DE102020201854A1

DE102020201854A1 - Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zur Steuerung und / oder Regelung eines Anfahrvorganges

Info

Publication number: DE102020201854A1
Application number: DE102020201854.5A
Authority: DE
Inventors: Fabian Meyer; Dirk Schlegelmilch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung eines Antriebsstranges (1) eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zur Steuerung und / oder Regelung eines Anfahrvorganges, wobei der Antriebsstrang (1) mindestens einen Antriebsmotor (2) zur Bereitstellung eines Antriebsmomentes (M), mindestens ein Getriebe (3) und mindestens ein Antriebsrad (4 bzw. 5), insbesondere mindestens zwei Antriebsräder (4, 5), aufweist, wobei der Antriebsmotor (1), insbesondere ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor, mit dem Getriebe (3) funktional wirksam gekoppelt und / oder mit dem Getriebe (3) funktional wirksam, insbesondere über eine Kupplung (6), koppelbar ist, wobei das Getriebe (3) mit dem Antriebsrad (4 bzw. 5) funktional wirksam verbunden und / oder koppelbar ist, wobei der Anfahrvorgang unterschiedliche Phasen (A, B, C, D) aufweist, nämlich zumindest eine Stallphase (A) und eine Schlupfeinstellphase (C) aufweist, wobei das Fahrzeug in der Stallphase (A) steht bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit (vFZg) des Fahrzeuges im Wesentlichen Null beträgt, und wobei in der Schlupfeinstellphase (C) ein Antriebsradschlupf (s) des Antriebsrades (4 bzw. 5) gesteuert und / oder geregelt wird.Probleme bezüglich der Reproduzierbarkeit des Anfahrvorgangs werden vermieden, indem zwischen der Stallphase (A) und der Schlupfeinstellphase (C) eine Momentensteuerphase (B) durchlaufen wird, wobei in der Momentensteuerphase (B) das Antriebsmoment (M) des Antriebsmotors (2) gesteuert und / oder geregelt wird, um den Antriebsradschlupf (s) der Antriebsräder (4, 5) zu steuern und / oder zu regeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zur Steuerung und / oder Regelung eines Anfahrvorganges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
Zur Durchführung eines Anfahrvorganges weist ein Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang auf. Teil des Antriebsstranges sind insbesondere ein Antriebsmotor, mittels welchem ein Antriebsmoment bzw. ein entsprechendes Drehmoment für den Antrieb des Kraftfahrzeuges bereitgestellt wird, insbesondere ein Getriebe mit mehreren Gängen und insbesondere eine Kupplung, mittels welcher die Drehmomentübertragung vom Antriebsmotor zum Getriebe unterbrechbar und/oder in ihrer Höhe zumindest teilweise einstellbar ist. Weiterhin sind bei Kraftfahrzeugen im Allgemeinen mindestens zwei Antriebsräder Teil des Antriebsstranges. Das Antriebsmoment des Antriebes wird über die beschriebenen Bauteile bis zu den Antriebsrädern übertragen, um einen Vortrieb des Kraftfahrzeuges erreichen zu können. Bei Verwendung einer Kupplung ist diese dazu zumindest teilweise geschlossen. Es ist insbesondere auch eine Steuereinrichtung vorgesehen, insbesondere ein Motorsteuergerät und/oder ein Getriebesteuergerät um den Motor, die Schaltungen des Getriebes und/oder die Kupplung insbesondere mit Hilfe entsprechender Aktoren zu steuern und / oder zu regeln.
In der DE 10 2005 035 302 A1 wird ein Anfahrvorgang eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Dieser Anfahrvorgang wird als „Rennstart“ bezeichnet und durchgeführt, wenn von einem Fahrer des Kraftfahrzeuges eine maximale Leistung gefordert wird. Der Anfahrvorgang beginnt mit dem abrupten Durchtreten eines Fahrpedals bei einem Zeitpunkt to. Ab dem Zeitpunkt to beginnt die Vorbereitungsphase bzw. „Stallphase“, in welcher das Fahrzeug noch steht. In dieser Vorbereitungsphase wird ein maximales Radmoment von 100% vorgegeben. Der Begriff Radmoment kann synonym mit dem Begriff Antriebsmoment, dem Antriebsmoment des Antriebsmotors verwendet werden, wenn keine Beaufschlagung mit einem Rad-Bremsmoment vorgesehen ist. Nach Abschluss der Vorbereitungsphase fährt das Fahrzeug zum Zeitpunkt t₁ los. Ab dem Zeitpunkt t₁ wird ein Schwellwertverlauf für einen maximal zulässigen Radschlupf der Antriebsräder bzw. für einen Antriebsradschlupf vorgegeben. Der Radschlupf der Antriebsräder wird im Folgenden daher auch als Antriebsradschlupf bezeichnet. Der Schwellwertverlauf entspricht einem Sollantriebsradschlupf und wird empirisch mit Hinblick auf eine maximale Fahrzeugbeschleunigung ermittelt. Der Schwellwertverlauf weist einen abfallenden Verlauf auf, kann aber auch als ein konstanter Wert ausgeprägt sein. Bei einer Überschreitung des Schwellwertes von einem gemessenen Radschlupf (Ist-Schlupf) wird das Antriebsmoment reduziert. Diese Reduzierung erfolgt in drei Phasen, zwischen welchen bei jeweils vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeiten gewechselt wird. Zunächst wird das Antriebsmoment auf 40%, dann auf 60% und abschließend auf 80% reduziert. Die Reduzierung erfolgt getaktet mit einem ständigen Wechsel zwischen reduziertem und maximalen Antriebsmoment oder ungetaktet mit konstant reduziertem Antriebsmoment. Der Anfahrvorgang wird bei Erreichen bestimmter Kriterien abgebrochen. Dies könnte z.B. das Unterschreiten einer bestimmten Schwelle für den Antriebsradschlupf sein, was auf mittlere bzw. hohe Kraftschlussbeiwerte zwischen Reifen und Fahrbahn hindeutet.
