DE102015202932B4

DE102015202932B4 - Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015202932B4
Application number: DE102015202932.8A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Bömcke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: DE102015202932A1

Abstract

Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche eingerichtet ist, um basierend auf wenigstens einem Signal ein Abwürgen des Motors des Kraftfahrzeugs zu prognostizieren,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, basierend auf der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) des Motors ein Abwürgen des Motors zu prognostizieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum frühzeitigen Erkennen des Abwürgens eines Motors in einem Kraftfahrzeug.
Grundsätzlich kann es während eines Anfahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs zu einem ungewollten Abwürgen der Brennkraftmaschine kommen, wenn das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Drehmoment nicht ausreichend groß ist. Dabei wird das Zweimassenschwungrad, auch ZMS genannt, kurzzeitig in der Resonanz betrieben. Um hierbei eine Schädigung des Zweimassenschwungrads zu verhindern, sind im Fahrzeug sog. Schutzfunktionen implementiert, welche ein Abwürgen des Motors vorzeitig erkennen und entsprechende Maßnahmen einleiten, um eine Schädigung der Bauteile zu verhindern. Grundsätzlich wird dabei das Drehzahlsignal des Motors erfasst und ein Abwürgen des Motors detektiert, sobald die Drehzahl des Motors unter eine vorgegebene Drehzahlschwelle - von z. B. 400 Umdrehungen pro Minute - fällt.
So ist bspw. aus der DE 10 2008 052 839 A1 eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche basierend auf der Drehzahl des Motors ein Abwürgen des Motors detektiert und bei Detektieren eines Abwürgens des Motors anschließend einen automatischen Start veranlasst, wenn entsprechende Bedingungen erfüllt sind. Im Detail wird ein Abwürgen des Motors detektiert, wenn die Drehzahl eine vorgegebene niedrige Drehzahlschwelle unterschreitet oder wenn die Drehzahl des Motors ausgehend von einer anfänglichen Drehzahlüberschreitung einer vorgegebenen hohen Drehzahlschwelle dann die vorgegebene niedrige Drehzahlschwelle unterschreitet. In der DE 102 50 729 A1 wird ein bevorstehender Drehzahleinbruch mittels einer Überwachung des Gradienten der Drehzahl erkannt. DE 10 2011 120 173 A1 offenbart die Steuerung einer Kraftmaschine derart, dass deren Drehzahl oberhalb einer variablen Drehzahl des Abwürgens gehalten wird.
Aufgabe der Erfindung ist nun, eine verbesserte Steuervorrichtung bzw. ein entsprechend verbessertes Verfahren zum frühzeitigen Erkennen eines Abwürgens des Motors anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung basiert auf dem Wissen, dass bei einer Abwürge-Erkennung beim Anfahren durch Auswertung der Drehzahl hinsichtlich einer Schwellwertunterschreitung die Wahl des Schwellwerts ein grundsätzliches Problem darstellt. Wird der Schwellwert zu hoch gewählt, werden zwar rechtzeitig entsprechende Schutzmechanismen eingeleitet, jedoch steigt die Wahrscheinlichkeit einer sog. Falscherkennung, d. h. die entsprechenden Schutzmaßnahmen würden häufiger als erforderlich eingeleitet werden. Dies würde sich wiederum auf die Kundenakzeptanz negativ auswirken. Wird jedoch der Schwellwert zu niedrig gewählt, so kann die Drehzahl des Motors in einen sehr niedrigen Bereich, sogar in den Resonanzdrehzahlbereich eines Zweimassenschwungrades abfallen und Schutzmechanismen würden zu spät eingeleitet werden. Dadurch würde es zumindest bei bestimmten Motorvarianten zu extrem großen Drehschwingungen im ZMS kommen, welche dann schon bei einmaligem Auftreten unter Umständen eine unumkehrbare Bauteilschädigung verursachen würden.
Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnis wird vorgeschlagen, eine Steuervorrichtung vorzusehen, welche derart ausgebildet ist, frühzeitig ein Abwürgen des Motors zu erkennen und entsprechende Schutzmaßnahmen einzuleiten. Auswertungen haben dabei gezeigt, dass die Einkuppeldrehzahl beim Anfahren, d.h. die Drehzahl bei der die Motordrehzahl der Drehzahl der Getriebeeingangswelle entspricht, bereits einen ersten Hinweis auf ein bevorstehendes Abwürgen des Motors liefert. Nach Erreichen der Einkuppeldrehzahl ist der Antriebstrang zwischen Motor und Abtriebswelle erstmalig vollständig geschlossen; die Motordrehzahl entspricht der Getriebeeingangswellendrehzahl.
