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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei einem Fahrzeug mit Automatikgetriebe erfolgt die Gangschaltung in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern, etwa der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrpedalstellung und dem Fahrpedalgradienten. Auf der Grundlage des aus den Fahrbetriebsparametern erfassten aktuellen Fahrzustands ermittelt das Getriebesteuergerät eine Schaltempfehlung, auf deren Grundlage die Gangschaltung erfolgt.
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Ein gattungsgemäßes Fahrzeug weist eine Antriebseinheit, etwa eine Brennkraftmaschine auf, die trieblich mit einem Automatikgetriebe gekoppelt ist, über das ein Antriebsmoment auf die Fahrzeugräder abtreibbar ist. Das Fahrzeug weist eine elektronische Steuereinrichtung auf, die auf ein durch Betätigung des Gaspedals fahrerseitig vorgegebenes Sollmoment die Antriebseinheit ansteuert. Zudem ist dem Automatikgetriebe ein Getriebesteuergerät zugeordnet, das im Fahrbetrieb in Abhängigkeit von Fahrbetriebsparametern zumindest eine Gangschaltung auslöst. Die Gangschaltung erfolgt bei teilweise durchgetretenem Gaspedal, und zwar in einer Gaspedalstellung, die nicht positionsfest in der Gaspedal-Kennlinie integriert ist, sondern in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand über den verfügbaren Gaspedal-Stellweg variieren kann.
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Bei bekannten Automatikgetrieben kann zudem eine sogenannte Kick-Down-Rückschaltung realisiert sein, bei der in einem passiven Fahrpedal in der Gaspedal-Kennlinie ein Kick-Down-Druckpunkt integriert ist. Der Kick-Down-Druckpunkt ist positionsfest in der Gaspedal-Kennlinie integriert und im Bereich der vollständig durchgedrückten Gaspedalstellung angeordnet. Bei einem Überdrücken des Kick-Down-Druckpunktes wird eine oder mehrere Rückschaltungen in einen (sinnvollen) niedrigeren Gang veranlasst, um eine noch größere Fahrzeug-Beschleunigung zu erzielen.
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Den Ausgangspunkt der Erfindung bildet eine spezielle Fahrsituation, bei der ausgehend von einer Konstantfahrt in eine Beschleunigungsfahrt gewechselt wird. Während der Beschleunigungsfahrt wird das Gaspedal mit einem positiven Gaspedalgradienten (das heißt in Richtung vollständig durchgedrückter Gaspedalstellung) betätigt. In diesem Fall erfolgt im Automatikgetriebe zur Unterstützung der Beschleunigungsfahrt eine automatische Gangrückstellung von einem höheren Gang in einen niedrigeren Gang (zum Beispiel vom sechsten Gang in den fünften Gang).
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In einigen Fällen kann jedoch die automatische Gangrückstellung nicht zweckdienlich sein, zum Beispiel aufgrund fahrerseitiger Informationen über die Fahrstrecke oder über die Verkehrssituation. Es ist auch möglich, dass der Fahrer eine Gangrückstellung vermeiden will, weil aufgrund der Drehzahlerhöhung nach einer Rückschaltung das Geräuschverhalten und Vibrationsverhalten im Inneren des Fahrzeugs als unangenehm empfunden wird. Bei einer sportlichen Fahrweise kann die durch die Rückschaltung verursachte Kraftschlussunterbrechung zu einer Instabilität des Fahrzeuges führen. Im Stand der Technik erhält der Fahrer aufgrund der fehlenden Rückmeldung keine Möglichkeit, auf eine bevorstehende Gangschaltung gegebenenfalls zu verzichten oder diese bewusst auszulösen.