In der DE 196 53 855 C1 wird ebenfalls ein Anfahrvorgang eines Kraftfahrzeuges mit einer möglichst hohen Fahrzeugbeschleunigung, ein sogenannter „Rennstart“, beschrieben. Nachdem von einer Steuereinrichtung der Wunsch des Fahrers nach einem Rennstart erkannt wurde, wird zunächst bei geöffneter Kupplung der Antriebsmotor oberhalb eines unteren Motordrehzahlschwellwertes betrieben. Zum Start der Fahrt wird die Kupplung ganz oder nahezu ganz geschlossen, um ein hohes Antriebsmoment auf die Antriebsräder zu übertragen, aber auch ein Schlupfen der Antriebsräder zu erzeugen. In dieser Phase wird eine konstante Geschwindigkeit der Antriebsräder realisiert. Nach Überschreiten eines bestimmten ersten Fahrgeschwindigkeitsgrenzwertes wird dann das Schlupfen der Antriebsräder mittels der Kupplung geregelt. Der Schlupfwert sinkt dann insbesondere mit der Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit. Nach Überschreiten eines bestimmten zweiten Fahrgeschwindigkeitgrenzwertes wird die Kupplung ganz geschlossen und der Rennstart ist erfolgreich abgeschlossen.
Die im Stand der Technik bisher bekannten Verfahren weisen Probleme bezüglich der Reproduzierbarkeit auf. Dies bedeutet, dass bei unterschiedlichen Anfahrvorgängen, aber bei sehr ähnlichen Bedingungen, werden nicht die gleichen Fahrzeuggeschwindigkeitsverläufe für das Kraftfahrzeug erreicht. Gerade zu Beginn eines Anfahrvorganges weist der Antriebsradschlupf im Allgemeinen sehr hohe Gradienten auf, die bei den bekannten Verfahren problematisch sind. Dies ist einer der Gründe für die schlechte Reproduzierbarkeit der jeweiligen Anfahrvorgänge. Weiterhin ist die Programmierung der Regel- und / oder Steueralgorithmen aufwendig. Die komplizierten Programme führen zu einer hohen Anforderung an die zur Durchführung vorgesehene Steuereinrichtung bzw. an das jeweilige Steuergerät. Die Programme und/oder die damit einhergehende Stellung / Ansteuerung der Stellglieder und/oder der Aktuatoren müssen schnell ausgeführt werden, um rechtzeitig in den Anfahrvorgang eingreifen zu können. Gerade zu Beginn des Anfahrvorganges bleibt für die Steuerung und / oder für die Regelung der für den Anfahrvorgang notwendigen Bauteile / Komponenten wenig Zeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges derart auszugestalten und weiterzubilden, wobei ein Anfahrvorgang dann mit einer möglichst hohen Reproduzierbarkeit durchführbar ist.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun zunächst durch ein Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung eines Anfahrvorganges mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das Grundprinzip der Erfindung liegt zunächst im Wesentlichen darin, dass zwischen der Stallphase und der Schlupfeinstellphase eine Momentensteuerphase durchlaufen wird, wobei in der Momentensteuerphase das Antriebsmoment des Antriebsmotors gesteuert und / oder geregelt wird, um den Antriebsradschlupf des Antriebsrades zu steuern und / oder zu regeln. In der bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Kraftfahrzeug angewendet, insbesondere weist das Kraftfahrzeug dann zwei Antriebsräder auf. Denkbar ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Zweirad, insbesondere bei einem Motorrad angewendet und/oder ausgeführt wird.
Auf diese Weise wird eine besonders hohe Wiederholgenauigkeit / Reproduzierbarkeit bei aufeinanderfolgenden Anfahrvorgängen und bei ähnlichen Umgebungsbedingungen erreicht. Das führt zu nahezu konstanten „Sprintzeiten“ des Fahrzeuges, insbesondere des Kraftfahrzeuges bspw. von 0 auf 100 km/h. Zu Beginn der Beschleunigung ist eine direkte Beeinflussung des Antriebsradschlupfes nicht zielführend, da hier eine Veränderung des Antriebsradschlupfes zu schnell erfolgt.
Zur Ausführung des Verfahrens dient insbesondere ein in einer Steuereinrichtung bzw. in einem Steuergerät hinterlegtes Programm. Aufgrund der Einfachheit des Verfahrens ist das Programm einfach erstellbar und des Weiteren sehr robust, insbesondere auch kostengünstig anwendbar. Die Einfachheit des Programms führt insbesondere auch weiterhin dazu, dass die Steuerungseinrichtung bzw. das Steuergerät nur eine geringe Rechenleistung benötigt, um das Programm in der benötigten Geschwindigkeit auszuführen.
Im Gegensatz zu einigen bisher im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung des Anfahrvorganges ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere kein Eingriff einer Bremse notwendig, so dass die gesamte vom Antriebsmotor bereitgestellte Energie der Beschleunigung des Fahrzeuges dient bzw. dienen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren hat daher ökonomische und ökologische Vorteile.
