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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen eines Gangwechsels eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einer Kupplung und einem elektrischen Kupplungspedal, bei dem eine gewünschte Kupplungsbetätigungsstellung erfasst wird.
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Bei bekannten Kraftfahrzeugen ist das Kupplungspedal mechanisch mit der Kupplung verbunden, wodurch die Kupplung durch die Kupplungspedalbetätigung geöffnet und geschlossen werden kann.
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Darüber hinaus ist es bekannt, die mechanische Verbindung zwischen Kupplung und Kupplungspedal aufzutrennen und die Kupplungspedalposition mittels eines Sensors auszulesen. Dieses Sensorsignal wird dann in ein Aktuatorsignal zur Kupplungsbetätigung übersetzt. Dabei wird weitestgehend die Kupplungspedalposition, die eine gewünschte Kupplungsposition angibt, übernommen. In einigen Situationen wird die Wunschposition allerdings ignoriert, um beispielsweise einen Abwürgeschutz oder einen Segelbetrieb zu implementieren.
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Diese Art der Ausgestaltung der Betätigungseinrichtung der Kupplung wird auch e-Clutch oder Clutch-by-Wire- genannt.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Durchführen eines Gangwechsels anzugeben, das im Hinblick auf ein Clutch-by-Wire-System optimiert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass während des Gangwechsels und dort zumindest während des Einkuppelvorgangs die Getriebewellendrehzahl und die Motordrehzahl überwacht werden, und die Kupplung drehmomentübertragungsfrei gehalten wird, bis die Getriebewellendrehzahl und die Motordrehzahl einen vorgegebenen Abstand erreicht oder unterschritten haben oder gleich sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass als Kupplung eine Lastschaltkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe verstanden wird. Nur derartige Kupplungen werden direkt oder indirekt über das Kupplungspedal beeinflusst.
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Das elektrische Kupplungspedal ist dabei wie beschrieben ein Kupplungspedal, das nicht mechanisch mit der Kupplung verbunden ist, sondern dessen Position mittels eines Sensors erfasst und einer Steuerungseinrichtung übergeben wird.
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Der Kern der Erfindung bezieht sich auf einen ganz bestimmten Zeitraum während des Gangwechsels, und zwar während des Einkuppelvorgangs. Es handelt sich also um den Zeitraum nach dem erfolgten Gangwechsel. Zu diesem Zeitpunkt differieren die Drehzahlen des Motors und der Getriebeeingangswelle, da während des Gangwechsels, das heißt dem Einlegen des neuen Ganges, die Getriebewellendrehzahl verändert wird. Das Einlegen eines Ganges ist als das Schließen einer Schaltkupplung im Getriebe definiert um bspw. ein Losrad mit einer Welle zu verbinden. Schließt man zu diesem Zeitpunkt die Kupplung zwischen Getriebe und Verbrennungsmotor wird der Verbrennungsmotor bzw. die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf die Getriebewellendrehzahl geführt. Dies macht sich allerdings in Form einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs bemerkbar.
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Um das spürbare Einkuppeln des Kraftfahrzeugs zu verhindern wird der Fahrer beim Einkuppeln unterschützt. Dies geschieht dadurch, dass die Kupplung drehmomentübertragungsfrei gehalten wird, bis die Getriebewellendrehzahl und die Motordrehzahl einen vorgegebenen Abstand erreicht oder unterschritten haben oder gleich sind. Gleich sein heißt auch, bis auf eine definierte Differenz gleich sein, also Messtoleranzen zu berücksichtigen. Üblicherweise nimmt der Fahrer beim Einkuppeln Druck vom Kupplungspedal, sodass die Kupplung geschlossen wird. Dann überträgt die Kupplung ab einer vorgegebenen Position, dem sogenannten Touchpoint, Drehmoment. Bei einem Clutch-by-Wire-System heißt das, dass bei Übernahme der Kupplungspedalposition bzw. Übersetzung in ein Aktuatorsignal der Aktuator die Kupplung immer weiter schließt, bis der Touchpoint erreicht ist und auch darüber hinaus, bis die Kupplung vollständig geschlossen ist. Zur Erklärung ist an dieser Stelle auszuführen, dass ab dem Touchpoint zwar Drehmoment übertragen wird, aber nicht sofort das vollständige vom Motor abgegebene Moment. Es gibt also vom Touchpoint bis zum vollständigen Übertrag des Drehmomentes einen Schlupfbetrieb.
