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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeuge, und insbesondere ein Verfahren und System zum Steuern von Drehmomentübertragungsmitteln in einem Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, sowie ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium, die das erfindungsgemäße Verfahren implementieren.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Es gibt verschiedene Arten von Fahrzeuggetrieben. Beispielsweise können Fahrzeuggetriebe vollautomatisch sein, wobei eine Fahrzeugsteuerung die Schaltvorgänge steuert. Die in diesen Systemen verwendeten Getriebe können aus automatisierten Schaltgetrieben bestehen, bei denen die Fahrzeugsteuerung das Gangschalten in „manuellen“ Getrieben automatisch steuert.
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Es gibt auch manuelle Schaltgetriebe, bei denen der Fahrzeugführer die Kontrolle über den Schaltvorgang hat. Ein Gangwechsel bei manuellen Getrieben wird oft durch Verwendung einer vom Fahrer steuerbaren Kupplung, oftmals durch Verwenden eines Kupplungspedals ausgeführt. Kupplungen können auch in automatisierten Schaltgetrieben eingesetzt werden, wobei in diesem Fall die Kupplungsbetätigung beim Gangwechsel von der Fahrzeugsteuerung und nicht vom Fahrer gesteuert wird. Es gibt auch Systeme mit automatisierten Schaltgetrieben, bei denen ein vom Fahrer steuerbares Mittel, wie ein Kupplungspedal, vorhanden ist und das beim Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stand verwendet werden kann. Nachdem das Fahrzeug in Bewegung versetzt worden ist, können nachfolgende Gangwechsel dazu eingerichtet sein, ohne Eingriff des Fahrers und ohne weiteres Betätigen der Kupplung vollständig von der Fahrzeugsteuerung gesteuert zu werden, d.h. Gangwechsel werden bei geschlossenem Antriebsstrang ausgeführt. In diesem Fall wird somit die Kupplung vollständig vom Fahrer unter Verwendung eines Kupplungspedals gesteuert, das direkt (mechanisch) mit dem Kupplungsaktor verbunden ist.
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Die vorliegende Beschreibung betrifft Systeme, bei denen das Fahrer-Betätigungsmittel, wie ein Kupplungspedal oder ein anderes Mittel zum Steuern von Drehmomentübertragungsmitteln, wie eine Kupplung oder andere Drehmomentübertragungsmittel, verwendet wird, jedoch nicht direkt durch die Verwendung eines mechanischen Gestänges. Stattdessen wird z.B. die Drehmomentübertragung durch den Einsatz von Clutch-by-Wire (CBW)-Systemen gesteuert. In Clutch-by-Wire-Systemen wird ein elektrisches Signal, das z.B. eine Kupplungspedalposition darstellt, in eine entsprechende Anforderung zur Drehmomentübertragung, z.B. eine entsprechende Kupplungsbewegung, umgesetzt. Zum Beispiel kann ein Positionssensor oder ein anderes geeignetes Mittel verwendet werden, um eine Position des Fahrer-Betätigungsmittels, wie z.B. die Position eines Kupplungspedals, zu erkennen. Ein diese Position repräsentierendes elektrisches Signal wird dann in eine entsprechende Fahreranforderung, z.B. zur Kupplungsbetätigung, umgesetzt, und die Fahrzeugsteuerung steuert z.B. die tatsächliche Kupplungsbewegung in Abhängigkeit von dem die Position des Kupplungspedals repräsentierenden Signal. Die eigentliche Kupplungsbewegung ist folglich nicht mechanisch mit den Bewegungen des Fahrer-Betätigungsmittels verbunden.
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Systeme dieser Art können Vorteile beim Betrieb des Fahrzeugs bieten.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Es wäre vorteilhaft, ein Verfahren und ein System zu entwickeln, das den Komfort des Fahrers in Situationen erhöht, in denen der Fahrer die Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebskraftquelle und einem Getriebe durch Steuerung von Drehmomentübertragungsmittel unter Verwendung von Fahrer-Betätigungsmitteln einkuppelt. Um diesem Anliegen besser gerecht zu werden, werden ein Verfahren und ein System mit den in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalen bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei das Fahrzeug umfasst:
- ein Drehmomentübertragungsmittel zur wahlweisen Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebskraftquelle und einem Getriebe des Fahrzeugs und
- ein Fahrer-Betätigungsmittel, wobei das übertragbare Drehmoment des Drehmomentübertragungsmittels in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal, das eine Position des Fahrer-Betätigungsmittels darstellt, steuerbar ist,
wobei das Verfahren umfasst, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist:
- Erkennen, ob das Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels durch das Fahrer-Betätigungsmittel eingeleitet wird, und
- wenn die Einleitung des Einkuppelns des Drehmomentübertragungsmittels erkannt wird, Beeinflussen einer Drehzahl der Antriebskraftquelle in Richtung einer Drehzahl einer Eingangswelle des Getriebes.
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Es gibt verschiedene Arten von Getriebesystemen, bei denen ein Gangwechsel manuell oder automatisch erfolgen kann. Die Getriebesysteme, unabhängig davon, ob es sich um eine manuelle oder automatische Schaltung handelt, können eine Kupplung oder andere Drehmomentübertragungsmittel umfassen, mit denen die Drehmomentübertragung durch den Antriebsstrang wahlweise ausgekuppelt, d.h. unterbrochen werden kann. Solche Systeme können ferner Fahrer-Betätigungsmittel umfassen, um dem Fahrer das Betätigen der Drehmomentübertragungsmittel zu ermöglichen. So kann z.B. neben einem Gaspedal und einem Bremspedal ein weiteres Pedal verwendet werden. Solche Fahrer-Betätigungsmittel zur Steuerung von Drehmomentübertragungsmitteln können auch in Hybridfahrzeugen vorhanden sein.
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Das Drehmomentübertragungsmittel kann durch das Fahrer-Betätigungsmittel gesteuert werden, wobei ein Signal, wie z.B. ein elektrisches Signal, verwendet werden kann, um eine Position des Fahrer-Betätigungsmittels, wie z. B. eine Kupplungspedalposition, darzustellen, wobei die Fahrzeugsteuerung dann das Drehmomentübertragungsmittel basierend auf den Positionssignalen steuert.
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Drehmomentübertragungsmittel können aus dem ausgekuppelten Zustand eingekuppelt werden. Wenn die Drehmomentübertragung ausgekuppelt ist, kommt es zu einer Unterbrechung der Drehmomentübertragung zwischen Antriebskraftquelle und Getriebe, wobei die Drehmomentübertragung durch Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels eingeleitet werden kann. Ist das Fahrzeug in Bewegung, wenn die Drehmomentübertragungsmittel ausgekuppelt sind und die Drehmomentübertragung unterbrochen ist, d.h. es findet keine fortlaufende Drehmomentübertragung statt, kann sich die Antriebskraftquelle mit einer Drehzahl drehen, während sich eine Eingangswelle des Getriebes mit einer anderen Drehzahl dreht, die unter anderem durch die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Raddurchmesser und das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingangswelle und Fahrzeugantriebsrädern bestimmt wird. Ändert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit, z.B. durch Straßenneigung, kann sich außerdem die Getriebeeingangswellendrehzahl ständig ändern.
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Beim Einkuppeln der Drehmomentübertragung zwischen Antriebskraftquelle und Getriebe in Situationen, in denen das Fahrzeug in Bewegung ist, können unangenehmes Ruckeln und/oder Schwingungen im Antriebsstrang auftreten, wenn die Drehzahl der Antriebskraftquelle nicht mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle beim Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels synchronisiert ist.