Vorteilhafterweise sind nun zumindest zwei Antriebsgrenzmomente vorgegeben, wobei in der Momentensteuerphase das Antriebsmoment von einem niedrigeren Antriebsgrenzmoment zu einem höheren Antriebsgrenzmoment erhöht wird. Diese Antriebsgrenzmomente werden im Vorfeld insbesondere empirisch ermittelt. Ziel bei der empirischen Ermittlung ist die Übertragung eines hohen Antriebsmomentes auf das Antriebsrad bzw. auf die Antriebsräder, ohne dass ein zu großer Antriebsradschlupf auftritt. Durch die entsprechende Erhöhung des Antriebsmomentes ohne großen Antriebsradschlupf wird eine schnelle Beschleunigung des Fahrzeuges erreicht.
Bevorzugterweise wird das Antriebsmoment für eine jeweilige vorgegebene Haltezeit auf dem jeweiligen Wert des jeweiligen Antriebsgrenzmomentes gehalten. Aufgrund solcher Haltezeiten wird sichergestellt, dass kein zu hoher Antriebsradschlupf entsteht. Weiterhin führen solche Haltezeiten zu einem einfachen Verlauf des Antriebsmomentes, so dass dieses von dem Antriebsmotor einerseits schnell und andererseits mit hoher Reproduzierbarkeit einstellbar ist.
Weiterhin erfolgt der Wechsel des Antriebsmoments von dem niedrigeren Antriebsgrenzmoment zu dem höheren Antriebsgrenzmoment vorteilhafterweise mittels eines vorgegebenen Überführungsgradienten und somit in einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Auch diese Überführungsgradienten werden insbesondere empirisch ermittelt und erhöhen die Sicherheit, dass keine zu hohen Werte für den Antriebsradschlupf auftreten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Wechsel des Antriebsmomentes von dem niedrigeren Antriebsgrenzmoment zu dem höheren Antriebsgrenzmoment rampenförmig. Das führt zu einer weiteren Vereinfachung des Verlaufes des Antriebsmomentes, so dass dieses während der kompletten Momentensteuerphase schnell und mit hoher Reproduzierbarkeit vom Antriebsmotor einstellbar ist.
Denkbar ist auch, dass zur Steuerung des Antriebsmomentes in der Momentensteuerphase eine Kennlinie im Steuergerät, insbesondere im Motor- und/oder Getriebesteuergerät entsprechend abgespeichert ist und das Antriebsmoment anhand dieser abgespeicherten Kennlinie gesteuert wird.
Ein Wechsel zwischen der Momentensteuerphase und der Schlupfeinstellphase erfolgt bevorzugt, wenn sich eine Motordrehzahl und eine Antriebsraddrehzahl unter Berücksichtigung einer aktuell wirksamen Übersetzung des Getriebes auf einen vorgegebenen Wertebereich angenähert haben. Insbesondere ist dies dann der Fall, wenn auch der tatsächliche Antriebsradschlupf einen bestimmten Sollantriebsradschlupf erreicht oder unterschreitet. Mittels dieser Bedingung ist sichergestellt, dass die Schwankungen des Antriebsradschlupfes in einem akzeptablen Bereich für eine direkte Beeinflussung dieses Antriebsradschlupfes liegen, so dass in der nachfolgenden Schlupfeinstellphase dann keine zu hohen Schwankungen des Antriebsradschlupfes auftreten können.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird in der Schlupfeinstellphase eine Motordrehzahl des Antriebsmotors gesteuert und / oder geregelt, wobei eine Sollantriebsdrehzahl aus der Summe eines Sollantriebsradschlupfes in Form eines Drehzahläquivalentes bzw. eines entsprechenden Drehzahlwertes und einer gemessenen Istdrehzahl von nicht angetriebenen Rädern des Fahrzeuges, insbesondere des Kraftfahrzeuges, sowie unter Berücksichtigung einer aktuell wirksamen Übersetzung des Getriebes gebildet ist. So ist sichergestellt, dass „nur“ der gewünschte Antriebsradschlupf zwischen den Antriebsrädern und der Straße auftritt. Dies führt zu einer hohen und sicheren Beschleunigung des Fahrzeuges. Das Verfahren ist einfach und somit wenig störanfällig. Zur Steuerung und / oder Regelung der Motordrehzahl des Antriebsmotors selbst können bewährte Verfahren genutzt werden.
Bevorzugterweise sind zusätzlich verschiedene Profile mit unterschiedlichen Werten für den Sollantriebsradschlupf und / oder die Antriebsgrenzmomente in einer Steuereinrichtung bzw. in einem Steuergerät des Antriebsstranges hinterlegt, wobei ein Fahrer des Fahrzeuges eines der Profile für den Anfahrvorgang auswählt. So kann der Fahrer bestimmen, mit welcher „Aggressivität“ der Anfahrvorgang durchgeführt wird. Bei höherer Aggressivität werden insbesondere höhere Werte für den Sollantriebsradschlupf gewählt. Die Antriebsgrenzmomente weisen ebenfalls bei höherer Aggressivität höhere Werte auf, so dass sowohl in der Schlupfeinstellphase, wie auch in der Momentensteuerphase dann ein größerer Antriebsradschlupf an dem Antriebsrad bzw. an den Antriebsrädern auftritt. Es sind daher verschiedene Abstufungen der Aggressivität des Anfahrvorganges denkbar. So könnten zum Beispiel vier Profile mit ansteigenden Werten für den Sollantriebsradschlupf und für die Antriebsgrenzmomente in der Steuereinrichtung hinterlegt sein.
