmenge, etc., äquivalent übertragen wird und diese mit Hilfe des Steuer- und Regelungssystems 2 entsprechend eingestellt werden, damit das ermittelte Sollmoment 6 realisiert wird.
Zur Bestimmung einer gleichmäßigen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Anfahrvorgängen und Schaltvorgängen, wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 ein Drehzahlgradient 7 des Antriebsaggregats ermittelt. Der Drehzahlgradient 7, welcher ein theoretischer Drehzahlgradient, mit anderen Worten kein gemessener Drehzahlgradient 7 ist, berechnet sich in Abhängigkeit physikalischer Grundgesetze als Funktion des Fahrerwunschmoments 5, der Antriebsübersetzung 3, eines fahrzeugabhängigen Raddurchmessers 8 und der Fahrzeugmasse 4, mit deren Hilfe eine zur Erzielung des Fahrerwunschmomentes 5 erforderliche Beschleunigung des Kraftfahrzeuges bestimmt wird. Ausgehend von dieser Beschleunigung wird der zu erzielende Drehzahlgradient 7 des Antriebsaggregats berechnet.
Mittels dieses berechneten Drehzahlgradienten 7 wird ein zusätzlich aufzubringendes Zusatzmoment 9 des Antriebsaggregates ermittelt. Das Zusatzmoment 9 ergibt sich aus dem theoretischen Drehzahlgradienten. Dieser wird aus der Fahrzeugbeschleunigung und der Achsübersetzung ermittelt. Die Fahrzeugbeschleunigung ergibt sich aus dem Fahrerwunsch, dem Fahrwiderstand 10, der Fahrbahnneigung 11 und der Fahrzeugmasse 4.
Die Summe des Fahrerwunschmomentes 5 und des Zusatzmomentes 9 ergibt schließlich das Sollmoment 6, welches von dem Antriebsaggregat aufzubringen ist. In Abhängigkeit dieses Sollmomentes 6 werden die Betriebsparameter, bspw. Zündzeitpunkt, Einspritzzeitpunkt, Einspritzmenge, usw. des Antriebsaggregates mit Hilfe des Steuer- und Regelungssystem 2 eingestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren 1 beinhaltet somit ein zusätzlich von dem Antriebsaggregat aufzubringendes Drehmoment, welches eine Beschleunigung des Antriebsaggregates selbst berücksichtigt. Dies hat den Vorteil, dass bei einer konstanten Fahrpedalstellung, die der Fahrer des Kraftfahrzeugs einstellt, eine Veränderung bspw. der Antriebsübersetzung 3 bei einem Schaltvorgang keinen Einfluss mehr auf eine vom Fahrer wahrgenommene Beschleunigung besitzt.
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 102011078748 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs, wobei mit Hilfe eines Steuer- und Regelungssystems (2) des Kraftfahrzeugs ein Fahrerwunschmoment (5) in Abhängigkeit einer Fahrervorgabe eines das Kraftfahrzeug betreibenden Fahrers, einer Fahrzeugmasse (4) des Kraftfahrzeugs und weiterer Komponenten (3) eines Antriebsstranges des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Fahrerwunschmomentes (5) ein Sollmoment (6) eines Antriebsaggregates des Antriebsstranges ermittelt wird, wobei das Sollmoment (6) eine Beschleunigung des Antriebsaggregates selbst beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlgradient (7) zur Ermittlung des Sollmomentes (6) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgradient (7) zur Ermittlung eines Zusatzmomentes (9) des Sollmomentes (6) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgradient (7) ein theoretischer Drehzahlgradient ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgradient (7) als Funktion des Fahrerwunschmoments (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollmoment (6) in Abhängigkeit von rückkopplungsfreien Einflussgrößen (3, 4, 10, 11) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzmoment (9) des Sollmomentes (6) als Funktion der rückkopplungsfreien Einflussgrößen (3, 4, 10, 11) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rückkopplungsfreien Einflussgrößen eine Antriebsübersetzung (3) des Kraftfahrzeugs und/oder die Fahrzeugmasse (4) und/oder ein Fahrwiderstand (10) des Kraftfahrzeugs und/oder eine Fahrbahnneigung (11) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollmoment (6) als Summe des Zusatzmoments (9) und des Fahrerwunschmoment (5) ermittelt wird.