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Aus der
DE 10 2011 088 309 A1 ist ein Verfahren und Steuergerät zum Steuern von vorhersehbaren, haptisch wahrnehmbaren Signalen an einem Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs bekannt. Aus der
DE 10 2014 005 129 A1 ist ein Verfahren und Fahrerassistenzvorrichtung zur Unterstützung eines Fahrers beim Führen eines Fahrzeugs bekannt, bei dem mittels eines Aktors eines haptischen Fahrpedals eine Vibration als Rückmeldung für den Fahrer erzeugt wird. Aus der
DE 10 2014 019 543 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs bekannt, wobei an einem Lenkrad oder Fahrpedal eine Vibration erzeugbar ist, um eine Schaltempfehlung zu signalisieren.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe bereitzustellen, bei dem sich zusätzliche Freiheitsgrade zum Auslösen von Gangschaltungen für den Fahrer im Fahrbetrieb ergeben.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist das Getriebesteuergerät mit einem Bedienelement (zum Beispiel aktives Gaspedal, Lenkrad oder Getriebewählhebel) des Fahrers in Signalverbindung. Das Bedienelement kann für den Fahrer eine Rückmeldung über eine unmittelbar bevorstehende Auslösung der Gangschaltung erzeugen. Auf diese Weise erhält der Fahrer während des Fahrbetriebs eine Einflussmöglichkeit darüber, ob die Gangschaltung tatsächlich stattfinden soll oder nicht.
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Mit der Erfindung erfolgt daher – in Abgrenzung zu einem Kick-Down-Druckpunkt – eine Gangschalt-Rückmeldung bei teilweise durchgetretenem, aktivem Gaspedal, und zwar in einer Gaspedalstellung, die nicht positionsfest in der Gaspedal-Kennlinie integriert ist, sondern in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand über den verfügbaren Gaspedal-Stellweg variieren kann. Im Unterschied dazu ist der kick-Down-Druckpunkt nicht veränderlich, sondern lagefest am Ende der Gaspedal-Kennlinie positioniert, das heißt bei vollständig durchgedrückter Gaspedalstellung und nicht bei teilweise durchgetretenem Gaspedal.
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Um eine einfache sowie gut vom Fahrer wahrnehmbare Rückmeldung sicherzustellen, ist erfindungsgemäß die haptische Rückmeldung als eine Vibration ausgeführt ist, mit der das Bedienelement beaufschlagbar ist. Die Vibration wird erzeugt, wenn sich die aktuelle Gaspedalstellung in einem vordefinierten Gaspedal-Stellwegbereich befindet. Dieser Gaspedal-Stellwegbereich ist in einer Gaspedal-Betätigungsrichtung einer Gaspedalstellung unmittelbar vorgelagert, die mit der Gangschaltung korreliert.
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Zur Steigerung der Wahrnehmung der bevorstehende Auslösung der Gangschaltung kann die Amplitude und/oder die Frequenz der Vibration in Abhängigkeit von aktuellen Gaspedalstellung im Gaspedal-Stellwegbereich variierbar sein. In einer technischen Umsetzung kann die Amplitude und/oder die Frequenz der Vibration bei einer Gaspedal-Betätigung in Richtung auf die mit der Gangschaltung korrelierende Gaspedalstellung erhöht werden. Sobald das Gaspedal die mit der Gangschaltung korrelierende Gaspedalstellung über- oder unterschreitet, wird die Vibration beendet. Bei einer Gaspedal-Betätigung in einer Richtung weg von der mit der Gangschaltung korrelierenden Gaspedalstellung wird dagegen die Amplitude und/oder die Frequenz der Vibration reduziert. Sobald sich das Gaspedal aus dem Gaspedal-Stellwegbereich bewegt, wird die Vibration beendet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Gaspedal ein mit einer Rückstellkraft beaufschlagbares aktives Fahrpedal sein. Das Gaspedal kann in diesem Fall als das mit der Vibration beaufschlagbare Bedienelement wirken, wobei insbesondere die Steuereinrichtung bei bevorstehender Auslösung einer Gangschaltung eine Gaspedal-Kennlinie, die die Rückstellkraft über den Gaspedalstellweg wiedergibt, mit der Vibration überlagert wird, sofern eine Auslösung einer Gangschaltung bevorsteht. Alternativ dazu kann als Bedienelement auch ein Fahrzeuglenkrad oder ein Getriebewählhebel eingesetzt werden.