Besonders bevorzugt wählt der Fahrer das Profil mit Hilfe eines Fahrpedals des Kraftfahrzeuges aus, wobei einer jeden Stellung des Fahrpedals zumindest eines der Profile zugeordnet ist. Ist das Fahrpedal voll durchgetreten, weist es die höchste Stellung / Auslenkung auf und es wird das höchste Profil gewählt, mit welchem die maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeuges erreichbar ist. Bei Verwendung dieses höchsten Profils treten insbesondere die größten Werte für den Antriebsradschlupf auf. Bei niedrigeren Zwischenstellungen des Fahrpedals wird ein entsprechendes Profil mit niedrigeren Werten für den Sollantriebsradschlupf und/oder für die Antriebsgrenzmomente für den Anfahrvorgang genutzt. Der Wechsel von einem Profil zu einem benachbarten kann bei unterschiedlichen Stellungen des Fahrpedals erfolgen, je nachdem in welche Richtung das Fahrpedal bewegt wird. Die Auswahl des Profils unterliegt dann einer sogenannten Hysterese. Zum Beispiel erfolgt der Wechsel von einem ersten Profil zu einem zweiten Profil bei einer höheren Stellung des Fahrpedals als der Wechsel von dem zweiten Profil zurück zu dem ersten Profil.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das ausgewählte Profil dem Fahrer mithilfe von akustischen und / oder visuellen Signalen angezeigt. So kann der Fahrer abschätzen, wie sich das Fahrzeug im weiteren Verlauf des Anfahrvorganges verhalten wird. Dies führt zu einer sicheren Beherrschung des Fahrzeuges durch den Fahrer während des Anfahrvorganges. Eine Möglichkeit dem Fahrer das Profil akustisch anzuzeigen besteht darin, den verschiedenen Profilen unterschiedliche Motordrehzahlen während der Stallphase, sogenannte Stalldrehzahlen zuzuordnen. Eine höhere Stalldrehzahl lässt den Antriebsmotor lauter werden, was auf ein höheres Profil und somit auf eine höhere Aggressivität für den Anfahrvorgang hindeutet. Weiterhin könnten die Profile mittels einer Anpassung der Ambientenbeleuchtung, Kombifarben, Bildern, Texten, Icons, Animationen und/oder Tönen mittels eines Displays bzw. mithilfe von Lautsprechern dem Fahrer angezeigt werden.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 einen Antriebsstrang, hier eines Kraftfahrzeuges sowie dessen Steuereinrichtung in schematischer Darstellung, und
2 in einem schematischen Diagramm die Verläufe des Antriebsmomentes, der Motordrehzahl, des Antriebsradschlupfes und der Fahrzeuggeschwindigkeit während verschiedener Phasen des Anfahrvorganges.

1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang 1 eines nicht weiter im Einzelnen dargestellten Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges. Dieser Antriebsstrang 1 weist einen Antriebsmotor 2 auf, mittels welchem während des Anfahrvorganges ein Antriebsmoment M bereitgestellt wird. Der Antriebsmotor 2 ist insbesondere als ein Verbrennungsmotor ausgeführt.
Der Antriebsmotor 2 ist funktional wirksam mit einem Getriebe 3 koppelbar. Um diese Koppelung durchzuführen, ist bei der in 1 dargestellten Ausführungsform eine Kupplung 6 vorgesehen. Mittels der Kupplung 6 ist es möglich das gesamte Antriebsmoment M, einen Teil des Antriebsmomentes M oder kein Antriebsmoment M vom Antriebsmotor 2 an das Getriebe 3 zu übertragen. In einer geöffneten Stellung der Kupplung 6 wird kein Antriebsmoment M übertragen, in einer geschlossenen Stellung das gesamte Antriebsmoment M und in Zwischenstellungen ein Teil des Antriebsmomentes M.
Im Getriebe 3 wird während einer Fahrt des Fahrzeuges zwischen mehreren Gängen bzw. Gangstufen hin- und hergeschaltet, wobei jeder Gang bzw. jede Gangstufe eine unterschiedliche Übersetzung aufweist. Der Wechsel zwischen zwei Gängen erfolgt in einer Phase D. Das Getriebe 3 ist mit zwei Antriebsrädern 4, 5 gekoppelt, so dass ein Drehmoment während des Anfahrvorgangs auf die Antriebsräder 4, 5 übertragen wird. Über die Antriebsräder 4, 5 wird das Kraftfahrzeug angetrieben, so dass sich dieses mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg fortbewegt. Um eine Beschleunigung des Kraftfahrzeuges zu erreichen, entsteht ein Antriebsradschlupf s zwischen den Antriebsrädern 4, 5 und der Straße.