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Die Getriebewellendrehzahl ist selbstverständlich die Getriebewellendrehzahl der oder einer der Getriebeeingangswellen. Das beschriebene Verfahren lässt sich auch bei Mehrkupplungssystemen, beispielsweise einer Doppelkupplung, durchführen. Die Durchführung des Verfahrens betrifft dann immer die Zielkupplung, das heißt diejenige Kupplung, die geschlossen wird.
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Vorteilhafterweise kann die Kupplung in einem Bereich des Touchpoints gehalten werden. Zwar soll die Kupplung bis zum Drehzahlangleich kein Drehmoment übertragen, jedoch soll nach dem Drehzahlangleich möglichst schnell die Kupplung geschlossen werden. Dies wird dadurch realisiert, dass die Kupplung in einem vorgegebenen Abstand zum Touchpoint gehalten wird. Dieser ist im Bereich des Touchpoints und selbstverständlich im Betätigungsweg vor dem Touchpoint.
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Vorteilhafterweise kann der Angleich der Motordrehzahl an die Getriebewellendrehzahl bei einer vorgegebenen Kupplungspedalposition vorgenommen oder begonnen werden. Das heißt, dass nach dem Einlegen des neuen Ganges und bei Passieren einer bestimmten Kupplungspedalposition beim Einrücken der Kupplung ein Drehzahlangleich stattfindet.
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Vorzugsweise kann diese Kupplungspedalposition am Beginn des Einrückweges liegen. Insbesondere kann ein vorgegebener Anteil, insbesondere wenigstens 10% des Kupplungspedalweges an der Kupplungspedalposition zurückgelegt sein. Es handelt sich hier um 10 % des Einrückweges des Kupplungspedals also 10 % des Kupplungspedaleinrückweges. Dadurch wird der Angleich der Motordrehzahl zwar zu Beginn des Einrückweges vorgenommen, jedoch werden nicht alle noch so geringen Schwankungen des Kupplungspedals als Einkuppelwunsch interpretiert. Insofern wird der Drehzahlangleich nicht bei jeder noch so geringen Bewegung des Kupplungspedals in Richtung Einrücken gestartet. Dementsprechend kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens 20 % oder 25 % des Kupplungspedalweges zurückgelegt sind.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass höchstens 50%, insbesondere höchstens 25% des Kupplungspedalweges zurückgelegt sind. Der Angleich wird also in einem Bereich am Anfang des Kupplungspedalweges gestartet.
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Vorzugsweise kann der vorgegebene Abstand der Drehzahlen zwischen Getriebeeingangswelle und Verbrennungsmotor durch einen Schwellenwert vorgegeben werden. Dieser Schwellenwert kann in Abhängigkeit eines oder mehrerer Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Geschwindigkeit, einstellbar sein. Wenn man darauf verzichtet, einen vollständigen Angleich herbeizuführen, bis das Schlie-ßen der Kupplung erfolgt, so kann man auch einen Abstand wählen. Dieser kann von Randbedingungen abhängen. Eine hiervon kann wie beschrieben die Geschwindigkeit sein.
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Vorzugsweise kann das Verfahren bei einem Herunterschalten eines Ganges durchgeführt werden. Dann handelt es sich bei dem Gangwechsel um einen Gangwechsel von einem höheren zu einem niedrigeren Gang.
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In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Verfahren bei einem Wechsel im Abstand von wenigstens zwei Gängen und insbesondere beim Herunterschalten des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Je größer der Abstand der Gänge beim Herunterschalten, desto größer ist die Drehzahldifferenz und desto größer der Einkuppelruck.
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Wie bereits beschrieben soll ab einem bestimmten Punkt oder Bereich des Einkuppelvorgangs ein Drehzahlangleich der Motordrehzahl an die Getriebewellendrehzahl erfolgen. Bevorzugt kann die Motordrehzahl dabei über die Motorführung an die Getriebewellendrehzahl herangeführt werden. Insbesondere kann die Motordrehzahl über die Motorführung erhöht werden.
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Vorzugsweise kann die Änderung der Motordrehzahl in Abhängigkeit der Differenzdrehzahl zwischen Motordrehzahl und Getriebewellendrehzahl vorgenommen werden. Mit anderen Worten wird die Motordrehzahl umso schneller erhöht, je höher die Differenzdrehzahl ist. Dadurch kann die Zeitspanne für den Drehzahlangleich konstant gehalten werden. Bei einer konstanten Zeitspanne fühlt sich für den Fahrer der Gangwechsel insbesondere von einem höheren zu einem niedrigeren Gang damit - für jeden Fahrmodus - immer gleich an.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Änderung der Motordrehzahl in Abhängigkeit eines Fahrmodus vorgenommen werden. Mit anderen Worten wird die Motordrehzahl schneller erhöht wenn ein sportlicher Fahrmodus eingestellt ist und langsamer, wenn ein Modus mit geringem Verbrauch eingestellt ist. Dann fühlt sich der Angleich sportlicher oder komfortabler an.
