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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Ankriechen eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor mittels einer elektronisch ansteuerbaren Kupplung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um ein Kraftfahrzeug mittels des Verfahrens automatisiert mittels einer elektronisch ansteuerbaren Kupplung anzukriechen.
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Stand der Technik
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Das Ankriechen und Anfahren von Kraftfahrzeugen wird in automatisierten Getriebesystemen durch Anfahrelemente wie beispielsweise eine schlupfende Kupplung verwirklicht. Diese Kupplung wird üblicherweise von einer elektronischen Steuerung aktuiert. Unter Ankriechen wird dabei das aktive Losrollen des Fahrzeugs verstanden, ohne dass der Fahrer einen Fahrhebel betätigt hat. Die Kupplung überträgt dabei ein Drehmoment, welches das Fahrzeug beschleunigt und das auch als Kriechmoment bezeichnet wird. Unter Anfahren wird verstanden, dass der Fahrer einen Fahrhebel auslenkt und damit einen expliziten Beschleunigungswunsch äußert. Beide Situationen finden nur bei einer schlupfenden Kupplung statt. Sobald der Schlupf in der Kupplung abgebaut ist, wird nicht mehr von Kriechen oder Anfahren gesprochen, sondern von Rollen oder Fahren. Getriebesysteme können die Möglichkeit haben, das Verhalten des Motors beim Ankriechen und Anfahren mittels Eingriffsmomenten zu beeinflussen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Verfahren zum automatisierten Ankriechen eines Kraftfahrzeugs geht von einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und einer elektronisch ansteuerbaren Kupplung aus. Ein Kupplungsmoment des Kraftfahrzeugs wird vorgegeben, indem eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs über ein aktuelles Kupplungsmoment geregelt wird. Diese Regelung erfolgt, wenn ein Fahrhebel des Kraftfahrzeugs nicht betätigt ist und der Fahrer des Kraftfahrzeugs also noch kein Anfahren angefordert hat. Unter einem Fahrhebel werden erfindungsgemäß neben einem Gaspedal auch andere Bedienelemente, wie beispielsweise Schalthebel, Drehgriffe oder Joysticks verstanden. Die Kupplung wird dann unter Verwendung des vorgegebenen Kupplungsmoments angesteuert. Der Komfort des Ankriechens ist in diesem Verfahren über das Beschleunigungsverhalten des Kraftfahrzeugs kalibrierbar. Fahrwiderstände können dabei ausgeregelt werden, so dass die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs immer gleich ist. Durch Formung der Sollbeschleunigung kann der Ruck, d. h. die Ableitung der Beschleunigung nach der Zeit und damit der Komfort bestimmt werden. Sondersituationen, wie beispielsweise ein Kriechen gegen einen Bordstein können zuverlässig und ohne ein Überschießen des Kraftfahrzeugs verwirklicht werden. Durch Einstellung einer Sollbeschleunigung von mehr als Null kann ein Schlupfabbau gewährleistet werden und der Übergang vom Ankriechen in den Leerlaufbetrieb, also das Rollen des Kraftfahrzeugs kann ruckfrei erfolgen.
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Die Beschleunigung ist hierzu vorzugsweise eine Sollbeschleunigung, die aus der Abweichung einer aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von einer Zielgeschwindigkeit ermittelt wird. Dabei ist die Zielgeschwindigkeit insbesondere eine Rollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei der Leerlaufdrehzahl seines Verbrennungsmotors. Je näher die aktuelle Geschwindigkeit an der Zielgeschwindigkeit liegt, desto geringer kann die Sollbeschleunigung gewählt werden. Um schlagartige Änderungen der Beschleunigung zu vermeiden, ist es weiterhin bevorzugt, dass die Beschleunigung durch ein Filter geformt wird. Dies erhöht den Fahrkomfort. Kurz vor Erreichen der Zielgeschwindigkeit kann die Sollbeschleunigung insbesondere auf einen Wert eingestellt werden, der in einem vorgebbaren, insbesondere niedrigen Wertebereich über Null liegt. Somit kann ein nahtloser Übergang zum Rollen mit konstanter Geschwindigkeit, d. h. einer Beschleunigung von 0 m/s2 erreicht werden.