Das Kraftfahrzeug weist des Weiteren zwei nicht angetriebene Räder 7, 8 auf, wobei hier während der Beschleunigung kein Schlupf zwischen der Straße und den nicht angetriebenen Rädern 7, 8 entsteht. Der Antriebsradschlupf s wird deswegen mittels einer Steuereinrichtung 9 über eine Differenz der Drehzahlen der Antriebsräder 4, 5 und der nicht angetriebenen Räder 7, 8 bestimmt. Die Steuereinrichtung 9 ist mittels Datenverbindungen mit dem Antriebsmotor 2, dem Getriebe 3, der Kupplung 6, zumindest einem nicht angetriebenen Rad 7 oder 8 und einem Fahrpedal 10 verbunden, so dass Informationen zwischen diesen Aggregaten und/oder Komponenten des Antriebsstrangs 1 und der Steuereinrichtung 9 austauschbar sind. Insbesondere ist so der Anfahrvorgang mithilfe in der Steuereinrichtung 9 hinterlegter Algorithmen ausführbar. Diese Algorithmen sind Teil eines oder mehrerer Programme.
Es ist auch denkbar, den Antriebsmotor als Elektromotor auszuführen. In diesem Falle, weist der Antriebsstrang unter Umständen keine Kupplung auf. Das Verfahren ist aber selbstverständlich auch mittels eines derart ausgeprägten Antriebsstranges ausführbar, also auch für einen Antriebsstrang geeignet, wo der Antriebsmotor als Elektromotor ausgefüllt ist und eine Kupplung oder keine Kupplung vorhanden ist.
Denkbar ist, dass das Fahrzeug als Zweirad, insbesondere als Motorrad ausgeführt ist, und das erfindungsgemäße Verfahren dann bei dem Zweirad, insbesondere Motorrad, angewendet und/oder ausgeführt wird. Anders ausgedrückt, das Zweirad hat dann ein Antriebsrad und ein nicht angetriebenes Rad. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass bei einem Kraftfahrzeug nur ein Antriebsrad angetrieben wird, aber bei der bevorzugten Ausführungsform weist das entsprechende Kraftfahrzeug, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet und/oder ausgeführt wird, mindestens zwei Antriebsräder auf.
In 2 sind nun in einem schematischen Diagramm die Verläufe der Antriebsmomentes M, der Motordrehzahl n, des Antriebsradschlupfes s und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg während verschiedener Phasen des Anfahrvorganges dargestellt.
Der in 2 gezeigte Anfahrvorgang weist insbesondere vier verschiedene Phasen auf, eine Stallphase A, eine Momentensteuerphase B, eine Schlupfeinstellphase C und eine Schaltphase D.
Eine Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg beträgt während der Stallphase A den Wert Null und steigt mit Beginn der Momentensteuerphase B kontinuierlich an. Der Antriebsradschlupf s beträgt während der Stallphase A, da sich die Antriebsräder 4 und 5 nicht drehen, ebenfalls den Wert Null. Der Antriebsmotor 2 dreht in der Stallphase A mit einer in der Steuereinrichtung 9 vorgegebenen Stalldrehzahl n_Stall . Bei dieser Stalldrehzahl n_Stall stellt der Antriebsmotor 2 ein der Stalldrehzahl n_Stall zugehöriges Antriebsmoment M zur Verfügung. Das Kraftfahrzeug wird in der Stallphase A mittels einer Bremse festgebremst. Diese geschlossene Bremse dient bei stehenden Kraftfahrzeug insbesondere als Signal, dass der Fahrer den Anfahrvorgang durchführen möchte. Das führt dazu, dass entsprechende in der Steuereinrichtung 9 hinterlegte Algorithmen ausgeführt werden. Weiterhin wird von dem Fahrer das Fahrpedal 10 betätigt und in eine Stellung gebracht, welche größer als eine Ruhestellung ist.
In der Stallphase A wird der Antriebsstrang 1 durch ein Anlegen bzw. ein Ansteuern der Kupplung 6 vorgespannt. Die Kupplung 6 wird dabei insbesondere nur leicht geschlossen, um einen geringen Teil des Antriebsmomentes M zu übertragen. Dieser geringe Teil führt nicht dazu, dass sich das Fahrzeug in Bewegung setzt, da insbesondere die von der Bremse ausgeübte Kraft entsprechend größer ist. Der geringe Teil reicht aber aus, um Trägheitsverluste und Totzeiten bei der nachfolgenden Beschleunigung des Kraftfahrzeuges zu vermeiden.
Mit einem Lösen der Bremse beginnt die Momentensteuerphase B. Der Antriebsmotor 2 wird dann so eingestellt, dass der Wert des Antriebsmomentes M mit einem ersten Antriebsgrenzmoment M_Gr.1 übereinstimmt. Während einer ersten Haltezeit T_Gr.1 wird das Antriebsmomentes M auf dem Wert des ersten Antriebsgrenzmoment M_Gr.1 gehalten. Im Folgenden steigt das Antriebsmoment M rampenförmig mit der Steigung in der Größe eines ersten Überführungsgradienten dM_Gr.1 auf ein zweites Antriebsgrenzmoment M_Gr.2 an. Für die Dauer einer 2. Haltezeit T_Gr.2 verbleibt das Antriebsmomentes M auf dem Wert des zweiten Antriebsgrenzmomentes M_Gr.2 , um im Anschluss rampenförmig mit der Steigung in der Größe eines zweiten Überführungsgradienten dM_Gr.2 auf ein maximales Antriebsgrenzmoment M_Gr.max anzusteigen. Dieses maximale Antriebsgrenzmoment M_Gr.max ist das Moment, welches von dem Getriebe 3 in dem aktuell aktiven Gang aufgenommen werden kann ohne Schaden zu nehmen. Für gewöhnlich wird das Getriebe 3 während der gesamten Momentensteuerphase B insbesondere im ersten Gang betrieben, anders ausgedrückt, insbesondere ist hier der erste Gang / erste Gangstufe eingelegt.