Darauf basierend wird zur frühzeitigen Erkennung eines Abwürgevorgangs des Motors bei einem Einkuppel- bzw. Anfahrvorgang gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, welche eingerichtet ist, basierend auf der Einkuppeldrehzahl, also der Drehzahl des Motors, die zum Zeitpunkt des erstmalig geschlossenen Antriebstranges anliegt, ein Abwürgen des Motors zu prognostizieren. Mit anderen Worten wird die Drehzahl des Motors zum Zeitpunkt bei dem die Getriebeeingangswellendrehzahl in etwa der der Motordrehzahl entspricht, ermittelt bzw. erfasst und hinsichtlich dem Erkennen eines bevorstehenden Abwürgens des Motors ausgewertet. Somit können rechtzeitig, d.h. ohne dass es zu Bauteilschädigungen kommt, die entsprechenden Schutzmaßnahmen eingeleitet werden.
Vorteilhafterweise kann zum Detektieren eines bevorstehenden Abwürgens des Motors zusätzlich ein weiteres Signal welches ein Indiz auf ein bevorstehendes Abwürgen des Motors liefert, berücksichtigt werden, d. h. die Steuervorrichtung ist vorteilhafterweise eingerichtet, basierend auf der Einkuppeldrehzahl des Motors und mindestens einem weiteren Signal ein Abwürgen des Motors zu prognostizieren.
Vorteilhafterweise ist dabei eine Auswertung des Drehzahlgradienten des Motors geeignet, da anhand des Drehzahlgradienten frühzeitig ein Abfallen der Motordrehzahl in den kritischen Resonanzbereich des ZMS diagnostiziert werden kann. Demnach sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, die Steuervorrichtung derart einzurichten, dass diese basierend auf der Einkuppeldrehzahl des Motors und einem ermittelbaren Drehzahlgradienten der Motordrehzahl ein Abwürgen des Motors prognostizieren kann. Vorteilhafterweise wird dabei der Drehzahlgradient der Motordrehzahl beim Erreichen der Einkuppeldrehzahl ermittelt und entsprechend berücksichtigt. Der Drehzahlgradient der Motordrehzahl wird über die Motordrehzahl im oberen Totpunkt eines jeden Zylinders und der Zeit zwischen zwei Zündungen ermittelt. Bei Erreichen der Einkuppeldrehzahl wird der Drehzahlgradient ausgewertet.
Wird mittels der entsprechend ausgestalteten Steuervorrichtung ein Abwürgen des Motors beim Anfahrvorgang frühzeitig prognostiziert, müssen entsprechende Maßnahmen zum Verhindern einer Bauteileschädigung vorgenommen werden. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung dazu vorteilhafterweise eingerichtet, bei prognostiziertem Abwürgen des Motors ein gezieltes Abstellen des Motors zu veranlassen. Liegen zudem im Anschluss daran Betriebsbedingungen des Fahrzeugs vor, die einen erneuten Start des Motors zulassen, kann anschließend auch ein automatischer Start des Motors veranlasst werden.
Analog zur erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist ein zweiter Aspekt der Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Motors eines Kraftfahrzeugs gerichtet, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Detektieren der Einkuppeldrehzahl, und Prognose eines Abwürgens des Motors basierend auf der detektierten Einkuppeldrehzahl. Um eine noch bessere Prognose eines Abwürgevorgangs zu ermöglichen, kann das Verfahren vorteilhafterweise (zusätzlich) durch folgende Schritte gekennzeichnet sein: Detektieren mindestens eines weiteren Signals, insbesondere des Drehzahlgradienten bei Erreichen der Einkuppeldrehzahl, und Prognose eines Abwürgens des Motors basierend auf der detektierten Einkuppeldrehzahl des Motors und dem zumindest einen weiteren Signal.
Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Steuervorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in einem dafür vorgesehenen Steuergerät, insbesondere in einem Motorsteuergerät, durchgeführt werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist noch auf ein Fahrzeug gerichtet, welche eine oben beschriebene Steuervorrichtung umfasst.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine Darstellung der Motor- und Getriebeeingangswellendrehzahl bei einem kritischen Anfahrvorgang,
2 eine Darstellung der auszuwertenden Signale für die Prognose eines Abwürgens des Motors,
3 eine über die Einkuppeldrehzahl und den Drehzahlgradienten aufgespannte Grenzkennlinie, bei deren Unterschreitung ein Abwürgen prognostiziert wird, und
4 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.