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Aus diesem Grund versucht der Fahrer oftmals, die Drehzahl der Antriebskraftquelle mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle zu synchronisieren. Dies zu erreichen kann jedoch schwierig sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können Unannehmlichkeiten aufgrund von Unterschieden in der Drehzahl der Antriebskraftquelle und der Drehzahl der Getriebeeingangswelle reduziert werden.
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Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren erreicht, bei dem erkannt wird, ob ein Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels durch das Fahrer-Betätigungsmittel eingeleitet wird. Diese Erkennung kann beispielsweise erreicht werden, indem die Fahrzeugsteuerung das elektrische Signal überwacht, das die Position des Fahrer-Betätigungsmittels darstellt, wobei Änderungen des elektrischen Signals in eine entsprechende Bewegung (d.h. Positionsänderung) des Fahrer-Betätigungsmittels umgesetzt werden können. Die Erkennung kann durch die Fahrzeugsteuerung oder auf andere geeignete Weise erfolgen.
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Wird ein Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels erkannt, so wird eine Drehzahl der Antriebskraftquelle in Richtung der Drehzahl der Eingangswelle mit dem Getriebe beeinflusst. Wird z.B. eine solche Einleitung des Einkuppelns erkannt, kann die Drehzahl der Antriebskraftquelle so beeinflusst werden, dass sie beim Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels einem Gleichlauf mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle näher kommt.
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Auf diese Weise können ein Ruckeln und/oder Schwingungen des Antriebsstrangs, die sonst aufgrund von Drehzahldifferenzen zwischen der Antriebsquelle und der Eingangswelle des Getriebes auftreten können, reduziert werden, indem die Fahrzeug-Antriebskraftquelle so gesteuert wird, dass ihre Drehzahl besser mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle übereinstimmt, als es der Fall gewesen wäre, wenn die Steuerung der Drehzahl der Antriebsquelle vollständig dem Fahrer überlassen worden wäre. Folglich kann ein komfortableres Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels erreicht werden.
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Die Einleitung des Einkuppelns des Drehmomentübertragungsmittels kann beispielsweise erkannt werden, wenn eine Bewegung des Fahrer-Betätigungsmittels von einer Position, die eine vollständige Unterbrechung der Drehmomentübertragung darstellt, in Richtung auf eine Position, die eine Forderung nach vollständiger Übertragbarkeit des Drehmoments darstellt, erkannt wird. Das Fahrer-Betätigungsmittel kann beispielsweise durch den Fahrer in einem Bewegungsbereich zwischen einer ersten Endposition, die eine Forderung nach vollständiger Übertragung des Drehmoments darstellt, und einer zweiten Endposition, die eine vollständige Unterbrechung der Drehmomentübertragung darstellt, betätigt werden. Daher kann die Einleitung des Einkuppelns des Drehmomentübertragungsmittels erkannt werden, wenn eine Änderung der Position des Fahrer-Betätigungsmittels von der Position, die eine vollständige Unterbrechung der Übertragung des Drehmoments des Drehmomentübertragungsmittels darstellt, erkannt wird. Das Fahrer-Betätigungsmittel kann ein Kupplungspedal sein und das Drehmomentübertragungsmittel kann eine Kupplung sein.
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Weiterhin kann gemäß von Ausführungsformen der Erfindung beim Beeinflussen der Drehzahl der Antriebskraftquelle die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes wiederholt (z.B. kontinuierlich) bestimmt werden, sodass die Drehzahl der Antriebskraftquelle wiederholt (z.B. kontinuierlich) auf die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes gesteuert werden kann, um dadurch Drehzahländerungen des Getriebes zu berücksichtigen.
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Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird die Drehzahl der Antriebskraftquelle erhöht, wenn die Drehzahl der Eingangswelle ansteigt und/oder die Drehzahl der Antriebskraftquelle wird verringert, wenn sich die Drehzahl der Eingangswelle verringert.
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Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird eine erwartete Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes zum Zeitpunkt des Einkuppelns des Drehmomentübertragungsmittels geschätzt, und die Drehzahl der Antriebskraftquelle wird basierend auf der Schätzung beeinflusst. Die erwartete Drehzahl der Getriebeeingangswelle kann eine erwartete Drehzahl zum Zeitpunkt des Beginns des übertragbaren Drehmoments des Drehmomentübertragungsmittels sein. Sobald die Übertragung des Drehmoments beginnt, beginnt eine Zwangssynchronisation, die abgeschlossen ist, sobald das übertragbare Drehmoment des Drehmomentübertragungsmittels dem vom Antriebsstrang zu diesem Zeitpunkt übertragenen Drehmoment entspricht oder dieses übersteigt.
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Die geschätzte erwartete Drehzahl kann ferner die Drehzahl der Getriebeeingangswelle sein, wenn das Drehmomentübertragungsmittel ein erstes (z.B. vorbestimmtes) übertragbares Drehmoment erreicht, wie etwa ein Drehmoment, das im Antriebsstrang beim Einschalten vorherrschen wird, da bei Erreichen dieses übertragbaren Drehmoments, die Drehzahl der Antriebskraftquelle gleich der Drehzahl der Getriebeeingangswelle sein wird.
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Zusätzlich zum Steuern der Drehzahl der Antriebskraftquelle kann das Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels auch in einer Weise beeinflusst werden, bei der das Drehmomentübertragungsmittel so gesteuert wird, dass ein aktuelles übertragbares Drehmoment von dem vom Fahrer-Betätigungsmittel geforderten übertragbaren Drehmoment abweicht. Beispielsweise kann das Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels durch die Fahrzeugsteuerung verzögert werden, um eine Synchronisation der Drehzahl der Antriebskraftquelle zu ermöglichen.
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Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird geschätzt, ob das Drehmomentübertragungsmittel, wenn es gemäß dem Fahrer-Betätigungsmittel gesteuert wird, einkuppeln wird, bevor die Drehzahl der Antriebskraftquelle die Drehzahl der Eingangswelle erreicht, und in diesem Fall kann das Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels verzögert werden.
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Beispielsweise kann das Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels gemäß von Ausführungsformen der Erfindung so lange verzögert werden, bis die Drehzahl der Antriebskraftquelle höchstens um eine erste (z.B. vorbestimmte) Drehzahldifferenz in Bezug auf die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes abweicht. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird das Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels höchstens um eine erste (z.B. vorbestimmte) Zeitspanne in Bezug zur Einkupplungszeit verzögert, wenn sie entsprechend dem Fahrer-Betätigungsmittel gesteuert wird. Auf diese Weise kann eine Verzögerung auferlegt werden, die sich nicht allzu sehr vom erwarteten Einkuppeln durch den Fahrer unterscheidet.
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Beim Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, versucht der Fahrer oftmals, die Drehzahl der Antriebskraftquelle mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle zu synchronisieren. Wie oben erwähnt, kann eine solche Synchronisation nicht immer zufriedenstellend erreicht werden. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird eine vom Fahrer geforderte Drehzahl der Antriebskraftquelle bestimmt, d.h. die Drehzahl, auf die die Antriebskraftquelle durch den Fahrer gesteuert wird, und bei Beeinflussung der Drehzahl der Antriebskraftquelle kann die Drehzahl der Antriebskraftquelle so gesteuert werden, dass sie höchstens eine vorbestimmte Drehzahl pro Minute (U/min) von der vom Fahrer geforderten Drehzahl abweicht. Auf diese Weise kann die Differenz zwischen der aktuellen Drehzahl der Antriebskraftquelle und der vom Fahrer erwarteten Drehzahl gesteuert werden, um ein Fahrzeugverhalten zu erhalten, das nicht in einem Maße abweicht, das den Fahrer verwirren kann.