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Weiterhin oder alternativ kann die Änderung der Motordrehzahl in Abhängigkeit der Position des Gaspedals vorgenommen werden. Insbesondere kann bei einem stärker betätigten Pedal der Angleich der Motordrehzahl schneller durchgeführt werden.
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Vorteilhafterweise kann das Verfahren bei Überschreiten einer Differenzdrehzahl zu Beginn des Einkuppelvorgangs durchgeführt werden. Ein Einkuppelruck ist erst ab einer gewissen Differenzdrehzahl wahrnehmbar. Liegt die Differenzdrehzahl darunter, so kann der Einkuppelvorgang wie vom Fahrer gewünscht vorgenommen werden.
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Vorzugsweise kann die Kupplung nach dem Erreichen oder Unterschreiten des vorgegebenen Abstandes der Drehzahlen geschlossen werden. Ist die Differenzdrehzahl 0 oder auf einen genügend kleinen Wert gesunken, so wird die Kupplung eingekuppelt. Dies kann zeitnah nach dem Erreichen der Getriebewellendrehzahl erfolgen, da wie beschrieben die Kupplung im Bereich des Touchpoints gehalten wird. Beim Einkuppeln ist das Motormoment zu beachten, um einen Einkuppelruck zu vermeiden. Am Ende des Einkuppelvorgangs wird das Ist-Moment vorteilhafterweise an das Fahrerwunschmoment angepasst.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Durchführung des Verfahrens wie beschrieben ausgebildet ist.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Steuerungseinrichtung. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungseinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist. Daneben umfasst das Kraftfahrzeug ein elektrisches Kupplungspedal. Dieses ist wie beschrieben ein Kupplungspedal, das nicht mechanisch mit der Kupplung verbunden, sondern dessen Betätigungsposition mittels eines oder mehrerer Sensoren erfasst wird. Diese Position wird in ein Kupplungspositionssignal umgewandelt und an die Steuerungseinrichtung übergeben.
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Vorteilhafterweise umfasst das Kraftfahrzeug einen Wählhebel. Dieser ist bevorzugt mechanisch mit dem Getriebe zum Einlegen der Gänge verbunden.
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Weitere Vorteile, Merkmale der Erfindung ergeben sich in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug,
- 2 ein Zeit-Diagramm, und
- 3 ein Ablaufschema.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, einer Kupplungseinrichtung 3 und einem Getriebe 4. Die Kupplungseinrichtung 3 wird mittels eines Kupplungsaktuators 5 betätigt. Dieser ist wie auch das Kupplungspedal 6 mit einer Steuerungseinrichtung 7 verbunden. Der gezeigte Aufbau wird auch als Clutch-by-Wire bezeichnet. Dabei wird die Position des Kupplungspedals 6 mittels eines Sensors erfasst und an die Steuerungseinrichtung 7 als Positionssignal weitergegeben. In Abhängigkeit dieses Signals wie auch weiterer Signale bzw. Informationen steuert die Steuerungseinrichtung 7 die Betätigung der Kupplungseinrichtung 3, indem sie den Kupplungsaktuator 5 ansteuert. Die Position des Kupplungspedals 6 entspricht dabei dem Fahrerwunsch, der zumeist direkt in eine Betätigungsposition der Kupplungseinrichtung 5 übersetzt wird. Bei der Kupplungseinrichtung 3 kann es sich um eine einfache Reibungskupplung handeln. Es kann sich aber auch um eine Lamellenkupplung handeln.
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Das Getriebe 4 ist bevorzugt manuell betätigt, das heißt, dass ein Wählhebel vorhanden ist, mit dem mechanisch die Gänge ein- und ausgelegt werden können. Darüber hinaus kann ein Sensor 8 zur Erfassung der Gangstellungen vorhanden sein. Die Sensoreinrichtung 8 kann also erkennen, ob ein bestimmter Gang ein- oder ausgelegt ist.
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Des Weiteren kann sich am Wählhebel 9 ein Sensor 10 befinden, mit dem eine Rückschaltung erkannt werden kann. Alternativ kann die Rückschaltung auch anhand der Sensoreinrichtung 8 ermittelt werden.
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2 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der Achse 12 die Zeit aufgetragen ist. Auf der Achse 14 sind dagegen Drehzahlen und Betätigungswege aufgetragen.