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Die Erfindung ist insbesondere bei einer Fahrsituation anwendbar, bei der ausgehend von einer Konstantfahrt in eine Beschleunigungsfahrt gewechselt wird, bei der das Gaspedal mit einem positiven Gaspedalgradienten in Richtung auf die vollständig durchgedrückte Gaspedalstellung verstellt wird. In diesem Fall erfolgt in gängiger Praxis im Automatikgetriebe eine Rückschaltung in einen niedrigeren Gang, um die Beschleunigungsfahrt, etwa ein Überholvorgang oder dergleichen, zu unterstützen. In Anwendung der Erfindung erhält der Fahrer bevorzugt vom Gaspedal die haptische Rückmeldung über die bevorstehende Rückschalt-Auslösung. Bei einem weiteren Eindrücken des Gaspedals kann daher der Fahrer die Rückschaltung bewusst auslösen oder sich gegen eine solche Rückschaltung entscheiden, indem er den positiven Gaspedalgradienten reduziert, das heißt vom Gaspedal geht, oder das Gaspedal in der Position hält und nicht über den Druckpunkt hinaus weiter durchdrückt.
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Am Ende der Beschleunigungsfahrt kann gegebenenfalls wieder in eine Konstantfahrt niedrigerer Fahrgeschwindigkeit gewechselt werden. Ein solcher Wechsel erfolgt bei negativem Gaspedalgradienten, das heißt das Gaspedal wird vom Fahrer gelöst – das Gaspedal kann dabei gering angestellt sein, das heißt der Fahrer gibt wenig Gas. In herkömmlichen Automatikgetrieben erfolgt in dieser Fahrsituation bei negativem Gaspedalgradienten wieder ein Hochschalten in einen höheren Gang. Dies wird in gängiger Praxis ebenfalls ohne Rückmeldung auf den Fahrer durchgeführt. In Anwendung der Erfindung kann auch das bevorstehende Auslösen einer solchen Hochschaltung mit einer Rückmeldung verknüpft werden, die es dem Fahrer als Entscheidungsgrundlage dient.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass nicht jede einzelne durchgeführte Rück-/Hochschaltungen rückgemeldet werden muss. Vielmehr kann in einer Ausführungsform auch nur eine oder mehrere Hoch-/Rückschaltungen (neben dem Kickdown) rückgemeldet werden. In der Regel wird die jeweils erste anstehende Schaltung rückgemeldet.
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Zur technischen Ausführung eignet sich gemäß vorheriger Beschreibung ein sogenanntes Force-Feedback-Fahrpedal, wie es beispielhaft aus der
DE 10 2008 020 842 A1 bekannt ist. Bei einem solchen Fahrpedal kann durch entsprechende Ansteuerung der Steuereinrichtung der Kennlinienverlauf des Fahrpedals eingestellt werden. Über ein derartiges Fahrpedal kann daher der Fahrer nicht nur eine Sollmoment-Vorgabe der elektronischen Steuereinrichtung mitteilen. Im Gegenzug kann das Fahrpedal auch durch eine sich situationsbedingt verändernde Rückstellkraft dem Fahrer einen unmittelbaren Eindruck darüber vermitteln, ob eine Gangschaltung unmittelbar bevorsteht oder nicht.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einem grob schematischen Blockschaltdiagramm einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs;
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2 ein, in einem Getriebesteuergerät eines Automatikgetriebes hinterlegtes Schaltkennfeld, auf dessen Grundlage im Fahrbetrieb Gangschaltungen durchgeführt werden;
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3 eine Gaspedal-Kennlinie, in der Rückmeldungen über Gangschalt-Auslösungen integriert sind; und
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4 eine in der Steuereinrichtung hinterlegtes Diagramm, auf dessen Grundlage die Amplitude und die Frequenz der Vibration in Abhängigkeit von der aktuellen Gaspedalstellung variierbar ist.