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Des Weiteren zeigen die Fahrzeuge dem Fahrer oftmals eine Drehzahl der Antriebskraftquelle an, und gemäß von Ausführungsformen der Erfindung kann dem Fahrer eine Drehzahl der Antriebskraftquelle angezeigt werden, die mehr der vom Fahrer geforderten Drehzahl entspricht als die aktuelle Drehzahl der Antriebskraftquelle. Das heißt, es wird eine Drehzahl der Antriebskraftquelle angezeigt, die von der aktuellen Drehzahl der Antriebskraftquelle derart abweicht, dass die angezeigte Drehzahl näher an der vom Fahrer geforderten Drehzahl liegt als die aktuelle Drehzahl. Auf diese Weise können die Auswirkungen der Erfindung auf das vom Fahrer erwartete Fahrzeugverhalten reduziert werden.
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Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird die Drehzahl der Antriebskraftquelle nur beeinflusst, wenn bestimmt wird, dass ein Fahrer des Fahrzeugs die Drehzahl der Antriebskraftquelle in Richtung der Drehzahl der Eingangswelle steuert. Das heißt, die Drehzahl der Antriebskraftquelle wird nur beeinflusst, wenn bestimmt wird, dass der Fahrer bereits versucht, die Drehzahl der Antriebskraftquelle zu synchronisieren.
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Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird die Drehzahl der Antriebskraftquelle nur dann beeinflusst, wenn die vom Fahrer geforderte Drehzahl der Antriebskraftquelle eine Leerlaufdrehzahl ist. In diesem Fall kann die Erfindung verwendet werden, um Ruckeln/Schwingungen zu vermeiden, wenn die Drehmomentübertragungsmittel eingekuppelt sind.
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Beim erfindungsgemäßen Beeinflussen der Drehzahl der Antriebskraftquelle kann sichergestellt werden, dass nur die Drehzahl und nicht die Drehmomentübertragung von der Antriebskraftquelle beeinflusst wird. Somit kann sichergestellt werden, dass die Antriebskraftquelle kein, oder zumindest nicht spürbar mehr, Drehmoment liefert, als vom Fahrer erwartet wird.
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Die Drehzahl der Antriebskraftquelle kann ferner so eingerichtet werden, das sie nur dann beeinflusst wird, wenn ein Gang für den Antrieb des Fahrzeugs in das Getriebe eingelegt ist, wobei mindestens ein Fahrzeugantriebsrad mit der Getriebeeingangswelle in drehmomentübertragender Verbindung steht.
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Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Fahrer-Betätigungsmittel ein Pedal, das von einem Fuß des Fahrers zu betätigen ist, beispielsweise ein Kupplungspedal.
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Das Drehmomentübertragungsmittel kann eine Kupplung, wie etwa eine Reibungskupplung umfassen. Die Kupplung kann ferner einen ersten Kupplungsabschnitt, der mit einer Ausgangswelle der Antriebskraftquelle drehbar angeordnet ist, und einen zweiten Kupplungsabschnitt, der mit der Eingangswelle des Getriebes drehbar angeordnet ist, umfassen. Durch Steuern der Drehzahl der Antriebskraftquelle kann die Drehzahl des ersten Kupplungsabschnitts in Richtung der Drehzahl des zweiten Kupplungsabschnitts so gesteuert werden, dass im Idealfall die Drehzahlen synchronisiert werden oder zumindest die Abschnitte mit reduzierter Drehzahldifferenz rotieren, um ein sanftes Einkuppeln der Kupplung durch Zusammenführen der beiden Kupplungsabschnitte zu ermöglichen und dadurch unangenehme Ruck-/Antriebsschwingungen zu reduzieren.
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Wie angegeben, kann das Drehmomentübertragungsmittel eine Kupplung umfassen. Das Drehmomentübertragungsmittel zum Steuern der Übertragung von Drehmoment zu/von einer Antriebsquelle kann jedoch auch von anderer Bauart sein. Beispielsweise kann eine herkömmliche Kupplung durch ein Drehmomentübertragungsmittel ersetzt werden, das eine oder mehrere elektrische Maschinen und ein geeignetes Zahnradgetriebe umfasst, wobei diese andere Art von Drehmomentübertragungsmittel nach wie vor z.B. zwischen einer Antriebskraftquelle, wie einem Verbrennungsmotor, und einem Getriebe, z.B. einem Getriebe mit getrennten Zahnrädern, angeordnet sein kann. Hinsichtlich solcher anderen Drehmomentübertragungsmittel kann das Getriebe z.B. ein oder mehrere Planetengetriebe oder ein anderes geeignetes Zahnradgetriebe umfassen, wobei die elektrische(n) Maschine(n) und die Antriebskraftquelle(n), wie ein Verbrennungsmotor, in einem drehmomentausgeglichenen Verhältnis so angeordnet sein können, dass, wenn kein Drehmoment von der elektrischen Maschine ausgeübt wird, dies das Drehmoment, das von der Antriebskraftquelle auf das Getriebe übertragen werden kann, auf im Wesentlichen Null begrenzt, und wobei ein höheres ausgeübtes Drehmoment von der elektrischen Maschine eine höhere Übertragung des Drehmoments von der Antriebskraftquelle ermöglicht, wobei das Drehmoment, das von der Antriebskraftquelle ausgeübt werden kann, das von der elektrischen Maschine ausgeübte Drehmoment, multipliziert mit einem Faktor, sein kann. In dieser Ausführungsform kann das Fahrzeug eine Antriebskraftquelle in Form eines Verbrennungsmotors umfassen, während die einer Rutschkupplung gleichkommende Funktionalität durch Steuern der Drehmomentübertragung durch die elektrische Maschine erreicht werden kann.
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Fahrer-Betätigungsmittel, wie ein Pedal, können dann verwendet werden, wobei eine erste Endposition, wie ein losgelassenes Pedal, eine Anforderung nach einem hohen, maximal übertragbaren Drehmoment, ähnlich einer geschlossenen Kupplung, und eine zweite Endposition, wie ein niedergedrücktes Pedal, eine unterbrochene Übertragung, wie z.B. ein Nullmoment, durch Steuerung der elektrischen Maschine, um z.B. ein Nullmoment zu liefern, darstellen können. Die elektrische Maschine kann so gesteuert werden, dass sie in Abhängigkeit von der Position des Fahrer-Betätigungsmittels ein unterschiedliches übertragbares Drehmoment zu/von der Antriebskraftquelle bereitstellt. Der Fahrer kann zusätzlich die Drehzahl der Antriebskraftquelle durch die gleichzeitige Betätigung eines Gaspedals steuern. Solche Lösungen ermöglichen unterschiedliche Drehzahlen der Antriebskraftquelle und der Getriebeeingangswelle, wobei die Drehzahlen bei höheren Drehmomenten synchronisiert werden. Solche Lösungen können z.B. eingesetzt werden, wenn Ausführungsformen der Erfindung in Hybridfahrzeugen, wie z.B. Elektro-Hybridfahrzeugen, realisiert werden.
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Darüber hinaus können, wie von einem Fachmann verstanden wird, Drehmomentübertragungsmittel, wie Kupplungen und andere Mittel, von unterschiedlicher Bauart sein, und die bestimmte Bauart, z.B. ob die Kupplung eine Reibungskupplung ist oder nicht, ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant. Die vorliegende Erfindung kann in jedem System mit Clutch-by-Wire-Funktionalität angewendet werden, unabhängig davon, ob eine tatsächliche Kupplung vorhanden ist.
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Es versteht sich, dass die in Bezug auf den Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung beschriebenen Ausführungsformen auch auf den Fahrzeugsystemaspekt der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Das heißt, das Fahrzeugsystem kann so konfiguriert werden, dass es das Verfahren ausführt, wie es in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen definiert ist. Des Weiteren kann das Verfahren ein computerimplementiertes Verfahren sein.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- 1A stellt einen Antriebsstrang eines beispielhaften Fahrzeugs dar;
- 1B stellt ein Beispiel für eine Steuereinheit in einer Fahrzeugsteuerung dar;
- 1C stellt ein Kupplungspedal des beispielhaften Fahrzeugs von 1A dar.