Die Motordrehzahl n sinkt zu Beginn der Momentensteuerphase B von dem Wert der Stalldrehzahl n_Stall kurz ab, um anschließend bis zum Ende der Momentensteuerphase B kontinuierlich anzusteigen. Dieser kontinuierliche Anstieg der Motordrehzahl n beruht auf dem ansteigendem Antriebsmoment M.
Der Antriebsradschlupf s nimmt zu Beginn der Momentensteuerphase B einen sehr hohen Wert an und schwingt sich im Verlauf der Momentensteuerphase B auf einen nahezu konstanten Wert ein. Dieser Wert stimmt aufgrund der geschickten Wahl der Antriebsgrenzmomente M_Gr.1 , M_Gr.2 , M_Gr.max , der Haltezeiten T_Gr.1 , T_Gr.2 und/oder der Überführungsgradienten dM_Gr.1 , dM_Gr.2 nahezu mit einem Sollantriebsradschlupf s_soll überein.
Die Kupplung 6 befindet sich während der Momentensteuerphase B in einer Zwischenstellung und überträgt einen Teil des Antriebsmomentes M des Antriebsmotors 2. Die Kupplung 6 wird dabei mit einem sogenannten Makroschlupf betrieben. Der grundsätzliche Verlauf des Antriebsmomentes M verändert sich dabei vom Antriebsmotor 2 bis zu den Antriebsrädern 4, 5 trotzdem kaum. Lediglich die absoluten Werte ändern sich, wobei neben der Kupplung 6 auch das Getriebes 3 bzw. die jeweilige Übersetzung der aktiven Gangstufe eine Rolle spielt.
Der Wechsel von der Momentensteuerphase B in die Schlupfeinstellphase C erfolgt, wenn sich die Motordrehzahl n und eine Drehzahl einer Eingangswelle des Getriebes 3 ausreichend angenähert haben, insbesondere ist dies der Fall, wenn auch der tatsächliche Antriebsradschlupf s einen bestimmten Sollantriebsradschlupf S_soll erreicht oder unterschreitet.
In der Schlupfeinstellphase C wird insbesondere ein fester Wert für den Sollantriebsradschlupf s_soll vorgegeben. Im Folgenden wird beschrieben, wie sichergestellt wird, dass dieser Wert von dem tatsächlich auftretenden Antriebsradschlupf s eingehalten wird:

Dazu wird zunächst eine Drehzahl der nicht angetriebenen Räder 7, 8 gemessen. Dieser Messwert wird an die Steuereinrichtung 9 weitergeleitet und steht dort für weitere Berechnungen zur Verfügung. Es wird davon ausgegangen, dass diese angetriebenen Räder 7, 8 keinen Schlupf zur Straße hin ausweisen. Zu dieser gemessenen Drehzahl wird der Sollantriebsradschlupf s_soll in Form eines Drehzahläquivalentes bzw. eines entsprechenden Drehzahlwertes hinzuaddiert. Dieser dann so ermittelte weitere Drehzahlwert wird mittels einer Übersetzung des Getriebes 3 in eine Sollantriebsdrehzahl n_Mot, _soll umgerechnet. Diese Sollantriebsdrehzahl n_Mot, _soll wird mittels insbesondere bekannter Steuerungs- und / oder Regelungsverfahren des Antriebsmotors 2 eingestellt. Diese Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung des Antriebsmotors 2 sind sehr genau und funktionieren störungsfrei, so dass zu jeder Zeit der Schlupfeinstellphase C sichergestellt ist, dass sich der gewünschte Sollantriebsradschlupf s_soll zwischen den Antriebsrädern 4, 5 und der Straße ausbildet.

Bei der Anwendung und/oder Ausführung des Verfahrens bei einem Zweirad, insbesondere bei einem Motorrad, wird die Drehzahl des nicht angetriebenen Rades gemessen. Dieser Messwert wird an die Steuereinrichtung weitergeleitet und steht dort für eine Weiterberechnung zur Verfügung. Zu dieser gemessenen Drehzahl wird dann der Sollantriebsradschlupf in Form eines Drehzahläquivalentes bzw. eines entsprechenden Drehzahlwertes hinzuaddiert, wobei dieser dann so ermittelte weitere Drehzahlwert mittels einer Übersetzung des Getriebes in eine Sollantriebsdrehzahl umgerechnet wird und diese Sollantriebsdrehzahl dann eingestellt wird.
Unabhängig davon, ob das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Kraftfahrzeug oder bei einem Zweirad, insbesondere Motorrad, angewendet und/oder durchgeführt wird, dient die Messung der Drehzahl an dem jeweiligen nicht angetriebenen Rad bzw. an dem jeweils nicht angetriebenen Rädern zur Ermittlung einer Referenzgeschwindigkeit. Bei einem Kraftfahrzeug wird daher insbesondere die Drehzahl der nicht angetriebenen Räder der nicht angetriebenen Achse gemessen, wobei die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges an der angetriebenen Achse, insbesondere gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dann der Antriebsradschlupf dieser Antriebsräder gesteuert und/oder geregelt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden bei einem Kraftfahrzeug daher nur die Antriebsräder der angetriebenen Achse entsprechend gesteuert und/oder geregelt. Denkbar ist aber auch durchaus, dass ein Allrad-Antrieb eines Kraftfahrzeuges mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend gesteuert wird. Für diesen letzten Fall wird dann die zuvor oben genannte Referenzgeschwindigkeit über andere Faktoren bestimmt, beispielsweise insbesondere mit Hilfe eine GPS-Gerätes und/oder einer GPS-Vorrichtung.