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Die 1 ist im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher ist die 1 eine lediglich grob vereinfachte Darstellung, die keinen realitätsgetreuen Aufbau des Antriebsstranges und der Antriebssteuerung wiedergibt. In der 1 weist das zweispurige Fahrzeug eine Brennkraftmaschine 1 auf, die mit einem Automatikgetriebe 5 trieblich gekoppelt ist. Das Automatikgetriebe 5 kann zur Aufteilung des Antriebsmomentes auf die Fahrzeugräder in trieblicher Verbindung mit nicht gezeigten Vorder- und/oder Hinterachsdifferenzialen sein.
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Das Motorsteuergerät 15 der Brennkraftmaschine 1 sowie das Getriebesteuergerät 16 des Automatikgetriebes 5 sind mittels einer elektronischen Steuereinrichtung 7 ansteuerbar, die als Eingangsgrößen eine Vielzahl von Fahrbetriebsparametern erfasst. Zudem ist die Steuereinrichtung 7 mit einem aktiven Fahrpedal 9 verbunden. In Abhängigkeit von dem Auslenkwinkel (das heißt dem Stellweg s) des Fahrpedals 9 wird der Steuereinrichtung 7 eine, einem Sollmoment Msoll entsprechende Fahrer-Vorgabe zugeführt. Auf der Grundlage der Sollmoment-Vorgabe sowie der oben erwähnten Fahrbetriebsparameter steuert die Steuereinrichtung 7 über gestrichelt dargestellte Signalleitungen 11 das Motorsteuergerät 15 der Brennkraftmaschine 1 sowie das Getriebesteuergerät 16 des Automatikgetriebes 5 an.
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Das Gaspedal 9 ist vorliegend ein sogenanntes Force-Feedback-Pedal, dessen Gaspedal-Kennlinie (3) in Abhängigkeit von entsprechenden Steuersignalen S (1) der Steuereinrichtung 7 mit später beschriebenen, als Vibrationen ausgebildeten Rückmeldungen A, B, C überlagert wird. Hierzu ist die Steuereinrichtung 7 über die Signalleitung 21 mit dem Gaspedal 9 in Verbindung. Während des Fahrbetriebs ermittelt das Getriebesteuergerät 16 auf der Grundlage eines der in der 2 grob vereinfacht gezeigten Schaltkennfeldes die Auslösung einer Gangschaltung. Zudem weist das Gaspedal 9 einen Positionssensor 22 auf, mit dem die aktuelle Gaspedalstellung sist erfasst und zur Steuereinrichtung 7 geleitet wird. In Abhängigkeit von der aktuelle Gaspedalstellung sist erzeugt die Steuereinrichtung 7 das Steuersignal S, mit dem das Gaspedal (über einen nicht dargestellten Aktor) mit einer Vibration beaufschlagt wird. Die Vibration dient als Rückmeldung A, B, C für den Fahrer über eine bevorstehende Auslösung einer Gangschaltung, wie es später noch beschrieben ist.
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In dem Schaltkennfeld der 2 sind zur Erläuterung der Erfindung exemplarisch Hoch- und Rückschaltschwellen angedeutet, anhand derer das Getriebesteuergerät 16 in einem 6-Gang-Automatikgetriebe Gangschaltungen vornimmt. Die Rückschaltschwellen R6/5, R5/4 sind oberhalb der punktiert angedeuteten Volllastkennlinie der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Zudem sind in der 2 in den niedrigeren Motordrehzahlbereichen Hochschaltschwellen H4/5 und H5/6 eingezeichnet.