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Die Sollbeschleunigung wird vorzugsweise gefiltert, um einen komfortablen und ruckfreien Ausbau der Sollbeschleunigung zu gewährleisten.
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Die Zuordnung der Sollbeschleunigung zu der Differenz zwischen der aktuellen Geschwindigkeit und der Zielgeschwindigkeit sowie das Filterverhalten können beispielsweise kalibriert werden. Durch Datenvarianz können hierbei verschiedene Fahrbedingungen unterschiedlich behandelt werden, so dass abhängig davon, ob ein Vorwärts- oder ein Rückwärtsgang eingelegt ist, abhängig von einem aktivierten Fahrprogramm (z. B. Eco, Komfort oder Sport), von den Umweltbedingungen (z. B. Winter, Sommer oder Bergfahrt) und Betriebsmodi (z. B. Fahrt mit Anhänger, Rangieren oder Staufahrt) ein unterschiedliches Kriechverhalten erreicht werden kann.
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Die gegebenenfalls gefilterte Sollbeschleunigung wird vorzugsweise über eine Istbeschleunigung verringert. Die Istbeschleunigung kann durch Ableitung eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Ein solches Signal kann beispielsweise einem Sensor an einer nicht angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs entnommen werden. Wenn dieses Signal beispielsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs nicht zur Verfügung steht, so kann die Istbeschleunigung alternativ auch aus einem Sensorsignal eines Längsbeschleunigungssensors des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Um auf diese Weise eine genaue Geschwindigkeitsinformation zu erhalten, ist es bevorzugt, dass das Signal des Längsbeschleunigungssensors um eine Hangabtriebskraft des Kraftfahrzeugs bereinigt wird, da diese ein Offset im Sensorsignal verursachen kann.
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Das aktuelle Kupplungsmoment wird vorzugsweise einer Vorsteuerung entnommen, welche als Eingangsgröße die Sollbeschleunigung verwendet. Die Vorsteuerung kann bekannte Fahrwiderstände, wie eine aktuelle Hangabtriebskraft, einen Rollwiderstand der Reifen des Kraftfahrzeugs, Verlustmomente seines Triebstrangs und die Trägheit der Fahrzeugmasse sowie der rotierenden Teile kompensieren.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Beschleunigung einem PID-Regler zugeführt wird. Dieser Regler kann eventuelle Fehler, Ungenauigkeiten und unbekannte Fahrwiderstände, die beispielsweise durch einen Bordstein hervorgerufen werden können, ausregeln. Hierbei kann ein weiterer Filter im Sollbeschleunigungspfad des PID-Reglers vorgesehen sein, um Verzögerungen im Istbeschleunigungssignal, die durch eine Filterung in der Signalaufbereitung entstehen, auf das Sollbeschleunigungssignal zu übertragen. Auf diese Weise kann eine Phasenverschiebung korrigiert werden.
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Um ein Abwürgen des Verbrennungsmotors beim Ankriechen des Kraftfahrzeugs zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass das vorgegebene Kupplungsmoment begrenzt oder verringert wird, wenn eine Istdrehzahl des Verbrennungsmotors einen Drehzahlschwellenwert unterschreitet. Als Drehzahlschwellenwert wird insbesondere die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors gewählt. Die Verringerung des vorgegebenen Kupplungsmoments kann im Extremfall dazu führen, dass die Kupplung komplett geöffnet wird, wenn das Kupplungsmoment auf Null reduziert wird. Hierdurch wird ermöglicht, dass ein Drehzahlregler des Verbrennungsmotors diesen ohne äußere Einflüsse wieder auf die Leerlaufdrehzahl einregelt.
