DE102016211635A1

DE102016211635A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Mobilfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016211635A1
Application number: DE102016211635.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Legner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2017-12-28
Also published as: CN107539316A; CN107539316B; US10280854B2; US20170370312A1

Abstract

Bei einem Drehmoment gesteuerten Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe zum Antrieb eines Fahrantriebs mit festen Schaltübersetzungen, wird der Verbrennungsmotor bei einer Schaltung so angesteuert, dass das Abtriebsdrehmoment des Schaltgetriebes vor und nach der Schaltung gleich bleibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Mobilfahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Gattungsgemäße Verfahren werden in Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Dumper mit einem schaltbaren Getriebe mit mehreren festen Gangübersetzungen und einem Verbrennungsmotor verwendet. Der Verbrennungsmotor kann Drehzahl geregelt sein, welches bedeutet, dass zu jeder festen Stellung des Fahrpedals der Verbrennungsmotor so angesteuert wird, dass er mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird und es besteht die Möglichkeit, den Verbrennungsmotor Drehmoment geregelt zu betreiben, welches bedeutet, dass bei einer festen Fahrpedalstellung der Verbrennungsmotor so angesteuert wird, dass er unabhängig von der Drehzahl ein konstantes Drehmoment abgibt.
Beim Betreiben der Arbeitsmaschine, insbesondere des Dumpers mit einem Drehmoment geregelten Verbrennungsmotor, tritt jedoch insbesondere bei hohem Drehmoment und einer Hochschaltung das Problem des Schaltpendelns auf, da das benötigte Drehmoment nach der Schaltung um den Faktor der Übersetzungsänderung des Getriebes bei der Schaltung erhöht werden müsste. Da der Verbrennungsmotor aber so angesteuert wird, dass das Abtriebsdrehmoment nahezu konstant bleibt, wird der Schaltpunkt zur Rückschaltung direkt nach der Hochschaltung wieder erreicht, welches zur sofortigen Rückschaltung führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Mobilfahrzeugs, insbesondere eines Dumpers, mit einem schaltbaren Getriebe mit festen Übersetzungen und einem Drehmoment geregelten Verbrennungsmotor zu schaffen, welcher komfortabel ohne die Gefahr des Schaltpendelns betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird mit einem auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden gattungsgemäßen Verfahren gelöst.
Erfindungsgemäß wird bei einer Schaltung von einer ersten Übersetzung in eine zweite Übersetzung des Schaltgetriebes des Fahrantriebs der Verbrennungsmotor, welcher Drehmoment gesteuert betrieben wird, so angesteuert, dass sich das Drehmoment des Verbrennungsmotors bei einer Rückschaltung um den Faktor der Übersetzungsänderung des Schaltgetriebes erniedrigt und bei einer Hochschaltung das Drehmoment des Verbrennungsmotors sich um den Faktor der Übersetzungsänderung bei der Schaltung erhöht, so dass das abgegebene Drehmoment des Verbrennungsmotors multipliziert mit der Übersetzung des Getriebes vor der Schaltung gleich ist wie das Abtriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors multipliziert mit der Übersetzung des Schaltgetriebes nach der Schaltung. Ein eventuell vorhandener Drehmomentwandler wird hierbei als geschlossen, d. h. überbrückt, betrachtet. Da das Drehmoment des Verbrennungsmotors bei der Hochschaltung um den Faktor der Übersetzungsänderung erhöht wird, ist das Abtriebsdrehmoment, welches an den Fahrzeugrädern ankommt, vor und nach der Schaltung gleich, so dass erfolgreich das Schaltpendeln verhindert wird und das Fahrzeug nicht sofort wieder zurückschaltet. Hat das Getriebe mehrere Gänge, so wird das Drehmoment jeweils an den jeweiligen Gangsprung angepasst.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung zusätzlich zur Drehmomentregelung des Verbrennungsmotors die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors begrenzt. Somit wird zu jeder Stellung des Fahrpedals eine maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors vorgegeben. Dadurch wird die Geschwindigkeitsteuerung des Fahrzeugs über das Fahrpedal plausibler, da es anderenfalls Fahrsituationen geben könnte, bei welchen bei unverändertem Fahrpedal das Drehmoment auch im Gefälle beibehalten wird, welches zu einer permanenten Drehzahlerhöhung und somit Beschleunigung des Fahrzeugs führt,, welches zu einem nicht nachvollziehbaren Fahrverhalten für den Fahrer führt. Nachdem jedoch die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung begrenzt ist, kann der Fahrer durch Reduzieren der Fahrpedalstellung auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Gefälle beeinflussen.
Weist das Fahrzeug zusätzlich einen Retarder auf, so wird der Retarder bzw. das vom Retarder erzeugte Bremsmoment in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung angesteuert. Dadurch ist es möglich, beispielsweise bei einer Bergabfahrt ohne Betätigung der Betriebsbremse ausschließlich über die Reduzierung der Betätigung des Fahrpedals das Fahrzeug über den Retarder abzubremsen. Je mehr das Fahrpedal bzw. dessen Betätigung reduziert wird, umso größer wird das Bremsmoment, welches vom Retarder erzeugt wird.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird die Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung zusätzlich beeinflusst, so dass beispielsweise beim Anfahren der Verbrennungsmotor nicht unterhalb seiner benötigten Mindestdrehzahl fällt, wodurch der Verbrennungsmotor zum Stillstand kommen würde, welches auch als Abwürgen bezeichnet wird.
