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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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In einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeug ist ein Motor trieblich mit einem Automatikgetriebe verbunden, über das ein Radmoment auf die Fahrzeugräder abtreibbar ist. Zudem ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die im Fahrbetrieb auf ein durch Betätigung eines Fahrpedals vorgebbares Sollmoment ein Motorsteuergerät ansteuert. Auf diese Weise wird vom Motor ein Motormoment erzeugt, das zum Getriebe übertragen wird. Zur automatischen Gangschaltung ist außerdem ein Getriebesteuergerät bereitgestellt, das im Fahrbetrieb in Abhängigkeit aktueller Fahrbetriebsparameter, zum Beispiel Fahrpedalstellung, Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Schaltempfehlung ermittelt. Auf deren Grundlage erfolgt im Getriebe eine Gangschaltung, die mit einer Getriebeübersetzungsänderung einhergeht. Diese bewirkt am Getriebeausgang einen Momentensprung, bei dem das auf die Fahrzeugräder wirkende Radmoment aufgrund der gangschaltbedingten Getriebeübersetzungsänderung um ein Differenzmoment erhöht oder reduziert wird.
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Das Radmoment (nachfolgend als Radmoment bezeichnet) ist das über die Antriebsräder auf die Straße übertragene Antriebsmoment, das für den Fahrer wahrnehmbar ist. Jeder Sprung im Radmoment muss vom Fahrer ausgeglichen werden bzw. wird vom Fahrer als störend empfunden. Das Radmoment ist das multiplikative Ergebnis des Motormoments abzüglich aller Verluste (das heißt Motorschleppmoment, Getriebeverluste, Trägheiten von bewegten Teilen in Motor und Getriebe, etc.) und der Gesamtachsübersetzung, die sich aus der Getriebeübersetzung sowie im Antriebsstrang eingeschalteter Übersetzungsstufen (das heißt Achsdifferenzial, etc.) ergibt.
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Mit einem herkömmlichen automatikbetriebenen Fahrzeug ergibt sich in einer Anfahrsituation der folgende Sachverhalt: Zunächst drückt der Fahrer das Fahrpedal zur Fahrzeugbeschleunigung um einen Pedalweg auf eine Pedalstellung, die beispielhaft während des Anfahrbetriebs konstant gehalten werden soll. Auf der Grundlage der Fahrpedalstellung steuert das Motorsteuergerät die Drosselklappe (bei einem Ottomotor), die Nockenwelle sowie das Wastegate an, damit der Motor ein mit der Fahrpedalstellung korrelierendes Motormoment erzeugt. Signaltechnisch weitgehend unabhängig davon steuert das Getriebesteuergerät in Abhängigkeit von einer vordefinierten Gangschaltstrategie sowie in Abhängigkeit von aktuellen Fahrbetriebsparametern (zum Beispiel Fahrpedalstellung, Motordrehzahl) das Automatikgetriebe an. Bei Erreichen einer vordefinierten Motordrehzahl erfolgt eine Hochschaltung, bei der das Getriebe vom aktuellen Gang in einen größeren Zielgang mit kleinerer Übersetzung schaltet. Die mit der Hochschaltung einhergehende Reduzierung der Getriebeübersetzung resultiert am Getriebeausgang in den bereits erwähnten Radmomentensprung, bei dem das Radmoment (aufgrund der nunmehr reduzierten Ziel-Getriebeübersetzung) um ein Differenz-Radmoment reduziert ist. Wie oben erwähnt, ist das Differenzradmoment vom Fahrer wahrnehmbar und kann vom Fahrer durch ein weiteres Eindrücken des Fahrpedals nachgeregelt werden. Mit einer solchen Fahrpedal-Betätigung erhöht sich das Motormoment um ein Ausgleichsmotormoment, das den gangschaltbedingten Radmomentensprung ausgleicht.
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Aus der
WO 93/03940 ist ein Verfahren zur Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit bekannt. In diesem Verfahren wird ein Leistungs- bzw. Momenten-Istwert an einen über das Fahrpedal generierten Sollwert zeitlich versetzt herangeführt. Aus der
DE 10 2014 009 856 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung der Fahrpedalcharakteristik bei einem Fahrzeug bekannt. In diesem Verfahren wird die Charakteristik der Fahrpedalkennlinie in Abhängigkeit des Fahrwiderstands variiert. Aus der
WO 2009/106168 A1 ist ein Verfahren zur Anpassung der Fahrpedalcharakteristik in einem Fahrzeug bekannt, bei dem die Fahrpedalkennlinie situativ in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation angepasst wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe bereitzustellen, bei dem der Fahrer bei Hoch- und Rückschaltvorgängen im Getriebe ein nachvollziehbareres und direkteres Fahrzeugverhalten wahrnehmen kann.
