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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Insbesondere bei Berganfahrten oder bei Anfahrten mit Anhängern kann es zu einer Überhitzung der Reibungskupplung kommen, insbesondere immer dann, wenn ein falscher Gang eingelegt ist.
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Die
DE 10 2005 019 789 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung eines Übergangs von einer normalen Anfahrvariante in eine Lastanfahrvariante wobei vorgesehen ist, dass nach einer vorgegebenen Wartezeit nach Beginn eines Anfahrvorgangs, Fahrzeugbeschleunigungswerte gefiltert und mit einem Mindestbeschleunigungswert verglichen werden und bei Unterschreiten des Mindestbeschleunigungswertes von der normalen Anfahrvariante in die Lastanfahrvariante übergegangen wird.
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Aus der
DE 10 2005 019 789 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Lastfahrt bekannt, bei welchem die Erkennung eines Überganges von einer ersten, normalen Anfahrvariante in eine zweite, sich davon unterscheidenden Lastanfahrtsvariante bei einem Kraftfahrzeug durch Vergleich von gefilterten Fahrzeugbeschleunigungswerten mit Mindestbeschleunigungswerten ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gangerkennung bei einem Handschaltgetriebe in Fahrzeugen anzugeben, mit welchem einer thermischen Überlastung der Reibungskupplung vorgebeugt wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass ein eingelegter Gang im nicht-synchronisiertem Zustand von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl ermittelt wird, wobei Wertepaare aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung während des Anfahrvorganges bestimmt werden und mit der das Kupplungsmoment in Abhängigkeit von Fahrzeugbeschleunigung und/oder Fahrbahnsteigung und/oder Fahrzeuggewicht charakterisierenden Grenzfunktion verglichen werden. Durch die genaue Ermittlung des aktuell eingelegten Ganges wird einer thermischen Überlastung des Getriebes vorgebeugt, wobei die Gangermittlung ohne weitere Zusatzsensoren durchgeführt wird. Damit ist eine vorzeitige Gangerkennung schon vor der Synchronisierung von Motor- und Getriebedrehzahl möglich. Mittels einer solchen Gangerkennung ist eine Ereignisnachführung in einem Fehlerspeicher möglich.
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Vorteilhafterweise wird vor einem Anfahrvorgang ein Kennfeld, bestehend aus Kupplungsmomentwerten der Reibungskupplung und Fahrzeugbeschleunigungswerten des Fahrzeuges, in mindestens zwei Bereiche durch die Grenzfunktion unterteilt, wobei der erste Bereich einem ersten Gang und der zweite Bereich einem zweiten Gang zugeordnet wird und die während des Anfahrvorganges gemessenen Wertepaare dem ersten Gang zugeordnet werden, wenn diese innerhalb des ersten Bereiches liegen und dem zweiten Gang zugeordnet werden, wenn diese innerhalb des zweiten Bereiches liegen. Durch die Bestimmung der Bereiche lassen sich Ungenauigkeiten der Messgrößen sowie vereinfachte Annahmen bei der Abstraktion der Grenzfunktionen unterbinden. Dabei ist jedes Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung zuverlässig einem Bereich und somit einem Gang zuordenbar.
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In einer Ausgestaltung wird jedes Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung registriert und auf seine Lage im Kennfeld überprüft, wobei bei Registrierung einer vorgegebene Anzahl von Wertepaaren in einem Bereich der Gang als erkannt gilt. Durch die Zuhilfenahme der vorgegebenen Anzahl von Wertepaaren wird der Gang mit einer ausreichenden Genauigkeit erkannt und der weiteren Verarbeitung im Fahrzeug zugrunde gelegt.
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In einer Ausführungsform werden die Wertepaare von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung über den gesamten Anfahrvorgang gemessen und ausgewertet. Der Gangerkennung liegt somit die größte Anzahl der Wertepaare zugrunde, die während des Anfahrvorganges im Kennfeld ausgewertet werden können, wodurch die Genauigkeit der Auswertung erhöht wird.