- 2 stellt ein beispielhaftes Verfahren gemäß von Ausführungsformen der Erfindung dar.
- 3 stellt eine beispielhafte Kupplungspedalkennlinie eines Fahrzeugs dar, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden kann.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Wie oben bereits erwähnt wurde, sind die Ausführungsformen der Erfindung nicht nur für eine Kupplung umfassende Systeme anwendbar, sondern für alle Arten von Systemen, bei denen steuerbare Drehmomentübertragungsmittel verwendet werden, um die Übertragung des Drehmoments zu und/oder von einer Antriebskraftquelle unter Verwendung von Fahrer-Betätigungsmitteln zu steuern. Wie weiterhin oben erwähnt wurde, können solche Systeme z.B. Systeme umfassen, bei denen eine elektrische Maschine und ein Zahnradgetriebe die Funktionalität einer herkömmlichen Kupplung ersetzen, z.B. in Elektro-Hybridfahrzeugen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden jedoch aus Gründen der Einfachheit die Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft für ein System erläutert, bei dem eine Kupplung mit Fahrer-Betätigungsmitteln gesteuert wird. Weiterhin wird das Fahrer-Betätigungsmittel zur Steuerung einer Kupplung beispielhaft durch ein Kupplungspedal in der folgenden ausführlichen Beschreibung erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf jede Art von Fahrer-Betätigungsmittel zur Steuerung einer Kupplung anwendbar, wobei das Fahrer-Betätigungsmittel in einem Bewegungsbereich bewegbar ist.
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1A zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines beispielhaften Fahrzeugs 100. Der Antriebsstrang umfasst eine Antriebskraftquelle, im vorliegenden Beispiel einen Verbrennungsmotor 101, der herkömmlicherweise über eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 101, normalerweise über ein Schwungrad 102, mit einem Getriebe 103 über eine Kupplung 106 verbunden ist. Eine Ausgangswelle 107 von dem Getriebes 103 treibt die Antriebsräder 113, 114 über einen Achsantrieb 108, wie ein gängiges Differential, und die Antriebsachsen 104, 105 an, die mit dem Achsantrieb 108 verbunden sind.
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Der Verbrennungsmotor 101 wird von einer Fahrzeugsteuerung über eine Steuereinheit 117 gesteuert. Die Kupplung 106 und das Getriebe 103 werden ebenfalls von der Fahrzeugsteuerung über eine Steuereinheit 116 gesteuert. Gemäß dem vorliegenden Beispiel umfasst die Kupplung eine Trockenkupplung, bei der ein Reibungselement (Scheibe) 110 mit einem ersten Getriebeelement, z.B. einer Eingangswelle 109 des Getriebes 103, verbunden ist und mit diesem rotiert. Das Reibungselement 110 greift wahlweise an dem Schwungrad 102 oder einem anderen geeigneten rotierenden Teil des Verbrennungsmotors 101 an, um das Drehmoment vom/zum Verbrennungsmotor 101, d.h. zwischen Verbrennungsmotor 101 und den der Kupplung 106 nachgeschalteten Antriebsstrangkomponenten, wie z.B. zu/von mindestens einem der Antriebsräder 113, 114, über das Getriebe 103 zu übertragen.
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Der Angriff des Reibungselementes 110 an dem Motorschwungrad 102 wird über eine Druckplatte 111 mittels eines Hebelarms 112 gesteuert, der von einem Kupplungsaktor 115 betätigt wird.
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Bei vollmechanischen Systemen, bei denen die Kupplung direkt über ein Kupplungspedal gesteuert wird, ist das Kupplungspedal mechanisch mit der Kupplung verbunden. Beispielsweise kann das Kupplungspedal mechanisch mit dem Hebelarm verbunden sein, um die Bewegung des Reibungselements direkt zu steuern. Das heißt, eine Bewegung des Kupplungspedals ist mechanisch mit der Kupplung verbunden, und ein bewegliches Kupplungselement, wie etwa ein Reibungselement, bewegt sich synchron mit dem Kupplungspedal. Es versteht sich, dass die beispielhaft beschriebene Kupplung nur ein Beispiel ist und dass Kupplungen unabhängig davon, ob die Kupplung Teil eines Clutch-by-Wire-Systems ist oder mechanisch durch Fahrer-Betätigungsmittel gesteuert wird, verschiedene Bauformen aufweisen können. Beispielsweise kann der Kupplungsaktor koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet werden.
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Bei Clutch-by-Wire-Systemen, wie dem vorliegend beispielhaft erläuterten System, kann das Öffnen und Schließen der Kupplung 106 durch den Fahrer unter Verwendung von Fahrer-Betätigungsmitteln, wie einem Kupplungspedal 118, gesteuert werden. In diesem Fall steuert das Kupplungspedal jedoch den Einfluss des Kupplungsaktors 115 auf den Hebelarm 112 nicht direkt über eine mechanische Verbindung. Stattdessen wird die Kupplung von der Fahrzeugsteuerung in Abhängigkeit von einem oder mehreren Signalen gesteuert, die die Position des Kupplungspedals 118 darstellen.
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Da die eigentliche Bewegung des Hebelarms 112 nicht mechanisch mit dem Kupplungspedal 118 verbunden ist, bedeutet dies wiederum, dass die Position des Kupplungspedals 118 stattdessen als Anforderung für ein bestimmtes übertragbares Drehmoment verwendet wird, z.B. dargestellt durch eine Position des Kupplungsreibungselements/Aktors, die dann mittels der Fahrzeugsteuerung in eine tatsächliche Kupplungsbewegung über den Kupplungsaktor 115 umgesetzt wird. Das eigentliche Betätigen der Kupplung, d.h., im vorliegenden Beispiel die Positionierung des Hebelarms 112, erfolgt somit durch die Fahrzeugsteuerung, wenn die Kupplung vom Fahrer gesteuert wird, wobei dieses Betätigen von der Position des Kupplungspedals 118 abhängig ist.
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Da das eigentliche Betätigen jedoch von der Fahrzeugsteuerung gesteuert wird, ermöglicht dies, dass die Kupplung ebenfalls von der Fahrzeugsteuerung völlig unabhängig vom Kupplungspedal gesteuert werden kann. Die Kupplung kann daher gemäß verschiedenen Modi gesteuert werden, wobei die tatsächliche Kupplungsbewegung immer von der Fahrzeugsteuerung ausgeführt wird, wobei jedoch die Bewegung in einem fahrergesteuerten Modus basierend auf Signalen erfolgt, die die Position des Kupplungspedals darstellen, und in einem automatischen Modus die Kupplungsbewegung unabhängig von der aktuellen Position des Kupplungspedals ausgeführt wird.
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Ein beispielhaftes Kupplungspedal 118 ist schematisch in 1C dargestellt. Das Kupplungspedal 118 ist innerhalb eines Bewegungsbereichs beweglich, der durch zwei Endpositionen A, B definiert wird und einen Winkelbereich α definiert. Die Position des Kupplungspedals 118 in diesem Bewegungsbereich kann z.B. durch einen geeigneten Sensor, wie ein Potentiometer oder einen Winkelsensor 119 oder einen anderen geeigneten Sensor bestimmt werden, der die aktuelle Position des Kupplungspedals 118 in dem Bewegungsbereich bestimmt, in dem sich das Kupplungspedal bewegen kann. Wenn das Kupplungspedal 118 ganz losgelassen wird, d.h. nicht durch den Fahrer betätigt wird, befindet es sich in Position A in einem Ruhezustand, z.B. durch eine Federkraft, wobei Position A eine vollständig geschlossene Kupplung darstellt. Position B stellt ein vollständig niedergedrücktes Kupplungspedal und somit eine vollständig geöffnete Kupplung dar. 1A offenbart ferner ein Gaspedal 130, mit dem der Fahrer Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor 101 anfordert.