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Das in der 2 gezeigte Muscheldiagramm stellt den spezifischen Kraftstoffverbrauch dar. Im dargestellten Diagramm mit überlagerten Schaltkennlinien ist das Muscheldiagramm zur Vergleichbarkeit vereinfacht für ein festes Übersetzungsverhältnis dargestellt. Die übliche Darstellung des Muscheldiagramms mit der Abszissenachse als Drehzahl des Antriebsaggregats kann anhand des Übersetzungsverhältnisses und der Fahrgeschwindigkeit berechnet werden. Anstelle des Fahrpedalwertes kann als Ordinatenachse auch das Drehmoment des Antriebsaggregates oder der effektiver Mitteldruck des Antriebsaggregates stehen. Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist ein Maß für die Effizienz einer Verbrennungskraftmaschine. Definiert ist er als das Verhältnis zwischen Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit und der abgegeben mechanischen Leistung. Der spezifische Kraftstoffverbrauch wird üblicherweise in g/kWh angegeben.
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In der 3 ist eine Gaspedal-Kennlinie gezeigt, die eine Rückstellkraft F über den Gaspedal-Stellweg s wiedergibt. Die Gaspedal-Kennlinie steigt bis nahezu der vollständig durchgedrückten Gaspedalstellung an. Im Bereich der vollständig durchgedrückten Gaspedalstellung ist ein lagefest im Kennlinien-Verlauf integrierter Kickdown-Druckpunkt K integriert, der bei (nahezu) vollständig durchgedrücktem Gaspedal 9 eine Kickdown-Rückschaltung einleitet. Zudem sind in der Gaspedal-Kennlinie die Gang-Rückschaltungen R6/5, R5/4 sowie die Gang-Hochschaltung H5/6 eingezeichnet.
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Nachfolgend wird zunächst der Wechsel von einer Konstantfahrt mit geschaltetem 6. Gang in eine Beschleunigungsfahrt beschrieben, bei der die in der 3 gezeigte Gaspedal-Kennlinie in Kombination mit zum Beispiel dem in der 2 gezeigten Schaltkennfeld in Anwendung ist:
In diesem Fall drückt der Fahrer zur Aufnahme der Beschleunigungsfahrt das Gaspedal 9 mit einem positiven Gaspedalgradienten in Richtung vollständig durchgedrückte Gaspedalstellung. Dadurch werden die in der 2 gezeigten Rückschaltschwellen R6/5, R5/4 überschritten, wodurch das Getriebesteuergerät 16 die entsprechenden Rückschaltvorgänge auslöst, um die Beschleunigungsfahrt zu unterstützen. Die Rückschaltvorgänge erfolgen mit Rückmeldung zum Fahrer. Dieser hat somit die Möglichkeit, während der Beschleunigungsfahrt eine unmittelbar bevorstehende Gangschalt-Auslösung gezielt zu vermeiden, zum Beispiel in Kenntnis vorausschauender Streckeninformationen oder der Verkehrssituation.
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Hierfür erzeugt das Gaspedal 9 für den Fahrer eine haptische Rückmeldung A, B, C über eine unmittelbar bevorstehende Auslösung einer Gangschaltung. Die Rückmeldungen A, B, C sind in der 3 jeweils als Vibration realisiert. Bei einem Über- oder Unterschreiten dieser in der Gaspedal-Kennlinie integrierten Rückmeldungen A, B, C kann der Fahrer die bevorstehende Gangschaltung bewusst auslösen oder durch ein Gaspedal-Lösen auf eine Rückschaltung verzichten.