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Wenn der Fahrhebel betätigt wird, ist es bevorzugt, dass ein Fahrerwunschmoment zu dem vorgegebenen Kupplungsmoment addiert wird. Ein solches Fahrerwunschmoment wird in einer herkömmlichen Momentenstruktur des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise einer ETS (Engine Torque Structure) bei Betätigung des Fahrhebels gebildet. Dieses wird normalerweise für die Bildung des Motormoments des Verbrennungsmotors verwendet. Da das Motormoment aber für einen Anfahrvorgang, den der Fahrer durch Betätigung des Fahrhebels auslösen möchte, aus einem Drehzahlregler erzeugt wird, wirkt das Fahrerwunschmoment in diesem Fall nicht. Es stellt jedoch eine Richtgröße dafür dar, was der Fahrer momentan möchte bzw. was der Motor stellen würde, wenn kein Regler aktiv wäre. Das Fahrwunschmoment ist unabhängig von Getriebeeingriffen und beinhaltet die natürlichen Grenzen des Verbrennungsmotors wie beispielsweise sein Maximalmoment und sein Turboverhalten. Beim Übergang vom Ankriechen zum Anfahren kann das Fahrwunschmoment in dem Verfahren als Sollmoment für die Kupplung verwendet werden. Dazu wird es jedoch bevorzugt um einen dynamischen Anteil reduziert. Der dynamische Anteil ist das Moment, das der Verbrennungsmotor benötigt, um sich selbst zu beschleunigen. Die Höhe des Anteils richtet sich nach der aktuellen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs, welche der Verbrennungsmotor zum Ende des Anfahrvorgangs auch erreichen muss. Diese dynamische Reserve sollte von der Kupplung nicht abgegriffen werden, da sonst eine Beschleunigung des Verbrennungsmotors nur durch Reduzierung des Kupplungsmoments verwirklicht werden könnte.
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Das vorgegebene Kupplungsmoment wird bevorzugt zur Vorsteuerung einer Solldrehzahl des Verbrennungsmotors verwendet. Wenn der Fahrer kein Fahrpedal betätigt, wird als Solldrehzahl üblicherweise die aktuelle Leerlaufdrehzahl eingestellt. Gegebenenfalls kann diese überhöht werden, um den Motor in einen stabileren Betriebspunkt zu bringen. Da das Kupplungsmoment im Schlupf als zusätzliches Moment auf den Verbrennungsmotor wirkt, ist vorgesehen, dass es vom Motorregler kompensiert wird. Dies kann erreicht werden, indem es zur Vorsteuerung addiert wird. Es ist hierbei bevorzugt, dass das vorgegebene Kupplungsmoment ohne Momentenkorrektur verwendet wird, da sich anderenfalls eine unerwünschte Rückwirkung im Regelkreis bilden könnte.
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Für eine solche Momentenkorrektur ist es weiterhin bevorzugt, dass eine Änderung des vorgegebenen Kupplungsmoments erfolgt, wenn eine Istdrehzahl des Verbrennungsmotors um mehr als einen Drehzahldifferenzschwellenwert von der Solldrehzahl abweicht des Verbrennungsmotors abweicht. Dies kann darauf beruhen, dass die Kupplung mehr Moment stellt als der Verbrennungsmotor. Wenn der Verbrennungsmotor nicht in der Lage ist, das Kupplungsmoment zu kompensieren, erreicht er seine Solldrehzahl nicht. Durch Rücknahme des Kupplungsmoments wird der Verbrennungsmotor entlastet, so dass er seine Solldrehzahl erreichen kann. Eine Änderung des vorgegebenen Kupplungsmoments erfolgt vorzugsweise alternativ oder zusätzlich auch dann, wenn ein Istdrehmoment des Verbrennungsmotors um mehr als einen Drehmomentdifferenzschwellenwert von einem Solldrehmoment abweicht. Wenn der Verbrennungsmotor mehr Moment stellt als die Kupplung, reduziert ein Drehzahlregler des Verbrennungsmotors das Motormoment massiv, um nicht zu überschießen. Der Verbrennungsmotor schöpft dadurch sein Potenzial nicht aus und die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bleibt eventuell unter den Erwartungen des Fahrers. Indem das Kupplungsmoment erhöht wird, wird der Verbrennungsmotor stärker belastet und kann sein volles Potenzial nutzen. In beiden Fällen ist es bevorzugt, dass die Änderung des vorgegebenen Kupplungsmoments nicht sprunghaft erfolgt, sondern dass das Kupplungsmoment kontinuierlich geändert wird, um den Fahrkomfort nicht zu beeinträchtigen.