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Wie obenstehend erwähnt wurde, kann die Kupplung in Abhängigkeit vom Kupplungspedal (Fahrer-Betätigungsmittel) gesteuert werden. Ein Vorteil von Clutch-by-Wire-Systemen ist jedoch, dass die Kupplung auch unabhängig vom Kupplungspedal von der Fahrzeugsteuerung gesteuert werden kann. Dies wird zudem häufig genutzt, um z.B. zu ermöglichen, dass das Fahrzeug auf Wunsch als Zweipedalfahrzeug (Gaspedal, Bremspedal) gefahren werden kann, wobei das Kupplungspedal zur zusätzlichen Steuerung verwendet werden kann, wie oben beschrieben wurde. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung werden ein Verfahren und ein System zur Verfügung gestellt, die den Komfort für den Fahrer erhöhen und den Verschleiß der Komponenten verringern kann. In 2 ist ein beispielhaftes Verfahren 200 der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches zumindest teilweise z.B. in der Steuereinheit 116 zur Steuerung der Kupplung 106 und des Getriebes 103 umgesetzt werden kann. Wie oben angegeben, werden die Funktionen eines Fahrzeugs im Allgemeinen von mehreren Steuereinheiten gesteuert, und Steuerungssysteme in Fahrzeugen der offenbarten Art umfassen im Allgemeinen ein Kommunikationsbussystem, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen zum Verbinden mehrerer elektronischer Steuereinheiten (ECUs) oder Steuerungen mit verschiedenen Komponenten an Bord des Fahrzeugs besteht. Ein solches Steuerungssystem kann eine große Anzahl von Steuereinheiten umfassen, und die Steuerung einer bestimmten Funktion kann auf zwei oder mehr von ihnen aufgeteilt werden.
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Der Einfachheit halber sind in 1A nur die Steuereinheiten 116-117 dargestellt, wobei Fahrzeuge 100 der dargestellten Art oft mit deutlich mehr Steuereinheiten ausgestattet sind, wie ein Fachmann verstehen wird. Die Steuereinheiten 116-117 sind so angeordnet, dass sie miteinander und mit verschiedenen Komponenten über das Kommunikationsbussystem und andere Leitungen kommunizieren, die teilweise durch Verbindungslinien in 1A angezeigt werden.
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Ausführungsformen der Erfindung können in jeder geeigneten Steuereinheit im Fahrzeug 100 und damit nicht unbedingt nur in der Steuereinheit 116 realisiert werden. Die Steuerung der Kupplung 106 gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird normalerweise von Signalen abhängen, die von anderen Steuereinheiten und/oder Fahrzeugkomponenten empfangen werden, und es ist allgemein so, dass Steuereinheiten des offenbarten Typs für den Empfang von Sensorsignalen von verschiedenen Teilen des Fahrzeugs 100 geeignet sind. Die Steuereinheit 116 kann beispielsweise Signale vom Kupplungspedal-Positionssensor 119 und vom Kupplungsaktor 115 empfangen. Des Weiteren kann die Steuereinheit Signale empfangen, die eine Anforderung des Fahrers nach Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor darstellen, wie etwa durch das Gaspedal 130. Steuereinheiten des dargestellten Typs sind normalerweise dafür geeignet, Steuersignale an verschiedene Teile und Komponenten des Fahrzeugs zu liefern, um z.B. den Kupplungsaktor 115 zu steuern.
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Die Steuerung dieser Art erfolgt oft durch programmierte Anweisungen. Die programmierten Anweisungen umfassen typischerweise ein Computerprogramm, das bewirkt, wenn es in einem Computer oder einer Steuereinheit ausgeführt wird, dass der Computer/die Steuereinheit die gewünschte Steuerung, wie etwa Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung, ausführt. Das Computerprogramm bildet üblicherweise einen Teil eines computerlesbaren Mediums, wobei das computerlesbare Medium ein geeignetes Speichermedium 121 umfasst (siehe 1B) und das Computerprogramm 126 auf dem Speichermedium 121 gespeichert ist. Das Computerprogramm kann auf diesem Speichermedium nichtflüchtig gespeichert werden. Das digitale Speichermedium 121 kann z.B. eines aus der folgenden Gruppen umfassen, die umfasst: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-Speicher, EEPROM (Electrically Erasable PROM), eine Festplatteneinheit usw., und kann in der, oder in Verbindung mit der, Steuereinheit angeordnet sein, woraufhin das Computerprogramm von der Steuereinheit ausgeführt wird. Das Verhalten des Fahrzeugs in einer bestimmten Situation kann somit durch Änderung der Anweisungen des Computerprogramms angepasst werden.
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Eine beispielhafte Steuereinheit (die Steuereinheit 116) ist in 1B schematisch dargestellt, wobei die Steuereinheit eine Verarbeitungseinheit 120 umfassen kann, die z.B. jeden geeigneten Typ eines Prozessors oder Mikrocomputers, wie eine Schaltung zur digitalen Signalverarbeitung (Digital Signal Processor, DSP) oder eine Schaltung mit einer vorgegebenen spezifischen Funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) umfassen kann. Die Verarbeitungseinheit 120 ist mit einer Speichereinheit 121 verbunden, die der Verarbeitungseinheit 120 z.B. den gespeicherten Programmcode 126 und/oder die gespeicherten Daten bereitstellt, die die Verarbeitungseinheit 120 benötigt, um Berechnungen durchführen zu können. Die Verarbeitungseinheit 120 ist ferner dazu angeordnet, Teil- oder Endergebnisse von Berechnungen in der Speichereinheit 121 zu speichern.
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Darüber hinaus ist die Steuereinheit 112 mit den Vorrichtungen 122, 123, 124, 125 zum Empfangen und Senden von Eingangs- beziehungsweise Ausgangssignalen ausgestattet. Diese Eingangs- und Ausgangssignale können Wellenformen, Impulse oder andere Attribute enthalten, die die Vorrichtungen 122, 125 zum Empfangen von Eingangssignalen als Information zur Verarbeitung durch die Verarbeitungseinheit 120 erkennen können. Die Vorrichtungen 123, 124 zum Senden von Ausgangssignalen sind dazu eingerichtet, Berechnungsergebnisse aus der Auswerteeinheit 120 in Ausgangssignale zur Weiterleitung an andere Teile der Fahrzeugsteuerung und/oder an die Komponente(n), für die die Signale bestimmt sind, umzuwandeln. Jede einzelne der Verbindungen zu den Vorrichtungen zum Empfangen und Senden der jeweiligen Eingangs- und Ausgangssignale kann eines oder mehrere von einem Kabel, einem Datenbus, wie einem CAN-Bus (Controller Area Network Bus), einem MOST-Bus (Media Oriented Systems Transport) oder einer beliebigen anderen Buskonfiguration oder einer drahtlosen Verbindung umfassen.