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Die Kennlinie 16 zeigt die Position des Kupplungspedals 7 während eines Gangwechsels und die Kennlinie18 die Position der Kupplung. Die Wege sind von der absoluten Größe her selbstverständlich unterschiedlich. Während sich beispielsweise die Anpressplatte im Bereich von 2 bis 5 Millimetern bewegt, legt das Kupplungspedal viele Zentimeter zurück. Die Kennlinien 16 und 18 sind aber aufeinander skaliert. Daher verlaufen die Kennlinien 16 und 18 identisch außer zwischen den Zeitpunkten 42 und 50.
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Die Kennlinie 20 stellt die Getriebewellendrehzahl, insbesondere die Getriebeeingangswellendrehzahl, dar und die Kennlinie 22 die Motordrehzahl. Diese sind bis zum Zeitpunkt 28 identisch.
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2 zeigt wie beschrieben das Verfahren zum Durchführen eines Gangwechsels, und zwar bei einem Gangwechsel von einem höheren in einen niedrigeren Gang. Bis zum Zeitpunkt 24 ist die Kupplungseinrichtung 3 geschlossen, das Kupplungspedal 7 ist unbetätigt und in der Ausgangsstellung. Die Motordrehzahl entspricht der Drehzahl der Getriebeeingangswelle. Im Zeitpunkt 24 tritt der Fahrer das Kupplungspedal 7, um die Kupplung 3 auszukuppeln. Dieses Treten bzw. Betätigten des Kupplungspedals 7 dauert bis zum Zeitpunkt 26 und wird von der Steuerungseinrichtung 7 ohne Eingriffe in ein entsprechendes Signal an den Kupplungsaktuator 5 umgewandelt. In dieser Zeit wird die Kupplung geöffnet, weswegen die Kennlinie 18 der Kupplung der Kennlinie 16 des Kupplungspedals folgt. In diesem Bereich wird der vom Fahrer geäußerte Kupplungsbetätigungswunsch also vollumfänglich und direkt in eine Betätigung der Kupplung 3 übersetzt.
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Nach dem Zeitpunkt 24, also dem Beginn des Öffnens der Kupplung 3, ist die Kupplung 3 bis zum Zeitpunkt 28 schlupfend betrieben. Zum Zeitpunkt 28 wird in Bezug auf die Öffnungsstellung der Kupplung der Touchpoint 30 überschritten. Dementsprechend bewegen sich ab dem Zeitpunkt 28 auch die Kennlinien 20 und 22 auseinander. Und zwar sinkt die Motordrehzahl in Form der Kennlinie 22 ab, während die Getriebeeingangswellendrehzahl in Form der Kennlinie 20 gleichbleibt.
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Zum Zeitpunkt 26 wird, idealisiert dargestellt, von einem höheren in einen niedrigeren Gang gewechselt, wodurch die Kennlinie 20 der Getriebeeingangswellendrehzahl stark ansteigt. Die Kennlinie 22 der Motordrehzahl verhält sich hiervon völlig unabhängig und sinkt weiter ab. Nachdem der neue Gang eingelegt ist wird zum Zeitpunkt 32 der Druck auf das Kupplungspedal 7 durch den Fahrer vermindert, wodurch er einen Einkuppelwunsch vorgibt. Zum Zeitpunkt 34, der einer vorgebbaren Position 36 der Kennlinie 16 entspricht wird die Differenzdrehzahl 38 zwischen Motordrehzahl und Getriebeeingangswellendrehzahl erfasst. Die Position 36 befindet sich dabei nicht direkt am Beginn des Einrückweges, vielmehr muss ein Schwellenwert 40 überschritten sein. Beispielsweise kann der Abstand zwischen der Auskuppelposition und der Position 36 10 % des Einrückweges betragen. Übersteigt die Differenzdrehzahl 38 einen Schwellenwert, so wird das Einrücken der Kupplungseinrichtung 3 nur bis zum Zeitpunkt 42 weitergeführt, nämlich bis sich die Kupplungseinrichtung 3 in einer Position 44 im Bereich des Touchpoints 30, aber darunter befindet. Das entscheidende ist dabei nicht der Zeitpunkt 42, sondern die Position 44. Ab diesem Zeitpunkt wird nämlich vom Betätigungswunsch des Fahrers abgewichen, weswegen die Kennlinien 16 und 18 auseinanderfallen. Die Kupplungseinrichtung 3 wird offengehalten, aber sie befindet sich im Bereich des Touchpoints 30. Ab dem Zeitpunkt 34 wird die Motordrehzahl über die Motorführung an die Getriebeeingangswellendrehzahl herangeführt. Dabei wird die Differenzdrehzahl 38 weiterhin beobachtet und auch prädiziert, sodass zum Zeitpunkt 46 begonnen wird, die Kupplung 3 zu schließen, obwohl zu diesem Zeitpunkt weiterhin eine Differenzdrehzahl 48 vorliegt, wobei diese sehr viel geringer ist als die Differenzdrehzahl 38. Die restliche Drehzahl wird aber über den Kupplungsschlupf bis zum Zeitpunkt 50 so abgebaut, dass das Schließen der Kupplung und der Drehzahlangleich im Zeitpunkt 50 zusammenfallen.