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In einer Variante wird ein gleitender Mittelwert aus mehreren aufeinander folgenden Wertepaaren von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung gebildet und der gleitende Mittelwert hinsichtlich seiner Lage im Kennfeld bestimmt. Der Vergleich des gleitenden Mittelwertes mit dem Kennfeld ist insbesondere bei stark streuenden Messgrößen von besonderer Bedeutung und erhöht die Genauigkeit der Messung und somit der Gangbestimmung.
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Erfindungsgemäß wird der Mittelwert aus mehreren Wertepaaren von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung gebildet, dessen Lage im Kennfeld überprüft wird, wobei das nächste gemessene Wertepaar aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung in den zuvor ermittelten Mittelwert einfließt, wodurch ein weiterer Mittelwert bestimmt wird, der im Kennfeld überprüft wird. Durch die ständige Erhöhung der Anzahl der der Mittelwertbildung zugrunde liegenden Wertepaare aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung wird ein besonders robuster Mittelwert gebildet.
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Erfindungsgemäß wird nach einer vorgegebenen Anzahl von weiteren Mittelwerten eine Entscheidung über den eingelegten Gang getroffen. Dadurch wird die Gangbestimmung immer weniger störanfällig.
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In einer Ausführungsform wird auf einen Beginn einer Anfahrt des Fahrzeuges aus einer Überschreitung einer Drehzahlschwelle der Räder des Fahrzeuges geschlossen. Somit lässt sich der Zeitpunkt, wann das vorgeschlagene Verfahren in der Fahrzeugelektronik greift, genau bestimmen, um eine Überlastung der Kupplung sicher einschätzen zu können.
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Vorteilhafterweise wird die Fahrzeugbeschleunigung aus einer Raddrehzahl der Räder des Fahrzeuges bestimmt, wobei ein Raddrehzahlmittel der nicht-angetriebenen Räder der Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung zugrunde gelegt wird, um Radschlupfeffekte, welche eine „Pseudobeschleunigung” hervorrufen, zu minimieren. Durch die Bildung des Mittelwertes der Raddrehzahl der verschiedenen Räder wird die Genauigkeit der bestimmten Fahrzeugbeschleunigung erhöht.
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In einer Alternative wird bei einem allradgetriebenen Fahrzeug die Fahrzeugbeschleunigung aus einem Mittelwert der Raddrehzahlen aller vier Räder bestimmt. Auch dies trägt zur Erhöhung der Genauigkeit der Fahrzeugbeschleunigung bei, welche der Gangerkennung zugrunde gelegt wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 ein Kupplungsmoment-Fahrzeugbeschleunigungs-Kennfeld mit zwei Gängen,
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2 ein Kennfeld von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung mit einem Gang in Abhängigkeit der Steigung,
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3 ein Kupplungsmoment-Fahrzeugbeschleunigungs-Kennfeld mit einer Grenzfunktion.
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In
1 ist beispielhaft ein Verlauf eines Kupplungsmoment-Fahrzeugbeschleunigungs-Kennfeldes dargestellt, in welchem zwei Geraden für einen ersten und einen zweiten Gang dargestellt sind, wobei für beide Gänge die gleiche Fahrbahnsteigung und die gleiche Fahrzeugmasse angenommen werden. Wie aus Gleichung (1)
hervorgeht, kann das Kupplungsmoment M
Kupp(a
Fzg) während der Anfahrt des Fahrzeuges mit einer allgemeinen Geradengleichung f(x) = a·x + y beschrieben werden. Diese Gleichung umfasst ein Hinderungsmoment M
Hind/i
ges, welches einen konstanten y-Achsenabschnitt liefert, welcher abhängig ist von der Masse des Fahrzeuges, der Steigung der Fahrbahn und dem eingelegten Gang. Die Steigung der Geraden ist gegeben durch den Term (m
Fzg·r
dyn)/(i
ges·η) und variiert über den aktuell eingelegten Gang und die Fahrzeugmasse. Die Werte r
dyn und η können im Weiteren als konstant angenommen werden.
