DE102015215445A1

DE102015215445A1 - Steuerverfahren und Steuervorrichtung in einem Kraftfahrzeug zum Schalten eines automatischen Getriebes

Info

Publication number: DE102015215445A1
Application number: DE102015215445.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Geser; Stefan Prasser
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-02-16
Also published as: CN107923520A; CN107923520B; WO2017025251A1; US20180163856A1; US10731752B2

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren bzw. bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zum Schalten eines automatischen und insbesondere nicht-lastschaltfähigen Getriebes, das mindestens zwei Gänge aufweist, werden mittels mindestens einer elektronischen Steuereinheit zu einem definierten Vorausschaubereich Daten einer fahrgeschwindigkeitsbezogenen Datenquelle empfangen. Die Daten sind dergestalt, dass die Steuereinheit daraus ein zumindest im Vorausschaubereich liegendes Gebiet mit einer Grenzgeschwindigkeit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges ermittelbar ist. Wenn im Vorausschaubereich tatsächlich ein derartiges Gebiet erkannt wurde, wird entweder der niedrigere Gang beibehalten oder vom höheren auf den niedrigeren Gang geschaltet. Vorzugsweise wird nur dann auf den niedrigeren Gang zurückgeschaltet, wenn ein Fahrerleistungsanforderungswert unterhalb einer definierten Schwelle liegt und die Fahrgeschwindigkeit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren und eine Steuervorrichtung in einem Kraftfahrzeug zum Schalten eines automatischen, insbesondere nicht-lastschaltfähigen Getriebes.
Fahrzeuge mit nicht lastschaltfähigen Getrieben können in der Regel nicht alle Gänge benutzen, da die langen Schaltpausen zu einer Zugkraftunterbrechung führen, die insbesondere bei Hochschaltungen als störend wahrgenommen werden. Als Beispiel dient der BMW i8. Er besitzt an der Vorderachse einen Elektromotor, der über ein 2-Gang Getriebe (nicht lastschaltfähig) die Kraft auf die Straße überträgt. Der erste Gang kann aufgrund einer Drehzahlbeschränkung nur bis circa. 120 km/h genutzt werden. Spätestens dann muss zur Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit in den zweiten Gang geschaltet werden. Um diese Schaltung zu vermeiden, wird bisher im automatischen Modus mit bedarfsweise zuschaltbarem Verbrennungsmotor (”Auto eDrive”) bereits immer im zweiten Gang angefahren. Lediglich im rein elektrischen Modus (”Max eDrive”) wird der erste Gang bei begrenzter Fahrzeuggeschwindigkeit genutzt. Zum weiteren technischen Hintergrund wird hierzu auf die nicht vorveröffentlichte DE 10 2014 203 668.2 der Anmelderin hingewiesen.
Das Anfahren im zweiten Gang hat insbesondere beim BMW i8 folgende Nachteile:
Zum einen kann nur mit weniger Radmoment angefahren werden. Dies bewirkt im automatischen Modus (”Auto eDrive”) ein häufigeres Zustarten des Verbrennungsmotors. Dadurch entsteht ein geringeres elektrisches Fahrerlebnis.
Zum anderen kann der Elektromotor bei einer Volllastbeschleunigung aus dem Stand im zweiten Gang erst bei einer höheren Geschwindigkeit die Maximalleistung erbringen als im ersten Gang. Es kann nicht so schnell wie im ersten Gang angefahren werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, insbesondere bei nicht lastschaltfähigen Getrieben einerseits den Komfort und andererseits das Beschleunigungsvermögen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Abhängige Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren bzw. bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zum Schalten eines automatischen und insbesondere nicht-lastschaltfähigen Getriebes, das mindestens zwei Gänge aufweist, werden mittels mindestens einer elektronischen Steuereinheit zu einem definierten Vorausschaubereich Daten einer fahrgeschwindigkeitsbezogenen Datenquelle empfangen. Derartige Datenquellen sind beispielsweise Navigationssysteme, Car-to-Car-Systeme, sendende Verkehrszeichen oder andere digitale fernübertragene Daten. Die Daten sind dergestalt, dass die Steuereinheit daraus ein zumindest im Vorausschaubereich liegendes Gebiet mit einer Grenzgeschwindigkeit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges ermitteln kann. Wenn im Vorausschaubereich tatsächlich ein derartiges Gebiet erkannt wurde, wird entweder der niedrigere Gang beibehalten oder vom höheren auf den niedrigeren Gang geschaltet.