Die 1 zeigt im Detail in einem über die Zeit t und die Drehzahl DZ aufgespannten Kennfeld die Motordrehzahl n und die Getriebedrehzahl n_G während eines Einkuppel- bzw. Anfahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs. Während der dargestellten Phase 1 beginnt der Einkuppelvorgang, also der Aufbau des Kupplungsmoments. Dabei wird die Energie des Motors anteilig in potentielle Federenergie in den Antriebsstrang bzw. Schlupfenergie gewandelt. Die potentielle Federenergie wird weiter in kinetische Fahrzeugenergie umgewandelt. Die Motordrehzahl n fällt ausgehend von der Leerlaufdrehzahl ab und die Getriebeeingangswellendrehzahl n_G steigt an. In der Phase 2 bzw. dem Punkt 2 ist der Antriebsstrang erstmalig komplett geschlossen; die Einkuppeldrehzahl ist erreicht. Die Motordrehzahl n und die Getriebeeingangsdrehzahl n_G sind ab diesem Zeitpunkt identisch. Der Antriebsstrang ist in diesem Punkt maximal vorgespannt und nun komplett mit dem Motor verbunden.
In der Phase 3 beginnt die Entspannung des Antriebsstrangs, wodurch, aufgrund der gegebenen Trägheiten, die Drehzahl (Motordrehzahl und Getriebedrehzahl) weiter abfällt, bis sie am Ende der Phase 3 den niedrigsten Wert erreicht. In der Phase 4 ist der Antriebsstrang zunächst entspannt und verspannt sich dann wieder. Dieses Entspannen und Verspannen erklärt die niederfrequente Ruckelschwingung im Antriebsstrang beim Abwürgen des Motors.
Fällt nun die Drehzahl in der Phase 3 und/oder Phase 4 in den Resonanzdrehzahlbereich des Zweimassenschwungrades ZMS, kann es zu extrem großen Drehschwingungen im Zweimassenschwungrad ZMS kommen, was im schlimmsten Fall zu einer unumkehrbaren Bauteilschädigung führen kann.
Um einen derartigen, möglichen Abfall der Drehzahl in den kritischen Resonanzbereich frühzeitig erkennen zu können und daraufhin entgegenwirkende Maßnahmen einleiten zu können, sieht die vorliegende Erfindung eine Auswertung der Einkuppeldrehzahl und des Drehzahlgradienten der Motordrehzahl bei Erreichen der Einkuppeldrehzahl vor.
Eine entsprechende Darstellung von verschiedenen Motor-Drehzahl-Verläufen n1, n2 und n3 bei einem (kritischen) Einkuppel- und Anfahrvorgang zeigt nun 2. Alle 3 Drehzahl-Verläufe n1, n2 und n3 erreichen zum gleichen Zeitpunkt t und bei gleicher Drehzahl DZ die sog. Einkuppeldrehzahl EKDZ.
Der erste Drehzahlverlauf n1 (durchgezogene Linie) erreicht die Einkuppeldrehzahl EKDZ mit einem mittleren negativen Drehzahlgradienten Gdn1. Nach dem Erreichen der Einkuppeldrehzahl EKDZ fällt die Drehzahl n1 weiter ab, und fällt genau in den kritischen Resonanzdrehzahlbereich des Zweimassenschwungrades ZMS (kritischer Bereich = graues Band). Hier muss durch eine geeignete Maßnahme sichergestellt werden, dass bereits frühzeitig entgegengewirkt wird. Der zweite Drehzahlverlauf n2 (gestrichelte Linie) erreicht im Gegensatz dazu die Einkuppeldrehzahl EKDZ mit einem (absolut gesehen) größeren negativen Drehzahlgradienten Gdn2, wodurch der Resonanzdrehzahlbereich des ZMS sehr schnell durchlaufen wird und damit für das ZMS unkritisch ist. Mit anderen Worten wäre dies zwar ebenso ein Abwürgevorgang; im Gegensatz zum Drehzahlverlauf n1 aber unkritisch für das ZMS. Trotzdem sollte auch hier rechtzeitig abgeschaltet werden, da die aus dem Abwürgen resultierende niederfrequente Ruckelschwingung unterhalb der Leerlaufdrehzahl nicht ohne weitere Eingriffe unterbrochen werden kann.
Im Unterschied dazu erreicht der dritte Drehzahlverlauf n3 die Einkuppeldrehzahl EKDZ mit einem (absolut gesehen) relativ kleinen negativen Gradienten Gdn3. Nach dem Erreichen der Einkuppeldrehzahl EKDZ fällt die Drehzahl nur noch wenig ab und erreicht den kritischen Resonanzbereich des Zweimassenschwungrades ZMS nicht mehr. Anhand dieser 2 wird deutlich, welchen Einfluss der Drehzahlgradient Gdn1, Gdn2 und Gdn3 der Motordrehzahl bei Erreichen der Einkuppeldrehzahl EKDZ und die Einkuppeldrehzahl EKDZ selbst auf das weitere Abfallen der Drehzahl des Motor-Getriebeverbundes, und somit auf das Verursachen eines Abwürgevorgangs des Motors haben.