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Mit Bezug wiederum auf das in 2 dargestellte beispielhafte Verfahren 200, beginnt das Verfahren in Schritt 201. Wie bereits oben erwähnt wurde, betreffen die Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren und ein System, die darauf abzielen, unangenehme Ruck-/Antriebsschwingungen beim Einkuppeln von Drehmomentübertragungsmitteln zu reduzieren. Außerdem kann der Verschleiß von Bauteilen reduziert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nur durchgeführt, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, da sich im Allgemeinen nur in diesem Fall die Eingangswelle 109 des Getriebes 103 dreht. Gegebenenfalls kann das Verfahren umfassen zu bestimmen, ob das Fahrzeug in Bewegung ist. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung kann es weiterhin erforderlich sein, dass ein Gang zum Antrieb des Fahrzeugs in dem Getriebe 103 eingelegt ist, sodass die Drehung der Antriebsräder durch den Antriebsstrang in eine Drehung der Getriebeeingangswelle 109 umgesetzt wird. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung kann das Verfahren für alle Fahrzeuggeschwindigkeiten durchgeführt werden, aber das Verfahren kann auch dazu eingerichtet sein, nur für Fahrzeuggeschwindigkeiten ausgeführt zu werden, die zu einer Drehzahl der Getriebeeingangswelle 109 führen, die einer Leerlaufdrehzahl der Antriebskraftquelle 101 entspricht oder diese überschreitet.
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In Schritt 201 wird bestimmt, ob das Drehmomentübertragungsmittel, in diesem Fall die Kupplung 106, ausgekuppelt ist. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung ist es erforderlich, dass die Kupplung 106 vollständig geöffnet ist, d.h. die Drehmomentübertragung vollständig unterbrochen ist, wie etwa dann, wenn die Reibungsscheibe 110 das Schwungrad 102 nicht kontaktiert. Das Verfahren verbleibt solange in Schritt 201, wie dies nicht der Fall ist, während das Verfahren zu Schritt 202 weiterläuft, wenn die Kupplung 106 ausgekuppelt ist.
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In Schritt 202 wird bestimmt, ob ein Einkuppeln der Kupplung 106 eingeleitet ist. Ist dies nicht der Fall, kehrt das Verfahren zu Schritt 201 zurück, während ansonsten das Verfahren zu Schritt 203 weiterläuft. Ob ein Einkuppeln der Kupplung eingeleitet ist oder nicht, kann beispielsweise durch Erkennen einer Bewegung des Kupplungspedals 118 aus der Position B (1C), die eine vollständige Unterbrechung der Drehmomentübertragung darstellt, in Richtung auf die Stellung A, die eine Anforderung nach vollständiger Übertragung des Drehmoments, d.h. einen geschlossenen Antriebsstrang, darstellt, erkannt werden. Die Bewegung kann ferner von der Fahrzeugsteuerung erfasst werden, die ein elektrisches Signal überwacht, das die Position des Kupplungspedals 118 darstellt. Wie erwähnt wurde, kann es erforderlich sein, dass eine Kupplungsbewegung aus einer vollständig geöffneten Position erkannt wird, es kann jedoch auch ausreichend sein, dass eine Bewegung aus einer beliebigen Position in Richtung Position A erkannt wird, solange die Drehzahl der Antriebskraftquelle im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl der Eingangswelle 109 des Getriebes 103 gesteuert werden kann, d.h. kein oder ein begrenztes Drehmoment von der Kupplung übertragbar ist, da, wenn die Kupplung in der Lage ist, höhere Drehmomente zu übertragen als die, die momentan vom Antriebsstrang übertragen werden, kein Unterschied in der Drehzahl zwischen Verbrennungsmotor und Getriebeeingangswelle vorhanden sein wird.
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In Schritt 203 wird bestimmt, ob die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 in Richtung Drehzahl der Antriebswelle 109 des Getriebes 103 beeinflusst werden soll.
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Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors so eingerichtet werden, dass sie immer beeinflusst wird, während gemäß von Ausführungsformen der Erfindung die Drehzahl des Verbrennungsmotors so eingerichtet werden kann, dass sie nur dann beeinflusst wird, wenn bestimmte Kriterien erfüllt sind.
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Beispielsweise kann die Drehzahl der Antriebskraftquelle so eingerichtet werden, dass sie nur dann beeinflusst wird, wenn bestimmt wird, dass die Drehzahldifferenz zwischen Verbrennungsmotor und Getriebeeingangswelle beim Einkuppeln eine vorbestimmte Differenz übersteigen wird, wie z.B. eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min), wobei diese Differenz z.B. in Abhängigkeit von dem erwarteten Drehmoment beim Einkuppeln der Kupplung eingestellt werden kann, siehe unten, und somit der Einfluss, den die Drehzahldifferenz z.B. auf den Komfort haben wird, eingestellt werden kann.
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Die Drehzahl kann ferner so eingerichtet werden, dass sie nur dann beeinflusst wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors um mehr als eine vorbestimmte Drehzahldifferenz von der Drehzahl der Getriebeeingangswelle abweicht. Dies kann beispielsweise durch Bestimmen einer aktuellen Drehzahl der Getriebeeingangswelle 109 und Vergleichen mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 bestimmt werden.
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Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 kann ferner so eingerichtet werden, dass sie nur dann beeinflusst wird, wenn ein Gang für den Antrieb des Fahrzeugs in dem Getriebe 103 eingelegt ist, so dass die Antriebsräder 113, 114 mit der Getriebeeingangswelle 109 in drehmomentübertragender Verbindung stehen, wodurch bewirkt wird, dass sich die Getriebeeingangswelle 109 dreht.
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Eine zu erwartende Drehmomentübertragung beim Schließen der Kupplung kann auch als Parameter bei der Bestimmung, ob die Drehzahl der Stromquelle beeinflusst werden soll, verwendet werden. Das Antriebsstrang-Drehmoment beim Einkuppeln der Kupplung wird in erster Linie aus dem dynamischen Drehmoment, das durch die Beschleunigung der Komponenten von Antriebsstrang/Antrieb erzeugt wird, bestehen, wobei die Beschleunigung bewirkt wird, wenn unterschiedliche Drehzahlen von Schwungrad und Getriebeeingangswelle beim Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels synchronisiert werden. Es ist ferner hauptsächlich dieses dynamische Drehmoment, das beim Einkuppeln der Drehmomentübertragung ein Ruckeln und Schwingungen hervorrufen kann. Das dynamische Drehmoment kann zudem schädlich sein.
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Faktoren wie das Trägheitsmoment sind im Allgemeinen für die Komponenten des Antriebsstrangs, aber auch für den Verbrennungsmotors bekannt. Darüber hinaus kann die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 109 auf einfache Weise entweder direkt durch einen Rotationssensor oder durch Kenntnis des Antriebsraddurchmessers und der Getriebeübersetzungen von Getriebe (die eine Kombination aus mehreren Getrieben, wie Split-, Range- und Hauptgetriebe, wie an sich bekannt, umfassen können) und Achsantrieb und möglicher weiterer Getriebeübersetzungen von Antriebsrad zu Getriebeeingangswelle bestimmt werden.
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Die Drehzahl der Antriebswelle 109 des Getriebes 103 ist oftmals schon in der Fahrzeugsteuerung verfügbar. Gleichermaßen ist die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 im Allgemeinen in der Fahrzeugsteuerung verfügbar. Dadurch kann die zu erwartende Beschleunigung von Abschnitten des Antriebsstrangs/Antriebs auf einfache Weise hergestellt werden und ferner können das dynamische Drehmoment sowie das Gesamtdrehmoment, dem der Antriebsstrang beim Einkuppeln ausgesetzt wird, bestimmt werden, und wenn dieses Drehmoment eine gewisse Grenze überschreitet, kann dies als Grund für die Beeinflussung der Drehzahl der Antriebsquelle verwendet werden, da eine verringerte Drehzahldifferenz zwischen Antriebskraftquelle und Getriebeeingangswelle das Drehmoment reduzieren wird, dem der Antriebsstrang beim Einkuppeln ausgesetzt wird.