Vorzugsweise wird nur dann auf den niedrigeren Gang zurückgeschaltet, wenn ein Fahrerleistungsanforderungswert (insbesondere der Fahrpedalwinkel) unterhalb einer definierten (ersten) Schwelle liegt und die Fahrgeschwindigkeit zumindest unterhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges liegt. Die erste Schwelle kann derart definiert sein, dass das Vorliegen einer Konstantfahrt oder eines Schubbetriebs gewährleistet ist.
Vom niedrigeren Gang wird vorzugsweise in den höheren Gang gewechselt, wenn innerhalb eines Übergangsbereiches zwischen dem Gebiet mit einer Grenzgeschwindigkeit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges und einem Gebiet mit einer Grenzgeschwindigkeit oder einer möglichen zu erwartenden Fahrgeschwindigkeit oberhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges ein Fahrerleistungsanforderungswert unterhalb einer definierten (zweiten) Schwelle liegt und die Fahrgeschwindigkeit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges liegt.
Die erste Schwelle und die zweite Schwelle können gleich oder im Sinne einer Hysterese ähnlich aber unterschiedlich definiert sein.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Die Nachteile einer Schaltung mit vergleichsweise langer Schaltunterbrechung treten lediglich auf, wenn im oben beschriebenen Beispiel-Fahrzeug die Beschleunigung auf über 120 km/h – also über die Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren (z. B. ersten) Ganges – steigt. Die Erfindung sieht daher eine navigationsbasierte Schaltstrategie vor. Das Fahrzeug erkennt, wenn es sich in einem Gebiet mit einer Grenzgeschwindigkeit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit des niedrigeren Ganges befindet oder wenn es sich einem derartigen Gebiet nähert (z. B. Geschwindigkeitslimit 50, 60 oder 80 km/h). In diesem Bereich ist ein Beschleunigungswunsch des Fahrers über die Maximalgeschwindigkeit (z. B. 120 km/h) hinaus unwahrscheinlich. Also beispielsweise in einem städtischen Umfeld wird erfindungsgemäß der niedrige Gang beibehalten oder auf diesen zurückgeschaltet. Erkennt das Fahrzeug, dass es sich der Stadtgrenze nähert und den städtischen Bereich verlässt (Geschwindigkeitslimit gleich oder über 100 km/h), schaltet das Getriebe in einem komfortorientierten Moment, insbesondere bei Konstantfahrt und/oder in einer Schubphase, in den höheren (z. B. zweiten) Gang.
Dadurch ist insbesondere im städtischen Umfeld ein Fahren mit einem höheren elektrischen Radmoment möglich, wodurch beispielsweise das oben beschriebene Hybridfahrzeug Zustart-robuster wird und ein höheres elektrisches Fahrerlebnis erreicht wird. Zusätzlich nimmt die absolute Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs im urbanen Umfeld zu.
Details der Erfindung werden im hier folgenden Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit den für die Erfindung wesentlichen Komponenten und
2 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens.
In 1 ist ein sogenanntes straßengekoppeltes Hybridfahrzeug F (z. B. ein BMW i8) mit einem Elektromotor 1, der als erster Antriebsmotor beispielsweise auf die Vorderachse VA wirkt, und mit einem Verbrennungsmotor 3, der als zweiter Antriebsmotor auf die Hinterachse HA wirkt, dargestellt. Der Elektromotor 1 wirkt ohne zwischengeschaltete Kupplung mit einem Zwei-Gang-Getriebe 7 zusammen. Dieses Zwei-Gang-Getriebe 7 ist ein Beispiel für ein nicht-lastschaltfähiges Getriebe, auf das sich die Erfindung bevorzugt bezieht.
Ein zweiter Elektromotor 2 kann zusätzlich zum Verbrennungsmotor 3 vorgesehen sein. Weiterhin ist ein zweites Getriebe 4 vorzugsweise in Form eines elektronisch steuerbaren Automatikgetriebes (wie aus dem Stand der Technik von BMW Serienfahrzeugen bereits bekannt) eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor 3 verbunden. Analog ist die Erfindung auch für eine anders angeordnete Reihenfolge der Komponenten 2, 3 und 4 anwendbar. Auch könnte der Elektromotor 1 auf der Hinterachse und der Verbrennungsmotor 3 auf der Vorderachse angeordnet sein.
Das Hybridfahrzeug F weist darüber hinaus eine vom Fahrer bedienbare Wähleinrichtung („Max-E-Drive”-Taster) zum manuellen Wechsel zwischen einem rein elektrischen Betriebsmodus (E-Modus) und einem automatischen Betriebsmodus (A-Modus) mit bedarfsweise zuschaltbarem Verbrennungsmotor 3 und ein Navigationssystem 10 auf.