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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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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass in dem aus dem Stand der Technik bekannten automatikbetriebenen Fahrzeug das Motorsteuergerät und das Getriebesteuergerät signaltechnisch weitgehend voneinander entkoppelt sind. Vor diesem Hintergrund sind gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Motorsteuergerät und das Getriebesteuergerät über eine Auswerteeinheit signaltechnisch miteinander verbunden. Die Auswerteeinheit steuert bei einer Gangschaltung (das heißt bei einer Hochschaltung oder einer Rückschaltung) das Motorsteuergerät so an, dass das am Getriebeeingang anliegende Motormoment um ein Ausgleichsmotormoment erhöht/reduziert wird. Auf diese Weise wird der bei der Gangschaltung auf die Fahrzeugräder wirkende Radmomentensprung zumindest teilweise oder insbesondere vollständig ausgeglichen. Die Auswerteeinheit steuert das Motorsteuergerät so an, dass der Radmomentensprung nicht vom Fahrer wahrnehmbar ist.
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Erfindungsgemäß wird daher der gangschaltbedingte Radmomentensprung automatisch ausgeglichen. Das Fahrpedal korreliert daher, über den gesamten Fahrpedalweg betrachtet, nicht mehr durchgängig mit dem erzeugten Motormoment. Vielmehr verhält sich das Fahrpedal stets, das heißt durchgängig über den gesamten Fahrpedalweg, auch bei einer Gangschaltung proportional zum aktuellen Radmoment. Der Fahrer nimmt daher die Fahrpedal-Betätigung in direkter, insbesondere direkt proportionaler Kopplung mit dem auf die Fahrzeugräder wirkenden Radmoment wahr. Dadurch erhält der Fahrer ein im Vergleich zum Stand der Technik nachvollziehbareres und direktes Fahrzeugverhalten.
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In einer technischen Umsetzung wird das auf die Fahrzeugräder wirkende Radmoment aus der Multiplikation des vom Motorsteuergerät eingestellten Motormoments mit einer Gesamtachsübersetzung ermittelt. Damit kann der getriebeausgangsseitige Radmomentensprung wie folgt in der Auswerteeinheit bestimmt werden: So wird das im aktuellen Gang auf die Fahrzeugräder wirkende aktuelle Radmoment bestimmt, und zwar aus der Multiplikation des aktuellen Motormomentes mit der aktuellen Gesamtachsübersetzung. Zudem wird das im Zielgang auf die Fahrzeugräder wirkende Ziel-Radmoment ermittelt, und zwar aus der Multiplikation des aktuellen Motormomentes mit der Ziel-Gesamtachsübersetzung. Aus der Differenz zwischen dem aktuellen Radmoment und dem Ziel-Radmoment wird der Radmomentensprung ermittelt. Die Auswerteeinheit bestimmt im weiteren Signalverlauf durch Vorzeichenumkehr des ermittelten Radmomentensprungs das Ausgleichsmotormoment, mit dem der Motor beaufschlagt werden soll. Das Ausgleichsmotormoment ist dem Betrage nach identisch mit dem Betrag des Radmomentensprungs.
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Wie bereits oben erwähnt, ist erfindungsgemäß nicht mehr das Motormoment, sondern vielmehr das vom Fahrer wahrnehmbare Radmoment direkt an das Fahrpedal gekoppelt, wodurch sich für den Fahrer ein nachvollziehbareres und direkteres Fahrzeugverhalten ergibt. Das Fahrpedal verhält sich dabei stets, das heißt durchgängig über den gesamten Fahrpedalweg, auch bei einer Gangschaltung proportional zum Radmoment. Dabei kann die Auswerteeinheit das Motorsteuergerät völlig unabhängig von einer aktuellen Fahrpedalstellung und/oder einer aktuellen Fahrpedalbetätigung ansteuern.