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Dabei bestimmen sowohl die Steigung der Fahrbahn, das Fahrzeuggewicht und der eingelegte Gang den y-Achsenabschnitt, wobei die Steigung den größten Einfluss hat. In 1 ist ein Kupplungsmoment über der Fahrzeugbeschleunigung für zwei unterschiedliche Gänge 1 und 2 dargestellt. Ein Beispiel für den Einfluss der Steigung bei konstanter Masse und konstantem Gang ist in 2 zu sehen.
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Die beschriebene Gleichung (1) lässt sich aus der Grundgleichung der Fahrwiderstände herleiten, in welchen der Luft-, der Roll-, der Steigungs- und der Beschleunigungswiderstand zusammengefasst werden. FFW = FLuft + FRoll + FSteig + FBeschl (2)
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Dabei kann der Luftwiderstand FLuft vernachlässigt werden, da die Geschwindigkeiten im Anfahrbereich gering sind.
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Für das am Fahrzeugrad wirkende Widerstandsmoment gilt unter Verwendung des dynamischen Rollradius MRad = rdyn·(FRoll·FSteig·FBeschl) (3)
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Die stationär wirkenden Kräfte des Roll- und Steigungswiderstandes sind ausschließlich abhängig vom Fahrgewicht sowie der aktuellen Fahrbahnsteigung und werden zusammengefasst als Hinderungkraft FHind.
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Bei den erläuterten Vereinfachungen ergibt sich für das an der Kupplung benötigte Kupplungsmoment zum Antrieb des Fahrzeuges mit Berücksichtigung der Gesamtübersetzung, bestehend aus Gang und Achsübersetzung iges. MKupp·iges = MRad (4) mit MRad = MBeschl·MHind wobei das Kupplungsmoment MKupp mithilfe des Motormomentes MMotor abzüglich der Trägheitsverluste aus Kurbelwelle, Schwungrad und Kupplungsdeckel, zusammengefasst als JMotor, berechnet wird.
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Der Beschleunigungswiderstand M
Beschl, bezogen auf den Triebstrang, ergibt sich zu
mit der Fahrzeugmasse m
Fzg, dem dynamischen Rollradius r
dyn, dem Gesamttriebstrangwirkungsrad η und der Fahrzeugbeschleunigung a
Fzg.
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Das Hinderungsmoment MHind, bestehend aus Steigungs- und Rollwiderstand, berechnet sich nach MHind = g·rdyn·(μRoll·cos(arctan(( φ / 100)) + sin(arctan(( φ / 100)) (7)
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Der Steigungswinkel der Fahrbahn wird in der Gleichung in % angegeben.
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Die sich aus dieser Berechnung ergebenden theoretischen Geraden der Gleichung (1) beschreiben die idealen Verhältnisse von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung während der Anfahrt. Aufgrund von Ungenauigkeiten der Messgrößen sowie vereinfachten Annahmen werden diese Geraden nicht exakt während des Betriebs des Fahrzeuges abgebildet. Deshalb werden vor dem Start einer Anfahrerkennung im Fahrzeug Bereiche festgelegt, welche dem eingelegten Gang zugeordnet werden können. Hierzu werden die idealen Geraden zuerst um den y-Abschnitt, welcher durch die aktuelle Fahrbahnsteigung und das Fahrzeuggewicht festgelegt wird, verschoben. Die Gerade mit der mittleren Steigung, welche aus den Steigungen der idealen Geraden für Gang 1 und 2 berechnet wird, bildet bei Betrachtung von nur zwei Gängen die Grenzfunktion zwischen Anfahrten im ersten und im zweiten Gang, wie es in 3 abgebildet ist.
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Während des Anfahrvorganges des Fahrzeuges werden zur Gangerkennung laufend vor Synchronisation von Motor- und Getriebedrehzahl, Wertepaare von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung gemessen. Die Fahrzeugbeschleunigung wird dabei aus der Radgeschwindigkeit der zwei nicht angetriebenen Räder bei Normalfahrzeugen und aus den vier Radgeschwindigkeiten aller vier Räder bei allradgetriebenen Fahrzeugen gebildet. Dabei wird aus den Radgeschwindigkeiten ein Mittelwert der Raddrehzahl gebildet, welcher der Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung zugrunde gelegt wird. Mittels dieser Methodik wird die Güte der Erkennung der Gänge erhöht. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, durch einen Längsbeschleunigungssensor die Fahrzeugbeschleunigung zu ermitteln.