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Wird in Schritt 203 festgelegt, dass die Drehzahl der Antriebskraftquelle (Verbrennungsmotor) beeinflusst werden soll, geht das Verfahren weiter zu Schritt 204, andernfalls wird das Verfahren in Schritt 206 beendet. In Schritt 204 wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 auf die erwartete/geschätzte Drehzahl der Getriebeeingangswelle 109 zum Zeitpunkt des Einkuppelns der Kupplung 106 gesteuert. Dieser Einfluss kann durch Steuern des dem Verbrennungsmotor 101 zugeführten Kraftstoffs erreicht werden, um die Drehzahl auf die gewünschte Drehzahl zu steuern, die z.B. die aktuelle Drehzahl der Getriebeeingangswelle 103 sein kann. Bei der Beeinflussung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 kann die Änderungsgeschwindigkeit, d.h. die Änderung der Kraftstoffzufuhr, z.B. in Abhängigkeit davon bestimmt werden, wie stark die Drehzahl verändert werden soll und/oder wie schnell die Getriebeeingangswelle die Drehzahl ändert. Weiterhin kann sichergestellt werden, dass nur die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 beeinflusst wird und nicht die Drehmomentübertragung von der Antriebskraftquelle. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Antriebskraftquelle nicht mehr Drehmoment liefert, als vom Fahrer erwartet wird.
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Eine erwartete Drehzahl der Getriebeeingangswelle 109 beim Einkuppeln der Kupplung kann geschätzt werden, und diese erwartete Drehzahl kann z.B. aus der zeitlichen Änderung der Drehzahl der Getriebeeingangswelle und der Schließgeschwindigkeit der Kupplung, d.h. der Geschwindigkeit, mit der der Fahrer das Kupplungspedal 118 betätigt, bestimmt werden.
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Der Zeitpunkt, zu dem die Kupplung einkuppelt, kann z.B. derjenige sein, wenn die Reibungsscheibe 106 mit dem Schwungrad 102 in Kontakt kommt. Das Einkuppeln kann auch eine Position sein, an der die Reibungsscheibe das Schwungrad 102 in einem Mäße kontaktiert, in dem ein vorbestimmtes Drehmoment übertragbar ist.
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Wenn ein Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Kupplung einkuppeln wird, kann eine Kupplungskennlinie verwendet werden, um zu bestimmen, wann und in welchem Maße die Kupplung einkuppeln wird. 3 zeigt ein Beispiel einer Kennlinie Pchar1 für eine beispielhafte Kupplung einer Art, wie sie in einem Fahrzeug von 1A verwendet werden kann. Die y-Achse bezeichnet das übertragbare Drehmoment T, d.h. das Drehmoment, das die Kupplung 106 zwischen Verbrennungsmotor 101 und Eingangswelle des Getriebes 103 übertragen kann. Im Allgemeinen bezeichnet die x-Achse die Kupplungsposition, wie z.B. die Kupplungsaktorposition und/oder die Hebelarmstellung. Die x-Achse kann ferner die Position des Kupplungspedals 118 darstellen.
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Der Ursprung, „0“, stellt die geöffnete Position der Kupplung dar, d.h. eine Position, in der sich das Kupplungspedal 118 und üblicherweise das Reibungselement (der Hebelarm/der Kupplungsaktor) in ihrer einen Endposition, Position B in Fig. 1C, befinden. Dies entspricht einem vollständig niedergedrückten Kupplungspedal 118 und das Reibungselement 110 ist vollständig vom Verbrennungsmotor 101 getrennt, d.h., ist, wie in Fig. 1A, auf der rechten Seite positioniert. Umgekehrt stellt die Position „geschlossene Kupplung“ ein vollständig gelöstes Kupplungspedal dar. Dies bedeutet die Position A in Fig. 1C, wobei das Reibungselement 110 möglichst nahe am Schwungrad liegt und dadurch z.B. mithilfe einer Federwirkung gegen das Schwungrad gedrückt wird. Tmax stellt das maximal übertragbare Drehmoment dar. Wenn die Kupplung vollständig geöffnet ist, befindet sich das Reibungselement 110 normalerweise derart in einem Abstand vom Schwungrad des Motors, dass das Schließen der Kupplung das Reibungselement und damit das Kupplungspedal mit einbezieht, das zunächst einen Abstand x1 zurücklegt, bevor es das Schwungrad berührt. Sobald das Reibelement das Schwungrad präzise kontaktiert, kann an der Kontaktstelle CP die Drehmomentübertragung zwischen Motor und restlichem Antriebsstrang beginnen. Je weiter sich die Kupplung ab diesem Punkt schließt (d.h. je stärker das Reibungselement 110 an dem Schwungrad 102 angreift), desto mehr Drehmoment kann über die Kupplung 106 übertragen werden.
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Somit kann eine Kennlinie der in 3 gezeigten Art verwendet werden, um zu bestimmen, wann die Kupplung einkuppeln wird, sowie wann die Kupplung ein Drehmoment übertragen wird, das dem vom Antriebsstrang übertragenen Drehmoment entspricht oder dieses übersteigt, und somit die Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Getriebeeingangswelle synchronisiert. Durch Überwachen der Geschwindigkeit, mit der das Kupplungspedal schließt, kann ferner z.B. aus den Signalen, die Kupplungspedalstellung darstellen, z.B. durch die Verwendung einer Kennlinie nach 3 und durch Abschätzung des zu übertragenden Drehmoments, wie oben beschrieben, der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem die Kupplung soweit einkuppeln wird, dass die Drehzahlen synchronisiert werden. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 kann dann aufgrund dieser Bestimmung beeinflusst werden.
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Ändert sich die Getriebeeingangswellendrehzahl, z.B. wenn sich das Fahrzeug in einem geneigten Straßenabschnitt befindet, z.B. beim Anfahren in einer Abfahrt, und beschleunigt z.B. mit offener Kupplung, so kann die Eingangswellendrehzahl zum geschätzten Zeitpunkt des Einkuppelns auch durch Schätzung der Beschleunigung der Getriebeeingangswelle und des erwarteten Zeitpunktes des Einkuppelns geschätzt werden, sodass die Drehzahl des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von dieser Schätzung gesteuert werden kann.
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Wenn der Fahrer z.B. ein Gaspedal betätigt, um den Verbrennungsmotor mit der Getriebeeingangswelle zu synchronisieren, kann die Antriebskraftanforderung des Fahrers so beeinflusst werden, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 besser mit der Drehzahl der Eingangswelle 109 des Getriebes 103 synchronisiert wird.
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In Schritt 205 wird festgelegt, ob die Beeinflussung der Drehzahl des Verbrennungsmotors fortgesetzt werden soll, z.B. falls die Kupplung noch nicht eingekuppelt ist und/oder weil die Drehzahldifferenz noch über einer vorgegebenen Schwelle liegt. Soll die Beeinflussung der Drehzahl fortgesetzt werden, kehrt das Verfahren zu Schritt 204 zurück, während, wenn bestimmt wird, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors nicht mehr beeinflusst werden soll, z.B. aufgrund dessen, dass die Kupplung eingekuppelt hat, das Verfahren in Schritt 206 beendet wird. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung kann folglich die Drehzahldifferenz zwischen Verbrennungsmotor 101 und Antriebswelle 109 des Getriebes 103 bei eingekuppelter Kupplung reduziert werden, um dadurch Ruckeln und/oder Schwingungen im Antriebsstrang, die ansonsten auftreten würden, zu reduzieren. Dies kann sowohl den Fahrerkomfort erhöhen als auch den Verschleiß von Fahrzeugkomponenten reduzieren.