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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:
- 1 in einer grob schematischen Darstellung den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs;
- 2 ein grob vereinfachtes Blockschaltdiagramm der zwischen dem Getriebesteuergerät und dem Motorsteuergerät geschalteten Auswerteeinheit;
- 3 und 4 jeweils Fahrpedal-Kennlinien bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten sowie unterschiedlichen Fahrgängen.
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In der 1 ist in schematischer Darstellung der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die 1 sowie die weiteren 2 bis 4 sind im Hinblick auf einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau wiedergeben.
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So weist der Antriebsstrang in der 1 eine Brennkraftmaschine 1 auf, die über eine Kraftabgabewelle 3 mit zwischengeschalteter Anfahrkupplung 5 mit einem Stufen-Automatikgetriebe 7 trieblich verbindbar ist. Das Stufen-Automatikgetriebe 7 ist am Getriebeausgang mit einem Vorderachs-Differenzial 9 einer Vorderachse VA verbunden, über die ein Radmoment gleichmäßig auf die beiden Vorderräder 11 der Fahrzeug-Vorderachse VA übertragen werden kann.
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Das Fahrzeug weist ein vom Fahrer betätigbares Fahrpedal 13 auf, das über eine Signalleitung mit einer Steuereinrichtung 15 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 15 ist wiederum mit dem Signaleingang eines Motorsteuergerätes 17 verbunden. Auf ein durch Fahrpedal-Betätigung vorgebbares Sollmoment Msoll steuert die Steuereinrichtung 15 im Fahrbetrieb ein Motorsteuergerät 17 an, um im Motor 1 ein Motormoment Mmot zu erzeugen.
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Dem Stufen-Automatikgetriebe 7 ist ein Getriebesteuergerät 19 zugeordnet, das im Fahrbetrieb auf der Grundlage aktueller Fahrbetriebsparameter, zum Beispiel der Fahrpedalstellung sowie einer Motordrehzahl nmot und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Schaltempfehlung SE ermittelt und mit dieser das Stufen-Automatikgetriebe 7 ansteuert. Zudem wird auch die Anfahrkupplung 5 von einem nicht gezeigten Kupplungssteuergerät automatisch angesteuert. In der 1 ist außerdem ein Drehzahlsensor 21 bereitgestellt, der die Motordrehzahl nmot der Kraftabgabewelle 3 erfasst und unter anderem in Signalverbindung mit dem Getriebesteuergerät 19 ist.
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Im Fahrbetrieb wird im Getriebesteuergerät 19 auf der Grundlage der darin hinterlegten Gangschaltstrategie sowie auf der Grundlage der aktuellen Fahrbetriebsparameter die Schaltempfehlung SE generiert, mit der im Stufen-Automatikgetriebe 7 eine Gangschaltung erfolgt. Die Gangschaltung geht mit einer Änderung der Getriebeübersetzung iG einher, die am Getriebeausgang einen Momentensprung ΔMRad verursacht, der vom Fahrer als Änderung des Radmomentes MRad wahrgenommen wird. Um den Momentensprung ΔMRad auszugleichen, ist in der 1 eine Auswerteeinheit 21 signaltechnisch zwischen dem Motorsteuergerät 17 und dem Getriebesteuergerät 19 geschaltet. Bei der Gangschaltung steuert die Auswerteeinheit 21 das Motorsteuergerät 17 derart an, dass vom Motor 1 das am Getriebeeingang anliegende Motormoment Mmot um ein Ausgleichsmotormoment ΔMmot erhöht oder reduziert wird, um den Momentensprung ΔMRad auszugleichen.
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In der 2 sind beispielhaft die in der Auswerteeinheit 21 integrierten Programmbausteine angedeutet. Demzufolge wird in einer ersten Multiplikator-Einheit 23 das im aktuellen Gang A auf die Fahrzeugräder 11 wirkende Radmoment MRad,A ermittelt, und zwar aus der Multiplikation des im aktuellen Gang A wirkenden Motormoments Mmot,A mit der aktuellen Gesamtachsübersetzung iges. Bei einer Gangschaltung wird in einer zweiten Multiplikatoreinheit 25 das im Zielgang Z auf die Fahrzeugräder 11 wirkende Radmoment MRad,Z ermittelt, und zwar aus der Multiplikation des aktuellen Motormoments Mmot,A mit der Ziel-Gesamtachsübersetzung iges. Der Radmomentensprung ΔMRad wird in dem Subtrahier-Glied 27 aus der Differenz zwischen dem aktuellen Radmoment MRad,A und dem Ziel-Radmoment MRad,Z ermittelt. Im weiteren Signalverlauf ist ein Wandler 29 angeordnet, in dem durch Vorzeichenumkehr des berechneten Radmomentensprungs ΔMRad das Ausgleichsmotormoment ΔMmot ermittelt wird, dessen Betrag identisch mit dem Betrag des Differenz-Radmoments ΔMRad ist.