Weiterhin ist im Hybridfahrzeug eine an sich (beispielsweise von BMW Serienfahrzeugen) bekannte elektronische Getriebewähleinrichtung 9 vorhanden, über die vom Fahrer übliche für das Automatikgetriebe 4 vorgesehene Fahrpositionen P, R, N und D sowie eine Schalterposition „S” für die Auswahl eines sportlichen Automatik-Modus anwählbar sind.
Schließlich ist in 1 schematisch ein ebenfalls bekanntes Fahrpedal FP dargestellt, dessen Auslenkung bekanntermaßen beispielsweise über ein Potentiometer erfasst wird.
Die Antriebs-Steuerung des Hybridfahrzeuges wird vorzugsweise durch ein erstes elektronisches Steuergerät 5 durchgeführt, durch das grundsätzlich eine radmomentbezogene Gesamt-Antriebssteuerung für alle vorhandenen Antriebsmotoren durchführbar ist (bekannt beispielsweise aus den Patentanmeldungen DE 10 2011 004 862 und die DE 10 2011 005 962 ). Weiterhin ist beispielsweise ebenfalls im Steuergerät 5 oder vorzugsweise (wie hier gezeigt) in einem mechatronisch dem Zwei-Gang-Getriebe 7 örtlich näher zugeordneten Zusatzsteuergerät 8 erfindungsgemäß ein Funktionsmodul GS-E („Getriebesteuerung E-Antrieb”) enthalten. Das Funktionsmodul GS-E ist beispielsweise als Software-Programmmodul ausgestaltet. Mittels des Funktionsmoduls GS-E und der Steuergeräte 5 und/oder 8 ist das Zwei-Gang-Getriebe 7 vorzugsweise mit der in 2 dargestellten besonders vorteilhaften Ablaufsteuerung ansteuerbar.
Die Steuergeräte 5 und 8 sind vorzugsweise über einen Datenbus (z. B. CAN) miteinander verbunden und tauschen bedarfsweise Sensor- und Steuersignale aus. Beispielsweise kann das Steuergerät 8 vom Steuergerät 5 die Fahrzeuggeschwindigkeit v als Information erhalten.
Das Steuergerät 8 weist ein Funktionsmodul auf, das derart ausgestaltet (insbesondere programmiert) ist, dass ein Wechsel zwischen dem ersten Gang GN und dem zweiten Gang GH abhängig von der Bedienung der Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster) einleitbar ist.
Das Funktionsmodul GS-E ist aber auch derart ausgestaltet (insbesondere programmiert), dass ein Wechsel zwischen dem ersten Gang GN und dem zweiten Gang GH abhängig von weiteren vorgegebenen Bedingungen einleitbar ist.
Zum Gangwechsel wird das Drehmoment des Elektromotors 1 auf zumindest nahezu null reduziert, da das Zwei-Gang-Getriebe 7 keine Kupplung aufweist, die zur Kraftschlussunterbrechung geöffnet werden kann.
Ein Gangwechsel wird dabei z. B. mit einem Sollgang-Sprung (z. B. in Form eines digitalen Hochschalt- oder Rückschalt-Befehles innerhalb eines Softwareprogramms) eingeleitet.
Die erfindungsgemäße Steuerung des Gangwechsels wird anhand des Ausführungsbeispiels nach 2 erläutert:
In der elektronischen Steuereinheit, beispielsweise in Form eines einzigen Steuergeräts oder hier in Form des Haupt-Steuergeräts 5 und des Zusatzsteuergeräts 8, werden für einen definierten Vorausschaubereich BV vor dem Fahrzeug F Daten einer fahrgeschwindigkeitsbezogenen Datenquelle, hier z. B. des an Bord befindlichen Navigationssystems 10, empfangen. Diese Daten werden dahingehend ausgewertet, ob zumindest im Vorausschaubereich BV ein Gebiet U_{v_limit} mit einer Grenzgeschwindigkeit v_limit unterhalb der Maximalgeschwindigkeit v_max des niedrigeren Ganges GN vorliegt. Die Grenzgeschwindigkeit v_limit sei hier z. B. 50 km/h (Stadtgebiet) und die Maximalgeschwindigkeit v_max (= drehzahlbedingte maximal mögliche Fahrgeschwindigkeit) des niedrigeren Ganges GN sei hier 120 km/h. Der Vorausschaubereich BV ist vorzugsweise auf etwa 500 m bis 1000 m definiert. Befindet sich das Fahrzeug F in einem Übergangsbereich B1 vor dem Gebiet U_{v_limit} oder im Gebiet U_{v_limit}, wird auf den niedrigeren Gang GN geschaltet oder wird der niedrigere Gang GN beibehalten, wenn der Fahrpedalwinkel FP unterhalb einer definierten ersten Schwelle S1 liegt und sich Fahrgeschwindigkeit v zumindest unterhalb der Maximalgeschwindigkeit v_max des niedrigeren Ganges GN von 120 km/h befindet.