In 2 ist insbesondere ein fester Wert des Sollantriebsradschlupfes s_soll dargestellt. Er könnte auch als fester Verhältniswert zur gemessenen Drehzahl der nicht angetriebenen Räder 7, 8 ausgebildet sein und z.B. 10% - 20%, insbesondere 15% betragen. Weitere Verläufe und funktionale Abhängigkeiten des Sollantriebsradschlupf s_soll sind denkbar. Die Kupplung 6 insbesondere eines Kraftfahrzeuges wird in dieser Schlupfeinstellphase C mit einem Microschlupf betrieben, d.h. es wird eine nur sehr geringe Drehzahldifferenz zwischen Ein- und Ausgang der Kupplung 6 zugelassen. So wird eine exakte Berechnung der Kupplungsmomente ermöglicht und eine komfortable Momentenübertragung erreicht. Alternativ ist es auch denkbar, die Kupplung 6 in der Schlupfeinstellphase C vollständig zu schließen und mit einer sogenannten Überanpressung zu betreiben. In diesem Falle treten dann keine Drehzahldifferenzen zwischen Ein- und Ausgang der Kupplung 6 auf.
Es ist auch denkbar, dass die Schlupfeinstellphase C von einer oder mehreren Schaltphasen D unterbrochen wird. Die Diagramme in 2 enden nach einer ersten Schaltphase D. Im Weiteren, hier nicht gezeigten Verlauf könnte die Schlupfeinstellphase C auch fortgeführt werden. In der Schaltphase D wird der Gang des Getriebes 3 gewechselt, so dass sich ein anderes Übersetzungsverhältnis einstellt. In 2 wird in der Schaltphase D insbesondere von dem ersten Gang in den zweiten Gang gewechselt.
Der Anfahrvorgang wird beendet, wenn das Fahrpedal 10 einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Andere Bedingungen zur Beendigung des Anfahrvorgangs, wie z.B. das Erreichen einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg sind denkbar. Im Anschluss wird das Kraftfahrzeug mit Hilfe von den bekannten Steuer- und / oder Regelungsverfahren für Antriebsmotor 2, Getriebe 3, Kupplung 6 usw. betrieben.
Die für den Anfahrvorgang genutzten Werte der Stalldrehzahl n_Stall , der Antriebsgrenzmomente M_Gr.1 , M_Gr.2 , M_Gr.max , der Haltezeiten T_Gr.1 , T_Gr.2 , der Überführungsgradienten dM_Gr.1 , dM_Gr.2 und des Sollantriebsradschlupfs s_soll sind insbesondere tabellarisch in der Steuereinrichtung 9 hinterlegt. Dabei ist jeweils ein Satz an Werten zu einem Profil 11, 12, 13 oder 14 zusammengefasst.
Es sind somit insbesondere vier Profile 11 bis 14 mit jeweils einem Wert für die Stalldrehzahl n_Stall , die Antriebsgrenzmomente M_Gr.1 , M_Gr.2 , M_Gr.max , die Haltezeiten T_Gr.1 , T_Gr.2 , die Überführungsgradienten dM_Gr.1 , dM_Gr.2 und den Sollantriebsradschlupf s_soll vorhanden.
Der Fahrer wählt eines dieser vier Profile 11 bis 14 für den Anfahrvorgang aus. Die Profile 11 bis 14 sind ansteigend angeordnet, wobei mit einem höheren Profil ein „aggressiverer“ Anfahrvorgang mit höherer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges durchführbar ist. Dazu weist ein höheres Profil insbesondere höhere Werte der Stalldrehzahl n_Stall , der Antriebsgrenzmomente M_Gr.1 , M_Gr.2 , M_Gr.max und des Sollantriebsradschlupfes s_soll auf. So wird ein höherer Antriebsradschlupf s während des Anfahrvorganges bei höheren Profilen realisiert.
Der Fahrer wählt das Profil 11 bis 14 mittels des Fahrpedals 10 aus. Je weiter das Fahrpedal 10 durchgetreten wird, desto höher ist das gewählte Profil 11 bis 14. Alternativ ist eine Auswahl des Profils mittels eines Bordcomputers über Schalter, Knöpfe oder ein Touchdisplay denkbar. Die Auswahl des Profils 11 bis 14 erfolgt insbesondere während der Stallphase A. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind vier unterschiedliche Profile 11 bis 14 vorgesehen. Dies könnten aber auch mehr oder weniger als vier sein.