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Gemäß der 1 oder 2 ist die Auswerteeinheit 19 mit einem zweiten Signaleingang des Motorsteuergeräts 17 verbunden. Um bei einer Gangschaltung den Radmomentensprung ΔMRad auszugleichen, wird das Motorsteuergerät 17 mit dem Motormoment Mmot so angesteuert, dass der Motor 1 das am Getriebeeingang anliegende Motormoment Mmot um das Ausgleichsmotormoment ΔMmot erhöht oder reduziert, um den auf die Fahrzeugräder 11 wirkenden Radmomentensprung ΔMRad auszugleichen.
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Auf diese Weise ergibt sich eine direkte Kopplung des Fahrpedals 13 mit dem vom Fahrer wahrnehmbaren Radmoment. Das Fahrzeug fährt somit bei einer Gangschaltung mit gleichem Schub weiter, ohne dass der Radmomentensprung ΔMRad vom Fahrer über das Fahrpedal 13 auszugleichen ist. Vielmehr ist erfindungsgemäß das Fahrpedal 13 direkt gekoppelt mit dem vom Fahrer wahrnehmbaren Radmoment MRad, wodurch sich ein nachvollziehbareres direkteres Fahrzeugverhalten ergibt.
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Nachfolgend werden exemplarisch anhand der 3a bis 3c bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 60 km/h die potentiell verfügbaren, vom Fahrer direkt einstellbaren Radmomente erläutern. In dieser Fahrsituation sind je nach Gangschaltstrategie im Getriebesteuergerät 19 die folgenden Gänge potentiell verfügbar:
- 2. Gang (Übersetzung iG=3,1): nmot = 6000 U/min, potentielles Radmoment: 0 Nm - 775 Nm;
- 3. Gang (Übersetzung iG=2,3): nmot = 4000 U/min, potentielles Radmoment: 0 Nm - 805 Nm;
- 4. Gang (Übersetzung iG=1,5): nmot = 2000 U/min, potentielles Radmoment: 0 Nm - 450 Nm.
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Das in dieser Fahrsituation vom Fahrpedal 13 einstellbare, potentiell verfügbare Radmoment ist in den Kennlinien der 3a bis 3c gezeigt. Fahrstrategisch würde man so lange wie möglich den höchsten Gang (4. Gang) wählen, und zwar aufgrund des Kraftstoffverbrauches sowie der Akustik. Bei Abrufen eines höheren Radmomentes MRad (durch eine Fahrpedal-Betätigung) würde man in den nächstniedrigen, d.h. dritten Gang schalten. Der dritte Gang weist im Vergleich zum 4. Gang ein größeres Radmomenten-Angebot auf.
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Bei einer weiteren Fahrgeschwindigkeit von exemplarisch 75 km/h sind dagegen die folgenden Gänge potentiell verfügbar:
- 3. Gang (Übersetzung iG=2,3): nmot = 5100 U/min, potentielles Radmoment: 0 Nm - 736 Nm;
- 4. Gang (Übersetzung iG=1,5): nmot = 3000 U/min, potentielles Radmoment: 0 Nm - 525 Nm;
- 5. Gang (Übersetzung iG=1,2): nmot = 2000 U/min; potentielles Radmoment: 0 Nm - 420 Nm.
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Unter diesen Voraussetzungen erstreckt sich das Radmomenten-Angebot von 0 Nm bis 736 Nm. Auch hier würde so lange als möglich der höchste Gang (das heißt 5. Gang) gewählt werden.
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In der obigen Fahrsituation ist das vom Fahrpedal 13 einstellbare potentiell verfügbare Radmoment MRad in den Kennfeldern der 4a bis 4c gezeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9303940 [0005]
- DE 102014009856 A1 [0005]
- WO 2009/106168 A1 [0005]