Durch die Ansteuerung des Verbrennungsmotors mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Arbeitsmaschine, beispielsweise der Dumper, mit einem ausgezeichneten Fahrverhalten betrieben werden, welches die Produktivität erhöht. Insbesondere wird die Schalthäufigkeit reduziert, Schaltpendeln größtenteils verhindert und die Fahrsicherheit bei Bergabfahrt durch die automatische Retarderzuschaltung, abhängig von der Fahrpedalstellung, verbessert. Die Geschwindigkeitsregelung wird ebenfalls bergab mit dem Fahrpedal verbessert.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Es zeigen:
1 ein Drehzahl-Drehmoment-Diagramm eines Drehmoment geregelten Verbrennungsmotors;
2 ein Drehzahl-Drehmoment-Diagramm eines Drehmoment geregelten Verbrennungsmotors mit begrenzter Maximal- und Minimaldrehzahl; und
3 ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm eines Drehmoment geregelten Verbrennungsmotors mit begrenzter Maximal- und Minimaldrehzahl und dargestellten Retarderbremsmoment.
Fig. 1:
Auf der Ordinate ist das Abtriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors dargestellt und die Abszisse stellt die Abtriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors dar.
Die Linie 1 stellt die maximal mögliche Drehmomentkurve des Verbrennungsmotors dar. Da der Verbrennungsmotor Drehmoment geregelt ist, würde der Verbrennungsmotor ohne das erfindungsgemäße Verfahren, je nach Stellung des Fahrpedals beispielsweise entlang der Linie 2 oder der Linie 3 betrieben werden. Hierbei würde bei dem Betrieb der Linie 2 das Fahrpedal weiter durchgedrückt sein als beim Betrieb entlang der Linie 3. Die Linie 4 stellt die Hochschaltlinie dar, bei welcher das Schaltgetriebe mit den festen Schaltübersetzungsstufen hochschaltet. Die Linie 5 stellt die Schaltlinie dar, bei welcher das Schaltgetriebe mit den festen Schaltübersetzungen rückschaltet. Wird nun das Fahrzeug mit der Fahrpedalstellung betrieben, bei welcher der Verbrennungsmotor entlang der Linie 2 Drehmoment geregelt angesteuert wird und erreicht das Fahrzeug den Schaltpunkt 6, so erfolgt eine Hochschaltung um die Übersetzung des zu wechselnden Ganges, beispielsweise 1,4. Da sich durch die träge Masse die Fahrgeschwindigkeit, somit die Abtriebsdrehzahl des Getriebes kaum verändert, verändert sich sowohl die Drehzahl als auch das benötigte Drehmoment um den Faktor der Übersetzungsänderung, in diesem Fall um den Faktor 1,4. Die Änderung des Drehmoments und der Drehzahl während der Schaltung ist in der Linie 7 dargestellt. Würde das Fahrzeug nun mit konstanter Drehmomentregelung entlang der Linie 2 weiterbetrieben, wobei sich jedoch das Drehmoment entlang der Linie 7 durch die Schaltung des Schaltgetriebes erhöht, so würde das Fahrzeug sofort die Linie 5 für die Rückschaltung erreichen und sofort wieder zurückschalten. Dadurch ergibt sich das sogenannte Schaltpendeln. Erfindungsgemäß wird nun aber der Verbrennungsmotor in seiner Drehmomentregelung so angesteuert, dass das Drehmoment während der Schaltung so erhöht wird, dass die Erhöhung des Drehmoments gleich ist wie die Veränderung der Übersetzung bei der Hochschaltung. Die Veränderung des Drehmoments erfolgt somit entlang der Linie 7. Dadurch hat die Abtriebswelle des Getriebes das gleiche Drehmoment nach der Schaltung wie vor der Schaltung. Ein Schaltpendeln wird dadurch sicher verhindert. Die Linien 8 und 9 zeigen Hochschaltungen bei anderen Stellungen des Fahrpedals.
Fig. 2:
Auf der Ordinate ist das Drehmoment aufgetragen und die Abszisse stellt die Drehzahl des Verbrennungsmotors dar. Zur Drehmomentanpassung während der Schaltung um den Faktor der Änderung der Übersetzung des Schaltgetriebes zeigt die 2 zusätzlich, die Begrenzung der Maximaldrehzahl, welche beispielsweise ab dem Begrenzungspunkt 10, 11, 12, 13 und 14 beginnt. Fährt beispielsweise das Fahrzeug über eine Kuppe und das Fahrzeug hätte keine Maximaldrehzahlbegrenzung des Verbrennungsmotors, so würde das Fahrzeug nach der Kuppe stark beschleunigen und nicht in einen Schubbetrieb gelangen. Durch die Begrenzung der Maximaldrehzahl, beispielsweise über den Begrenzungspunkt 11, kann das Fahrzeug in einen Schubbetrieb gebracht werden, wodurch sich das Fahrzeug auf dem Verbrennungsmotor abstützt und dadurch dem Fahrer das Fahrgefühl vermittelt wird, dass der Fahrer über das Fahrpedal das Fahrzeug verzögern kann. Damit das Fahrzeug beim Anfahren nicht abgewürgt wird, wird das Fahrzeug entlang der Linien 15 und 16 betrieben.
Fig. 3:
Auf der Ordinate ist das Drehmoment dargestellt und die Abszisse stellt die Drehzahl des Verbrennungsmotors dar. Zusätzlich ist im negativen Verlauf der Ordinate das Bremsdrehmoment des Retarders dargestellt. Der Verlauf der Linien im positiven Bereich der Ordinate entspricht der Darstellung der 2. Zusätzlich wird in Abhängigkeit des Fahrpedals ein Bremsdrehmoment des Retarders erzeugt, welches entlang der Linien 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23 dargestellt ist. Je stärker das Fahrpedal reduziert wird, umso stärker ist die Bremswirkung des Retarders.
Bezugszeichenliste