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Die Kupplung wird vorzugsweise mindestens mit einem vorgebbaren Mindestmoment angesteuert. Dieses sorgt dafür, dass die Kupplung den Triebstrang des Kraftfahrzeugs einmalig auf einen sogenannten Zugbetrieb spannt und danach nicht wieder komplett öffnet, auch wenn eventuelle Regler dies fordern. Ein minimales Moment ist aus Fahrbarkeits- und Sicherheitsgründen unbedenklich. Eine Absenkung des Kupplungsmoments unter das Mindestmoment ist nur dann bevorzugt, wenn dies zum Zweck eines Abwürgeschutzes des Verbrennungsmotors gefordert wird.
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Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens auf einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vorzunehmen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird ein elektronisches Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um ein Kraftfahrzeug automatisiert mittels einer elektronisch ansteuerbaren Kupplung anzukriechen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug, welches mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ankriechen kann.
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2 zeigt schematisch einen Beschleunigungsregler, welcher in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
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3 zeigt schematisch eine Kupplungsmomentenkoordination in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt in einem Diagramm, wie in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Momentenkorrektur durchgeführt wird.
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Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Mithilfe eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Kraftfahrzeug 1 ankriechen, welches in 1 dargestellt ist. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Verbrennungsmotor 11 auf, welcher über eine automatisierte Kupplung 12, ein Getriebe 13 und ein Differenzialgetriebe 14 mit den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Ein Fahrhebel 15, der als Gaspedal ausgeführt ist, dient dazu einen Fahrwunsch an ein elektronisches Steuergerät 16 zu übertragen, in welchem ein Fahrwunschmoment erzeugt wird. Das elektronische Steuergerät 16 steuert den Verbrennungsmotor 11, die automatisierte Kupplung 12 und das Getriebe 13. Es ist mit verschiedenen Sensoren des Kraftfahrzeugs 1, wie beispielsweise einem Längsbeschleunigungssensor 17 verbunden.
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Nach dem Starten des Kraftfahrzeugs 1 erfolgt bei nicht ausgelenktem Fahrhebel 15 ein Ankriechen des Kraftfahrzeugs 1. Hierbei gibt das elektronische Steuergerät 16 der Kupplung 12 ein Kupplungssollmoment Mv vor. Zur Berechnung dieses Kupplungssollmoments Mv wird zunächst mittels eines Beschleunigungsreglers 2 ein Kupplungsbeschleunigungsmoment Mb ermittelt. Der Beschleunigungsregler 2 ist in 2 dargestellt. Abhängig von der Differenz zwischen einer aktuellen Geschwindigkeit va des Kraftfahrzeugs 1 und einer Zielgeschwindigkeit vz, welche vorliegend einer Geschwindigkeit von 6 km/h im Leerlaufzustand des Verbrennungsmotors 11 entspricht, wird eine durch einen nicht dargestellten, vorliegend als PT2-Filter ausgeführten, ersten Filter geformte Sollbeschleunigung as des Kraftfahrzeugs 1 ermittelt. Hierbei wird die Höhe der Sollbeschleunigung as durch die Geschwindigkeitsdifferenz und ihr zeitlicher Verlauf durch den PT2-Filter bestimmt. Die Sollbeschleunigung as wird einem, vorliegend als PT1-Filter ausgeführten, zweiten Filter 21 übergeben und von der zweifach gefilterten Sollbeschleunigung wird die Istbeschleunigung ai des Kraftfahrzeugs 1 subtrahiert. Diese kann mittels eines nicht dargestellten Sensors an der nicht angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs 1 oder mittels des Längsbeschleunigungssensors 17 ermittelt werden. Das Ergebnis der Subtraktion wird an einen PID-Regler 22, der vorliegend einen P-Anteil, einen I-Anteil und einen DT1-Anteil aufweist, übergeben und die Ausgangswerte des PID-Reglers 22 werden addiert. Zum Ergebnis dieser Addition wird ein aktuelles Kupplungsmoment Ma addiert. Dieses wird von einer Vorsteuerung 23 bereitgestellt, welche als Eingangsgröße die noch nicht von dem zweiten Filter 21 gefilterte Sollbeschleunigung as verwendet. Als Ergebnis der Addition wird das Beschleunigungskupplungsmoment Mb erhalten.