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Zwischen den Zeitpunkten 24 und 26 findet dabei der Auskuppelvorgang 52 und zwischen den Zeitpunkten 32 und 50 der Einkuppelvorgang statt.
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3 zeigt ein Ablaufschema zur Durchführung eines Gangwechsels. In Schritt S1 folgt die Kupplung 3 dem Kupplungspedal 6. Dies ist dabei als grundlegende Vorgabe anzusehen und nicht als spezielle Ausgestaltung in Bezug auf das Verfahren. Ebenfalls kontinuierlich erfolgt die Gangermittlung und Überwachung der Gänge. Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt prinzipiell in Schritt S3, wenn eine Rückschaltung, also ein Herabschalten von einem höheren Gang in einen niedrigeren Gang, erkannt wird. Wird eine Rückschaltung beispielsweise mittels der Sensoreinrichtung 8 erkannt, wird in Schritt S4 die Differenzdrehzahl 38 zwischen Motordrehzahl 22 und Getriebeeingangswellendrehzahl 20 überwacht. Falls die Differenzdrehzahl 38 einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, was in Schritt S5 erfasst wird, wird die Kupplungspedalposition in Schritt S6 überwacht. Überschreitet die Pedalposition einen Schwellenwert 40 (Schritt S7), dann wird in Schritt S8 ab dem Zeitpunkt 34 die Motordrehzahl 22 auf die Getriebeeingangswellendrehzahl 20 hochgeregelt.
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Die Kupplung 3 folgt dabei immer noch dem Kupplungspedal 6 (Schritt S9) bis die Pedalposition 36 einen Schwellenwert überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt, in 2 der Zeitpunkt 42, wird die Position der Kupplung 3 gehalten, während das Kupplungspedal 6 hiervon unabhängig bewegt werden kann.
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Diese Abweichung der Kupplungsposition 18 von der Position des Kupplungspedals 16 wird solange aufrechterhalten, bis in Schritt S12 die Differenzdrehzahl 48 kleiner einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Dann wird in Schritt S13, in 2 ab dem Zeitpunkt 46, die Kupplung geschlossen. In Schritt S14 wird die Motormomentenführung so lange noch aufrechterhalten, bis die Differenz des Fahrerwunschmomentes zum Motormoment kleiner einer vorgegebenen Schwelle ist, auch hier folgt die Kupplung 3 wieder dem Kupplungspedal. Dann wird die Motorführung beendet.
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Danach wird die Steuerung der Kupplung wieder anhand der Kupplungspedalposition vorgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Kupplungseinrichtung
- 4
- Getriebe
- 5
- Kupplungsaktuator
- 6
- Kupplungspedal
- 7
- Steuerungseinrichtung
- 8
- Sensoreinrichtung
- 9
- Wählhebel
- 10
- Sensor
- 12
- Achse
- 14
- Achse
- 16
- Kennlinie
- 18
- Kennlinie
- 20
- Kennlinie
- 22
- Kennlinie
- 24
- Zeitpunkt
- 26
- Zeitpunkt
- 28
- Zeitpunkt
- 30
- Touchpoint
- 32
- Zeitpunkt
- 34
- Zeitpunkt
- 36
- Position
- 38
- Differenzdrehzahl
- 40
- Schwellenwert
- 42
- Zeitpunkt
- 44
- Position
- 46
- Zeitpunkt
- 48
- Differenzdrehzahl
- 50
- Zeitpunkt
- 52
- Auskuppelvorgang
- 54
- Einkuppelvorgang
- S1
- Schritt
- S2
- Schritt
- S3
- Schritt
- S4
- Schritt
- S5
- Schritt
- S6
- Schritt
- S7
- Schritt
- S8
- Schritt
- S9
- Schritt
- S10
- Schritt
- S11
- Schritt
- S12
- Schritt
- S13
- Schritt
- S14
- Schritt
- S15
- Schritt
- S16
- Schritt
- S17
- Schritt