1: Linie
2: Linie
3: Linie
4: Linie
5: Linie
6: Schaltpunkt
7: Linie
8: Linie
9: Linie
10: Begrenzungspunkt
11: Begrenzungspunkt
12: Begrenzungspunkt
13: Begrenzungspunkt
14: Begrenzungspunkt
15: Linie
16: Linie
17: Linie
18: Linie
19: Linie
20: Linie
21: Linie
22: Linie
23: Linie

Claims

Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs eines Mobilfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe mit mindestens zwei schaltbaren Übersetzungen zum Antrieb eines Fahrantriebs und beim Schalten des Getriebes von der ersten festen Übersetzung in die zweite feste Übersetzung geschaltet wird, wobei eine elektronische Steuereinheit den Verbrennungsmotor ansteuert, dass dieser in Abhängigkeit einer Stellung des Fahrpedals Drehmoment gesteuert betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Schaltung von der ersten festen Übersetzung in die zweite feste Übersetzung und unveränderter Fahrpedalstellung in Abhängigkeit der Übersetzungsänderung die elektronische Steuereinheit das Drehmoment des Verbrennungsmotors so ansteuert, dass dieses so erhöht oder erniedrigt wird, dass das abgegebene Drehmoment des Getriebes gleich bleibt.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Rückschaltung das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment um den Faktor der Übersetzungsänderung erniedrigt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hochschaltung das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment um den Faktor der Übersetzungsänderung erhöht wird.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Drehzahl, welche der Verbrennungsmotor erreichen kann, in Abhängigkeit der Stellung des Fahrpedals limitiert wird, wobei diese limitierte Drehzahl kleiner als die theoretisch mögliche Drehzahl des Verbrennungsmotors ist.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors so limitiert wird, dass der Verbrennungsmotor das Fahrzeug abbremst, wenn das Fahrpedal einen zuvor definierten Wert unterschreitet.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Retarder zugeschaltet wird, wenn das Fahrpedal einen zuvor definierten Wert unterschreitet.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Retarder erzeugte Drehmoment in Abhängigkeit der Stellung des Fahrpedals angesteuert wird.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment bei einer Schaltung nicht reduziert wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors vor der Schaltung unterhalb eines zuvor definierten Wertes ist.