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Die Erkennung der Gänge des Getriebes des Fahrzeuges wird gestartet, wenn die Raddrehzahlen der Räder des Fahrzeuges eine vorgegebene Raddrehzahlschwelle überschreiten. Ab diesem Zeitpunkt wird in einer ersten Alternative jedes Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung gemessen und dessen Lage im Kennfeld überprüft. So wird festgestellt, ob sich das jeweilige Wertepaar im Bereich unterhalb der Grenzfunktion oder im Bereich oberhalb der Grenzfunktion positioniert. Nach Registrierung einer vorgegebenen Anzahl von Wertepaaren von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung, beispielsweise von 10 Wertepaaren, wird entschieden, ob der Gang erkannt wurde. Liegen beispielsweise 9 von 10 Wertepaaren in dem Bereich unterhalb der Grenzfunktion, so wird auf den Gang 1 erkannt, der beim Fahrzeug eingelegt ist.
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Insbesondere dann, wenn ein Gangwechsel vor Synchronisation von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl erkannt werden soll, muss die Gangerkennung Wertepaare über den gesamten Anfahrprozess messen und diese in das Kennfeld eintragen und daraus auf den Gang schließen. Die Gangerkennung erfolgt dann auf der Grundlage der größten Anzahl der Wertepaare aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung im Kennfeld gemäß 3.
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In einer weiteren Alternative wird nicht jedes einzelne Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung mit der Grenzfunktion verglichen, sondern es wird ein Mittelwert aus mehreren aufeinanderfolgenden Wertepaaren von Kupplungsmoment und Grenzfunktion gebildet, wobei der Mittelwert dann in das Kennfeld eingetragen wird und der Vergleich mit der Grenzfunktion ausgeführt wird. Insbesondere wenn ein gleitender Mittelwert von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung herangezogen wird, bei welcher der älteste Messwert immer aus der Mittelwertermittelung gestrichen und ein neuer Messwert hinzugenommen wird, werden stark streuende Messgrößen verhindert.
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Da im Steuergeräte-Umfeld häufig mit einfacher Integer-Arithmetik gerechnet wird, empfiehlt sich für die Bestimmung der Mittelwerte bei der Implementierung des Verfahrens in eine Steuergerätesoftware auf die Variante „Savitzky-Golay-Filter” (orthogonale Filter, Methode der kleinsten Quadrate) zurückzugreifen. Diese Filter können als einfache FIR-Filter (Differenzgleichung) ausgeführt werden, wodurch z. B. die Berechnung eines gleitenden Mittelwertes mittels eines einfachen FIR-Filters möglich ist.
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In einer anderen Alternative lässt sich ein besonders robuster Mittelwert ermitteln, wenn ein erster Mittelwert des Wertepaares aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung aus mehreren vorgegebenen Messpunkten gebildet wird, dessen Lage im Kennfeld überprüft wird. Anschließend werden weitere Mittelwerte gebildet, wobei immer ein weiterer Messpunkt in den vorher bestimmten Mittelwert einfließt, so dass mit jeder Mittelwertbildung immer mehr Wertepaare zugrunde gelegt werden. Dadurch wird die Mittelung über den Anfahrvorgang immer weniger störanfällig. Mit Anzahl n an gemessenen Wertepaaren ergeben sich die ermittelten Wertepaare aus dem Kupplungsmoment und der Fahrzeugbeschleunigung wie folgt: Der erste überprüfte Mittelwert wurde beispielhaft aus 5 Wertepaaren ermittelt.
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Über die Lage im Kennfeld kann mit einer vorgegebenen Anzahl von Mittelwerten über den eingelegten Gang entschieden werden.