Vom niedrigeren Gang GN wird in den höheren Gang GH gewechselt, wenn innerhalb eines Übergangsbereiches B2 zwischen dem Gebiet U_{v_limit} und einem Gebiet U_{v_max} mit einer möglichen Fahrgeschwindigkeit v oberhalb der Maximalgeschwindigkeit v_max der Fahrpedalwinkel FP unterhalb einer definierten zweiten Schwelle S2 liegt und die Fahrgeschwindigkeit v unterhalb der Maximalgeschwindigkeit v_max liegt.
Die erste Schwelle S1 und die zweite Schwelle 2 sind im Sinne einer Hysterese unterschiedlich definiert und stellen beispielsweise einen Schubbetrieb während des Gangwechsels sicher.
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 102014203668 [0002]
DE 102011004862 [0021]
DE 102011005962 [0021]

Claims

Steuerverfahren in einem Kraftfahrzeug (F) zum Schalten eines automatischen Getriebes (7), das mindestens zwei Gänge (GH, GN) aufweist, bei dem mittels mindestens einer elektronischen Steuereinheit (5, 8) zu einem definierten Vorausschaubereich (BV) Daten einer fahrgeschwindigkeitsbezogenen Datenquelle (10) empfangen werden, bei dem aus den Daten ein zumindest im Vorausschaubereich (BV) liegendes Gebiet (U_{v_limit}) mit einer Grenzgeschwindigkeit (v_limit) unterhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) des niedrigeren Ganges (GN) erkennbar ist und bei dem der niedrigere Gang (GN) beibehalten oder auf den niedrigeren Gang (GN) zurückgeschaltet wird, wenn im Vorausschaubereich (BV) ein derartiges Gebiet (U_{v_limit}) erkannt wurde.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5, 8) nur dann auf den niedrigeren Gang (GN) zurückgeschaltet wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit (v) unterhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) des niedrigeren Ganges (GN) liegt.
Steuerverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5, 8) nur dann auf den niedrigeren Gang (GN) zurückgeschaltet wird, wenn ein Fahrerleistungsanforderungswert (FP) unterhalb einer definierten ersten Schwelle (S1) liegt.
Steuerverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5, 8) vom niedrigeren Gang (GN) in den höheren Gang (GH) gewechselt wird, wenn innerhalb eines Übergangsbereiches (B2) zwischen dem Gebiet (U_{v_limit}) mit einer Grenzgeschwindigkeit (v_limit) unterhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) und einem Gebiet (U_{v_max}) mit einer Grenzgeschwindigkeit (v_max) oder möglichen Fahrgeschwindigkeit (v) oberhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) die Fahrgeschwindigkeit (v) unterhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) des niedrigeren Ganges (GN) liegt.
Steuerverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5, 8) vom niedrigeren Gang (GN) in den höheren Gang (GH) gewechselt wird, wenn innerhalb eines Übergangsbereiches (B2) zwischen dem Gebiet (U_{v_limit}) mit einer Grenzgeschwindigkeit (v_limit) unterhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) und einem Gebiet (U_{v_max}) mit einer Grenzgeschwindigkeit (v_max) oder möglichen Fahrgeschwindigkeit (v) oberhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) ein Fahrerleistungsanforderungswert (FP) unterhalb einer definierten zweiten Schwelle (S2) liegt.
Steuerverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwelle (S1) und die zweite Schwelle (2) gleich sind oder im Sinne einer Hysterese unterschiedlich definiert sind.
Steuervorrichtung in einem Kraftfahrzeug zum Schalten eines automatischen Getriebes (7), das mindestens zwei Gänge (GH, GN) aufweist, mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (5, 8) dergestalt, dass von ihr für einen definierten Vorausschaubereich (BV) Daten einer fahrgeschwindigkeitsbezogenen Datenquelle (10) empfangbar sind, dass von ihr aus den Daten ein zumindest im Vorausschaubereich (BV) vorausliegendes Gebiet (U_{v_limit}) mit einer Grenzgeschwindigkeit (v_limit) unterhalb der Maximalgeschwindigkeit (v_max) des niedrigeren Ganges (GN) erkennbar ist und dass durch sie der niedrigere Gang (GN) beibehaltbar oder vom höheren Gang (GN) auf den niedrigeren Gang (GN) zurückschaltbar ist, wenn im Vorausschaubereich (BV) ein derartiges Gebiet (U_{v_limit}) erkannt ist.
Steuergerät (5, 8) für ein Kraftfahrzeug (F) mit einem programmierbaren Funktionsmodul zur Steuerung eines automatischen Getriebes (7) zur Verwendung in einer Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.