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Des Weiteren versucht der Fahrer oftmals beim Einkuppeln des Drehmomentübertragungsmittels, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist, die Drehzahl der Antriebskraftquelle mit der Drehzahl der Getriebeeingangswelle zu synchronisieren. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung wird eine vom Fahrer geforderte Drehzahl der Antriebskraftquelle bestimmt, d.h. die Drehzahl, auf die die Antriebskraftquelle durch den Fahrer gesteuert wird. Weiterhin kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 so gesteuert werden, dass sie höchstens um eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) von der vom Fahrer geforderten Drehzahl abweicht. Auf diese Weise kann die Differenz zwischen der aktuellen Drehzahl der Antriebskraftquelle und der vom Fahrer erwarteten Drehzahl gesteuert werden, um ein Fahrzeugverhalten zu erhalten, das nicht in einem Maße abweicht, das den Fahrer verwirren könnte. Auf diese Weise kann die Differenz zwischen der aktuellen Drehzahl der Antriebskraftquelle und der vom Fahrer erwarteten Drehzahl gesteuert werden, um ein Fahrzeugverhalten zu erhalten, das nicht in einem Maße abweicht, das den Fahrer verwirren könnte.
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Wie oben beispielhaft dargestellt, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors solange gesteuert werden, wie die Kupplung nicht eingekuppelt ist. Dies bedeutet ferner, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors der Drehzahl der Getriebeeingangswelle folgen kann, falls sich diese z.B. aufgrund von Veränderungen der Fahrbahnneigung ändert. Somit kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors sowohl erhöht als auch verringert werden, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors beeinflusst wird. Außerdem kann die Drehzahl so beeinflusst werden, dass sie in Bezug auf die vom Fahrer z.B. über das Gaspedal angeforderte Drehzahl des Verbrennungsmotors erhöht oder verringert wird.
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Zusätzlich zur Steuerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors kann außerdem die Kupplung gesteuert werden. Da die Kupplung basierend auf einem Signal gesteuert wird, das die Stellung des Kupplungspedals darstellt, ist es möglich, das Schließen der Kupplung im Zusammenhang mit der Fahreranforderung voranzubringen oder zu verzögern, um die Drehzahlen beim Einkuppeln besser zu synchronisieren. Wird beispielsweise bestimmt, dass es nicht möglich sein wird, die Drehzahl des Verbrennungsmotors vor dem Einkuppeln auf eine gewünschte Drehzahl zu steuern, kann das Schließen der Kupplung durch die Fahrzeugsteuerung verzögert werden, um mehr Zeit zum Erreichen der gewünschten Drehzahl, oder einer Drehzahl innerhalb einer vorgegebenen Drehzahldifferenz, des Verbrennungsmotors zu haben. Die Verzögerung des Einkuppelns kann ferner dergestalt sein, dass das Einkuppeln höchstens um eine vorbestimmte Zeitspanne in Bezug auf die Einkuppelzeit verzögert wird, wenn es durch das Kupplungspedal gesteuert wird, um wiederum ein Fahrzeugverhalten zu vermeiden, das dem Fahrer verwirrend erscheinen kann.
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Des Weiteren zeigen Fahrzeuge dem Fahrer oftmals eine Drehzahl der Antriebskraftquelle an. Gemäß von Ausführungsformen der Erfindung kann dem Fahrer eine Drehzahl der Antriebskraftquelle angezeigt werden, die mehr der vom Fahrer geforderten Drehzahl entspricht als die aktuelle Drehzahl der Antriebsquelle. Das heißt, es kann eine Drehzahl der Antriebskraftquelle angezeigt werden, die von der aktuellen Drehzahl der Antriebskraftquelle abweicht. Die angezeigte Drehzahl kann näher an der vom Fahrer geforderten Drehzahl liegen. Auf diese Weise können ferner Auswirkungen auf das vom Fahrer erwartete Fahrzeugverhalten reduziert werden.
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Weiterhin wird gemäß von Ausführungsformen die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 nur dann beeinflusst, wenn bestimmt wird, dass ein Fahrer des Fahrzeugs die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 auf die Drehzahl der Antriebswelle 109 des Getriebes 103 steuert. Das heißt, die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 wird nur beeinflusst, wenn bestimmt wird, dass der Fahrer bereits versucht, die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 zu synchronisieren. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 wird gemäß von Ausführungsformen der Erfindung nur beeinflusst, wenn der Verbrennungsmotor 101 im Leerlauf ist, d.h. es liegt keine Forderung des Fahrers nach einer höheren Drehzahl des Verbrennungsmotors 101 vor. In diesem Fall kann die Erfindung verwendet werden, um Ruckeln/Schwingungen zu vermeiden, wenn die Drehmomentübertragungsmittel eingekuppelt sind.
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Darüber hinaus sind, wie oben angegeben wurde, Ausführungsformen der Erfindung auch dann anwendbar, wenn das Drehmomentübertragungsmittel eine andere Bauweise als eine Kupplung aufweist, wie z.B. ein Drehmomentübertragungsmittel, das eine oder mehrere elektrische Maschinen und ein geeignetes Zahnradgetriebe umfasst. Derartige Bauweisen können die Funktionalität einer Kupplung bereitstellen, wobei diese Funktionalität durch ein Fahrer-Betätigungsmittel, z.B. in Form eines Pedals, gesteuert werden kann. Ein Beispiel für ein solches System ist in der internationalen Anmeldung PCT/
SE16/050538 mit dem Titel
„A drive system for a vehicle" und mit dem gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung offenbart. Diese referenzierte Anmeldung wird hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen.
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In dieser Art von Systemen kann ein Verbrennungsmotor z.B. über ein Planetengetriebe mit einer Getriebeeingangswelle verbunden sein, wobei ferner eine elektrische Maschine mit dem Planetengetriebe verbunden ist. Der Verbrennungsmotor kann z.B. mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden sein, während das Getriebe mit einem Träger verbunden sein kann und die elektrische Maschine mit einem Hohlrad verbunden ist. Gemäß den Lösungen der referenzierten Anmeldung kann der Verbrennungsmotor unabhängig von der Drehzahl des Getriebeeingangsrads rotieren. Ferner können die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor in einem drehmomentausgeglichenen Verhältnis so angeordnet werden, dass, wenn durch die elektrische Maschine kein Drehmoment ausgeübt wird, dies das Drehmoment, das vom Verbrennungsmotor übertragen werden kann, auf Null begrenzt.
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Wird das ausgeübte Drehmoment durch die elektrische Maschine erhöht, kann ein höheres Drehmoment durch den Verbrennungsmotor auf die Getriebeeingangswelle übertragen werden, und je höher die Drehmomentübertragung ist, desto näher werden die Drehzahlen beieinander liegen. Wenn die elektrische Maschine ein Drehmoment aufbringt, das dem Drehmoment, das vom Antriebsstrang übertragen werden wird, entspricht oder dieses übersteigt, werden die Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Getriebe synchronisiert.
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Folglich kann die Drehzahl der Antriebskraftquelle gemäß von Ausführungsformen der Erfindung auch in Systemen dieser Art beim Einkuppeln der Drehmomentübertragungsmittel beeinflusst werden, wie etwa wenn das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Drehmoment als Reaktion auf z.B. ein fahrerbetätigtes Pedal, das ähnliche Funktionen wie ein Kupplungspedal bereitstellt, erhöht wird. Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug, wie z.B. ein Elektro-Hybridfahrzeug, oder jede andere Art von Fahrzeug mit Drehmomentübertragungsmitteln dieser Art sein.
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Schließlich wurden obenstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vor allem für ein bestimmtes Beispiel eines Fahrzeugs beschrieben, sind aber für jedes Fahrzeug anwendbar, in dem Betätigungsmittel zur Steuerung von Drehmomentübertragungsmitteln verwendet werden. Das Drehmomentübertragungsmittel kann von jeder geeigneten Art sein, die beliebige Elementen, wie z.B. eine Kupplung oder eine andere Art von Lösung umfasst, solange das Betätigen des Drehmomentübertragungsmittels unabhängig vom Betätigen des Fahrer-Betätigungsmittels durchgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „A drive system for a vehicle“ [0080]