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Dieses wird im Weiteren an eine Momentenkoordination 3 übergeben, die in 3 dargestellt ist. Sollte das Beschleunigungskupplungsmoment negativ sein, so wird es auf Null gesetzt 31. Das Fahrwunschmoment Mw wird, sofern es negativ sein sollte, ebenfalls auf Null gesetzt 32. Anschließend werden diese beiden Momente Mb, Mw addiert, wobei ein Fahrwunschmoment Mw von mehr als Null nur dann vorliegt, wenn bereits eine Auslenkung des Fahrhebels 15 erfolgt ist. Zum Ergebnis der Addition wird ein Korrekturmoment Mk addiert. Ein solches Korrekturmoment Mk wird dann erzeugt, wenn der Unterschied zwischen einer Istdrehzahl ni des Verbrennungsmotors 11 und einer Solldrehzahl ns größer als ein Drehzahldifferenzschwellenwert Δns ist. Auch wenn die Differenz eines Istmoments Mi und eines Sollmoments Ms des Verbrennungsmotors 11 größer als ein Drehmomentdifferenzschwellenwert ΔMs ist, wird ein Korrekturmoment Mk erzeugt. Das Prinzip der Momentenkorrektur ist in 4 dargestellt. Dort ist der Verlauf verschiedener Drehmomente M mit der Zeit t aufgetragen. Das Sollmoment Ms aus einem Drehzahlregler des Verbrennungsmotors 11 wird dem Fahrwunschmoment Mw, welches dem aktuell maximalen möglichen Motormoment entspricht, dem sich aus dem Fahrwunsch ergebenden Kupplungssollmoment Mf, das gefiltert und damit dynamisch bereinigt ist, und einem sich aus der Momentenkoordination 3 ergebenden Kupplungssollmoment Mv, gegenübergestellt. Im Bereich 51 kann der Verbrennungsmotor 11 sein Sollmoment Ms nicht generieren. Damit wird das Fahrwunschmoment Mw überschritten und die Kupplung 12 wird durch ein negatives Korrekturmoment Mk in Richtung offen korrigiert. Im Bereich 52 fordert der Drehzahlregler des Verbrennungsmotors 11 weniger Drehmoment an als dem Fahrerwunsch gemäß dem gefilterten Kupplungssollmoment Mf entspricht, an. Es wird ein positives Korrekturmoment Mk erzeugt, um die Kupplung 12 in Richtung geschlossen zu korrigieren.
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Die nun erhaltene Summe aus den drei bisher berücksichtigen Kupplungsmomenten Mb, Mw und Mk wird mit einem durch ein Filter 33 geformten Mindestmoment Mm verglichen 34. Der höhere der beiden Werte wird der weiteren Berechnung zugrunde gelegt. Falls die Istdrehzahl ni des Verbrennungsmotors 11 kleiner als ein Drehzahlschwellenwert na ist, welcher der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 11 entspricht, so erfolgt eine Begrenzung 35 des so erhaltenen Moments auf ein Abwürgschutzmoment Mz. Anschließend wird ein Kupplungssollmoment Mv erhalten, mit welchem die Kupplung 12 vom Steuergerät 16 angesteuert wird.
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Sobald der Fahrhebel 15 vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 betätigt wird, erfolgt ein Übergang vom Ankriechen des Kraftfahrzeugs 1 zu einem Anfahren. Dies wird dadurch erreicht, dass in der Momentenkoordination ein Fahrwunschmoment Mw von mehr als Null berücksichtigt wird. Das Verfahren wird beendet, wenn ein Übergang des Kraftfahrzeugs 1 vom Anfahren zum Fahren oder zum Rollen erfolgt ist.