In der 3 ist eine aufgrund einer Auswertung einer Vielzahl von relevanten Einkuppeldrehzahlen EKDZ und dazugehörigen (negativen) Drehzahlgradienten Neg. Gdn zum Zeitpunkt bei Erreichen der Einkuppeldrehzahl ermittelte Grenzkennlinie KL dargestellt, bei deren Unterschreitung eine kritische Situation (Bereich n_ok), also ein Abwürgen des Motors zu erwarten ist und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden müssen. Befindet sich der maßgebliche Schnittpunkt aus Einkuppeldrehzahl EKDZ und Drehzahlgradient Gdn oberhalb der Grenzkennlinie KL, also im oberen Bereich ok, so wird kein Abwürgen des Motors prognostiziert.
Die 4 zeigt eine Ausgestaltungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung SV, welche bei einem eingeleiteten Einkuppel- und Anfahrvorgang als Eingangssignale die Einkuppeldrehzahl EKDZ und den Einkuppeldrehzahl-Gradienten Gdn empfängt. Anhand dieser beiden Signale EKDZ und Gdn wird mittels einer in der Steuervorrichtung hinterlegten Kennlinie KL, welche über Einkuppeldrehzahl EKDZ und den Drehzahl-Gradienten Gdn aufgespannt ist, geprüft, ob der Schnittpunkt der beiden Eingangssignale EKDZ und Gdn oberhalb oder unterhalb der Grenzkennlinie KL liegt. Liegt der Schnittpunkt unterhalb der Grenzkennlinie (schraffierter Bereich), wird ein Abwürgen des Motors prognostiziert und ein Signal M_aus ausgesendet, welches ein aktives Abschalten des Motors veranlasst. Dieses Abschalten wird im Vergleich zur bisherigen Abschaltstrategie im Durchschnitt ein bis zwei Zündungen früher ausgeführt.
Mit der hier vorgeschlagenen Erfindung kann somit auf eine einfache und sichere Weise ein Abwürgen des Motors frühzeitig prognostiziert werden und der Motor nur dann aktiv abgestellt werden, wenn er auch wirklich abgewürgt wird. Durch diese frühzeitige Abwürgeerkennung und das frühe Einleiten der entsprechenden Gegenmaßnahmen kann eine Bauteilschädigung des Zweimassenschwungrades, die insbesondere bei 3-Zylindermotoren (aufgrund der großen Zündabstände) auftreten könnte, verhindert werden.

Claims

Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche eingerichtet ist, um basierend auf wenigstens einem Signal ein Abwürgen des Motors des Kraftfahrzeugs zu prognostizieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, basierend auf der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) des Motors ein Abwürgen des Motors zu prognostizieren.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, basierend auf der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) des Motors und mindestens einem weiteren Signal (Gdn, Gdn1, Gdn2, Gdn3) ein Abwürgen des Motors zu prognostizieren.
Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, basierend auf der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) des Motors und einem Drehzahlgradienten (Gdn, Gdn1, Gdn2, Gdn3) der Motordrehzahl ein Abwürgen des Motors zu prognostizieren.
Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, basierend auf der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) des Motors und auf dem Drehzahlgradient (Gdn, Gdn1, Gdn2, Gdn3) der Motordrehzahl bei Erreichen der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) ein Abwürgen des Motors (EKP) zu prognostizieren.
Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgradient (Gdn, Gdn1, Gdn2, Gdn3) in Abhängigkeit zumindest einer Minimum-Drehzahl des Motors während zumindest einer vorangegangenen Zündung des Motors vor Erreichen der Einkuppeldrehzahl (EKDZ), insbesondere aus den minimalen Drehzahlen des Motors der zumindest letzen beiden Zündungen vor Erreichen der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) des Motors ermittelbar ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (SV) eingerichtet ist, bei prognostiziertem Abwürgen des Motors ein aktives Abstellen des Motors (M_aus) zu veranlassen.
Verfahren zum Betreiben eines Motors eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Abwürgen des Motors durch Auswerten zumindest eines Signals prognostiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Detektieren der Einkuppeldrehzahl (EKDZ) des Motors, und - Prognose eines Abwürgevorgangs des Motors basierend auf der Einkuppeldrehzahl des Motors.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet, durch die Schritte: - Detektieren mindestens eines weiteren Signals, insbesondere des Drehzahlgradienten (Gdn, Gdn1, Gdn2, Gdn3) der Motordrehzahl bei Erreichen der Einkuppeldrehzahl, und - Prognose eines Abwürgevorgangs des Motors basierend auf der detektierten Einkuppeldrehzahl (EKDZ) und dem zumindest einen weiteren Signal (Gdn, Gdn1, Gdn2, Gdn3).
Fahrzeug mit einer Steuervorrichtung (SV) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.