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In der Steuereinrichtung 7 wird die mit der bevorstehenden Gangschaltung korrelierende Gaspedalstellung sA, sB, sC ermittelt. Zudem ermittelt die Steuereinrichtung 7 einen Gaspedal-Stellwegbereich Δs, der in einer Gaspedal-Betätigungsrichtung I, II (3) der jeweiligen Gaspedalstellung sA, sB, sC unmittelbar vorgelagert ist. Auf dieser Grundlage erkennt die Steuereinrichtung 7, ob sich die aktuelle Gaspedalstellung sist innerhalb des Gaspedal-Stellwegbereiches Δs befindet. Ist dies der Fall, so steuert die Steuereinrichtung 7 das Gaspedal 9 mit dem Steuersignal S an, um im Gaspedal 9 die als Vibration realisierte Rückmeldung A zu erzeugen.
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Die Amplitude A und die Frequenz f der Vibration ist im Gaspedal-Stellwegbereich Δs nicht konstant, sondern in Abhängigkeit von der aktuellen Gaspedalstellung sist variierbar. Hierzu ist in der Steuereinrichtung 7 ein in der 3 gezeigte Kennfeld hinterlegt, anhand dessen die Steuereinrichtung 7 die Amplitude A und die Frequenz f der Vibration einstellt. Wie aus der 3 hervorgeht, ist das Kennfeld so ausgelegt, dass sich die Amplitude A und/oder die Frequenz f der Vibration bei einer Gaspedal-Betätigung I, II in Richtung auf die jeweilige Gaspedalstellung sA, sB, sC erhöht. Bei Überschreiten der Gaspedalstellung sA erfolgt die Gangrückschaltung R6/5 und ist die Vibration beendet.
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Sofern sich im weiteren Verlauf der Beschleunigungsfahrt das Gaspedal 9 den Gaspedalstellung sB nähert, wird – in gleicher Weise wie bei der obigen Gangrückschaltung R6/5 – eine weitere, als Vibration ausgeführte Rückmeldung B im Gaspedal 9 erzeugt, die dem Fahrer eine bevorstehende Gangschaltung R5/4 rückmeldet. Bei Überschreiten der Gaspedalstellung sB erfolgt die Gangrückschaltung R5/4 und endet die Vibration.
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Der Gaspedalstellung sC ist in der Gaspedal-Kennlinie der 3 beispielhaft der Hochschaltschwelle H5/6 zugeordnet. Sofern nach Beendigung der Beschleunigungsfahrt das Gaspedal 9 mit negativem Gaspedalgradienten gelöst wird, nähert sich das Gaspedal 9 der Gaspedalstellung sC. Sobald sich das Gaspedal 9 mit seiner aktuellen Gaspedalposition sist innerhalb des Gaspedal-Stellwegbereiches Δs befindet, das der Gaspedalstellung sC vorgelagert ist, wird die als Vibration ausgeführt Rückmeldung C erzeugt. Bei einer weiteren Gaspedal-Betätigung II in Richtung auf die Gaspedalstellung sC wird sowohl die Amplitude A als auch die Frequenz f der Vibration erhöht. Bei einem Unterschreiten der Gaspedalstellung sC erfolgt die Ganghochschaltung H5/6 und endet die Vibration.
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Zusätzlich zu den Gangschaltrückmeldungen A, B, C ist in der Gaspedal-Kennlinie der 3 auch eine sogenannte Kick-Down-Rückschaltung realisiert, bei der in der Gaspedal-Kennlinie ein Kick-Down-Druckpunkt K integriert ist. Der Kick-Down-Druckpunkt K ist positionsfest in der Gaspedal-Kennlinie integriert, und zwar im Bereich der vollständig durchgedrückten Gaspedalstellung. Bei einem Überdrücken des Kick-Down-Druckpunktes K wird eine Rückschaltung in einen (sinnvollen) niedrigeren Gang veranlasst, um eine noch größere Fahrzeug-Beschleunigung zu erzielen.
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Im Unterschied zu dem (meist mechanisch ausgeführten) Kick-Down-Druckpunkt K sind die Gangschaltrückmeldungen A, B, C nicht positionsfest in der Fahrpedalkennlinie integriert, sondern können diese in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand über den verfügbaren Gaspedal-Stellweg s variieren.