Nach der Auswahl des Profils 11 bis 14, wird dieses dem Fahrer angezeigt. Dies geschieht mit Hilfe der Stalldrehzahl n_Stall , welche dazu bei höherem Profil 11 bis 14 einen höheren Wert aufweist. Die Lautstärke des Antriebsmotors sowie dessen Vibrationen sind somit ein Maß für die „Aggressivität“ der bevorstehenden Beschleunigung des Kraftfahrzeuges. Andere Anzeigeformen des Profils, wie z.B. ein Display, sind denkbar.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmotor
3: Getriebe
4: Antriebsrad
5: Antriebsrad
6: Kupplung
7: Rad
8: Rad
9: Steuereinrichtung
10: Fahrpedal
11: Profil
12: Profil
13: Profil
14: Profil
A: Stallphase
B: Momentensteuerphase
C: Schlupfeinstellphase
D: Schaltphase
M: Antriebsmoment
MGr.1: 1. Antriebsgrenzmoment
MGr.2: 2. Antriebsgrenzmoment
MGr.max: maximales Antriebsgrenzmoment
dMGr.1: 1. Überführungsgradient
dMGr.2: 2. Überführungsgradient
TGr.1: 1. Haltezeit
TGr.2: 2. Haltezeit
n: Motordrehzahl
nStall: Stalldrehzahl
nMot, soll: Sollantriebsdrehzahl
s: Antriebsradschlupf
ssoll: Sollantriebsradschlupf
vFzg: Fahrzeuggeschwindigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005035302 A1 [0003]
DE 19653855 C1 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung eines Antriebsstranges (1) eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zur Steuerung und / oder Regelung eines Anfahrvorganges, wobei der Antriebsstrang (1) mindestens einen Antriebsmotor (2) zur Bereitstellung eines Antriebsmomentes (M), mindestens ein Getriebe (3) und mindestens ein Antriebsrad (4 bzw. 5), insbesondere mindestens zwei Antriebsräder (4, 5), aufweist, wobei der Antriebsmotor (1), insbesondere ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor, mit dem Getriebe (3) funktional wirksam gekoppelt und / oder mit dem Getriebe (3) funktional wirksam, insbesondere über eine Kupplung (6), koppelbar ist, wobei das Getriebe (3) mit dem Antriebsrad (4 bzw. 5) funktional wirksam verbunden und / oder koppelbar ist, wobei der Anfahrvorgang unterschiedliche Phasen (A, B, C, D) aufweist, nämlich zumindest eine Stallphase (A) und eine Schlupfeinstellphase (C) aufweist, wobei das Fahrzeug in der Stallphase (A) steht bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit (v_Fzg) des Fahrzeuges im Wesentlichen Null beträgt, und wobei in der Schlupfeinstellphase (C) ein Antriebsradschlupf (s) des Antriebsrades (4 bzw. 5) gesteuert und / oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stallphase (A) und der Schlupfeinstellphase (C) eine Momentensteuerphase (B) durchlaufen wird, wobei in der Momentensteuerphase (B) das Antriebsmoment (M) des Antriebsmotors (2) gesteuert und / oder geregelt wird, um den Antriebsradschlupf (s) des Antriebsrades (4 bzw. 5) zu steuern und / oder zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Antriebsgrenzmomente (M_Gr.1, M_Gr.2, M_Gr.max) vorgegeben sind, wobei in der Momentensteuerphase (B) das Antriebsmoment (M) von einem niedrigeren Antriebsgrenzmoment (M_Gr.1 bzw. M_Gr.2,) zu einem höheren Antriebsgrenzmoment (M_Gr.2 bzw. M_Gr.max) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment (M) für eine jeweilige vorgegebene Haltezeit (T_Gr.1, T_Gr.2) auf dem jeweiligen Wert des Antriebsgrenzmomentes (M_Gr.1, M_Gr.2) gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel des Antriebsmoments (M) von dem niedrigeren Antriebsgrenzmoment (M_Gr.1 bzw. M_Gr.2,) zu dem höheren Antriebsgrenzmoment (M_Gr.2 bzw. M_Gr.max) mittels eines vorgegebenen Überführungsgradienten (dM_Gr.1, dM_Gr.2) und somit in einer vorgegebenen Geschwindigkeit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel des Antriebsmoments (M) von dem niedrigeren Antriebsgrenzmoment (M_Gr.1 bzw. M_Gr.2,) zu dem höheren Antriebsgrenzmoment (M_Gr.2 bzw. M_Gr.max) rampenförmig erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen der Momentensteuerphase (B) und der Schlupfeinstellphase (C) erfolgt, wenn sich eine Motordrehzahl (n) und eine Antriebsraddrehzahl unter Berücksichtigung einer aktuell wirksamen Übersetzung des Getriebes (3) auf einen vorgegebenen Wertebereich angenähert haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schlupfeinstellphase (C) eine Motordrehzahl (n) des Antriebsmotors (2) gesteuert und / oder geregelt wird, wobei eine Sollantriebsdrehzahl (n_Mot, _soll) aus der Summe eines Sollantriebsradschlupfes (s_soll) in Form eines Drehzahläquivalentes bzw. eines entsprechenden Drehzahlwertes und einer gemessenen Istdrehzahl von mindestens einem nicht angetriebenen Rad (7 bzw. 8) des Kraftfahrzeuges, sowie unter Berücksichtigung einer aktuell wirksamen Übersetzung des Getriebes (3) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Profile (11, 12, 13, 14) mit unterschiedlichen Werten für den Sollantriebsradschlupf (s_soll) und / oder die Antriebsgrenzmomente (M_Gr.1, M_Gr.2, M_Gr.max) in einer Steuereinrichtung (9) des Antriebsstranges (1) hinterlegt sind, wobei ein Fahrer des Fahrzeuges eines der Profile (11, 12, 13, 14) für den Anfahrvorgang auswählt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrer das Profil (11, 12, 13, 14) mit Hilfe eines Fahrpedals (10) eines Kraftfahrzeuges auswählt, wobei einer jeden Stellung des Fahrpedals zumindest eines der Profile (11, 12, 13, 14) zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Profil (11, 12, 13, 14) dem Fahrer mithilfe von akustischen und / oder visuellen Signalen angezeigt wird.